第一章常用半導(dǎo)體器件及其特征

第一章常用半導(dǎo)體器件及其特征第一頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四課題：第一節(jié)半導(dǎo)體二極管（2學(xué)時）

目的要求：1、掌握常用的半導(dǎo)體工作原理2、了解二極管的工作特性

重點(diǎn)、難點(diǎn)和突破方法：

半導(dǎo)體材料、PN結(jié)、二極管，的特性和主要參數(shù)

復(fù)習(xí)提問：

作業(yè)：

見課件。使用班級電子081電子082總第次課第二頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四第一節(jié)半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識1本征半導(dǎo)體2雜質(zhì)半導(dǎo)體3PN結(jié)第三頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四一、常用半導(dǎo)體材料及其導(dǎo)電性能自然界中的物質(zhì)按照導(dǎo)電能力可分為導(dǎo)體、絕緣體與半導(dǎo)體。Next典型的元素半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge，此外，還有化合物半導(dǎo)體砷化鎵GaAs等。導(dǎo)

體：導(dǎo)電能力良好的物體，如銀、銅、鐵等。

絕緣體：不能導(dǎo)電或?qū)щ娔芰懿畹奈矬w，如橡膠、陶瓷、玻璃、塑料等。

半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體。

半導(dǎo)體簡介第四頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四半導(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，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，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)第五頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.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健結(jié)構(gòu)共價健共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。

Si

Si

Si

Si價電子第六頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四

Si

Si

Si

Si價電子

價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），同時共價鍵中留下一個空位，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)?？昭囟扔撸w中產(chǎn)生的自由電子便愈多。自由電子在外電場的作用下，空穴吸引相鄰原子的價電子來填補(bǔ)，而在該原子中出現(xiàn)一個空穴，其結(jié)果相當(dāng)于空穴的運(yùn)動（相當(dāng)于正電荷的移動）。第七頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時，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)動電子電流

(2)價電子遞補(bǔ)空穴空穴電流

(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地產(chǎn)生的同時，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)到動態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。

注意：第八頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四2.雜質(zhì)半導(dǎo)體（N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€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。動畫第九頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四2.雜質(zhì)半導(dǎo)體（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–硼原子接受一個電子變?yōu)樨?fù)離子空穴動畫無論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對外不顯電性。第十頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.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，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思考題：第十一頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.PN結(jié)的形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場少子的漂移運(yùn)動濃度差P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體內(nèi)電場越強(qiáng)，漂移運(yùn)動越強(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)散和漂移這一對相反的運(yùn)動最終達(dá)到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－動畫形成空間電荷區(qū)二、PN結(jié)第十二頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.1PN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IF內(nèi)電場被削弱，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，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PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–第十三頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四2.2PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場P接負(fù)、N接正內(nèi)電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+第十四頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四PN結(jié)變寬2.2PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場內(nèi)電場被加強(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。–+PN結(jié)加反向電壓時，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PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－第十五頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.2半導(dǎo)體二極管1.2.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型1.2.2二極管的伏安特性1.2.3二極管的主要參數(shù)第十六頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.2.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和類型構(gòu)成：PN結(jié)+引線+管殼=二極管(Diode)符號：A(anode)C(cathode)分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分點(diǎn)接觸型面接觸型平面型第十七頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四

半導(dǎo)體二極管1.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。適用于小電流高頻電路。結(jié)面積大、正向電流大、結(jié)電容大，用于低頻大電流電路。(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。第十八頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四點(diǎn)接觸型正極引線觸絲N型鍺片外殼負(fù)極引線負(fù)極引線

面接觸型N型鍺PN結(jié)

正極引線鋁合金小球底座金銻合金正極

引線負(fù)極

引線集成電路中平面型PNP型支持襯底第十九頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四半導(dǎo)體二極管圖片點(diǎn)接觸型面接觸型平面型第二十頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四第二十一頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四2.伏安特性硅管0.5V,鍺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)。硅管0.7V鍺管0.2V第二十二頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿反向擊穿原因：齊納擊穿：(Zener)反向電場太強(qiáng)，將電子強(qiáng)行拉出共價鍵。

