半導(dǎo)體二極管、三極管和場效應(yīng)管H講解

1、第1章目錄第1章 半導(dǎo)體二極管、三極管和場效應(yīng)管L1半導(dǎo)體的導(dǎo)電將性L 2 PN 第1.3 半導(dǎo)體二極管1.4 穩(wěn)壓管1.5 半導(dǎo)體三極管L6鮑嫌?xùn)艌鲂?yīng)管EJE1.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.1.1本征半導(dǎo)體把純凈的沒有結(jié) 構(gòu)缺陷的半導(dǎo)體單晶 稱為本征半導(dǎo)體。它是共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。在熱力學(xué)溫度零度和沒有外界激發(fā)時(shí),本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電。第1章1.1本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)L L 2 N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體第1章1.1LHJ 31 E二。二豆復(fù)合成對(duì)消失I /o/o/o 6；o；|成出現(xiàn)kof 二£。二豆二豆至二互二/7在外電場作用下, 電子和空穴均能. 參與導(dǎo)電。Lffi 31 EE第空穴導(dǎo)電的 實(shí)

2、質(zhì)是共價(jià) 鍵中的束縛 電子依次填 補(bǔ)空穴形成 電流。故半 導(dǎo)體中有電 子和空穴兩 種載流子。二。二。二。二。二。二硬。過 / I/ I9/o o O，o電子移動(dòng)方向，oi價(jià)電子填補(bǔ)空穴j -；上穴侈切萬聞/ :宜:豆二篁豆二篁Gx二/ I / 。外電場方向HI 國 EE1. N 型半導(dǎo)體 O!O/O/；在硅或錯(cuò)的晶體:京。近二立二亙Cx二/ 1/ I/ I中摻入少量的五價(jià)元素,如磷,則形成N型半導(dǎo)U/i二。二。二/ I/ X/Oc/oi體。o/O!自由電子二O” 為 二。一3；亙IE 廓1章1.1N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖少數(shù)載流子e®e©.©.© P一一正離

3、子載流子在N型半導(dǎo)中,電子是多數(shù)載流子,空穴是少數(shù)載流子。第1章1.2Lffi a LE2型半導(dǎo)體1。在硅或錯(cuò)的晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼，則形成p型 半導(dǎo)體。o/填補(bǔ)空位io/Lffi 31 EE第i章1.1空穴是多數(shù)載流子負(fù)離子°©°0<°O：0WP型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖電子是少數(shù)載流子第1章1.41 2 PN 結(jié)121 PN結(jié)前形成用專門的制造工藝在同一塊半導(dǎo)體單晶上，形成p型半導(dǎo)體區(qū)域 和N型半導(dǎo)體區(qū)域，在這兩個(gè)區(qū)域的交界處就形成了一個(gè)PN結(jié)?？臻g電荷區(qū)0.® n 1 I n 1 n I O00 e。 °o°o

4、°ooIHJ 3 E內(nèi)電場方向rwi r3TLOEL第1章1.2在一定的條件下，多子擴(kuò)散與少子漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡， 空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來。I空間電荷區(qū)I0©后0O多子擴(kuò)散內(nèi)電場方向少子漂移1.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦缘?章1.21.外加正向電壓I空間電荷區(qū)變窄P區(qū)，/RI。0® B. © Q eQ 30°©°0擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成較大的正向電流內(nèi)電場方向外電場方向 Eg國 EE第1章1.22.外加反向電壓RLffi 33 LE第1章1.2123 PN結(jié)電容PN結(jié)電容,勢壘電容 .擴(kuò)散電容1 .勢壘電容PN結(jié)中空間電荷

5、的數(shù)量隨外加電壓變化所形 成的電容稱為勢壘電容，用4來表示。勢壘電 容不是常數(shù)，與PN結(jié)的面積、空間電荷區(qū)的寬度 和外加電壓的大小有關(guān)。2 .擴(kuò)散電容載流子在擴(kuò)散過程中積累的電荷量隨外加電壓 變化所形成的電容稱為擴(kuò)散電容，用Cd與來示。 PN正偏時(shí)，擴(kuò)散電容較大，反偏時(shí)，擴(kuò)散電容可以忽略不計(jì)。1.3半導(dǎo)體二極管131二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)正極引線觸絲-PN結(jié)N型錯(cuò) 一支架 外殼負(fù)極引線 點(diǎn)接觸型二極管面接觸型二極管二極管的符號(hào)正極引線ffi E132二極管的伏安特性第1章1.3133二極管的主要參數(shù)1 .最大整流電流/OM2 .反向工作峰值電壓Urm3 .反向電流/rHl 3J rFI第1章1.3

