半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

1、(1-1)電子技術(shù)電子技術(shù) 第一章 半導(dǎo)體器件模擬電路部分模擬電路部分(1-2)第一章第一章 半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 1.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí) 1.2 pn 結(jié)及半導(dǎo)體二極管結(jié)及半導(dǎo)體二極管 1.3 特殊二極管特殊二極管 1.4 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 1.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管(1-3)1.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)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)電，稱為有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體絕緣體，如

2、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。(1-4)半導(dǎo)體半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有的導(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)。例如：不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如： 當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能 力明顯變化。力明顯變化。 往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使 它的導(dǎo)電能力明顯改變。

3、它的導(dǎo)電能力明顯改變。(1-5)1.1.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體一、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)gesi通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可以將半導(dǎo)體制成通過(guò)一定的工藝過(guò)程，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，它們現(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)。的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。(1-6)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

4、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。硅和鍺的晶硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：體結(jié)構(gòu)：(1-7)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(1-8)共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自自由電子由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以，

5、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。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是形成共價(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)。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，使原子規(guī)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。則排列，形成晶體。+4+4+4+4(1-9)二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理二、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）和沒有外界激發(fā)時(shí)和沒有外界激發(fā)時(shí), ,價(jià)價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子載流子），它的導(dǎo)電），它的導(dǎo)

6、電能力為能力為 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)電子獲在常溫下，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，成為得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由自由電子電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴空穴。1.1.載流子、自由電子和空穴載流子、自由電子和空穴(1-10)+4+4+4+4自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子(1-11)2.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+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(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移

7、，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。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，即自由電子自由電子和和空穴空穴。(1-12)溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半溫度越高，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)體性導(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)體的一能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由

8、兩部分組成：本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1. 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流?？昭ㄒ苿?dòng)產(chǎn)生的電流。(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)，就會(huì)在本征半導(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。其原因是摻使半導(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大大增加。雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。p 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（空穴半導(dǎo)體）。稱為（空穴半導(dǎo)體）。n 型半導(dǎo)體：型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)

9、體，自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（電子半導(dǎo)體）。也稱為（電子半導(dǎo)體）。(1-14)一、一、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)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，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)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

10、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+4多余多余電子電子磷原子磷原子n 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中的載流子是什的載流子是什么？么？1 1、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2 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。摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自摻雜濃度遠(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。自由電子稱為由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流多數(shù)載流子子（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）。）。(1-16)二、二、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，如硼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)（或銦），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)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，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)，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)使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為原子接受電子，

12、所以稱為受主原子受主原子。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子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。(1-17)三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法p 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+n 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體雜質(zhì)雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。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。(1-18)1.2 pn結(jié)及半導(dǎo)體二極管結(jié)及半導(dǎo)體二極管2.1.1 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

13、，分別制造p 型半導(dǎo)型半導(dǎo)體和體和n 型半導(dǎo)體，經(jīng)過(guò)載流子的擴(kuò)散，在它們的型半導(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交界面處就形成了pn 結(jié)。結(jié)。(1-19)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?？臻g電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。也稱耗盡層。(1-20)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

14、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。(1-21)+空間空間電荷電荷區(qū)區(qū)n型區(qū)型區(qū)p型區(qū)型區(qū)電位電位vv0(1-22)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)（擴(kuò)散擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)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），）

15、，數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。注意注意: :(1-23)2.1.2 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思都是的意思都是： p 區(qū)區(qū)加正、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思都是：的意思都是： p區(qū)區(qū)加負(fù)、加負(fù)、n 區(qū)加正電壓。區(qū)加正電壓。(1-24)+re一、一、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，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。(1-2

16、5)二、二、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(1-26)2.1.3 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)pn 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。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pn結(jié)結(jié)面接觸型面接觸型pn二極管的電路符號(hào)：二極管的電路符號(hào)：(1-27) 二、伏安特性二、伏安特性u(píng)i死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅

17、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。反向擊穿反向擊穿電壓電壓ubr(1-28)三、主要參數(shù)三、主要參數(shù)1. 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。正向平均電流。2. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓ubr二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔亮鲃≡?，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^(guò)熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電過(guò)熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓壓uwrm一般是一般是u

18、br的一半。的一半。(1-29)3. 反向電流反向電流 ir指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦粤鳌７聪螂娏鞔?，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆睿虼朔聪螂娏髟叫≡胶?。反向電流受差，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。硅管大幾十到幾百倍。以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是以上均是二極管的直流參數(shù)，二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、限幅、主要利用它的單