(擊穿電壓<6V，負(fù)溫度系數(shù))雪崩擊穿：反向電場使電子加速，動能增大，撞擊使自由電子數(shù)突增?！狿N結(jié)未損壞，斷電即恢復(fù)?！狿N結(jié)燒毀。(擊穿電壓>6V，正溫度系數(shù))擊穿電壓在6V左右時，溫度系數(shù)趨近零。第二十三頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四3.主要參數(shù)3.1最大整流電流

IFM指允許長期流過二極管的最大正向平均電流。3.2反向擊穿電壓UBR指管子擊穿時的電壓，一旦超過，管子將被擊穿而損壞。3.3最高反向工作電壓UBM指管子允許的最高反向工作電壓，通常取反向擊穿電壓的一半。3.4反向電流IR指常溫下反向電壓一定時流過管子的反向電流。第二十四頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四二極管的單向?qū)щ娦?.二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰極接負(fù)）時，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，陽極接負(fù)、陰極接正）時，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。第二十五頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四二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0.7V鍺0.2V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>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導(dǎo)通若V陽<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正向管壓降為零，反向截止時二極管相當(dāng)于斷開。第二十六頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四電路如圖，求：UABU陽=－6VU陰=－10VU陽>U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，分析二極管陽極和陰極的電位。在這里，二極管起鉗位作用。D6V10V3kBAUAB+–第二十七頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四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2：二極管的用途：

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++––動畫第二十八頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.4特殊二極管1.4.1穩(wěn)壓二極管1.4.2光電二極管第二十九頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.1.4穩(wěn)壓二極管1.符號

UZIZIZMUZIZ2.伏安特性穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓使用時要加限流電阻穩(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。_+UIO第三十頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.4.1穩(wěn)壓二極管一、伏安特性符號工作條件：反向擊穿iZ/mAuZ/VOUZIZminIZmaxUZIZIZ特性第三十一頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四二、主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓UZ流過規(guī)定電流時穩(wěn)壓管兩端的反向電壓值。2.穩(wěn)定電流IZ越大穩(wěn)壓效果越好，小于Imin時不穩(wěn)壓。3.最大工作電流IZM最大耗散功率PZMPZM=UZIZM4.動態(tài)電阻rZrZ=UZ/IZ越小穩(wěn)壓效果越好。幾幾十第三十二頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四5.穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)CT一般，UZ<5V，CTV<0(為齊納擊穿)具有負(fù)溫度系數(shù)；UZ>8V，CTV>0(為雪崩擊穿)具有正溫度系數(shù)；5V<UZ<8V，CTV很小。第三十三頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四例1.4.1

分析簡單穩(wěn)壓電路的工作原理，

R為限流電阻。IR=IZ+ILUO=UI–IRRUIUORRLILIRIZ第三十四頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.4.2發(fā)光二極管與光敏二極管一、發(fā)光二極管LED(LightEmittingDiode)1.符號和特性工作條件：正向偏置一般工作電流幾十mA，導(dǎo)通電壓(12)V符號u/Vi/mAO2特性第三十五頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四2.主要參數(shù)電學(xué)參數(shù)：IFM

，U(BR)，IR光學(xué)參數(shù)：峰值波長P，亮度

L，光通量發(fā)光類型：可見光：紅、黃、綠顯示類型：普通LED，不可見光：紅外光點(diǎn)陣LED七段LED,第三十六頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四第三十七頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四二、光敏二極管1．符號和特性符號特性uiO暗電流E=200lxE=400lx工作條件：反向偏置2.主要參數(shù)電學(xué)參數(shù)：暗電流，光電流，最高工作范圍光學(xué)參數(shù)：光譜范圍，靈敏度，峰值波長實(shí)物照片第三十八頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四補(bǔ)充：選擇二極管限流電阻步驟：1.設(shè)定工作電壓(如0.7V；2V(LED)；UZ)2.確定工作電流(如1mA；10mA；5mA)3.根據(jù)歐姆定律求電阻R=(UIUD)/ID(R要選擇標(biāo)稱值)第三十九頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四第二節(jié)半導(dǎo)體三極管1.5.1晶體三極管1.5.2晶體三極管的特性曲線1.5.3晶體三極管的主要參數(shù)第四十頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四課題：第一節(jié)半導(dǎo)體三極管（2學(xué)時）

