第1章 半導(dǎo)體元件及其特性

1、第第 1 1 章章半導(dǎo)體元件及其特性半導(dǎo)體元件及其特性 二極管二極管半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識與半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識與PN結(jié)結(jié)晶體管晶體管場效應(yīng)管場效應(yīng)管本章小結(jié)本章小結(jié)1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識與與PNPN結(jié)結(jié) 主要要求：主要要求： 了解了解半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料的基本知識材料的基本知識理解關(guān)于理解關(guān)于半導(dǎo)體半導(dǎo)體的基本概念的基本概念理解理解PNPN結(jié)的形成結(jié)的形成掌握掌握PNPN結(jié)的單向?qū)щ娮饔媒Y(jié)的單向?qū)щ娮饔?1.半導(dǎo)體的特點(diǎn)半導(dǎo)體的特點(diǎn) 半導(dǎo)體是制造電子器件的主要原料，它的廣泛應(yīng)用不是半導(dǎo)體是制造電子器件的主要原料，它的廣泛應(yīng)用不是因?yàn)樗膶?dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，而是它的電阻率因?yàn)樗膶?dǎo)電能力

2、介于導(dǎo)體和絕緣體之間，而是它的電阻率可以隨溫度、光照、雜質(zhì)等因素的不同而呈現(xiàn)顯著的區(qū)別?？梢噪S溫度、光照、雜質(zhì)等因素的不同而呈現(xiàn)顯著的區(qū)別。 自然界中的物質(zhì)按導(dǎo)電性能可以分為自然界中的物質(zhì)按導(dǎo)電性能可以分為 半導(dǎo)體導(dǎo)電特性獨(dú)有的特點(diǎn)半導(dǎo)體導(dǎo)電特性獨(dú)有的特點(diǎn)導(dǎo)體導(dǎo)體半導(dǎo)體半導(dǎo)體熱敏性熱敏性光敏性光敏性1.1.1 半導(dǎo)體的特點(diǎn)半導(dǎo)體的特點(diǎn)絕緣體絕緣體雜敏性雜敏性 2.本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 常用的半導(dǎo)體材料有常用的半導(dǎo)體材料有硅（硅（Si）和和鍺（鍺（Ge），高純度，高純度的硅和鍺都是單晶結(jié)構(gòu)，它們的原子整齊地按一定規(guī)律排的硅和鍺都是單晶結(jié)構(gòu)，它們的原子整齊地按一定規(guī)律排列，原子間的距離不僅很小，而

3、且是相等的。把這種純凈列，原子間的距離不僅很小，而且是相等的。把這種純凈的、原子結(jié)構(gòu)排列整齊的半導(dǎo)體稱為的、原子結(jié)構(gòu)排列整齊的半導(dǎo)體稱為本征本征半導(dǎo)體。半導(dǎo)體。 硅和鍺的硅和鍺的外層價(jià)電子都外層價(jià)電子都是是4個(gè)，所以個(gè)，所以都是都是4價(jià)價(jià)元素，元素，右圖是硅和鍺右圖是硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)示的原子結(jié)構(gòu)示意圖。意圖。（a）硅原子結(jié)構(gòu)）硅原子結(jié)構(gòu) （b）鍺原子結(jié)構(gòu)）鍺原子結(jié)構(gòu) 這四個(gè)價(jià)電子不僅受自身原子核的束縛，還受到相鄰這四個(gè)價(jià)電子不僅受自身原子核的束縛，還受到相鄰原子核的吸引，從而形成了共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，如下圖所示：原子核的吸引，從而形成了共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，如下圖所示：價(jià)電子（熱激發(fā)）價(jià)電子（熱激發(fā)）自由電子自

