常用半導體器件原理市公開課一等獎省賽課獲獎課件

模擬電子電路與技術基礎西安電子科技大學微電子學院主講教師：張進成1常用半導體器件原理第1頁教材：模擬電子電路及技術基礎（第二版），孫肖子主編，西安電子科技大學出版社，1月講課次序：第二篇（半導體器件及集成電路－－原理基礎篇）：4－10章第一篇（模擬集成電路系統(tǒng)－－應用基礎篇）：1－3章教師聯(lián)絡方式：電子郵件：jchzhang@2常用半導體器件原理第2頁電路定義：把晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元器件及布線連接在一起，實現(xiàn)一定功效電子系統(tǒng)。電路分類:按功效分：模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)/模混合電路按形式分：印制板電路、薄厚膜混合集成電路、半導體集成電路電路發(fā)展趨勢：SoC（系統(tǒng)集成、片上系統(tǒng)）電路作用：將人類帶入智器時代。3常用半導體器件原理第3頁第四章慣用半導體器件原理4-1半導體物理基礎4-2PN結(jié)4-3晶體二極管4-4雙極型晶體管4-5場效應管4常用半導體器件原理第4頁4.1半導體物理基礎

簡單介紹半導體物理基礎知識，包含本征半導體，雜質(zhì)半導體，PN結(jié)；分別討論晶體二極管特征和經(jīng)典應用電路，雙極型晶體管和場效應管結(jié)構(gòu)、工作機理、特征和應用電路，重點是掌握器件特征。媒質(zhì)導體：對電信號有良好導通性，如絕大多數(shù)金屬，電解液，以及電離氣體。絕緣體：對電信號起阻斷作用，如玻璃和橡膠，其電阻率介于108~1020

·m。半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間，如硅(Si)、鍺(Ge)和砷化鎵(GaAs)。

半導體導電能力隨溫度、光照和摻雜等原因發(fā)生顯著改變，這些特點使它們成為制作半導體元器件主要材料。導體、半導體和絕緣體在電阻率上并無絕對明確界限，根本區(qū)分在于性質(zhì)上。5常用半導體器件原理第5頁III-V族半導體Ga(Al,In)AsGa(Al,In)PGa(Al,In)NIV族半導體:Ge,GeSi,Si,SiC,CII-VI族半導體Zn(Mg,Cd,Hg)OZn(Mg,Cd,Hg)S半導體體系6常用半導體器件原理第6頁金屬半導體（豐富多彩）絕緣體IV族III-V族II-VI族GeSiGeSiSiCC?Ga(Al,In)AsGa(Al,In)PGa(Al,In)N?Zn(Mg,Cd,Hg)OZn(Mg,Cd,Hg)S??半導體體系光電器件(GaN,GaP)微波器件(GaAs,InP)功率器件(AlGaN/GaN)多功效性：生物芯片，壓電傳感器，聲表面波器件，透明電極，納米結(jié)構(gòu)高溫器件高壓器件7常用半導體器件原理第7頁4.1.1本征半導體純凈單晶半導體稱為本征半導體。

硅和鍺原子最外層軌道上都有四個電子，稱為價電子，每個價電子帶一個單位負電荷。因為整個原子呈電中性，而其物理化學性質(zhì)很大程度上取決于最外層價電子，所以研究中硅和鍺原子能夠用簡化模型代表。8常用半導體器件原理第8頁每個原子最外層軌道上四個價電子為相鄰原子核所共有，形成共價鍵。共價鍵中價電子是不能導電束縛電子。

價電子能夠取得足夠大能量，擺脫共價鍵束縛，游離出去，成為自由電子，并在共價鍵處留下帶有一個單位正電荷空穴。這個過程稱為本征激發(fā)。

本征激發(fā)產(chǎn)生成正確自由電子和空穴，所以本征半導體中自由電子和空穴數(shù)量相等。9常用半導體器件原理第9頁

價電子反向遞補運動等價為空穴在半導體中自由移動。所以，在本征激發(fā)作用下，本征半導體中出現(xiàn)了帶負電自由電子和帶正電空穴，二者都能夠參加導電，統(tǒng)稱為載流子。

