1-半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識-12 電子科技大學(xué)

1、蔡竟業(yè) 第一章 常用半導(dǎo)體器件 蔡竟業(yè) 第一章 常用半導(dǎo)體器件 1.1 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 1.3 1.3 晶體三極管晶體三極管 1.4 1.4 場效應(yīng)管場效應(yīng)管 蔡竟業(yè) 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 一、本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體 二、雜質(zhì)半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體 三、三、PNPN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦越Y(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?四、四、PNPN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 蔡竟業(yè) 一、本征半導(dǎo)體 導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。 本征半導(dǎo)體是本征半導(dǎo)體是純凈純凈的的晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。的半導(dǎo)體

2、。 1 1、什么是半導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？、什么是半導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？ 導(dǎo)體鐵、鋁、銅等金屬元素等低價元素，其最外層電導(dǎo)體鐵、鋁、銅等金屬元素等低價元素，其最外層電 子在外電場作用下很容易產(chǎn)生定向移動，形成電流。子在外電場作用下很容易產(chǎn)生定向移動，形成電流。 絕緣體惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原絕緣體惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原 子核的束縛力很強(qiáng)，只有在外電場強(qiáng)到子核的束縛力很強(qiáng)，只有在外電場強(qiáng)到相當(dāng)相當(dāng)程度時才可能導(dǎo)程度時才可能導(dǎo) 電。電。 半導(dǎo)體硅（半導(dǎo)體硅（Si）、鍺（）、鍺（Ge），均為四價元素，它們原），均為四價元素，它們原 子的最外層電子受原子核的束縛

3、力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。子的最外層電子受原子核的束縛力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。 無雜質(zhì)無雜質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu) 蔡竟業(yè) 2、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu) 由于熱運(yùn)動，具有足夠能量由于熱運(yùn)動，具有足夠能量 的價電子的價電子掙脫掙脫共價鍵的束縛共價鍵的束縛 而成為而成為自由電子自由電子 自由電子的游離使共價鍵中自由電子的游離使共價鍵中 留有一個空位置，稱為留有一個空位置，稱為空穴空穴 自由電子與空穴相碰同時消失，稱為自由電子與空穴相碰同時消失，稱為復(fù)合復(fù)合。 共價鍵共價鍵 一定溫度下，自由電子與空穴對的濃度一定；溫度升高，一定溫度下，自由電子與空穴對的濃度一定；溫度升高， 熱運(yùn)動加劇，掙脫共價鍵的電子增多，自

4、由電子與空穴對熱運(yùn)動加劇，掙脫共價鍵的電子增多，自由電子與空穴對 的濃度加大。的濃度加大。 動態(tài)平衡動態(tài)平衡 蔡竟業(yè) 兩種載流子兩種載流子 外加電場時，帶負(fù)電的自由電子外加電場時，帶負(fù)電的自由電子 和帶正電的空穴均參與導(dǎo)電，且運(yùn)和帶正電的空穴均參與導(dǎo)電，且運(yùn) 動方向相反。由于載流子數(shù)目很少，動方向相反。由于載流子數(shù)目很少， 故故本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體導(dǎo)電性很差。導(dǎo)電性很差。 為什么為什么要將半導(dǎo)體變成導(dǎo)電性很差的本征半導(dǎo)體？ 3、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子 運(yùn)載電荷的粒子稱為運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子載流子。 溫度升高，熱運(yùn)動加劇，載溫度升高，熱運(yùn)動加劇，載 流子濃度增大，導(dǎo)電性增強(qiáng)。流子濃度增大，

5、導(dǎo)電性增強(qiáng)。 熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度0K時不導(dǎo)電。時不導(dǎo)電。 蔡竟業(yè) 二、雜質(zhì)半導(dǎo)體 1. N N型半導(dǎo)體 5 磷（磷（P） 雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流 子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子 濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實現(xiàn)濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實現(xiàn) 導(dǎo)電性可控導(dǎo)電性可控。 多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴比未加雜質(zhì)時的數(shù)目多空穴比未加雜質(zhì)時的數(shù)目多 了？少了？為什么？了？少了？為什么？ 蔡竟業(yè) 2. 2. P型半導(dǎo)體 3 硼（硼（B） 多數(shù)載流子多數(shù)載流子 P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電， 摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高， 導(dǎo)

