第十章 常用半導(dǎo)體器件

普通電工學(xué)歡迎學(xué)習(xí)授課教師：王曉宇爐峪口煤礦機(jī)電部第十章常用半導(dǎo)體器件第三節(jié)穩(wěn)壓管第四節(jié)晶體三極管第五節(jié)場(chǎng)效應(yīng)晶體管第二節(jié)晶體二極管第一節(jié)半導(dǎo)體的基本知識(shí)第十章常用半導(dǎo)體器件本章要求：一、理解PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，三極管的電流分配和電流放大作用；二、了解二極管、穩(wěn)壓管和三極管的基本構(gòu)造、工作原理和特性曲線，理解主要參數(shù)的意義；三、會(huì)分析含有二極管的電路。

學(xué)會(huì)用工程觀點(diǎn)分析問(wèn)題，就是根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)器件的數(shù)學(xué)模型和電路的工作條件進(jìn)行合理的近似，以便用簡(jiǎn)便的分析方法獲得具有實(shí)際意義的結(jié)果。

對(duì)電路進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，只要能滿足技術(shù)指標(biāo)，就不要過(guò)分追究精確的數(shù)值。器件是非線性的、特性有分散性、RC的值有誤差、工程上允許一定的誤差、采用合理估算的方法。

對(duì)于元器件，重點(diǎn)放在特性、參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)和正確使用方法，不要過(guò)分追究其內(nèi)部機(jī)理。討論器件的目的在于應(yīng)用。第一節(jié)半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)一、本征半導(dǎo)體完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)共價(jià)健共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱為價(jià)電子。

Si

Si

Si

Si價(jià)電子

Si

Si

Si

Si價(jià)電子

價(jià)電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。空穴溫度愈高，晶體中產(chǎn)生的自由電子便愈多。自由電子在外電場(chǎng)的作用下，空穴吸引相鄰原子的價(jià)電子來(lái)填補(bǔ)，而在該原子中出現(xiàn)一個(gè)空穴，其結(jié)果相當(dāng)于空穴的運(yùn)動(dòng)（相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)）。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流

(1)自由電子作定向運(yùn)動(dòng)電子電流

(2)價(jià)電子遞補(bǔ)空穴空穴電流注意：

(1)本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少,其導(dǎo)電性能很差；(2)溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。自由電子和空穴都稱為載流子。自由電子和空穴成對(duì)地產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。二、N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體。摻入五價(jià)元素

Si

Si

Si

Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)電子變?yōu)檎x子在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）,形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。

在N

型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。動(dòng)畫二、N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體

摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體。摻入三價(jià)元素

Si

Si

Si

Si

在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子空穴動(dòng)畫無(wú)論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。1.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。2.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。3.當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc4.在外加電壓的作用下，P型半導(dǎo)體中的電流主要是

，N型半導(dǎo)體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba三、PN結(jié)1、PN結(jié)的形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱PN結(jié)擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－動(dòng)畫形成空間電荷區(qū)2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?）PN結(jié)加正向電壓（正向偏置）PN結(jié)變窄P接正、N接負(fù)外電場(chǎng)IF內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++動(dòng)畫+–（2）PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場(chǎng)P接負(fù)、N接正內(nèi)電場(chǎng)PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－動(dòng)畫–+PN結(jié)變寬（2）PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IRP接負(fù)、N接正溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。動(dòng)畫–+PN結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－第二節(jié)晶體二極管一、基本結(jié)構(gòu)(a)點(diǎn)接觸型(b)面接觸型

結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。結(jié)面積大、正向電流大、結(jié)電容大，用于工頻大電流整流電路。(c)平面型

用于集成電路制作工藝中。PN結(jié)結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。陰極引線陽(yáng)極引線二氧化硅保護(hù)層P型硅N型硅(

c

)平面型金屬觸絲陽(yáng)極引線N型鍺片陰極引線外殼(

a)點(diǎn)接觸型鋁合金小球N型硅陽(yáng)極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線(

b)面接觸型圖1–12半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)二極管的結(jié)構(gòu)示意圖陰極陽(yáng)極(

d

)符號(hào)D二、伏安特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴Ｕ蛱匦苑聪蛱匦蕴攸c(diǎn)：非線性硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。三、主要參數(shù)1.最大整流電流