4、由電子-空穴對空穴對（1）溫度越高，自由電子）溫度越高，自由電子-空穴空穴對數(shù)目越多；對數(shù)目越多；（2）自由電子）自由電子-空穴數(shù)目相等，空穴數(shù)目相等，對外不顯電性。對外不顯電性。硅（鍺）原子在晶體中的共價(jià)鍵排列硅（鍺）原子在晶體中的共價(jià)鍵排列復(fù)合復(fù)合平衡平衡注意：注意： 半導(dǎo)體與導(dǎo)體不同，內(nèi)部有兩種載半導(dǎo)體與導(dǎo)體不同，內(nèi)部有兩種載流子參與導(dǎo)電流子參與導(dǎo)電自由電子與空穴。在自由電子與空穴。在外加電場的作用下，有：外加電場的作用下，有： I=In（電子電流）（電子電流）+Ip（空穴電流）（空穴電流）空穴導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是價(jià)電子的定向移動(dòng)！空穴導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是價(jià)電子的定向移動(dòng)！ 3.摻雜半導(dǎo)體摻雜半導(dǎo)體 本

5、征半導(dǎo)體實(shí)際使用價(jià)值不大，但如果在本征半導(dǎo)體中摻入微量某種雜質(zhì)元素，就形成了廣泛用來制造半導(dǎo)體元器件的N型和P型半導(dǎo)體。 根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同摻雜半導(dǎo)體可以分為根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同摻雜半導(dǎo)體可以分為N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 （1）N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體雜質(zhì)為少量雜質(zhì)為少量5價(jià)元素，如磷（價(jià)元素，如磷（P）；）； （2） P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體雜質(zhì)為少量雜質(zhì)為少量3價(jià)元素，如硼（價(jià)元素，如硼（B）。）。 N 型型磷原子磷原子自由電子自由電子自由電子自由電子多多數(shù)載流數(shù)載流子子空穴空穴少少數(shù)載流數(shù)載流子子載流子數(shù)載流子數(shù) 電子數(shù)電子數(shù)P 型型硼原子硼原子空穴空穴空穴空穴 多子多子自由電子自由電子

6、少子少子載流子數(shù)載流子數(shù) 空穴數(shù)空穴數(shù)注意：注意： 無論是無論是N型還是型還是P型半導(dǎo)體都是電型半導(dǎo)體都是電中性，對外不顯電性！中性，對外不顯電性！1.1.2 PN結(jié)形成與特性結(jié)形成與特性什么是什么是PN結(jié)？結(jié)？ PN結(jié)是結(jié)是P型與型與N型半導(dǎo)體區(qū)域交界處的特殊帶電薄層，型半導(dǎo)體區(qū)域交界處的特殊帶電薄層，具有特殊的單向?qū)щ娦?，是半?dǎo)體元器件制造的基礎(chǔ)單元。具有特殊的單向?qū)щ娦裕前雽?dǎo)體元器件制造的基礎(chǔ)單元。載流子載流子濃度差濃度差復(fù)復(fù)合合(耗盡層耗盡層)內(nèi)電場內(nèi)電場阻礙阻礙多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散幫助幫助少子漂移少子漂移擴(kuò)散擴(kuò)散漂移漂移動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)平衡平衡 注意：動(dòng)態(tài)平衡的注意：動(dòng)態(tài)平衡的PN結(jié)交界面上無

7、電流流過，即結(jié)交界面上無電流流過，即 I = 0。內(nèi)電場內(nèi)電場 1.PN結(jié)的形成結(jié)的形成 多多子子擴(kuò)擴(kuò)散散空間空間電荷電荷區(qū)區(qū)平衡平衡PN結(jié)結(jié)P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū) 2.PN結(jié)的特性結(jié)的特性 （1）PN結(jié)的正向?qū)ㄌ匦越Y(jié)的正向?qū)ㄌ匦哉珜?dǎo)通（正偏導(dǎo)通（P區(qū)電位高于區(qū)電位高于N區(qū)）區(qū)）內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場 所以，正偏時(shí)擴(kuò)散運(yùn)所以，正偏時(shí)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)幾乎減動(dòng)增強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)幾乎減小為小為0，宏觀上形成很大的，宏觀上形成很大的正向電流正向電流 IF 。 外電場越強(qiáng)，正向電流外電場越強(qiáng)，正向電流越大，越大，PN結(jié)的正向電阻越結(jié)的正向電阻越小。小。P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū)多子空穴多子空穴多子自由電子多子自由電子

