《模擬電子技術(shù)》1半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)0319二34節(jié)

1、電子技術(shù)模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)模擬電子技術(shù)任課老師： 李賦進(jìn)聯(lián)系電話：_mail: QQ： 245603911第1章 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)一、物質(zhì)分類（按導(dǎo)電性）二、本征半導(dǎo)體目錄一、物質(zhì)分類（按導(dǎo)電性） 2、絕緣體：導(dǎo)電性極差的物質(zhì)。其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強，外力很難撼動。只有在外電場強大到相當(dāng)程度時才可能導(dǎo)電（擊穿：物質(zhì)結(jié)構(gòu)被破壞?。?。如：惰性氣體、橡膠、干燥的木材等。 1、 導(dǎo)體：導(dǎo)電性良好的物質(zhì)。其原子的最外層電子（自由電子）受原子核的束縛力很弱，處于劇烈的無規(guī)則熱運動狀態(tài)，在外電場作用下極易產(chǎn)生定向移動，形成電流。如：鐵、鋁、銅等金屬元素。1.1

2、半導(dǎo)體 3、半導(dǎo)體：導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)。一、物質(zhì)分類（按導(dǎo)電性）其原子的最外層電子受原子核的束縛力大小介于導(dǎo)體與絕緣體之間。其最外層電子受所屬原子（核）的束縛力較小，受相鄰原子核的作用力不可忽視被相鄰原子所共有稱價電子形成共價鍵晶體結(jié)構(gòu)。如：硅（Si）、鍺（Ge）（均為四價元素：含四個價電子）本征半導(dǎo)體： 純凈晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。無雜質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點GeSi將半導(dǎo)體制成“單晶硅”、“多晶硅”，作為半導(dǎo)體電子器件的制作材料。半導(dǎo)體電子元件多用硅和鍺為原料，它們的最外層電子（價電子）都是四個。原子結(jié)構(gòu)硅 鍺簡化模型慣性核硅(鍺)的共價鍵結(jié)構(gòu)價電子自由

3、電子(束縛電子)空穴空穴空穴可在共價鍵內(nèi)移動四價元素：硅（Si）、鍺（Ge）+4+4+4+4空穴-電子對總是成對出現(xiàn)稱：本證激發(fā)半導(dǎo)體中的可自由移動的電荷稱為載流子（載荷電流的粒子）本征激發(fā)：空穴電子對復(fù) 合：自由電子和空穴在運動中相遇重新結(jié)合成對消失的過程。漂 移：自由電子和空穴（電子空穴對）在電場作用下可以產(chǎn)生定向運動。在室溫或光照下，價電子獲得足夠能量，擺脫共價鍵的束縛，成為自由電子，并在共價鍵中留下一個空位(空穴)的過程。本證激發(fā)：本征半導(dǎo)體有關(guān)概念、特點本征半導(dǎo)體:純凈的半導(dǎo)體載流子:自由運動的帶電粒子共價鍵:相鄰原子共有價電子所形成的束縛“鍵”本征半導(dǎo)體有關(guān)概念、特點導(dǎo)電能力介于導(dǎo)

4、體與絕緣體之間受熱或被光照時,導(dǎo)電能力會有顯著變化在純凈半導(dǎo)體（本征半導(dǎo)體）中加入微量元素導(dǎo)電能力會有顯著變化為什么？問題本征半導(dǎo)體中空穴數(shù)量多？電子數(shù)量多？本征半導(dǎo)體帶正電？帶負(fù)電？1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體1. N 型半導(dǎo)體N 型+5+4+4+4+4+4核外多一個：自由電子N型半導(dǎo)體中：電子為多數(shù)載流子空穴為少數(shù)載流子載流子總數(shù) 多數(shù)載流子數(shù) 電子數(shù)在本征半導(dǎo)體中參入高價元素5價元素：磷原子（施主原子）正離子（原子核內(nèi)多一個正電荷）P 型+3+4+4+4+4+4核外多一個：空穴P型半導(dǎo)體中：空穴 多子電子 少子1. P 型半導(dǎo)體3價元素：硼原子（受主原子）負(fù)離子（原子核內(nèi)少一個正電荷）在本征半

