AET_01_半導(dǎo)體器件

1、Analog Electronic Technology第一章第一章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 1.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí) 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 1.3 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 1.4 場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管1-21.1.1 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體：導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體導(dǎo)體，金屬，金屬一般都是導(dǎo)體。一般都是導(dǎo)體。絕緣體：絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體絕緣體，如橡，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣另有一類

2、物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為體之間，稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。和一些硫化物、氧化物等。1.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)1-3半導(dǎo)體半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如： 當(dāng)受外界光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯當(dāng)受外界光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化變化光敏效應(yīng)。光敏效應(yīng)。 往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變的導(dǎo)電能力明顯改變摻雜效應(yīng)。摻雜效應(yīng)。1-4 當(dāng)受外界熱的作用時(shí)，它的導(dǎo)

3、電能力明顯當(dāng)受外界熱的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化變化熱敏效應(yīng)。熱敏效應(yīng)。1.1.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GeSi通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體晶體。 現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。1-5本征半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。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)組成在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體

4、的中心，晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成與其相臨的原子之間形成共價(jià)鍵共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)，共用一對(duì)價(jià)電子。電子。硅和鍺的晶硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：體結(jié)構(gòu)：1-6硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共共價(jià)鍵共用電子對(duì)用電子對(duì)+4+4+4+4+4+4表示除表示除去價(jià)電子去價(jià)電子后的原子后的原子1-7 共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為稱為束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為為自由電子自由電子，因此

5、本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，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。所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。則排列，形成晶體。+4+4+4+41-8二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在絕對(duì)在絕對(duì)0度度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時(shí)和沒有外界激發(fā)時(shí), ,價(jià)價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子

6、載流子），它的導(dǎo)電），它的導(dǎo)電能力為能力為 0，相當(dāng)于絕緣體。，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由自由電子電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴空穴。1.1.載流子、自由電子和空穴載流子、自由電子和空穴1-9+4+4+4+4自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子1-102.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子空穴吸引附近的電子來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果來填補(bǔ)，這樣的結(jié)

7、果相當(dāng)于空穴的遷移，相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流可以認(rèn)為空穴是載流子。子。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子自由電子和和空穴空穴。1-11 溫度越高，載流子的濃度越高。因此本溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。的一大特點(diǎn)。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)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本

8、征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1. 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流?？昭ㄒ苿?dòng)產(chǎn)生的電流。1-121.1.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻使半導(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。雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。P 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也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）。稱為（空穴半導(dǎo)體）。N 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增

9、加的雜質(zhì)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）。也稱為（電子半導(dǎo)體）。1-13一、一、N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷（或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被（或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動(dòng)的帶

10、正電的離子。每個(gè)磷原就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原子給出一個(gè)電子，稱為子給出一個(gè)電子，稱為施主原子施主原子。1-14+4+4+5+4多余多余電子電子磷原子磷原子N 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中的載流子是什的載流子是什么？么？1.1.由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2.2.本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流多數(shù)載流子子（多子多子），空穴稱

11、為），空穴稱為少數(shù)載流子少數(shù)載流子（少子少子）。）。1-15二、二、P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)（或銦），晶體點(diǎn)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(gè)價(jià)電子，與相鄰的取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子來填補(bǔ)，可能吸引束縛電子來填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為原子接受電子，所以

12、稱為受主原子受主原子。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。1-16三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 雜質(zhì)雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。1-17一一 、PN 結(jié)的形成結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P 型半型半導(dǎo)體和導(dǎo)體和N 型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子

13、的擴(kuò)散，在它型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了們的交界面處就形成了PN 結(jié)。結(jié)。1.1.4 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?-18P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場內(nèi)電場E漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。荷區(qū)越寬。內(nèi)電場越強(qiáng)，就使漂移內(nèi)電場越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。也稱耗盡層。1-19漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場內(nèi)電場E所以擴(kuò)散和漂移