8、正向電流正向電流IF+ UR +UR 2.PN結(jié)的特性結(jié)的特性 （1）PN結(jié)的反向截止特性結(jié)的反向截止特性反偏截止（反偏截止（P區(qū)電位低于區(qū)電位低于N區(qū)）區(qū)）P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū)少子自由電子少子自由電子 少子空穴少子空穴反向電流反向電流IR內(nèi)電場內(nèi)電場外電場外電場 所以，反偏時(shí)漂移運(yùn)所以，反偏時(shí)漂移運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)幾乎減動(dòng)增強(qiáng)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)幾乎減小為小為0，由于少子數(shù)目較少，由于少子數(shù)目較少，宏觀上形成極小的反向電宏觀上形成極小的反向電流流IR （接近于（接近于0） 。 外電場增強(qiáng)，反向電流外電場增強(qiáng)，反向電流也幾乎不增加，也幾乎不增加，PN結(jié)的反結(jié)的反向電阻很大。向電阻很大。要記?。阂涀。海?）外加

9、正向電壓時(shí)）外加正向電壓時(shí)PN結(jié)的正向電阻結(jié)的正向電阻很小，電流較大，是多子擴(kuò)散形成的；很小，電流較大，是多子擴(kuò)散形成的； （2）外加反向電壓時(shí)）外加反向電壓時(shí)PN結(jié)的反向電阻結(jié)的反向電阻很大，電流極小，是少子漂移形成的。很大，電流極小，是少子漂移形成的。要注意：要注意： PN結(jié)電路中要串聯(lián)限流電阻。結(jié)電路中要串聯(lián)限流電阻。1.2 二極管二極管主要要求：主要要求： 了解了解半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)、類型、特性與參數(shù)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)、類型、特性與參數(shù)掌握半導(dǎo)體二極管在電子技術(shù)中的應(yīng)用掌握半導(dǎo)體二極管在電子技術(shù)中的應(yīng)用1.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)與類型二極管的結(jié)構(gòu)與類型 一個(gè)一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的外引線，然

10、后用外殼封結(jié)加上相應(yīng)的外引線，然后用外殼封裝就成為最簡單的二極管了，其中，從裝就成為最簡單的二極管了，其中，從P區(qū)引出的區(qū)引出的引線叫做陽極或正極、從引線叫做陽極或正極、從N區(qū)引出的引線叫做陰極區(qū)引出的引線叫做陰極或負(fù)極。或負(fù)極。 常用常用D （Diode）表示二極管。）表示二極管。 圖中的箭頭表示正偏時(shí)圖中的箭頭表示正偏時(shí)的正向電流方向。的正向電流方向。分類：分類：按材料分按材料分硅二極管硅二極管鍺二極管鍺二極管按結(jié)構(gòu)分按結(jié)構(gòu)分點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型面接觸型面接觸型點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型金屬觸絲金屬觸絲N 型鍺型鍺P型層型層陽極陽極陰極陰極 面接觸型面接觸型P型擴(kuò)散層型擴(kuò)散層錫錫支架支架N型硅型硅SiO

11、2保護(hù)層保護(hù)層陰極陰極陽極陽極1.2.2 二極管的特性與參數(shù)二極管的特性與參數(shù) 1.二極管的伏安特性二極管的伏安特性 半導(dǎo)體二極管的內(nèi)部就是一個(gè)半導(dǎo)體二極管的內(nèi)部就是一個(gè)PN結(jié)，因此二極管具結(jié)，因此二極管具有和有和PN結(jié)相同的單向?qū)щ娦?，?shí)際的二極管伏安特性曲結(jié)相同的單向?qū)щ娦?，?shí)際的二極管伏安特性曲線如下圖所示：線如下圖所示：u/Vi/mA正向特性正向特性死區(qū)死區(qū)電壓電壓反向特性反向特性IS0A擊穿擊穿電壓電壓擊穿特性擊穿特性反向反向電流電流硅管硅管2CP12鍺管鍺管2AP9 一般小功率硅二極管與鍺二極管幾個(gè)典型參數(shù)的比較：死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅管硅管0.5V0.5V鍺管鍺管0.1V0.1V正向