6、電性越強(qiáng)，導(dǎo)電性越強(qiáng)， 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時，在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時， 載流子的數(shù)目變化嗎？少子與多載流子的數(shù)目變化嗎？少子與多 子變化的數(shù)目相同嗎？少子與多子變化的數(shù)目相同嗎？少子與多 子濃度的變化相同嗎？子濃度的變化相同嗎？ 蔡竟業(yè) 三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動稱為擴(kuò)散運(yùn)動。氣物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動稱為擴(kuò)散運(yùn)動。氣 體、液體、固體均有之。體、液體、固體均有之。 擴(kuò)散運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動 P區(qū)空穴區(qū)空穴 濃度遠(yuǎn)高濃度遠(yuǎn)高 于于N區(qū)。區(qū)。 N區(qū)自由電區(qū)自由電 子濃度遠(yuǎn)高子濃度遠(yuǎn)高 于于P區(qū)。區(qū)。 擴(kuò)散運(yùn)動使靠近接觸面擴(kuò)散運(yùn)動使靠近接觸面P區(qū)的空穴濃度降低、靠近接

7、觸面區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面 N區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場。區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場。 蔡竟業(yè) PN 結(jié)的形成 因電場作用所產(chǎn)因電場作用所產(chǎn) 生的運(yùn)動稱為漂移生的運(yùn)動稱為漂移 運(yùn)動。運(yùn)動。 參與擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動的載流子數(shù)目相同，達(dá)到參與擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動的載流子數(shù)目相同，達(dá)到動態(tài)動態(tài) 平衡平衡，就形成了，就形成了PN結(jié)。結(jié)。 漂移運(yùn)動漂移運(yùn)動 由于擴(kuò)散運(yùn)動使由于擴(kuò)散運(yùn)動使P區(qū)與區(qū)與N區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成 內(nèi)電場，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動的進(jìn)行。內(nèi)電場使空穴從內(nèi)電場，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動的進(jìn)行。內(nèi)電場使空穴從N區(qū)向區(qū)向P 區(qū)、自由電子從區(qū)、自由電子

8、從P區(qū)向區(qū)向N 區(qū)運(yùn)動。區(qū)運(yùn)動。 蔡竟業(yè) PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通：結(jié)加正向電壓導(dǎo)通： 耗盡層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動加耗盡層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動加 劇，由于外電源的作用，形劇，由于外電源的作用，形 成擴(kuò)散電流，成擴(kuò)散電流，PNPN結(jié)處于導(dǎo)通結(jié)處于導(dǎo)通 狀態(tài)。狀態(tài)。 PN結(jié)加反向電壓截止：結(jié)加反向電壓截止： 耗盡層變寬，阻止擴(kuò)散運(yùn)動，耗盡層變寬，阻止擴(kuò)散運(yùn)動， 有利于漂移運(yùn)動，形成漂移電有利于漂移運(yùn)動，形成漂移電 流。由于電流很小，故可近似流。由于電流很小，故可近似 認(rèn)為其截止認(rèn)為其截止( (不導(dǎo)通不導(dǎo)通) )。 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦?必要嗎？必要嗎？ 蔡竟業(yè) 清華大學(xué) 華成英 四、PN 結(jié)的電容效應(yīng) 1. 勢壘

9、電容 PN結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變 化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相 同，其等效電容稱為同，其等效電容稱為勢壘電容勢壘電容Cb。 2. 擴(kuò)散電容 PN結(jié)外加的正向電壓變化時，在擴(kuò)散路程中載流子結(jié)外加的正向電壓變化時，在擴(kuò)散路程中載流子 的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的 過程，其等效電容稱為過程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容Cd。 dbj CCC結(jié)電容：結(jié)電容： 結(jié)電容不是常量！結(jié)電容不是常量?。╳hy?) 由于由于

10、Cj的存在，若的存在，若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失 去單向?qū)щ娦?！去單向?qū)щ娦裕?蔡竟業(yè) 問題 為什么將自然界導(dǎo)電性能中等的半導(dǎo)體材料制為什么將自然界導(dǎo)電性能中等的半導(dǎo)體材料制 成本征半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能成本征半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能極差極差，又將其，又將其摻雜以摻雜以 改善改善導(dǎo)電性能？導(dǎo)電性能？ 為什么半導(dǎo)體器件的為什么半導(dǎo)體器件的溫度穩(wěn)定性差溫度穩(wěn)定性差？是多子還？是多子還 是少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素？是少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素？ PN結(jié)在結(jié)在P區(qū)和區(qū)和N區(qū)中的耗盡層區(qū)中的耗盡層寬度寬度是一樣的嗎？是一樣的嗎？ 為什么半導(dǎo)體器件有最高工作頻率？為

