半導(dǎo)體原理(1)

1、(1-1) 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 1.3 雙極型雙極型三極管三極管 1.5 單單結(jié)晶體管和晶閘管結(jié)晶體管和晶閘管 1.4 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管第一章第一章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 1.6 集成電路中的元器件集成電路中的元器件(1-2)1.1.1 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體 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，金屬一般都是導(dǎo)體。屬一般都是導(dǎo)體。 有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)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。 另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣

2、體另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為之間，稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。硫化物、氧化物等。1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)(1-3) 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。比如：以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。比如：熱敏性、光敏性、摻雜性。熱敏性、光敏性、摻雜性。當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。電能力明顯變化。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。(1

3、-4)1.1.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和現(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)。鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。GeSi(1-5)通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可以將半導(dǎo)體通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可以將半導(dǎo)體制成制成晶體晶體。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，稱為稱為本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體。在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成在硅和鍺晶體中，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，晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子而四個(gè)其它原子位于四

4、面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成與其相臨的原子之間形成共價(jià)鍵共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)，共用一對(duì)價(jià)電子。電子。(1-6)硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)(1-7)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即子，即自由電子自由電子和和空穴空穴。溫度越高，載流子的濃度越高。因此本溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。的一大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的本征半導(dǎo)

5、體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。濃度。(1-8)在其它力的作用下，空穴吸引臨近的電子來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果在其它力的作用下，空穴吸引臨近的電子來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載以認(rèn)為空穴是載流子。流子。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理(1-9)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(1-10)共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為鍵中，稱為束縛電

6、子束縛電子，常溫下束縛電子很難，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為脫離共價(jià)鍵成為自由電子自由電子，因此本征半導(dǎo)體，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)電中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。能力很弱。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電形成共價(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)。子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，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。使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4(1-11)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在絕對(duì)在絕對(duì)0度（度（T=0K）和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí)）和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí),價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)

7、體價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒(méi)有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即中沒(méi)有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子載流子），），它的導(dǎo)電能力為它的導(dǎo)電能力為0，相當(dāng)于絕緣體。，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子在常溫下，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，成獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為為自由電子自由電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為稱為空穴空穴。(1-12)+4+4+4+4本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子(1-13)1.1.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，在本征

8、半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。大大增加。使自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體使自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為稱為N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體（電子半導(dǎo)體），使空穴濃（電子半導(dǎo)體），使空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體（空穴半導(dǎo)體）。（空穴半導(dǎo)體）。(1-14)N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷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（或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體

9、原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，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)與相臨的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，其中四個(gè)與相臨的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，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，這樣磷原子很容易被激發(fā)而成為自由電子，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，稱為子給出一個(gè)電子，稱為施主原子施主原子。(1-15)+4+4+5+4N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子(1-16)N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體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

10、什么？1、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同相同。2、本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。、本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。3、摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，、摻雜濃度遠(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。自由電所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為子稱為多數(shù)載流子多數(shù)載流子（多子多子），空穴稱為），空穴稱為少數(shù)載少數(shù)載流子流子（少子少子）。）。(1-17)P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如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)體原子被硼（或銦），晶體點(diǎn)陣中的

11、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，與雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相臨的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空相臨的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子來(lái)填補(bǔ)，使得穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子來(lái)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，所以稱為原子接受電子，所以稱為受主原子受主原子。(1-18)+4+4+3+4空穴空穴P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體硼原子硼原子(1-19)總總 結(jié)結(jié)1、N型半導(dǎo)體中電子是多子，其中大部分是摻雜提型半導(dǎo)體中電子是多子，其中大部分是摻雜提供的電子，本征半導(dǎo)體中受激產(chǎn)

12、生的電子只占少供的電子，本征半導(dǎo)體中受激產(chǎn)生的電子只占少數(shù)。數(shù)。 N型半導(dǎo)體中空穴是少子，少子的遷移也能型半導(dǎo)體中空穴是少子，少子的遷移也能形成電流，由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要形成電流，由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子是多子。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。2、P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。(1-20)雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體(1-21)一一. PN 結(jié)的形成結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型型半導(dǎo)體和半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)

13、體，經(jīng)過(guò)載流子的擴(kuò)散，型半導(dǎo)體，經(jīng)過(guò)載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。結(jié)。1.1.3 PN結(jié)結(jié)(1-22)P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)PN結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)(1-23)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。漂移運(yùn)動(dòng)P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)EPN結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。使空間電荷區(qū)變薄。(1-

14、24)漂移運(yùn)動(dòng)P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)EPN結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)結(jié)處載流子的運(yùn)動(dòng)所以擴(kuò)散和漂所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，相當(dāng)?shù)狡胶猓喈?dāng)于兩個(gè)區(qū)之間于兩個(gè)區(qū)之間沒(méi)有電荷運(yùn)動(dòng)，沒(méi)有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的空間電荷區(qū)的厚度固定不變。厚度固定不變。(1-25)空間空間電荷電荷區(qū)區(qū)N N型區(qū)型區(qū)P P型區(qū)型區(qū)電位電位V VV V0 0(1-26)1、空間電荷區(qū)中沒(méi)有載流子。、空間電荷區(qū)中沒(méi)有載流子。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中的空穴、中的空穴、N中的電子（中的電子（都是多子都是多子）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（