自由電子和空穴在自由移動過程中相遇時，自由電子填入空穴，釋放出能量，從而消失一對載流子，這個過程稱為復合。10常用半導體器件原理第10頁1、自由電子（負電荷）：部分價電子擺脫共價鍵束縛離開原子而成為自由電子；自由電子能夠在單晶體中自由移動；2、空穴（正電荷）：失去價電子共價鍵處留下一個空位，即空穴；空穴移動：相鄰共價鍵中電子在空位正電荷吸引下會填補這個空位，即空位發(fā)生了移動?？昭ㄒ苿訉嶋H上是束縛電子反移動。3、自由電子和空穴都能夠參加導電，這是半導體不一樣于金屬（只有自由電子）區(qū)分之一。4、本征激發(fā)：本征半導體受外界能量（熱、電和光等）激發(fā)，同時產(chǎn)生電子、空穴正確過程。11常用半導體器件原理第11頁

平衡狀態(tài)時，載流子濃度不再改變。分別用ni和pi表示自由電子和空穴濃度(cm-3)，理論上其中T為絕對溫度(K)；EG0為T=0K時禁帶寬度，硅原子為1.21eV，鍺為0.78eV；k=8.6310-5eV/K為玻爾茲曼常數(shù)；A0為常數(shù)，硅材料為3.871016cm-3K-3/2，鍺為1.761016cm-3K-3/2?！ぁぁぁぷ杂呻娮印ぁぁぁぁぁぁぁす矁r鍵····復合激發(fā)禁帶寬度導帶價帶12常用半導體器件原理第12頁Tni(pi);T=300K(27℃)ni=1.43*1010cm-3

原子密度：5*1022cm-3

本征半導體導電能力弱本征載流子濃度隨溫度升高近似指數(shù)上升。2、禁帶寬度越大，導電性能越差（絕緣性能越好）1、本征半導體導電性能對溫度改變很敏感；13常用半導體器件原理第13頁4.1.2N型半導體和P型半導體

本征激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴數(shù)量相對極少，這說明本征半導體導電能力很弱。我們能夠人工少許摻雜一些元素原子，從而顯著提升半導體導電能力，這么取得半導體稱為雜質(zhì)半導體。依據(jù)摻雜元素不一樣，雜質(zhì)半導體分為N型半導體和P型半導體。

14常用半導體器件原理第14頁一、N型半導體

在本征半導體中摻入五價原子，即組成N型半導體。N型半導體中每摻雜一個雜質(zhì)元素原子，就提供一個自由電子，從而大量增加了自由電子濃度一一施主電離多數(shù)載流子一一自由電子少數(shù)載流子一一空穴但半導體仍保持電中性

熱平衡時，雜質(zhì)半導體中多子濃度和少子濃度乘積恒等于本征半導體中載流子濃度ni平方，所以空穴濃度pn為

因為ni輕易受到溫度影響發(fā)生顯著改變，所以pn也隨環(huán)境改變顯著改變。自由電子濃度雜質(zhì)濃度15常用半導體器件原理第15頁二、P型半導體

在本征半導體中摻入三價原子，即組成P型半導體。P型半導體中每摻雜一個雜質(zhì)元素原子，就提供一個空穴，從而大量增加了空穴濃度一一受主電離多數(shù)載流子一一空穴少數(shù)載流子一一自由電子但半導體仍保持電中性

而自由電子濃度np為環(huán)境溫度也顯著影響np取值?？昭舛葥诫s濃庹16常用半導體器件原理第16頁本征半導體載流子受溫度、光照影響大；雜質(zhì)半導體載流子主要受摻雜濃度控制；17常用半導體器件原理第17頁4.1.3漂移電流和擴散電流

半導體中載流子進行定向運動，就會形成半導體中電流。半導體電流

半導體電流漂移電流：在電場作用下，自由電子會逆著電場方向漂移，而空穴則順著電場方向漂移，這么產(chǎn)生電流稱為漂移電流，該電流大小主要取決于載流子濃度，遷移率和電場強度。擴散電流：半導體中載流子濃度不均勻分布時，載流子會從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴散，從而形成擴散電流，該電流大小正比于載流子濃度差即濃度梯度大小。18常用半導體器件原理第18頁4.2PN結(jié)

