第1章 半導體器件

第一章

半導體器件1.1半導體的特性1.2半導體二極管1.3雙極型三極管(BJT)1.4場效應三極管1.1半導體的特性

1.導體：電阻率

<10-4

·

cm的物質。如銅、銀、鋁等金屬材料。

2.絕緣體：電阻率

>109

·

cm物質。如橡膠、塑料等。

3.半導體：導電性能介于導體和半導體之間的物質。大多數(shù)半導體器件所用的主要材料是硅(Si)和鍺(Ge)。半導體導電性能是由其原子結構決定的。硅原子結構圖1.1.1硅原子結構(a)硅的原子結構圖最外層電子稱價電子價電子鍺原子也是4價元素

4價元素的原子常常用+4電荷的正離子和周圍4個價電子表示。+4(b)簡化模型1.1.1

本征半導體

+4+4+4+4+4+4+4+4+4

完全純凈的、不含其他雜質且具有晶體結構的半導體稱為本征半導體。將硅或鍺材料提純便形成單晶體，它的原子結構為共價鍵結構。價電子共價鍵圖1.1.2單晶體中的共價鍵結構當溫度T=0

K時，半導體不導電，如同絕緣體。+4+4+4+4+4+4+4+4+4圖1.1.3本征半導體中的自由電子和空穴自由電子空穴若T

，將有少數(shù)價電子克服共價鍵的束縛成為自由電子，在原來的共價鍵中留下一個空位——空穴。T

自由電子和空穴使本征半導體具有導電能力，但很微弱?？昭煽闯蓭д姷妮d流子。1.半導體中兩種載流子帶負電的自由電子帶正電的空穴

2.本征半導體中，自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)，稱為電子-空穴對。

3.本征半導體中自由電子和空穴的濃度用ni

和pi表示，顯然ni

=pi

。

4.由于物質的運動，自由電子和空穴不斷的產生又不斷的復合。在一定的溫度下，產生與復合運動會達到平衡，載流子的濃度就一定了。

5.載流子的濃度與溫度密切相關，它隨著溫度的升高，基本按指數(shù)規(guī)律增加。1.1.2雜質半導體雜質半導體有兩種N型半導體P型半導體一、N型半導體在硅或鍺的晶體中摻入少量的5價雜質元素，如磷、銻、砷等，即構成N型半導體(或稱電子型半導體)。常用的5價雜質元素有磷、銻、砷等。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由電子施主原子圖1.1.4

N型半導體的晶體結構每摻入一個5價原子，該原子就提供了一個自由電子，稱該原子為施主原子。本征半導體摻入5價元素后，原來晶體中的某些硅原子將被雜質原子代替。雜質原子最外層有5個價電子，其中4個與硅構成共價鍵，多余一個電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。自由電子濃度遠大于空穴的濃度，即n>>p。電子稱為多數(shù)載流子(簡稱多子)，空穴稱為少數(shù)載流子(簡稱少子)。多子的濃度與施主原子濃度相同問？N型半導體有幾種載流子？兩種，電子和空穴，但N型中n>>p

二、P型半導體+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或鍺的晶體中摻入少量的3價雜質元素，如硼、鎵、銦等，即構成P型半導體。+3空穴濃度多于電子濃度，即p>>n?？昭槎鄶?shù)載流子，電子為少數(shù)載流子。3價雜質原子稱為受主原子。受主原子空穴圖1.1.5

P型半導體的晶體結構說明：

1.摻入雜質的濃度決定多數(shù)載流子濃度；溫度決定少數(shù)載流子的濃度。（少數(shù)載流子是本征激發(fā)）3.雜質半導體總體上保持電中性。

4.雜質半導體的表示方法如下圖所示。

2.雜質半導體載流子的數(shù)目要遠遠高于本征半導體，因而其導電能力大大改善。(a)N型半導體(b)P型半導體圖1.1.6雜質半導體的的簡化表示法掌握本征半導體有兩種載流子：電子和空穴。溫度的高低決定載流子的濃度。雜質半導體分N型和P型，都有兩種載流子，摻雜濃度決定多子濃度。

N型：摻入的是5價元素（磷），多子是電子。

P型摻入的是3價元素（硼），多子是空穴。少子的濃度有溫度決定，多子的濃度有摻雜濃度決定。1.2半導體二極管1.2.1

PN結及其單向導電性在一塊半導體單晶上一側摻雜成為P型半導體，另一側摻雜成為N型半導體，兩個區(qū)域的交界處就形成了一個特殊的薄層，稱為PN結。PNPN結圖1.2.1

