第一章常用半導(dǎo)體器件

第一章常用半導(dǎo)體器件第1頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第

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章半導(dǎo)體器件1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.2半導(dǎo)體二極管1.3二極管電路的分析方法1.4特殊二極管小結(jié)1.5雙極型半導(dǎo)體三極管1.6場(chǎng)效應(yīng)管第2頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1本征半導(dǎo)體1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1.1.3PN結(jié)第3頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1.1

本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體—導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。本征半導(dǎo)體—純凈的半導(dǎo)體。如硅、鍺單晶體。載流子

—自由運(yùn)動(dòng)的帶電粒子。共價(jià)鍵—相鄰原子共有價(jià)電子所形成的束縛。第4頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅(鍺)的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型慣性核硅(鍺)的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)價(jià)電子自由電子(束縛電子)空穴空穴空穴可在共價(jià)鍵內(nèi)移動(dòng)第5頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本征激發(fā)：復(fù)合：自由電子和空穴在運(yùn)動(dòng)中相遇重新結(jié)合成對(duì)消失的過(guò)程。漂移：自由電子和空穴在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)。在室溫或光照下價(jià)電子獲得足夠能量擺脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，并在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位(空穴)的過(guò)程。第6頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月兩種載流子電子(自由電子)空穴兩種載流子的運(yùn)動(dòng)自由電子(在共價(jià)鍵以外)的運(yùn)動(dòng)空穴(在共價(jià)鍵以內(nèi))的運(yùn)動(dòng)

結(jié)論：1.本征半導(dǎo)體中電子空穴成對(duì)出現(xiàn)，且數(shù)量少；

2.半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電；

3.本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力弱，并與溫度有關(guān)。第7頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體一、N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體N型+5+4+4+4+4+4磷原子自由電子電子為多數(shù)載流子空穴為少數(shù)載流子載流子數(shù)

電子數(shù)第8頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體一、N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體P型+3+4+4+4+4+4硼原子空穴空穴—

多子電子—

少子載流子數(shù)

空穴數(shù)第9頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用IIPINI=IP+INN型半導(dǎo)體I

INP型半導(dǎo)體

I

IP第10頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、P型、N型半導(dǎo)體的簡(jiǎn)化圖示負(fù)離子多數(shù)載流子少數(shù)載流子正離子多數(shù)載流子少數(shù)載流子第11頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.1.3PN結(jié)一、PN結(jié)(PNJunction)的形成1.載流子的濃度差引起多子的擴(kuò)散2.復(fù)合使交界面形成空間電荷區(qū)(耗盡層)空間電荷區(qū)特點(diǎn):無(wú)載流子，阻止擴(kuò)散進(jìn)行，利于少子的漂移。內(nèi)建電場(chǎng)第12頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.擴(kuò)散和漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散電流等于漂移電流，總電流I=0。二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.外加正向電壓(正向偏置)—forwardbias第13頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月P區(qū)N區(qū)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)使多子向PN結(jié)移動(dòng),中和部分離子使空間電荷區(qū)變窄。IF限流電阻擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)形成正向電流IF。IF=I多子

I少子

I多子2.外加反向電壓(反向偏置)

—reversebias

P

區(qū)N

區(qū)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)使少子背離PN結(jié)移動(dòng)，空間電荷區(qū)變寬。IRPN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通，呈小電阻，電流較大;反偏截止，電阻很大，電流近似為零。漂移運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)形成反向電流IRIR=I少子

0第14頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、PN結(jié)的伏安特性反向飽和電流溫度的電壓當(dāng)量電子電量玻爾茲曼常數(shù)當(dāng)T=300(27

C)：UT

=26mVOu

/VI

/mA正向特性反向擊穿加正向電壓時(shí)加反向電壓時(shí)i≈–IS第15頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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16頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(hào)：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17頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月點(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18頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第19頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2.2二極管的伏安特性一、PN結(jié)的伏安方程反向飽和電流溫度的電壓當(dāng)量電子電量玻爾茲曼常數(shù)當(dāng)T=300(27

C)：UT

=26mV第20頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、二極管的伏安特性O(shè)uD/ViD/mA正向特性Uth死區(qū)電壓iD

=0Uth=

0.5V

0.1V(硅管)(鍺管)U

UthiD急劇上升0

U

Uth

UD(on)