12、導(dǎo)通壓降正向?qū)▔航礥 UF F硅管硅管0.7V0.7V鍺管鍺管0.3V0.3V反向電流反向電流I IR R硅管硅管幾幾A A以下以下鍺管鍺管幾十到幾百幾十到幾百A A PN 結(jié)的正向和反向電流與外加電壓的關(guān)系結(jié)的正向和反向電流與外加電壓的關(guān)系可以用公式表示為：可以用公式表示為：) 1(TU/USeII反向飽反向飽和電流和電流溫度的電壓當(dāng)量，常溫下溫度的電壓當(dāng)量，常溫下： UT = 26 mV當(dāng)當(dāng)U0時(shí)為正向特性；當(dāng)時(shí)為正向特性；當(dāng)U0時(shí)為反向特性。時(shí)為反向特性。 2.二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) （1）最大整流電流）最大整流電流IFM指二極管長期工作時(shí)允許通過的最大正向平均電流值。指二極

13、管長期工作時(shí)允許通過的最大正向平均電流值。（2）最高反向工作電壓）最高反向工作電壓URM指二極管不擊穿時(shí)所允許加的最高反向電壓，指二極管不擊穿時(shí)所允許加的最高反向電壓，URM通常是反向擊穿電壓的一半，以確保二極管安全工作。通常是反向擊穿電壓的一半，以確保二極管安全工作。（3）最大反向電流）最大反向電流IRM在常溫下承受最高反向工作電壓在常溫下承受最高反向工作電壓URM時(shí)的反向漏電流，時(shí)的反向漏電流，一般很小，但受溫度影響很大。一般很小，但受溫度影響很大。（4）最高工作頻率）最高工作頻率fM指二極管保持單向?qū)щ娦詴r(shí)外加電壓的最高頻率。指二極管保持單向?qū)щ娦詴r(shí)外加電壓的最高頻率。1.2.3 二極管

14、的應(yīng)用電路舉例二極管的應(yīng)用電路舉例 二極管是電子電路中常用的半導(dǎo)體器件，利用其單向?qū)щ娦院驼驂航岛苄〉奶攸c(diǎn)，可應(yīng)用于整流、檢波、鉗位、限幅、開關(guān)以及元件保護(hù)等各項(xiàng)工作。 1.整流整流整流就是利用二極管的單向?qū)щ娞匦詫⒔涣麟娮兂蓡握骶褪抢枚O管的單向?qū)щ娞匦詫⒔涣麟娮兂蓡畏较蛎}動(dòng)的直流電的過程，這部分內(nèi)容將在第方向脈動(dòng)的直流電的過程，這部分內(nèi)容將在第6章作詳細(xì)章作詳細(xì)介紹。介紹。 2. 鉗位鉗位 利用二極管正向?qū)〞r(shí)壓降很小的特性，可以組成鉗利用二極管正向?qū)〞r(shí)壓降很小的特性，可以組成鉗位電路，如下圖所示。位電路，如下圖所示。 圖中若圖中若A點(diǎn)點(diǎn)UA=0，二極管二極管D正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通，壓

