第2章 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)

1、第二章第二章 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) vPN結(jié)的形成和單向?qū)щ娦越Y(jié)的形成和單向?qū)щ娦?v二極管的伏安特性二極管的伏安特性 v半導(dǎo)體三極管的基本結(jié)構(gòu)、工作原理半導(dǎo)體三極管的基本結(jié)構(gòu)、工作原理 v三極管的伏安特性三極管的伏安特性 vMOS場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理和伏安特性曲線場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理和伏安特性曲線 v結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理和伏安特性曲線結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理和伏安特性曲線 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體 導(dǎo)體：導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體導(dǎo)體，金屬，金屬 一般都是導(dǎo)體。一般都是導(dǎo)體。 絕緣體：絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)

2、電，稱為有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體絕緣體，如橡，如橡 皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。 半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣 體之間，稱為體之間，稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵，如鍺、硅、砷化鎵 和一些硫化物、氧化物等。和一些硫化物、氧化物等。 1. 熱敏性：熱敏性：半導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而顯著減小。半導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而顯著減小。 常用于檢測(cè)溫度的變化。常用于檢測(cè)溫度的變化。 對(duì)其他工作性能有不利的影響。對(duì)其他工作性能有不利的影響。 2. 光敏性：光敏性：在無光照時(shí)電阻率很高，但一有光照電阻率則在無光照時(shí)電阻率很高

3、，但一有光照電阻率則 顯著下降。顯著下降。 利用這個(gè)特性可以制成光敏元件。利用這個(gè)特性可以制成光敏元件。 3. 雜敏性：雜敏性：在純凈的半導(dǎo)體中加入雜質(zhì)，導(dǎo)電能力猛增幾在純凈的半導(dǎo)體中加入雜質(zhì)，導(dǎo)電能力猛增幾 萬倍至百萬倍。萬倍至百萬倍。 利用這個(gè)特性可以制造出具有不同性能用途的半利用這個(gè)特性可以制造出具有不同性能用途的半 導(dǎo)體器件。導(dǎo)體器件。 硅、鍺等半導(dǎo)體材料之所以得到廣泛的應(yīng)用，主要硅、鍺等半導(dǎo)體材料之所以得到廣泛的應(yīng)用，主要 是因?yàn)樗鼈兊膶?dǎo)電能力具有一些特殊的方面。是因?yàn)樗鼈兊膶?dǎo)電能力具有一些特殊的方面。 一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) Ge Si 通過一定的工藝可以

4、將半導(dǎo)體制成通過一定的工藝可以將半導(dǎo)體制成晶體晶體。 現(xiàn)代電子學(xué)中用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它現(xiàn)代電子學(xué)中用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它 們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。 本征半導(dǎo)體：本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。 在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體 點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其 它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原 子之間形成子之間形成共價(jià)鍵共價(jià)鍵，共用

5、一對(duì)價(jià)電子。，共用一對(duì)價(jià)電子。 硅和鍺的硅和鍺的 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 共價(jià)鍵共共價(jià)鍵共 用電子對(duì)用電子對(duì) +4+4 +4+4 +4+4表示除表示除 去價(jià)電子去價(jià)電子 后的原子后的原子 形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié) 構(gòu)。構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。 共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)、共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)、 由于熱激發(fā)而由于熱激發(fā)而 產(chǎn)生的自由電子產(chǎn)生的自由電子 自由電子移走后自由電子移走后 而留下的空穴而留下的空穴 共價(jià)鍵共價(jià)鍵 共有價(jià)電子所形共

6、有價(jià)電子所形 成的束縛作用成的束縛作用 v共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱 為為束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成 為為自由電子自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少， 所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。 v在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠 的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子自由電子，同，同 時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴空

7、穴。 v本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自自 由電子由電子和和空穴空穴?？昭◣А？昭◣д娬?，運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于正電荷，運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于正電荷 的運(yùn)動(dòng)。的運(yùn)動(dòng)。 +4+4 +4+4 在其它力的作用下，在其它力的作用下， 空穴吸引附近的電子空穴吸引附近的電子 來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果 相當(dāng)于空穴的遷移，相當(dāng)于空穴的遷移， 而空穴的遷移相當(dāng)于而空穴的遷移相當(dāng)于 正電荷的移動(dòng)，因此正電荷的移動(dòng)，因此 可以認(rèn)為空穴是載流可以認(rèn)為空穴是載流 子。子。 v本征半導(dǎo)體的載流子濃度受溫度的影響很大，是本征半導(dǎo)體的載流子濃度受溫度的影響很大，是 影響半導(dǎo)體導(dǎo)電性能

8、的重要因素。影響半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的重要因素。 v在本征半導(dǎo)體中有在本征半導(dǎo)體中有電子電子和和空穴空穴2種載流子，而種載流子，而金屬金屬 導(dǎo)體中只有電子一種載流子導(dǎo)體中只有電子一種載流子，但在本征半導(dǎo)體中，但在本征半導(dǎo)體中 載流子的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者，所以導(dǎo)電能力不如載流子的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于后者，所以導(dǎo)電能力不如 金屬。金屬。 v雜質(zhì)半導(dǎo)體：雜質(zhì)半導(dǎo)體：在純凈的半導(dǎo)體單晶體中有選擇地在純凈的半導(dǎo)體單晶體中有選擇地 摻入微量雜質(zhì)元素，并控制摻入的雜質(zhì)元素?fù)饺胛⒘侩s質(zhì)元素，并控制摻入的雜質(zhì)元素 的種的種 類和數(shù)量。類和數(shù)量。 雜質(zhì)可以提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，并可以精準(zhǔn)的雜質(zhì)可以提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，并可以精準(zhǔn)

9、的 控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力?？刂瓢雽?dǎo)體的導(dǎo)電能力。 v根據(jù)加入的雜質(zhì)不同可以分為根據(jù)加入的雜質(zhì)不同可以分為N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體和和P型半型半 導(dǎo)體導(dǎo)體。 在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷（或在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷（或 銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代， 磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的 半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子，這個(gè) 電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子， 這樣磷原

