第1章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)

1、模擬電子技術(shù)（第模擬電子技術(shù)（第2版）版） 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 1.3 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 1.4 場效應(yīng)管場效應(yīng)管 半導(dǎo)體導(dǎo)電具有的特點：半導(dǎo)體導(dǎo)電具有的特點： 熱敏性：當(dāng)半導(dǎo)體材料受外界熱刺激時，熱敏性：當(dāng)半導(dǎo)體材料受外界熱刺激時， 其導(dǎo)電能力將發(fā)生顯著改變；其導(dǎo)電能力將發(fā)生顯著改變； 光敏性：當(dāng)半導(dǎo)體材料受外界光照射時，光敏性：當(dāng)半導(dǎo)體材料受外界光照射時， 其導(dǎo)電能力將發(fā)生顯著改變；其導(dǎo)電能力將發(fā)生顯著改變； 摻雜性：在純凈半導(dǎo)體材料中，摻入微量摻雜性：在純凈半導(dǎo)體材料中，摻入微量 雜質(zhì)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力會有顯著增加。雜質(zhì)，半導(dǎo)體

2、的導(dǎo)電能力會有顯著增加。 完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體材料完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體材料 稱為本征半導(dǎo)體。稱為本征半導(dǎo)體。 1本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)及共價鍵本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)及共價鍵 2本征激發(fā)和兩種載流子本征激發(fā)和兩種載流子自由電自由電 子和空穴子和空穴 在本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴成在本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴成 對出現(xiàn)，數(shù)目相同。對出現(xiàn)，數(shù)目相同。 圖圖1.1 1.1 硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)和共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)和共價鍵結(jié)構(gòu) 圖圖1.2 1.2 本征激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對本征激發(fā)產(chǎn)生電子空穴對 空穴也是一種載流子?？昭ㄒ彩且环N載流子。 半導(dǎo)體材料中空穴越多，其導(dǎo)電能力半導(dǎo)體材料中空穴越

3、多，其導(dǎo)電能力 也就越強。也就越強。 半導(dǎo)體中存在兩種載流子，一種是帶負半導(dǎo)體中存在兩種載流子，一種是帶負 電的自由電子，另一種是帶正電的空穴，電的自由電子，另一種是帶正電的空穴， 它們都可以運載電荷形成電流。它們都可以運載電荷形成電流。 本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴相伴產(chǎn)本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴相伴產(chǎn) 生，數(shù)目相同。生，數(shù)目相同。 一定溫度下，本征半導(dǎo)體中電子空穴對一定溫度下，本征半導(dǎo)體中電子空穴對 的產(chǎn)生與復(fù)合相對平衡，電子空穴對的數(shù)的產(chǎn)生與復(fù)合相對平衡，電子空穴對的數(shù) 目相對穩(wěn)定。目相對穩(wěn)定。 溫度升高，激發(fā)的電子空穴對數(shù)目增加，溫度升高，激發(fā)的電子空穴對數(shù)目增加， 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力

4、增強。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力增強。 空穴的出現(xiàn)是半導(dǎo)體導(dǎo)電區(qū)別導(dǎo)體導(dǎo)空穴的出現(xiàn)是半導(dǎo)體導(dǎo)電區(qū)別導(dǎo)體導(dǎo) 電的一個主要特征。電的一個主要特征。 圖圖1.3 1.3 束縛電子填補空穴的運動束縛電子填補空穴的運動 雜質(zhì)半導(dǎo)體分為兩類：電子型（雜質(zhì)半導(dǎo)體分為兩類：電子型（N型）型） 半導(dǎo)體和空穴型（半導(dǎo)體和空穴型（P型）半導(dǎo)體。型）半導(dǎo)體。 N型半導(dǎo)體中，自由電子為多數(shù)載流型半導(dǎo)體中，自由電子為多數(shù)載流 子，簡稱為多子；空穴為少數(shù)載流子，簡子，簡稱為多子；空穴為少數(shù)載流子，簡 稱為少子。稱為少子。 N型半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電。型半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電。 P型半導(dǎo)體中，空穴為多數(shù)載流子型半導(dǎo)體中，空穴為多數(shù)

5、載流子 （多子），自由電子為少數(shù)載流子（少（多子），自由電子為少數(shù)載流子（少 子）。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。 圖圖1.4 N1.4 N型半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)型半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu) 圖圖1.5 P1.5 P型半導(dǎo)體共價鍵結(jié)構(gòu)型半導(dǎo)體共價鍵結(jié)構(gòu) 1PN結(jié)的形成結(jié)的形成 多數(shù)載流子因濃度上的差異而形成的多數(shù)載流子因濃度上的差異而形成的 運動稱為擴散運動，如圖運動稱為擴散運動，如圖1.6所示。所示。 圖圖1.6 P1.6 P型和型和N N型半導(dǎo)體交界處載流子的擴散型半導(dǎo)體交界處載流子的擴散 P區(qū)和區(qū)和N區(qū)在交界面的兩側(cè)形成一個不區(qū)在交界面的兩側(cè)形成一個不 能移動的帶異性電