5、導(dǎo)體中參入低價元素載流子數(shù) 多數(shù)載流子空穴數(shù)1.1.3 PN 結(jié)及其單向?qū)щ娦?. PN 結(jié)(PN Junction)的形成載流子的濃度差引起多子的擴散復(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:內(nèi)電場：阻止多子擴散，利于少子漂移。內(nèi)建電場（勢壘）P區(qū)N區(qū)負(fù)離子正離子P區(qū)的多子空穴向N區(qū)擴散，留下負(fù)離子；N區(qū)的多子電子擴散到P區(qū)，留下正離子?？昭ê碗娮釉诮唤缑鎻?fù)合無載流子，+-擴散和漂移達(dá)到動態(tài)平衡擴散電流 等于漂移電流， 總電流 I = 0。 PN結(jié)形成P 區(qū)N 區(qū)內(nèi)電場外電場外電場使多子擴散繼續(xù)進(jìn)行,在PN結(jié)交界面中和部分離子使空間電荷區(qū)變窄。 IF限流電阻擴散運動加強形成正向電

6、流 IFIF = I多子 I少子 I多子2. PN 結(jié)的單向?qū)щ娦?1) 外加正向電壓(正向偏置) forward bias+-極小漂移電流(2) 外加反向電壓(反向偏置) reverse bias P 區(qū)N 區(qū)內(nèi)電場外電場反向電壓不利于多子擴散，有利于少子漂移，少子漂移空間電荷區(qū)變寬。IRPN 結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通：電阻極小，電流較大;反偏截止：電阻極大，電流近似為零。數(shù)量極少的少數(shù)載流子漂移，形成極小的反向電流 IR 反向飽和電流IS：由于少子數(shù)量有限，反向電壓大到一定程度時，不會再隨著反向電壓的升高而變大，此時的電流稱：反向飽和電流IR = I少子 01.2.1 晶體二極管的結(jié)構(gòu)、符

7、號、類型構(gòu)成：PN 結(jié) + 引線 + 管殼 = 二極管(Diode)1.2 晶體二極管Dironde1.2.1 晶體二極管的結(jié)構(gòu)、符號、類型構(gòu)成：PN 結(jié) + 引線 + 管殼 = 二極管(Diode)符號：A(anode)C(cathode)分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分點接觸型面接觸型平面型1.2 晶體二極管點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 型支持襯底通過電流大通過電流小1.2.2 晶體二極管的伏安特性1. 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)

8、 T = 300(27C)：UT = 26 mV通過二極管的電流iD與其兩端的電壓uD和反向飽和電流IS及溫度有關(guān)Boltzmann（奧地利） constant（k 或 kB）關(guān)于溫度及能量的一個物理常數(shù)OuD /ViD /mA其中：工程設(shè)計常用！PN 結(jié)的伏安特性呈指數(shù)曲線1.2.2 晶體二極管的伏安特性1. 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(27C)：UT = 26 mV通過二極管的電流iD與其兩端的電壓uD和反向飽和電流IS及溫度有關(guān)Boltzmann（奧地利） constant（k 或 kB）關(guān)于溫度及能量的一個物理常數(shù)OuD /ViD

9、 /mA其中：工程設(shè)計常用！PN 結(jié)的伏安特性呈指數(shù)曲線OuD /ViD /mAPN 結(jié)的伏安特性呈指數(shù)曲線反向飽和電流正向特性二極管的伏安特性O(shè)uD /ViD /mA正向特性UthiD = 0Uth = 0.5 V 0.1 V(硅管)(鍺管)U UthiD 急劇上升0 U Uth UD(on) = (0.6 0.8) V硅管 0.7 V(0.2 0.4) V鍺管 0.3 V反向特性ISU (BR)反向擊穿電壓U(BR) U 0 iD = IS U(BR) 反向電流急劇增大，頻臨損毀！反向擊穿：導(dǎo)通電壓電擊穿熱擊穿死區(qū)電壓正向特性二極管的伏安特性O(shè)uD /ViD /mA正向特性Uth死區(qū)電壓i

10、D = 0Uth = 0.5 V 0.1 V(硅管)(鍺管)U UthiD 急劇上升0 U Uth UD(on) = (0.6 0.8) V硅管 0.7 V(0.2 0.4) V鍺管 0.3 V反向特性ISU (BR)反向擊穿U(BR) U 0 iD = IS U(BR) 反向電流急劇增大(反向擊穿)導(dǎo)通電壓反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿反向擊穿原因： 齊納擊穿：(Zener)反向電場太強，將電子強行拉出共價鍵。 (硅管齊納擊穿電壓 6 V，正溫度系數(shù))溫度升高時擊穿電壓有所下降溫度升高時擊穿電壓有所上升擊穿電壓在 6 V 左右時，溫度系數(shù)趨近零。當(dāng)需要獲得不隨溫度變化的基準(zhǔn)電壓時，可以將一只齊納