目的要求：1、掌握三極管工作原理2、了解三極管的工作特性和主要參數(shù)

重點(diǎn)、難點(diǎn)和突破方法：

三極管，的特性和主要參數(shù)

復(fù)習(xí)提問：半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

作業(yè)：見課件。使用班級電子081電子082總第次課第四十一頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四(SemiconductorTransistor)1.5.1晶體三極管一、結(jié)構(gòu)、符號和分類NNP發(fā)射極E基極B集電極C發(fā)射結(jié)集電結(jié)—基區(qū)—發(fā)射區(qū)—集電區(qū)emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECB第四十二頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四分類：按材料分：硅管、鍺管按功率分：小功率管<500mW按結(jié)構(gòu)分：NPN、PNP按使用頻率分：低頻管、高頻管大功率管>1W中功率管0.51W第四十三頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四二、電流放大原理1.三極管放大的條件內(nèi)部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大外部條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏2.滿足放大條件的三種電路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共發(fā)射極共集電極共基極第四十四頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四ICmAAVVUCEUBERBIBECEB3.電流分配關(guān)系共發(fā)射極電路第四十五頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四IB(mA)00.010.030.040.05IC(mA)0.010.561.742.332.91IE(mA)0.01O.571.772.372.96三極管電流測量數(shù)據(jù)結(jié)論:1.IE=IC+IB第四十六頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四4.三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程1)發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入多子電子，形成發(fā)射極電流

IE。ICN多數(shù)向BC結(jié)方向擴(kuò)散形成ICN。IE少數(shù)與空穴復(fù)合，形成IBN。IBN基區(qū)空穴來源基極電源提供(IB)集電區(qū)少子漂移(ICBO)ICBOIBIBN

IB+ICBO即：IB=IBN–

ICBO2)電子到達(dá)基區(qū)后(基區(qū)空穴運(yùn)動因濃度低而忽略)第四十七頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四ICNIEIBNICBOIB3)集電區(qū)收集擴(kuò)散過來的載流子形成集電極電流ICICIC=ICN+ICBO第四十八頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四4.三極管的電流分配關(guān)系當(dāng)管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集電結(jié)面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定，即：IB=IBN

ICBOIC=ICN+ICBO穿透電流第四十九頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四IE=IC+IB第五十頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.5.2晶體三極管的特性曲線一、輸入特性輸入回路輸出回路與二極管特性相似第五十一頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8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。第五十二頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四O特性基本重合(電流分配關(guān)系確定)特性右移(因集電結(jié)開始吸引電子)導(dǎo)通電壓UBE(on)硅管：(0.60.8)V鍺管：(0.20.3)V取0.7V取0.2V第五十三頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四二、輸出特性iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321截止區(qū)：

IB0

IC=ICEO0條件：兩個結(jié)反偏截止區(qū)ICEO第五十四頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O246843212.放大區(qū)：放大區(qū)截止區(qū)條件：

發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏特點(diǎn)：

水平、等間隔ICEO第五十五頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O246843213.飽和區(qū)：uCE

uBEuCB=uCE

uBE0條件：兩個結(jié)正偏特點(diǎn)：IC

IB臨界飽和時：

uCE=uBE深度飽和時：0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(鍺管)放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)ICEO第五十六頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四三、溫度對特性曲線的影響1.溫度升高，輸入特性曲線向左移。溫度每升高1C，UBE(22.5)mV。溫度每升高10C，ICBO約增大1倍。OT2>T1第五十七頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四2.溫度升高，輸出特性曲線向上移。iCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0溫度每升高1C，

