第1章 常用半導(dǎo)體器件課件

第1章常用半導(dǎo)體器件1.1

概述1.2

半導(dǎo)體二極管小結(jié)1.3

雙極型晶體三極管1.4

場(chǎng)效應(yīng)管第1章常用半導(dǎo)體器件1.1

概述1.1.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1.1.3

PN結(jié)第1章常用半導(dǎo)體器件1.1.1

半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(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—純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)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1章常用半導(dǎo)體器件硅(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1章常用半導(dǎo)體器件本征激發(fā)：復(fù)合：自由電子在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中如果與空穴相遇就會(huì)填補(bǔ)空穴，使兩者同時(shí)消失，這種現(xiàn)象稱(chēng)為復(fù)合。漂移：自由電子和空穴在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)。半導(dǎo)體在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴對(duì)的現(xiàn)象稱(chēng)為本征激發(fā)。第1章常用半導(dǎo)體器件兩種載流子電子(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?xún)?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1章常用半導(dǎo)體器件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1章常用半導(dǎo)體器件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1章常用半導(dǎo)體器件二、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1章常用半導(dǎo)體器件三、P型與N型半導(dǎo)體的簡(jiǎn)化示意圖負(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P型N型第1章常用半導(dǎo)體器件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1章常用半導(dǎo)體器件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第1章常用半導(dǎo)體器件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IFIF=I多子

I少子

I多子二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.外加正向電壓(正向偏置)—forwardbias第1章常用半導(dǎo)體器件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1章常用半導(dǎo)體器件三、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1章常用半導(dǎo)體器件1.2

半導(dǎo)體二極管1.2.1二極管的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型1.2.2二極管的伏安特性1.2.3二極管的主要參數(shù)1.2.4二極管常用電路模型1.2.5穩(wěn)壓二極管1.2.6二極管的應(yīng)用舉例第1章常用半導(dǎo)體器件1.2.1二極管的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型構(gòu)成：PN結(jié)+引線+管殼=二極管(Diode)符號(hào)：A(anode)C(cathode)分類(lèi)：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1章常用半導(dǎo)體器件點(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1章常用半導(dǎo)體器件第1章常用半導(dǎo)體器件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=300K(27

C)：UT

=26mV第1章常用半導(dǎo)體器件二、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(0.2

0.4)V鍺管0.3V反向特性ISU(BR)反向擊穿︱U(BR)

︱>︱U︱

>0

iD=－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1章常用半導(dǎo)體器件反向擊穿類(lèi)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<4V，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?！狿N結(jié)未損壞，斷電即恢復(fù)?！狿N結(jié)燒毀。(擊穿電壓>7V，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1章常用半導(dǎo)體器件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1章常用半導(dǎo)體器件溫度對(duì)二極管特性的影響604020–0.0200.4–25–50iD

/mAuD/V20

C90

C在室溫附近，溫度每升高1

C，正向壓降減小(2

2.5)mV。溫度每升高10

C，反向電流約增大一倍?？梢?jiàn)，二極管的特性對(duì)溫度很敏感。第1章常用半導(dǎo)體器件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1章常用半導(dǎo)體器件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)，因容抗減小，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1章常用半導(dǎo)體器件1.2.4二極管的常用電路模型一、理想二極管模型特性u(píng)DiD符號(hào)及等效模型SS表明二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降為零，截止時(shí)反向電流為零。第1章常用半導(dǎo)體器件二、二極管的恒壓降模型uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7V(Si)0.3V(Ge)表明二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降為一個(gè)常量，截止時(shí)反向電流為零。第1章常用半導(dǎo)體器件三、二極管的折線近似模型uDiDUD(on)

U

I斜率1/rDrDUD(on)第1章常用半導(dǎo)體器件例：電路如圖所示，二極管導(dǎo)通電壓UD約為0.7V。試分別估算開(kāi)關(guān)斷開(kāi)和閉合時(shí)輸出電壓的數(shù)值。第1章常用半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體二極管的型號(hào)(補(bǔ)充)

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：

2AP9

用數(shù)字代表同類(lèi)型器件的不同型號(hào)