=(0.6

0.8)V硅管0.7V(0.1

0.3)V鍺管0.2V反向特性ISU(BR)反向擊穿U(BR)

U

0iD=IS<0.1

A(硅)幾十

A

(鍺)U<

U(BR)反向電流急劇增大(反向擊穿)第21頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿反向擊穿原因：齊納擊穿：(Zener)反向電場(chǎng)太強(qiáng)，將電子強(qiáng)行拉出共價(jià)鍵。

(擊穿電壓<6V，負(fù)溫度系數(shù))雪崩擊穿：反向電場(chǎng)使電子加速，動(dòng)能增大，撞擊使自由電子數(shù)突增。—PN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(shí)，溫度系數(shù)趨近零。第22頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月硅管的伏安特性鍺管的伏安特性604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD

/mAuD/ViD

/mAuD

/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.020第23頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月溫度對(duì)二極管特性的影響604020–0.0200.4–25–50iD

/mAuD/V20C90CT升高時(shí)，UD(on)以(2

2.5)mV/

C下降第24頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.2.3二極管的主要參數(shù)1.

IF—最大整流電流(最大正向平均電流)2.

URM—最高反向工作電壓，為U(BR)/2

3.

IR

—反向電流(越小單向?qū)щ娦栽胶?4.

fM—最高工作頻率(超過(guò)時(shí)單向?qū)щ娦宰儾?iDuDU(BR)IFURMO第25頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月影響工作頻率的原因—PN結(jié)的電容效應(yīng)

結(jié)論：1.低頻時(shí)，因結(jié)電容很小，對(duì)PN結(jié)影響很小。高頻時(shí)，因容抗增大，使結(jié)電容分流，導(dǎo)致單向?qū)щ娦宰儾睢?.結(jié)面積小時(shí)結(jié)電容小，工作頻率高。第26頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3二極管電路的分析方法1.3.1理想二極管及二極管特性的折線近似1.3.2圖解法和微變等效電路法第27頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.1理想二極管及二極管特性的折線近似一、理想二極管特性u(píng)DiD符號(hào)及等效模型SS正偏導(dǎo)通，uD=0；反偏截止，iD=0U(BR)=

第28頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、二極管的恒壓降模型uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7V(Si)0.2V(Ge)第29頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、二極管的折線近似模型uDiDUD(on)

U

I斜率1/rDrD1UD(on)第30頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月UD(on)例1.3.1硅二極管，R=2k

，分別用二極管理想模型和恒壓降模型求出VDD=2V和VDD=10V時(shí)IO和UO的值。第31頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月[解]VDD=2V

理想IO=VDD/R=2/2

=1(mA)UO=VDD=2V恒壓降UO=VDD–UD(on)=2

0.7=1.3(V)IO=UO/R=1.3/2

=0.65(mA)VDD=10V

理想IO=VDD/R=10/2

=5(mA)恒壓降UO=10

0.7=9.3(V)IO=9.3/2=4.65(mA)VDD大，

采用理想模型VDD小，

采用恒壓降模型第32頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1.3.2

試求電路中電流I1、I2、IO和輸出電壓

UO的值。解：假設(shè)二極管斷開UP=15VUP>UN二極管導(dǎo)通等效為0.7V的恒壓源PN第33頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月UO=VDD1

UD(on)=15

0.7=14.3(V)IO=UO/RL=14.3/3

=4.8(mA)I2=(UO

VDD2)/R=(14.3

12)/1

=2.3(mA)I1=IO+I2=4.8+2.3=7.1(mA)第34頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1.3.3二極管構(gòu)成“門”電路，設(shè)V1、V2均為理想二極管，當(dāng)輸入電壓UA、UB為低電壓0V和高電壓5V的不同組合時(shí)，求輸出電壓UO的值。0V正偏導(dǎo)通5V正偏導(dǎo)通0V第35頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月輸入電壓理想二極管輸出電壓UAUBV1V20V0V正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通0V0V5V正偏導(dǎo)通反偏截止0V5V0V反偏截止正偏導(dǎo)通0V5V5V正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通5V第36頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1.3.4