(0.51)%。輸出特性曲線間距增大。O第五十八頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四作業(yè)1某三極管在實(shí)驗(yàn)中測得兩個PN結(jié)的電壓分別為可判定它是一只

型的三極管，工作在

區(qū)。2、某三極管可判定它工作在

區(qū)第五十九頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.5.3晶體三極管的主要參數(shù)一、電流放大系數(shù)1.共發(fā)射極電流放大系數(shù)iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321—直流電流放大系數(shù)

—交流電流放大系數(shù)一般為幾十幾百Q(mào)第六十頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O246843212.共基極電流放大系數(shù)1一般在0.98以上。

Q二、極間反向飽和電流CB極間反向飽和電流

ICBO，CE極間反向飽和電流ICEO。第六十一頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四2.集-基極反向飽和電流ICBOAICBOICBO是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。第六十二頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四BECNNPICBOICEO=

ICB0+ICBO

IBEICBOICBO進(jìn)入N區(qū)，。根據(jù)放大關(guān)系，由于ICB0的存在，必有電流ICBO。集電結(jié)反偏有ICBO3.集-射極反向飽和電流ICEOICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。第六十三頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四三、極限參數(shù)1.ICM

—集電極最大允許電流。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作區(qū)集電極電流IC上升會導(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的集電極電流即為ICM。第六十四頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四必定導(dǎo)致結(jié)溫上升，所以PC

有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)2.PCM—集電極最大允許功率損耗PC=iC

uCE。第六十五頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四U(BR)CBO—發(fā)射極開路時C、B極間反向擊穿電壓。3.U(BR)CEO—基極開路時C、E極間反向擊穿電壓。U(BR)EBO—集電極極開路時E、B極間反向擊穿電壓。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBO

(P34

2.1.7)已知:ICM=20mA,PCM

=100mW，U(BR)CEO=20V，當(dāng)UCE=

10V時，IC<

mA當(dāng)UCE

=

1V，則IC<

mA當(dāng)IC=

2mA，則UCE<

V

102020第六十六頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.6場效應(yīng)管

引言1.6.1結(jié)型場效應(yīng)管1.6.3場效應(yīng)管的主要參數(shù)1.6.2MOS場效應(yīng)管第六十七頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四課題：

第三節(jié)場效應(yīng)管（2學(xué)時）

目的要求：1、掌握場效應(yīng)管工作原理

2、了解場效應(yīng)管的工作特性和主要參數(shù)

重點(diǎn)、難點(diǎn)和突破方法：

場效應(yīng)管的特性和主要參數(shù)

復(fù)習(xí)提問：復(fù)習(xí)三極管的基本知識

作業(yè)：見課件。使用班級電子081電子082總第次課第六十八頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四引言場效應(yīng)管FET

(FieldEffectTransistor)類型：絕緣柵型N溝道增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場效應(yīng)管JFET結(jié)型(IGFET)（2）分類P溝道MOSFET第六十九頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四HomeNext1（1）特點(diǎn)輸入阻抗高（107~1012），噪聲低，熱穩(wěn)定性好，抗輻射能力強(qiáng)，功耗小。第七十頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四特點(diǎn)：1.利用輸入回路的電場效應(yīng)控制輸出回路的電流；僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電（單極型晶體管）；3.工藝簡單、易集成、功耗小、

體積小、成本低2.輸入電阻高

(1071015，IGFET可高達(dá)1015)第七十一頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.6.1結(jié)型場效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)與符號N溝道JFETP溝道JFET