14、這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。度固定不變。1-20+空間空間電荷電荷區(qū)區(qū)N型區(qū)型區(qū)P型區(qū)型區(qū)電位電位VV01-211.1.空間電荷區(qū)中沒有載流子。空間電荷區(qū)中沒有載流子。2.2.空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙P P中的空穴中的空穴. .N區(qū)區(qū) 中的電子（中的電子（都是多子都是多子）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)）。）。3.3.P 區(qū)中的電子和區(qū)中的電子和 N區(qū)中的空穴（區(qū)中的空穴（都是少都是少），），數(shù)量有限，因此由它們形成的

15、電流很小。數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。注意注意: :1-22二、二、 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?PN 結(jié)結(jié)加上正向電壓加上正向電壓、正向偏置正向偏置的意思都是的意思都是： P 區(qū)加正、區(qū)加正、N 區(qū)加負(fù)電壓。區(qū)加負(fù)電壓。 PN 結(jié)結(jié)加上反向電壓加上反向電壓、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是： P區(qū)加負(fù)、區(qū)加負(fù)、N 區(qū)加正電壓。區(qū)加正電壓。1-23+RE1 1、PN 結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場變薄變薄PN+_內(nèi)電場被削弱，多子內(nèi)電場被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成較大的擴(kuò)散電流。較大的擴(kuò)散電流。1-242 2、PN 結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置+內(nèi)

16、電場內(nèi)電場外電場外電場變厚變厚NP+_內(nèi)電場被加強(qiáng)，多子的內(nèi)電場被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電只能形成較小的反向電流。流。RE1-251.2.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。引線引線外殼線外殼線觸絲線觸絲線基片基片點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型1-261.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管PN二極管的電路符號(hào)：二極管的電路符號(hào)：1-27PN結(jié)結(jié)面接觸型面接觸型 1.2.2 伏安特性伏安特性UI死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.5V,鍺管鍺管0.2V。導(dǎo)通壓降導(dǎo)通

17、壓降: : 硅硅管管0.50.7V,鍺鍺管管0.20.3V。反向擊穿反向擊穿電壓電壓UBR1-281.2.3 主要參數(shù)主要參數(shù)1. 最大整流電流最大整流電流 IOM 二極管長期使用時(shí)，允許流過二極管的最二極管長期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平均電流。大正向平均電流。2. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR 二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓過熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓UWRM一般是一般是UBR的一半。的一半。1-293. 反向

18、電流反向電流 IR 指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆睿虼朔捶聪螂娏鞔?，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。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娦裕饕獞?yīng)用于整流、限幅、主要利用它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、限幅、保護(hù)等等

19、。下面介紹兩個(gè)交流參數(shù)。保護(hù)等等。下面介紹兩個(gè)交流參數(shù)。1-304. 微變電阻微變電阻 rDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二極管特性曲線上工是二極管特性曲線上工作點(diǎn)作點(diǎn)Q 附近電壓的變化與附近電壓的變化與電流的變化之比：電流的變化之比：DDDiur顯然，顯然，rD是對(duì)是對(duì)Q附近的微小附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。變化區(qū)域內(nèi)的電阻。1-315. 二極管的極間電容二極管的極間電容二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容CB和和擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容CD。勢(shì)壘電容：勢(shì)壘電容：勢(shì)壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時(shí)，勢(shì)壘區(qū)是積累空間電荷

20、的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時(shí)，就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是的電容是勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容。擴(kuò)散電容：擴(kuò)散電容：為了形成正向電流為了形成正向電流（擴(kuò)散電流），注入（擴(kuò)散電流），注入P 區(qū)的少子區(qū)的少子（電子）在（電子）在P 區(qū)有濃度差，越靠區(qū)有濃度差，越靠近近PN結(jié)濃度越大，即在結(jié)濃度越大，即在P 區(qū)有電區(qū)有電子的積累。同理，在子的積累。同理，在N區(qū)有空穴的區(qū)有空穴的積累。正向電流大，積累的電荷積累。正向電流大，積累的電荷多。多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容電容CD。P+-N1-32CB在正向和反向偏置時(shí)均