經(jīng)過摻雜工藝，把本征半導體一邊做成P型半導體，另一邊做成N型半導體，則P型半導體和N型半導體交接面處會形成一個有特殊物理性質(zhì)薄層，稱為PN結(jié)。4.2.1PN結(jié)形成多子擴散

空間電荷區(qū)，內(nèi)建電場和內(nèi)建電位差產(chǎn)生少子漂移動態(tài)平衡19常用半導體器件原理第19頁

空間電荷區(qū)又稱為耗盡區(qū)或勢壘區(qū)。在摻雜濃度不對稱PN結(jié)中，耗盡區(qū)在重摻雜一邊延伸較小，而在輕摻雜一邊延伸較大。20常用半導體器件原理第20頁4.2.2

PN結(jié)單向?qū)щ娞卣饕?、正向偏置PN結(jié)正向偏置耗盡區(qū)變窄擴散運動加強，漂移運動減弱正向電流二、反向偏置PN結(jié)反向偏置耗盡區(qū)變寬擴散運動減弱，漂移運動加強反向電流21常用半導體器件原理第21頁

PN結(jié)單向?qū)щ娞卣鳎篜N結(jié)只需要較小正向電壓，就能夠使耗盡區(qū)變得很薄，從而產(chǎn)生較大正向電流，而且正向電流隨正向電壓微小改變會發(fā)生顯著改變。而在反偏時，少子只能提供很小漂移電流，而且基本上不隨反向電壓而改變。22常用半導體器件原理第22頁PN結(jié)電流方程i=IS(equ/kT-1)=IS(eu/UT-1)q:電子電荷量，1.6*10-19CT:熱力學溫度(K);K:玻爾茲曼常數(shù)（8.63*10-6V/K）;IS:反向飽和電流，與PN結(jié)材料、制作工藝、溫度等相關UT=kT/q:

溫度電壓當量或熱電壓。在T=300K(27℃)時，UT=26mV

正:U>>UT,eu/UT>>1,i≈ISeu/UT反:U<<UT,eu/UT<<1,i≈-ISui0－UBR23常用半導體器件原理第23頁4.2.3PN結(jié)擊穿特征當PN結(jié)上反向電壓足夠大時，其中反向電流會急劇增大，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)擊穿。

PN結(jié)擊穿時，只要限制反向電流不要過大，就能夠保護PN結(jié)不受損壞。ui0－UBR1雪崩擊穿輕摻雜,外加反向電壓耗盡區(qū)較寬少子漂移被加速，動能增大碰撞電子、空穴對(UBR>7V)2齊納擊穿重摻雜，外加反向電壓耗盡區(qū)很窄強電場耗盡區(qū)中性原子價電子直接拉出共價鍵，產(chǎn)生大量電子、空穴對，使反向電流急劇增大;(UBR<5V)

UBR介于5~7V時，兩種擊穿都有?？赡嫘裕篜=UI<PMAX串限流電阻穩(wěn)壓二極管24常用半導體器件原理第24頁4.2.4PN結(jié)電容特征

PN結(jié)能夠存貯電荷，而且電荷改變與外加電壓改變相關，這說明PN結(jié)含有電容效應。一、勢壘電容CT0為u=0時CT，與PN結(jié)結(jié)構(gòu)和摻雜濃度等原因相關；UB為內(nèi)建電位差；n為變?nèi)葜笖?shù)，取值普通在1/3~6之間。當反向電壓u絕對值增大時，CT將減小。25常用半導體器件原理第25頁二、擴散電容

PN結(jié)結(jié)電容為勢壘電容和擴散電容之和，即Cj=CT+CD。CT和CD都隨外加電壓改變而改變，所以都是非線性電容。當PN結(jié)正偏時，CD遠大于CT，即Cj