15、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)）。）。3、P中的電子和中的電子和N中的空穴（中的空穴（都是少子都是少子），），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。小。請(qǐng)注意請(qǐng)注意(1-27) 二二. PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)結(jié)加上正向電壓加上正向電壓、正向偏置正向偏置的意的意思都是：思都是： P區(qū)加正、區(qū)加正、N區(qū)加負(fù)電壓。區(qū)加負(fù)電壓。 PN結(jié)結(jié)加上反向電壓加上反向電壓、反向偏置反向偏置的意的意思都是：思都是： P區(qū)加負(fù)、區(qū)加負(fù)、N區(qū)加正電壓。區(qū)加正電壓。(1-28)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PN+_內(nèi)電場(chǎng)被削弱，內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)多

16、子的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成較大的能夠形成較大的擴(kuò)散電流。擴(kuò)散電流。(1-29)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)，內(nèi)電場(chǎng)被被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成有限，只能形成較小的反向電流。較小的反向電流。(1-30) (1-31)三三. PN結(jié)的電流方程結(jié)的電流方程)1(kTqueIsI( 1.1.2 )1(TuueIsI( 1.1.3 )(1-32)四四. PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性UI死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.6V,鍺管鍺管0.2V。導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 硅硅管管0.60.

17、7V,鍺鍺管管0.20.3V。反向擊穿電反向擊穿電壓壓U(BR)(1-33)五五. PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)二極管的兩極之間有電容，此電容由兩二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：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)壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓勢(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)出的電容是勢(shì)壘電容。的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢(shì)壘電容。(1-34) (a) 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容CB勢(shì)壘電容示意圖勢(shì)壘電容示意圖(1-35)(b) 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容CD擴(kuò)散電容示意圖擴(kuò)散電容示

18、意圖(1-36)為了形成正向電流（擴(kuò)散電流），注入為了形成正向電流（擴(kuò)散電流），注入P區(qū)的少子（電子）在區(qū)的少子（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)濃度越大，即在P區(qū)有電子的積累。區(qū)有電子的積累。同理，在同理，在N區(qū)有空穴的積累。正向電流大，區(qū)有空穴的積累。正向電流大，積累的電荷多。積累的電荷多。P+-N這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容CD。(1-37)CB在正向和反向偏置時(shí)均不能忽略。而在正向和反向偏置時(shí)均不能忽略。而反向偏置時(shí)，載流子很少，擴(kuò)散電容可忽略。反向偏置時(shí)，載流子很少，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

19、信號(hào)時(shí)的等效電路：勢(shì)壘電容和擴(kuò)散勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容的綜合效應(yīng)電容的綜合效應(yīng)rd(1-38) 1.2.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu) 在在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型面型三大類。三大類。(1) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等容小，用于檢波和變頻等高頻電路。高頻電路。(a)(a)點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖(1-39)點(diǎn)接觸結(jié)構(gòu)點(diǎn)接觸結(jié)構(gòu)PN結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。

20、結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。引線引線外殼線外殼線觸絲線觸絲線基片基片點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型(1-40)(3) 平面型二極管平面型二極管 往往用于集成電路制造往往用于集成電路制造藝中。藝中。PN 結(jié)面積可大可小，結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。用于高頻整流和開關(guān)電路中。(2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。于工頻大電流整流電路。(b)(b)面接觸型面接觸型(c)(c)平面型平面型陰極陰極引線引線陽(yáng)極陽(yáng)極引線引線PNP 型支持襯底型支持襯底(4) 二極管的代表符號(hào)二極管的代表符號(hào)(d) 代表符號(hào)代表符號(hào)k 陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極 a(1-4

21、1)PN結(jié)結(jié)面接觸型面接觸型PN(1-42)半導(dǎo)體二極管圖片1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管(1-43)(1-44)end(1-45) 1.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性二極管的伏安特性曲線可用下式表示二極管的伏安特性曲線可用下式表示)1(/SDD TVveIi0 D/V0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 405101520 10 20 30 40iD/ AiD/mA死區(qū)死區(qū)VthVBR硅二極管硅二極管2CP102CP10的的V V- -I I 特性特性0 D/V0.2 0.4 0.6 20 40 605101520 10 20 30 40iD/ AiD/mAVthVB

22、R鍺二極管鍺二極管2AP152AP15的的V V- -I I 特性特性+iDvD-R正向特性正向特性反向特性反向特性反向擊穿特性反向擊穿特性(1-46)溫度對(duì)伏安特性的影響溫度對(duì)伏安特性的影響UI死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.6V,鍺管鍺管0.2V。導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 硅硅管管0.60.7V,鍺鍺管管0.20.3V。反向擊穿電反向擊穿電壓壓U(BR)1(kTqueIsI( 1.1.2 )(1-47) 1.2.3 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)(1) 最大整流電流最大整流電流IF(2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓和最大反向工作電壓VRM(3) 反向電流反向電流I IR