10、子就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)這樣磷原子就成了不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè) 磷原子給出一個(gè)電子，因此也稱為磷原子給出一個(gè)電子，因此也稱為施主原子施主原子。 雜質(zhì)原子提供的多雜質(zhì)原子提供的多 余電子余電子 雜質(zhì)原子失去一個(gè)雜質(zhì)原子失去一個(gè) 電子成為正離子電子成為正離子 N型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) N N 型半導(dǎo)體中的載流子是什么？型半導(dǎo)體中的載流子是什么？ 因?yàn)閾诫s濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，因?yàn)閾诫s濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度， 所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。 自由電子稱為自由電子稱為多數(shù)載流子多數(shù)載流子（多子多子） 空穴稱

11、為空穴稱為少數(shù)載流子少數(shù)載流子（少子少子）。）。 v在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或 銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代， 硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體 原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可 能吸引束縛電子來填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移能吸引束縛電子來填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移 動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，因此動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，因此 也稱為也稱為受主原子受主原子

12、。 鄰近電子只空位留鄰近電子只空位留 下可移動(dòng)空穴下可移動(dòng)空穴 可移動(dòng)的空穴可移動(dòng)的空穴 雜質(zhì)原電子接受一雜質(zhì)原電子接受一 個(gè)電子成為負(fù)離子個(gè)電子成為負(fù)離子 P型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) P P 型半導(dǎo)體中的載流子是什么？型半導(dǎo)體中的載流子是什么？ P 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中空穴空穴是是多子多子，電子電子是是少子少子。 雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。 但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。 近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。 v載流子的漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。載流子

13、的漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。 v漂移運(yùn)動(dòng)：漂移運(yùn)動(dòng)： 在電場(chǎng)力的作用下，半導(dǎo)體中的載流子產(chǎn)生在電場(chǎng)力的作用下，半導(dǎo)體中的載流子產(chǎn)生 定向運(yùn)動(dòng)。形成的電流叫漂移電流。電場(chǎng)越強(qiáng)，定向運(yùn)動(dòng)。形成的電流叫漂移電流。電場(chǎng)越強(qiáng)， 載流子漂移速度越高；載流子的濃度越大，參與載流子漂移速度越高；載流子的濃度越大，參與 漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目越多，漂移電流就越大。漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目越多，漂移電流就越大。 v擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)： 當(dāng)半導(dǎo)體受光照射或有載流子從外界注入時(shí)，當(dāng)半導(dǎo)體受光照射或有載流子從外界注入時(shí)， 半導(dǎo)體內(nèi)載流子濃度分布不均勻。這時(shí)載流子從半導(dǎo)體內(nèi)載流子濃度分布不均勻。這時(shí)載流子從 濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)

14、域運(yùn)動(dòng)。載流子擴(kuò)散濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動(dòng)。載流子擴(kuò)散 運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為擴(kuò)散電流。運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為擴(kuò)散電流。 P型區(qū)型區(qū) 空間空間 電荷區(qū)電荷區(qū) N型區(qū)型區(qū) 自建電場(chǎng)自建電場(chǎng) 空穴是多數(shù)載流子空穴是多數(shù)載流子自由電子是多數(shù)載流子自由電子是多數(shù)載流子 空間電荷區(qū)是個(gè)載流子缺少的地區(qū)，所以電阻率很高，是高空間電荷區(qū)是個(gè)載流子缺少的地區(qū)，所以電阻率很高，是高 阻區(qū)。也把它叫做耗盡層、勢(shì)壘區(qū)、阻擋層等。阻區(qū)。也把它叫做耗盡層、勢(shì)壘區(qū)、阻擋層等。 P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

15、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E 漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng) 擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電 荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電 荷區(qū)越寬。荷區(qū)越寬。 內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移 運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空 間電荷區(qū)變薄。間電荷區(qū)變薄。 空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)， 也稱耗盡層。也稱耗盡層。 漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng) P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E 所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡， 相當(dāng)于

16、兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚 度固定不變。度固定不變。 1 1、空間電荷區(qū)中沒有載流子。、空間電荷區(qū)中沒有載流子。 2 2、空間電荷區(qū)中內(nèi)電場(chǎng)阻礙、空間電荷區(qū)中內(nèi)電場(chǎng)阻礙P P中的空穴、中的空穴、N區(qū)區(qū) 中的中的 電子（電子（都是多子都是多子）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)）。）。 3 3、P 區(qū)中的電子和區(qū)中的電子和 N區(qū)中的空穴（區(qū)中的空穴（都是少都是少），數(shù)），數(shù) 量有限，因此由它們形成的電流很小。量有限，因此由它們形成的電流很小。 + + + + RE PN 結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) 外電場(chǎng)外電場(chǎng) 變薄變薄 P

17、N + _ 內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子 的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成 較大的擴(kuò)散電流。較大的擴(kuò)散電流。 PN 結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置 + + + + 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng) 外電場(chǎng)外電場(chǎng) 變厚變厚 NP + _ 內(nèi)電場(chǎng)被被加強(qiáng)，多子內(nèi)電場(chǎng)被被加強(qiáng)，多子 的擴(kuò)散受抑制。少子漂的擴(kuò)散受抑制。少子漂 移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有 限，只能形成較小的反限，只能形成較小的反 向電流。向電流。 RE PN 結(jié)結(jié)加正向電壓（正向偏置加正向電壓（正向偏置)的意思就是的意思就是： P 區(qū)接電區(qū)接電 壓正極和壓正極和N 區(qū)接電壓負(fù)極。區(qū)接電壓負(fù)極。 PN 結(jié)結(jié)加反向電壓（反向偏置）加反向電壓（反