源極S柵極G漏極DN型導(dǎo)電溝道第七十二頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四2.工作原理預(yù)夾斷當(dāng)vGS＜0時，PN結(jié)反偏，|vGS|耗盡層加厚溝道變窄。vGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄，當(dāng)溝道夾斷時，對應(yīng)的柵源電壓vGS稱為夾斷電壓VP（或VGS(off)）。對于N溝道的JFET，VP<0。①vDS=0時，

vGS對溝道的控制作用第七十三頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四2.工作原理預(yù)夾斷②vGS=(VGS(off)~0)的某一固定值時，vDS對溝道的控制作用當(dāng)vDS=0時，iD=0；vDSiD，同時G、D間PN結(jié)的反向電壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從上至下呈楔形分布。當(dāng)vDS增加到使vGD=VP時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時vDS夾斷區(qū)延長溝道電阻iD基本不變，表現(xiàn)出恒流特性。第七十四頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四HomeNextBack③當(dāng)vGD<VGS(off)時，vGS對iD的控制作用當(dāng)vGD=vGS-vDS<VGS(off)時，即vDS>vGS-VGS(off)>0，導(dǎo)電溝道夾斷，iD不隨vDS變化；但vGS越小，即|vGS|越大，溝道電阻越大，對同樣的vDS，iD的值越小。所以，此時可以通過改變vGS控制iD的大小，iD與vDS幾乎無關(guān)，可以近似看成受vGS控制的電流源。由于漏極電流受柵-源電壓的控制，所以場效應(yīng)管為電壓控制型元件。綜上分析可知：(a)

JFET溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管；(b)

JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因此輸入電阻很高；(c)

JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制；(d)預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。第七十五頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四3.轉(zhuǎn)移特性和輸出特性UGS(off)uGSiDIDSSuDSiDuGS=–3V–2V–1V0V–3VOO1、UGS必須小于零才能使管子正常工作。2、UGS＝UGS（OFF），導(dǎo)電溝被夾斷，ID＝03、UGS＝0時，ID最大，此時ID＝IDSS，稱為漏極飽和電流。第七十六頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四二.絕緣柵型場效應(yīng)管HomeNextBackIGFET（InsulatedGateFieldEffectTransistor）MOS（MetalOxideSemiconductor）vGS=0，iD=0，為增強(qiáng)型管；vGS=0，iD0，為耗盡型管。（一）N溝道增強(qiáng)型MOS管（其結(jié)構(gòu)和符號如圖1.4.4所示）圖1.4.4第七十七頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四一、增強(qiáng)型N溝道MOSFET

(MentalOxideSemi—FET)1.結(jié)構(gòu)與符號P型襯底(摻雜濃度低)N+N+用擴(kuò)散的方法制作兩個N區(qū)在硅片表面生一層薄SiO2絕緣層SD用金屬鋁引出源極S和漏極DG在絕緣層上噴金屬鋁引出柵極GB耗盡層S—源極SourceG—柵極Gate

D—漏極DrainSGDB這種管子的導(dǎo)電溝是利用UGS大于夫零時出現(xiàn)反型層來實(shí)現(xiàn)的第七十八頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四7（1）N溝道增強(qiáng)型MOS管的工作原理HomeNextBack①vDS=0時，

vGS對溝道的控制作用當(dāng)vDS=0且vGS>0時，因SiO2的存在，iG=0。但g極為金屬鋁，因外加正向偏置電壓而聚集正電荷，從而排斥P型襯底靠近g極一側(cè)的空穴，使之剩下不能移動的負(fù)離子區(qū)，形成耗盡層。如圖1.4.5所示。當(dāng)vGS=0時，漏-源之間是兩個背靠背的PN結(jié)，不存在導(dǎo)電溝道，無論vDS為多少，iD=0。圖1.4.5第七十九頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四當(dāng)vGS進(jìn)一步增加時，一方面耗盡層增寬，另一方面襯底的自由電子被吸引到耗盡層與絕緣層之間，形成一個N型薄層，稱之為反型層，構(gòu)成了漏-源之間的導(dǎo)電溝道（也稱感生溝道），如圖1.4.6所示。圖1.4.6使溝道剛剛形成的柵-源電壓稱之為開啟電壓VGS(th)。vGS越大，反型層越寬，導(dǎo)電溝道電阻越小。HomeNextBack②vGS>VGS(th)的某一固定值時，vDS對溝道的控制作用當(dāng)vDS=0時，iD=0；vDSiD，同時使靠近漏極處的耗盡層變窄。當(dāng)vDS增加到使vGD=VGS(th)時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時vDS夾斷區(qū)延長溝道電阻iD基本不變，表現(xiàn)出恒流特性。如圖1.4.7所示。第八十頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四2)