PN結的形成一、PN結中載流子的運動耗盡層空間電荷區(qū)PN1.擴散運動

2.擴散運動形成空間電荷區(qū)電子和空穴濃度差形成多數(shù)載流子的擴散運動?！狿N結，耗盡層。圖1.2.1PN3.空間電荷區(qū)產生內電場PN空間電荷區(qū)內電場UD空間電荷區(qū)正負離子之間電位差UD

——電位壁壘；——

內電場；內電場阻止多子的擴散——

阻擋層。

4.漂移運動內電場有利于少子運動—漂移。少子的運動與多子運動方向相反阻擋層圖1.2.1(b)5.擴散與漂移的動態(tài)平衡擴散運動使空間電荷區(qū)增寬，擴散電流逐漸減小，漂移電流增大，漂移運動使空間電荷區(qū)逐漸變窄?？臻g電荷區(qū)的寬度約為幾微米~幾十微米；當擴散電流與漂移電流相等時，PN結總的電流等于零，空間電荷區(qū)的寬度達到穩(wěn)定。即擴散運動與漂移運動達到動態(tài)平衡。電壓壁壘UD，硅材料約為(0.6~0.8)V,鍺材料約為(0.2~0.3)V。二、PN結的單向導電性1.PN外加正向電壓又稱正向偏置，簡稱正偏。外電場方向內電場方向空間電荷區(qū)VRI空間電荷區(qū)變窄，有利于擴散運動，電路中有較大的正向電流。圖1.2.2PN在PN結加上一個很小的正向電壓，即可得到較大的正向電流，為防止電流過大，可接入電阻R。2.PN結外加反向電壓(反偏)反向接法時，外電場與內電場的方向一致，增強了內電場的作用；外電場使空間電荷區(qū)變寬；不利于擴散運動，有利于漂移運動，漂移電流大于擴散電流，電路中產生反向電流I

；由于少數(shù)載流子濃度很低，反向電流數(shù)值非常小?？臻g電荷區(qū)圖1.2.3反向偏置的PN結反向電流又稱反向飽和電流（少子的運動）。對溫度十分敏感，隨著溫度升高，IS將急劇增大。PN外電場方向內電場方向VRIS綜上所述：當PN結正向偏置時，回路中將產生一個較大的正向電流，PN結處于導通狀態(tài)；當PN結反向偏置時，回路中反向電流非常小，幾乎等于零，PN結處于截止狀態(tài)?？梢?，PN結具有單向導電性。1.2.2

二極管的伏安特性將PN結封裝在塑料、玻璃或金屬外殼里，再從P區(qū)和N區(qū)分別焊出兩根引線作正、負極。二極管的結構：(a)外形圖半導體二極管又稱晶體二極管。(b)符號圖1.2.4二極管的外形和符號半導體二極管的類型：按PN結結構分：有點接觸型和面接觸型二極管。點接觸型管子中不允許通過較大的電流，因結電容小，可在高頻下工作。用在小功率場合。面接觸型二極管

PN結面積大，允許流過的電流大，但只能在較低頻率下工作。用在大功率場合，整流電路按用途劃分：有整流二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、開關二極管、發(fā)光二極管、變容二極管等。按半導體材料分：有硅二極管、鍺二極管等。二極管的伏安特性在二極管的兩端加上電壓，測量流過管子的電流，I=f

(U

)之間的關系曲線。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50I/mAU/V正向特性硅管的伏安特性死區(qū)電壓擊穿電壓U(BR)反向特性–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.02鍺管的伏安特性0圖1.2.4二極管的伏安特性1.正向特性當正向電壓比較小時，正向電流很小，幾乎為零。相應的電壓叫死區(qū)電壓。范圍稱死區(qū)。死區(qū)電壓與材料和溫度有關，硅管約0.5V左右，鍺管約0.1V左右。正向特性死區(qū)電壓60402000.40.8I/mAU/V當正向電壓超過死區(qū)電壓后，隨著電壓的升高，正向電流迅速增大。2.反向特性–0.02–0.040–25–50I/mAU/V反向特性當電壓超過零點幾伏后，反向電流不隨電壓增加而增大，即飽和；二極管加反向電壓，反向電流很小；如果反向電壓繼續(xù)升高，大到一定數(shù)值時，反向電流會突然增大；反向飽和電流這種現(xiàn)象稱擊穿，對應電壓叫反向擊穿電壓。擊穿并不意味管子損壞，若控制擊穿電流，電壓降低后，還可恢復正常。擊穿電壓U(BR)3.伏安特性表達式(二極管方程)IS：反向飽和電流UT：溫度的電壓當量在常溫(300K)下，