18、向偏置）的意思就是：的意思就是： P 區(qū)接電區(qū)接電 壓負(fù)極和壓負(fù)極和N 區(qū)接電壓正極。區(qū)接電壓正極。 PN結(jié)結(jié)單向?qū)щ娦缘慕Y(jié)論：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦缘慕Y(jié)論： 外加正向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)變窄，流過一個(gè)較大外加正向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)變窄，流過一個(gè)較大 的正向電流。的正向電流。 外加反向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)變寬，流過一個(gè)很小外加反向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)變寬，流過一個(gè)很小 的反向飽和電流。的反向飽和電流。 1.結(jié)電容結(jié)電容 在外加反向電壓時(shí)作用顯著，而外加正向電壓在外加反向電壓時(shí)作用顯著，而外加正向電壓 時(shí)作用不明顯。時(shí)作用不明顯。 無線電接收設(shè)備中的自動(dòng)頻率控制，就是應(yīng)用無線電接收設(shè)備中的自動(dòng)頻率控制，就是應(yīng)用

19、結(jié)電容大小的變化來達(dá)到自動(dòng)調(diào)諧的目的。結(jié)電容大小的變化來達(dá)到自動(dòng)調(diào)諧的目的。 2. 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容 與通過其中的電流成正比。與通過其中的電流成正比。 在在PNPN結(jié)正向?qū)〞r(shí)擴(kuò)散電容的數(shù)值較大，反向結(jié)正向?qū)〞r(shí)擴(kuò)散電容的數(shù)值較大，反向 截止時(shí)擴(kuò)散電容的數(shù)值較小可以忽略。截止時(shí)擴(kuò)散電容的數(shù)值較小可以忽略。 陽極陽極 N型鍺片型鍺片 陰極陰極 引線引線 引線引線 陽極陽極 陰極陰極 引線引線 引線引線 陽極a k陰極 陽極引線陽極引線 PN結(jié)結(jié) 金銻合金金銻合金 底座底座 陰極引線陰極引線 (a)(a) 觸絲觸絲 外殼外殼 鋁合金鋁合金 小球小球 （b） N型硅 P N P型支持襯底型支持襯底

20、（c） （d） 陽極陽極a ka k陰極陰極 （a）點(diǎn)接觸型；（點(diǎn)接觸型；（b）面接觸型；（面接觸型；（c）平面型；（平面型；（d）符號(hào)符號(hào) 由一個(gè)由一個(gè)PN結(jié)外加電極引線組成結(jié)外加電極引線組成結(jié)構(gòu)和類型。結(jié)構(gòu)和類型。 正向特性正向特性 死區(qū)電壓死區(qū)電壓 （硅：（硅：0.5V；鍺；鍺0.1V） 反向特性反向特性 加反向電壓，反向電流很小。加反向電壓，反向電流很小。 反向擊穿特性反向擊穿特性 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR一般在幾十一般在幾十 伏以上。伏以上。 VT 正向特性正向特性 二極管的伏安特性曲線二極管的伏安特性曲線 反向特性反向特性 0 V I I 正向電流正向電流反向電流反向電流 正

21、向電壓正向電壓 反向電壓反向電壓 未導(dǎo)通未導(dǎo)通 未完全導(dǎo)通未完全導(dǎo)通 硅管：硅管：0.7V 鍺管：鍺管：0.3V 正向?qū)妷赫驅(qū)妷?E R D 正向電流正向電流 E R D 反向電流反向電流 - -+ + - -+ + 二極管的基本特性：二極管的基本特性：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?在二極管兩端加正向電壓在二極管兩端加正向電壓在二極管兩端加反向電壓在二極管兩端加反向電壓 可忽略不可忽略不 計(jì)計(jì) 單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?二極管的單向?qū)ㄐ远O管的單向?qū)ㄐ?1. 最大整流電流最大整流電流IFM 二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正 向平均電流。向平均電

22、流。 2. 最高反向工作電壓最高反向工作電壓 UBR 二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流 劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?。手?cè)上給出的劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?。手?cè)上給出的 最高反向工作電壓最高反向工作電壓UWRM一般是一般是UBR的一半。的一半。 3. 最大反向電流最大反向電流 IRM 反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響， 溫度越高反向電流越大。硅二極管的反向飽和電流溫度越高反向電流越大。硅二極管的反向飽和電流 一般為一般為nA數(shù)量級(jí)，而鍺二極管的反向飽和電流一般數(shù)量級(jí)，而鍺二極管的反向飽和電流一

23、般 為為uA數(shù)量級(jí)。數(shù)量級(jí)。 當(dāng)二極管的工作頻率超過這個(gè)數(shù)值時(shí)，二極管當(dāng)二極管的工作頻率超過這個(gè)數(shù)值時(shí)，二極管 將失去單向?qū)щ娦?。它主要由將失去單向?qū)щ娦?。它主要由PN結(jié)的結(jié)電容和擴(kuò)散結(jié)的結(jié)電容和擴(kuò)散 電容的大小來決定。電容的大小來決定。 4. 最高工作頻率最高工作頻率FM 5. 微變電阻微變電阻 rD iD uD ID UD Q iD uD rD 是二極管特性曲線上工是二極管特性曲線上工 作點(diǎn)作點(diǎn)Q 附近電壓的變化與附近電壓的變化與 電流的變化之比：電流的變化之比： D D D i u r 顯然，顯然，rD是是Q附近的微小變附近的微小變 化區(qū)域內(nèi)的電阻?；瘏^(qū)域內(nèi)的電阻。 6. 二極管的極間電

24、容二極管的極間電容 二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成： 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容CB和和擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容CD。 勢(shì)壘電容：勢(shì)壘電容：勢(shì)壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時(shí)，勢(shì)壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時(shí)， 就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出 的電容是的電容是勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容。 擴(kuò)散電容：擴(kuò)散電容：為了形成正向電流為了形成正向電流 （擴(kuò)散電流），注入（擴(kuò)散電流），注入P 區(qū)的少子區(qū)的少子 （電子）在（電子）在P 區(qū)有濃度差，越靠區(qū)有濃度差，越靠 近近PN結(jié)濃度越大，即在結(jié)濃