6、荷的離子層，此離子層能移動的帶異性電荷的離子層，此離子層 被稱為空間電荷區(qū)，這就是所謂的被稱為空間電荷區(qū)，這就是所謂的PN結(jié)，結(jié)， 如圖如圖1.7所示。所示。 圖圖1.7 PN1.7 PN結(jié)的形成結(jié)的形成 少數(shù)載流子在內(nèi)電場作用下有規(guī)則的少數(shù)載流子在內(nèi)電場作用下有規(guī)則的 運動稱為漂移運動。運動稱為漂移運動。 漂移運動和擴散運動的方向相反。漂移運動和擴散運動的方向相反。 （1）PN結(jié)外加正向電壓結(jié)外加正向電壓 PN結(jié)結(jié)P端接高電位，端接高電位，N端接低電位，端接低電位， 稱稱PN結(jié)外加正向電壓，又稱結(jié)外加正向電壓，又稱PN結(jié)正向偏結(jié)正向偏 置，簡稱為正偏，如圖置，簡稱為正偏，如圖1.8所示。所示

7、。 圖圖1.8 PN1.8 PN結(jié)外加正向電壓結(jié)外加正向電壓 PN結(jié)正向?qū)〞r，通過結(jié)正向?qū)〞r，通過PN結(jié)的電流結(jié)的電流 （正向電流）大，而（正向電流）大，而PN結(jié)呈現(xiàn)的電阻（正結(jié)呈現(xiàn)的電阻（正 向電阻）小。向電阻）小。 PN結(jié)結(jié)P端接低電位，端接低電位，N端接高電位，端接高電位， 稱稱PN結(jié)外加反向電壓，又稱結(jié)外加反向電壓，又稱PN結(jié)反向偏結(jié)反向偏 置，簡稱為反偏，如圖置，簡稱為反偏，如圖1.9。 圖圖1.9 PN1.9 PN結(jié)外加反向電壓結(jié)外加反向電壓 PN結(jié)反向截止時，通過結(jié)反向截止時，通過PN結(jié)的電流結(jié)的電流 （反向電流）小，而（反向電流）小，而PN結(jié)呈現(xiàn)的電阻（反結(jié)呈現(xiàn)的電阻（反

8、向電阻）大。向電阻）大。 因為環(huán)境溫度愈高，少數(shù)載流子的數(shù)因為環(huán)境溫度愈高，少數(shù)載流子的數(shù) 目愈多，所以溫度對反向電流的影響很大。目愈多，所以溫度對反向電流的影響很大。 結(jié)論：結(jié)論：PN結(jié)的單向?qū)щ娦允侵附Y(jié)的單向?qū)щ娦允侵窹N結(jié)外加結(jié)外加 正向電壓時處于導(dǎo)通狀態(tài)，外加反向電壓正向電壓時處于導(dǎo)通狀態(tài)，外加反向電壓 時處于截止?fàn)顟B(tài)。時處于截止?fàn)顟B(tài)。 1.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)及符號二極管的結(jié)構(gòu)及符號 二極管同二極管同PN結(jié)一樣具有單向?qū)щ娦?。結(jié)一樣具有單向?qū)щ娦浴?圖圖1.10 1.10 不同結(jié)構(gòu)的各類二極管不同結(jié)構(gòu)的各類二極管 圖圖1.11所示為二極管的符號。所示為二極管的符號。 由由P端引出的電

9、極是正極，由端引出的電極是正極，由N端引出端引出 的電極是負極，箭頭的方向表示正向電流的電極是負極，箭頭的方向表示正向電流 的方向，的方向，VD是二極管的文字符號。是二極管的文字符號。 根據(jù)使用的不同，二極管的外形各異，根據(jù)使用的不同，二極管的外形各異， 圖圖1.12所示為幾種常見的二極管外形。所示為幾種常見的二極管外形。 圖圖1.12 1.12 常見的二極管外形常見的二極管外形 有關(guān)半導(dǎo)體二極管器件型號命名的方法，有關(guān)半導(dǎo)體二極管器件型號命名的方法， 參見本書附錄參見本書附錄B實用資料速查實用資料速查B1部分。部分。 1二極管的伏安特性二極管的伏安特性 二極管兩端的電壓二極管兩端的電壓U及其

10、流過二極管的及其流過二極管的 電流電流I之間的關(guān)系曲線，稱為二極管的伏安之間的關(guān)系曲線，稱為二極管的伏安 特性。特性。 如圖如圖1.13所示，當(dāng)二極管所加正向電所示，當(dāng)二極管所加正向電 壓比較小時（壓比較小時（0UUth），二極管上流經(jīng)），二極管上流經(jīng) 的電流為的電流為0，管子仍截止，此區(qū)域稱為死區(qū)，管子仍截止，此區(qū)域稱為死區(qū)， Uth稱為死區(qū)電壓（門坎電壓）。稱為死區(qū)電壓（門坎電壓）。 硅二極管的硅二極管的Uth約為約為0.5V，鍺二極管的，鍺二極管的 Uth約為約為0.1V。 圖圖1.13 1.13 二極管的伏安特性曲線二極管的伏安特性曲線 硅二極管的正向?qū)▔航导s為硅二極管的正向?qū)▔航?/p>