UT

26mV＝0.026V二極管加反向電壓，即U<0，且|U|

>>UT，則I

-IS。二極管加正向電壓，即U>0，且U>>UT

，則，可得，說明電流I與電壓U

基本上成指數(shù)關系。結論：二極管具有單向導電性。加正向電壓時導通，呈現(xiàn)很小的正向電阻，如同開關閉合；加反向電壓時截止，呈現(xiàn)很大的反向電阻，如同開關斷開。從二極管伏安特性曲線可以看出，二極管的電壓與電流變化不呈線性關系，其內阻不是常數(shù)，所以二極管屬于非線性器件。1.2.3二極管的主要參數(shù)1.最大整流電流IF二極管長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。2.最高反向工作電壓UR工作時允許加在二極管兩端的反向電壓值。通常將擊穿電壓UBR的一半定義為UR。3.反向電流IR通常希望IR

值愈小愈好。4.最高工作頻率fM

fM

值主要決定于PN結結電容的大小。結電容愈大，二極管允許的最高工作頻率愈低。5.正向壓降UF：

在規(guī)定的正向電流（中等電流）下，二極管的壓降基本恒定。硅管約為0.6-0.8V。鍺管：0.2-0.3V6.動態(tài)電阻rD

：反映二極管正向特性曲線斜率的倒數(shù)。等于電壓的變化除以電流的變化。*1.2.4二極管的電容效應當二極管上的電壓發(fā)生變化時，PN結中儲存的電荷量將隨之發(fā)生變化，使二極管具有電容效應。電容效應包括兩部分勢壘電容擴散電容1.勢壘電容是由PN結的空間電荷區(qū)變化形成的。(a)PN結加正向電壓（b)PN結加反向電壓-N空間電荷區(qū)PVRI+UN空間電荷區(qū)PRI+-UV空間電荷區(qū)的正負離子數(shù)目發(fā)生變化，如同電容的放電和充電過程。勢壘電容的大小可用下式表示：由于PN結寬度l隨外加電壓U而變化，因此勢壘電容Cb不是一個常數(shù)。其Cb=f(U)

曲線如圖示。

：半導體材料的介電比系數(shù)；S：結面積；l：耗盡層寬度。OUCb圖1.2.82.擴散電容Cd

Q是由多數(shù)載流子在擴散過程中積累而引起的。在某個正向電壓下，P區(qū)中的電子濃度np(或N區(qū)的空穴濃度pn)分布曲線如圖中曲線1所示。x=0處為P與N區(qū)的交界處當電壓加大，np

(或pn)會升高，如曲線2所示(反之濃度會降低)。OxnPQ12

Q當加反向電壓時，擴散運動被削弱，擴散電容的作用可忽略。

Q正向電壓時，變化載流子積累電荷量發(fā)生變化，相當于電容器充電和放電的過程——擴散電容效應。圖1.2.9綜上所述：

PN結總的結電容Cj

包括勢壘電容Cb

和擴散電容Cd

兩部分。一般來說，當二極管正向偏置時，擴散電容起主要作用，即可以認為Cj

Cd；當反向偏置時，勢壘電容起主要作用，可以認為Cj

Cb。

Cb

和Cd

值都很小，通常為幾個皮法~幾十皮法，有些結面積大的二極管可達幾百皮法。

1.2.5

穩(wěn)壓管一種特殊的面接觸型半導體硅二極管。穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。

I/mAU/VO+

正向

+反向

U(b)穩(wěn)壓管符號(a)穩(wěn)壓管伏安特性+

I圖1.2.10穩(wěn)壓管的伏安特性和符號穩(wěn)壓管的參數(shù)主要有以下幾項：1.穩(wěn)定電壓UZ3.動態(tài)電阻rZ2.穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時的穩(wěn)定工作電壓。正常工作的參考電流。I<IZ時，管子的穩(wěn)壓性能差；I>IZ

