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

—自由運動的帶電粒子。共價鍵—相鄰原子共有價電子所形成的束縛。第1章常用半導(dǎo)體器件硅(鍺)的原子結(jié)構(gòu)簡化模型慣性核硅(鍺)的共價鍵結(jié)構(gòu)價電子自由電子(束縛電子)空穴空穴空穴可在共價鍵內(nèi)移動第1章常用半導(dǎo)體器件本征激發(fā)：復(fù)合：自由電子在運動的過程中如果與空穴相遇就會填補空穴，使兩者同時消失，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。漂移：自由電子和空穴在電場作用下的定向運動。半導(dǎo)體在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴對的現(xiàn)象稱為本征激發(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動自由電子(在共價鍵以外)的運動空穴(在共價鍵以內(nèi))的運動

結(jié)論：1.本征半導(dǎo)體中電子空穴成對出現(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)體的簡化示意圖負離子多數(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:無載流子，阻止擴散進行，利于少子的漂移。內(nèi)建電場第1章常用半導(dǎo)體器件3.擴散和漂移達到動態(tài)平衡擴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)電場外電場外電場使多子向PN結(jié)移動,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)電場外電場外電場使少子背離PN結(jié)移動，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。漂移運動加強形成反向電流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加反向電壓時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第1章常用半導(dǎo)體器件點接觸型正極引線觸絲N型鍺片外殼負極引線負極引線

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。

(擊穿電壓<4V，負溫度系數(shù))雪崩擊穿：反向電場使電子加速，動能增大，撞擊使自由電子數(shù)突增。—PN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，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。可見，二極管的特性對溫度很敏感。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(超過時單向?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，因結(jié)電容很小，對PN結(jié)影響很小。高頻時，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uDiD符號及等效模型SS表明二極管導(dǎo)通時正向壓降為零，截止時反向電流為零。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)通時正向壓降為一個常量，截止時反向電流為零。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。試分別估算開關(guān)斷開和閉合時輸出電壓的數(shù)值。第1章常用半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體二極管的型號(補充)

國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：

2AP9

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，簡稱穩(wěn)壓管。穩(wěn)壓管在反向擊穿時，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

流過規(guī)定電流時穩(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時不穩(wěn)壓。3.

最大工作電流IZM

最大耗散功率PZMPZM=UZ

IZM4.動態(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

P，亮度

L，光通量

發(fā)光類型：可見光：紅、黃、綠顯示類型：普通LED，不可見光：紅外光點陣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．符號和特性符號特性uiO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，峰值波長實物照片第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，試畫出ui和uo的波形。設(shè)二極管正向?qū)妷嚎珊雎圆挥嫛?.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，試畫出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）分別計算UI為10V、15V、35V三種情況下輸出電壓UO的值。

（2）若UI=35V時負載開路，則會出現(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IO和UO的值。理想模型恒壓降模型實際電路第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”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，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，畫出uo的波形。

第1章常用半導(dǎo)體器件補充：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)稱值)第1章常用半導(dǎo)體器件補充：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直流負載線斜率

1/R靜態(tài)工作點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交流電源時,二極管中含交、直流成分C隔直流

通交流當(dāng)ui=0時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，二極管伏安特性在Q點附近近似為直線第1章常用半導(dǎo)體器件uiudRidrd三、微變等效電路分析法對于交流信號電路可等效為例：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)及類型（BipolarJunctionTransistor）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第1章常用半導(dǎo)體器件二、分類按材料分：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)部載流子的運動1)

發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴散運動形成發(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)擴散到基區(qū)的自由電子與空穴的復(fù)合運動形成基極電流IB第1章常用半導(dǎo)體器件ICNIEIBNI

CBOIB3)

集電結(jié)加反向電壓，漂移運動形成集電極電流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作用下越過集電結(jié)到達集電區(qū)，形成漂移電流。與此同時，集電區(qū)與基區(qū)的平衡少子也參與漂移運動，但它的數(shù)量很小，近似分析中可忽略不計?？梢?，在集電極電源VCC的作用下，漂移運動形成集電極電流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無關(guān)，表現(xiàn)出IB對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：兩個結(jié)正偏此時，IC

IB臨界飽和時：

uCE

=uBE深度飽和時：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，超過時

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)射極開路時C、B極間反向擊穿電壓。3.U(BR)CEO

—基極開路時C、E極間反向擊穿電壓。U(BR)EBO

—集電極極開路時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，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（補充）國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體三極管的命名如下：3DG110B

用字母表示同一型號中的不同規(guī)格用數(shù)字表示同種器件型號的序號用字母表示器件的種類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表示開關(guān)管。第1章常用半導(dǎo)體器件例一：現(xiàn)已測得某電路中幾只晶體管三個極的直流電位如表所示，各晶體管b-e間開啟電壓Uon均為0.5V。試分別說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，請選用一只管子，并簡述理由。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)。可能可能不能不能可能能否將1.5V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(biāo)出其實際方向，并在圓圈中畫出管子。1.01mA5mA第1章常用半導(dǎo)體器件例五：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。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場效應(yīng)管