用字母代表器件的類(lèi)型，P代表普通管

用字母代表器件的材料，A代表N型Ge

B代表P型Ge，C代表N型Si，D代表N型Si2代表二極管，3代表三極管第1章常用半導(dǎo)體器件1.2.5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特性穩(wěn)壓二極管是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)穩(wěn)壓管。穩(wěn)壓管在反向擊穿時(shí)，在一定的電流范圍內(nèi)，端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛用于穩(wěn)壓電源與限幅電路之中。第1章常用半導(dǎo)體器件二、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1章常用半導(dǎo)體器件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1章常用半導(dǎo)體器件例：在圖示穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=6V，最小穩(wěn)定電流Izmin=5mA，最大穩(wěn)定電流Izmax=25mA；負(fù)載電阻RL=600Ω。求解限流電阻R的取值范圍。

分析：由KCL而故第1章常用半導(dǎo)體器件補(bǔ)充：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1章常用半導(dǎo)體器件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(lèi)型：可見(jiàn)光：紅、黃、綠顯示類(lèi)型：普通LED，不可見(jiàn)光：紅外光點(diǎn)陣LED七段LED,第1章常用半導(dǎo)體器件第1章常用半導(dǎo)體器件二、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1章常用半導(dǎo)體器件例1：已知ui是幅值為10V的正弦信號(hào)，試畫(huà)出ui和uo的波形。設(shè)二極管正向?qū)妷嚎珊雎圆挥?jì)。1.2.6二極管應(yīng)用舉例第1章常用半導(dǎo)體器件例1分析第1章常用半導(dǎo)體器件例2：已知ui是幅值為5V的正弦信號(hào)，試畫(huà)出ui和uo的波形。設(shè)二極管正向?qū)妷篣D=0.7V。第1章常用半導(dǎo)體器件例2分析第1章常用半導(dǎo)體器件例3：電路如圖所示，其輸入電壓uI1和uI2的波形如圖，二極管導(dǎo)通電壓UD=0.7V。試畫(huà)出輸出電壓uo的波形，并標(biāo)出幅值。第1章常用半導(dǎo)體器件例3分析第1章常用半導(dǎo)體器件思考1：已知電路中穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=6V，最小穩(wěn)定電流IZmin=5mA，最大穩(wěn)定電流Izmax=25mA。

（1）分別計(jì)算UI為10V、15V、35V三種情況下輸出電壓UO的值。

（2）若UI=35V時(shí)負(fù)載開(kāi)路，則會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？為什么？第1章常用半導(dǎo)體器件UD(on)思考2：下圖電路中，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。理想模型恒壓降模型實(shí)際電路第1章常用半導(dǎo)體器件[解]1.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)2.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1章常用半導(dǎo)體器件思考3：

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(kāi)UP=15VUP>UN二極管導(dǎo)通等效為0.7V的恒壓源PN第1章常用半導(dǎo)體器件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1章常用半導(dǎo)體器件思考4：二極管構(gòu)成“門(mén)”電路，設(shè)D1、D2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)通第1章常用半導(dǎo)體器件輸入電壓理想二極管輸出電壓UAUBD1D20V0V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真值表ABY000010100111第1章常用半導(dǎo)體器件思考5：畫(huà)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

/V15RLD1D2D3D4uiBAuO第1章常用半導(dǎo)體器件OtuO/V15第1章常用半導(dǎo)體器件思考6：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

0.7V<ui<0.7VD1、D2均截止uO=uiuO=0.7Vui

0.7VD2導(dǎo)通D１截止ui<

0.7VD1導(dǎo)通D2截止uO=

0.7V第1章常用半導(dǎo)體器件思考題:D1、D2支路各串聯(lián)恒壓源，輸出波形如何？OtuO/V0.7Otui

/V2

0.7第1章常用半導(dǎo)體器件思考7：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1章常用半導(dǎo)體器件練習(xí)：已知ui=4sin

t(V)，二極管為理想二極管，畫(huà)出uo的波形。

第1章常用半導(dǎo)體器件補(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(chēng)值)第1章常用半導(dǎo)體器件補(bǔ)充：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)iDQIQUQ第1章常用半導(dǎo)體器件也可取UQ=0.7VIQ=(VDD

UQ)/R=5(mA)二極管直流電阻RD第1章常用半導(dǎo)體器件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)，0.3V(鍺)設(shè)ui=sin

wtVDDVDD/RQIQwtOuiUQ斜率1/rd第1章常用半導(dǎo)體器件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1章常用半導(dǎo)體器件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：ui