11、擊穿二極管和一只雪崩擊穿二極管串聯(lián)起來，只要選材適當(dāng)，可以使這兩個二極管的總電壓在相當(dāng)大的溫度變化范圍內(nèi)維持穩(wěn)定。 硅管雪崩擊穿電壓 6 V，正溫度系數(shù),溫度升高時擊穿電壓有所上升硅管齊納擊穿電壓 6 V，負(fù)溫度系數(shù)),溫度升高時擊穿電壓有所下降硅管的伏安特性鍺管的伏安特性604020 0.02 0.0400.40.82550iD / mAuD / ViD / mAuD / V0.20.4 25 50510150.010.020硅管和鍺管：導(dǎo)通電壓uON有何不同？反向飽和電流iS有何不同？授課結(jié)束20130319周二34節(jié)溫度對二極管特性的影響604020 0.0200.42550iD / m

12、AuD / V20C 90CT 升高時：通過二極管的電流iD上升導(dǎo)通電壓 UD(on)下降下降速率：(2 2.5) mV/ C (負(fù)溫度系數(shù))硅二極管溫度每增加8，反向電流將約增加一倍；2.電路模型（1）二極管的理想模型（開關(guān)模型）特性uDiD符號及等效模型SS正偏導(dǎo)通理想狀態(tài)： uD = 0；二極管加反向電壓：截止二極管加正向電壓：導(dǎo)通反偏截止理想狀態(tài)： iD = 0 U(BR) = （2）二極管的簡化模型（恒壓模型）uDiDUD(on)uD = UD(on)0.7 V (Si)0.3 V (Ge)二極管加反向電壓：截止二極管加正向電壓：導(dǎo)通恒壓模型1.2.3 晶體二極管的主要參數(shù)1. IF

13、 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(超過時單向?qū)щ娦宰儾?iDuDU (BR)I FURMO*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，因結(jié)電容很小，容抗很大，對 PN 結(jié)影響很小。 高頻時，因容抗減小，使信號被分流，導(dǎo)致單向 導(dǎo)電性變差。2. 結(jié)面積愈小，結(jié)電容愈小，工作頻率愈高。半導(dǎo)體二極管的型號 中國國家標(biāo)準(zhǔn)：半導(dǎo)體器件型號命名舉例： 2 A P 9 用數(shù)字代表同類型器件的不同型號 用字母代表器件的類型，P代表普通管 用字母代表器件的材料，A代表N型

14、Ge B代表P型Ge，C代表N型Si，D代表P型Si 2代表二極管，3代表三極管半導(dǎo)體器件命名的國際標(biāo)準(zhǔn)與各國標(biāo)準(zhǔn)1.2.4 晶體二極管的溫度特性硅二極管：溫度每增加8，反向電流約增加一倍；鍺二極管：溫度每增加12，反向電流大約增加一倍溫度升高時：二極管的正向壓降將減?。ㄘ?fù)的溫度系數(shù)）每增加1，正向壓降VF(Vd)大約減小2 mV1.2.6 晶體二極管的應(yīng)用 整流交流轉(zhuǎn)換為直流 檢波檢出有意義信號 開關(guān)邏輯電路（計算機） 穩(wěn)壓穩(wěn)定電壓 限幅令幅度不超過規(guī)定值 鉗位令幅度固定于規(guī)定值例：ui = 2 sin t (V)，分析二極管的限幅作用。ui 0.7 V：不限幅D1、D2 均截止uO = u

15、iuO = 0.7 Vui 0.7 V：正半周期被限幅D2 導(dǎo)通 D截止ui Ic/ ，Ic為最大值（即使Uce很?。?。截止區(qū)2. 輸出特性曲線iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321ICEO在發(fā)射極正偏作用下涌入基極的多子，少數(shù)在基極復(fù)合，形成Ib，多數(shù)等待進(jìn)入集電極。較小的Uce即可將基極的大量多子吸引到集電極，形成Ic。特性曲線不隨溫度變化而變化時什么是理想晶體管？是常數(shù)嗎？在放大區(qū)內(nèi)是的為什么uCE較小時iC隨uCE變化很大？進(jìn)入放大區(qū)曲線幾乎是橫軸的平行線？（1）截止區(qū)條件：兩個結(jié)反偏特點： IB 0 IC = ICE

