第一章 半導(dǎo)體二極管及其基本電路

第一章半導(dǎo)體二極管及其基本電路1第1頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章半導(dǎo)體器件1.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.1.1本征半導(dǎo)體1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1.2半導(dǎo)體二極管1.2.1PN結(jié)的形成1.2.2二極管的伏安特性1.2.3二極管的主要參數(shù)1.2.4穩(wěn)壓二極管1.3.1三極管的結(jié)構(gòu)1.3.2三極管中載流子運動和電流分配關(guān)系1.3.3三極管的特性曲線1.3.4三極管的主要參數(shù)1.4.1結(jié)型場效應(yīng)管1.4.2場效應(yīng)管的主要參數(shù)1.4.3絕緣柵型場效應(yīng)管1.3雙極結(jié)型三極管1.4場效應(yīng)三極管2第2頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月前言1.本課程的性質(zhì)是一門技術(shù)基礎(chǔ)課2.特點

非純理論性課程

實踐性很強

以工程實踐的觀點來處理電路中的一些問題3.研究內(nèi)容以器件為基礎(chǔ)、以信號為主線，研究各種模擬電子電路的工作原理、特點及性能指標等。4.教學(xué)目標能夠?qū)σ话阈缘摹⒊Ｓ玫碾娮与娐愤M行分析，同時對較簡單的單元電路進行設(shè)計。3第3頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月5.學(xué)習(xí)方法重點掌握基本概念、基本電路、基本方法。前言6.成績評定平時： 20% 考試： 80%7.參考書康華光主編，《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分高教出版社楊素行主編，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程》高教出版社陳大欽主編，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)問答：例題?試題》，華工出版社4第4頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月

根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。1.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)（Si、Ge）平面結(jié)構(gòu)空間排列5第5頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月一、本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)1.1.1本征半導(dǎo)體6第6頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月共價鍵共用電子對+4+4+4+4+4表示除去價電子后的原子硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)7第7頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+48第8頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月在絕對0度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時,價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運動的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為0，相當于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。1.載流子、自由電子和空穴本征半導(dǎo)體的激發(fā)和復(fù)合動畫播放9第9頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子載流子、自由電子和空穴10第10頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來填補，這樣的結(jié)果相當于空穴的遷移，而空穴的遷移相當于正電荷的移動，因此可以認為空穴是載流子。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理動畫播放11第11頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：1.自由電子移動產(chǎn)生的電流。2.空穴移動產(chǎn)生的電流。本征半導(dǎo)體的電流12第12頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。P型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（空穴半導(dǎo)體）。N型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（電子半導(dǎo)體）。1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體13第13頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.N型半導(dǎo)體因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導(dǎo)體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子,

由熱激發(fā)形成。提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。N型半導(dǎo)體施主原子提供的多余的電子14第14頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月+4+4+5+4多余電子磷原子N型半導(dǎo)體中的載流子是什么？1.由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2.本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。15第15頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼（或銦），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價鍵時，產(chǎn)生一個空穴。這個空穴可能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為不能移動的帶負電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子。+4+4+3+4空穴硼原子P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。P型半導(dǎo)體16第16頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月

摻入雜質(zhì)對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:

T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子濃度:4.96×1022/cm3

3以上三個濃度基本上依次相差106/cm3。

2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm33.雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響17第17頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體（Na)++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體(Nd)雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認為多子與雜質(zhì)濃度相等。雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法18第18頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2半導(dǎo)體二極管12319第19頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月

在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。在結(jié)合面上：1.2.1PN結(jié)的形成

因濃度差空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場

內(nèi)電場促使少子漂移

內(nèi)電場阻止多子擴散

最后,多子的擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。多子的擴散運動

由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

對于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。動畫播放20第20頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴散運動內(nèi)電場E漂移運動擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。內(nèi)電場越強，就使漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，也稱耗盡層。21第21頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月漂移運動P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴散運動內(nèi)電場E所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，相當于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。22第22頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空間電荷區(qū)N型區(qū)P型區(qū)電位VVd23第23頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月1.空間電荷區(qū)中沒有載流子。2.空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙P中的空穴.N區(qū)中的電子（都是多子）向?qū)Ψ竭\動（擴散運動）。3.P區(qū)中的電子和N區(qū)中的空穴（都是少），數(shù)量有限，因此由它們形成的漂移電流很小。注意:24第24頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月－－－－++++RE內(nèi)電場外電場變薄PN+_內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強能夠形成較大的擴散電流。PN結(jié)正向偏置動畫播放25第25頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月－－－－++++內(nèi)電場外電場變厚NP+_內(nèi)電場被被加強，多子的擴散受抑制。少子漂移加強，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。REPN結(jié)反向偏置動畫播放26第26頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月當外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