=5sin

t(mV)，VDD=4V，R=1k

，求iD和uD。[解]1.靜態(tài)分析令ui

=0，取UQ

0.7VIQ=(VDD

UQ)/R=3.3mA第1章常用半導(dǎo)體器件2.動(dòng)態(tài)分析rd=26/IQ=26/3.3

8(

)id

=ui/rd=0.625sin

t(mA)3.總電壓、電流=(0.7+0.005sin

t)V=(3.3+0.625sin

t)mAud=5sin

t(mV)第1章常用半導(dǎo)體器件1.3雙極型半導(dǎo)體晶體管1.3.1BJT的結(jié)構(gòu)及類(lèi)型1.3.2BJT的電流放大作用1.3.3BJT的特性曲線1.3.4BJT的主要參數(shù)1.3.5溫度對(duì)BJT的特性及參數(shù)的影響(SemiconductorTransistor)晶體管的應(yīng)用舉例第1章常用半導(dǎo)體器件1.3.1BJT的結(jié)構(gòu)及類(lèi)型（BipolarJunctionTransistor）一、結(jié)構(gòu)與符號(hào)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1章常用半導(dǎo)體器件二、分類(lèi)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1章常用半導(dǎo)體器件1.3.2BJT的電流放大作用1.晶體管放大的條件內(nèi)部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高基區(qū)很薄且摻雜濃度很低集電結(jié)面積大外部條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏2.晶體管放大電路的三種接法uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共射共集共基第1章常用半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)電路:第1章常用半導(dǎo)體器件3.晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)1)

發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流

IEICN多數(shù)被集電結(jié)收集形成ICNIE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)擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流IB第1章常用半導(dǎo)體器件ICNIEIBNI

CBOIB3)

集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流ICICIC=ICN+ICBO由于集電結(jié)加反向電壓且其結(jié)面積較大，基區(qū)的非平衡少子在外電場(chǎng)作用下越過(guò)集電結(jié)到達(dá)集電區(qū)，形成漂移電流。與此同時(shí)，集電區(qū)與基區(qū)的平衡少子也參與漂移運(yùn)動(dòng)，但它的數(shù)量很小，近似分析中可忽略不計(jì)?？梢?jiàn)，在集電極電源VCC的作用下，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流IC。第1章常用半導(dǎo)體器件4.晶體管的電流分配關(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1章常用半導(dǎo)體器件IE=IC+IB如果忽略ICEO第1章常用半導(dǎo)體器件1.3.3晶體管的特性曲線一、輸入特性輸入回路輸出回路與二極管特性相似第1章常用半導(dǎo)體器件O曲線基本重合(電流分配關(guān)系確定)曲線右移(因集電結(jié)開(kāi)始吸引電子)發(fā)射結(jié)壓降UBE(on)硅管：(0.6

0.8)V鍺管：

(0.2

0.4)V取0.7V取0.3V第1章常用半導(dǎo)體器件二、輸出特性iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321截止區(qū)：

IB

0

IC=ICEO

0特征：發(fā)射結(jié)電壓小于開(kāi)啟電壓且集電結(jié)反向偏置。截止區(qū)ICEO第1章常用半導(dǎo)體器件iC

/mAuCE

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

發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏

曲線水平、等間隔ICEOiC幾乎僅僅決定于IB，而與管壓降uCE無(wú)關(guān)，表現(xiàn)出IB對(duì)iC的控制作用。第1章常用半導(dǎo)體器件iC

/mAuCE

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

u

BEuCB=uCE

u

BE

0特征：兩個(gè)結(jié)正偏此時(shí)，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1章常用半導(dǎo)體器件1.3.4晶體管的主要參數(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1章常用半導(dǎo)體器件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。1.3.4晶體三極管的主要參數(shù)（2）第1章常用半導(dǎo)體器件三、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1章常用半導(dǎo)體器件U(BR)CBO

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

—基極開(kāi)路時(shí)C、E極間反向擊穿電壓。U(BR)EBO

—集電極極開(kāi)路時(shí)E、B極間反向擊穿電壓。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBO第1章常用半導(dǎo)體器件1.3.4溫度對(duì)BJT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

(2

2.5)mV。溫度每升高10

C，ICBO

約增大1倍。OT2>T1第1章常用半導(dǎo)體器件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，

(0.5

1)%。輸出特性曲線間距增大O綜合，溫度升高時(shí)，由于ICEO、

增大，且輸入特性左移，所以導(dǎo)致集電極電流iC增大。第1章常用半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體三極管的型號(hào)（補(bǔ)充）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體三極管的命名如下：3DG110B

