電子技術(shù)課程模擬電路常用半導(dǎo)體器件課件

1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)和半導(dǎo)體二極管1.2雙極型半導(dǎo)體三極管1.3場效應(yīng)半導(dǎo)體三極管1.4晶閘管(可控硅SCR)第1章常用半導(dǎo)體器件2022/11/2211.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)和半導(dǎo)體二極管第1章常用半導(dǎo)體器件2021.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)和半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體器件是用半導(dǎo)體材料制成的電子器件。常用的半導(dǎo)體器件有二極管、三極管、場效應(yīng)管等。半導(dǎo)體器件是構(gòu)成各種電子電路最基本的元件。1.1.1PN結(jié)半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅(Si)、鍺(Ge)。硅和鍺是4價元素，原子的最外層軌道上有4個價電子。本征半導(dǎo)體：純凈,晶體結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)。2022/11/2221.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)和半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體器件是用半導(dǎo)體熱激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴室溫下，由于熱運(yùn)動少數(shù)價電子掙脫共價鍵的束縛成為自由電子，同時在共價鍵中留下一個空位這個空位稱為空穴。失去價電子的原子成為正離子，就好象空穴帶正電荷一樣。每個硅原子周圍有四個相鄰的原子，原子之間通過共價鍵緊密結(jié)合在一起。兩個相鄰原子共用一對電子。1．半導(dǎo)體的導(dǎo)電特征2022/11/223熱激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴室溫下，由于熱運(yùn)動少數(shù)價電子空穴運(yùn)動鄰近共價鍵中的價電子填補(bǔ)空穴，空穴便轉(zhuǎn)移到鄰近共價鍵中。新的空穴又會被鄰近的價電子填補(bǔ)。帶負(fù)電荷的價電子依次填補(bǔ)空穴的運(yùn)動，從效果上看，相當(dāng)于帶正電荷的空穴作相反方向的運(yùn)動。abc價電子填補(bǔ)空穴2022/11/224空穴運(yùn)動鄰近共價鍵中的價電子填補(bǔ)空穴，空穴便轉(zhuǎn)移到鄰近共價鍵*本征半導(dǎo)體有兩種載流子：帶負(fù)電荷的自由電子和帶正電荷的空穴。*熱激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和空穴是成對出現(xiàn)的，電子和空穴又可能重新結(jié)合而成對消失，稱為復(fù)合。*在一定溫度下本征半導(dǎo)體的自由電子和空穴維持一定的濃度，導(dǎo)電能力很弱。本征半導(dǎo)體小結(jié)2022/11/225*本征半導(dǎo)體有兩種載流子：帶負(fù)電荷的自由電子和帶正電荷的空

2.摻雜半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體硅或鍺中摻入磷、砷等5價元素，在構(gòu)成的共價鍵結(jié)構(gòu)中，由于存在多余的價電子而產(chǎn)生大量自由電子，這種半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體，其中自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子。N型半導(dǎo)體自由電子多數(shù)載流子（簡稱多子）空穴少數(shù)載流子（簡稱少子）2022/11/2262.摻雜半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體硅或鍺中摻入磷、砷等P型半導(dǎo)體在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入硼、鋁等3價元素，在構(gòu)成的共價鍵結(jié)構(gòu)中，由于缺少價電子而形成大量空穴，這類摻雜后的半導(dǎo)體其導(dǎo)電作用主要靠空穴運(yùn)動，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體，其中空穴為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的自由電子是少數(shù)載流子。自由電子多數(shù)載流子（簡稱多子）空穴少數(shù)載流子（簡稱少子）2022/11/227P型半導(dǎo)體在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入硼、鋁等3價元素，*無論是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體都是中性的，對外不顯電性。*多數(shù)載流子的數(shù)量由摻入的雜質(zhì)的濃度決定，摻雜濃度越高多數(shù)載流子的數(shù)量越多。*少數(shù)載流子數(shù)量是熱激發(fā)而產(chǎn)生的，其數(shù)量的多少決定于溫度。摻雜半導(dǎo)體小結(jié)2022/11/228*無論是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體都是中性的，對外不顯電3．PN結(jié)及其單向?qū)щ娦訮N結(jié)的形成*如果載流子濃度分布不均勻，載流子將會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動，這種運(yùn)動稱為擴(kuò)散運(yùn)動。*載流子在電場作用下的定向運(yùn)動稱為漂移運(yùn)動。*將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交界面處將形成一個特殊的薄層→PN結(jié)。2022/11/2293．PN結(jié)及其單向?qū)щ娦訮N結(jié)的形成*如果載流子濃度分布不多子擴(kuò)散形成空間電荷區(qū),產(chǎn)生內(nèi)電場