25、度越大，即在P 區(qū)有電區(qū)有電 子的積累。同理，在子的積累。同理，在N區(qū)有空穴的區(qū)有空穴的 積累。正向電流大，積累的電荷積累。正向電流大，積累的電荷 多。多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散 電容電容CD。 P +- N CB在正向和反向偏置時(shí)均不能忽略。而反向偏置在正向和反向偏置時(shí)均不能忽略。而反向偏置 時(shí)，由于載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容可忽略。時(shí)，由于載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容可忽略。 PN結(jié)高頻小信號(hào)時(shí)的等效電路：結(jié)高頻小信號(hào)時(shí)的等效電路： 勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電 容的綜合效應(yīng)容的綜合效應(yīng) rd 二極管：死區(qū)電壓二極管：死區(qū)電壓=0 .5V，正向壓降正向壓降 0.7V

26、(硅二極管硅二極管) 理想二極管：死區(qū)電壓理想二極管：死區(qū)電壓=0 ，正向壓降，正向壓降=0 RL uiuo ui uo t t 二極管的應(yīng)用舉例：二極管的應(yīng)用舉例：二極管半波整流二極管半波整流 D D K U (a)(b) D K 理想二極管等效電路理想二極管等效電路 考慮正向壓降的等效考慮正向壓降的等效 U I IZ IZmax UZ IZ 穩(wěn)壓穩(wěn)壓 誤差誤差 曲線越陡，曲線越陡， 電壓越穩(wěn)電壓越穩(wěn) 定。定。 + - UZ 動(dòng)態(tài)電阻：動(dòng)態(tài)電阻： Z Z I U Z r rz越小，穩(wěn)壓越小，穩(wěn)壓 性能越好。性能越好。 穩(wěn)壓二極管是在反向擊穿狀態(tài)下工作的二極管。穩(wěn)壓二極管是在反向擊穿狀態(tài)下工作

27、的二極管。 Z 穩(wěn)壓二極管電路符號(hào)穩(wěn)壓二極管電路符號(hào) 穩(wěn)壓二極管實(shí)物圖穩(wěn)壓二極管實(shí)物圖 在電路中穩(wěn)壓管只有與適當(dāng)?shù)碾娮柽B接才能起到穩(wěn)壓作用。在電路中穩(wěn)壓管只有與適當(dāng)?shù)碾娮柽B接才能起到穩(wěn)壓作用。 (1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ (2) 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓 。 rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 (3) (3) 最小穩(wěn)定工作最小穩(wěn)定工作 電流電流IZmin 保證穩(wěn)壓管擊穿所對(duì)應(yīng)的電流，若保證穩(wěn)壓管擊穿所對(duì)應(yīng)的電流，若IZIZmin則不能穩(wěn)壓。則不能穩(wěn)壓。 超

28、過超過Izmax穩(wěn)壓管會(huì)因功耗過大而燒壞穩(wěn)壓管會(huì)因功耗過大而燒壞 。 (4) (4) 最大穩(wěn)定工作電流最大穩(wěn)定工作電流IZmax Z Z I U Z r （5 5）電壓溫度系數(shù)）電壓溫度系數(shù) U U（%/） 穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。 （6 6）最大允許功耗）最大允許功耗 maxZZZM IUP 負(fù)載電阻負(fù)載電阻 。要求要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā) 生生 20%波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變。波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變。 uo iZDZ R iL i ui RL 5mA 20mA, V,10 min max z zzW I IU 穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù)穩(wěn)壓管

29、的技術(shù)參數(shù): 2k L R 解：解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmax 求：電阻求：電阻R和輸入電壓和輸入電壓 ui 的的正常值。正常值。 mA25 max L ZW z R U Ii 102521RUiRu. zWi 方程方程1 令令輸入電壓降到下限時(shí)，流輸入電壓降到下限時(shí)，流 過穩(wěn)壓管的電流為過穩(wěn)壓管的電流為Izmin mA10 min L ZW z R U Ii 101080RUiRu. zWi 方程方程2 uo iZDZ R iL i ui RL 聯(lián)立方程聯(lián)立方程1、2，可解得：，可解得： k50V7518.R,.ui v肖特基二

30、極管肖特基二極管：金屬半導(dǎo)體結(jié)。具有單向?qū)щ娦?。：金屬半?dǎo)體結(jié)。具有單向?qū)щ娦浴?特點(diǎn)：儲(chǔ)存電荷時(shí)間小，開關(guān)時(shí)間短特點(diǎn)：儲(chǔ)存電荷時(shí)間小，開關(guān)時(shí)間短 死區(qū)電壓很小，死區(qū)電壓很小，0.3V左右。左右。 v變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管：反向偏置時(shí)電阻很大。：反向偏置時(shí)電阻很大。 特點(diǎn)：電容數(shù)值很小，用于高頻電路。特點(diǎn)：電容數(shù)值很小，用于高頻電路。 v發(fā)光二極管發(fā)光二極管：多用于工程中。：多用于工程中。 特點(diǎn)：光的頻率較高，波長(zhǎng)較短呈綠色。特點(diǎn)：光的頻率較高，波長(zhǎng)較短呈綠色。 死區(qū)電壓比普通二極管高，死區(qū)電壓比普通二極管高，1.6V以上。以上。 應(yīng)用時(shí)在二極管加正向電壓，并接入相應(yīng)的限流電阻，應(yīng)用時(shí)在二極管加