21、不能忽略。而反向偏置在正向和反向偏置時(shí)均不能忽略。而反向偏置時(shí)，由于載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容時(shí)，由于載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容CD可忽略?？珊雎?。PN結(jié)高頻小信號(hào)時(shí)的等效電路：結(jié)高頻小信號(hào)時(shí)的等效電路：勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容的綜合效應(yīng)容的綜合效應(yīng)rd1-33實(shí)際二極管：實(shí)際二極管： 硅二極管：硅二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓 0 .5V，正向壓降，正向壓降 0.7V 鍺二極管：鍺二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓 0 .2V，正向壓降，正向壓降 0.3V1-34 理想二極管：理想二極管： 死區(qū)電壓死區(qū)電壓 0 ，正向壓降，正向壓降 0 二極管的簡化模型二極管的簡化模型RLuiuouiuott二極管的

22、應(yīng)用舉例二極管的應(yīng)用舉例1：二極管半波整流電路二極管半波整流電路1-35二極管的應(yīng)用舉例二極管的應(yīng)用舉例2：二極管充放電電路二極管充放電電路tttuiuRuoRRLuiuRuo1-36一、穩(wěn)壓二極管一、穩(wěn)壓二極管UIIZIZmax UZ IZ穩(wěn)壓穩(wěn)壓誤差誤差曲線越陡，電曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。壓越穩(wěn)定。+-UZ動(dòng)態(tài)電阻：動(dòng)態(tài)電阻：ZZIUZrrz越小，穩(wěn)壓越小，穩(wěn)壓性能越好。性能越好。1.2.4 特殊二極管特殊二極管1-37（4）穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。（5）最大允許功耗）最大允許功耗maxZZZMIUP穩(wěn)壓二極管的參數(shù)穩(wěn)壓二極管的參數(shù):

23、（1）穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 UZ（2）電壓溫度系數(shù)電壓溫度系數(shù) U（%/） 穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。（3）動(dòng)態(tài)電阻）動(dòng)態(tài)電阻ZZIUZr1-38負(fù)載電阻：負(fù)載電阻：要求：要求：當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生 20%波動(dòng)時(shí)，負(fù)波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變。載電壓基本不變。穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例uoiZDZRiLiuiRLmaxmin10V, 20mA, 5mAzWzzUII穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù)穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù): k2LR求：求：電阻電阻R和輸入電壓和輸入電壓 ui 的正常值。的正常值。1-39uoiZDZRiLiuiRL解：令輸入電壓達(dá)到上

24、限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為流為Izmax 。mA25maxLZWzRUIi102521RUiRu.zWi方程方程1 11-40令輸入電壓降到下限令輸入電壓降到下限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為流為Izmin 。mA10minLZWzRUIi101080RUiRu.zWi方程方程2 2uoiZDZRiLiuiRL聯(lián)立方程聯(lián)立方程1、2，可解得：，可解得：k50V7518.R,.ui1-41二、光電二極管二、光電二極管反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。IU照度增加照度增加1-42三、發(fā)光二極管三、發(fā)光二極管有正向電流流過

25、時(shí)，發(fā)有正向電流流過時(shí)，發(fā)出一定波長范圍的光，目出一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似。電特性與一般二極管類似。1-43四、其他特殊二極管四、其他特殊二極管常見的特殊二極管除了前面介紹的常見的特殊二極管除了前面介紹的穩(wěn)壓二極穩(wěn)壓二極管、整流二極管、光電二極管、發(fā)光二極管管、整流二極管、光電二極管、發(fā)光二極管以以外，利用二極管的某些參數(shù)隨電壓的變化還可外，利用二極管的某些參數(shù)隨電壓的變化還可以制成以制成變?nèi)荻O管、變阻二極管、激光二極管、變?nèi)荻O管、變阻二極管、激光二極管、開關(guān)二極管開關(guān)二極管等。等。1

26、-441.3.1 常見三極管外形常見三極管外形1.3 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管(triode)1-451.3.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NPN型型PNP集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)射極BCEPNP型型1.3 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1-46BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基區(qū)：較薄，基區(qū)：較薄，摻雜濃度低摻雜濃度低集電區(qū)：面集電區(qū)：面積較大積較大發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜濃度較高1-47在制造三極管的過程中，對(duì)其內(nèi)部在制造三極管的過程中，對(duì)其內(nèi)部3個(gè)區(qū)域都有一定的工藝個(gè)區(qū)域都有一定的工藝要求，必須保證它們具有下列特點(diǎn)：要求，必須保證它們具