，只要不超過額定功耗即可。

rZ

愈小愈好。對于同一個穩(wěn)壓管，工作電流愈大，rZ

值愈小。IZ=5mA

rZ

16

IZ=20mA

rZ

3IZ/mA4.電壓溫度系數(shù)

U穩(wěn)壓管的參數(shù)主要有以下幾項：穩(wěn)壓管電流不變時，環(huán)境溫度每變化1℃引起穩(wěn)定電壓變化的百分比。

(1)

UZ>7V,

U>0；UZ<4V，

U<0；

(2)

UZ

在4~7V之間，

U

值比較小，性能比較穩(wěn)定。

2CW17：UZ=9~10.5V，

U=0.09

%/℃

2CW11：UZ=3.2~4.5V，

U=-(0.05~0.03)%/℃

(3)2DW7系列為溫度補償穩(wěn)壓管，用于電子設備的精密穩(wěn)壓源中。

2DW7系列穩(wěn)壓管結構(a)2DW7穩(wěn)壓管外形圖(b)內部結構示意圖管子內部包括兩個溫度系數(shù)相反的二極管對接在一起。溫度變化時，一個二極管被反向偏置，溫度系數(shù)為正值；而另一個二極管被正向偏置，溫度系數(shù)為負值，二者互相補償，使1、2兩端之間的電壓隨溫度的變化很小。例：

2DW7C，

U

=0.005

%/℃圖1.2.12

2DW7穩(wěn)壓管5.額定功耗PZ額定功率決定于穩(wěn)壓管允許的溫升。PZ=UZIZPZ會轉化為熱能，使穩(wěn)壓管發(fā)熱。電工手冊中給出IZM，IZM=PZ/UZ

[例]

求通過穩(wěn)壓管的電流IZ等于多少？R是限流電阻，其值是否合適？IZVDZ+20VR=1.6k

+

UZ=12V-

IZM=18mA例題電路圖IZ

<IZM

，電阻值合適。[解]VDZR使用穩(wěn)壓管需要注意的幾個問題：圖1.2.13穩(wěn)壓管電路UOIO+IZIRUI+

1.

外加電源的正極接管子的N區(qū)，電源的負極接P區(qū)，保證管子工作在反向擊穿區(qū)；RL

2.

穩(wěn)壓管應與負載電阻RL

并聯(lián)；

3.

必須限制流過穩(wěn)壓管的電流IZ，不能超過規(guī)定值，以免因過熱而燒毀管子。練習：一、

選擇合適答案填入空內。（1）在本征半導體中加入

元素可形成N型半導體，加入

元素可形成P型半導體A.五價B.四價C.三價（2）當溫度升高時，二極管的反向飽和電流將

。

A.增大B.不變C.減?。?）PN結加正向電壓時，空間電荷區(qū)將

A.變窄B.基本不變C.變寬（4）穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓區(qū)是其工作在

。

A.正向導通B.反向截止C.反向擊穿二、寫出圖所示各電路的輸出電壓值，設

二極管導通電壓UD＝0.7V。UO1≈1.3V，UO2＝0，UO3≈－1.3V，UO4≈2V，UO5≈1.3V，UO6≈－2V。三、已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UZ＝6V，穩(wěn)定電流的最小值IZmin＝5mA。求圖電路中UO1和UO2各為多少伏。

解：UO1＝6V，UO2＝5V。

1.3雙極型三極管(BJT)又稱半導體三極管、晶體管，或簡稱為三極管。(BipolarJunctionTransistor)三極管的外形如下圖所示。三極管有兩種類型：NPN和PNP型。主要以NPN型為例進行討論。圖1.3.1三極管的外形1.3.1三極管的結構常用的三極管的結構有硅平面管和鍺合金管兩種類型。圖1.3.2三極管的結構(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NecNPb二氧化硅becPNPe發(fā)射極，b基極，c集電極。平面型(NPN)三極管制作工藝NcSiO2b硼雜質擴散e磷雜質擴散磷雜質擴散磷雜質擴散硼雜質擴散硼雜質擴散PN在N型硅片(集電區(qū))氧化膜上刻一個窗口，將硼雜質進行擴散形成P型(基區(qū))，再在P型區(qū)上刻窗口，將磷雜質進行擴散形成N型的發(fā)射區(qū)。引出三個電極即可。合金型三極管制作工藝：在N型鍺片(基區(qū))兩邊各置一個銦球，加溫銦被熔化并與N型鍺接觸，冷卻后形成兩個P型區(qū)，集電區(qū)接觸面大，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高。圖1.3.3三極管結構示意圖和符號