15、降，壓降很小，所以很小，所以F點(diǎn)的電位也點(diǎn)的電位也被鉗制在被鉗制在0V左右，即左右，即UF近似為近似為0。 3. 限幅限幅 利用二極管正向?qū)ê髢啥穗妷汉苄∏一静蛔兊奶乩枚O管正向?qū)ê髢啥穗妷汉苄∏一静蛔兊奶匦钥梢詷?gòu)成各種限幅電路，使輸出電壓限制在某一電壓值性可以構(gòu)成各種限幅電路，使輸出電壓限制在某一電壓值以內(nèi)。下圖為一正、負(fù)對稱限幅電路以內(nèi)。下圖為一正、負(fù)對稱限幅電路:ui=10sint（V），），US1=US2=5V。可見，如忽略二極管正向?qū)▔航担敵霰??？梢姡绾雎远O管正向?qū)▔航?，輸出被限制在大約限制在大約5V之間。之間。 OtuO/ V5 5-10ui / VOt105-

16、5 4. 元件保護(hù)元件保護(hù) 在電子線路中，經(jīng)常利用二極管來保護(hù)其他元器件免受在電子線路中，經(jīng)常利用二極管來保護(hù)其他元器件免受過高電壓的損害。下圖所示電路是利用二極管來保護(hù)開關(guān)過高電壓的損害。下圖所示電路是利用二極管來保護(hù)開關(guān)S的的保護(hù)電路。保護(hù)電路。 當(dāng)開關(guān)當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，由于電流斷開時(shí)，由于電流的突然中斷，電感的突然中斷，電感L將產(chǎn)生一將產(chǎn)生一個(gè)高于電源電壓很多倍的自感個(gè)高于電源電壓很多倍的自感電動(dòng)勢電動(dòng)勢eL， eL與與U疊加作用于疊加作用于開關(guān)開關(guān)S上，使開關(guān)上，使開關(guān)S的壽命縮短。的壽命縮短。 二極管二極管D的接入，使的接入，使eL通過二極管產(chǎn)生放電電流以釋放能通過二極管產(chǎn)生放電電流以

17、釋放能量，從而保護(hù)了開關(guān)量，從而保護(hù)了開關(guān)S。 除以上用途外，還有許多特殊結(jié)構(gòu)的二極管，例如發(fā)光除以上用途外，還有許多特殊結(jié)構(gòu)的二極管，例如發(fā)光二極管、熱敏二極管等，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，二極管的二極管、熱敏二極管等，隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，二極管的應(yīng)用范圍越來越廣，其中應(yīng)用范圍越來越廣，其中發(fā)光二極管發(fā)光二極管是應(yīng)用較多的一種二極是應(yīng)用較多的一種二極管。管。 不同用途、不同用途、結(jié)構(gòu)的二極管結(jié)構(gòu)的二極管普通二極管普通二極管整流二極管整流二極管穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管發(fā)光二極管光電二極管光電二極管檢波二極管檢波二極管 等等等等1.2.4 發(fā)光二極管及其應(yīng)用發(fā)光二極管及其應(yīng)用 1. 發(fā)光二極

18、管的符號及特性發(fā)光二極管的符號及特性 發(fā)光二極管是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的固體器件，發(fā)光二極管是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的固體器件，簡稱簡稱LED（Light Emitting Diode）。）。 和普通二極管相和普通二極管相似，似，LED也是由一個(gè)也是由一個(gè)PN結(jié)組成的，當(dāng)正向結(jié)組成的，當(dāng)正向?qū)〞r(shí)可以發(fā)出一定導(dǎo)通時(shí)可以發(fā)出一定波長的可見光，常有波長的可見光，常有紅、綠、黃紅、綠、黃等顏色。等顏色。 也有可以發(fā)出也有可以發(fā)出紅外光紅外光等不可見光的發(fā)光二極管。等不可見光的發(fā)光二極管。 發(fā)光二極管具有驅(qū)動(dòng)電壓低、工作電流小、具有發(fā)光二極管具有驅(qū)動(dòng)電壓低、工作電流小、具有很強(qiáng)的抗振動(dòng)和抗沖擊能