16、O 0（2） 飽和區(qū)條件：兩個結(jié)正偏特點： IB IC/ 臨界飽和時：uCE = uBE 深度飽和時：UCE(SAT)= 0.3 V (硅管) 0.1 V (鍺管)（3） 放大區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏特點：水平、等間隔三個工作區(qū)2. 輸出特性是常數(shù)嗎？什么是理想晶體管？什么情況下 ?對應(yīng)于一個IB就有一條iC隨uCE變化的曲線。 為什么uCE較小時iC隨uCE變化很大？為什么進(jìn)入放大狀態(tài)曲線幾乎是橫軸的平行線？飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)10 A晶體管的三個工作區(qū)域狀態(tài)uBEiCuCE截止UonICEOVCC放大 UoniB uBE飽和 UoniB uBE在放大狀態(tài)，輸出電流 iC基本僅僅決定于輸

17、入電流 iB，即可認(rèn)為輸出電流iC僅僅被輸入電流iB 所控制iC ：放大區(qū)等效狀態(tài)：三個工作區(qū)域的工作狀態(tài)比較：截止?fàn)顟B(tài) = 開關(guān)斷開 輸入電流 iB=0， 輸出電流 iC=0， uCE=VCC飽和狀態(tài) = 開關(guān)閉合 輸入電流 iBIc / 輸出電流 iC=Ic(max) 輸出電壓uCE=0四、溫度對晶體管特性的影響少子：電子空穴對 增加溫度升高，會使電路不穩(wěn)定！五、主要參數(shù) 直流參數(shù)： 、 、ICBO、 ICEOc-e間擊穿電壓最大集電極電流最大集電極耗散功率，PCMiCuCE安全工作區(qū) 交流參數(shù)：、fT（使1時的工作信號頻率） 極限參數(shù)：ICM、PCM、U（BR）CEO共射電路直流電流放大

18、倍數(shù)共基電路直流電流放大倍數(shù)共射電路交流電流放大倍數(shù)共基電路交流電流放大倍數(shù)討論一由圖示特性求出：ICM =？ U （BR）CEO =？2.7uCE=1V時的iC就是ICMU（BR）CEOPCM=？ =？ 4mA25V2.7mA*10V=27mW2.7mA/27uA=2700uA/27uA=100補充：判斷三極管工作狀態(tài)的三種方法。發(fā)射結(jié)集電極截止放大飽和反偏或零偏正偏正偏反偏反偏正偏或零偏1) 三極管結(jié)偏置的判定方法結(jié)偏置工作狀態(tài)2) 三極管電流關(guān)系判定法IBICIE截止放大飽和00IBIBS(臨界飽和基極電流)0IBIB0IB+IC=(1+) IE (1+) IE各極電流電流關(guān)系工作狀態(tài)3

19、) 三極管電位判定法VBVC截止放大飽和Uon(=0.5)0.70.7VCCVCES VC VBVE NPN管 VCVB U(BR)CEO U(BR)EBO*1.3.4 溫度對三極管特性曲線的影響1. 溫度升高，輸入特性曲線向左移。溫度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。溫度每升高 10C，ICBO 約增大 1 倍。OT2 T12. 溫度升高，輸出特性曲線向上移。iCuCE T1iB = 0T2 iB = 0iB = 0溫度每升高 1C， (0.5 1)%。輸出特性曲線間距增大。O溫度升高溫度升更高討論二：利用Multisim測試晶體管的輸出特性利用Multisim分析圖示電路在V2小

20、于何值時晶體管截止、大于何值時晶體管飽和。討論三 以V2作為輸入、以節(jié)點1作為輸出，采用直流掃描的方法可得！約小于0.5V時截止約大于1V時飽和 描述輸出電壓與輸出電壓之間函數(shù)關(guān)系的曲線，稱為電壓傳輸特性。1.4場效應(yīng)管 引言：場效應(yīng)管的特點 1.4.1 場效應(yīng)管的類型、特點1.4.3 場效應(yīng)管的特性曲線1.4.2 場效應(yīng)管的工作原理1.4.4 場效應(yīng)管的符號表示及主要參數(shù)三極管授課結(jié)束場效應(yīng)管 FET (Field Effect Transistor)晶體管：BJTBipolar Junction Transistor 雙極(結(jié))型晶體管 場效應(yīng)管結(jié)型 JFET (Junction Fiel

21、d Effect Transistor)絕緣柵型 IGFET(Insulated Gate FET)也稱金屬氧化物半導(dǎo)體三極管（Metal Oxide Semiconductor FET,簡寫為MOSFET或MOS）場效應(yīng)管有兩種類型特點場效應(yīng)管與雙極型晶體管不同之處：單極性器件：只有一種載流子：多子導(dǎo)電輸入阻抗高：1071015，IGFET達(dá)1015 溫度穩(wěn)定性好。工藝簡單、體積小、功耗小、成本低特點：1. 單極性器件(每個FET中只有一種載流子導(dǎo)電)3. 工藝簡單、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 )N基底 ：N型半導(dǎo)體P