(a)NPN型ecb符號集電區(qū)集電結基區(qū)發(fā)射結發(fā)射區(qū)集電極c基極b發(fā)射極eNNP集電區(qū)集電結基區(qū)發(fā)射結發(fā)射區(qū)集電極c發(fā)射極e基極b

cbe符號NNPPN圖1.3.3三極管結構示意圖和符號(b)PNP型1.3.2三極管的放大作用和載流子的運動以NPN型三極管為例討論圖1.3.4三極管中的兩個PN結cNNPebbec表面看三極管若實現(xiàn)放大，必須從三極管內部結構和外部所加電源的極性來保證。不具備放大作用三極管內部結構要求：NNPebcNNNPPP

1.發(fā)射區(qū)高摻雜。

2.基區(qū)做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。

三極管放大的外部條件：外加電源的極性應使發(fā)射結處于正向偏置狀態(tài)，而集電結處于反向偏置狀態(tài)。3.集電結面積大。becRcRb三極管中載流子運動過程IEIB

1.發(fā)射發(fā)射區(qū)的電子越過發(fā)射結擴散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴散到發(fā)射區(qū)—形成發(fā)射極電流

IE

(基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可忽略)。

2.復合和擴散電子到達基區(qū)，少數(shù)與空穴復合形成基極電流Ibn，復合掉的空穴由VBB

補充。多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴散，到達集電結的一側。圖1.3.5三極管中載流子的運動becIEIBRcRb三極管中載流子運動過程

3.收集集電結反偏，有利于收集基區(qū)擴散過來的電子而形成集電極電流

Icn。其能量來自外接電源VCC

。IC

另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場的作用下將進行漂移運動而形成反向飽和電流，用ICBO表示。ICBO圖1.3.5三極管中載流子的運動beceRcRb三極管的電流分配關系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBO

IE=ICn+IBn+IEp

=IEn+IEp一般要求ICn

在IE中占的比例盡量大。定義二者之比稱直流電流放大系數(shù)，即一般可達0.95~0.99忽略三個極的電流之間滿足節(jié)點電流定律，即IE=IC+IB代入(1)式，得其中：共射直流電流放大系數(shù)。上式中的后一項常用ICEO表示，ICEO稱穿透電流。當ICEO<<IC

時，忽略ICEO，則由上式可得共射直流電流放大系數(shù)近似等于IC

與IB

之比。

一般值約為幾十~幾百。三極管的電流分配關系一組三極管電流關系典型數(shù)據(jù)IB/mA

-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91

IE/mA00.010.571.161.772.372.961.

任何一列電流關系符合IE=IC+IB，IB<IC<IE,IC

IE。

2.

當IB有微小變化時，

IC

較大。說明三極管具有電流放大作用。

3.

定義共射電流放大系數(shù)定義共基電流放大系數(shù)IB/mA

-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.161.772.372.96

4.

在表的第一列數(shù)據(jù)中，IE=0時，IC=0.001mA=ICBO，ICBO稱為反向飽和電流。

在表的第二列數(shù)據(jù)中，IB=0，IC=0.01mA=ICEO，稱為穿透電流。根據(jù)

和

的定義，以及三極管中三個電流的關系，可得故

與

兩個參數(shù)之間滿足以下關系：直流參數(shù)與交流參數(shù)

、

的含義是不同的，但是，對于大多數(shù)三極管來說，

與，

與的數(shù)值卻差別不大，計算中，可不將它們嚴格區(qū)分。輸出回路輸入回路+UCE-1.3.3三極管的特性曲線特性曲線是選用三極管的主要依據(jù)，可從半導體器件手冊查得。IBUCE圖1.3.6三極管共射特性曲線測試電路ICVCCRbVBBcebRcV

+V

+

A

++

mA輸入特性：輸出特性：+UCE-+UCE-IBIBIBUBE一、輸入特性

(1)UCE=0時的輸入特性曲線RbVBBcebIB+UBE_VBBIB+UBE_bceOIB/A當UCE=0時，基極和發(fā)射極之間相當于兩個PN結并聯(lián)。所以，當b、e之間加正向電壓時，應為兩個二極管并聯(lián)后的正向伏安特性。圖1.3.7(上中圖)