23、 R(4) 最高工作頻率最高工作頻率 fM(1-48)補(bǔ)充參數(shù)補(bǔ)充參數(shù): (電信專業(yè)電信專業(yè))（5）最大整流電流）最大整流電流 IOM二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。向平均電流。 注意與注意與IF的關(guān)系的關(guān)系(6) 正向壓降正向壓降VF(7) 極間電容極間電容CB、 CD(1-49)1.2.4 二極管的等效電路二極管的等效電路 能夠用簡(jiǎn)單、理想的模型來(lái)模擬電子能夠用簡(jiǎn)單、理想的模型來(lái)模擬電子器件的復(fù)雜特性或行為的電路稱為器件的復(fù)雜特性或行為的電路稱為等效電路，等效電路，也稱為也稱為等效模型等效模型。 能夠模擬二極管特性的電路稱為二極管

24、的能夠模擬二極管特性的電路稱為二極管的等效電路，等效電路，也稱為二極管的也稱為二極管的等效模型等效模型。(1-50) 1. 理想模型理想模型3. 折線模型折線模型 2. 恒壓降模型恒壓降模型一、由伏安特性折線化得到的等效電路一、由伏安特性折線化得到的等效電路(1-51)小信號(hào)模型小信號(hào)模型 二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時(shí)，二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時(shí)，其正向特性可以等效成一個(gè)微變電阻。其正向特性可以等效成一個(gè)微變電阻。DDdivr 即即)1(/SDD TVveIi根據(jù)根據(jù)得得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)點(diǎn)處的微變電導(dǎo)QddvdigrDDd1QVvTTeVI/SD TVID dd1gr 則則D

25、IVT 常溫下（常溫下（T=300K）)mA()mV(26DDdIIVrT 二、二、 二極管二極管的的 微變等效電路微變等效電路(1-52) 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例補(bǔ)充補(bǔ)充 1. 二極管的靜態(tài)工作情況分析二極管的靜態(tài)工作情況分析V 0D VmA 1/DDD RVI理想模型理想模型（R=10k ）VDD=10V 情況分析情況分析mA 93. 0/ )(DDDD RVVI恒壓模型恒壓模型V 7 . 0D V（硅二極管典型值）（硅二極管典型值）折線模型折線模型V 5 . 0th V（硅二極管典型值）（硅二極管典型值）mA 931. 0DthDDD rRVVI k 2 . 0Dr設(shè)設(shè)V 69. 0DDthD

26、 rIVV+ DiDVDD+ DiDVDDVD+ DiDVDDrDVth(1-53)例例 VREF =2.8V Vi =6sin100tV 2. 限幅電路限幅電路時(shí) V 5 . 3)( ) 1 (REFthIVVv時(shí)時(shí)V 5 . 3)( )2(REFthI VVv O +VREF I +R O +VthVREF I +RrDend O/V O/V t t 斜率斜率斜率斜率0.17rDrD+RVREF+Vth=3.5 V I/V(c)(d) 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例補(bǔ)充補(bǔ)充V 7 . 0D V(1-54)RRLuiuRuotttuiuRuo 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例補(bǔ)充補(bǔ)充 3. 脈沖識(shí)別電路脈沖識(shí)別電路請(qǐng)同學(xué)

27、自己分析教科書請(qǐng)同學(xué)自己分析教科書例例 1.2.1(1-55)1.2.5 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管1. 穩(wěn)壓管的伏安特性穩(wěn)壓管的伏安特性(a)符號(hào)符號(hào)(b) 伏安特性伏安特性 利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向電擊穿狀態(tài)。壓時(shí)工作在反向電擊穿狀態(tài)。UZrd(1-56)(1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓VZ 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)下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。的反向工作電壓。(3)(3)額定功耗額定功耗 PZM 功率高于此值時(shí)，二極管會(huì)因結(jié)溫升高功率高于此值時(shí)，二極管會(huì)因結(jié)溫升高 而損壞。而損壞。(2)

28、(2)穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 IZ ： IZmax 電流高于此值時(shí)，二極管會(huì)損壞電流高于此值時(shí)，二極管會(huì)損壞 Izmin 電流低于此值時(shí)，穩(wěn)壓性能變壞電流低于此值時(shí)，穩(wěn)壓性能變壞2. 穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)(1-57)(4) 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rZrZ = VZ / IZ(5) 溫度系數(shù)溫度系數(shù) VZ(1-58) 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管UIUZIZIZmax UZ IZ穩(wěn)壓誤差穩(wěn)壓誤差曲線越曲線越陡，電陡，電壓越穩(wěn)壓越穩(wěn)定。定。+-(1-59)穩(wěn)壓二極管應(yīng)用穩(wěn)壓二極管應(yīng)用3. 穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電路+R-IR+-RLIOVOVIIZDZ正常穩(wěn)壓時(shí)正常穩(wěn)壓時(shí) VO =VZIZmin IZ IZma