11、約為0.7V， 鍺二極管的正向?qū)▔航导s為鍺二極管的正向?qū)▔航导s為0.3V。 二極管外加反向電壓時，反向電流很二極管外加反向電壓時，反向電流很 ?。ㄐ。↖IS），而且在相當(dāng)寬的反向電壓范），而且在相當(dāng)寬的反向電壓范 圍內(nèi)，反向電流幾乎不變，因此稱此電流圍內(nèi)，反向電流幾乎不變，因此稱此電流 值為二極管的反向飽和電流。值為二極管的反向飽和電流。 這時二極管呈現(xiàn)的電阻很大，認為管這時二極管呈現(xiàn)的電阻很大，認為管 子處于截止?fàn)顟B(tài)。子處于截止?fàn)顟B(tài)。 當(dāng)反向電壓的值增大到當(dāng)反向電壓的值增大到UBR時，反向時，反向 電壓值稍有增大，反向電流會急劇增大，電壓值稍有增大，反向電流會急劇增大， 稱此現(xiàn)象為反向擊

12、穿，稱此現(xiàn)象為反向擊穿，UBR稱為反向擊穿稱為反向擊穿 電壓。電壓。 二極管是對溫度非常敏感的器件。二極管是對溫度非常敏感的器件。 隨溫度升高，二極管的正向壓降會減隨溫度升高，二極管的正向壓降會減 小，正向伏安特性左移，反向飽和電流會小，正向伏安特性左移，反向飽和電流會 增大，反向伏安特性下移。增大，反向伏安特性下移。 圖圖1.14所示為溫度對二極管伏安特性所示為溫度對二極管伏安特性 的影響。的影響。 圖圖1.14 1.14 溫度對二極管伏安特性的影響溫度對二極管伏安特性的影響 （1）最大整流電流）最大整流電流 最大整流電流（最大整流電流（IF）是指二極管長期）是指二極管長期 連續(xù)工作時，允許

13、通過二極管的最大正向連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大正向 電流的平均值。電流的平均值。 反向擊穿電壓（反向擊穿電壓（UBR）是指二極管擊）是指二極管擊 穿時的電壓值。穿時的電壓值。 一般手冊中給出的最高反向工作電壓一般手冊中給出的最高反向工作電壓 （峰值）（峰值）URM約為擊穿電壓的一半，以確約為擊穿電壓的一半，以確 保管子安全工作。保管子安全工作。 反向飽和電流（反向飽和電流（IS）是指管子沒有擊）是指管子沒有擊 穿時的反向電流值。穿時的反向電流值。 其值愈小，說明二極管的單向?qū)щ娦云渲涤?，說明二極管的單向?qū)щ娦?愈好。愈好。 1二極管極性的判定二極管極性的判定 若二極管性能良好，但看不出

14、二極管若二極管性能良好，但看不出二極管 的正負極性，可用萬用表的歐姆擋的正負極性，可用萬用表的歐姆擋 （R 100 或或R 1k 擋）測量其極性。擋）測量其極性。 圖圖1.15 1.15 二極管極性的測試二極管極性的測試 用萬用表的歐姆擋（用萬用表的歐姆擋（R 100 或或R 1k 擋）擋） 測量二極管的正、反向電阻。測量二極管的正、反向電阻。 若測得的反向電阻很大（幾百千歐以上），若測得的反向電阻很大（幾百千歐以上）， 正向電阻很小（幾千歐以下），表明二極管性正向電阻很?。◣浊W以下），表明二極管性 能良好。能良好。 若測得的反向電阻和正向電阻都很小，若測得的反向電阻和正向電阻都很小， 表明

15、二極管短路，已損壞。表明二極管短路，已損壞。 若測得的反向電阻和正向電阻都很大，若測得的反向電阻和正向電阻都很大， 表明二極管斷路，已損壞。表明二極管斷路，已損壞。 例題例題1-1：二極管工作狀態(tài)的判定。如圖：二極管工作狀態(tài)的判定。如圖 1.16所示電路，判定電路中硅二極管的工所示電路，判定電路中硅二極管的工 作狀態(tài)，并計算作狀態(tài)，并計算UAB的值。的值。 解：判定二極管工作狀態(tài)的方法：解：判定二極管工作狀態(tài)的方法： 假定斷開二極管，估算其兩端的電位；假定斷開二極管，估算其兩端的電位； 接上二極管判定其是正偏還是反偏。若接上二極管判定其是正偏還是反偏。若 二極管正偏，則導(dǎo)通；否則二極管截止。二

16、極管正偏，則導(dǎo)通；否則二極管截止。 圖圖1.16 1.16 判定二極管的工作狀態(tài)判定二極管的工作狀態(tài) VD正偏導(dǎo)通。正偏導(dǎo)通。UAB=0.7V。 例題例題1-2：二極管低壓穩(wěn)壓應(yīng)用電路。圖：二極管低壓穩(wěn)壓應(yīng)用電路。圖 1.17所示為硅二極管構(gòu)成的低壓穩(wěn)壓電路，所示為硅二極管構(gòu)成的低壓穩(wěn)壓電路， 試計算試計算Uo的值。的值。 圖圖1.17 1.17 二極管低壓穩(wěn)壓電路二極管低壓穩(wěn)壓電路 解：輸出電壓解：輸出電壓Uo為兩個硅二極管的正向?qū)閮蓚€硅二極管的正向?qū)?通壓降之和，即通壓降之和，即Uo=1.4V。 例題例題1-4：二極管限幅電路。圖：二極管限幅電路。圖1.19所示所示 為雙向限幅電路，設(shè)二