用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào)用字母表示器件的種類(lèi)用字母表示材料三極管第二位：A表示鍺PNP管、B表示鍺NPN管、C表示硅PNP管、D表示硅NPN管第三位：X表示低頻小功率管、D表示低頻大功率管、G表示高頻小功率管、A表示高頻小功率管、K表示開(kāi)關(guān)管。第1章常用半導(dǎo)體器件例一：現(xiàn)已測(cè)得某電路中幾只晶體管三個(gè)極的直流電位如表所示，各晶體管b-e間開(kāi)啟電壓Uon均為0.5V。試分別說(shuō)明各管子的工作狀態(tài)。放大放大飽和截止第1章常用半導(dǎo)體器件例二：在一個(gè)單管放大電路中，電源電壓為30V，已知三只管子的參數(shù)如表所示，請(qǐng)選用一只管子，并簡(jiǎn)述理由。T2管的ICBO較小，β較大，且UCEO大于電源電壓，所以T2最合適。第1章常用半導(dǎo)體器件例三：分別判斷圖示各電路中晶體管是否有可能工作在放大狀態(tài)?？赡芸赡懿荒懿荒芸赡苣芊駥?.5V的干電池以正向接法接到二極管兩端？為什么？第1章常用半導(dǎo)體器件例四：已知兩只晶體管的電流放大系數(shù)β分別為100和50，現(xiàn)測(cè)得放大電路中這兩只管子兩個(gè)電極的電流如圖所示。分別求另一電極的電流，標(biāo)出其實(shí)際方向，并在圓圈中畫(huà)出管子。1.01mA5mA第1章常用半導(dǎo)體器件例五：測(cè)得放大電路中六只晶體管的直流電位如圖所示。在圓圈中畫(huà)出管子，并分別說(shuō)明它們是硅管還是鍺管。BEC硅管BEC鍺管BEC硅管BEC硅管BEC鍺管BEC鍺管第1章常用半導(dǎo)體器件例六：電路如圖所示，晶體管導(dǎo)通時(shí)UBE=0.7V，β=50。試分析uI為0、1V、1.85V三種情況下晶體管的工作狀態(tài)及輸出電壓uo的值。IBIC第1章常用半導(dǎo)體器件方法二（常用于解題）晶體管放大晶體管飽和第1章常用半導(dǎo)體器件思考：判斷下圖各三極管的工作狀態(tài)。第1章常用半導(dǎo)體器件1.4場(chǎng)效應(yīng)管

引言1.4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1.4.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)1.4.2MOS場(chǎng)效應(yīng)管

舉例第1章常用半導(dǎo)體器件引言場(chǎng)效應(yīng)管FET

(FieldEffectTransistor)類(lèi)型：結(jié)型JFET

(JunctionFieldEffectTransistor)絕緣柵型IGFET(InsulatedGateFET)第1章常用半導(dǎo)體器件特點(diǎn)：?jiǎn)螛O型器件(它僅靠半導(dǎo)體中的多子導(dǎo)電)工藝簡(jiǎn)單、易集成、功耗小、

體積小、成本低輸入電阻高

(107

1015

，絕緣柵型可高達(dá)1015

)第1章常用半導(dǎo)體器件1.4.1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結(jié)型管是利用外加電壓uGS控制半導(dǎo)體內(nèi)的電場(chǎng)效應(yīng)，通過(guò)改變PN結(jié)耗盡層的寬窄，從而改變導(dǎo)電溝道的電阻來(lái)控制漏極電流iD。第1章常用半導(dǎo)體器件2.工作原理1）當(dāng)uDS=0（即d、s短路）時(shí)，uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用雖然在圖（a）存在由uGS所確定的一定寬度的導(dǎo)電溝道，但由于d-s間電壓為零，多子不會(huì)產(chǎn)生定向移動(dòng)，因而漏極電流iD為零。當(dāng)uDS=0且uGS=0時(shí)，耗盡層很窄，導(dǎo)電溝道很寬。當(dāng)UGS<0，PN結(jié)反偏，耗盡層加寬，溝道均勻變窄，溝道電阻增大。圖(a)當(dāng)UGS數(shù)值增大到某一數(shù)值時(shí)，耗盡層閉合，溝道消失，溝道電阻趨于無(wú)窮大，稱(chēng)此時(shí)uGS的值為夾斷電壓UGS(off)。圖(b)第1章常用半導(dǎo)體器件2）當(dāng)uGS為UGS(off)~0中某一固定值時(shí)，uDS對(duì)漏極電流iD的影響uGS