IOM二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。2.反向工作峰值電壓URWM是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過(guò)熱而燒壞。3.反向峰值電流IRM指二極管加最高反向工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?，IRM受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。二極管的單向?qū)щ娦?.二極管加正向電壓（正向偏置，陽(yáng)極接正、陰極接負(fù)）時(shí)，二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。2.二極管加反向電壓（反向偏置，陽(yáng)極接負(fù)、陰極接正）時(shí)，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。

3.外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?.二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。二極管電路分析舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通截止否則，正向管壓降硅0.6~0.7V鍺0.2~0.3V分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負(fù)。若V陽(yáng)>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導(dǎo)通若V陽(yáng)<V陰或UD為負(fù)(反向偏置)，二極管截止若二極管是理想的，正向?qū)〞r(shí)正向管壓降為零，反向截止時(shí)二極管相當(dāng)于斷開。電路如圖，求：UABV陽(yáng)=－6VV陰=－12VV陽(yáng)>V陰二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個(gè)管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1：

取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。在這里，二極管起鉗位作用。D6V12V3kBAUAB+–兩個(gè)二極管的陰極接在一起取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽(yáng)極和陰極的電位。V1陽(yáng)=－6V，V2陽(yáng)=0V，V1陰=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例2:D1承受反向電壓為－6V流過(guò)D2

的電流為求：UAB在這里，D2起鉗位作用，D1起隔離作用。BD16V12V3kAD2UAB+–ui>8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二極管截止，可看作開路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫出uo

波形。8V例3：二極管的用途：

整流、檢波、限幅、鉗位、開關(guān)、元件保護(hù)、溫度補(bǔ)償?shù)?。ui18V參考點(diǎn)二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––動(dòng)畫練習(xí)：已知：Va=3V，Vb=0V。求：Vy=?方法：先判二極管誰(shuí)優(yōu)先導(dǎo)通，導(dǎo)通后二極管起嵌位作用兩端壓降為定值。因：Va>Vb故：Da優(yōu)先導(dǎo)通Db截止若：Da導(dǎo)通壓降為0.3V則：Vy=2.7V解：P12：例15.3.2練習(xí)1：已知：Ui=10sinwtV，二極管為理想元件。

試畫出Uo的波形。Ui>5V：Uo=5VUi<5V：Uo=Ui解：方法：判斷二極管何時(shí)導(dǎo)通、截止。P25：15.3.2(a)第三節(jié)穩(wěn)壓管1.符號(hào)UZIZIZMUZIZ2.伏安特性穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓使用時(shí)要加限流電阻穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。_+UIO3.主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數(shù)ｕ環(huán)境溫度每變化1C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。(3)動(dòng)態(tài)電阻(4)穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM(5)最大允許耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。光電二極管反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。IU照度增加符號(hào)發(fā)光二極管有正向電流流過(guò)時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)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，正向電壓較一般二極管高，電流為幾~幾十mA光電二極管發(fā)光二極管第四節(jié)晶體三極管一、基本結(jié)構(gòu)NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發(fā)射極集電極符號(hào)：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管PNP型三極管基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：集電區(qū)：面積最大二、電流分配和放大原理1.三極管放大的外部條件BECNNPEBRBECRC發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏PNP發(fā)射結(jié)正偏VB<VE集電結(jié)反偏VC<VB從電位的角度看：

NPN

發(fā)射結(jié)正偏VB>VE集電結(jié)反偏VC>VB

2.各電極電流關(guān)系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05結(jié)論:1）三電極電流關(guān)系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）IC

IB

把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。

實(shí)質(zhì):用一個(gè)微小電流的變化去控制一個(gè)較大電流的變化，是CCCS器件。3.三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO

基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。

進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE。集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。3.三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBOIBEICE與IBE之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)集－射極穿透電流,溫度ICEO(常用公式)若IB=0,則

ICICE0三、特性曲線即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。為什么要研究特性曲線：1）直觀地分析管子的工作狀態(tài)2）合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設(shè)計(jì)性能良好的電路重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路輸入回路輸出回路測(cè)量晶體管特性的實(shí)驗(yàn)線路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++1.輸入特性特點(diǎn):非線性死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。正常工作時(shí)發(fā)射結(jié)電壓：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型鍺管

UBE0.2~0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO2.輸出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大區(qū)輸出特性曲線通常分三個(gè)工作區(qū)：(1)放大區(qū)在放大區(qū)有IC=IB

，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止區(qū)IB<0以下區(qū)域?yàn)榻刂箙^(qū)，有IC0

。在截止區(qū)發(fā)射結(jié)處于反向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于截止?fàn)顟B(tài)。飽和區(qū)截止區(qū)（3）飽和區(qū)

當(dāng)UCEUBE時(shí)，晶體管工作于飽和狀態(tài)。在飽和區(qū)，IBIC，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)也處于正偏。

深度飽和時(shí)，硅管UCES0.3V，

鍺管UCES0.1V。四、主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)，直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)當(dāng)晶體管接成發(fā)射極電路時(shí)，表示晶體管特性的數(shù)據(jù)稱為晶體管的參數(shù)，晶體管的參數(shù)也是設(shè)計(jì)電路、選用晶體管的依據(jù)。注意：和

的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICE0較小的情況下，兩者數(shù)值接近。常用晶體管的

值在20~200之間。例：在UCE=6V時(shí)，在Q1點(diǎn)IB=40A,IC=1.5mA；

在Q2點(diǎn)IB=60A,IC=2.3mA。在以后的計(jì)算中，一般作近似處理：=。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1點(diǎn)，有由Q1和Q2點(diǎn)，得2.集-基極反向截止電流ICBO

ICBO是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流，受溫度的影響大。溫度ICBOICBOA+–EC3.集-射極反向截止電流(穿透電流)ICEOAICEOIB=0+–

ICEO受溫度的影響大。溫度ICEO，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。4.集電極最大允許電流ICM5.集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO集電極電流IC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng)值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為ICM。當(dāng)集—射極之間的電壓UCE超過(guò)一定的數(shù)值時(shí)，三極管就會(huì)被擊穿。手冊(cè)上給出的數(shù)值是25C、基極開路時(shí)的擊穿電壓U(BR)

CEO。6.集電極最大允許耗散功耗PCMPCM取決于三極管允許的溫升，消耗功率過(guò)大，溫升過(guò)高會(huì)燒壞三極管。

PC

PCM=ICUCE

硅管允許結(jié)溫約為150C，鍺管約為7090C。ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)由三個(gè)極限參數(shù)可畫出三極管的安全工作區(qū)ICUCEO晶體管參數(shù)與溫度的關(guān)系1、溫度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管優(yōu)于鍺管。2、溫度每升高1C，UBE將減小–(2~2.5)mV，即晶體管具有負(fù)溫度系數(shù)。3、溫度每升高1C，增加0.5%~1.0%。第五節(jié)場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管是一種由輸入信號(hào)電壓來(lái)控制其電流大小的半導(dǎo)體三極管，所以是電壓控制器件。場(chǎng)效應(yīng)管的分類根據(jù)結(jié)構(gòu)不同分類：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（MOS管）場(chǎng)效應(yīng)管：結(jié)型N溝道P溝道MOS型N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型增強(qiáng)型耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)：1.輸入端基本上不取電流，一次輸入電阻非常高，一般可達(dá)108~1015；2.具有噪聲低，受溫度、輻射影響小，制造工藝簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模集成等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于集成電路中。3.場(chǎng)效應(yīng)管都是僅由一種載流子（多數(shù)載流子）參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，故又稱為單極型三極管。從參與導(dǎo)電的載流子來(lái)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。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管是一種利用耗盡層寬度改變導(dǎo)電溝道的寬窄來(lái)控制漏極電流的大小的器件。它是在N型半導(dǎo)體硅片的兩側(cè)各制造一個(gè)PN結(jié)，形成兩個(gè)PN結(jié)夾著一個(gè)N型溝道的結(jié)構(gòu)。P區(qū)即為柵極g(G)，N型硅的一端是漏極d(D)，另一端是源極s(S)。1、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)的工作原理和特性曲線