19、力、體積小、可靠性高、很強(qiáng)的抗振動(dòng)和抗沖擊能力、體積小、可靠性高、耗電省和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于信號指示等電耗電省和壽命長等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于信號指示等電路中。路中。 一般一般LED的工作電流為的工作電流為幾十幾十 mA，正向?qū)▔?，正向?qū)▔航禐榻禐椋? 2) V，安全使用電壓應(yīng)選擇安全使用電壓應(yīng)選擇5V以下。以下。 2. 發(fā)光二極管的應(yīng)用發(fā)光二極管的應(yīng)用 （1）做電源通斷指示電路。）做電源通斷指示電路。 但要保證但要保證LED的正向工作電流在規(guī)定的范圍之內(nèi)，具的正向工作電流在規(guī)定的范圍之內(nèi)，具體型號體型號LED的工作電流可查閱手冊等資料。的工作電流可查閱手冊等資料。供電電源可供電電源可以是

20、直流也以是直流也可以是交流可以是交流 （2）發(fā)光數(shù)碼管。）發(fā)光數(shù)碼管。發(fā)光數(shù)碼管是電子技術(shù)中的主要顯示器件，常用的七段發(fā)光數(shù)碼管是電子技術(shù)中的主要顯示器件，常用的七段顯示數(shù)碼管是用顯示數(shù)碼管是用LED經(jīng)過一定的排列組成的，如圖所示。經(jīng)過一定的排列組成的，如圖所示。 14 七段顯示數(shù)碼管有共陽極和共陰極之分，如下圖所示。七段顯示數(shù)碼管有共陽極和共陰極之分，如下圖所示。 共陽極共陽極LED分布分布 共陰極共陰極LED分布分布1.3 晶體管晶體管主要要求：主要要求： 了解了解半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)、類型與參數(shù)半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)、類型與參數(shù)掌握半導(dǎo)體三極管的電流分配關(guān)系掌握半導(dǎo)體三極管的電流分配關(guān)系掌握半

21、導(dǎo)體三極管的特性曲線的含義掌握半導(dǎo)體三極管的特性曲線的含義理解三極管的放大作用理解三極管的放大作用了解復(fù)合三極管的概念與意義了解復(fù)合三極管的概念與意義 1.三極管的結(jié)構(gòu)三極管的結(jié)構(gòu)1.3.1 晶體管的結(jié)構(gòu)和類型晶體管的結(jié)構(gòu)和類型NNP發(fā)射極發(fā)射極 E基極基極 B集電極集電極 C發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié) 基區(qū)基區(qū)NPN 型型ECB三區(qū)三區(qū)三極三極兩結(jié)兩結(jié)集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電極集電極 Collector基極基極Base發(fā)射極發(fā)射極Emitter集電結(jié)集電結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié) 集電區(qū)集電區(qū) 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)PPNPNP型型 三極管的分類三極管的分類按材料分按材料分按頻率特性分按頻率特性分按功率

22、分按功率分硅管硅管 鍺管鍺管高頻管高頻管低頻管低頻管大功率管大功率管中功率管中功率管小功率管小功率管按結(jié)構(gòu)分按結(jié)構(gòu)分NPN管管PNP管管 下面以下面以NPN管為例討論三極管的電流分配管為例討論三極管的電流分配與放大作用，所得結(jié)論一樣適用于與放大作用，所得結(jié)論一樣適用于PNP三極管。三極管。1.3.2 晶體管電流分配和放大作用晶體管電流分配和放大作用注意：三極管放大的條件注意：三極管放大的條件內(nèi)部內(nèi)部條件條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度發(fā)射區(qū)摻雜濃度高高基區(qū)薄且摻雜濃度低基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大集電結(jié)面積大外部外部條件條件發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏使發(fā)射結(jié)使發(fā)射結(jié)正偏正偏使集電結(jié)使集電結(jié)反