0，uDS

>0

此時(shí)

uGD=UGS(off)

溝道呈楔型，電流iD將隨uDS增大而線性增大，d-s呈現(xiàn)電阻特性。耗盡層剛相碰時(shí)稱(chēng)預(yù)夾斷在uGD<UGS(off)

的情況下，當(dāng)uDS增大時(shí)，iD幾乎不變，，即iD幾乎僅僅決定于uGS，表現(xiàn)出iD的恒流特性。預(yù)夾斷若uDS繼續(xù)增大，則耗盡層閉合部分將沿溝道方向延伸，即夾斷區(qū)加長(zhǎng)。這時(shí)，一方面自由電子從S向D定向移動(dòng)所受阻力加大（只能從夾斷區(qū)的窄縫以較高速度通過(guò)），從而導(dǎo)致iD減??；另一方面，隨著uDS增大，使d-s之間的縱向電場(chǎng)增強(qiáng)，也必然導(dǎo)致iD增大。實(shí)際上，上述iD的兩種變化趨勢(shì)相抵消，uDS的增大幾乎全部降落在夾斷區(qū)，用于克服夾斷區(qū)對(duì)iD形成的阻力。因此，從外部看，在uGD<UGS(off)的情況下，當(dāng)uDS增大時(shí)，iD幾乎不變，即iD僅僅決定于uGS，表現(xiàn)出iD的恒流特性。當(dāng)uDS

，預(yù)夾斷點(diǎn)下移。第1章常用半導(dǎo)體器件

即uDS>uGS

–UGS(off)時(shí)，當(dāng)uDS為一常量時(shí)，對(duì)應(yīng)于確定的uGS

，就有確定的iD。此時(shí)，可以通過(guò)改變uGS來(lái)控制iD的大小。由于漏極電流受柵-源電壓的控制，故稱(chēng)場(chǎng)效應(yīng)管為電壓控制元件。與晶體管用β來(lái)描述動(dòng)態(tài)情況下基極電流對(duì)集電極電流的控制作用相類(lèi)似，場(chǎng)效應(yīng)管用gm來(lái)描述動(dòng)態(tài)的柵-源電壓對(duì)漏極電流的控制作用，gm稱(chēng)為低頻跨導(dǎo)。3）當(dāng)uGD<UGS(off)時(shí)，uGS對(duì)iD的控制作用第1章常用半導(dǎo)體器件

由以上分析可知：當(dāng)uDS<uGS－UGS(off)

（即g-d間未出現(xiàn)夾斷）時(shí)，對(duì)應(yīng)于不同的uGS，d-s間等效成不同阻值的電阻。當(dāng)uDS=uGS－UGS(off))時(shí)，d-s之間預(yù)夾斷。當(dāng)uDS>uGS－UGS(off)時(shí)，iD幾乎僅僅決定于uGS，而與uDS無(wú)關(guān)。此時(shí)可以把iD近似看成uGS控制的電流源。第1章常用半導(dǎo)體器件轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線3.N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性當(dāng)UGS(off)

<

uGS

0時(shí),第1章常用半導(dǎo)體器件一、增強(qiáng)型N溝道MOSFET

(MentalOxideSemiconductor—FET)1.4.2MOS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1章常用半導(dǎo)體器件2.工作原理1)uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響

(uDS=0)反型層(溝道)

當(dāng)UGS=0

，DS間為兩個(gè)背對(duì)背的PN結(jié)；當(dāng)0<uGS<UGS(th)(開(kāi)啟電壓)時(shí)，柵極金屬層將聚集正電荷，它們排斥P型襯底靠近SiO2一側(cè)的空穴，使之剩下不能移動(dòng)的負(fù)離子區(qū)，形成耗盡層。（如圖a）uGS增大時(shí)，一方面耗盡層增寬，另一方面襯底的自由電子吸引到耗盡層與絕緣層之間，形成一個(gè)N型薄層，稱(chēng)為反型層。（如圖b）這個(gè)反型層就構(gòu)成了漏-源之間的導(dǎo)電溝道。使溝道剛剛形成的柵-源電壓稱(chēng)為開(kāi)啟電壓UGS(th)。uGS愈大，反型層愈厚，導(dǎo)電溝道電阻愈小。第1章常用半導(dǎo)體器件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1章常用半導(dǎo)體器件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(kāi)啟電壓O第1章常用半導(dǎo)體器件4.輸出特性曲線可變電阻區(qū)uDS<uGS