畫出硅二極管構(gòu)成的橋式整流電路在ui

=15sin

t(V)作用下輸出uO的波形。(按理想模型)Otui

/V15RLV1V2V3V4uiBAuO第37頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月OtuO/V15若有條件，可切換到EWB環(huán)境觀察橋式整流波形。第38頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1.3.5

ui=2sin

t(V)，分析二極管的限幅作用。ui較小，宜采用恒壓降模型ui<0.7VV1、V2均截止uO=uiuO=0.7Vui

0.7VV2導(dǎo)通V１截止ui<

0.7VV1導(dǎo)通V2截止uO=

0.7V第39頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月思考題:V1、V2支路各串聯(lián)恒壓源，輸出波形如何？(可切至EWB)OtuO/V0.7Otui

/V2

0.7第40頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.3.2圖解法和微變等效電路法一、二極管電路的直流圖解分析

uD=VDD

iDRiD=f(uD)1.2V100

iD

/mA128400.30.6uD/V1.20.9MN直流負(fù)載線斜率

1/R靜態(tài)工作點(diǎn)斜率1/RDiDQIQUQ第41頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月也可取UQ=0.7VIQ=(VDD

UQ)/R=5(mA)二極管直流電阻RD第42頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月iD

/mAuD/VO二、交流圖解法電路中含直流和小信號(hào)交流電源時(shí),二極管中含交、直流成分C隔直流

通交流當(dāng)ui=0時(shí)iD=IQUQ=0.7V(硅)，0.2V(鍺)設(shè)ui=sin

wtVDDVDD/RQIQwtOuiUQ斜率1/rd第43頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月iD

/mAuD/VOVDDVDD/RQIQwtOuiUQiD

/mAwtOid斜率1/rdrd=UT/IQ=26mV/IQ當(dāng)ui幅度較小時(shí)，二極管伏安特性在Q點(diǎn)附近近似為直線第44頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月uiudRidrd三、微變等效電路分析法對(duì)于交流信號(hào)電路可等效為例1.3.6

ui

=5sint(mV)，VDD=4V，R=1k

，求iD和uD。[解]1.靜態(tài)分析令ui

=0，取UQ0.7VIQ=(VDD

UQ)/R=3.3mA第45頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.動(dòng)態(tài)分析rd=26/IQ=26/3.38(

)Idm=Udm/rd=5/80.625(mA)id

=0.625sin

t3.總電壓、電流=(0.7+0.005sin

t)V=(3.3+0.625sint)mA第46頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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47頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.4.1穩(wěn)壓二極管一、伏安特性符號(hào)工作條件：反向擊穿iZ/mAuZ/VO

UZ

IZmin

IZmax

UZ

IZ

IZ特性第48頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓UZ流過(guò)規(guī)定電流時(shí)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(shí)不穩(wěn)壓。3.最大工作電流IZM最大耗散功率PZMPZM=UZ

IZM4.動(dòng)態(tài)電阻rZrZ=

UZ/

IZ越小穩(wěn)壓效果越好。幾

幾十

第49頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5.穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)CT一般，UZ<4V，CTV<0(為齊納擊穿)具有負(fù)溫度系數(shù)；UZ>7V，CTV>0(為雪崩擊穿)具有正溫度系數(shù)；4V<UZ<7V，CTV很小。第50頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1.4.1

分析簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路的工作原理，

R為限流電阻。IR=IZ+ILUO=UI

–IRRUIUORRLILIRIZ第51頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(hào)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(1

2)V符號(hào)u/Vi

/mAO2特性第52頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(zhǎng)

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53頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第54頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、光敏二極管1．符號(hào)和特性符號(hào)特性u(píng)iO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(zhǎng)實(shí)物照片第55頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月補(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=(UI

UD)/ID(R要選擇標(biāo)稱值)第56頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.5雙極型半導(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57頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(SemiconductorTransistor)1.5.1晶體三極管一、結(jié)構(gòu)、符號(hào)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58頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分類：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0.5

1W第59頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、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60頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)現(xiàn)電路:第61頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.三極管內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)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(lái)源基極電源提供(IB)集電區(qū)少子漂移(ICBO)I

CBOIBIBN

IB+ICBO即：IB=IBN

–

ICBO2)電子到達(dá)基區(qū)后(基區(qū)空穴運(yùn)動(dòng)因濃度低而忽略)第62頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ICNIEIBNI

CBOIB3)集電區(qū)收集擴(kuò)散過(guò)來(lái)的載流子形成集電極電流ICICIC=ICN+ICBO第63頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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=I