27、有下列特點(diǎn)：u1.發(fā)射區(qū)摻雜濃度大，以利于發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射載流子。u2.基區(qū)薄，摻雜少，這樣載流子易于通過。u3.集電區(qū)面積比發(fā)射區(qū)面積大且摻雜少，利于收集載流子基于上述特點(diǎn)，可知三極管并不是基于上述特點(diǎn)，可知三極管并不是2個(gè)個(gè)PN結(jié)結(jié)的簡單組合，它不能用的簡單組合，它不能用2個(gè)三極管代替，也個(gè)三極管代替，也不可以顛倒使用發(fā)射級(jí)和集電極。不可以顛倒使用發(fā)射級(jí)和集電極。BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)1-49分類：u1. 按材料不同：硅管和鍺管u2.按內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)：NPN、PNPu3.按工作頻率不同：高頻管（3MHZ），低頻管（4MHZ）u4.按功率不同：小功

28、率管（P1W）u5.按用途不同：普通放大三極管和開關(guān)三極管。1.3.2 電流放大原理電流放大原理BECNNPEBRBECIE基區(qū)空穴基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可的擴(kuò)散可忽略。忽略。IBE進(jìn)入進(jìn)入P區(qū)的電子區(qū)的電子少部分與基區(qū)的少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成空穴復(fù)合，形成電流電流IBE ，多數(shù)，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。擴(kuò)散到集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電形成發(fā)射極電流流IE。1-51BECNNPEBRBECIE集電結(jié)反偏，有少集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流子形成的反向電流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE從

29、基區(qū)擴(kuò)散來從基區(qū)擴(kuò)散來的電子作為集的電子作為集電結(jié)的少子，電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，結(jié)而被收集，形成形成ICE。1-52IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE1-53IE=IB+IC=IBE+ICEICE與與IBE之比稱為之比稱為電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)注意：注意：要使三極管能放大電流，必須使發(fā)要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。CECCBOCBEBCBOBIIIIIIII1-54BECIBIEICNPN型三極管型三極管BECIBIEICPNP型三極管型三極管1

30、-551.3.3 特性曲線特性曲線ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 實(shí)驗(yàn)線路實(shí)驗(yàn)線路1-56一、一、輸入特性曲線輸入特性曲線UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：工作壓降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,鍺鍺管管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓，硅管硅管0.5V，鍺管鍺管0.2V。1-57二、二、輸出特性曲線輸出特性曲線IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域滿足此區(qū)域滿足IC= IB稱為稱為線性區(qū)（放線性區(qū)（放大區(qū)）。大區(qū)）。當(dāng)當(dāng)UCE大于一

31、定的大于一定的數(shù)值時(shí)，數(shù)值時(shí)，IC只與只與IB有關(guān)，有關(guān)，IC= IB。1-58IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中UCE UBE,集電結(jié)集電結(jié)正偏，正偏， IBIC，UCE 0.3V稱為飽和區(qū)。稱為飽和區(qū)。1-59IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0, IC=ICEO, UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止區(qū)：截止區(qū)： UBE 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0 1-61注意：注意：輸出特性曲線上表明有三極

32、管的工作三個(gè)區(qū)，輸出特性曲線上表明有三極管的工作三個(gè)區(qū)，但三極管的狀態(tài)卻有放大、飽和、截止和但三極管的狀態(tài)卻有放大、飽和、截止和倒倒置置四個(gè)。四個(gè)。例例1： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k ， 當(dāng)當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于位于哪個(gè)區(qū)？哪個(gè)區(qū)？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBE1-62解：由于解：由于 =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k （1）當(dāng)）當(dāng)USB =-2V時(shí)：時(shí)：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEmA2612maxCSCCRUIIB=0 ， IC=