11、什么半導(dǎo)體器件有最高工作頻率？ 課堂練習(xí)課堂練習(xí) 蔡竟業(yè) 2 半導(dǎo)體二極管 一、二極管的組成一、二極管的組成 二、二極管的伏安特性及電流方程二、二極管的伏安特性及電流方程 三、二極管的等效電路三、二極管的等效電路 四、二極管的主要參數(shù)四、二極管的主要參數(shù) 五、穩(wěn)壓二極管五、穩(wěn)壓二極管 蔡竟業(yè) 一、二極管的組成 將將PN結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成了二極管。結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成了二極管。 小功率小功率 二極管二極管 大功率大功率 二極管二極管 穩(wěn)壓穩(wěn)壓 二極管二極管 發(fā)光發(fā)光 二極管二極管 蔡竟業(yè) 一、二極管的組成 點接觸型：結(jié)面積小，點接觸型：結(jié)面積小， 結(jié)電容小，故結(jié)允許結(jié)電容小，故

12、結(jié)允許 的電流小，最高工作的電流小，最高工作 頻率高。頻率高。 面接觸型：結(jié)面積大，面接觸型：結(jié)面積大， 結(jié)電容大，故結(jié)允許結(jié)電容大，故結(jié)允許 的電流大，最高工作的電流大，最高工作 頻率低。頻率低。 平面型：結(jié)面積可小、平面型：結(jié)面積可小、 可大，小的工作頻率可大，小的工作頻率 高，大的結(jié)允許的電高，大的結(jié)允許的電 流大。流大。 蔡竟業(yè) 二、二極管的伏安特性及電流方程 材料材料開啟電壓開啟電壓導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流反向飽和電流 硅硅Si0.5V0.50.8V1A以下 鍺鍺Ge0.1V0.10.3V幾十A )(ufi 開啟開啟 電壓電壓 反向飽反向飽 和電流和電流 擊穿擊穿 電壓電壓 mV

13、)26( ) 1e ( TS T UIi U u 常溫下 溫度的溫度的 電壓當(dāng)量電壓當(dāng)量 二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性。二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性。 蔡竟業(yè) 從二極管的伏安特性可以反映出：從二極管的伏安特性可以反映出： 1. 單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?T e ST U u IiUu，則若正向電壓 ) 1e ( T S U u Ii 2. 伏安特性受溫度影響伏安特性受溫度影響 T（）在電流不變情況下管壓降在電流不變情況下管壓降u 反向飽和電流反向飽和電流IS，U(BR) T（）正向特性左移正向特性左移，反向特性下移，反向特性下移 正向特性為正向特性為 指數(shù)曲線指數(shù)曲線 反向

14、特性為橫軸的平行線反向特性為橫軸的平行線 增大增大1倍倍/10 ST IiUu，則若反向電壓 蔡竟業(yè) 三、二極管的等效電路 理想理想 二極管二極管 近似分析近似分析 中最常用中最常用 理想開關(guān)理想開關(guān) 導(dǎo)通時導(dǎo)通時 UD0 截止時截止時IS0 導(dǎo)通時導(dǎo)通時UDUon 截止時截止時IS0 導(dǎo)通時導(dǎo)通時i與與u 成線性關(guān)系成線性關(guān)系 應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路！應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路！ 1. 將伏安特性折線化 ？ 100V？5V？1V？ 蔡竟業(yè) 2. 微變等效電路 D T D D d I U i u r 根據(jù)電流方程， Q點點越高，越高，rd越小。越小。 當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動

15、態(tài)信號作用時，則可將二極當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動態(tài)信號作用時，則可將二極 管等效為一個電阻，稱為動態(tài)電阻，也就是微變等效電路。管等效為一個電阻，稱為動態(tài)電阻，也就是微變等效電路。 ui=0時直流電源作用時直流電源作用 小信號作用小信號作用 靜態(tài)電流靜態(tài)電流 蔡竟業(yè) 四、二極管的主要參數(shù) 最大整流電流最大整流電流IF：最大平均值：最大平均值 最大反向工作電壓最大反向工作電壓UR：最大瞬時值：最大瞬時值 反向電流反向電流 IR：即：即IS 最高工作頻率最高工作頻率fM：因：因PN結(jié)有電容效應(yīng)結(jié)有電容效應(yīng) 第四版第四版P20 蔡竟業(yè) 討論：解決兩個問題解決兩個問題 如何判斷二極管的工作狀態(tài)？如何判