BN

ICBOIC=ICN+ICBO穿透電流第64頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月IE=IC+IB第65頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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66頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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：(0.6

0.8)V鍺管：(0.2

0.3)V取0.7V取0.2V第67頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、輸出特性iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321截止區(qū)：

IB

0

IC=ICEO

0條件：兩個(gè)結(jié)反偏截止區(qū)ICEO第68頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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69頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月iC

/mAuCE

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

u

BEuCB=uCE

u

BE

0條件：兩個(gè)結(jié)正偏特點(diǎn)：IC

IB臨界飽和時(shí)：

uCE

=uBE深度飽和時(shí)：0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(鍺管)放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)ICEO第70頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、溫度對(duì)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1

C，UBE

(22.5)mV。溫度每升高10

C，ICBO

約增大1倍。OT2>T1第71頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.溫度升高，輸出特性曲線向上移。iCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0溫度每升高1

C，

(0.51)%。輸出特性曲線間距增大。O第72頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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73頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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74頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、極限參數(shù)1.ICM

—集電極最大允許電流，超過(guò)時(shí)

值明顯降低。2.PCM—集電極最大允許功率損耗PC=iC

uCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作區(qū)第75頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月U(BR)CBO

—發(fā)射極開路時(shí)C、B極間反向擊穿電壓。3.U(BR)CEO

—基極開路時(shí)C、E極間反向擊穿電壓。U(BR)EBO

—集電極極開路時(shí)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(shí)，IC<

mA當(dāng)UCE

=

1V，則IC<

mA當(dāng)IC

=

2mA，則UCE<

V

102020第76頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.6場(chǎng)效應(yīng)管

引言1.6.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1.6.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)1.6.2MOS場(chǎng)效應(yīng)管第77頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月引言場(chǎng)效應(yīng)管FET

(FieldEffectTransistor)類型：結(jié)型JFET

(JunctionFieldEffectTransistor)絕緣柵型IGFET(InsulatedGateFET)第78頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月特點(diǎn)：1.單極性器件(一種載流子導(dǎo)電)3.工藝簡(jiǎn)單、易集成、功耗小、

體積小、成本低2.輸入電阻高

(107

1015

，IGFET可高達(dá)1015

)第79頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.6.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)與符號(hào)N溝道JFETP溝道JFET第80頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.工作原理uGS

0，uDS

>0此時(shí)uGD=UGS(off)；

溝道楔型耗盡層剛相碰時(shí)稱預(yù)夾斷。預(yù)夾斷當(dāng)uDS

，預(yù)夾斷點(diǎn)下移。第81頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.轉(zhuǎn)移特性和輸出特性UGS(off)當(dāng)UGS(off)

uGS0時(shí),uGSiDIDSSuDSiDuGS=–3V–2V–1V0V–3VOO第82頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、增強(qiáng)型N溝道MOSFET

(MentalOxideSemi—FET)1.6.2MOS場(chǎng)效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)與符號(hào)P型襯底(摻雜濃度低)N+N+用擴(kuò)散的方法制作兩個(gè)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第83頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.工作原理1)uGS

對(duì)導(dǎo)電溝道的影響

(uDS=0)反型層(溝道)第84頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1)uGS

對(duì)導(dǎo)電溝道的影響

(uDS=0)a.當(dāng)UGS=0

，DS間為兩個(gè)背對(duì)背的PN結(jié)；b.當(dāng)0<UGS<UGS(th)(開啟電壓)時(shí)，GB間的垂直電場(chǎng)吸引P區(qū)中電子形成離子區(qū)(耗盡層)；c.當(dāng)uGS

UGS(th)

時(shí)，襯底中電子被吸引到表面，形成導(dǎo)電溝道。uGS

越大溝道越厚。第85頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2)

uDS對(duì)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：uDS

iD。預(yù)夾斷發(fā)生之后：uDS

iD不變。第86頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.轉(zhuǎn)移特性曲線2464321uGS/ViD/mAUDS=10VUGS(th)當(dāng)uGS>UGS(th)

時(shí)：uGS=2UGS(th)

時(shí)的

iD值開啟電壓O第87頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.輸出特性曲線可變電阻區(qū)uDS<uGS