uDS對iD的影響(uGS>UGS(th))DS間的電位差使溝道呈楔形，uDS，靠近漏極端的溝道厚度變薄。預(yù)夾斷(UGD=UGS(th))：漏極附近反型層消失。預(yù)夾斷發(fā)生之前：uDSiD。預(yù)夾斷發(fā)生之后：uDSiD不變。第八十一頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四圖1.4.71.4場效應(yīng)管9HomeNextBack（2）N溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線與電流方程N(yùn)溝道增強(qiáng)型MOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線與輸出特性曲線如圖1.4.8所示，與JFET一樣，可分為四個區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、夾斷區(qū)和擊穿區(qū)。第八十二頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.4場效應(yīng)管10HomeNextBack②轉(zhuǎn)移特性①輸出特性VGS(th)圖1.4.8夾斷區(qū)2VGS(th)第八十三頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.4場效應(yīng)管HomeNextBack（二）N溝道耗盡型MOS管（其結(jié)構(gòu)和符號如圖1.4.9所示）圖1.4.9與N溝道增強(qiáng)型MOS管不同的是，N溝道耗盡型MOS管的絕緣層中參入了大量的正離子，所以，即使在vGS=0時，耗盡層與絕緣層之間仍然可以形成反型層，只要在漏-源之間加正向電壓，就會產(chǎn)生iD。11第八十四頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.4場效應(yīng)管HomeNextBack若vDS為定值，而vGS>0，vGSiD；若vGS<0，vGSiD，當(dāng)vGS減小到一定值時，反型層消失，導(dǎo)電溝道被夾斷，iD=0。此時的vGS稱為夾斷電壓VGS(off)。若vGS>VGS(off)，且為定值，則iD隨vDS的變化與N溝道增強(qiáng)型MOS管的相同。但因VGS(off)<0，所以vGS在正、負(fù)方向一定范圍內(nèi)都可以實(shí)現(xiàn)對iD的控制。其轉(zhuǎn)移特性曲線與輸出特性曲線見教材P44。12（三）P溝道MOS管P溝道MOS管與N溝道MOS管的結(jié)構(gòu)相同，只是摻雜的類型剛好相反，所以其電壓和電流的極性與N溝道MOS管的相反。其轉(zhuǎn)移特性曲線與輸出特性曲線見教材P44。第八十五頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.4場效應(yīng)管HomeNextBackVMOS管與普通MOS管只是制造工藝上的差別，原理上并沒什么不同。但其性能與普通MOS管相比，VMOS管的漏區(qū)散熱面積大，耗散功率可達(dá)kW以上；其漏-源擊穿電壓高，上限工作頻率高，線性好。13（四）VMOS管4.場效應(yīng)管的主要參數(shù)（一）直流參數(shù)①開啟電壓VGS(th)：對增強(qiáng)型MOS管，當(dāng)VDS為定值時，使iD剛好大于0時對應(yīng)的VGS值。②夾斷電壓VGS(off)（或VP）：對耗盡型MOS管或JFET，當(dāng)VDS為定值時，使iD剛好大于0時對應(yīng)的VGS值。第八十六頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四③飽和漏極電流IDSS：對耗盡型MOS管或JFET，VGS=0時對應(yīng)的漏極電流。1.4場效應(yīng)管HomeNextBack14④直流輸入電阻RGS：對于結(jié)型場效應(yīng)三極管，RGS大于107Ω，MOS管的RGS大于109Ω，。（二）交流參數(shù)①低頻跨導(dǎo)gm：低頻跨導(dǎo)反映了vGS對iD的控制作用。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得。第八十七頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.4場效應(yīng)管HomeNextBack極間電容：Cgs和Cgd約為1~3pF，和Cds約為0.1~1pF。高頻應(yīng)用時，應(yīng)考慮極間電容的影響。（三）極限參數(shù)①最大漏極電流IDM：管子正常工作時漏極電流的上限值。擊穿電壓V(BR)DS、V(BR)GS：管子漏-源、柵-源擊穿電壓。③