16、斷二極管的工作狀態(tài)？導(dǎo)通？截止？導(dǎo)通？截止？ 什么情況下應(yīng)選用二極管的什么等效電路？什么情況下應(yīng)選用二極管的什么等效電路？ uD=ViR Q ID UD R uV i D D V與與uD可比可比，則需圖解：，則需圖解： 實測特性實測特性 對對V和和Ui二極管二極管的模的模 型有什么不同？型有什么不同？ 課堂練習(xí)課堂練習(xí) 蔡竟業(yè) 五、穩(wěn)壓二極管 1. 伏安特性 進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流 不至于損壞的最大電流不至于損壞的最大電流 由一個由一個PN結(jié)組結(jié)組 成，反向擊穿后成，反向擊穿后 在一定的電流范在一定的電流范 圍內(nèi)端電壓圍內(nèi)端電壓基本基本 不變，為穩(wěn)定電不變，為穩(wěn)定電 壓。壓。

17、 2. 主要參數(shù) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ、穩(wěn)定電流、穩(wěn)定電流IZ 最大功耗最大功耗PZM IZM UZ動態(tài)電阻動態(tài)電阻rzUZ /IZ 若穩(wěn)壓管的電流太小則不穩(wěn)壓，若穩(wěn)壓管的電流太大則會若穩(wěn)壓管的電流太小則不穩(wěn)壓，若穩(wěn)壓管的電流太大則會 因功耗過大而損壞，因而穩(wěn)壓管電路中必需有限制穩(wěn)壓管電因功耗過大而損壞，因而穩(wěn)壓管電路中必需有限制穩(wěn)壓管電 流的限流電阻！流的限流電阻！ 限流電阻限流電阻 斜率？斜率？ 蔡竟業(yè) 作業(yè) 1.3 1.4 1.6 1.7 蔡竟業(yè) 1.3 1.3 晶體三極管 一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號 二、晶體管的放大原理二、晶體管的放大原理 三、晶體管的共射輸入特性和

18、輸出特性三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性 四、溫度對晶體管特性的影響四、溫度對晶體管特性的影響 五、主要參數(shù)五、主要參數(shù) 蔡竟業(yè) 一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號 多子濃度高多子濃度高 多子濃度很多子濃度很 低，且很薄低，且很薄 面積大面積大 晶體管有三個極、三個區(qū)、兩個晶體管有三個極、三個區(qū)、兩個PN結(jié)。結(jié)。 小功率管小功率管 中功率管中功率管 大功率管大功率管 為什么有孔？為什么有孔？ 蔡竟業(yè) 二、晶體管的放大原理 （集電結(jié)反偏），即 （發(fā)射結(jié)正偏） 放大的條件 BECECB onBE 0uuu Uu 擴(kuò)散運(yùn)動形成發(fā)射極電流擴(kuò)散運(yùn)動形成發(fā)射極電流IE，復(fù)合運(yùn)動形成基極電，復(fù)合運(yùn)動形成基極電 流流I

19、B，漂移運(yùn)動形成集電極電流，漂移運(yùn)動形成集電極電流IC。 少數(shù)載流少數(shù)載流 子的運(yùn)動子的運(yùn)動 因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量 電子從發(fā)射區(qū)電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散擴(kuò)散到基區(qū)到基區(qū) 因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少 數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合復(fù)合 因集電區(qū)面積大，在外電場作用下大因集電區(qū)面積大，在外電場作用下大 部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移漂移到集電區(qū)到集電區(qū) 基區(qū)空穴基區(qū)空穴 的擴(kuò)散的擴(kuò)散 蔡竟業(yè) 電流分配：電流分配： I IE EI IB BI IC C I IE E擴(kuò)散運(yùn)動形成的電流擴(kuò)散運(yùn)動形成的電流 I IB B

20、復(fù)合運(yùn)動形成的電流復(fù)合運(yùn)動形成的電流 I IC C漂移運(yùn)動形成的電流漂移運(yùn)動形成的電流 CBOCEO B C B C )(1 II i i I I 穿透電流穿透電流 集電結(jié)反向電流集電結(jié)反向電流 直流電流直流電流 放大系數(shù)放大系數(shù) 交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù) 為什么基極開路集電極回為什么基極開路集電極回 路會有穿透電流？路會有穿透電流？ 蔡竟業(yè) 三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性 CE )( BEBU ufi 為什么為什么UCE增大曲線右移？增大曲線右移？ 對于小功率晶體管，對于小功率晶體管，UCE大于大于1V的一條輸入特性曲線的一條輸入特性曲線 可以取代可以取代UCE大于大于1V的所有