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

舉例第1章常用半導(dǎo)體器件引言場效應(yīng)管FET

(FieldEffectTransistor)類型：結(jié)型JFET

(JunctionFieldEffectTransistor)絕緣柵型IGFET(InsulatedGateFET)第1章常用半導(dǎo)體器件特點：單極型器件(它僅靠半導(dǎo)體中的多子導(dǎo)電)工藝簡單、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1015

)第1章常用半導(dǎo)體器件1.4.1結(jié)型場效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)與符號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)的電場效應(yīng)，通過改變PN結(jié)耗盡層的寬窄，從而改變導(dǎo)電溝道的電阻來控制漏極電流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，uGS對導(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，多子不會產(chǎn)生定向移動，因而漏極電流iD為零。當(dāng)uDS=0且uGS=0時，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，耗盡層閉合，溝道消失，溝道電阻趨于無窮大，稱此時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，uDS對漏極電流iD的影響uGS

0，uDS

>0

此時

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。耗盡層剛相碰時稱預(yù)夾斷在uGD<UGS(off)

的情況下，當(dāng)uDS增大時，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。這時，一方面自由電子從S向D定向移動所受阻力加大（只能從夾斷區(qū)的窄縫以較高速度通過），從而導(dǎo)致iD減??；另一方面，隨著uDS增大，使d-s之間的縱向電場增強，也必然導(dǎo)致iD增大。實際上，上述iD的兩種變化趨勢相抵消，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，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)夾斷點下移。第1章常用半導(dǎo)體器件

即uDS>uGS

–UGS(off)時，當(dāng)uDS為一常量時，對應(yīng)于確定的uGS

，就有確定的iD。此時，可以通過改變uGS來控制iD的大小。由于漏極電流受柵-源電壓的控制，故稱場效應(yīng)管為電壓控制元件。與晶體管用β來描述動態(tài)情況下基極電流對集電極電流的控制作用相類似，場效應(yīng)管用gm來描述動態(tài)的柵-源電壓對漏極電流的控制作用，gm稱為低頻跨導(dǎo)。3）當(dāng)uGD<UGS(off)時，uGS對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，對應(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，d-s之間預(yù)夾斷。當(dāng)uDS>uGS－UGS(off)時，iD幾乎僅僅決定于uGS，而與uDS無關(guān)。此時可以把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)型場效應(yīng)管的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性當(dāng)UGS(off)

<

uGS

0時,第1章常用半導(dǎo)體器件一、增強型N溝道MOSFET

(MentalOxideSemiconductor—FET)1.4.2MOS場效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)與符號P型襯底(摻雜濃度低)N+N+用擴散的方法制作兩個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對導(dǎo)電溝道的影響

(uDS=0)反型層(溝道)

當(dāng)UGS=0

，DS間為兩個背對背的PN結(jié)；當(dāng)0<uGS<UGS(th)(開啟電壓)時，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，使之剩下不能移動的負離子區(qū)，形成耗盡層。（如圖a）uGS增大時，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N型薄層，稱為反型層。（如圖b）這個反型層就構(gòu)成了漏-源之間的導(dǎo)電溝道。使溝道剛剛形成的柵-源電壓稱為開啟電壓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：uGS=2UGS(th)

時的

iD值開啟電壓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，而且，uDS的增大部分幾乎全部用于克服夾斷區(qū)對漏極電流的阻力。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，就會產(chǎn)生漏極電流iD。uGS為正時，反型層變寬，溝道電阻變小，iD增大；反之，uGS為時，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，反型層消失，漏-源之間導(dǎo)電溝道消失，iD=0。此時的uGS稱為夾斷電壓UGS(off)

。第1章常用半導(dǎo)體器件輸出特性uGS/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，uDS/ViD/mAuGS=

4V

2V0V2VOO第1章常用半導(dǎo)體器件三、P溝道MOSFET增強型耗盡型SGDBSGDB第1章常用半導(dǎo)體器件N溝道增強型SGDBiDP溝道增強型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、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場效應(yīng)管的主要參數(shù)開啟電壓UGS(th)(增強型)

夾斷電壓

UGS(off)(耗盡型)

指uDS=某值，使漏極電流iD為某一小電流時的uGS

值。UGS(th)UGS(off)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/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，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iD的控制能力，單位S(西門子)。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型的場效應(yīng)管（結(jié)型、絕緣柵型、N溝道、P溝道、增強型、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，場效應(yīng)管的夾斷電壓UGS(off)=－4V，飽和漏極電流IDSS=4mA。試問：為保證負載電阻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：測得某放大電路中三個MOS管的三個電極的電位如表所示，它們的開啟電壓也在表中。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—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)