最大耗散功率PDM：決定于管子允許的溫升。注意：對于MOS管，柵-襯之間的電容容量很小，RGS很大，感生電荷的高壓容易使很薄的絕緣層擊穿，造成管子的損壞。因此，無論是工作中還是存放的MOS管，都應(yīng)為柵-源之間提供直流通路，避免柵極懸空；同時，在焊接時，要將烙鐵良好接地。15③輸出電阻rd：第八十八頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.4場效應(yīng)管HomeNextBack165.場效應(yīng)管與晶體管的比較①場效應(yīng)管的漏極d、柵極g和源極s分別對應(yīng)晶體管的集電極c、基極b和發(fā)射極e，其作用類似。②場效應(yīng)管以柵-源電壓控制漏極電流，是電壓控制型器件，且只有多子參與導(dǎo)電，是單極性晶體管；三極管以基極電流控制集電極電流，是電流控制型器件，晶體管內(nèi)既有多子又有少子參與導(dǎo)電，是雙極性晶體管。

場效應(yīng)管的輸入電阻遠(yuǎn)大于晶體管的輸入電阻，其溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、噪聲系數(shù)小。

場效應(yīng)管的漏極和源極可以互換，而互換后特性變化不大；晶體管的集電極和發(fā)射極互換后特性相差很大，只有在特殊情況下才互換使用。但要注意的是，場效應(yīng)管的某些產(chǎn)品在出廠時，已將襯底和源極連接在一起，此時，漏極和源極不可以互換使用。第八十九頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.4場效應(yīng)管HomeNextBack16

場效應(yīng)管的種類多，柵-源電壓可正、可負(fù)，使用更靈活。

場效應(yīng)管集成工藝更簡單、功耗小、工作電源電壓范圍寬，使之更多地應(yīng)用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中。

一般情況下，由晶體管構(gòu)成的放大電路具有更高的電壓放大倍數(shù)和輸出功率。第九十頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.4場效應(yīng)管HomeNextBack17例題

例1.4.1已知各場效應(yīng)管的輸出特性曲線如圖1.4.10所示。試分析各管子的類型。圖1.4.10例1.4.1圖第九十一頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.4場效應(yīng)管HomeNextBack18解:(a)iD>0（或vDS>0），則該管為N溝道；vGS0，故為JFET（耗盡型）。(b)iD<0（或vDS<0），則該管為P溝道；vGS<0，故為增強(qiáng)型MOS管。(c)iD>0（或vDS>0），則該管為N溝道；vGS可正、可負(fù)，故為耗盡型MOS管。提示：場效應(yīng)管工作于恒流區(qū)：（1）N溝道增強(qiáng)型MOS管：VDS>0,VGS>VGS(th)>0；P溝道反之。（2）N溝道耗盡型MOS管：VDS>0,VGS可正、可負(fù)，也可為0；P溝道反之。（3）N溝道JFET：VDS>0,VGS<0；P溝道反之。第九十二頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.4場效應(yīng)管HomeNextBack19圖1.4.11例1.4.2圖

例1.4.2電路如圖1.4.11(a)所示，場效應(yīng)管的輸出特性如圖1.4.11(b)所示。試分析當(dāng)uI=2V、8V、12V三種情況下，場效應(yīng)管分別工作于什么區(qū)域。第九十三頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四HomeNextBack

(c)當(dāng)uI=10V時，假設(shè)管子工作于恒流區(qū)，此時iD=2mA，故uO=uDS=VDD-iDRd=18-28=2V，uDS-VGS(th)=2-6=-4V，顯然小于uGS=10V時的預(yù)夾斷電壓，故假設(shè)不成立，管子工作于可變電阻區(qū)。此時，RdsuDS/iD=3V/1mA=3k，故解:(a)當(dāng)uI=2V時，uI=uGS<VGS(th)，場效應(yīng)管工作于夾斷區(qū)，iD=0，故uO=VDD-iDRd=VDD=18V。