22、P兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極一、結(jié)構(gòu)1.5.1 結(jié)型場效應(yīng)管:導(dǎo)電溝道1.4.1 場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)N基底 ：N型半導(dǎo)體PP兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極導(dǎo)電溝道NPPG(柵極)S源極D漏極電路符號DGSDGSN溝道結(jié)型場效應(yīng)管PNNG(柵極)S源極D漏極P溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGS電路符號二、工作原理（以P溝道為例）UDS=0V時PGSDUDSUGSNNNNID柵-源(G-S)反偏放大：輸入PN結(jié)反偏，反偏壓UGS越大耗盡區(qū)越寬，導(dǎo)電溝道越窄。PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V時NNUGS越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。但當(dāng)UGS較小時，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。DS間相

23、當(dāng)于線性電阻。PGSDUDSUGSNNUDS=0時UGS達(dá)到一定值時（夾斷電壓VP）,耗盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，這時，即使UDS 0V，漏極電流ID=0A。IDPGSDUDSUGSUGS0、UGDVP時耗盡區(qū)的形狀NN越靠近漏端，PN結(jié)反壓越大IDPGSDUDSUGSUGSVp且UDS較大時UGDVP時耗盡區(qū)的形狀NN溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。IDGSDUDSUGSUGSVp UGD=VP時NN漏端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。UDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。IDGSDUDSUGSUGS0時UGS足夠大時（UGSVT）感應(yīng)出足夠多電子，這里出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主的N型導(dǎo)電溝道。感應(yīng)出電子

24、VT稱為閾值電壓UGS較小時，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來，UGS越大此電阻越小。PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDSUGS當(dāng)UDS不太大時，導(dǎo)電溝道在兩個N區(qū)間是均勻的。當(dāng)UDS較大時，靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄。PNNGSDUDSUGS夾斷后，即使UDS 繼續(xù)增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VT 時，靠近D端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。三、增強型N溝道MOS管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT輸出特性曲線IDU DS0UGS0四、耗盡型N溝道MOS管的特性曲線耗盡型的MOS管UGS=0時就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT輸出特性曲線ID

25、U DS0UGS=0UGS0N 溝道 JFETP 溝道 JFET1.4.1 場效應(yīng)管的類型1）UGS 對溝道的控制作用當(dāng)UGS0(一定),則漏源電流iDS電流將受UGS的控制, |UGS|增大, iDS減少.1.4.2 場效應(yīng)管的工作原理2） UDS 對溝道的控制作用uGS 0，uDS 0 此時 uGD = VP； 溝道楔型耗盡層剛相碰時稱預(yù)夾斷。當(dāng) uDS ，預(yù)夾斷點下移。預(yù)夾斷uGS =0uGS 改變時預(yù)夾斷預(yù)夾斷軌跡預(yù)夾點N溝道JFET的輸出特性輸出特性曲線：iD=f(uDS)uGS=const結(jié)論: FFET柵極、溝道之間的PN結(jié)反向偏置的，iG幾乎為零，輸入電阻較高JFET是電壓控制

26、電流器件，iD受UGS控制預(yù)夾斷前， iD與UDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后； iD趨于飽和 四個區(qū)：（a）可變電阻區(qū)（預(yù)夾斷前）。 （b）恒流區(qū)也稱飽和 區(qū)（預(yù)夾斷 后）。 （c）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。 （d）擊穿區(qū)。可變電阻區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)VP當(dāng) VP uGS 0 時,uGSiDIDSSuDSiDuGS = 3 V 2 V 1 V0 V 3 VOO轉(zhuǎn)移特性曲線： iD=f (uGS)uDS=const1.4.3 場效應(yīng)管的特性曲線增強型N 溝道SGDBiD增強型P 溝道SGDBiD2 2 OuGS /ViD /mAVTSGDBiD耗盡型N 溝道iDSGDB耗盡型P 溝道VPIDSSuGS /