29、x同學(xué)自己計(jì)算例同學(xué)自己計(jì)算例 1.2.2(1-60)光電二極管光電二極管反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。IV照度增加照度增加其它類型二極管其它類型二極管(1-61)發(fā)光二極管發(fā)光二極管有正向電流流有正向電流流過(guò)時(shí)，發(fā)出一定過(guò)時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)范圍的光，波長(zhǎng)范圍的光，目前的發(fā)光管可目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到以發(fā)出從紅外到可見(jiàn)波段的光，可見(jiàn)波段的光，它的電特性與一它的電特性與一般二極管類似。般二極管類似。(1-62)例例 1.2.3 已知發(fā)光二極管導(dǎo)通電壓已知發(fā)光二極管導(dǎo)通電壓UD=1.6V， 正向電流為正向電流為520mA時(shí)發(fā)光。時(shí)發(fā)光。+iDvD-RV6vin

30、VVRDImmaxaxVVRDImmin發(fā)光二極管說(shuō)明：發(fā)光二極管說(shuō)明：1、正向壓降、正向壓降UD不再是不再是0.6V；2、發(fā)光主要受電流控制，電流選擇要適中、發(fā)光主要受電流控制，電流選擇要適中 （一般手冊(cè)會(huì)給出）（一般手冊(cè)會(huì)給出）(1-63)作業(yè)：1.1 1.4 1.11(1-64) 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖03.1.01所示。它有所示。它有兩種類型兩種類型:NPN型和型和PNP型。型。兩種類型的三極管兩種類型的三極管發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)(Je) 集電結(jié)集電結(jié)(Jc) 基極基極，用B或b表示（Base） 發(fā)射極發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）；集電極集電極，用C

31、或c表示（Collector）。 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)三極管符號(hào)三極管符號(hào)1.3 雙極型三極管雙極型三極管(1-65) 1.3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高； 集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大； 基區(qū)很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，且基區(qū)很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，且摻雜濃度最低。摻雜濃度最低。管芯結(jié)構(gòu)剖面圖管芯結(jié)構(gòu)剖面圖(1-66)三極管的兩種基本結(jié)構(gòu)三極管的兩種基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NPN型型（最常用）（最常用）BECIBIEICNPN型三極管型三極管(1-67)

32、BECIBIEICPNP型三極管型三極管PNP集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)射極BCEPNP型型(1-68)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基區(qū)：較薄，基區(qū)：較薄，摻雜濃度低摻雜濃度低集電區(qū)：集電區(qū)：面積較大面積較大發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜濃度較高(1-69)IB=IBE-ICBO IBEIB3BECNNPEBRBEcIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE(1-70)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)(1-71)1. 內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程 三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通三極管的放大作用是在一定

33、的外部條件控制下，通過(guò)載流子傳輸體現(xiàn)出來(lái)的。過(guò)載流子傳輸體現(xiàn)出來(lái)的。 外部條件：外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子集電區(qū)：收集載流子集電區(qū)：收集載流子基區(qū)：基區(qū)： 傳送和控制傳送和控制 載流子載流子 （以（以NPN為例）為例） 1.3.2 晶體管的電流放大作用晶體管的電流放大作用+-bceRL1k(1-72) 以上看出，三極管內(nèi)有兩種載流子以上看出，三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴自由電子和空穴)參與導(dǎo)電，故稱為雙參與導(dǎo)電，故稱為雙極型三極管?；驑O型三極管?；駼JT (Bipolar Junction Transistor)。 (

34、1-73)電流放大原理電流放大原理BECNNPEBRBEc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。IE基區(qū)空基區(qū)空穴向發(fā)穴向發(fā)射區(qū)的射區(qū)的擴(kuò)散可擴(kuò)散可忽略。忽略。IBE1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)。(1-74)BECNNPEBRBEcIE集電結(jié)反偏，集電結(jié)反偏，有少子形成的有少子形成的反向電流反向電流ICBO。ICBO從基區(qū)擴(kuò)從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電散來(lái)的電子作為集子作為集電結(jié)的少電結(jié)的少子，漂移子，漂移進(jìn)入集電進(jìn)入集電結(jié)而

35、被收結(jié)而被收集，形成集，形成ICE。IC=ICE+ICBO ICEIBE2ICE(1-75)2. 電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系發(fā)射極注入電流發(fā)射極注入電流傳輸?shù)郊姌O的電流傳輸?shù)郊姌O的電流設(shè)設(shè) EnCII 即即根據(jù)傳輸過(guò)程可知根據(jù)傳輸過(guò)程可知 IC= InC+ ICBOIB= IB - ICBO通常通常 IC ICBOECII 則則有有 為電流放大系數(shù)，為電流放大系數(shù)，它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無(wú)關(guān)壓無(wú)關(guān)。一般。一般 = 0.9 0.99IE=IB+ IC載流子的傳輸過(guò)程載流子的傳輸過(guò)程(1-76) 1 又設(shè)又設(shè)根據(jù)根據(jù)BCEOCI