CD；反偏PN結(jié)中，CT遠大于CD，則Cj

CT。26常用半導體器件原理第26頁4.3晶體二極管PN結(jié)＋電極引線＋封裝二極管PN正極負極結(jié)構(gòu)示意圖電路符號負極正極新：

舊：

負極正極1、分類：材料：硅/鍺；結(jié)構(gòu)：點接觸/面接觸功效：普通二極管、穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、光電二極管等2:二極管2AP2CZ….A:N型鍺材料；B:P型鍺材料；C:N型硅材料;D:P型硅材料P:普通管；W:穩(wěn)壓;Z:整流(1N4001)；K:開關(1N4148)

GaAs-AlGaAs諧振腔發(fā)光二極管Ge二極管Si二極管27常用半導體器件原理第27頁4.3晶體二極管4.3.1二極管伏安特征一一指數(shù)特征IS為反向飽和電流，q為電子電量(1.60

10-19C)；UT=kT/q，稱為熱電壓，在室溫27℃即300K時，UT=26mV。一、二極管導通，截止和擊穿當uD>0且超出特定值UD(on)時，iD變得顯著，此時認為二極管導通，UD(on)稱為導通電壓(死區(qū)電壓)；uD<0時，二極管是截止；當反向電壓足夠大時，PN結(jié)擊穿，二極管中反向電流急劇增大，二極管被擊穿。28常用半導體器件原理第28頁二、二極管管壓降

當電源電壓E改變時，負載線平移到新位置，即使ID有比較大改變，UD改變卻不大，依然近似等于UD(on)，所以也能夠認為UD(on)是導通二極管兩端固定管壓降。三、二極管電阻直流電阻交流電阻29常用半導體器件原理第29頁RD

和rD隨工作點位置改變而改變4.3.2溫度對二極管伏安特征影響T增大；

Is增大，T增大10倍，Is增大一倍。減小，雪崩擊穿電壓增大，齊納擊穿電壓減小。30常用半導體器件原理第30頁4.3.3二極管近似伏安特征和簡化電路模型31常用半導體器件原理第31頁【例4.3.1】電路如圖(a)所表示，計算二極管中電流ID。已知二極管導通電壓UD(on)=0.6V，交流電阻rD近似為零。解：能夠判斷二極管處于導通狀態(tài)，將對應電路模型代入，得到圖(b)。節(jié)點A電壓UA

=E

-I1R1

=-I2R2

=-E

+UD(on)

=-5.4，解得I1

=5.7mA，I2

=5.4mA，于是ID

=I1

+I2

=11.1mA。32常用半導體器件原理第32頁工作電流IZ能夠在IZmin到IZmax較大范圍內(nèi)調(diào)整，兩端反向電壓成為穩(wěn)定電壓UZ。IZ應大于IZmin以確保很好穩(wěn)壓效果。同時，外電路必須對IZ進行限制，預防其太大使管耗過大，甚至燒壞PN結(jié)，假如穩(wěn)壓二極管最大功耗為PM，則IZ應小于IZmax

=PM

/UZ。

4.3.4穩(wěn)壓二極管33常用半導體器件原理第33頁4.3.4穩(wěn)壓二極管通常:

UZ<5V時含有負溫度系數(shù)(因齊納擊穿含有負溫系數(shù))；

UZ>7V時含有正溫度系數(shù)(因雪崩擊穿含有正溫系數(shù))；

UZ在5V到7V之間時，溫度系數(shù)可達最小34常用半導體器件原理第34頁35常用半導體器件原理第35頁［例4.3.2］穩(wěn)壓二極管電路如圖所表示，穩(wěn)定電壓UZ=6V。當限流電阻R=200時，求工作電流IZ

和輸出電壓UO；當R=11k時，再求IZ

和UO。

解：當R=200

時，穩(wěn)壓二極管DZ處于擊穿狀態(tài)當R=11k

時，DZ處于截止狀態(tài)，IZ

=036常用半導體器件原理第36頁

其它二極管介紹一、變?nèi)荻O管如前所述，PN結(jié)加反向電壓時，結(jié)上展現(xiàn)勢壘電容，該電容隨反向電壓增大而減小。利用這一特征制作二極管，稱為變?nèi)荻O管。它電路符號如圖所表示。變?nèi)荻O管結(jié)電容與外加反向電壓關系由式(1–5)決定。它主要參數(shù)有：變?nèi)葜笖?shù)、結(jié)電容壓控范圍及允許最大反向電壓等。變?nèi)荻O管符號37常用半導體器件原理第37頁