21、輸入特性曲線。的所有輸入特性曲線。 為什么像為什么像PN結(jié)的伏安特性？結(jié)的伏安特性？ 為什么為什么UCE增大到一定值曲線增大到一定值曲線 右移就不明顯了？右移就不明顯了？ 1. 輸入特性 蔡竟業(yè) 2. 輸出特性 B )( CECI ufi 是常數(shù)嗎？什么是理想晶體管？什么情況下是常數(shù)嗎？什么是理想晶體管？什么情況下 ? 對應(yīng)于一個對應(yīng)于一個IB就有一條就有一條iC隨隨uCE變化的曲線。變化的曲線。 為什么為什么uCE較小時較小時iC隨隨uCE變變 化很大？為什么進(jìn)入放大狀態(tài)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？曲線幾乎是橫軸的平行線？ 飽和區(qū)飽和區(qū) 放大區(qū)放大區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) B

22、 i C i 常量 CE B C U i i 蔡竟業(yè) 晶體管的三個工作區(qū)域 晶體管工作在放大狀態(tài)時，輸出回路的電流晶體管工作在放大狀態(tài)時，輸出回路的電流 iC幾乎僅僅幾乎僅僅 決定于輸入回路的電流決定于輸入回路的電流 iB，即可將輸出回路等效為電流，即可將輸出回路等效為電流 iB 控制的電流源控制的電流源iC 。 狀態(tài)狀態(tài)uBEiCuCE 截止截止UonICEOVCC 放大放大 UoniB uBE 飽和飽和 UoniB uBE 蔡竟業(yè) 四、溫度對晶體管特性的影響 BEBBBE CEO )( uiiu IT 不變時，即不變時 蔡竟業(yè) 五、主要參數(shù) 直流參數(shù)直流參數(shù)： 、 、ICBO、 ICEO

23、c-e間擊穿電壓間擊穿電壓最大集電最大集電 極電流極電流 最大集電極耗散功率，最大集電極耗散功率， PCMiCuCE=Constant 安全工作區(qū)安全工作區(qū) 交流參數(shù)：交流參數(shù)：、fT（使1的信號頻率） 極限參數(shù)極限參數(shù)：ICM、PCM、U（BR）CEO EC II 1 E C i i 蔡竟業(yè) 清華大學(xué) 華成英 討論一 由圖示特性求出由圖示特性求出PCM、ICM、U （ （BR）CEO 、 、。 CECCM uiP 2.7 CE B C U i i uCE=1V時的時的iC就是就是ICM U（ （BR）CEO 蔡竟業(yè) 討論二：利用利用Multisim測試晶體管的輸出特性測試晶體管的輸出特性 蔡

24、竟業(yè) 利用利用Multisim分析圖示分析圖示 電路在電路在V2小于何值時晶小于何值時晶 體管截止、大于何值時體管截止、大于何值時 晶體管飽和。晶體管飽和。 討論三 以以V2作為輸入、以節(jié)作為輸入、以節(jié) 點點1作為輸出，采用直流作為輸出，采用直流 掃描的方法可得！掃描的方法可得！ 約小于約小于0.5V時時 截止截止 約大于約大于1V時時 飽和飽和 描述輸出電壓與輸出電描述輸出電壓與輸出電 壓之間函數(shù)關(guān)系的曲線，壓之間函數(shù)關(guān)系的曲線， 稱為電壓傳輸特性。稱為電壓傳輸特性。 蔡竟業(yè) BJT管特點管特點 1）是）是“電流控制型電流控制型”器件（器件（IB控制控制IC）；）； 2）要得到所需的放大（控

25、制）特性，三個極）要得到所需的放大（控制）特性，三個極 外加電壓外加電壓極性極性必須正確，且管子處于必須正確，且管子處于放大放大 區(qū)區(qū)； 3）要取得大的控制電流，輸入阻抗不能太高；）要取得大的控制電流，輸入阻抗不能太高； 4）極間漏電流是十分有害的。）極間漏電流是十分有害的。 蔡竟業(yè) 作業(yè) 1.9 1.11 1.12 蔡竟業(yè) 1.4 1.4 場效應(yīng)管場效應(yīng)管（以N N溝道為例） 場效應(yīng)管場效應(yīng)管也有三個極也有三個極：源極（：源極（s）、柵極（）、柵極（g）、漏極（）、漏極（d），）， 對應(yīng)于晶體管的對應(yīng)于晶體管的e、b、c；有三個工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、；有三個工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、 可