17、極管理想，輸入電為雙向限幅電路，設(shè)二極管理想，輸入電 壓為幅度為壓為幅度為15V的正弦波，試對應(yīng)輸入電的正弦波，試對應(yīng)輸入電 壓畫出輸出電壓的波形。壓畫出輸出電壓的波形。 圖圖1.19 1.19 雙向限幅電路雙向限幅電路 1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管又名齊納二極管，簡稱穩(wěn)穩(wěn)壓二極管又名齊納二極管，簡稱穩(wěn) 壓管，穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。壓管，穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。 （1）穩(wěn)壓管的伏安特性和符號）穩(wěn)壓管的伏安特性和符號 圖圖1.20所示為穩(wěn)壓管的伏安特性和符所示為穩(wěn)壓管的伏安特性和符 號。號。 圖圖1.20 1.20 穩(wěn)壓二極管的伏安特性和符號穩(wěn)壓二極管的伏安特性和符號 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓U

18、Z。它是指當(dāng)穩(wěn)壓管中的電流。它是指當(dāng)穩(wěn)壓管中的電流 為規(guī)定值時，穩(wěn)壓管在電路中其兩端產(chǎn)生為規(guī)定值時，穩(wěn)壓管在電路中其兩端產(chǎn)生 的穩(wěn)定電壓值。的穩(wěn)定電壓值。 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ。穩(wěn)定電流為穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)。穩(wěn)定電流為穩(wěn)壓管工作在穩(wěn) 壓狀態(tài)時，穩(wěn)壓管中流過的電流，有最小穩(wěn)壓狀態(tài)時，穩(wěn)壓管中流過的電流，有最小穩(wěn) 定電流定電流IZmin和最大穩(wěn)定電流和最大穩(wěn)定電流IZmax之分。若穩(wěn)之分。若穩(wěn) 壓管中流過的電流小于壓管中流過的電流小于IZmin，穩(wěn)壓管沒有穩(wěn)，穩(wěn)壓管沒有穩(wěn) 壓作用；若穩(wěn)壓管中流過的電流大于壓作用；若穩(wěn)壓管中流過的電流大于IZmax， 穩(wěn)壓管會因過流而損壞。穩(wěn)壓管會因過流而損壞。 耗散功

19、率耗散功率PM。它是指穩(wěn)壓管正常工作時，。它是指穩(wěn)壓管正常工作時， 管子上允許的最大耗散功率。由耗散功率管子上允許的最大耗散功率。由耗散功率 PM和穩(wěn)定電壓和穩(wěn)定電壓UZ可以決定最大穩(wěn)定電流可以決定最大穩(wěn)定電流 IZmax。反向工作時。反向工作時PN結(jié)的功率損耗為結(jié)的功率損耗為 PZ=UZ IZ。 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓時，一定要外加反向電壓，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓時，一定要外加反向電壓， 保證管子工作在反向擊穿區(qū)。當(dāng)外加的反保證管子工作在反向擊穿區(qū)。當(dāng)外加的反 向電壓值大于或等于向電壓值大于或等于UZ時，才能起到穩(wěn)壓時，才能起到穩(wěn)壓 作用；若外加的電壓值小于作用；若外加的電壓值小于UZ，穩(wěn)壓二極，穩(wěn)壓二極 管相當(dāng)于

20、普通的二極管。管相當(dāng)于普通的二極管。 在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，一定要配合限流在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，一定要配合限流 電阻的使用，保證穩(wěn)壓管中流過的電流在電阻的使用，保證穩(wěn)壓管中流過的電流在 規(guī)定的電流范圍之內(nèi)。規(guī)定的電流范圍之內(nèi)。 例題例題1-5：如圖：如圖1.21所示的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，若所示的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，若 限流電阻限流電阻R=1.6k ，UZ=12V，IZmax=18mA，通，通 過穩(wěn)壓管的電流過穩(wěn)壓管的電流IZ等于多少？限流電阻的值是否等于多少？限流電阻的值是否 合適？合適？ 圖圖1.21 1.21 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 解：由圖可得：解：由圖可得： 因為因為IZIZmax，所以限流

21、電阻的值合適。，所以限流電阻的值合適。 Z (20 12)V 5mA 1.6k I 例題例題1-6：穩(wěn)壓管限幅電路。如圖：穩(wěn)壓管限幅電路。如圖1.22所示，所示， 輸入電壓輸入電壓ui為幅度為為幅度為10V的正弦波，電路中的正弦波，電路中 使用兩個穩(wěn)壓管對接，已知使用兩個穩(wěn)壓管對接，已知UZ1=6V， UZ2=3V，穩(wěn)壓二極管的正向?qū)▔航禐?，穩(wěn)壓二極管的正向?qū)▔航禐?0.7V，試對應(yīng)輸入電壓，試對應(yīng)輸入電壓ui畫出輸出電壓畫出輸出電壓uo的的 波形。波形。 圖圖1.22 1.22 穩(wěn)壓二極管限幅電路穩(wěn)壓二極管限幅電路 解：輸出電壓解：輸出電壓uo的波形如圖的波形如圖1.22所示，所示，uo