其它二極管介紹二、光電二極管光電二極管是一個將光能轉(zhuǎn)換為電能半導體器件，其結(jié)構(gòu)與普通二極管相同，只是管殼上留有一個能入射光線窗口。圖示出了光電二極管電路符號，其中，受光照區(qū)電極為前級，不受光照區(qū)電極為后級。和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上不一樣是，為了便于接收入射光照，PN結(jié)面積盡可能做大一些，電極面積盡可能小些，而且PN結(jié)結(jié)深很淺，普通小于1微米。

前級后級光電二極管符號38常用半導體器件原理第38頁

其它二極管介紹三、發(fā)光二極管發(fā)光二極管是一個將電能轉(zhuǎn)換為光能半導體器件。它由一個PN結(jié)組成，其電路符號如圖所表示。當發(fā)光二極管正偏時，注入到N區(qū)和P區(qū)載流子被復合時，會發(fā)出可見光和不可見光。發(fā)光二極管符號四、激光二極管39常用半導體器件原理第39頁

其它二極管介紹藍色發(fā)光二極管40常用半導體器件原理第40頁其它二極管介紹五、肖特基二極管當金屬與N型半導體接觸時，在其交界面處會形成勢壘區(qū)，利用該勢壘制作二極管，稱為肖特基二極管或表面勢壘二極管。它原理結(jié)構(gòu)圖和對應電路符號如圖1–24所表示。N型半導體(a)金屬(b)肖特基二極管結(jié)構(gòu)與符號(a)結(jié)構(gòu)示意圖；(b)電路符號++++++++++++與PN結(jié)二極管比較：相同點：含有單向?qū)щ娦?；相異點：肖特基二極管是依靠多數(shù)載流子工作器件，無少子存儲效應（CD），高頻特征好。導通電壓和反向擊穿電壓均比PN結(jié)低。41常用半導體器件原理第41頁4.3.5二極管應用電路舉例

一、整流電路

［例4.3.3］分析圖(a)所表示二極管整流電路工作原理，其中二極管D導通電壓UD(on)=0.7V，交流電阻rD0。輸入電壓ui波形如圖(b)所表示。

42常用半導體器件原理第42頁解：當ui>0.7V時，D處于導通狀態(tài)，等效成短路，所以輸出電壓uo=ui-0.7；當ui<0.7V時，D處于截止狀態(tài)，等效成開路，所以uo=0。于是能夠依據(jù)ui波形得到uo波形，如圖(b)所表示，傳輸特征則如圖(c)所表示。電路實現(xiàn)是半波整流，不過需要在ui正半周波形中扣除UD(on)

得到輸出。

43常用半導體器件原理第43頁［例4.3.4］分析圖(a)所表示二極管橋式整流電路工作原理，其中二極管D1~D4為理想二極管，輸入電壓ui波形如圖(b)所表示。

44常用半導體器件原理第44頁解：當ui>0時，D1和D2上加是正向電壓，處于導通狀態(tài)，而D3和D4上加是反向電壓，處于截止狀態(tài)。輸出電壓uo正極與ui正極經(jīng)過D1相連，它們負極經(jīng)過D2相連，所以uo=ui；當ui<0時，D1和D2上加是反向電壓，處于截止狀態(tài)，而D3和D4上加是正向電壓，處于導通狀態(tài)。uo正極與ui負極經(jīng)過D4相連，D3則連接了uo負極與ui正極，所以uo=-ui。于是能夠依據(jù)ui波形得到uo波形，如圖(b)所表示，傳輸特征則如圖(c)所表示。電路實現(xiàn)是全波整流。

45常用半導體器件原理第45頁二、限幅電路［例4.3.6］二極管限幅電路如圖(a)所表示，其中二極管D導通電壓UD(on)=0.7V，交流電阻rD0。輸入電壓ui波形在圖(b)中給出，作出輸出電壓uo波形。

46常用半導體器件原理第46頁解：D處于導通與截止之間臨界狀態(tài)時，其支路兩端電壓為

E+UD(on)=2.7V。當ui>2.7V時，D導通，所以uo=2.7V；當ui<2.7V時，D截止，其支路等效為開路，uo=ui。于是能夠依據(jù)ui波形得到uo波形，如圖(c)所表示，該電路把ui超出2.7V部分削去后進行輸出，是上限幅電路。