19、向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、限幅、保護(hù)等等。下面介紹兩個(gè)交流參數(shù)。保護(hù)等等。下面介紹兩個(gè)交流參數(shù)。(1-30)4. 微變電阻微變電阻 rdidudidudq id udrd 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：dddiur顯然，顯然，rd是對(duì)是對(duì)q附近的微小附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。變化區(qū)域內(nèi)的電阻。(1-31)5. 二極管的極間電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

20、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

21、容cd。p+-n(1-32)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(1-33)二極管：二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓=0 .5v，正向壓降，正向壓降 0.7v(硅二極管硅二極管) 理想二極管：理想二極管：死區(qū)電壓死區(qū)電壓=0 ，正向壓降，正向壓降=0 rluiuouiuott二極管的應(yīng)用舉例二極管的應(yīng)用舉例1：二極管半波整流二極管半波整流(1-34)二極管的應(yīng)用

22、舉例二極管的應(yīng)用舉例2：tttuiuruorrluiuruo(1-35)1.3 特殊二極管特殊二極管1.3.1 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管uiizizmax 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：zziuzrrz越小，穩(wěn)越小，穩(wěn)壓性能越好。壓性能越好。(1-36)（4）穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流iz、最大、最小穩(wěn)定電流最大、最小穩(wěn)定電流izmax、izmin。（5）最大允許功耗）最大允許功耗maxzzzmiup穩(wěn)壓二極管的參數(shù)穩(wěn)壓二極管的參數(shù):（1）穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 uz（2）電壓溫度系數(shù)電壓溫度系數(shù) u（%/） 穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。穩(wěn)壓值

23、受溫度變化影響的的系數(shù)。（3）動(dòng)態(tài)電阻）動(dòng)態(tài)電阻zziuzr(1-37)穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例uoizdzriliuirl5ma 20ma, v,10minmaxzzzwiiu穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù)穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):k10lr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。解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流為流為izmax 。求：求：電阻電阻r和輸入電壓和輸入電壓 ui 的正常值。的正常值。ma25maxlzwzruii102521ruiru.zwi方

24、程方程1(1-38)令輸入電壓降到下限令輸入電壓降到下限時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流為流為izmin 。ma10minlzwzruii101080ruiru.zwi方程方程2uoizdzriliuirl聯(lián)立方程聯(lián)立方程1、2，可解得：，可解得：k50v7518.r,.ui(1-39)1.3.2 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。iu照度增加照度增加(1-40)1.3.3 發(fā)光二極管發(fā)光二極管有正向電流流過(guò)有正向電流流過(guò)時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)時(shí)，發(fā)出一定波長(zhǎng)范圍的光，目前的范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的紅外到

25、可見波段的光，它的電特性與光，它的電特性與一般二極管類似。一般二極管類似。(1-41)1.4 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管1.4.1 基本結(jié)構(gòu)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pnp集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)射極bcepnp型型(1-42)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(1-43)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)(1-44)1.4.2 電流放大原理電流放大原理becnnpebrbecie基區(qū)空穴基區(qū)空穴向

26、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。(1-45)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。icboic=ice+icbo iceibeice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)而被收結(jié)而被收集，形成集，形成ice。(1

27、-46)ib=ibe-icbo ibeibbecnnpebrbecieicboiceic=ice+icbo iceibe(1-47)ice與與ibe之比稱為電流放大倍數(shù)之比稱為電流放大倍數(shù)要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。偏，集電結(jié)反偏。bccbobcbocbeceiiiiiiii(1-48)becibieicnpn型三極管型三極管becibieicpnp型三極管型三極管(1-49)1.4.3 特性曲線特性曲線icma avvuceuberbibeceb 實(shí)驗(yàn)線路實(shí)驗(yàn)線路(1-50)一、一、輸入特性輸入特性u(píng)ce 1vib( a)ube(v

28、)204060800.40.8工作壓降：工作壓降： 硅管硅管ube 0.60.7v,鍺鍺管管ube 0.20.3v。uce=0vuce =0.5v 死區(qū)電死區(qū)電壓，硅管壓，硅管0.5v，鍺，鍺管管0.2v。(1-51)二、二、輸出特性輸出特性ic(ma )1234uce(v)36912ib=020 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。(1-52)ic(ma )1234uce(v)36912ib=020 a40 a60 a80 a10

29、0 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)。(1-53)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,ubeic，uce 0.3v (3) 截止區(qū)：截止區(qū)： ube 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓， ib=0 ， ic=iceo 0 (1-55)例：例： =50， usc =12v， rb =70k ， rc =6k 當(dāng)當(dāng)usb = -2v，2v，5v時(shí)，時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)q位位于哪個(gè)區(qū)？于哪個(gè)區(qū)？當(dāng)當(dāng)usb =-2v時(shí)