22、被被 限定在限定在 6.7V+3.7V之間。之間。 1.3.1 三極管的結(jié)構(gòu)及符號三極管的結(jié)構(gòu)及符號 三極管從結(jié)構(gòu)上來講分為兩類：三極管從結(jié)構(gòu)上來講分為兩類：NPN 型和型和PNP型三極管。型三極管。 圖圖1.26 1.26 三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號 符號中發(fā)射極上的箭頭方向，表示發(fā)符號中發(fā)射極上的箭頭方向，表示發(fā) 射結(jié)正偏時電流的流向。射結(jié)正偏時電流的流向。 常見的三極管外形如圖常見的三極管外形如圖1.27所示。所示。 圖圖1.27 1.27 常見的三極管外形常見的三極管外形 有關(guān)半導(dǎo)體三極管器件型號命名方法，參有關(guān)半導(dǎo)體三極管器件型號命名方法，參 見本書附錄見本書附

23、錄B實用資料速查實用資料速查B1部分。部分。 三極管實現(xiàn)放大的外部條件是其發(fā)射三極管實現(xiàn)放大的外部條件是其發(fā)射 結(jié)必須加正向電壓（正偏），而集電結(jié)必結(jié)必須加正向電壓（正偏），而集電結(jié)必 須加反向電壓（反偏）。須加反向電壓（反偏）。 由實驗及測量結(jié)果可以得出以下結(jié)論：由實驗及測量結(jié)果可以得出以下結(jié)論： 滿足關(guān)系：滿足關(guān)系：IE=IC+IB； 定義定義 ， 叫做三極管的直流電流叫做三極管的直流電流 放大系數(shù)。放大系數(shù)。 C B I I 定義定義 ， 稱為三極管的交流電流稱為三極管的交流電流 放大系數(shù)。放大系數(shù)。 一般有三極管的電流放大系數(shù)：一般有三極管的電流放大系數(shù)： 。 穿透電流穿透電流ICEO

24、越小越好。越小越好。 C B I I （1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射自由電子，形成發(fā)）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射自由電子，形成發(fā) 射極電流射極電流IE （2）自由電子在基區(qū)與空穴的復(fù)合形成基）自由電子在基區(qū)與空穴的復(fù)合形成基 極電流極電流IB （3）集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴散過來的自由）集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴散過來的自由 電子，形成集電極電流電子，形成集電極電流IC PNP管與管與NPN管的工作過程類似，只是管的工作過程類似，只是 所加的電壓極性、產(chǎn)生的電流方向與所加的電壓極性、產(chǎn)生的電流方向與NPN管管 剛好相反。剛好相反。 要使三極管具有放大作用，發(fā)射結(jié)必須要使三極管具有放大作用，發(fā)射結(jié)必須 正向偏置，而集電結(jié)必

25、須反向偏置。正向偏置，而集電結(jié)必須反向偏置。 一般有一般有 1。通常認為。通常認為 。 三極管的電流分配及放大關(guān)系式為三極管的電流分配及放大關(guān)系式為 ECB CB III II 圖圖1.29 1.29 三極管內(nèi)部載流子的傳輸與分配三極管內(nèi)部載流子的傳輸與分配 例題例題1-7：在圖：在圖1.28所示的電路中，若測所示的電路中，若測 得得IB=0.025mA，取，取 =50。試計算。試計算IC和和IE的的 值。值。 解：解： ， CB 50 0.0251.25mAII ECB 1.250.0251.275mAIII 1三極管的特性曲線三極管的特性曲線 三極管的特性曲線是指三極管的各電三極管的特性曲

26、線是指三極管的各電 極電壓與電流之間的關(guān)系曲線，它反映出極電壓與電流之間的關(guān)系曲線，它反映出 三極管的特性。三極管的特性。 （1）輸入特性曲線）輸入特性曲線 （2）輸出特性曲線）輸出特性曲線 圖圖1.30 1.30 三極管的輸入特性三極管的輸入特性 圖圖1.31 1.31 三極管的輸出特性三極管的輸出特性 一般把三極管的輸出特性分為三個工一般把三極管的輸出特性分為三個工 作區(qū)域，下面分別介紹。作區(qū)域，下面分別介紹。 截止區(qū)。三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)時，具截止區(qū)。三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)時，具 有以下幾個特點：有以下幾個特點： a發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置；發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置； b若不計穿透電流若不

27、計穿透電流ICEO，有，有IB、IC近似為近似為0； c三極管的集電極和發(fā)射極之間電阻很大，三極管的集電極和發(fā)射極之間電阻很大， 三極管相當(dāng)于一個開關(guān)斷開。三極管相當(dāng)于一個開關(guān)斷開。 放大區(qū)。三極管工作在放大狀態(tài)時，具有放大區(qū)。三極管工作在放大狀態(tài)時，具有 以下特點：以下特點： a三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向 偏置；偏置； b基極電流基極電流IB微小的變化會引起集電極電微小的變化會引起集電極電 流流IC較大的變化，有電流關(guān)系式：較大的變化，有電流關(guān)系式： ； CB II c對對NPN型的三極管，有電位關(guān)系型的三極管，有電位關(guān)系 ； d對對NPN型硅三極管