(1)PN結(jié)正偏時低電阻大的正向擴散電流導(dǎo)電情況

(2)PN結(jié)反偏時導(dǎo)電情況高電阻很小的反向漂移電流

在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。PN結(jié)正偏的伏安特性PN結(jié)反偏的伏安特性27第27頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月

PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。

由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。PN結(jié)的單向?qū)щ娦?8第28頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月雪崩擊穿：隨著反向電壓的增大，阻擋層內(nèi)部的電場增強，阻擋層中載流子的漂移速度相應(yīng)加快，致使動能加大。當反向電壓增大到一定數(shù)值時，載流子獲得的動能足以把束縛在共價鍵中的價電子碰撞出來，產(chǎn)生自由電子—空穴對。新產(chǎn)生的載流子在強電場作用下，再去碰撞其它中性原子，又產(chǎn)生新的自由電子－空穴對。如此連鎖反應(yīng)使得阻擋層中載流子的數(shù)量急劇增多，因而流過PN結(jié)的反向電流也就急劇增大。因增長速度極快，象雪崩一樣，所以將這種碰撞電離稱為雪崩擊穿(AvalancheMultiplieation)

PN結(jié)的擊穿29第29頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月1、電壓變化很小，電流的變化很大。2、交流的電阻接近于0PN結(jié)的擊穿特性30第30頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月齊納擊穿

當PN結(jié)兩邊的摻雜濃度很高時，阻擋層將變得很薄。在這種阻擋層內(nèi)，載流子與中性原子相碰撞的機會極小，因而不容易發(fā)生碰撞電離。但是，在這種阻擋層內(nèi)，加上不大的反向電壓，就能建立很強的電場(例如加上1V反向電壓時，阻擋層內(nèi)的場強可達2.5X105V／cm)，足以把阻擋層內(nèi)中性原子的價電子直接從共價鍵中拉出來，產(chǎn)生自由電子-空穴對，這個過程稱為場致激發(fā)。場致激發(fā)能夠產(chǎn)生大量的載流子，使PN結(jié)的反向電流劇增，呈現(xiàn)反向擊穿現(xiàn)象。這種擊穿稱為齊納擊穿(ZenerBreakdown)

一般而言，擊穿電壓在6V以下的屬于齊納擊穿，6V以上的主要是雪崩擊穿PN結(jié)的擊穿31第31頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月當溫度升高時，晶格的熱振動加劇，致使載流子運動的平均自由路程縮短。因此，在與原子碰撞前由外加電場獲得的能量減小，發(fā)生碰撞而電離的可能性也就減小。在這種情況下，必須加大反向電壓，才能發(fā)生雪崩擊穿。因此，雪崩擊穿電壓隨溫度升高而增大，具有正的溫度系數(shù)。

當溫度升高時，由于束縛在共價鍵中的價電子所具有的能量狀態(tài)增高。因此，在電場作用下，價電子比較容易掙脫共價鍵的束縛，產(chǎn)生自由電子-空穴對，形成場致激發(fā)?？梢?，齊納擊穿電壓隨溫度升高而降低，具有負的溫度系數(shù)