31、正向電壓，并接入相應(yīng)的限流電阻， 發(fā)光強(qiáng)度基本上和正向電流大小成線性關(guān)系。發(fā)光強(qiáng)度基本上和正向電流大小成線性關(guān)系。 v光電二極管光電二極管：工作在反向電壓下。：工作在反向電壓下。反向電流隨光照強(qiáng)度反向電流隨光照強(qiáng)度 的增加而上升。的增加而上升。 用于光控器件和光電轉(zhuǎn)換器件，又叫光敏二極管。用于光控器件和光電轉(zhuǎn)換器件，又叫光敏二極管。 兩個(gè)兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成：結(jié)構(gòu)成： e：發(fā)射區(qū) b：基區(qū) c：集電區(qū) 集電集電結(jié)結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié) 基區(qū)基區(qū) 集電區(qū)集電區(qū) 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 三極三極: 三區(qū)三區(qū): 兩結(jié)兩結(jié): 發(fā)射極發(fā)射極e e(Emitter), , 基極基極b b(Base), , 集電極集電極c c(C

32、ollector) 發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)集電結(jié) NNP B E C 兩種類型兩種類型:NPN和和PNP PNP電路符號(hào)電路符號(hào) NPN電路符號(hào)電路符號(hào) B E C IB IE IC B E C IB IE IC v發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于集電區(qū)摻雜濃度，集電區(qū)摻發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于集電區(qū)摻雜濃度，集電區(qū)摻 雜濃度大于基區(qū)摻雜濃度。雜濃度大于基區(qū)摻雜濃度。 v基區(qū)必須很薄，一般只要幾個(gè)微米，雜質(zhì)濃度低?；鶇^(qū)必須很薄，一般只要幾個(gè)微米，雜質(zhì)濃度低。 v集電區(qū)的面積較大，利于收集載流子。集電區(qū)的面積較大，利于收集載流子。 v上面說的這上面說的這3個(gè)特點(diǎn)是晶體管有放大作用的基礎(chǔ)。個(gè)特點(diǎn)是晶體管有放大作用的

33、基礎(chǔ)。 作為一個(gè)具有放大能力的元件，晶體管在結(jié)作為一個(gè)具有放大能力的元件，晶體管在結(jié) 構(gòu)上必須：構(gòu)上必須： 晶體管的電流分配關(guān)系和放大作用晶體管的電流分配關(guān)系和放大作用: 為了實(shí)現(xiàn)放大作用必須給晶體管的發(fā)射結(jié)加正向電壓為了實(shí)現(xiàn)放大作用必須給晶體管的發(fā)射結(jié)加正向電壓(P區(qū)接區(qū)接 正正)，集電結(jié)加反向電壓，集電結(jié)加反向電壓(N區(qū)接正區(qū)接正)。有以下幾種接法。有以下幾種接法: 圖圖3-13 三極管在放大電路中的三種連接方式三極管在放大電路中的三種連接方式 （a）共基極；（共基極；（b）共發(fā)射極；（共發(fā)射極；（c）共集電極共集電極 (a) (b) (c) b c c e b b ce V V V e

34、以以共射接法為例來分析晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律共射接法為例來分析晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律 和電流分配。和電流分配。 1.發(fā)射結(jié)處于正向偏置：發(fā)射結(jié)處于正向偏置： （Vbb正極接基極正極接基極b，負(fù)極接發(fā)射極）負(fù)極接發(fā)射極） 2.集電結(jié)處于反向偏置：集電結(jié)處于反向偏置： （Vcc正極接集電極正極接集電極c，負(fù)極接發(fā)射極）負(fù)極接發(fā)射極） 其中其中Vcc的數(shù)值比的數(shù)值比Vbb的數(shù)值大很多的數(shù)值大很多 基區(qū)很薄、發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)高于基區(qū)、集電區(qū)基區(qū)很薄、發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)高于基區(qū)、集電區(qū) 的面積較大。的面積較大。 電流放大原理電流放大原理 B E C N N P EB RB EC IE 基區(qū)空穴基區(qū)

35、空穴 向發(fā)射區(qū)向發(fā)射區(qū) 的擴(kuò)散可的擴(kuò)散可 忽略。忽略。 IBE 進(jìn)入進(jìn)入P區(qū)的電子區(qū)的電子 少部分與基區(qū)的少部分與基區(qū)的 空穴復(fù)合，形成空穴復(fù)合，形成 電流電流IBE ，多數(shù)多數(shù) 擴(kuò)散到集電結(jié)。擴(kuò)散到集電結(jié)。 發(fā)射結(jié)正發(fā)射結(jié)正 偏，發(fā)射偏，發(fā)射 區(qū)電子不區(qū)電子不 斷向基區(qū)斷向基區(qū) 擴(kuò)散，形擴(kuò)散，形 成發(fā)射極成發(fā)射極 電流電流IE。 B E C N N P EB RB EC IE 集電結(jié)反偏，有集電結(jié)反偏，有 少子形成的反向少子形成的反向 電流電流ICBO。 ICBO IC=ICE+ICBO ICE IBE ICE 從基區(qū)擴(kuò)從基區(qū)擴(kuò) 散來的電散來的電 子作為集子作為集 電結(jié)的少電結(jié)的少 子，漂移

36、子，漂移 進(jìn)入集電進(jìn)入集電 結(jié)而被收結(jié)而被收 集，形成集，形成 ICE。 IB=IBE-ICBO IBE IB B E C N N P EB RB EC IE ICBO ICE IC=ICE+ICBO ICE IBE 1. 發(fā)射發(fā)射 發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)有大量的自由電子越過發(fā)射結(jié)向發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)有大量的自由電子越過發(fā)射結(jié)向 基區(qū)擴(kuò)散，而基區(qū)中的空穴向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電基區(qū)擴(kuò)散，而基區(qū)中的空穴向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電 流流IE 。 由于基區(qū)空穴濃度很低，基區(qū)的多子對(duì)發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散 由于基區(qū)空穴濃度很低，基區(qū)的多子對(duì)發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散 可以忽略不計(jì)?？梢院雎圆挥?jì)。 2.復(fù)合復(fù)合 在擴(kuò)散過程中，有