23、偏反偏1.發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子，形成發(fā)射電子，形成發(fā)射極電流發(fā)射極電流IE的的主要成份。主要成份。IE2.基區(qū)中電子的基區(qū)中電子的復(fù)合形成基極電復(fù)合形成基極電流流IB的主要成份。的主要成份。IB3.集電區(qū)收集電集電區(qū)收集電子形成集電極電子形成集電極電流流IC的主要成份。的主要成份。IC綜上所述，得到三極管的電流分配關(guān)系：綜上所述，得到三極管的電流分配關(guān)系：（1）IE=IC+IB（2）IC=IB（3）IE=IC+IB =（1+ ）IB IC 三極管中還有一些少子電流，比如三極管中還有一些少子電流，比如I ICBOCBO ，通常可以忽略不計(jì)，但它們對溫度十分敏感。通?？梢院雎圆挥?jì)，但它

24、們對溫度十分敏感。1.3.3 晶體管的特性曲線晶體管的特性曲線 因?yàn)槿龢O管有三個(gè)電極，因此，分別因?yàn)槿龢O管有三個(gè)電極，因此，分別將三極管的三個(gè)電極作為輸入端、輸出端將三極管的三個(gè)電極作為輸入端、輸出端和公共端，有三種不同的三極管電路的組和公共端，有三種不同的三極管電路的組成方式。根據(jù)公共電極的不同，分別叫做成方式。根據(jù)公共電極的不同，分別叫做共發(fā)射極電路、共集電極電路和共基極電共發(fā)射極電路、共集電極電路和共基極電路。路。 下圖是測試三極管共發(fā)射極電路伏安特性曲線的電路圖：下圖是測試三極管共發(fā)射極電路伏安特性曲線的電路圖： 1. 輸入特性曲線輸入特性曲線 常數(shù)常數(shù) CE)(BEBuufiuCE1

25、V，集電結(jié)反，集電結(jié)反偏，電場足以將發(fā)射偏，電場足以將發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的載流區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的載流子吸收到集電區(qū)形成子吸收到集電區(qū)形成IC， uCE 再增大曲線再增大曲線也幾乎不變也幾乎不變死區(qū)死區(qū)電壓與電壓與導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓UBE硅管分別約為硅管分別約為0.5V和和0.7V鍺管分別約為鍺管分別約為0.1V和和0.3V（1）截止區(qū)）截止區(qū)iB=0曲線以曲線以下的區(qū)域：下的區(qū)域： iC= ICEO 0，兩結(jié)均反偏，兩結(jié)均反偏，三極管各電極電流均約等于三極管各電極電流均約等于0，所以可以等效為斷開的開關(guān)；所以可以等效為斷開的開關(guān)； 2. 輸出特性曲線輸出特性曲線 常數(shù)常數(shù) B)(CECiufi放放 大

26、大 區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)ICEO飽飽和和區(qū)區(qū)（2）放大區(qū)）放大區(qū)在在iB=0的特的特性曲線上方，近似平行于橫性曲線上方，近似平行于橫軸的曲線族部分：軸的曲線族部分： iC基本不隨基本不隨uCE變化僅受變化僅受iB控制，控制，iC=iB，發(fā)射結(jié)正偏、，發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，相當(dāng)于受控電集電結(jié)反偏，相當(dāng)于受控電流源。流源。 uCE /ViC / mA100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 2 4 6 8 10 252015105（3）飽和區(qū)）飽和區(qū)輸出特性曲輸出特性曲線近似直線上升部分：線近似直線上升部分： 三極管飽和時(shí)管壓降三極管飽和時(shí)管壓降uCE很小，叫做飽和壓降很小，叫做飽和

27、壓降uCES，兩結(jié)均正偏，相當(dāng)于閉合開兩結(jié)均正偏，相當(dāng)于閉合開關(guān)。關(guān)。 1.3.4 晶體管的主要參數(shù)晶體管的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù) 交流、直流電流放大系數(shù)的意義不同，但在輸出特性線交流、直流電流放大系數(shù)的意義不同，但在輸出特性線性良好的情況下，兩個(gè)數(shù)值的性良好的情況下，兩個(gè)數(shù)值的差別很小差別很小，一般不作嚴(yán)格區(qū)分。，一般不作嚴(yán)格區(qū)分。 常用小功率三極管的常用小功率三極管的約為約為20150左右。左右。 常數(shù)CEuiiBCIIIIIBCBCEOC2.極間反向電流極間反向電流集、基間反向飽和電流集、基間反向飽和電流ICB