N溝道場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)，在柵極與源極之間加負(fù)電，柵極與溝道之間的PN結(jié)為反偏。在漏極、源極之間加一定正電壓，使N溝道中的多數(shù)載流子(電子)由源極向漏極漂移，形成iD。iD的大小受uGS的控制。P溝道場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)，極性相反，溝道中的多子為空穴PN結(jié)N溝道

當(dāng)uGS＜0時(shí)，PN結(jié)反偏，耗盡層變厚，溝道變窄，溝道電阻變大，iD減??；uGS更負(fù)，溝道更窄，iD更?。恢敝翜系辣缓谋M層全部覆蓋，溝道被夾斷，

iD≈0。這時(shí)所對(duì)應(yīng)的柵源電壓uGS稱為夾斷電壓UGS(off)。（1）uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響

在柵源間加電壓VGS＞VP，漏源間加電壓VDS。則因漏端耗盡層所受的反偏電壓為VGD=VGS-VDS，比源端耗盡層所受的反偏電壓VGS相比絕對(duì)值要大,(如:VGS=-2V,VDS=3V,VP=-9V,則漏端耗盡層受反偏電壓為-5V，源端耗盡層受反偏電壓為-2V),使靠近漏端的耗盡層比源端厚，溝道比源端窄，故VDS對(duì)溝道的影響是不均勻的，使溝道呈楔形。當(dāng)VDS增加到使VGD=VGS-VDS=VP時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷點(diǎn)，隨VDS增大，這種不均勻性越明顯。當(dāng)VDS繼續(xù)增加時(shí)，預(yù)夾斷點(diǎn)向源極方向伸長(zhǎng)為預(yù)夾斷區(qū)。由于預(yù)夾斷區(qū)電阻很大，使主要VDS降落在該區(qū)，由此產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)力能把未夾斷區(qū)漂移到其邊界上的載流子都掃至漏極，形成漏極飽和電流。（2）漏源電壓VDS對(duì)iD的影響

一般情況下，夾斷區(qū)僅占溝道長(zhǎng)度的很小部分，因此UDS的增大而引起夾斷點(diǎn)的移動(dòng)可忽略，夾斷點(diǎn)到源極間的溝道長(zhǎng)度可以認(rèn)為近似不變，同時(shí)，夾斷點(diǎn)到源極間的電壓又為一定值，所以可近似認(rèn)為ＩD是不隨UDS而變化的恒值。JFET工作原理

（動(dòng)畫2-9)①輸出特性曲線恒流區(qū)：(又稱飽和區(qū)或放大區(qū)）特點(diǎn):(1)受控性：

輸入電壓vGS控制輸出電流(2)恒流性：輸出電流iD

基本上不受輸出電壓vDS的影響。用途:可做放大器和恒流源。條件:(1)源端溝道未夾斷

(2)漏端溝道欲夾斷

IDSS為飽和漏極電流（3）伏安特性曲線特點(diǎn):(1)當(dāng)vGS為定值時(shí),iD是

vDS的線性函數(shù)，管子的漏源間呈現(xiàn)為線性電阻，且其阻值受

vGS控制。

（2）管壓降vDS很小。用途：做壓控線性電阻和無(wú)觸點(diǎn)的、閉合狀態(tài)的電子開關(guān)。條件：源端與漏端溝道都不夾斷

可變電阻區(qū)

用途：做無(wú)觸點(diǎn)的、斷開狀態(tài)的電子開關(guān)。條件：整個(gè)溝道都夾斷

擊穿區(qū)

