電工學(xué)第六章教案

第六章電子器件6.1半導(dǎo)體器件1本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體概念：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。本征半導(dǎo)體：純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。本征激發(fā)：在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴對的現(xiàn)象?？昭ǎ褐v解其導(dǎo)電方式；自由電子復(fù)合：自由電子與空穴相遇，相互消失。載流子：運(yùn)載電荷的粒子。雜質(zhì)半導(dǎo)體概念：通過擴(kuò)散工藝，摻入了少量合適的雜質(zhì)元素的半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體（圖1.1.3）形成：摻入少量的磷。多數(shù)載流子：自由電子少數(shù)載流子：空穴施主原子：提供電子的雜質(zhì)原子。P型半導(dǎo)體（圖1.1.4）形成：摻入少量的硼。多數(shù)載流子：空穴少數(shù)載流子：自由電子受主原子：雜質(zhì)原子中的空穴吸收電子。濃度：多子濃度近似等于所摻雜原子的濃度，而少子的濃度低，由本征激發(fā)形成，對溫度敏感，影響半導(dǎo)體的性能。6.1.2PN結(jié)PN結(jié)的形成（圖1.1.5）擴(kuò)散運(yùn)動：多子從濃度高的地方向濃度低的地方運(yùn)動?？臻g電荷區(qū)、耗盡層（忽視其中載流子的存在）漂移運(yùn)動：少子在電場力的作用下的運(yùn)動。在一定條件下，其與擴(kuò)散運(yùn)動動態(tài)平衡。二極管二極管的單向?qū)щ娦远O管外加正向電壓：導(dǎo)通狀態(tài)二極管外加反向電壓：截止?fàn)顟B(tài)二極管的伏安特性正向特性、反向特性反向擊穿：齊納擊穿（高摻雜、耗盡層薄、形成很強(qiáng)電場、直接破壞共價(jià)鍵）、雪崩擊穿（低摻雜、耗盡層較寬、少子加速漂移、碰撞）。四、二極管的主要參數(shù)最大整流電流IF：長期運(yùn)行時，允許通過的最大正向平均電流。最高反向工作電壓UR：工作時，所允許外加的最大反向電壓，通常為擊穿電壓的一半。反向電流IR：未擊穿時的反向電流。越小，單向?qū)щ娦栽胶?；此值對溫度敏感。最高工作頻率fM：上限頻率，超過此值，結(jié)電容不能忽略。五、穩(wěn)壓二極管符號及特性：穩(wěn)壓管的主要參數(shù)穩(wěn)定電壓UZ：反向擊穿電壓，具有分散性。穩(wěn)定電流IZ：穩(wěn)壓工作的最小電流。6.雙極型晶體管（BJT:BipolarJunctionTransistor）幾種晶體管的常見外形（圖1.3.1）一、結(jié)構(gòu)及符號構(gòu)成方式：同一個硅片上制造出三個摻雜區(qū)域，并形成兩個PN結(jié)。結(jié)構(gòu)：三個區(qū)域：基區(qū)（薄且摻雜濃度很低）、發(fā)射區(qū)（摻雜濃度很高）、集電區(qū)（結(jié)面積大）；三個電極：基極、發(fā)射極、集電極；兩個PN結(jié)：集電結(jié)、發(fā)射結(jié)。分類及符號：PNP、NPN二、晶體管的電流放大作用基本共射放大電路（圖1.3.3）輸入回路：輸入信號所接入的基極－發(fā)射極回路；輸出回路：放大后的輸出信號所在的集電極－發(fā)射極回路；共射放大電路：發(fā)射極是兩個回路的公共端；放大條件：發(fā)射結(jié)正偏且集電結(jié)反偏；放大作用：小的基極電流控制大的集電極電流。2．共射直流電流放大系數(shù)：3．共射交流電流放大系數(shù)：當(dāng)有輸入動態(tài)信號時，三、特性曲線輸入特性曲線（圖1.3.5），解釋曲線右移原因，與集電區(qū)收集電子的能力有關(guān)。輸出特性曲線（圖1.3.6）（解釋放大區(qū)曲線幾乎平行于橫軸的原因）截止區(qū)：發(fā)射結(jié)電壓小于開啟電壓，集電結(jié)反偏，穿透電流硅1uA，鍺幾十uA；放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，iB和iC成比例；飽和區(qū)：雙結(jié)正偏，iB和iC不成比例，臨界飽和或臨界放大狀態(tài)（）。四、主要參數(shù)電流放大系數(shù)共射直流電流系數(shù)、共射交流電流放大系數(shù)極間反向電流、極限參數(shù)（圖1.3.7）最大集電極耗散功率；最大集電極電流：使明顯減小的集電極電流值；極間反向擊穿電壓：晶體管的某一電極開路時，另外兩個電極間所允許加的最高反向電壓，UCBO幾十伏到上千伏、UCEO、UEBO幾伏以下。1.3.6光電三極管構(gòu)造：（圖1.3.10）光電三極管的輸出特性曲線與普通三極管類似（圖1.3.11）暗電流：ICEO無光照時的集電極電流，比光電二極管的大，且每上升25度，電流上升10倍；光電流：有光照時的集電極電流。6.1.4結(jié)型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管一、絕緣柵場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和符號N溝道增強(qiáng)型MOS管結(jié)構(gòu)：襯底低摻雜P，擴(kuò)散高摻雜N區(qū)，金屬鋁作為柵極；工作原理：柵源不加電壓，不會有電流；且時，柵極電流為零，形成耗盡層；加大電壓，形成反型層（導(dǎo)電溝道）；開啟電壓；為一定值時，加大，線性增大；但的壓降均勻地降落在溝道上，使得溝道沿源－漏方向逐漸變窄；當(dāng)＝時，為預(yù)夾斷；之后，增大的部分幾乎全部用于克服夾斷區(qū)對漏極電流的阻力，出現(xiàn)恒流。此時，對應(yīng)不同的就有不同的，從而可以將看為電壓控制的電流源。N溝道耗盡型MOS管P溝道MOS管：漏源之間加負(fù)壓二、場效應(yīng)管的主要參數(shù)開啟電壓UGS(th)：是UDS一定時，使iD大于零所需的最小值；夾斷電壓UGS(off)：是UDS一定時，使iD為規(guī)定的微小電流時的uGS；飽和漏極電流IDSS：對于耗盡型管，在UGS＝0情況下，產(chǎn)生預(yù)夾斷時的漏極電流；直流輸入電阻RGS(DC)：柵源電壓與柵極電流之比，MOS管大于。低頻跨導(dǎo)：極間電容：柵源電容Cgs、柵漏電容Cgd、1～3pF，漏源電容Cds0.1～1pF極限參數(shù)最大