UGS(th)uDS

iD

，直到預(yù)夾斷恒流區(qū)uDS

，iD

不變?nèi)绻鹵DS繼續(xù)增大，夾斷區(qū)隨之延長(zhǎng)，而且，uDS的增大部分幾乎全部用于克服夾斷區(qū)對(duì)漏極電流的阻力。從外部看，iD幾乎不因uDS的增大而變化，管子進(jìn)入恒流區(qū)，iD幾乎僅決定于uGS

。夾斷區(qū)uGS

UGS(th)

全夾斷iD=0

iD/mAuDS/VuGS=2V4V6V8V夾斷區(qū)

飽和區(qū)可變電阻區(qū)放大區(qū)恒流區(qū)O第1章常用半導(dǎo)體器件二、耗盡型N溝道MOSFETSGDB

在SiO2

絕緣層中摻入大量正離子，那么即使uGS=0，在正離子作用下P型襯底表層也存在反型層，即漏-源之間存在導(dǎo)電溝道，只要在漏-源間加正向電壓，就會(huì)產(chǎn)生漏極電流iD。uGS為正時(shí)，反型層變寬，溝道電阻變小，iD增大；反之，uGS為時(shí)，反型層變窄，溝道電阻變大，iD減小。而當(dāng)uGS從零減小到一定值時(shí)，反型層消失，漏-源之間導(dǎo)電溝道消失，iD=0。此時(shí)的uGS稱(chēng)為夾斷電壓UGS(off)

。第1章常用半導(dǎo)體器件輸出特性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=

4V

2V0V2VOO第1章常用半導(dǎo)體器件三、P溝道MOSFET增強(qiáng)型耗盡型SGDBSGDB第1章常用半導(dǎo)體器件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1章常用半導(dǎo)體器件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1章常用半導(dǎo)體器件1.4.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)開(kāi)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1章常用半導(dǎo)體器件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1章常用半導(dǎo)體器件4.低頻跨導(dǎo)gm

反映了uGS對(duì)iD的控制能力，單位S(西門(mén)子)。一般為幾毫西

(mS)uGS/ViD/mAQO第1章常用半導(dǎo)體器件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1章常用半導(dǎo)體器件例一：已知某管子的輸出特性曲線如圖所示。試分析該管是什么類(lèi)型的場(chǎng)效應(yīng)管（結(jié)型、絕緣柵型、N溝道、P溝道、增強(qiáng)型、耗盡型）。第1章常用半導(dǎo)體器件例二：電路如圖所示，其中管子T的輸出特性曲線亦如圖所示。試分析uI為0、8V和10V三種情況下場(chǎng)效應(yīng)管分別工作在什么區(qū)域，并求出uo值。第1章常用半導(dǎo)體器件例三：電路如圖所示，場(chǎng)效應(yīng)管的夾斷電壓UGS(off)=－4V，飽和漏極電流IDSS=4mA。試問(wèn)：為保證負(fù)載電阻RL上的電流為恒流，RL的取值范圍應(yīng)為多少？第1章常用半導(dǎo)體器件例四：測(cè)得某放大電路中三個(gè)MOS管的三個(gè)電極的電位如表所示，它們的開(kāi)啟電壓也在表中。試分析各管的工作狀態(tài)（截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)）。

管號(hào)UGS（th）/VUS/VUG/VUD/V工作狀態(tài)T14－513

T2－43310

T3－4605

第1章常用半導(dǎo)體器件例五：分別判斷圖示各電路中的場(chǎng)效應(yīng)管是否有可能工作在恒流區(qū)。第1章常用半導(dǎo)體器件例六：判斷下圖各場(chǎng)效應(yīng)管的工作狀態(tài)。已知UGS（th）=2V。第1章常用半導(dǎo)體器件一、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(

)。小結(jié)第1章常用半導(dǎo)體器件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1章常用半導(dǎo)體器件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(kāi)關(guān)閉合反偏截止電流為零相當(dāng)于理想開(kāi)關(guān)斷開(kāi)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(kāi)UD(on)