37、部分電子遇到基區(qū)的空穴并和它復(fù)在擴(kuò)散過程中，有部分電子遇到基區(qū)的空穴并和它復(fù) 合。而在基區(qū)的電源的正極又不斷從基區(qū)拉走電子，也就合。而在基區(qū)的電源的正極又不斷從基區(qū)拉走電子，也就 是不斷的給基區(qū)供給空穴。形成了基極電流是不斷的給基區(qū)供給空穴。形成了基極電流IB 。 3. 收集收集 由發(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)的電子，開始時(shí)都聚集在靠近發(fā)射由發(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)的電子，開始時(shí)都聚集在靠近發(fā)射 結(jié)的一邊，而靠近集電結(jié)一邊的自由電子很少，由于濃度結(jié)的一邊，而靠近集電結(jié)一邊的自由電子很少，由于濃度 上的差別，自由電子將繼續(xù)向集電結(jié)一方擴(kuò)散。上的差別，自由電子將繼續(xù)向集電結(jié)一方擴(kuò)散。 由于集電結(jié)反偏，外電場(chǎng)的方向?qū)⒆柚辜?/p>

38、電區(qū)的多子由于集電結(jié)反偏，外電場(chǎng)的方向?qū)⒆柚辜妳^(qū)的多子 向基區(qū)運(yùn)動(dòng)，有利于將擴(kuò)散到集電結(jié)的自由電子收集到集向基區(qū)運(yùn)動(dòng)，有利于將擴(kuò)散到集電結(jié)的自由電子收集到集 電極，形成集電極電流電極，形成集電極電流IC 。 4.少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng) 在外電場(chǎng)的作用下，漂移運(yùn)動(dòng)形成的反向電流，稱為反在外電場(chǎng)的作用下，漂移運(yùn)動(dòng)形成的反向電流，稱為反 向飽和電流。數(shù)值很小向飽和電流。數(shù)值很小,可以忽略不計(jì)?？梢院雎圆挥?jì)。 1、晶體管的電流分配關(guān)系：、晶體管的電流分配關(guān)系： IE = IC + IB 重要的關(guān)系：重要的關(guān)系： iC / iB 代表代表 iC 對(duì)對(duì) iB 的控制作用，的控制作用， 越大，控

39、制作用越強(qiáng)。越大，控制作用越強(qiáng)。 IE = (1 + ) IB 晶體管的放大作用：晶體管的放大作用：本質(zhì)就是它對(duì)電流的控制作用。本質(zhì)就是它對(duì)電流的控制作用。 PNP型晶體管：型晶體管：電源極性不同，電流方向不同于電源極性不同，電流方向不同于NPN型。型。 e b c 兩個(gè)二極管能否代兩個(gè)二極管能否代 替一個(gè)三極管？替一個(gè)三極管？ 不能！不能！ 2. 放大條件放大條件 內(nèi)部?jī)?nèi)部條件？條件？ 三區(qū)摻雜不同！三區(qū)摻雜不同！ 發(fā)射結(jié)正發(fā)射結(jié)正偏，偏，集電結(jié)反偏。集電結(jié)反偏。 對(duì)對(duì)NPN型：型：VC VB VE 對(duì)對(duì)PNP型：型：VC VB VE 外部外部條件：條件： iR/ A c b IE e V

40、IC IB UBB UCE RB R C 80 60 40 20 0 0.2 0.4 0.6 0.8 uBE/V uCE=0V uCE1V 25 iC/mA 4 3 2.3 2 1.5 1 0 2 4 6 8 uBE/V iB=20 A 25 飽和區(qū)飽和區(qū) 放大區(qū)放大區(qū) 100 60 40 截止區(qū)截止區(qū) i C i B 80 Q （a） （b） （c） NPN管的共射極特性曲線管的共射極特性曲線 （輸入、輸出回路共基極）（輸入、輸出回路共基極） （a）電路圖；（電路圖；（b）輸入特性曲線；（輸入特性曲線；（c）輸出特性曲線輸出特性曲線 一、一、輸入特性輸入特性 UCE 1V IB( A) UB

41、E(V) 20 40 60 80 0.40.8 工作壓降：工作壓降： 硅管硅管 UBE 0.60.8V,鍺鍺 管管UBE 0.20.3V UCE=0V UCE =0.5V 死區(qū)電死區(qū)電 壓，硅管壓，硅管 0.5V，鍺鍺 管管0.1V UCE不變時(shí)，呈指數(shù)關(guān)系曲線不變時(shí)，呈指數(shù)關(guān)系曲線 UCE增大時(shí)，曲線右移增大時(shí)，曲線右移 iB=f(uBE) UCE=const (2) (2) 當(dāng)當(dāng)UCE1V時(shí)，時(shí)， UCB= UCE - UBE0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀 態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的UBE下下iB減小，特減小，特 性曲線右移。性曲

42、線右移。 (1) (1) 當(dāng)當(dāng)UCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。 共射極連接共射極連接 二、二、輸出特性輸出特性 IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V)3 6912 IB=0 20 A 40 A 60 A 80 A 100 A 此區(qū)域滿此區(qū)域滿 足足IC= IB 稱為線性稱為線性 區(qū)（放大區(qū)（放大 區(qū)）區(qū)） 當(dāng)當(dāng)UCE大于一大于一 定的數(shù)值時(shí)，定的數(shù)值時(shí)， IC只與只與IB有關(guān)，有關(guān)， IC= IB iC=f(uCE) IB=const IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V)3 6912 IB=0 20 A 40 A 60 A 80