47常用半導體器件原理第47頁［例4.3.7］二極管限幅電路如圖(a)所表示，其中二極管D1和D2導通電壓UD(on)=0.3V，交流電阻rD0。輸入電壓ui波形在圖(b)中給出，作出輸出電壓uo波形。

48常用半導體器件原理第48頁解：D1處于導通與截止之間臨界狀態(tài)時，其支路兩端電壓為-E-UD(on)=-2.3V。當ui<-2.3V時，D1導通，uo=-2.3V；當ui>-2.3V時，D1截止，支路等效為開路，uo=ui。所以D1實現(xiàn)了下限幅；D2處于臨界狀態(tài)時，其支路兩端電壓為

E+UD(on)=2.3V。當ui>2.3V時，D2導通，uo=2.3V；當ui<2.3V時，D2截止，支路等效為開路，uo=ui。所以D2實現(xiàn)了上限幅。綜合uo波形如圖(c)所表示，該電路把ui超出2.3V部分削去后進行輸出，完成雙向限幅。

49常用半導體器件原理第49頁三、電平選擇電路［例4.3.9］圖(a)給出了一個二極管電平選擇電路，其中二極管D1和D2為理想二極管，輸入信號ui1和ui2幅度均小于電源電壓E，波形如圖(b)所表示。分析電路工作原理，并作出輸出信號uo波形。

50常用半導體器件原理第50頁解：因為ui1和ui2均小于E，所以D1和D2最少有一個處于導通狀態(tài)。不妨假設ui1<ui2，則D1導通后，uo=ui1，結(jié)果D2上加是反向電壓，處于截止狀態(tài)；反之，當ui1>ui2時，D2導通，D1截止，uo=ui2；只有當ui1=ui2時，D1和D2才同時導通，uo=ui1=ui2。uo波形如圖(b)所表示。該電路完成低電平選擇功效，當高、低電平分別代表邏輯1和邏輯0時，就實現(xiàn)了邏輯“與”運算。

51常用半導體器件原理第51頁4.4雙極型晶體管

NPN型晶體管

PNP型晶體管

晶體管物理結(jié)構(gòu)有以下特點：發(fā)射區(qū)相對基區(qū)重摻雜；基區(qū)很薄，只有零點幾到數(shù)微米；集電結(jié)面積大于發(fā)射結(jié)面積。

52常用半導體器件原理第52頁發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。一、發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子

電子注入電流IEN，空穴注入電流IEP

二、基區(qū)中自由電子邊擴散邊復合

基區(qū)復合電流IBN

三、集電區(qū)搜集自由電子

搜集電流ICN

反向飽和電流ICBO4.4.1晶體管工作原理53常用半導體器件原理第53頁晶體管三個極電流與內(nèi)部載流子電流關系：

54常用半導體器件原理第54頁共發(fā)射極直流電流放大倍數(shù)：共基極直流電流放大倍數(shù)：換算關系：晶體管放大能力參數(shù)

55常用半導體器件原理第55頁晶體管極電流關系

描述：描述：

56常用半導體器件原理第56頁4.4.2晶體管伏安特征一、輸出特征

放大區(qū)(發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏)共發(fā)射極交流電流放大倍數(shù)：共基極交流電流放大倍數(shù)：近似關系：

恒流輸出和基調(diào)效應飽和區(qū)(發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏)

飽和壓降

uCE(sat)

截止區(qū)(發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏)

極電流絕對值很小57常用半導體器件原理第57頁二、輸入特征

當uBE大于導通電壓UBE(on)時，晶體管導通，即處于放大狀態(tài)或飽和狀態(tài)。這兩種狀態(tài)下uBE近似等于UBE(on)，所以也能夠認為UBE(on)是導通晶體管輸入端固定管壓降；當uBE<UBE(on)時，晶體管進入截止狀態(tài)。晶體管電流方程：58常用半導體器件原理第58頁4.4.3晶體管近似伏安特征和簡化直流模型近似伏安特征簡化直流模型I——放大區(qū)II——飽和區(qū)III——截止區(qū)59常用半導體器件原理第59頁4.4.4直流偏置下晶體管工作狀態(tài)分析實際應用需要使晶體管處于放大狀態(tài)、飽和狀態(tài)或截止狀態(tài)，從而實現(xiàn)不一樣功效。這是經(jīng)過控制發(fā)射結(jié)和集電結(jié)正偏與反偏來實現(xiàn)。