圖1.3.8(下圖)

(2)

UCE>0時的輸入特性曲線

當UCE>0時，這個電壓有利于將發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的電子收集到集電極。UCE>UBE，三極管處于放大狀態(tài)。

*特性右移(因集電結開始吸引電子)OIB/AUCE≥1時的輸入特性具有實用意義。IBUCEICVCCRbVBBcebRCV

+V

+

A

++

mAUBE*UCE

≥1V，特性曲線重合。圖1.3.6三極管共射特性曲線測試電路圖1.3.8三極管的輸入特性二、輸出特性圖1.3.9

NPN三極管的輸出特性曲線IC

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321劃分三個區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)

1.截止區(qū)IB≤0的區(qū)域。兩個結都處于反向偏置。

IB=0時，IC=ICEO。

硅管約等于1A，鍺管約為幾十~幾百微安。截止區(qū)截止區(qū)2.放大區(qū)：條件：發(fā)射結正偏集電結反偏

特點：各條輸出特性曲線比較平坦，近似為水平線，且等間隔。二、輸出特性IC

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321放大區(qū)集電極電流和基極電流體現(xiàn)放大作用，即放大區(qū)放大區(qū)對NPN管UBE>0，UBC<0圖1.3.9

NPN三極管的輸出特性曲線3.飽和區(qū)：條件：兩個結均正偏IC

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321對NPN型管，UBE>0UBC>0。

特點：IC基本上不隨IB而變化，在飽和區(qū)三極管失去放大作用。IC

IB。當UCE=UBE，即UCB=0時，稱臨界飽和，UCE

<

UBE時稱為過飽和。飽和管壓降UCES<0.4V(硅管)，UCES<

0.2V(鍺管)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)NNPebcPPNebcIC

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321AB1.3.4三極管的主要參數(shù)三極管的連接方式ICIE+C2+C1VEEReVCCRc(b)共基極接法VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+(a)共發(fā)射極接法圖1.3.10

NPN三極管的電流放大關系一、電流放大系數(shù)是表征管子放大作用的參數(shù)。有以下幾個：1.共射電流放大系數(shù)

2.共射直流電流放大系數(shù)忽略穿透電流ICEO時，3.共基電流放大系數(shù)

4.共基直流電流放大系數(shù)忽略反向飽和電流ICBO時，

和

這兩個參數(shù)不是獨立的，而是互相聯(lián)系，關系為：二、反向飽和電流1.集電極和基極之間的反向飽和電流ICBO2.集電極和發(fā)射極之間的穿透電流ICEO(a)ICBO測量電路(b)ICEO測量電路ICBOceb

AICEO

Aceb小功率鍺管ICBO約為幾微安；硅管的ICBO小，有的為納安數(shù)量級。當b開路時，c和e之間的電流。值愈大，則該管的ICEO也愈大。圖1.3.11反向飽和電流的測量電路三、極限參數(shù)1.集電極最大允許電流ICM當IC過大時，三極管的

值要減小。在IC=ICM

時，

值下降到額定值的三分之二。2.集電極最大允許耗散功率

PCM過損耗區(qū)安全工作區(qū)將IC與UCE乘積等于規(guī)定的PCM值各點連接起來，可得一條雙曲線。ICUCE<PCM

為安全工作區(qū)ICUCE>PCM為過損耗區(qū)ICUCEOPCM=ICUCE安全工作區(qū)安全工作區(qū)過損耗區(qū)過損耗區(qū)圖1.3.11三極管的安全工作區(qū)3.極間反向擊穿電壓外加在三極管各電極之間的最大允許反向電壓。

U(BR)CEO：基極開路時，集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。

U(BR)CBO：發(fā)射極開路時，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。

安全工作區(qū)同時要受PCM、ICM和U(BR)CEO限制。過電壓ICU(BR)CEOUCEO過損耗區(qū)安全工作區(qū)ICM過流區(qū)圖1.3.11三極管的安全工作區(qū)1.3.5

PNP型三極管放大原理與NPN型基本相同，但為了保證發(fā)射結正偏，集電結反偏，外加電源的極性與NPN正好相反。圖1.3.13三極管外加電源的極性(a)NPN型VCCVBBRCRb~NNP+

+uoui(b)PNP型VCCVBBRCRb~+

+uoui

PNP三極管電流和電壓實際方向。UCEUBE+

+

IEIBICebCUCEUBE(+)()IEIBICebC(+)()