26、變電阻區(qū)，對應(yīng)于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)?？勺冸娮鑵^(qū)，對應(yīng)于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。 1. 結(jié)型場效應(yīng)管 符號符號 結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖 柵極柵極 漏極漏極 源極源極 導(dǎo)電導(dǎo)電 溝道溝道 單極型管噪聲小、抗輻射能力強(qiáng)、低電壓工作噪聲小、抗輻射能力強(qiáng)、低電壓工作 蔡竟業(yè) 柵-源電壓對導(dǎo)電溝道寬度的控制作用 溝道最寬溝道最寬溝道變窄溝道變窄 溝道消失溝道消失 稱為夾斷稱為夾斷 uGS可以控制導(dǎo)電溝道的寬度。為什么可以控制導(dǎo)電溝道的寬度。為什么g-s必須加必須加 負(fù)電壓？負(fù)電壓？ UGS（ （off） 蔡竟業(yè) 漏-源電壓對漏極電流的影響 uGSUGS（ （off）且不變， 且不變，VD

27、D增大，增大，iD增大增大。 預(yù)夾斷預(yù)夾斷 uGDUGS（ （off） VDD的增大，幾乎全部用來克服溝道的的增大，幾乎全部用來克服溝道的 電阻，電阻，iD幾乎不變，進(jìn)入恒流區(qū)，幾乎不變，進(jìn)入恒流區(qū)，iD幾乎幾乎 僅僅決定于僅僅決定于uGS。 場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件是什么？場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件是什么？ uGDUGS（ （off） uGDUGS（ （off） 蔡竟業(yè) 常量 DS )( GSDU ufi 夾斷夾斷 電壓電壓 漏極飽漏極飽 和電流和電流 轉(zhuǎn)移特性 場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，因而場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，因而uGSUGS（ （off）且 且uGDUGS（ （off）。 。 uDGUG

28、S（ （off） GS(off)GSDS Uuu 2 GS(off) GS DSSD )1 ( U u Ii 在恒流區(qū)時 蔡竟業(yè) 常量 GS )( DSDU ufi g-s電壓控電壓控 制制d-s的等的等 效電阻效電阻 輸出特性 常量 DS GS D mU u i g 預(yù)夾斷軌跡，預(yù)夾斷軌跡，uGDUGS（ （off） 可可 變變 電電 阻阻 區(qū)區(qū) 恒恒 流流 區(qū)區(qū) iD幾乎僅決幾乎僅決 定于定于uGS 擊擊 穿穿 區(qū)區(qū) 夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷區(qū)（截止區(qū)） 夾斷電壓夾斷電壓 IDSS iD 不同型號的管子不同型號的管子UGS（ （off）、 、IDSS 將不同。將不同。 低頻跨導(dǎo)：低頻跨導(dǎo)： 蔡

29、竟業(yè) 2. 絕緣柵型場效應(yīng)管 uGS增大，反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚變長。當(dāng)增大，反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚變長。當(dāng) 反型層將兩個反型層將兩個N區(qū)相接時，形成導(dǎo)電溝道。區(qū)相接時，形成導(dǎo)電溝道。 SiO2絕緣層絕緣層 襯底襯底 耗盡層耗盡層 空穴空穴 高摻雜高摻雜 反型層反型層 增強(qiáng)型管增強(qiáng)型管 大到一定大到一定 值才開啟值才開啟 蔡竟業(yè) 增強(qiáng)型MOS管uDS對iD的影響 用場效應(yīng)管組成放大電路時應(yīng)使之工作在用場效應(yīng)管組成放大電路時應(yīng)使之工作在恒流區(qū)恒流區(qū)。N 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管工作在恒流區(qū)的條件是什么？管工作在恒流區(qū)的條件是什么？ iD隨隨uDS的增的增 大而增大，可大而增大，可 變電阻區(qū)變電阻區(qū) uGDUGS（ （th）, 預(yù)夾斷預(yù)夾斷 iD幾乎僅僅幾乎僅僅 受控于受控于uGS，恒，恒 流區(qū)流區(qū) 剛出現(xiàn)夾斷剛出現(xiàn)夾斷 uGS的增大幾乎全部用的增大幾乎全部用 來克服夾斷