6、二極管的應(yīng)用范圍很廣，它可用與整流、檢波、限幅、元件保護(hù)以及在數(shù)字電路中作為開關(guān)元件O例1：下圖中，已知Va=3V, Vb=0V, Da、Dr為錯(cuò)管,求輸出端Y的電位并說明二極管的作用o解：Da優(yōu)先導(dǎo)通，則Vy=3-0.3=2.7VDa導(dǎo)通后,Db因反偏而截止,以Db起隔離作用,Da起鉗位作用, 將Y端的電位鉗制在+2.7 V oR-12VEK DE第1章1.4穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1 .穩(wěn)定電壓Uy2 .最小穩(wěn)定電流/min3 .最大穩(wěn)定電流/zmax4.動(dòng)態(tài)電阻Kz5.電壓溫度彖數(shù)aVZT6.最大允許耗散功率P耳 33 E1. 5半導(dǎo)體三極管第1章1.5第1章1.52. PNP型三極管集電區(qū)集電

7、結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)L5.2三極管的電流控制作用三極管具有電流控制作用的外部條件：(1)發(fā)射結(jié)正向偏置；(2)集電結(jié)反向偏置。對(duì)于NPN型三極管應(yīng)滿足:Ube >0Ubc v °即%>%>相對(duì)于PNP型三極管應(yīng)滿足:eb> °UCB < 0即 Vc< VB< VE共發(fā)射極接法放大電路由于基區(qū)很薄，摻雜濃度又很小，電子在基區(qū)擴(kuò)散的數(shù)量 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于復(fù)合的數(shù)量。所以：同樣有：/c»A，b所以說三極管具有電流控制作用，也稱之為電流放大作用O1.53三極管的特性曲線1.三極管的輸入特性= ""BE)E=常數(shù)2-三極管

8、的輸出特性第1章1.5Ml 3D GE第三極管輸出特性上的三個(gè)工作區(qū)M E1.54三極管的主要參數(shù)第1章1.51 .電流放大系數(shù) /(1)直流電流放大系數(shù)(2)交流電流放大系數(shù) 月=名心2 .穿透電流7ceo3.4.5.極限參數(shù)集電極最大允許電流/cm 集射反向擊穿電壓U(br)ceo 集電極最大允許耗散功率PCM使用時(shí)不允許超迂!在輸出特性上求B，b第設(shè)必=6乂6由40|nA力口為60|iA。M）亙 EE第1章1.5由三極管的極限參數(shù)確定安全工作區(qū)曲線80 pACM60 gA全40 jiA耗20pA 區(qū)XCEO作區(qū)安/B= 0 pAU(BR)&O “CE NL6艷綠柵場效應(yīng)管1.6.

9、1 N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管第1章1.6源極S 柵極G漏極DO1.結(jié)構(gòu)和符號(hào)SiO2N+N+P型硅襯底Fd*底引線b 結(jié)構(gòu)示意圖符號(hào)第1章1.62.工作原理(1)。人=。D與S之間是兩個(gè) PN結(jié)反向串聯(lián)， 無論D與S之間加 什么極性的電壓, 漏極電流均接近 于零。D| /D= 0SiO24襯底引線B 結(jié)構(gòu)示意圖(2) 0 << 附由柵極指向襯底方 向的電場使空穴向 下移動(dòng)，電子向上移- 動(dòng)，在P型硅襯底的 上表面形成耗盡層。 仍然沒有漏極電流。DS|，D =。D第1章1.7柵極下P型半導(dǎo)“dD耗盡層P型硅襯底體表面形成N型導(dǎo)電 溝道，當(dāng)D、S加上 正向電壓后可產(chǎn)生 漏極電流/d。

10、3JLE3.特性曲線增強(qiáng)型NMOS管的特性曲線可變電阻區(qū)H 32 LE1.6.2 N溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管第1章1.61.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理制造時(shí)，在二氧化硅絕緣層中摻入大量的正離子。D符號(hào)LS 33 EELS 33 EE第1章1.71.6.3 P溝道絕緣柵場效應(yīng)管(PMOS)Udsl-kG DPMOS管與NMOS管 互為對(duì)偶關(guān)系，使用 時(shí)GS、UDS的極性"dUtPMOS管結(jié)構(gòu)示意圖也與NMOS管相反。1. P溝道增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管tffi 亙 CE第1章1.6Id /mA開啟電壓負(fù)值，Ugs< U、 時(shí)導(dǎo)通。)為GS(th)| D GS(th)G | i B符號(hào)S轉(zhuǎn)移特

11、性0 Gs/V2. P溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管夾斷電壓UGS(off)為正值，U時(shí)導(dǎo)通。GS V GS(off)GJD -BId /mA GS(off)符號(hào)轉(zhuǎn)移特性H 3J E164維緣柵場效應(yīng)管的主要參數(shù)第1章1.61 .開啟電壓UgS(Ui)指在一定的DS下，開始出現(xiàn)漏極電流所需的柵源電 壓。它是增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)，NMOS為正，PMOS為負(fù)c2 .夾斷電壓UGS(off)指在一定的Uds下，使漏極電流近似等于零時(shí)所需的 柵源電壓。是耗盡型MOS管的參數(shù)，NMOS管是負(fù)值,PMOS管是正值。3 .直流輸入電阻Rgs(DC)在Uds=O時(shí)，柵源電壓與柵極電流的比值，其值很高。4 .低頻跨導(dǎo)gm