PNP三極管各極電流和電壓的規(guī)定正方向。PNP三極管中各極電流實際方向與規(guī)定正方向一致。電壓(UBE、UCE)實際方向與規(guī)定正方向相反。計算中UBE

、UCE

為負值；輸入與輸出特性曲線橫軸為(-UBE)

、(-UCE)。必須注意NPN和PNP的區(qū)別例1：電路如圖所示，已知ui＝10sinωt(v)，試畫出ui與uO的波形。設二極管正向導通電壓可忽略不計。

例2.電路如圖（a）所示，其輸入電壓uI1和uI2的波形如圖（b）所示，二極管導通電壓UD＝0.7V。試畫出輸出電壓uO的波形，并標出幅值。解：例3：電路如圖（a）、（b）所示，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ＝3V，R

的取值合適，uI的波形如圖（c）所示。試分別畫出uO1和uO2的波形。

例4：現(xiàn)有兩只穩(wěn)壓管，它們的穩(wěn)定電壓分別為6V和8V，正向導通電壓為0.7V。試問：（1）若將它們串聯(lián)相接，則可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？（2）若將它們并聯(lián)相接，則又可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？

解：（1）兩只穩(wěn)壓管串聯(lián)時可得1.4V、6.7V、8.7V和14V等四種穩(wěn)壓值。

（2）兩只穩(wěn)壓管并聯(lián)時可得0.7V和6V等兩種穩(wěn)壓值。例5：

工作在放大區(qū)的某三極管，如果當IB從12μA增大到22μA時，IC從1mA變?yōu)?mA，那么它的β約為

。

A.83B.91C.100選：C例6：已知兩只晶體管的電流放大系數(shù)β分別為50和100，現(xiàn)測得放大電路中這兩只管子兩個電極的電流如圖所示。分別求另一電極的電流，標出其實際方向，并在圓圈中畫出管子。解：例7：測得放大電路中六只晶體管的直流電位如圖所示。在圓圈中畫出管子，并分別說明它們是硅管還是鍺管。管號 T1 T2 T3 T4 T5 T6上

e c e b c b中

b b b e e e下

c e c c b c管型 PNP NPN NPN PNP PNP NPN材料 Si Si Si Ge Ge Ge1.4場效應三極管只有一種載流子參與導電，且利用電場效應來控制電流的三極管，稱為場效應管，也稱單極型三極管。場效應管分類結型場效應管絕緣柵場效應管特點單極型器件(一種載流子導電)；輸入電阻高；工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。DSGN符號1.4.1結型場效應管一、結構圖1.4.1

N溝道結型場效應管結構圖N型溝道N型硅棒柵極源極漏極P+P+P型區(qū)耗盡層(PN結)在漏極和源極之間加上一個正向電壓，N型半導體中多數(shù)載流子電子可以導電。導電溝道是N型的，稱N溝道結型場效應管。P溝道場效應管圖1.4.2

P溝道結型場效應管結構圖N+N+P型溝道GSD

P溝道場效應管是在P型硅棒的兩側做成高摻雜的N型區(qū)(N+)，導電溝道為P型，多數(shù)載流子為空穴。符號GDS二、工作原理

N溝道結型場效應管用改變UGS大小來控制漏極電流ID的。GDSNN型溝道柵極源極漏極P+P+耗盡層*在柵極和源極之間加反向電壓，耗盡層會變寬，導電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流ID減小，反之，漏極ID電流將增加。

*耗盡層的寬度改變主要在溝道區(qū)。

1.設UDS=0，在柵源之間加負電源VGG，改變VGG大小。觀察耗盡層的變化。ID=0GDSN型溝道P+P+

(a)

UGS=0UGS=0時，耗盡層比較窄，導電溝比較寬UGS由零逐漸增大，耗盡層逐漸加寬，導電溝相應變窄。當UGS=UP，耗盡層合攏，導電溝被夾斷，夾斷電壓UP為負值。ID=0GDSP+P+N型溝道

(b)

UGS<0VGGID=0GDSP+P+

(c)

UGS=UPVGG

2.在漏源極間加正向VDD，使UDS>0，在柵源間加負電源VGG，觀察UGS變化時耗盡層和漏極ID

。UGS=0，UDG<，ID

較大。GDSP+NISIDP+P+VDDVGG

UGS<0，UDG<，ID較小。GDSNISIDP+P+VDD注意：當UDS>0時，耗盡層呈現(xiàn)楔形。(a)(b)GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0,UDG=|UP|,ID更小,預夾斷UGS≤UP,UDG>|UP|,ID