當(dāng)漏源電壓增大到

時(shí)，漏端PN結(jié)發(fā)生雪崩擊穿，使iD劇增的區(qū)域。其值一般為（20—50）V之間。由于VGD=VGS-VDS,故vGS越負(fù)，對(duì)應(yīng)的VP就越小。管子不能在擊穿區(qū)工作。特點(diǎn)：夾斷區(qū)輸入電壓VGS對(duì)輸出漏極電流ID的控制（4）轉(zhuǎn)移特性曲線結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

N溝道耗盡型P溝道耗盡型結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性小結(jié)絕緣柵效應(yīng)管增強(qiáng)型耗盡型N溝道N溝道P溝道P溝道P型襯底二、絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（MOS管）漏極D源極S柵極GDSBGN溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管襯底B

絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MetalOxideSemiconductor

——MOSFET

分為

增強(qiáng)型N溝道、P溝道

耗盡型N溝道、P溝道增強(qiáng)型：沒有導(dǎo)電溝道，耗盡型：存在導(dǎo)電溝道，N溝道P溝道增強(qiáng)型N溝道P溝道耗盡型金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管UDSiD

（1）柵源電壓VGS的控制作用當(dāng)UGS＝0時(shí),因?yàn)槁┰粗g被兩個(gè)背靠背的PN結(jié)隔離，因此，即使在D、S之間加上電壓,在D、S間也不可能形成電流。所以UDS>0時(shí)，iD＝0。

1.N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理UDS耗盡層iD當(dāng)0＜VGS＜UGS(th)(開啟電壓)時(shí),通過(guò)柵極和襯底間的電容作用，將柵極下方P型襯底表層的空穴向下排斥，同時(shí)，使兩個(gè)N區(qū)和襯底中的自由電子吸向襯底表層，并與空穴復(fù)合而消失，結(jié)果在襯底表面形成一薄層負(fù)離子的耗盡層。漏源間仍無(wú)載流子的通道。管子仍不能導(dǎo)通，處于截止?fàn)顟B(tài)。

柵源電壓VGS的控制作用UDSiD當(dāng)VGS＞UGS(th)

(開啟電壓)時(shí)，襯底中的電子進(jìn)一步被吸至柵極下方的P型襯底表層，使襯底表層中的自由電子數(shù)量大于空穴數(shù)量，該薄層轉(zhuǎn)換為N型半導(dǎo)體，稱此為反型層。形成N源區(qū)到N漏區(qū)的N型溝道。把開始形成反型層的VGS值稱為該管的開啟電壓UGS(th)

。柵源電壓VGS的控制作用反型層導(dǎo)電溝道形成了!!!UDSiD當(dāng)VGS＞UGS(th)

(開啟電壓)時(shí)，若VDS>0，就能產(chǎn)生漏極電流

ID，即管子開啟。VGS值越大，溝道內(nèi)自由電子越多，溝道電阻越小，在同樣VDS

電壓作用下，ID就越大。這樣，就實(shí)現(xiàn)了輸入電壓VGS對(duì)輸出電流ID

的控制。柵源電壓VGS對(duì)ID的控制作用反型層UDS耗盡層反型層iD(2).漏源電壓VDS對(duì)溝道導(dǎo)電能力的影響

VGD=VGS-VDS,

當(dāng)VDS為0或較小時(shí)，VGD＞VGS(th)，此時(shí)VDS基本均勻降落在溝道中，溝道呈斜線分布。

當(dāng)VDS增加到使VGD=VGS(th)時(shí)，漏極處溝道將縮減到剛剛開啟的情況，稱為預(yù)夾斷。源區(qū)的自由電子在VDS電場(chǎng)力的作用下，仍能沿著溝道向漏端漂移，一旦到達(dá)預(yù)夾斷區(qū)的邊界處，就能被預(yù)夾斷區(qū)內(nèi)的電場(chǎng)力掃至漏區(qū)，形成漏極電流。