43、 A 100 A 此區(qū)域中此區(qū)域中UCE UBE, 集電結(jié)正偏，集電結(jié)正偏， IBIC， ，UCE 0.3V 稱為飽和區(qū)稱為飽和區(qū) IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V)3 6912 IB=0 20 A 40 A 60 A 80 A 100 A 此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO, UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止區(qū)截止區(qū)：UBE 死區(qū)電壓且集電結(jié)反偏，死區(qū)電壓且集電結(jié)反偏， 此時(shí)此時(shí) IB=0 ， IC=ICEO 0 應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)uCE增大到某一值時(shí)，增大到某一值時(shí)，iC將急劇增加，將急劇增加， 這時(shí)三極管發(fā)生擊穿。這時(shí)三極管發(fā)生擊穿。 例例：測(cè)量三極

44、管三個(gè)電極對(duì)地電位如圖。試判斷：測(cè)量三極管三個(gè)電極對(duì)地電位如圖。試判斷 三極管的工作狀態(tài)。三極管的工作狀態(tài)。 放大截止飽和 1.1.電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) 共射直流放大系數(shù)共射直流放大系數(shù) 共射交流電流放大系數(shù) constU B C CE I I 當(dāng)當(dāng)ICBO和和ICEO很小時(shí)，很小時(shí)， B C I I 537 040 51 B C . . . I I 40 040060 5132 B C . . I I ICBO A + EC 指發(fā)射極開路，集電極與基極之間加反向電壓時(shí)產(chǎn)生的電流指發(fā)射極開路，集電極與基極之間加反向電壓時(shí)產(chǎn)生的電流 是基極開路，集電極與發(fā)射極間加反向電壓時(shí)的集電極電流是基極

45、開路，集電極與發(fā)射極間加反向電壓時(shí)的集電極電流 B E C N N P ICBO ICEO= IBE+ICBO IBE IBE ICBO進(jìn)入進(jìn)入N區(qū)，區(qū)， 形成形成IBE。 根據(jù)放大關(guān)系，由根據(jù)放大關(guān)系，由 于于IBE的存在，必有的存在，必有 電流電流 IBE。 集電結(jié)反集電結(jié)反 偏有偏有ICBO 當(dāng)集當(dāng)集-射極之間的電壓射極之間的電壓UCE超過一定的數(shù)值時(shí)，三超過一定的數(shù)值時(shí)，三 極管就會(huì)被擊穿。手冊(cè)上給出的數(shù)值是極管就會(huì)被擊穿。手冊(cè)上給出的數(shù)值是25 C、基基 極開路時(shí)的擊穿電壓極開路時(shí)的擊穿電壓U(BR)CEO。 3 2 ICM U(BR)CEO 安全工作區(qū)安全工作區(qū) IC UCE O

46、溫度對(duì)晶體管參數(shù)的影響溫度對(duì)晶體管參數(shù)的影響 溫度對(duì)溫度對(duì)ICBO的影響的影響 這個(gè)電流是少數(shù)載流子形成的電流，大小與電子濃度有關(guān)這個(gè)電流是少數(shù)載流子形成的電流，大小與電子濃度有關(guān) 溫度對(duì)溫度對(duì) 的影響的影響 溫度升高時(shí)溫度升高時(shí) 隨之增大隨之增大 溫度對(duì)基射極間正向電壓的影響溫度對(duì)基射極間正向電壓的影響 溫度升高時(shí)，對(duì)于同樣的發(fā)射極電流，晶體管所需溫度升高時(shí)，對(duì)于同樣的發(fā)射極電流，晶體管所需UBE減少減少 三極管工作于放大區(qū)三極管工作于放大區(qū)：具有電流放大作用，是放大電路的：具有電流放大作用，是放大電路的 核心元件。等效電路下一章學(xué)習(xí)。核心元件。等效電路下一章學(xué)習(xí)。 三極管工作于飽和區(qū)與截止

47、區(qū)三極管工作于飽和區(qū)與截止區(qū)：具有開關(guān)作用，在脈沖數(shù)：具有開關(guān)作用，在脈沖數(shù) 字電路中可以構(gòu)成各種開關(guān)電路。字電路中可以構(gòu)成各種開關(guān)電路。 飽和等效飽和等效 截止等效截止等效 v肖特基三極管肖特基三極管 一個(gè)雙極型三極管的基極與集電極間并聯(lián)一個(gè)肖特基二一個(gè)雙極型三極管的基極與集電極間并聯(lián)一個(gè)肖特基二 極管?？梢允谷龢O管的開關(guān)時(shí)間大為縮短。極管。可以使三極管的開關(guān)時(shí)間大為縮短。 v光敏三極管光敏三極管 電流受外部光照控制?；鶇^(qū)的面積較大，發(fā)射區(qū)面積較電流受外部光照控制?；鶇^(qū)的面積較大，發(fā)射區(qū)面積較 小。小。 v光電耦合管光電耦合管 由發(fā)光二極管和光電二極管或光電三極管組成。優(yōu)點(diǎn)是由發(fā)光二極管和光

48、電二極管或光電三極管組成。優(yōu)點(diǎn)是 信號(hào)回路與輸出回路完全隔離，可以各自采用獨(dú)立的電信號(hào)回路與輸出回路完全隔離，可以各自采用獨(dú)立的電 源系統(tǒng)。適合于長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸。源系統(tǒng)。適合于長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸。 場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件, ,多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，多子導(dǎo)電，輸入阻抗高， 溫度穩(wěn)定性好。溫度穩(wěn)定性好。 三極管是電流控制元件，多數(shù)載流子和少數(shù)載流三極管是電流控制元件，多數(shù)載流子和少數(shù)載流 子都參與運(yùn)行，所以被稱為雙極型器件。子都參與運(yùn)行，所以被稱為雙極型器件。 增強(qiáng)型增強(qiáng)型 耗盡型耗盡型 N溝道溝道 P溝道溝道 N溝道溝道 P溝道溝道 N溝道溝道 P溝道溝道 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 絕