0,夾斷GDSISIDP+VDDVGGP+P+(1)

改變UGS，改變了PN結中電場，控制了ID

，故稱場效應管；(2)結型場效應管柵源之間加反向偏置電壓，使PN反偏，柵極基本不取電流，因此，場效應管輸入電阻很高。(c)(d)三、特性曲線1.轉移特性(N溝道結型場效應管為例)O

UGSIDIDSSUP圖1.4.6轉移特性UGS=0，ID最大；UGS

愈負，ID愈??；UGS=UP，ID

0。兩個重要參數(shù)飽和漏極電流

IDSS(UGS=0時的ID)夾斷電壓UP

(ID=0時的UGS)UDSIDVDDVGGDSGV

+V

+UGS圖1.4.5特性曲線測試電路+

mA1.轉移特性OuGS/VID/mAIDSSUP圖1.4.6轉移特性2.漏極特性當柵源之間的電壓UGS不變時，漏極電流ID與漏源之間電壓UDS

的關系，即結型場效應管轉移特性曲線的近似公式：≤≤IDSS/VID/mAUDS/VOUGS=0V-1-2-3-4-5-6-7預夾斷軌跡恒流區(qū)擊穿區(qū)可變電阻區(qū)漏極特性也有三個區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和擊穿區(qū)。2.漏極特性UDSIDVDDVGGDSGV

+V

+UGS圖1.4.5特性曲線測試電路+

mA圖1.4.6(b)

漏極特性場效應管的兩組特性曲線之間互相聯(lián)系，可根據(jù)漏極特性用作圖的方法得到相應的轉移特性。UDS=常數(shù)ID/mA0-0.5-1-1.5UGS/VUDS=15V5ID/mAUDS/V0UGS=0-0.4V-0.8V-1.2V-1.6V101520250.10.20.30.40.5結型場效應管柵極基本不取電流，其輸入電阻很高，可達107

以上。如希望得到更高的輸入電阻，可采用絕緣柵場效應管。圖1.4.7

在漏極特性上用作圖法求轉移特性1.4.2絕緣柵型場效應管由金屬、氧化物和半導體制成。稱為金屬-氧化物-半導體場效應管，或簡稱MOS場效應管。特點：輸入電阻可達109

以上。類型N溝道P溝道增強型耗盡型增強型耗盡型UGS=0時漏源間存在導電溝道稱耗盡型場效應管；UGS=0時漏源間不存在導電溝道稱增強型場效應管。一、N溝道增強型MOS場效應管1.結構P型襯底N+N+BGSDSiO2源極S漏極D襯底引線B柵極G圖1.4.8

N溝道增強型MOS場效應管的結構示意圖2.工作原理絕緣柵場效應管利用UGS

來控制“感應電荷”的多少，改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況，以控制漏極電流ID。工作原理分析(1)UGS=0漏源之間相當于兩個背靠背的PN結，無論漏源之間加何種極性電壓，總是不導電。SBD圖1.4.9(2)

UDS=0，0<UGS<UTP型襯底N+N+BGSD

P型襯底中的電子被吸引靠近SiO2

與空穴復合，產生由負離子組成的耗盡層。增大UGS

耗盡層變寬。VGG---------(3)

UDS=0，UGS≥UT由于吸引了足夠多的電子，會在耗盡層和SiO2之間形成可移動的表面電荷層——---N型溝道反型層、N型導電溝道。UGS升高，N溝道變寬。因為UDS=0，所以ID=0。UT

為開始形成反型層所需的UGS，稱開啟電壓。(4)

UDS對導電溝道的影響(UGS>UT)導電溝道呈現(xiàn)一個楔形。漏極形成電流ID

。b.UDS=UGS–UT，

UGD=UT靠近漏極溝道達到臨界開啟程度，出現(xiàn)預夾斷。c.UDS>UGS–UT，

UGD<UT由于夾斷區(qū)的溝道電阻很大，UDS逐漸增大時，導電溝道兩端電壓基本不變，ID因而基本不變。a.UDS<UGS–UT，即UGD=UGS–UDS>UTP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區(qū)DP型襯底N+N+BGSVGGVDDP型襯底N+N