擊穿電壓的溫度特性32第32頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月

在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。(1)點接觸型結(jié)構(gòu)示意圖1二極管的類型(2)面接觸型(3)平面型(4)代表符號特點1結(jié)構(gòu)示意圖2特點2結(jié)構(gòu)示意圖3特點3PN結(jié)面積小，結(jié)電容小用于檢波和變頻等高頻電路用于低頻大電流整流電路PN結(jié)面積大用于高頻整流和開關(guān)電路PN結(jié)面積可大可小往往用于集成電路制造藝中代表符號33第33頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二極管的伏安特性曲線可用下式表示硅二極管2CP10的V-I特性鍺二極管2AP15的V-I特性正向特性反向特性反向擊穿特性1.2.2二極管的伏安特性34第34頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月1、最大整流電流IOM二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。2、反向擊穿電壓UBR二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^熱而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓UWRM一般是UBR的一半。1.2.3二極管的主要參數(shù)35第35頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月反向電流IR指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、限幅、保護等等。下面介紹兩個交流參數(shù)。3、反向電流IR36第36頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月iDuDIDUDQ

iD

uDrD是二極管特性曲線上工作點Q附近電壓的變化與電流的變化之比：顯然，rD是對Q附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。4、微變電阻rD37第37頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：勢壘電容CT和擴散電容CD。勢壘電容：勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當電壓變化時，就會引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢壘電容。P+-N5、二極管的極間電容38第38頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4PN結(jié)的電容效應(yīng)

(1)勢壘電容CB勢壘電容示意圖39第39頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2.4PN結(jié)的電容效應(yīng)(2)擴散電容CD擴散電容示意圖40第40頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月數(shù)學(xué)模型方法圖解分析方法模型簡化方法－折線化或其他簡化模型小信號線性化方法其本質(zhì)是對非線性元件伏安特性的模型再構(gòu)建含非線性元件的電路一般分析方法非線性元件的認識二極管的等效電路非線性元件的認識41第41頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月二極管等效電路設(shè)有如右圖含二極管的非線性電路，電路分析要解出iD和vD

。（分析方法有四種）(1)采用數(shù)學(xué)模型方法（需解非線性方程）V-I特性建模42第42頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月由：iD=(VDD-vD)/R（2）應(yīng)用圖解分析方法vD

＝0

時iD=VDD/RiD

＝0

時vD

=VDD因為加有正向電壓，所以在二極管的正向伏安特性上作負載線

VDDiuiDvDVDD／R則在兩線的交叉點上為所求二極管的等效電路43第43頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月1.理想模型3.折線模型2.恒壓降模型（3）應(yīng)用簡化模型方法二極管的等效電路44第44頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)得Q點處的微變電導(dǎo)則常溫下T=300K二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時，其正向特性可以等效成一個微變電阻，即：（4）小信號模型二極管的等效電路45第45頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月

簡化模型法分析靜態(tài)工作情況（直流工作點）電路如下圖：分別求解VDD

=10V和1V時電路直流工作狀態(tài)，設(shè)R=10K二極管的等效電路應(yīng)用舉例46第46頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)VDD=10V理想模型：恒壓模型折線模型應(yīng)用舉例二極管的等效電路47第47頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）VDD=1V時理想模型恒壓模型折線模型二極管的等效電路結(jié)論結(jié)論

理想模型便于計算，折線模型比較精確，恒壓模型適中。根據(jù)所加電壓Vi選擇模型：當Vi較大時，用理想模型；當Vi接近VD時，用恒壓模型或折線模型。48第48頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月RLuiuouiuott二極管的應(yīng)用舉例：例1、二極管半波整流：二極管基本電路及分析方法49第49頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月例2：tttuiuRuoRRLuiuRuo50第50頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月RA=RB=1kΩ，RC=10kΩVA＝5VVB＝3V1、假設(shè)兩個二極管都為正向偏置2、假設(shè)兩個二極管都為反向偏置，二極管都正偏是錯誤的二極管都反偏是錯誤的3、假定D1導(dǎo)通、D2反偏截止，結(jié)果是正確的思考題51第51頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月1.符號及穩(wěn)壓特性(a)符號(b)伏安特性利用二極管反向擊穿特性實現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時工作在反向電擊穿狀態(tài)。1.2.4穩(wěn)壓二極管52第52頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)穩(wěn)定電壓VZ(2)動態(tài)電阻rZ在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。rZ=

VZ/

IZ(3)最大穩(wěn)定工作電流IZmax和最小穩(wěn)定工作電流IZmin(4)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)

：2.穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)主要參數(shù)53第53頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月正常穩(wěn)壓時VO=VZ#