(b)當(dāng)uI=8V時，假設(shè)管子工作于恒流區(qū)，此時iD=1mA，故uO=uDS=VDD-iDRd=18-18=10V，uDS-VGS(th)=10-4=6V，大于uDS=10V時的預(yù)夾斷電壓，故假設(shè)成立。第九十四頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.4場效應(yīng)管HomeNextBack21圖1.4.12解：由圖中得N溝道JFET的vGS=0，此時，iD=IDSS=4mA。而uDS>|VGS(off)|=4V，所以

vOmax=VDD-4V=12–4=8V，故

RL=vO/IDSS=(0~8V)/4mA=(0~2)k。

例1.4.3電路如圖1.4.12所示，場效應(yīng)管的夾斷電壓VGS(off)=-4V，飽和漏極電流IDSS=4mA。為使場效應(yīng)管工作于恒流區(qū)，求RL的取值范圍。第九十五頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四1.4場效應(yīng)管22HomeBack作業(yè)：P69—70：1.20,1.22—1.24小結(jié)本講主要介紹了以下基本內(nèi)容：場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和類型場效應(yīng)管的工作原理場效應(yīng)管的特性曲線場效應(yīng)管的主要參數(shù)場效應(yīng)管與晶體管的比較第九十六頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四3.轉(zhuǎn)移特性曲線2464321uGS/ViD/mAUDS=10VUGS(th)當(dāng)uGS>UGS(th)

時：uGS=2UGS(th)

時的

iD值開啟電壓O第九十七頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四課題：

第五節(jié)晶閘管(可控硅SCR)（2學(xué)時）目的要求：

1、掌握晶閘管的工作原理及其結(jié)構(gòu)；

重點(diǎn)、難點(diǎn)和突破方法：

晶閘管的應(yīng)用復(fù)習(xí)提問：

場效應(yīng)管的構(gòu)成及工作原理？作業(yè)：見課件。使用班級電子081電子082總第次課第九十八頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四一種大功率半導(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、正向耐壓達(dá)數(shù)千伏）。

特點(diǎn)第五節(jié)晶閘管(可控硅SCR)

第九十九頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四應(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）此外還可作無觸點(diǎn)開關(guān)等第一百頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四一、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)N2第一百零一頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四符號AKG二、工作原理GKP1P2N1N2APPNNNPAGK示意圖第一百零二頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四APPNNNPGKi

g?i

g??ig工作原理分析KAGT1T2第一百零三頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四工作原理說明UAK

>0

、UGK>0時T1導(dǎo)通ib1

=i

giC1=ig=ib2ic2=?ib2=

ig=ib1T2導(dǎo)通形成正反饋晶閘管迅速導(dǎo)通；T1進(jìn)一步導(dǎo)通第一百零四頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四晶閘管開始工作時，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螅钇浣刂?，必須減小UAK，或加大回路電阻，使晶閘管中電流的正反饋效應(yīng)不能維持。第一百零五頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四晶閘管具有單向?qū)щ娦裕ㄕ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)論第一百零六頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四三、伏安特性UIURSMUDSMURRMIHUDRMIFIG1=0AIG2IG3IG3IG2IG1>>正向反向第一百零七頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四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）ITAV：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ITAV為1A---1000A。）四、主要參數(shù)第一百零八頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四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。）第一百零九頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四小結(jié)第1章第一百一十頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四一、兩種半導(dǎo)體和兩種載流子兩種載流子的運(yùn)動電子—自由電子空穴—價電子兩種半導(dǎo)體N型(多電子)P型(多空穴)二、二極管1.特性—單向?qū)щ娬螂娮栊?理想為0)，反向電阻大()。第一百一十一頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四iDO

uDU(BR)IFURM2.主要參數(shù)正向—最大平均電流IF反向—最大反向工作電壓U(BR)(超過則擊穿)反向飽和電流IR(IS)(受溫度影響)IS第一百一十二頁，共一百二十四頁，編輯于2023年，星期四3.二極管的