30、：時(shí)：icuceibuscrbusbcbercubema2612maxcsccruiib=0 ， ic=0ic最大飽和電流：最大飽和電流：q位于截止區(qū)位于截止區(qū) (1-56)例：例： =50， usc =12v， rb =70k ， rc =6k 當(dāng)當(dāng)usb = -2v，2v，5v時(shí)，時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)q位位于哪個(gè)區(qū)？于哪個(gè)區(qū)？ic icmax(=2 ma)， q位于飽和區(qū)。位于飽和區(qū)。(實(shí)際上，此時(shí)實(shí)際上，此時(shí)ic和和ib 已不是已不是 的關(guān)系）的關(guān)系）ma061070705.ruuibbesbb5ma03ma061050.iibc(1-58)三、主要參數(shù)三、主要參數(shù)前

31、面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共集接法。集接法。共射共射直流電流放大倍數(shù)直流電流放大倍數(shù)：bcii_工作于動(dòng)態(tài)的三極管，真正的信號(hào)是疊加在工作于動(dòng)態(tài)的三極管，真正的信號(hào)是疊加在直流上的交流信號(hào)?；鶚O電流的變化量為直流上的交流信號(hào)?；鶚O電流的變化量為 ib，相應(yīng)的集電極電流變化為相應(yīng)的集電極電流變化為 ic，則則交流電流放交流電流放大倍數(shù)大倍數(shù)為：為：biic1. 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)和和 _(1-59)例：例：uce=6v時(shí)時(shí)：ib = 40 a, ic =1.5

32、ma； ib = 60 a, ic =2.3 ma。5 .3704. 05 . 1_bcii4004. 006. 05 . 13 . 2bcii在以后的計(jì)算中，一般作近似處理：在以后的計(jì)算中，一般作近似處理： =(1-60)2.集集- -基極反向截止電流基極反向截止電流icbo 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，受溫度的變化度的變化影響。影響。(1-61)becnnpicboiceo= ibe+icbo ibe ibeicbo進(jìn)入進(jìn)入n區(qū)，形成區(qū)，形成ibe。根據(jù)放大關(guān)系，根據(jù)放大關(guān)系，由于由于ibe的存的存在，必有電流在，必

33、有電流 ibe。集電結(jié)反集電結(jié)反偏有偏有icbo3. 集集- -射極反向截止電流射極反向截止電流iceoiceo受溫度影響受溫度影響很大，當(dāng)溫度上很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，升時(shí)，iceo增加增加很快，所以很快，所以ic也也相應(yīng)增加。相應(yīng)增加。三極三極管的溫度特性較管的溫度特性較差差。(1-62)4.集電極最大電流集電極最大電流icm集電極電流集電極電流ic上升會(huì)導(dǎo)致三極管的上升會(huì)導(dǎo)致三極管的 值的下降，值的下降，當(dāng)當(dāng) 值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為流即為icm。5.集集-射極反向擊穿電壓射極反向擊穿電壓當(dāng)集當(dāng)集-射極之間的電壓射極之間的電壓uce超過(guò)一

34、定的數(shù)值超過(guò)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)值是時(shí)，三極管就會(huì)被擊穿。手冊(cè)上給出的數(shù)值是25 c、基極開路時(shí)的擊穿電壓基極開路時(shí)的擊穿電壓u(br)ceo。(1-63)6. 集電極最大允許功耗集電極最大允許功耗pcm 集電極電流集電極電流ic 流過(guò)三極管，流過(guò)三極管， 所發(fā)出的焦耳所發(fā)出的焦耳 熱為：熱為：pc =icuce 必定導(dǎo)致結(jié)溫必定導(dǎo)致結(jié)溫 上升，所以上升，所以pc 有限制。有限制。pc pcmicuceicuce=pcmicmu(br)ceo安全工作區(qū)安全工作區(qū)(1-64)1.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，它是多子場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，

35、它是多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管jfet絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管mos場(chǎng)效應(yīng)管有兩種場(chǎng)效應(yīng)管有兩種:(1-65)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漏極漏極一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)1.5.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管:導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道(1-66)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(1-67)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(1-68)二、工作原理（以二、工作原理（以p溝道為例）溝道為例）uds=0v時(shí)時(shí)pgsdudsugsnnnnidpn結(jié)反偏，結(jié)反偏，ugs越大則耗盡區(qū)越越大則耗盡區(qū)越寬，導(dǎo)電溝道越寬，導(dǎo)電溝道越窄。窄