確定直流偏置下晶體管工作狀態(tài)基本步驟：

1．依據(jù)外電路電源極性判斷發(fā)射結(jié)是正偏還是反偏。假如發(fā)射結(jié)反偏或正偏電壓不到|UBE(on)|，則晶體管處于截止狀態(tài)，IB、IC和IE均為零，再由外電路計算極間電壓UBE、UCE和UCB；2．假如第1步判斷發(fā)射結(jié)正偏電壓到達|UBE(on)|，則晶體管處于放大狀態(tài)或飽和狀態(tài)，再判斷集電結(jié)是正偏還是反偏。假如集電結(jié)反偏，則晶體管處于放大狀態(tài)，這時UBE=UBE(on)。依據(jù)外電路和UBE(on)計算IB，接下來IC=bIB，IE=IB+IC。再由這三個極電流和外電路計算UCE和UCB；3．假如第2步判斷集電結(jié)正偏，則晶體管處于飽和狀態(tài)。這時UBE=UBE(on)，UCE=UCE(sat)，UCB=UCE-UBE，再由這三個極間電壓和外電路計算IB、IC和IE。60常用半導體器件原理第60頁［例4.4.1］晶體管直流偏置電路如圖所表示，已知晶體管UBE(on)=0.6V，=50。當輸入電壓UI分別為0V、3V和5V時，判斷晶體管工作狀態(tài)，并計算輸出電壓UO。

解：晶體管三個極電流正方向如圖中所表示。當UI=0V時，晶體管處于截止狀態(tài)，IC=0，UO=UCC-ICRC=12V；當UI=3V時，晶體管處于放大或飽和狀態(tài)，假設晶體管處于放大狀態(tài)，IB=[UI-UBE(on)]/RB

=40A，IC=bIB=2mA，UCB=UC-UB=(UCC-ICRC)-UBE(on)=3.4V>0，所以集電結(jié)反偏，假設成立，UO=UC=4V；當UI=5V時，計算得到UCB=-3.28V<0，所以晶體管處于飽和狀態(tài)，UO=UCE(sat)

。

61常用半導體器件原理第61頁［例4.4.2］晶體管直流偏置電路如圖所表示，已知晶體管UBE(on)=-0.7V，=50。判斷晶體管工作狀態(tài)，并計算IB、IC和UCE。

解：圖中晶體管是PNP型，UBE(on)=UB-UE=(UCC-IBRB)-IERE=UCC-IBRB-(1+b)IBRE=-0.7V，得到IB=-37.4A<0，所以晶體管處于放大或飽和狀態(tài)。IC=bIB=-1.87mA，UCB=UC-UB=(UCC-ICRC)-(UCC-IBRB)=-3.74V<0，所以集電結(jié)反偏，晶體管處于放大狀態(tài)，IB=-37.4A，IC=-1.87mA，UCE=UCB+UBE(on)=-4.44V。

62常用半導體器件原理第62頁4.5.1結(jié)型場效應管

4.5場效應管

63常用半導體器件原理第63頁一、工作原理

飽和電流IDSS夾斷電壓UGS(off)

柵極電流IG

0輸入阻抗很大UGS增大導電溝道變窄ID減小64常用半導體器件原理第64頁二、輸出特征恒流區(qū)(|uGS|

|UGS(off)|且|uDG|=|uDS

-uGS|>|UGS(off)|)uGS和iD為平方率關系。預夾斷造成uDS對iD控制能力很弱?？勺冸娮鑵^(qū)(|uGS|

|UGS(off)|且

|uDG|<|UGS(off)|)

uDS改變顯著改變iD大小。

截止區(qū)(|uGS|>|UGS(off)|)

iD

=