少子漂移促使阻止

擴(kuò)散與漂移達(dá)到動態(tài)平衡形成一定寬度的PN結(jié)2022/11/2210多子擴(kuò)散形成空間電荷區(qū),少子漂移促使阻止擴(kuò)散與漂移達(dá)到

①外加正向電壓（也叫正向偏置）外加電場與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場削弱，多子擴(kuò)散運(yùn)動大大超過少子漂移運(yùn)動，形成較大的正向電流，這時稱PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)的單向?qū)щ娦?022/11/2211①外加正向電壓（也叫正向偏置）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?②外加反向電壓（也叫反向偏置）外加電場與內(nèi)電場方向相同，增強(qiáng)了內(nèi)電場，多子擴(kuò)散難以進(jìn)行，少子在電場作用下形成反向電流I，因?yàn)槭巧僮悠七\(yùn)動產(chǎn)生的，I很小，這時稱PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。2022/11/2212②外加反向電壓（也叫反向偏置）外加電場與內(nèi)電場方向相同，增1.1.2半導(dǎo)體二極管一個PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類。點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)面積很小，結(jié)電容很小，多用于高頻檢波及脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)元件。面接觸型二極管PN結(jié)面積大，結(jié)電容也小，多用在低頻整流電路中。1．半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)與符號2022/11/22131.1.2半導(dǎo)體二極管一個PN結(jié)加上相應(yīng)的電極2．半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線（1）正向特性(外加正向電壓)外加正向電壓較小時，外電場不足以克服內(nèi)電場對多子擴(kuò)散的阻力，PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài)，電流為零。正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V。外加反向電壓時，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向飽和電流IS很小。

反向電壓大于擊穿電壓VBR時，反向電流急劇增加。（2）反向特性(外加反向電壓)2022/11/22142．半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線（1）正向特性(外加正向電壓)式中IS為反向飽和電流，V為二極管兩端的電壓降，VT=kT/q

稱為溫度的電壓當(dāng)量，k為玻耳茲曼常數(shù)，q

為電子電荷量，T為熱力學(xué)溫度。對于室溫（相當(dāng)T=300K），則有VT=26mV。根據(jù)理論推導(dǎo)，二極管的伏安特性曲線可用下式表示:2022/11/2215式中IS為反向飽和電流，V為二極管兩端的電壓降，VT3.二極管模型正向偏置時：管壓降為0，電阻為0。短路！反向偏置時：電流為0，電阻為∞。開路?。?）理想模型（2）恒壓降模型vD=0.7V。2022/11/22163.二極管模型正向偏置時：反向偏置時：（1）理想模型（2（3）折線模型0.7V1mA2022/11/2217（3）折線模型0.7V1mA2022/10/11174．半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)1）最大整流電流IF：指管子長期運(yùn)行時，允許通過的最大正向平均電流。2）反向擊穿電壓UBR：指管子反向擊穿時的電壓值。3）最大反向工作電壓UR：二極管運(yùn)行時允許承受的最大反向電壓（約為UBR的一半）。4）反向電流IR：指管子未擊穿時的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶谩?）最高工作頻率fm：主要取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小。2022/11/22184．半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)1）最大整流電流IF：指管子長期運(yùn)1.1.3穩(wěn)壓管及其它類型二極管穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的半導(dǎo)體二極管，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流增量很大，只引起很小的電壓變化。(b)(c)2022/11/22191.1.3穩(wěn)壓管及其它類型二極管穩(wěn)壓管是一種用特（1）穩(wěn)定電壓UZ。反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。（2）穩(wěn)定電流IZ。工作電壓等于穩(wěn)定電壓時的電流。（3）動態(tài)電阻rZ。穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流的變化量之比。即：rZ=ΔUZ/ΔIZ（4）額定功率PZ和最大穩(wěn)定電流IZM。額定功率PZ是在穩(wěn)壓管允許結(jié)溫下的最大功率損耗。最大穩(wěn)定電流IZM是指穩(wěn)壓管允許通過的最大電流。它們之間的關(guān)系是：PZ=UZIZM

穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：2022/11/2220（1）穩(wěn)定電壓UZ。反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。穩(wěn)壓管的主要參發(fā)光二極管——

激光光頭,電源顯示有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似。2022/11/2221發(fā)光二極管——激光光頭,電源顯示有正向電流流過時，發(fā)出一例在圖中，已知穩(wěn)壓二極管的ＶＺ＝6.3V，當(dāng)Vｉ＝±20V，R＝lkΩ，求VO?已知穩(wěn)壓二極管的正向壓降VＤ＝0．7V。解當(dāng)Vｉ＝＋20V，V１反向擊穿穩(wěn)壓VＺ１＝6.3V，V２正向?qū)?，VＤ２＝０.7V，則VＤ＝６.３＋０.７＝7V；同理Vｉ＝-20V，VO＝-7V。VoVoVi(b)2022/11/2222例在圖中，已知穩(wěn)壓二極管的ＶＺ＝6.3V，當(dāng)Vｉ＝±20光電二極管——遠(yuǎn)紅外線接收管,太陽能光電池反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。IU照度增加2022/11/2223光電二極管——遠(yuǎn)紅外線接收管,太陽能光電池反向電流隨光照強(qiáng)度變?nèi)荻O管——電視調(diào)諧2022/11/2224變?nèi)荻O管——電視調(diào)諧2022/10/11241.2半導(dǎo)體三極管1.2.1三極管的結(jié)構(gòu)及類型半導(dǎo)體三極管在工作過程中，兩種載流子（電子和空穴）都參與導(dǎo)電，故又稱為雙極型晶體管，簡稱晶體管或三極管。

兩個PN結(jié)，把半導(dǎo)體分成三個區(qū)域。這三個區(qū)域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三極管有兩種類型：NPN型和PNP型。2022/11/22251.2半導(dǎo)體三極管1.2.1三極管的結(jié)構(gòu)及類型NPN型PNP型箭頭方向表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時的電流方向2022/11/2226NPN型PNP型箭頭方向表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時的電流方向201.2.2電流分配和電流放大作用1產(chǎn)生放大作用的條件

內(nèi)部條件：a）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度＞集電區(qū)＞基區(qū)

b）基區(qū)很薄

外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏2三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程a）發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子，形成發(fā)射極電流iEb）電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合，形成基極電流iBc）集電區(qū)收集擴(kuò)散過來的電子，形成集電極電流iC2022/11/22271.2.2電流分配和電流放大作用1產(chǎn)生放大作用的條件實(shí)驗(yàn)表明IC比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，IB雖然很小，但對IC有控制作用，IC隨IB的改變而改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，這就是三極管的電流放大作用。3電流分配關(guān)系：(外部關(guān)系）

IE

≈IC+IB

2022/11/2228實(shí)驗(yàn)表明IC比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，IB雖然很小，但對有三個電極，其中兩個可以作為輸入,兩個可以作為輸出，這樣必然有一個電極是公共電極。三種接法也稱三種組態(tài)。共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示;共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；4三種組態(tài)2022/11/2229有三個電極，其中兩個可以作為輸入,兩個可以作為定義共射直流電流放大系數(shù)IE≈IC+IB

定義共射交流電流放大系數(shù)β工程近似估算不對進(jìn)行區(qū)別。2022/11/2230定義共射直流電流放大系數(shù)IE≈IC+IB定義共射交流電定義共基直流電流放大系數(shù)定義共基交流電流放大系數(shù)α2022/11/2231定義共基直流電流放大系數(shù)定義共基交流電流放大系數(shù)α2022/例：UCE=6V時：IB=40A,IC=1.5mA；