49、緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 絕緣型場(chǎng)效應(yīng)管：金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)稱絕緣型場(chǎng)效應(yīng)管：金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)稱MOS管。管。 P NN GSD P型基底型基底 兩個(gè)兩個(gè)N區(qū)區(qū) SiO2絕緣層絕緣層 導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道 金屬鋁金屬鋁 G S D N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 S DG P N+N+ SiO 型襯底 DS U GS U 2 =0 空穴正離子電子負(fù)離子 + uGS0時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道。時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道。 令漏源電壓令漏源電壓uDS=0，加入柵源電壓加入柵源電壓uGS。 uGS排斥空穴，形成一層負(fù)離子層排斥空穴，形成一層負(fù)離子層 （耗盡層）。（耗盡層）。 感生電子

50、電荷，在漏源之間形成導(dǎo)電感生電子電荷，在漏源之間形成導(dǎo)電 溝道。稱為溝道。稱為反型層反型層。 若加上若加上uDS ，就會(huì)有漏極電流就會(huì)有漏極電流 iD產(chǎn)生。產(chǎn)生。 反型層反型層 0 DS U S DG P N+N+ SiO 型襯底 DS U GS U 2 =0 空穴正離子電子負(fù)離子 + 0 DS U 當(dāng)當(dāng)uGS較小時(shí)，較小時(shí)， iD0 當(dāng)當(dāng)uGS增加到一定數(shù)值使增加到一定數(shù)值使 iD 剛剛 剛出現(xiàn)，對(duì)應(yīng)的剛出現(xiàn)，對(duì)應(yīng)的UGS稱為稱為開啟開啟 電壓電壓，用，用UGS(th)或或UT表示。表示。 改變改變uGS改變溝道影響改變溝道影響iD ： uGS對(duì)對(duì)iD有控制作用。有控制作用。 設(shè)設(shè)uGSUG

51、S(th)，增加增加uDS，溝道變化如下：溝道變化如下： S DG P N+N+ SiO2 型襯底 DS U + GS U GS(th) U 空穴正離子電子負(fù)離子 uDS從漏到源逐漸降落在溝道內(nèi)，漏從漏到源逐漸降落在溝道內(nèi)，漏 極和襯底之間反偏最大，極和襯底之間反偏最大，PN結(jié)的寬結(jié)的寬 度最大。度最大。 漏源之間會(huì)形成一個(gè)傾斜的漏源之間會(huì)形成一個(gè)傾斜的PN結(jié)區(qū)結(jié)區(qū) 預(yù)夾斷 D I 預(yù)夾斷預(yù)夾斷 uDS UDS再，再， iD基本不變基本不變，增加的增加的UDS 基本上降落在夾斷區(qū)。基本上降落在夾斷區(qū)。 uDS較大出現(xiàn)較大出現(xiàn) 夾斷時(shí)，夾斷時(shí)，iD趨于飽和。趨于飽和。 uDS較小時(shí)，較小時(shí)，iD

52、迅速增大；迅速增大； iD/mA 區(qū)區(qū) 區(qū)區(qū) 區(qū)區(qū) 5V 4V uGS=3V uDS=10V 4 iD/mA 3 0 4 8 12 16 20 uDS/V 0 2 4 6 uGS/V 2 3 1 2 1 （a） （b） N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線 （a）輸出特性曲線；（輸出特性曲線；（b）轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線 可變電阻區(qū)：當(dāng)可變電阻區(qū)：當(dāng) uGSVT，工作于工作于 這個(gè)區(qū)域這個(gè)區(qū)域 夾斷夾斷區(qū)：當(dāng)區(qū)：當(dāng)uGSVT時(shí)，時(shí)， 管子不導(dǎo)電。管子不導(dǎo)電。 恒流區(qū)：當(dāng)恒流區(qū)：當(dāng)uGS升高升高 到一定大小時(shí)，漏極到一定大小時(shí)，漏極 電流不再增加。電流不再增加

53、。 擊穿區(qū)：由于漏極與襯底之擊穿區(qū)：由于漏極與襯底之 間的間的PN結(jié)反向偏置，電壓結(jié)反向偏置，電壓 過高而擊穿所致。過高而擊穿所致。 轉(zhuǎn)移特性：因?yàn)闆]有輸入電流，所以用輸入電壓和輸出電流轉(zhuǎn)移特性：因?yàn)闆]有輸入電流，所以用輸入電壓和輸出電流 來表示，故叫轉(zhuǎn)移特性。來表示，故叫轉(zhuǎn)移特性。 N N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSMOS管的基本特性管的基本特性 u uGS GS U UT T，管子截止管子截止 u uGS GS U UT T，管子導(dǎo)通管子導(dǎo)通 u uGS GS 越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓 越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓 u uDS DS作用下，漏極電流 作用下，漏極電流I ID D越

54、大越大 N 溝道耗盡型溝道耗盡型 P NN GSD 預(yù)埋了導(dǎo)預(yù)埋了導(dǎo) 電溝道電溝道 G S D 在柵極下方的SiO2層中摻入了大量的金屬正離子。所以 當(dāng)uGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出了溝道。只要有漏源 電壓，就有漏極電流存在。 N PP GSD G S D P 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 P 溝道耗盡型溝道耗盡型 N PP GSD G S D 預(yù)埋了導(dǎo)預(yù)埋了導(dǎo) 電溝道電溝道 P P N g d s Rd iD較大較大 UDD P P N g d s Rd iD減小減小 UDD U G G PP g d s Rd iD0 UDD U G G （a） （b） （c） N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理 （a）uGS0時(shí)；（時(shí)；（b）uGS0時(shí)；（時(shí)；（c）uGS為某一負(fù)值時(shí)，導(dǎo)電溝道被為某一負(fù)值時(shí)，導(dǎo)電溝道被“夾斷夾斷 ” S為載流子的發(fā)射源為載流子的發(fā)射源 d為載流子由此處流出為載流子由此處流出 由于在柵極和源極間加入了一個(gè)負(fù)電壓由于在柵極和源極間加入了一個(gè)負(fù)電壓