當(dāng)VDS增加到使VGDVGS(th)時(shí)，預(yù)夾斷點(diǎn)向源極端延伸成小的夾斷區(qū)。由于預(yù)夾斷區(qū)呈現(xiàn)高阻，而未夾斷溝道部分為低阻，因此，VDS增加的部分基本上降落在該夾斷區(qū)內(nèi)，而溝道中的電場(chǎng)力基本不變，漂移電流基本不變，所以，從漏端溝道出現(xiàn)預(yù)夾斷點(diǎn)開始，ID基本不隨VDS增加而變化。漏極輸出特性曲線MOSFET的特性曲線此區(qū)域內(nèi):iD僅與uGS有關(guān)。故稱為恒流區(qū)（飽和區(qū)）。N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)管特性曲線該區(qū)域中：曲線近似為不同斜率的直線，稱為可變電阻區(qū)。直線斜率的倒數(shù)為d-s間的等效電阻。該電阻值隨uGS改變而改變。N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)管特性曲線此區(qū)域中:iD=0,

稱為夾斷區(qū)。N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)管特性曲線N溝道耗盡型MOSFETN溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖所示，制造時(shí)在柵極下方的絕緣層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)uGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)在感應(yīng)出反型層，在漏源之間形成了溝道。于是只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。無(wú)須加開啟電壓（uGS=0）。絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管

N溝道耗盡型P溝道耗盡型耗盡型MOSFET的特性曲線2、場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)

直流參數(shù)2.夾斷電壓UGS(off):UDS一定時(shí),使iD減小到規(guī)定的微小電流時(shí)所需的uGS值。1.開啟電壓UGS(th):當(dāng)UDS一定時(shí),使漏極電流iD=10μA時(shí)所需加的UGS值。3.飽和漏極電流IDSS：當(dāng)UGS等于零,產(chǎn)生預(yù)夾斷時(shí)對(duì)應(yīng)的漏極電流。P溝道MOSFET簡(jiǎn)介P溝道MOS管和N溝道MOS管的主要區(qū)別在于作為襯底的半導(dǎo)體材料的類型不同，PMOS管是以N型硅作為襯底，而漏極和源極從P區(qū)引出，形成的反型層為P型，相應(yīng)的溝道為P型溝道。對(duì)于耗盡型PMOS管，在二氧化硅絕緣層中摻入的是負(fù)離子。使用時(shí)，uGS的極性與NMOS管相反。增強(qiáng)型PMOS管的開啟電壓UGS（th）是負(fù)值，而耗盡型的P溝道場(chǎng)效應(yīng)管的夾斷電壓UGS(off)是正值。場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)一、性能參數(shù)1.開啟電壓UGS(th)

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(duì)值,場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通。2.夾斷電壓UGS(off)

夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)uGS=UGS(pff)時(shí),漏極電流為零。場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)、特點(diǎn)及注意事項(xiàng)3.飽和漏極電流IDSS耗盡型場(chǎng)效應(yīng)三極管,當(dāng)uGS=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。4.直流輸入電阻RGS結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約大于107Ω；絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管,RGS約是109～1015Ω。5.低頻跨導(dǎo)gm

：表示uGS對(duì)iD的控制作用。在轉(zhuǎn)移特性曲線上，gm

是曲線在某點(diǎn)上的斜率，也可由iD的表達(dá)式求導(dǎo)得出，單位為S或mS。增強(qiáng)型MOS管特性小結(jié)絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管N溝道增強(qiáng)型P溝道增強(qiáng)型開啟電壓UGS(th)

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(duì)值,場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通DSBGN溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管NPN型三極管ecbG-------bD-------cS-------e與NPN三極管相似，NMOS管為電壓控制器件，當(dāng)vGS>VGS(th)N，MOS管導(dǎo)通。與PNP三極管相似，PMOS管為電壓控制器件，當(dāng)UGS<UGS(th)P,MOS管導(dǎo)通。DSBGP溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管ecbPNP型三極管絕緣柵耗盡型

N溝道P溝道增強(qiáng)型MOS管特性小結(jié)夾斷電壓UGS(off)

夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)uGS=UGS(pff)時(shí),漏極電流為零。絕緣柵