36、II 則則 是另一個(gè)電流放大系數(shù)，是另一個(gè)電流放大系數(shù)，同樣，它也只與管同樣，它也只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無(wú)關(guān)。子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無(wú)關(guān)。一般一般 1IE=IB+ IC IC= InC+ ICBOEnCII 且令且令BCCEOCIIII 時(shí)時(shí)，當(dāng)當(dāng)ICEO= (1+ ) ICBO（穿透電流）（穿透電流）2. 電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系(1-77)3. 三極管的三種組態(tài)三極管的三種組態(tài)共集電極接法共集電極接法，集電極作為公共電極，用，集電極作為公共電極，用CC表示表示;共基極接法共基極接法，基極作為公共電極，用基極作為公共電極，用CB表示。表示。共發(fā)射極接法共

37、發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；表示；BJT的三種組態(tài)的三種組態(tài)(1-78)+-bceRL1k共射極放大電路 圖圖 1.3.3 共射極放大電路共射極放大電路VBBVCCVBEIBIEIC+-vI+vBEvO+-+iC+iE+iB vI = 20mV 設(shè)設(shè)若若則則電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)4920mVV98. 0IOVvvA iB = 20 uA vO = - iC RL = -0.98 V， = 0.98mA98. 01BBCiii使使4. 放大作用放大作用 共射共射(1-79)RLecb1k 圖圖 03.1.05 共基極放大電路共基極放大電路放大作用放大作用

38、 共基共基 （電信常用）（電信常用）若若 vI = 20mV使使當(dāng)則則電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)4920mVV98. 0IOV vvAVEEVCCVEBIBIEIC+-vI+vEBvO+-+iC+iE+iB iE = -1 mA， iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V， = 0.98 時(shí)，時(shí)，(1-80) 綜上所述，三極管的放大作用，主要是依綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過(guò)基區(qū)傳輸，然后到靠它的發(fā)射極電流能夠通過(guò)基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)這一傳輸過(guò)程的兩個(gè)條件是：實(shí)現(xiàn)這一傳輸過(guò)程的兩個(gè)條件是：

39、（1）內(nèi)部條件：內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。（2）外部條件：外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。向偏置。晶體管放大信號(hào)需要滿足的條件晶體管放大信號(hào)需要滿足的條件（請(qǐng)記錄）（請(qǐng)記錄）(1-81)ICmA AVVUCEUBERBIBECEB特性曲線特性曲線 實(shí)驗(yàn)線路實(shí)驗(yàn)線路1.3.3 晶體管的特性曲線晶體管的特性曲線(1-82)vCE = 0V+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE) vCE=const(2) 當(dāng)當(dāng)vCE1V時(shí)，時(shí)， vCB= vCE -

40、- vBE0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收，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，同樣的集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下下 IB減小，特性曲線右移。減小，特性曲線右移。vCE = 0VvCE 1V(1) 當(dāng)當(dāng)vCE=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。1. 輸入特性曲線輸入特性曲線（以共射極放大電路為例）（以共射極放大電路為例）(1-83)輸入特性輸入特性IB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1V 死區(qū)電死區(qū)電壓，硅管壓，硅管0.5V，鍺，鍺管管0.2V。工作壓降：工作壓降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,鍺鍺管

41、管UBE 0.20.3V。(1-84)飽和區(qū)：飽和區(qū)：iC明顯受明顯受vCE控控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般一般vCE0.7V(硅管硅管)。此時(shí)，此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很電結(jié)正偏或反偏電壓很小小。iC=f(vCE) iB=const2. 2. 輸出特性曲線輸出特性曲線輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域:截止區(qū)：截止區(qū)：iC接近零的接近零的區(qū)域，相當(dāng)區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲的曲線的下方。此時(shí)，線的下方。此時(shí)， vBE小于死區(qū)電壓小于死區(qū)電壓。放大區(qū)：放大區(qū)：iC平行于平行于vCE軸的軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。區(qū)域，曲線基本平行等距。此時(shí)，此

42、時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏結(jié)反偏。(1-85) (1-86)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 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)。飽和飽和(1-87)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE 死區(qū)電死區(qū)電壓，稱為截壓，稱為截止區(qū)。止區(qū)。截止截止(1-88)輸出特性輸出特性線性放大線性放大IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020

43、 A40 A60 A80 A100 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。(1-89)1.3.4 晶體管的主要參數(shù)晶體管的主要參數(shù) 1 1、共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const一一. 直流參數(shù)直流參數(shù) 2、 共基直流電流放大系數(shù)共基直流電流放大系數(shù) =（ICICBO）/IEIC/IE (1-90) AICBOICBO是集是集電結(jié)反偏電結(jié)反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向電的反向電流，受溫流

44、，受溫度的變化度的變化影響。影響。 3. 極間反向電流極間反向電流 (1) 集電極基極間反向飽和電流集電極基極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。 +bce-uAIe=0VCCICBO(1-91) (2) 集電極發(fā)射極間的反向穿透電流集電極發(fā)射極間的反向穿透電流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO ICEO 即輸出特性曲即輸出特性曲線線IB=0那條曲線所那條曲線所對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的Y坐標(biāo)的數(shù)值。坐標(biāo)的數(shù)值。 ICEO也稱為集電極也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流。發(fā)射極間穿透電流。+bce-VCCICEOuA(1-92)BECNNPICBOIC