IB=60A,IC=2.3mA。在工程計算中，一般作近似處理：=2022/11/2232例：UCE=6V時：IB=40A,IC=1.5m1.2.3三極管的特性曲線1．輸入特性曲線與二極管類似iB=f(vBE)

vCE=常數(shù)2022/11/22331.2.3三極管的特性曲線1．輸入特性曲線與二極管類似iBUCE1VIB/AUBE/V204060800.40.8工作壓降，硅管UBE0.6~0.7V,鍺管UBE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.1V。2022/11/2234UCE1VIB/AUBE/V204060800.40.iC=f(vCE)

iB=常數(shù)2．輸出特性曲線2022/11/2235iC=f(vCE)iB=常數(shù)2．輸出特性曲線2022/1IC/mA1234UCE/V36912IB=020A40A60A80A100AIC只與IB有關(guān)，IC=IB。放大區(qū)：發(fā)射極正偏，集電結(jié)反偏。集電結(jié)

B發(fā)射結(jié)NPNCCEEB2022/11/2236IC/mA1234UCE/V36912IB=020A4IC/mA1234UCE/V36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中,集電結(jié)正偏，UCE0.2V，稱為飽和區(qū)。飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏集電結(jié)

B發(fā)射結(jié)NPNCCEEB2022/11/2237IC/mA1234UCE/V36912IB=020A40IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100AIB≈0，IC=ICEO≈0,UBE<死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。集電結(jié)

B發(fā)射結(jié)NPNCCEEB2022/11/2238IC(mA)1234UCE(V)36912IB=0201.2.4三極管的主要參數(shù)1、電流放大系數(shù)βiC=βiB2、極間反向電流iCBO、iCEO

iCEO=（1+β）iCBO3、極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流ICM

所允許的最大集電極電流。（2）反向擊穿電壓U（BR）CEO

基極開路時，集電極、發(fā)射極間的最大允許電壓。（3）集電極最大允許功耗PCM。

集電結(jié)

B發(fā)射結(jié)NPNCCEEB2022/11/22391.2.4三極管的主要參數(shù)1、電流放大系數(shù)β

第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、

G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關(guān)管國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體三極管的命名如下:3

D

G

110B

用字母表示材料用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號的序號用字母表示同一型號中的不同規(guī)格三極管1.2.5半導(dǎo)體三極管的型號例如：3AX31D、3DG123C、3DK100B2022/11/2240第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、第三位：X低頻小半導(dǎo)體三極管圖片2022/11/2241半導(dǎo)體三極管圖片2022/10/1141三極管的類型判定2022/11/2242三極管的類型判定2022/10/1142

場效應(yīng)半導(dǎo)體三極管是僅由一種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，是一種用電壓控制輸出電流的的半導(dǎo)體器件。從參與導(dǎo)電的載流子來劃分，它有電子作為載流子的N溝道器件和空穴作為載流子的P溝道器件。

從場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)來劃分，它有兩大類。1.結(jié)型場效應(yīng)三極管JFET

(JunctiontypeFieldEffectTransister)2.絕緣柵型場效應(yīng)三極管IGFET

(InsulatedGateFieldEffectTransister)IGFET也稱金屬氧化物半導(dǎo)體三極管MOSFET（MetalOxideSemiconductorFET）1.3場效應(yīng)半導(dǎo)體三極管2022/11/2243場效應(yīng)半導(dǎo)體三極管是僅由一種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體1.3.1結(jié)型場效應(yīng)三極管

1結(jié)型場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)是在N型半導(dǎo)體硅片的兩側(cè)各制造一個高摻雜的P區(qū)，形成兩個PN結(jié)夾著一個N型溝道的結(jié)構(gòu)。P區(qū)即為柵極，N型硅的一端是漏極，另一端是源極。D(Drain)為漏極，相當(dāng)c；G(Gate)為柵極，相當(dāng)b；S(Source)為源極，相當(dāng)e。2022/11/22441.3.1結(jié)型場效應(yīng)三極管1結(jié)型場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)D2022/11/22452022/10/1145

2結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理柵極和導(dǎo)電溝道之間存在一個PN結(jié)。假設(shè)在柵極和源極之間的PN結(jié)加上反向電壓，則可以通過改變反向電壓的大小來改變耗盡層的寬度。