27、ViD /mA 5 O51.場效應(yīng)管的符號表示1.4.4 場效應(yīng)管的符號表示及主要參數(shù)O uDS /ViD /mA5 V2 V0 V2 VuGS = 2 V0 V 2 V 5 VN 溝道結(jié)型SGDiDSGDiDP 溝道結(jié)型uGS /ViD /mA5 5 OIDSSVPO uDS /ViD /mA5 V2 V0 VuGS = 0 V 2 V 5 V2. 場效應(yīng)管的主要參數(shù)（1）開啟電壓 VT(增強型) 夾斷電壓 VP(耗盡型) 指 uDS = 某值，使漏極 電流 iD 為某一小電流時 的 uGS 值。VTVP（2） 飽和漏極電流 IDSS耗盡型場效應(yīng)管，當(dāng) uGS = 0 時所對應(yīng)的漏極電流。I

28、DSSuGS /ViD /mAOUGS(th)UGS(off)（3） 直流輸入電阻 RGS指漏源間短路時，柵、源間加 反向電壓呈現(xiàn)的直流電阻。JFET：RGS 107 MOSFET：RGS = 109 1015IDSSuGS /ViD /mAO（4）低頻跨導(dǎo) gm 反映了uGS 對 iD 的控制能力，單位 S(西門子)。一般為幾毫西 (mS)uGS /ViD /mAQOPDM = uDS iD，受溫度限制。（5） 漏源動態(tài)電阻 rds6. 最大漏極功耗 PDM一、兩種半導(dǎo)體和兩種載流子兩種載流子的運動電子 自由電子空穴 價電子兩 種半導(dǎo)體N 型 (多電子)P 型 (多空穴)二、二極管1. 特性

29、 單向?qū)щ娬螂娮栊?理想為 0)，反向電阻大()。第2章 小 結(jié)iDO uDU (BR)I FURM2. 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)(超過則擊穿)反向飽和電流 IR (IS)(受溫度影響)IS3. 二極管的等效模型理想模型 (大信號狀態(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估算時取 0.7 V硅管：鍺管：(0.2 0.4) V0.3 V折線近似模型相當(dāng)于

30、有內(nèi)阻的恒壓源 UD(on)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. 特點基極電流控制集電極電流并實現(xiàn)放大放大條件內(nèi)因：發(fā)射區(qū)載流子濃度高、 基區(qū)薄、集電區(qū)面積大外因：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏3. 電流關(guān)系IE = IC + IBIC = IB + ICEO IE = (1 + ) IB + ICEOIE = I

31、C + IBIC = IB IE = (1 + ) IB 4. 特性iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321O0.40.8iB / AuBE / V60402080死區(qū)電壓(Uth)：0.5 V (硅管) 0.1 V (鍺管)工作電壓(UBE(on) ) ：0.6 0.8 V 取 0.7 V (硅管) 0.2 0.4 V 取 0.3 V (鍺管)飽和區(qū)截止區(qū)iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321放大區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)特點：1)iB 決定 iC2)曲線水平表

32、示恒流3)曲線間隔表示受控5. 參數(shù)特性參數(shù)電流放大倍數(shù) = /(1 ) = /(1 + )極間反向電流ICBOICEO極限參數(shù)ICMPCMU(BR)CEOuCEOICEOiCICMU(BR)CEOPCM安 全 工 作 區(qū)= (1 + ) ICBO場效應(yīng)管1. 分類按導(dǎo)電溝道分 N 溝道P 溝道按結(jié)構(gòu)分 絕緣柵型(MOS)結(jié)型按特性分 增強型耗盡型uGS = 0 時， iD = 0uGS = 0 時， iD 0增強型耗盡型(耗盡型)2. 特點柵源電壓改變溝道寬度從而控制漏極電流輸入電阻高，工藝簡單，易集成由于 FET 無柵極電流，故采用轉(zhuǎn)移特性和輸出特性描述3. 特性BJT與 FET 的比較參

33、見 表1.12 第 51頁不同類型 FET 轉(zhuǎn)移特性比較結(jié)型N 溝道uGS /ViD /mAO增強型耗盡型MOS 管(耗盡型)IDSS開啟電壓VT夾斷電壓VPIDO 是 uGS = 2UT 時的 iD 值四、晶體管電路的基本問題和分析方法三種工作狀態(tài)狀態(tài)電流關(guān)系 條 件放大I C = IB發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏飽和 I C IB兩個結(jié)正偏I(xiàn)CS = IBS 集電結(jié)零偏臨界截止IB U(th) 則導(dǎo)通以 NPN為 例：UBE U(th) 則截止授課結(jié)束2、輸出特性iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（1）截止區(qū)： IB 0 IC