28、有發(fā)射結(jié)電壓型硅三極管有發(fā)射結(jié)電壓 ， 鍺三極管有鍺三極管有 。 CBE UUU BE 0.7VU BE 0.2VU 飽和區(qū)。三極管工作在飽和狀態(tài)時具有飽和區(qū)。三極管工作在飽和狀態(tài)時具有 如下特點：如下特點： a三極管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正向偏置；三極管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正向偏置； b三極管的電流放大能力下降，通常三極管的電流放大能力下降，通常 有有 ； CB II cUCE的值很小，稱此時的電壓的值很小，稱此時的電壓UCE為三為三 極管的飽和壓降，用極管的飽和壓降，用UCES表示。一般硅三表示。一般硅三 極管的極管的UCES約為約為0.3V，鍺三極管的，鍺三極管的UCES約約 為為0.1V。

29、d三極管的集電極和發(fā)射極近似短接，三三極管的集電極和發(fā)射極近似短接，三 極管類似于一個開關(guān)導(dǎo)通。極管類似于一個開關(guān)導(dǎo)通。 三極管作為開關(guān)使用時，通常工作在三極管作為開關(guān)使用時，通常工作在 截止和飽和導(dǎo)通狀態(tài)；作為放大元件使用截止和飽和導(dǎo)通狀態(tài)；作為放大元件使用 時，一般要工作在放大狀態(tài)。時，一般要工作在放大狀態(tài)。 例題例題1-8：一個工作在放大狀態(tài)中的三極：一個工作在放大狀態(tài)中的三極 管，已經(jīng)測得其管，已經(jīng)測得其3個引出端的電位分別為個引出端的電位分別為 3.5V、6.6V和和2.8V。試問此三極管。試問此三極管 為什么類型？為什么類型？3個引出端分別對應(yīng)管子的什個引出端分別對應(yīng)管子的什 么電

30、極？么電極？ 解：因為管子工作在放大區(qū)，而且有解：因為管子工作在放大區(qū)，而且有6.6V 3.5V2.8V，所以根據(jù)放大狀態(tài)的特點，所以根據(jù)放大狀態(tài)的特點， 端應(yīng)該對應(yīng)三極管的基極端應(yīng)該對應(yīng)三極管的基極b；端對應(yīng)三極端對應(yīng)三極 管的集電極管的集電極c。端對應(yīng)三極管的發(fā)射極端對應(yīng)三極管的發(fā)射極e； 此三極管為此三極管為NPN型的硅管。型的硅管。 （1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)）共發(fā)射極電流放大系數(shù) 和和 C B I I C B I I 一般一般，其值大約在，其值大約在2020100100。 （2）極間反向電流）極間反向電流 集電極基極間的反向飽和電流集電極基極間的反向飽和電流ICBO。 ICBO對溫度

31、十分敏感，該值越小，三極管對溫度十分敏感，該值越小，三極管 的溫度特性越好。的溫度特性越好。 集電極發(fā)射極間的穿透電流集電極發(fā)射極間的穿透電流ICEO。有關(guān)。有關(guān) 系系 。 ICEO同同ICBO一樣隨溫度的升高而增大。一樣隨溫度的升高而增大。 CEOCBO (1)II （3）極限參數(shù)）極限參數(shù) 集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM。 集電極最大允許功率損耗集電極最大允許功率損耗PCM。 如圖如圖1.32所示，虛線為管子的允許功所示，虛線為管子的允許功 率損耗線，虛線以內(nèi)的區(qū)域表示管子工作率損耗線，虛線以內(nèi)的區(qū)域表示管子工作 時的安全區(qū)域。時的安全區(qū)域。 反向擊穿電壓。反向擊穿電壓。 隨溫

32、度的升高，三極管的輸入特性具隨溫度的升高，三極管的輸入特性具 有負的溫度特性，即在相同的基極電流有負的溫度特性，即在相同的基極電流IB 下，下，UBE的值會隨溫度的升高而減小。的值會隨溫度的升高而減小。 對于三極管的輸出特性，隨溫度的升對于三極管的輸出特性，隨溫度的升 高高值會增大。值會增大。 溫度每升高一度，溫度每升高一度，值大約增大值大約增大1%。 反向電流會隨溫度的升高而增大，溫反向電流會隨溫度的升高而增大，溫 度每升高度每升高1，反向飽和電流將增加一倍。，反向飽和電流將增加一倍。 例題例題1-9：某一三極管的：某一三極管的PCM=100mW， ICM=20mA，U（ （BR）CEO=1

33、5V。試問在下列幾種情 。試問在下列幾種情 況下，哪種是正常工作？況下，哪種是正常工作？UCE=3V，IC=10mA； UCE=2V，IC=40mA；UCE=6V，IC=20mA。 解：解： 對于對于：因為：因為UCEU（ （BR）CEO， ，ICICM， PC=ICUCE=30mWPCM，所以是正常工作。，所以是正常工作。 對于對于：雖然有：雖然有UCEU（ （BR）CEO， ， PC=ICUCE=80mWPCM，但，但IC=40mA ICM=20mA，因此不是正常工作。，因此不是正常工作。 對于對于：雖然有：雖然有UCEU（ （BR）CEO， ， IC=20mAICM=20mA，但，但 P