當(dāng)反向電壓VGS的值變大時，耗盡層將變寬，于是導(dǎo)電溝道的寬度相應(yīng)減小，即導(dǎo)電溝道的橫截面積減小。導(dǎo)電溝道本身的電阻值增大，于是，在同一個電壓VDS的作用下，漏極電流將減小。

2022/11/22462結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理柵極和導(dǎo)電溝道之間存在

①柵源電壓VGS對溝道的控制作用當(dāng)VGS=0時，在漏、源之間加有一定電壓時，在漏、源間將形成多子的漂移運(yùn)動，產(chǎn)生漏極電流。當(dāng)VGS＜0時，PN結(jié)反偏，形成耗盡層，漏源間的溝道將變窄，ID將減小，VGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄，ID繼續(xù)減小直至為0。當(dāng)漏極電流為零時所對應(yīng)的柵源電壓VGS稱為夾斷電壓VGS(off)(VP)。ID=0ID=0ID=02022/11/2247①柵源電壓VGS對溝道的控制作用當(dāng)VGS=0

②漏源電壓VDS對溝道的控制作用

當(dāng)VDS增加到使VGD=VGS-VDS=VGS(off)時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷，當(dāng)VDS繼續(xù)增加，漏極處的夾斷繼續(xù)向源極方向延長。若漏源電壓VDS從零開始增加，則VGD=VGS-VDS將隨之減小。使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，呈楔形。IDIDIDID2022/11/2248②漏源電壓VDS對溝道的控制作用當(dāng)VDS增加到

3結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線場效應(yīng)管的特性曲線常用的有轉(zhuǎn)移特性和輸出特性兩種。由于輸入電流(柵流)幾乎等于零，所以討論場效應(yīng)管的輸入特性一般沒有意義。場效應(yīng)管的輸出特性表示當(dāng)柵源之間的電壓不變時，漏極電流ID與漏源電壓VDS之間的關(guān)系，即漏源之間的電壓VDS保持不變時，漏極電流ID與柵源之間電壓VGS的關(guān)系稱為轉(zhuǎn)移特性。

2022/11/22493結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線場效應(yīng)管的特性曲線常用的當(dāng)VGS＝0時，ID達(dá)到最大，VGS負(fù)值越大，則ID愈小。當(dāng)VGS等于夾斷電壓VP時，ID≈0

可變電阻區(qū)

表示當(dāng)VDS比較小時，ID隨著VDS的增加而直線上升，二者間基本上是線性關(guān)系

恒流區(qū)（也稱放大區(qū)）中間部分。該區(qū)域ID基本上不隨VDS變化，ID的值主要取決于VGS。

夾斷區(qū)夾斷區(qū)

靠近橫軸的區(qū)域，VGS≤VP，ID＝０，其導(dǎo)電溝道完全被夾斷，管子不工作，故稱夾斷區(qū)。輸出特性轉(zhuǎn)移特性2022/11/2250當(dāng)VGS＝0時，ID達(dá)到最大，VGS負(fù)值越大，則ID愈小。當(dāng)擊穿區(qū)

表示當(dāng)VDS升高到一定程度后，反向偏置的PN結(jié)被擊穿，ID將迅速增大。如果電流過大，管子將被損壞。

轉(zhuǎn)移特性表達(dá)式2022/11/2251擊穿區(qū)表示當(dāng)VDS升高到一定程度后，反向偏置的PN結(jié)被擊4結(jié)型場效應(yīng)管特性曲線小結(jié)N溝道耗盡型P溝道耗盡型2022/11/22524結(jié)型場效應(yīng)管特性曲線小結(jié)NP2022/10/1152絕緣柵型場效應(yīng)三極管MOSFET(MetalOxideSemiconductorFET)。分為1.3.2絕緣柵場效應(yīng)管的工作原理耗盡型：VGS=0時漏、源極之間已經(jīng)存在原始導(dǎo)電溝道。N溝道、P溝道。增強(qiáng)型：VGS≥0時漏、源極之間才能形成導(dǎo)電溝道。N溝道、P溝道原理與結(jié)型不同!2022/11/2253絕緣柵型場效應(yīng)三極管MOSFET(MetalOxid1N溝道增強(qiáng)型MOSFETN溝道增強(qiáng)型MOSFET基本上是一種左右對稱的結(jié)構(gòu)，它是在P型半導(dǎo)體上生成一層SiO2

薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴(kuò)散高摻雜的N型區(qū)，從N型區(qū)引出兩個電極。一個是漏極D，一個是源極S。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。P型半導(dǎo)體稱為襯底，用符號B表示。結(jié)構(gòu)2022/11/22541N溝道增強(qiáng)型MOSFETN溝道增強(qiáng)型MOSFEPNNGSDUDSUGSUGS=0時ID=0對應(yīng)截止區(qū)柵源電壓VGS的控制作用無導(dǎo)電溝道2022/11/2255PNNGSDUDSUGSUGS=0時ID=0對應(yīng)截止區(qū)柵源電PNNGSDVDSVGSVGS足夠大時,形成導(dǎo)電溝道，如此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流Id。使導(dǎo)電溝道剛剛形成的VGS稱為開啟電壓VGS(th)(或VT)UGS>0時,感應(yīng)出電子2022/11/2256PNNGSDVDSVGSVGS足夠大時,形成導(dǎo)電溝道，如此時PNNGSDVDSVGS導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來，VGS越大此電阻越小。2022/11/2257PNNGSDVDSVGS導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來，漏源電壓VDS的控制作用呈楔形2022/11/2258漏源電壓VDS的控制作用呈楔形2022/10/1158VGS

＜VT，管子截止VGS

＞VT，管子導(dǎo)通VGS

越大，溝道越寬，電阻越小,在相同的漏源電壓uDS作用下，漏極電流ID越大N溝道增強(qiáng)型MOS管的基本特性2022/11/2259VGS＜VT，管子截止N溝道增強(qiáng)型MOS管的基本特性20

轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率gm的大小反映了柵源電壓VGS對漏極電流ID的控制作用。gm

的量綱為mA/V，所以gm也稱為跨導(dǎo)。跨導(dǎo)的定義

gm=ID/VGSVDS=常數(shù)(單位mS)

ID=f(VGS)VDS=常數(shù)轉(zhuǎn)移特性曲線2022/11/2260轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率gm的大小反映了柵源電壓VGS對漏ID=f(VDS)VGS=常數(shù)輸出特性曲線2022/11/2261ID=f(VDS)VGS=常數(shù)輸出特性曲線2022/10/2

N溝道耗盡型MOSFET耗盡型的MOS管VGS=0時就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT2022/11/22622N溝道耗盡型MOSFET耗盡型的MOS管VGS=0時就輸出特性曲線IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>02022/11/2263輸出特性曲線IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>0201.3.3場效應(yīng)管的參數(shù)①開啟電壓VGS(th)(或VT)

開啟電壓是MOS增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對值,場效應(yīng)管不能導(dǎo)通。②夾斷電壓VGS(off)(或VP)

夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)VGS=VGS(off)時,漏極電流為零。③飽和漏極電流IDSS

耗盡型場效應(yīng)三極管,當(dāng)VGS=0時所對應(yīng)的漏極電流。2022/11/22641.3.3場效應(yīng)管的參數(shù)①開啟電壓VGS(th)(或

④輸入電阻RGS

場效應(yīng)三極管的柵源輸入電阻的典型值，對于結(jié)型場效應(yīng)三極管，反偏時RGS約大于107Ω，對于絕緣柵型場效應(yīng)三極管,RGS約是109～1015Ω。

⑤低頻跨導(dǎo)gm

低頻跨導(dǎo)反映了柵壓對漏極電流的控制作用，gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取，單位是mS(毫西門子)。

⑥最大漏極功耗PDM

最大漏極功耗可由PDM=VDSID決定，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)。2022/11/2265④輸入電阻RGS⑤低頻跨導(dǎo)gm⑥

場效應(yīng)管與雙極型三極管比較

1.3.4雙極型和場效應(yīng)型三極管的比較2022/11/2266場效應(yīng)管與雙極型三極管比較1.3.4雙極型和場效應(yīng)型

一種大功率半導(dǎo)體器件，出現(xiàn)于70年代。它的出現(xiàn)使半導(dǎo)體器件由弱電領(lǐng)域擴(kuò)展到強(qiáng)電領(lǐng)域。體積小、重量輕、無噪聲、壽命長、容量大（正向平均電流達(dá)千安、耐壓達(dá)數(shù)千伏）。