45、EO= IBE+ICBO IBE IBEICBO進(jìn)入進(jìn)入N區(qū)，區(qū)，形成形成IBE。根據(jù)放大關(guān)根據(jù)放大關(guān)系，由于系，由于IBE的存在，必的存在，必有電流有電流 IBE。集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏有有ICBO兩種反向電流之間的關(guān)系兩種反向電流之間的關(guān)系(1-93)1、 共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) = IC/ IB vCE=const1.3.4 晶體管的主要參數(shù)晶體管的主要參數(shù)二二. 交流參數(shù)交流參數(shù) 2、 共基極交流電流放大系數(shù)共基極交流電流放大系數(shù) = IC/ IE VCB=const(1-94) 當(dāng)當(dāng)ICBO和和ICEO很小時(shí)，很小時(shí)， 、 ，可以不，可以不加區(qū)分。加區(qū)分。 這

46、種近似是產(chǎn)生計(jì)算誤差的根源，當(dāng)設(shè)計(jì)精這種近似是產(chǎn)生計(jì)算誤差的根源，當(dāng)設(shè)計(jì)精密放大器時(shí)注意修正。密放大器時(shí)注意修正。說(shuō)明：說(shuō)明：(1-95)2、 集電極最大集電極最大 允許電流允許電流ICM1、 集電極最大集電極最大允許功率損耗允許功率損耗PCM PCM= ICVCE 三三. 極限參數(shù)極限參數(shù)(1-96)3、 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 V(BR)CBO發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)反發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 V(BR) EBO集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 V(BR)CEO基極開路時(shí)集電極和發(fā)射基極開路時(shí)集電極和發(fā)射 極間的擊穿電壓。極間的擊

47、穿電壓。幾個(gè)擊穿電壓有如下關(guān)系幾個(gè)擊穿電壓有如下關(guān)系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO(1-97) 由由PCM、 ICM和和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可以在輸出特性曲線上可以確定過(guò)損耗區(qū)、過(guò)電流區(qū)和擊穿區(qū)。確定過(guò)損耗區(qū)、過(guò)電流區(qū)和擊穿區(qū)。 輸出特性曲線上的過(guò)損耗區(qū)和擊穿區(qū)輸出特性曲線上的過(guò)損耗區(qū)和擊穿區(qū)(1-98)半導(dǎo)體三極管機(jī)理綜述：半導(dǎo)體三極管機(jī)理綜述：(1-99) ICBO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，ICBO增增加很快（加很快（1倍倍/10C），所以，所以IC也相應(yīng)增加。當(dāng)也相應(yīng)增加。當(dāng)三三極管參數(shù)隨溫度變化較大時(shí)稱其特性較差。極管

48、參數(shù)隨溫度變化較大時(shí)稱其特性較差。1.3.5 溫度對(duì)晶體管特性及其參數(shù)影響溫度對(duì)晶體管特性及其參數(shù)影響一、溫度對(duì)一、溫度對(duì)ICBO的影響的影響要點(diǎn)：要點(diǎn)： 參數(shù)隨溫度變化趨勢(shì)參數(shù)隨溫度變化趨勢(shì)(1-100)IB( A)UBE(V)204060800.40.8T=27C二、溫度升高使輸入特性曲線左移二、溫度升高使輸入特性曲線左移T=60CT=0C(1-101)溫度對(duì)溫度對(duì)UBE的影響的影響iBuBE25 C50CTUBEIBICBBECBRUEI (1-102)三、溫度升高使輸出特性曲線上移三、溫度升高使輸出特性曲線上移IC(mA )1234UCE(V)369120C60C27C(1-103)溫

49、度對(duì)溫度對(duì) 值及值及ICEO的影響的影響T 、 ICEOICiCuCEQQ 總的效果是：總的效果是：溫度上升時(shí)溫度上升時(shí)，輸出特性，輸出特性曲線上移，曲線上移，造成造成Q點(diǎn)上點(diǎn)上移。移。(1-104)ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)小結(jié)：三極管特性曲線小結(jié)：三極管特性曲線（特別記憶）（特別記憶）(1-105)作業(yè)1.15 1.16(1-106)場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型晶體管場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型晶體管導(dǎo)電機(jī)理導(dǎo)電機(jī)理不同，它是完全不同，它是完全多子多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。溫度穩(wěn)定性好。電信設(shè)備多利用其良好的電信設(shè)備多利用其良好的低噪聲低噪聲

50、特特性，特別是高頻低噪聲前端。性，特別是高頻低噪聲前端。1.4 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管(1-107)N溝道溝道P溝道溝道增強(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（耗盡型）（耗盡型）FET場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型結(jié)型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)場(chǎng)效應(yīng)管分類：場(chǎng)效應(yīng)管分類：(1-108)(1-109) 源極源極，用用S或或s表示表示N型導(dǎo)電溝道型導(dǎo)電溝道漏極漏極，用用D或或d表示表示 P型區(qū)型區(qū)P型區(qū)型區(qū)柵極柵極，用用G或或g表示表示柵極柵極，用用G或或g表示表示符號(hào)符號(hào)符號(hào)符號(hào)一、一、 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理的結(jié)構(gòu)和工作原理1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 實(shí)際制作結(jié)構(gòu)實(shí)際制