34、C=ICUCE=120mWPCM，因此也不是正，因此也不是正 常工作。常工作。 圖圖1.33 1.33 溫度對三極管輸入特性的影響溫度對三極管輸入特性的影響 圖圖1.34 1.34 溫度對三極管輸出特性的影響溫度對三極管輸出特性的影響 對中、小功率三極管，可用萬用表的對中、小功率三極管，可用萬用表的 R 100 或或R 1k 擋測量。擋測量。 對于大功率三極管，可用萬用表的對于大功率三極管，可用萬用表的 R 1 或或R 10 電阻擋測量。電阻擋測量。 （1）測量極間電阻）測量極間電阻 （2）三極管的穿透電流）三極管的穿透電流ICEO大小的判斷大小的判斷 （3）電流放大系數(shù)）電流放大系數(shù)的估計的

35、估計 （1）判定基極和管型）判定基極和管型 （2）判定集電極）判定集電極c和發(fā)射極和發(fā)射極e 圖圖1.35所示為判別三極管所示為判別三極管c、e電極的電極的 原理圖。原理圖。 圖圖1.35 1.35 判別三極管判別三極管c c、e e電極的原理圖電極的原理圖 場效應(yīng)管同三極管一樣，也是一種放場效應(yīng)管同三極管一樣，也是一種放 大器件。大器件。 三極管是一種電流控制器件，它利用三極管是一種電流控制器件，它利用 基極電流對集電極電流的控制作用來實現(xiàn)基極電流對集電極電流的控制作用來實現(xiàn) 放大；放大； 場效應(yīng)管則是一種電壓控制器件，它利場效應(yīng)管則是一種電壓控制器件，它利 用電場效應(yīng)來控制其電流的大小，從

36、而實現(xiàn)用電場效應(yīng)來控制其電流的大小，從而實現(xiàn) 放大。放大。 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，場效應(yīng)管分為兩大類，根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，場效應(yīng)管分為兩大類， 結(jié)型場效應(yīng)管和絕緣柵場效應(yīng)管。結(jié)型場效應(yīng)管和絕緣柵場效應(yīng)管。 結(jié)型場效應(yīng)管分為結(jié)型場效應(yīng)管分為N溝道結(jié)型管和溝道結(jié)型管和P溝溝 道結(jié)型管。道結(jié)型管。 它們都具有它們都具有3個電極：柵極、源極和漏個電極：柵極、源極和漏 極。極。 1結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與符號結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與符號 2N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理溝道結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理 當(dāng)柵源電壓當(dāng)柵源電壓UGS=0時時 當(dāng)當(dāng)UGS0時時 圖圖1.38 N1.38 N溝道結(jié)型管的結(jié)構(gòu)與符號溝道結(jié)型管的結(jié)構(gòu)與符號 圖圖

37、1.39 P1.39 P溝道結(jié)型管的結(jié)構(gòu)與符號溝道結(jié)型管的結(jié)構(gòu)與符號 圖圖1.40 1.40 U UGS GS=0 =0時的導(dǎo)電溝道時的導(dǎo)電溝道 圖圖1.41 1.41 U UGS GS0 0時的導(dǎo)電溝道時的導(dǎo)電溝道 調(diào)整柵源電壓調(diào)整柵源電壓UGS的值，可以改變導(dǎo)電的值，可以改變導(dǎo)電 溝道的寬度，從而調(diào)整溝道的導(dǎo)通電阻。溝道的寬度，從而調(diào)整溝道的導(dǎo)通電阻。 當(dāng)當(dāng)UP0時時 圖圖1.42 1.42 U UGS GS U UP P時的導(dǎo)電溝道時的導(dǎo)電溝道 圖圖1.43 1.43 U UGS GS和 和U UDS DS共同作用的情況 共同作用的情況 為實現(xiàn)場效應(yīng)管柵源電壓對漏極電流為實現(xiàn)場效應(yīng)管柵源

38、電壓對漏極電流 的控制作用，結(jié)型場效應(yīng)管在工作時，柵的控制作用，結(jié)型場效應(yīng)管在工作時，柵 極和源極之間的極和源極之間的PN結(jié)必須反向偏置。結(jié)必須反向偏置。 （1）輸出特性曲線）輸出特性曲線 場效應(yīng)管的輸出特性可分為場效應(yīng)管的輸出特性可分為4個區(qū)域：個區(qū)域： 可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、截止區(qū)（夾斷區(qū)）可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、截止區(qū)（夾斷區(qū)） 和擊穿區(qū)。和擊穿區(qū)。 在場效應(yīng)管的在場效應(yīng)管的UDS一定時，一定時，ID與與UGS之之 間的關(guān)系稱為轉(zhuǎn)移特性，如圖間的關(guān)系稱為轉(zhuǎn)移特性，如圖1.45所示，所示， 它反映了場效應(yīng)管柵源電壓對漏極電流的它反映了場效應(yīng)管柵源電壓對漏極電流的 控制作用?？刂谱饔?。 圖圖1.4

39、4 N1.44 N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的輸出特性溝道結(jié)型場效應(yīng)管的輸出特性 圖圖1.45 N1.45 N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性溝道結(jié)型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性 當(dāng)當(dāng)UGS=0V時，導(dǎo)電溝道電阻最小，時，導(dǎo)電溝道電阻最小，ID 最大，稱此電流為場效應(yīng)管的飽和漏極電最大，稱此電流為場效應(yīng)管的飽和漏極電 流流IDSS。 當(dāng)當(dāng)UGS=UP時，導(dǎo)電溝道被完全夾斷，時，導(dǎo)電溝道被完全夾斷， 溝道電阻最大，此時溝道電阻最大，此時ID=0，稱，稱UP為夾斷電為夾斷電 壓。壓。 夾斷電壓夾斷電壓UP。當(dāng)。當(dāng)UDS為某一固定值時（一為某一固定值時（一 般取般取10V），使漏極電流），使漏極電流ID近似為零的柵源近似為零