1.4.1特點(diǎn)1.4晶閘管(可控硅SCR)

2022/11/2267一種大功率半導(dǎo)體器件，出現(xiàn)于70年代。它的出應(yīng)用領(lǐng)域：逆變整流（交流直流）斬波（直流交流）變頻（交流交流）（直流直流）還可作無觸點(diǎn)開關(guān)等2022/11/2268應(yīng)用領(lǐng)域：逆變整流基本結(jié)構(gòu)A（陽極）四層半導(dǎo)體K（陰極）G（控制極）P1P2N1三個PN結(jié)N22022/11/2269基本結(jié)構(gòu)A（陽極）四層半導(dǎo)體K（陰極）G（控制極）P符號AKG1.4.2工作原理GKP1P2N1N2APPNNNPAGK分解2022/11/2270符號AKG1.4.2工作原理GKP1P2N1N2APPNNAPPNNNPGKi

g?i

g??igKAGT2T12022/11/2271APPNNNPGKig?ig??igKAGT2T1202UAK

>0

、UGK>0時T2導(dǎo)通ib2

=i

giC2=ig=ib1ic1=

ib1=igT1導(dǎo)通形成正反饋晶閘管迅速導(dǎo)通T2進(jìn)一步導(dǎo)通i

g?i

g??igKAGT2T1AKG2022/11/2272UAK>0、UGK>0時T2導(dǎo)通ib2=igiC晶閘管開始工作后，UAK加反向電壓，或不加觸發(fā)信號（即UGK=0）；晶閘管導(dǎo)通后，

UGK，去掉依靠正反饋，晶閘管仍維持導(dǎo)通狀態(tài)；晶閘管截止的條件：（1）（2）晶閘管正向?qū)ê?，令其截止，必須降低UAK,或加大回路電阻，使晶閘管中電流的正反饋不能維持。2022/11/2273晶閘管開始工作后，UAK加反向電壓，或不加觸發(fā)信號（即UG1.晶閘管具有單向?qū)щ娦哉驅(qū)l件：A、K間加正向電壓，G、K間加觸發(fā)信號2.晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極失去作用若使其關(guān)斷，必須降低UAK或加大回路電阻，把陽極電流減小到維持電流以下。結(jié)論2022/11/22741.晶閘管具有單向?qū)щ娦?.晶閘管一旦導(dǎo)通，控制極失去作用結(jié)UDRM：斷態(tài)重復(fù)峰值電壓。（晶閘管耐壓值。一般取UDRM=80%UDSM。普通晶閘管UDRM為100V---3000V）URRM：反向重復(fù)峰值電壓。（控制極斷路時，可以重復(fù)作用在晶閘管上的反向重復(fù)電壓。一般取URRM=80%URSM。普通晶閘管URRM為100V--3000V）

IF：通態(tài)平均電流。（環(huán)境溫度為40OC時,在電阻性負(fù)載、單相工頻正弦半波、導(dǎo)電角不小于170o的電路中，晶閘管允許的最大通態(tài)平均電流。普通晶閘管IF

為1A---1000A。）1.4.4主要參數(shù)2022/11/2275UDRM：斷態(tài)重復(fù)峰值電壓。（晶閘管耐壓值。URRM：反向重IH：維持電流。(在室溫下，控制極開路、晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通后，維持導(dǎo)通狀態(tài)所必須的最小電流。一般為幾十到一百多毫安。）UG、IG：控制極觸發(fā)電壓和電流。（在室溫下，陽極電壓為直流6V時，使晶閘管完全導(dǎo)通所必須的最小控制極直流電壓、電流。一般UG為1到5V，IG為幾十到幾百毫安。）2022/11/2276IH：維持電流。(在室溫下，控制極開路、晶閘管UG、IG：控1.4.5單相半波可控整流電路(電阻負(fù)載)1電路及工作原理設(shè)u1為正弦波

u2>0時，加上觸發(fā)電壓uG，晶閘管導(dǎo)通。且uL

的大小隨uG

加入的早晚而變化；u2<0時，晶閘管不通，uL=0。故稱可控整流。u1u2uTuLAGKRL2022/11/22771.4.5