穩(wěn)壓條件是什么？IZmin

≤IZ≤IZmax#

不加R可以嗎？#上述電路VI為正弦波，且幅值大于VZ

，VO的波形是怎樣的？3.穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路條件54第54頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月負載電阻。要求當輸入電壓由正常值發(fā)生20%波動時，負載電壓基本不變。uoiZDZRiLiuiRL解：令輸入電壓達到上限時，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmax。求：電阻R和輸入電壓ui的正常值?！匠?穩(wěn)壓管的計算55第55頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月令輸入電壓降到下限時，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmin?！匠?uoiZDZRiLiuiRL聯(lián)立方程1、2，可解得：56第56頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1.3.3所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。兩種類型的三極管發(fā)射結(jié)(Je)

集電結(jié)(Jc)

基極，用B或b表示（Base）

發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）；集電極，用C或c表示（Collector）。發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)1.3三極管的結(jié)構(gòu)及類型57第57頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月

結(jié)構(gòu)特點：?發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高?

集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；?

基區(qū)很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且摻雜濃度最低。管芯結(jié)構(gòu)剖面圖1.3.1三極管的結(jié)構(gòu)特點58第58頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月以上看出，三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導(dǎo)電，故稱為雙極型三極管?；駼JT(BipolarJunctionTransistor)。

三極管的結(jié)構(gòu)及類型59第59頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月三極管的放大原理歸結(jié)為：

外部條件：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏內(nèi)部機制：載流子傳輸

三極管的工作原理60第60頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子（IE）基區(qū)：載流子復(fù)合（IB）與擴散集電區(qū)：收集擴散載流子（InC）并存在反向漂移電流（ICBO）（以NPN為例）1.內(nèi)部載流子傳輸過程載流子的傳輸過程動畫播放1.3.2載流子的運動和電流分配關(guān)系61第61頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月2.電流分配關(guān)系根據(jù)傳輸過程可知：IC=InC+ICBOIB=IB’-ICBO通常

：IC>>ICBO

為電流放大系數(shù)，它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。一般

=0.90.99IE=IB+IC三極管的工作原理62第62頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)

是另一個電流放大系數(shù)，同樣，它也只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。一般

>>1IE=IB+ICIC=InC+ICBO且令：ICEO=(1+

)ICBO（穿透電流）2.電流分配關(guān)系三極管的工作原理63第63頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月電壓增益電流增益互導(dǎo)增益信號源負載放大作用簡釋：模擬信號的放大互阻增益三極管的工作原理2.電流分配關(guān)系64第64頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月3.三極管的三種組態(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。BJT的三種組態(tài)三種組態(tài)三極管的工作原理65第65頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月4.放大作用若

vI=20mV使當則電壓放大倍數(shù)RLecb1k

共基極放大電路VEEVCCVEBIBIEIC+-

vI+vEB

vO+-+iC+iE+iB

iE=-1mA，

iC=iE=-0.98mA，

vO=-iC?

RL=0.98V，

=0.98時，共基放大三極管的工作原理66第66頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月+-bceRL1k

共射極放大電路IE+-

vI+vBE

vO+-+iC+iE+iB

vI=20mV設(shè)若則電壓放大倍數(shù)

iB=20uA

vO=-iC?

RL=-0.98V，

=0.98使共射放大4.放大作用三極管的工作原理67第67頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達集電極而實現(xiàn)的。實現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是：（1）內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。（2）外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置?？偨Y(jié)三極管的工作原理68第68頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月

iB=f(vBE)

vCE=const(2)當vCE≥1V時

vCB=vCE

-vBE>0，集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下IB減小，特性曲線右移。(1)當vCE=0V時相當于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。1.輸入特性曲線（以共射極放大電路為例）圖vCE=0VvCE=0VvCE