40、的柵源 電壓值稱為電壓值稱為UP。 飽和漏極電流飽和漏極電流IDSS。當(dāng)。當(dāng)UDS為某一固定值為某一固定值 時（一般取時（一般取10V），），UGS=0時所對應(yīng)的漏極時所對應(yīng)的漏極 電流稱為電流稱為IDSS。它是結(jié)型場效應(yīng)管所能輸出。它是結(jié)型場效應(yīng)管所能輸出 的最大電流。的最大電流。 直流輸入電阻直流輸入電阻RGS。它是指柵源之間所。它是指柵源之間所 加的一定電壓與柵源電流的比值。加的一定電壓與柵源電流的比值。 最大耗散功率最大耗散功率PDM。它是指管子允許的。它是指管子允許的 最大耗散功率。最大耗散功率。 低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)gm。gm為為UDS一定時，漏極電一定時，漏極電 流的變化量與柵源電壓

41、變化量的比值，即流的變化量與柵源電壓變化量的比值，即 D DS GS | I gm U U gm反映了場效應(yīng)管柵源電壓對漏極電反映了場效應(yīng)管柵源電壓對漏極電 流的控制及放大作用，單位是流的控制及放大作用，單位是mS（毫西門（毫西門 子）。子）。 漏源擊穿電壓漏源擊穿電壓U（ （BR）DS。 。 柵源擊穿電壓柵源擊穿電壓U（ （BR）GS。 。 絕緣柵場效應(yīng)管分為增強型和耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管分為增強型和耗盡型 兩種，每一種又包括兩種，每一種又包括N溝道和溝道和P溝道兩種類溝道兩種類 型。型。 增強型增強型MOS管是指場效應(yīng)管的柵源電管是指場效應(yīng)管的柵源電 壓壓UGS=0時，管子沒有導(dǎo)電溝道，加上

42、電時，管子沒有導(dǎo)電溝道，加上電 壓壓UDS，沒有漏極電流，沒有漏極電流ID產(chǎn)生。產(chǎn)生。 管子需要一定的柵源電壓來開啟導(dǎo)電管子需要一定的柵源電壓來開啟導(dǎo)電 溝道。溝道。 耗盡型耗盡型MOS管是指場效應(yīng)管的柵源電管是指場效應(yīng)管的柵源電 壓壓UGS=0時，管子的導(dǎo)電溝道已經(jīng)存在，加時，管子的導(dǎo)電溝道已經(jīng)存在，加 上電壓上電壓UDS，就會有漏極電流，就會有漏極電流ID產(chǎn)生。產(chǎn)生。 不需要開啟導(dǎo)電溝道。不需要開啟導(dǎo)電溝道。 （1）結(jié)構(gòu)與符號）結(jié)構(gòu)與符號 圖圖1.46 N1.46 N溝道增強型溝道增強型MOSMOS管的結(jié)構(gòu)與符號管的結(jié)構(gòu)與符號 符號中的箭頭表示從符號中的箭頭表示從P區(qū)（襯底）指區(qū)（襯底）指

43、 向向N區(qū)（區(qū)（N溝道），虛線表示增強型。溝道），虛線表示增強型。 圖圖1.47 N1.47 N溝道增強型溝道增強型MOSMOS管加?xùn)旁措妷汗芗訓(xùn)旁措妷篣 UGS GS 形成導(dǎo)電溝道所需要的最小柵源電壓形成導(dǎo)電溝道所需要的最小柵源電壓 UGS，稱為開啟電壓，稱為開啟電壓UT。 此類管子，在柵源電壓此類管子，在柵源電壓UGS=0時，時，D、 S間沒有導(dǎo)電溝道。間沒有導(dǎo)電溝道。 UGSUT時，才有溝道形成，因此稱此時，才有溝道形成，因此稱此 類管子為增強型管。類管子為增強型管。 （1）結(jié)構(gòu)、符號與工作原理）結(jié)構(gòu)、符號與工作原理 圖圖1.48 N1.48 N溝道增強型溝道增強型MOSMOS管的輸出特性管的輸出特性 圖圖1.49 N1.49 N溝道增強型溝道增強型MOSMOS管的轉(zhuǎn)移特性管的轉(zhuǎn)移特性 圖圖1.50所示為所示為N溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管的管的 結(jié)構(gòu)與符號，箭頭表示由結(jié)構(gòu)與符號，箭頭表示由P區(qū)指向區(qū)指向N，實線，實線 表示耗盡型。表示耗盡型。 圖圖1.50 N1.50 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSMOS管的結(jié)構(gòu)與符號管的結(jié)構(gòu)與符號 圖圖1.51 N1.51 N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSMOS管的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性管的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性 耗盡型耗盡型MOS管工作時，其柵源電壓管工作時，其柵源電壓UGS 可以為可以為0，也可