51、作結(jié)構(gòu)圖圖1.4.1(1-110)N基底基底 ：N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體PP兩邊是兩邊是P區(qū)區(qū)G(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極原理說(shuō)明結(jié)構(gòu)原理說(shuō)明結(jié)構(gòu)圖圖1.4.2導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道(1-111)NPPG(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管DGSDGS(1-112)PNNG(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管DGSDGS(1-113)2. 工作原理工作原理 VGS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用當(dāng)當(dāng)VGS0時(shí)時(shí)（以（以N溝道溝道JFET為例）為例） 當(dāng)溝道夾斷時(shí)，對(duì)應(yīng)當(dāng)溝道夾斷時(shí)，對(duì)應(yīng)的柵源電壓的柵源電壓VGS稱為稱為夾斷夾斷電壓電壓VP

52、（ 或或VGS(off) ）。）。對(duì)于對(duì)于N溝道的溝道的JFET，VP 0。PN結(jié)反偏結(jié)反偏耗盡層加厚耗盡層加厚溝道變窄。溝道變窄。 VGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄繼續(xù)變窄 VDS對(duì)溝道的控制作用對(duì)溝道的控制作用當(dāng)當(dāng)VGS=0時(shí)，時(shí)，VDS ID G、D間間PN結(jié)的反向電結(jié)的反向電壓增加，使靠近漏極處的壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，耗盡層加寬，溝道變窄，從上至下呈楔形分布。從上至下呈楔形分布。 當(dāng)當(dāng)VDS增加到使增加到使VGD=VP 時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。夾斷。此時(shí)此時(shí)VDS 夾斷區(qū)延長(zhǎng)夾斷區(qū)延長(zhǎng)溝道電阻溝道電阻 ID基本不變基本不變 VG

53、S和和VDS同時(shí)作用時(shí)同時(shí)作用時(shí)當(dāng)當(dāng)VP VGS0 時(shí)，時(shí)， 導(dǎo)電溝導(dǎo)電溝道更容易夾斷，道更容易夾斷， 對(duì)于同樣對(duì)于同樣的的VDS ， ID的值比的值比VGS=0時(shí)時(shí)的值要小。的值要小。在預(yù)夾斷處在預(yù)夾斷處VGD=VGS- -VDS =VP (1-114) (1-115)PGSDUDSUGSNN2. 工作原理（以工作原理（以P溝道為例）溝道為例）NNPN結(jié)反偏，結(jié)反偏，UGS越大則耗越大則耗盡區(qū)越寬，導(dǎo)盡區(qū)越寬，導(dǎo)電溝道越窄。電溝道越窄。UDS較小時(shí)較小時(shí)(補(bǔ)充補(bǔ)充)UGS需要加正電壓需要加正電壓(1-116)UDS較小時(shí)較小時(shí)PGSDUDSUGSNNNN但當(dāng)?shù)?dāng)UGS較小時(shí)，耗較小時(shí)，耗盡區(qū)

54、寬度有限，存盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。在導(dǎo)電溝道。DS間間相當(dāng)于線性電阻。相當(dāng)于線性電阻。UGS越大耗盡區(qū)越越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，寬，溝道越窄，電阻越大。電阻越大。(1-117)PGSDUDSUGSNNUDS較小時(shí)較小時(shí)UGS達(dá)到一定值時(shí)達(dá)到一定值時(shí)（夾斷電壓夾斷電壓VP）,耗盡區(qū)碰到一起，耗盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，漏間被夾斷，漏極電流是極電流是ID=0。(1-118)PGSDUDSUGSUGSVp且且UDS較大時(shí)較大時(shí)UGDVP時(shí)耗盡區(qū)的形狀時(shí)耗盡區(qū)的形狀NN越靠近漏端，越靠近漏端，PN結(jié)反壓越大結(jié)反壓越大(1-119)PGSDUDSUGSUGSVp且且UDS較大時(shí)較大時(shí)UGDVP

55、時(shí)耗盡區(qū)的形狀時(shí)耗盡區(qū)的形狀NN溝道中仍是電溝道中仍是電阻特性，但是阻特性，但是是非線性電阻。是非線性電阻。(1-120)GSDUDSUGSUGSVpUGD=VP時(shí)時(shí)NN漏端的溝道被夾斷，漏端的溝道被夾斷，稱為稱為予夾斷。予夾斷。UDS增大則被夾增大則被夾斷區(qū)向下延伸。斷區(qū)向下延伸。(1-121)GSDUDSUGSUGS0(1-140)PNNGSDUDSUGSUGS0時(shí)時(shí)UGS足夠大時(shí)足夠大時(shí)（UGSVT）感應(yīng)出足夠多感應(yīng)出足夠多電子，這里以電子，這里以電子導(dǎo)電為主電子導(dǎo)電為主出現(xiàn)出現(xiàn)N型的導(dǎo)型的導(dǎo)電溝道。電溝道。感應(yīng)出電子感應(yīng)出電子VT稱為閾值電壓稱為閾值電壓二、二、N溝道耗盡型溝道耗盡型M