33、0首先計(jì)算首先計(jì)算最大飽和電流最大飽和電流IC ：Q位于截止區(qū)位于截止區(qū) 1-63即即IC ICmax (=2mA) ， Q位于放大區(qū)位于放大區(qū)。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBE（2）當(dāng)）當(dāng)USB =2V時(shí)：時(shí)：20.7700.019mASBBEBBUUIRmax500.019mA0.95mABCmaxII2mACCmaxII1-65三、主要參數(shù)三、主要參數(shù) 前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、的公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共集接法。共集接法。共射共射直流電流放大倍數(shù)直流電流放大倍數(shù)：BCI

34、I_ 工作于動(dòng)態(tài)的三極管，真正的信號(hào)是疊加工作于動(dòng)態(tài)的三極管，真正的信號(hào)是疊加在直流上的交流信號(hào)?；鶚O電流的變化量為在直流上的交流信號(hào)?；鶚O電流的變化量為 IB，相應(yīng)的集電極電流變化為相應(yīng)的集電極電流變化為 IC，則則交流交流電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)為：為：BCII1. 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)和和 _1-66例如：例如：UCE=6V時(shí)時(shí)：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。5 .3704. 05 . 1_BCII4004. 006. 05 . 13 . 2BCII在以后的計(jì)算中，一般作近似處理：在以后的計(jì)算中，一般作近似處理： =1-67

35、2.集集- -基極反向截止電流基極反向截止電流ICBO AICBOICBO是集是集電結(jié)反偏電結(jié)反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向電的反向電流，受溫流，受溫度的變化度的變化影響。影響。1-68BECNNPICBOICEO= IBE+ICBO IBE IBEICBO進(jìn)入進(jìn)入N區(qū)，形成區(qū)，形成IBE。根據(jù)放大關(guān)系，由根據(jù)放大關(guān)系，由于于IBE的存在，必有的存在，必有電流電流 IBE。集電結(jié)反集電結(jié)反偏有偏有ICBO3. 集集- -射極反向截止電流射極反向截止電流ICEOICEO受溫度影響很受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，大，當(dāng)溫度上升時(shí)，ICEO增加很快，所增加很快，所以以IC也相應(yīng)增加。也相

36、應(yīng)增加。三極管的溫度特性三極管的溫度特性較差較差。1-694.集電極最大電流集電極最大電流ICM 集電極電流集電極電流IC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的上升會(huì)導(dǎo)致三極管的 值的值的下降，當(dāng)下降，當(dāng) 值下降到正常值的三分之二時(shí)的集值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為電極電流即為ICM。5.集集-射極反向擊穿電壓射極反向擊穿電壓 當(dāng)集當(dāng)集-射極之間的電壓射極之間的電壓UCE超過一定的超過一定的數(shù)值時(shí)，三極管就會(huì)被擊穿。手冊(cè)上給出的數(shù)數(shù)值時(shí)，三極管就會(huì)被擊穿。手冊(cè)上給出的數(shù)值是值是25 C、基極開路時(shí)的擊穿電壓基極開路時(shí)的擊穿電壓U(BR)CEO。1-706. 集電極最大允許功耗集電極最大允許功耗PCM

37、集電極電流集電極電流IC 流過三極管，流過三極管， 所發(fā)出的焦耳所發(fā)出的焦耳 熱為：熱為：PC =ICUCE 必定導(dǎo)致結(jié)溫必定導(dǎo)致結(jié)溫 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)1-71 場效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，它是多場效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，它是多子導(dǎo)電，且輸入阻抗高、溫度穩(wěn)定性好。子導(dǎo)電，且輸入阻抗高、溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管JFET絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管MOS場效應(yīng)管有兩種場效應(yīng)管有兩種:1.4 場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管1-72N基底基底 ：N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體PP兩邊是兩邊是P區(qū)區(qū)G(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)1.4.1 結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管:導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道1-73NPPG(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極N溝道結(jié)型場效應(yīng)管溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGS1-74PNNG(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極P溝道結(jié)型場效應(yīng)管溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGS1-75二、工作原理（以二、工作原理（以P溝道為例）溝道為例）UDS=0V時(shí)時(shí)PGSDUDSUGSNNNNIDPN結(jié)反偏