UGS(th)uDS

iD

，直到預(yù)夾斷飽和(放大區(qū))uDS，iD不變

uDS加在耗盡層上，溝道電阻不變截止區(qū)uGS

UGS(th)全夾斷iD=0

iD/mAuDS/VuGS=2V4V6V8V截止區(qū)飽和區(qū)可變電阻區(qū)放大區(qū)恒流區(qū)O第88頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、耗盡型N溝道MOSFETSGDBSio2絕緣層中摻入正離子在uGS=0時(shí)已形成溝道；在DS間加正電壓時(shí)形成iD，uGS

UGS(off)

時(shí)，全夾斷。第89頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、耗盡型N溝道MOSFET輸出特性u(píng)GS/ViD/mA轉(zhuǎn)移特性IDSSUGS(off)夾斷電壓飽和漏極電流當(dāng)uGS

UGS(off)時(shí)，uDS/ViD/mAuGS=4V2V0V2VOO第90頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、P溝道MOSFET增強(qiáng)型耗盡型SGDBSGDB第91頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月N溝道增強(qiáng)型SGDBiDP溝道增強(qiáng)型SGDBiD2–2OuGS/ViD/mAUGS(th)SGDBiDN溝道耗盡型iDSGDBP溝道耗盡型UGS(off)IDSSuGS/ViD/mA–5O5FET符號(hào)、特性的比較第92頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月OuDS/ViD/mA5V2V0V–2VuGS=2V0V–2V–5VN溝道結(jié)型SGDiDSGDiDP溝道結(jié)型uGS/ViD/mA5–5OIDSSUGS(off)OuDS/ViD/mA5V2V0VuGS=0V–2V–5V第93頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.6.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)開啟電壓UGS(th)(增強(qiáng)型)夾斷電壓

UGS(off)(耗盡型)指uDS=某值，使漏極電流iD為某一小電流時(shí)的uGS值。UGS(th)UGS(off)2.飽和漏極電流IDSS耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管，當(dāng)uGS=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。IDSSuGS/ViD/mAO第94頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月UGS(th)UGS(off)3.直流輸入電阻RGS指漏源間短路時(shí)，柵、源間加

反向電壓呈現(xiàn)的直流電阻。JFET：RGS>107

MOSFET：RGS=109

1015

IDSSuGS/ViD/mAO第95頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.低頻跨導(dǎo)gm

反映了uGS對(duì)iD的控制能力，單位S(西門子)。一般為幾毫西

(mS)uGS/ViD/mAQO第96頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月PDM=uDSiD，受溫度限制。5.漏源動(dòng)態(tài)電阻rds6.最大漏極功耗PDM第97頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月小結(jié)第1章第98頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、兩種半導(dǎo)體和兩種載流子兩種載流子的運(yùn)動(dòng)電子—自由電子空穴—價(jià)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99頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月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(guò)則擊穿)反向飽和電流IR(IS)(受溫度影響)IS第100頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.二極管的等效模型理想模型(大信號(hào)狀態(tài)采用)uDiD正偏導(dǎo)通電壓降為零相當(dāng)于理想開關(guān)閉合反偏截止電流為零相當(dāng)于理想開關(guān)斷開恒壓降模型UD(on)正偏電壓

UD(on)時(shí)導(dǎo)通等效為恒壓源UD(on)否則截止，相當(dāng)于二極管支路斷開UD(on)=(0.6

0.8)V估算時(shí)取0.7V硅管：鍺管：(0.1

0.3)V0.2V折線近似模型相當(dāng)于有內(nèi)阻的恒壓源UD(on)第101頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.二極管的分析方法圖解法微變等效電路法5.特殊二極管工作條件主要用途穩(wěn)壓二極管反偏穩(wěn)壓發(fā)光二極管正偏發(fā)光光敏二極管反偏光電轉(zhuǎn)換第102頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、兩種半導(dǎo)體放大器件雙極型半導(dǎo)體三極管(晶體三極管

BJT)單極型半導(dǎo)體三極管(場(chǎng)效應(yīng)管

FET)兩種載流子導(dǎo)電多數(shù)載流子導(dǎo)電晶體三極管1.形式與結(jié)構(gòu)NPNPNP三區(qū)、三極、兩結(jié)2.特點(diǎn)基極電流控制集電極電流并實(shí)現(xiàn)放大第103頁(yè)，課件共112頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月放大條件內(nèi)因：發(fā)射區(qū)載流子濃度高、