56、OS 管的工作原理管的工作原理(1-141)PNNGSDUDSUGSUGS較小時(shí)，較小時(shí)，導(dǎo)電溝道相當(dāng)導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將于電阻將D-S連接起來(lái)，連接起來(lái)，UGS越大此電越大此電阻越小。阻越小。(1-142)PNNGSDUDSUGS當(dāng)當(dāng)UDS不太大不太大時(shí)，導(dǎo)電溝時(shí)，導(dǎo)電溝道在兩個(gè)道在兩個(gè)N區(qū)區(qū)間是均勻的。間是均勻的。當(dāng)當(dāng)UDS較較大時(shí)，靠大時(shí)，靠近近D區(qū)的區(qū)的導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道變窄。變窄。(1-143)PNNGSDUDSUGSUDS增加，增加，UGD=VT時(shí)，時(shí)，靠近靠近D端的溝端的溝道被夾斷，道被夾斷，稱為予夾斷。稱為予夾斷。夾斷后夾斷后ID呈呈恒流特性。恒流特性。ID(1-144)耗盡型耗

57、盡型N溝道溝道MOS管的特性曲線管的特性曲線耗盡型的耗盡型的MOS管管UGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。加反向電壓才能夾斷。轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT(1-145)輸出特性曲線輸出特性曲線IDU DS0UGS=0UGS0(1-146)三、三、P溝道溝道MOS管管同學(xué)自己結(jié)合PNP三極管與N溝道MOS管學(xué)習(xí)四、四、VMOS管管VMOS管N、P溝道增強(qiáng)、耗盡型MOS管都有無(wú)需特殊記憶。主要是功率與溫度不同。(1-147)1.4.3. 場(chǎng)效應(yīng)管主要參數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管主要參數(shù) 夾斷電壓夾斷電壓VP (或或VGS(off)：漏極電流約為零時(shí)的漏極電流約為零時(shí)的VGS值

58、值 。 飽和漏極電流飽和漏極電流IDSS：VGS=0時(shí)對(duì)應(yīng)的漏極電流。時(shí)對(duì)應(yīng)的漏極電流。 開啟電壓開啟電壓VGS(th) 增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS的參數(shù)的參數(shù)一、直流參數(shù)一、直流參數(shù) 直流輸入電阻直流輸入電阻RGS： 對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管，反偏時(shí)對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約大于約大于107。 輸出電阻輸出電阻rd：GSDDSdVivr (1-148) 低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)gm：DSGSDmVvig 時(shí)時(shí)）（當(dāng)當(dāng)0)1(2GSPPPGSDSSm vVVVvIg或或 低頻跨導(dǎo)反映了低頻跨導(dǎo)反映了vGS對(duì)對(duì)iD的控制作用。的控制作用。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是

59、mS(毫西門子毫西門子)。二、交流參數(shù)二、交流參數(shù) 極間電容極間電容 注意數(shù)量級(jí)(1-149)三、極限參數(shù)三、極限參數(shù) 最大耗散功率最大耗散功率PDM 最大漏源電壓最大漏源電壓V(BR)DS 最大柵源電壓最大柵源電壓V(BR)GS 最大漏極電流最大漏極電流IDM 擊穿電壓擊穿電壓V(BR)(1-150)1.4.4. 場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較一、一、 輸入端控制方式輸入端控制方式二、二、 載流子與特性關(guān)系載流子與特性關(guān)系三、三、 噪聲特性噪聲特性四、四、 使用靈活性使用靈活性五、五、 數(shù)量、品種數(shù)量、品種六、六、 應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域(1-151)1.20 1.21作業(yè)(1-15

60、2)1.5.1 單結(jié)晶體管單結(jié)晶體管結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)等效電路等效電路E（發(fā)射極）（發(fā)射極）B2（第二基極）（第二基極）B1（第一基極）（第一基極）NPEB2B1RB2RB1管內(nèi)基極管內(nèi)基極 體電阻體電阻PN結(jié)結(jié)1.5 單結(jié)晶體管和晶閘管單結(jié)晶體管和晶閘管(1-153)工作原理工作原理2B1B1BBBRRRUUABBUuE UP后，后，大量空穴注入基區(qū)，大量空穴注入基區(qū)，致使致使IE增加、增加、UE反反而下降，出現(xiàn)負(fù)阻。而下降，出現(xiàn)負(fù)阻。UP- 峰點(diǎn)電壓峰點(diǎn)電壓（單結(jié)管由截止變導(dǎo)通（單結(jié)管由截止變導(dǎo)通 所需發(fā)射極電壓。）所需發(fā)射極電壓。）(1-155)單結(jié)晶體管振蕩電路單結(jié)晶體管振蕩電路RR2R1CUu