28、O集、射間反向飽和電流集、射間反向飽和電流（穿透電流）（穿透電流）ICEO 測試電路測試電路ICBO測試電路測試電路ICEO反向電流反向電流受溫度受溫度影響大影響大越小越好越小越好 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反向擊穿電壓反向擊穿電壓U(BR)CEO集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率PCM集電極電流超集電極電流超過一定數(shù)值時(shí)過一定數(shù)值時(shí)要下降要下降擊穿時(shí)三極擊穿時(shí)三極管電流急劇管電流急劇增大，會(huì)使增大，會(huì)使三極管損壞三極管損壞功耗過高會(huì)燒毀三極管功耗過高會(huì)燒毀三極管PuiPCMCECC1.3.5 復(fù)合晶體管復(fù)合晶體管 復(fù)合復(fù)合 三極管是把兩個(gè)三極管

29、的引腳適當(dāng)?shù)剡B三極管是把兩個(gè)三極管的引腳適當(dāng)?shù)剡B接起來等效為一個(gè)三極管，從而獲得對電流放大接起來等效為一個(gè)三極管，從而獲得對電流放大系數(shù)等參數(shù)的改變。系數(shù)等參數(shù)的改變。 可以證明：復(fù)合管的電流放大系數(shù)近似為兩個(gè)管子電可以證明：復(fù)合管的電流放大系數(shù)近似為兩個(gè)管子電流放大系數(shù)的乘積，但復(fù)合管的穿透電流也較大。流放大系數(shù)的乘積，但復(fù)合管的穿透電流也較大。21B1CB1212B11B112B11B112B11B22B11C2C1Ciiiiiiiiiiiii111.4 場效應(yīng)管場效應(yīng)管主要要求：主要要求： 了解了解場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)了解場效應(yīng)管的原理、特性曲線與參數(shù)了解場效應(yīng)管的原

30、理、特性曲線與參數(shù) 場效應(yīng)管是一種利用場效應(yīng)管是一種利用電場效應(yīng)電場效應(yīng)來控制其電流來控制其電流大小的半導(dǎo)體三極管，是利用一種載流子導(dǎo)電的大小的半導(dǎo)體三極管，是利用一種載流子導(dǎo)電的單極型單極型器件。器件。特點(diǎn)特點(diǎn)：具有輸入電阻高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、：具有輸入電阻高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、耗電省等優(yōu)點(diǎn)，制作工藝簡單、抗輻射能力強(qiáng)、耗電省等優(yōu)點(diǎn)，制作工藝簡單、便于集成。便于集成。 1. N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管溝道增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管MOSFET的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu) ( (Mental Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) )1.4.1 絕緣柵場效應(yīng)晶體管的原理和特性絕緣柵場效應(yīng)晶體管的原理和特性P P 型硅襯底型硅襯底S 源極源極 SourceG 柵極柵極 Gate D 漏極漏極 DrainD SGSiOSiO2 2絕緣體絕緣體金屬鋁金屬鋁N N溝道溝道DGS 還有多種其他類型的場效應(yīng)管，比如還有多種其他類型的場效應(yīng)管，比如這是這是P P溝道耗盡型場效應(yīng)管的符號：溝道耗盡型場效應(yīng)管的符號： 2. 原理與特性原理與特性電壓控制器件（電壓控制器件（iD受控于受控于uGS） （1）轉(zhuǎn)移特性曲線）轉(zhuǎn)移特性曲線 （2）漏極特性曲線）漏極特性曲線常數(shù)DSGSDu)u(fi常數(shù)GSDSD