34、 = ICEO 0條件：兩個結(jié)反偏截止區(qū)ICEOiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（2） 飽和區(qū)：uCE u BEuCB = uCE u BE 0條件：兩個結(jié)正偏特點：IC IB臨界飽和時： uCE = uBE深度飽和時：0.3 V (硅管)UCE(SAT)=0.1 V (鍺管)放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)ICEOiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（3） 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： 水平、等間隔ICEO1.3半導(dǎo)體三極管1.3.1

35、三極管的結(jié)構(gòu)及類型1.3.2 三極管的電流放大作用1.3.3 三極管的特性曲線1.3.4 三極管的主要參數(shù)1.3.5 溫度對三極管的特性及參數(shù)的影響(Semiconductor Transistor)1.3.1 三極管的結(jié)構(gòu)及類型一、結(jié)構(gòu)與符號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ECBECB1.3.1 三極管的結(jié)構(gòu)及類型一、結(jié)構(gòu)與符號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二、分類

36、按材料分： 硅管、鍺管按功率分： 小功率管 1 W中功率管 0.5 1 W中國半導(dǎo)體器件型號與符號的意義（GB-249-74）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表示開關(guān)管。場效應(yīng)器件、半導(dǎo)體特殊器件、復(fù)合管、PIN管、激光器件的型號命名只有第三、四、五部分第一部分 阿拉伯?dāng)?shù)字器件的電極數(shù)目 第二部分 漢語拼音字母器件的材料和極性 第三部分 漢語拼音字母 器件的類型 第四部分 阿拉伯?dāng)?shù)字 序號 第五部分 漢語拼音字母 規(guī)格號 半導(dǎo)體器件型號命名方法中國半導(dǎo)體器件型

37、號與符號的意義（GB-249-74）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表示開關(guān)管。場效應(yīng)器件、半導(dǎo)體特殊器件、復(fù)合管、PIN管、激光器件的型號命名只有第三、四、五部分第一部分 阿拉伯?dāng)?shù)字器件的電極數(shù)目 第二部分 漢語拼音字母器件的材料和極性 第三部分 漢語拼音字母 器件的類型 第四部分 阿拉伯?dāng)?shù)字 序號 第五部分 漢語拼音字母 規(guī)格號 半導(dǎo)體器件型號命名方法三、應(yīng)用開關(guān)： 利用晶體管的飽和截止?fàn)顟B(tài)作為可控的無觸點開關(guān)。放大工作在放大狀態(tài)，用作信號放大。1.3.2

38、 晶體三極管的電流分配及放大作用1. 三極管處于放大狀態(tài)的工作條件內(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. 三極管在電路中的的3種接法uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共發(fā)射極共集電極共基極3. 晶體三極管的電流分配及放大作用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。I CN多數(shù)電子向 BC 結(jié)方向擴散形成 ICN。IE少數(shù)電子與空穴復(fù)合，形成 IBN 。I BNIB 來源基極電源提供(IB)集電區(qū)少子漂移(ICBO)I CBOIB即：IB = IBN ICBO 2)電子到達(dá)基區(qū)后：基區(qū)少子空穴因濃度低而忽略即：基區(qū)的空穴

39、（注：電流與電子流方向相反）發(fā)射結(jié)正偏置集電結(jié)負(fù)偏置放大條件多數(shù)電子向 BC 結(jié)方向擴散形成 ICN。I CNIEI BNI CBOIB 3) 集電區(qū)收集擴散而來的載流子ICN形成集電極電流 ICICI C = ICN + ICBO 見上頁：IB = IBN ICBO I E = IC + IB 顯見：I E IC因為IB極小，故：極小I E ICN又：見下頁：4. 三極管的電流分配關(guān)系定義：其值的大小約為0.90.99。 IE = IC + IB三極管的電流分配關(guān)系1.3.3 晶體三極管的伏安特性與等效電路1、輸入特性輸入回路輸出回路與二極管特性相似O特性基本重合(電流分配關(guān)系確定)特性右移

40、(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 0.4) V取 0.7 V取 0.3 V2、輸出特性iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（1）截止區(qū)： IB 0 IC = ICEO 0條件：兩個結(jié)反偏截止區(qū)ICEOiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（2） 飽和區(qū)：uCE u BEuCB = uCE u BE 0條件：兩個結(jié)正偏特點：IC IB臨界飽和時： uCE = uBE深度飽和時：0.3 V (硅管)U