1V+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE1.3.3三極管的特性曲線69第69頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月三極管特性曲線（輸入）(3)輸入特性曲線的三個部分①死區(qū)②非線性區(qū)③線性區(qū)

iB=f(vBE)

vCE=const1.輸入特性曲線（以共射極放大電路為例）圖+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE三極管的特性曲線70第70頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月三極管特性曲線（輸出）三極管的特性曲線飽和區(qū)：iC明顯受vCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般vCE＜0.7V(硅管)。此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏iC=f(vCE)

iB=const2.輸出特性曲線輸出特性曲線的三個區(qū)域:截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域，相當iB=0的曲線的下方。此時，vBE小于死區(qū)電壓，集電結(jié)反偏。放大區(qū)：iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)動畫播放71第71頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月1.電流放大系數(shù)1.3.4三極管的主要參數(shù)

(1)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)

=（IC－ICEO）/IB≈IC/IB

vCE=const圖(2)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)

=

IC/

IB

vCE=const圖72第72頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月

(4)共基極交流電流放大系數(shù)α

α=

IC/

IE

VCB=const當ICBO和ICEO很小時，≈

、≈

，可以不加區(qū)分。1.電流放大系數(shù)三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)73第73頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月2.極間反向電流ICEO即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對應(yīng)的Y坐標的數(shù)值。ICEO也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流。三極管的主要參數(shù)

(1)集電極基極間反向飽和電流ICBO

發(fā)射極開路時，集電結(jié)的反向飽和電流。

圖

(2)集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO

ICEO=（1+）ICBO

圖三極管的主要參數(shù)74第74頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)集電極最大允許電流ICM(2)集電極最大允許功率損耗PCM

PCM=ICVCE

3.極限參數(shù)三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)75第75頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月

由PCM、ICM和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。三極管的主要參數(shù)(3)晶體管安全工作區(qū)3.極限參數(shù)三極管的主要參數(shù)76第76頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月4.反向擊穿電壓

V(BR)CBO——發(fā)射極開路時的集電結(jié)反向擊穿電壓。

V(BR)EBO——集電極開路時發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。

V(BR)CEO——基極開路時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。幾個擊穿電壓有如下關(guān)系

V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)77第77頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月兩個條件（1）內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。（2）外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。思考1：可否用兩個二極管相連構(gòu)成一個三極管？思考2：可否將e和c交換使用思考2：外部條件對PNP管和NPN管各如何實現(xiàn)？IE=IB+ICIC=βIBIC=αIE綜上，三極管的放大作用，是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達集電極而實現(xiàn)的。一組公式總結(jié)與思考78第78頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月1.結(jié)構(gòu)1.4場效應(yīng)三極管79第79頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月

源極(Souce)用S或s表示N型導(dǎo)電溝道漏極(Drain)用D或d表示

P型區(qū)柵極，用G或g表示符號符號#符號中的箭頭方向表示什么？1.4.1結(jié)型場效應(yīng)管80第80頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月①VGS對溝道的控制作用當VGS＜0時（以N溝道JFET為例）當溝道夾斷時，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<0PN結(jié)反偏耗盡層加厚溝道變窄。

VGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄3.工作原理結(jié)型場效應(yīng)管81第81頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月②VDS對溝道的控制作用當VGS=0時VDS

ID

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（以N溝道JFET為例）3.工作原理結(jié)型場效應(yīng)管工作原理282第82頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月③

VGS和VDS同時作用當VP<VGS<0時導(dǎo)電溝道更容易夾斷,對于同樣的VDS，

ID的值比VGS=0時的值要小。在預(yù)夾斷處VGD=VGS-VDS=VP（以N溝道JFET為例）3.工作原理結(jié)型場效應(yīng)管工作原理383第83頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月綜上分析可知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。JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制預(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。JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因

此iG0，輸入電阻很高。結(jié)型場效應(yīng)管小結(jié)84第84頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月#JFET有正常放大作用時，溝道處于什么狀態(tài)？2.轉(zhuǎn)移特性VP1.輸出特性4.特性曲線85第85頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月①夾斷電壓VP(或VGS(off))：②飽和漏極電流IDSS：③低頻跨導(dǎo)gm：或漏極電流約為零時的VGS值。VGS=0時對應(yīng)的漏極電流。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，單位是mS(毫西門子)。④輸出電阻rd：1.4.2主要參數(shù)86第86頁，課件共98頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.3絕緣柵型場效應(yīng)管(MOS管)1.N溝道增強型MOS管的結(jié)構(gòu)P型襯底溝道區(qū)域