41、CE(SAT)=0.1 V (鍺管)放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)ICEOiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（3） 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： 水平、等間隔ICEO補充：判斷三極管工作狀態(tài)的三種方法。發(fā)射結(jié)集電極截止放大飽和反偏或零偏正偏正偏反偏反偏正偏或零偏1) 三極管結(jié)偏置的判定方法結(jié)偏置工作狀態(tài)2) 三極管電流關(guān)系判定法IBICIE截止放大飽和00IBIBS(臨界飽和基極電流)0IBIB0IB+IC=(1+) IE (1+) IE各極電流電流關(guān)系工作狀態(tài)3) 三極管電位判定法VBVC截止放大飽和Uo

42、n(=0.5)0.70.7VCCVCES VC VBVE NPN管 VCVB U(BR)CEO U(BR)EBO*1.3.4 溫度對三極管特性曲線的影響1. 溫度升高，輸入特性曲線向左移。溫度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。溫度每升高 10C，ICBO 約增大 1 倍。OT2 T12. 溫度升高，輸出特性曲線向上移。iCuCE T1iB = 0T2 iB = 0iB = 0溫度每升高 1C， (0.5 1)%。輸出特性曲線間距增大。O1.4場效應(yīng)管 引言1.4.1 場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、類型1.4.3 場效應(yīng)管的特性曲線1.4.2 場效應(yīng)管的工作原理1.4.4 場效應(yīng)管的符號表示及主要參

43、數(shù)引 言場效應(yīng)管 FET (Field Effect Transistor)類型：結(jié)型 JFET (Junction Field Effect Transistor)絕緣柵型 IGFET(Insulated Gate FET)特點：1. 單極性器件(每個FET中只有一種載流子導(dǎo)電)3. 工藝簡單、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 )N 溝道 JFETP 溝道 JFET1.4.1 場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、類型1）UGS 對溝道的控制作用當(dāng)UGS0(一定),則漏源電流iDS電流將受UGS的控制, |UGS|增大, iDS減少.1.4.2

44、場效應(yīng)管的工作原理2） UDS 對溝道的控制作用uGS 0，uDS 0 此時 uGD = VP； 溝道楔型耗盡層剛相碰時稱預(yù)夾斷。當(dāng) uDS ，預(yù)夾斷點下移。預(yù)夾斷uGS =0uGS 改變時預(yù)夾斷預(yù)夾斷軌跡預(yù)夾點N溝道JFET的輸出特性輸出特性曲線：iD=f(uDS)uGS=const結(jié)論: FFET柵極、溝道之間的PN結(jié)反向偏置的，iG幾乎為零，輸入電阻較高JFET是電壓控制電流器件，iD受UGS控制預(yù)夾斷前， iD與UDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后； iD趨于飽和 四個區(qū)：（a）可變電阻區(qū)（預(yù)夾斷前）。 （b）恒流區(qū)也稱飽和 區(qū)（預(yù)夾斷 后）。 （c）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。 （d）擊穿區(qū)。可變電

45、阻區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)VP當(dāng) VP uGS 0 時,uGSiDIDSSuDSiDuGS = 3 V 2 V 1 V0 V 3 VOO轉(zhuǎn)移特性曲線： iD=f(uGS)uDS=const1.4.3 場效應(yīng)管的特性曲線增強型N 溝道SGDBiD增強型P 溝道SGDBiD2 2 OuGS /ViD /mAVTSGDBiD耗盡型N 溝道iDSGDB耗盡型P 溝道VPIDSSuGS /ViD /mA 5 O51.場效應(yīng)管的符號表示1.4.4 場效應(yīng)管的符號表示及主要參數(shù)O uDS /ViD /mA5 V2 V0 V2 VuGS = 2 V0 V 2 V 5 VN 溝道結(jié)型SGDiDSGDiDP 溝道結(jié)型

46、uGS /ViD /mA5 5 OIDSSVPO uDS /ViD /mA5 V2 V0 VuGS = 0 V 2 V 5 V2. 場效應(yīng)管的主要參數(shù)（1）開啟電壓 VT(增強型) 夾斷電壓 VP(耗盡型) 指 uDS = 某值，使漏極 電流 iD 為某一小電流時 的 uGS 值。VTVP（2） 飽和漏極電流 IDSS耗盡型場效應(yīng)管，當(dāng) uGS = 0 時所對應(yīng)的漏極電流。IDSSuGS /ViD /mAOUGS(th)UGS(off)（3） 直流輸入電阻 RGS指漏源間短路時，柵、源間加 反向電壓呈現(xiàn)的直流電阻。JFET：RGS 107 MOSFET：RGS = 109 1015IDSSuGS /ViD /mAO（4）低頻跨導(dǎo) gm 反映了uGS 對 iD 的控制能力，單位 S(西門子)。一般為幾毫西 (mS)uGS /ViD