第1章 半導(dǎo)體晶體管和場效應(yīng)管

1、電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用第第1章章 半導(dǎo)體晶體管和場效應(yīng)管半導(dǎo)體晶體管和場效應(yīng)管電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)本章小結(jié)本章小結(jié)第第3節(jié)節(jié) 絕緣柵場效應(yīng)晶體管絕緣柵場效應(yīng)晶體管第第2節(jié)節(jié) 晶體三極管與交流放大法電路晶體三極管與交流放大法電路第第1節(jié)節(jié) 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識第第1 1章章 半導(dǎo)體晶體管和場效應(yīng)管半導(dǎo)體晶體管和場效應(yīng)管 電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)1.1.1 物理基礎(chǔ)物理基礎(chǔ)1.1.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體1.1.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體1.1.4 PN結(jié)結(jié)電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)

2、基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)1.1.1 1.1.1 物理基礎(chǔ)物理基礎(chǔ) 電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)1.1.2 1.1.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體+4+4+4+4硅硅( (鍺鍺) )的原子結(jié)構(gòu)的原子結(jié)構(gòu)Si2 8 4Ge2 8 18 4簡化簡化模型模型+4慣性核慣性核硅硅( (鍺鍺) )的共價鍵結(jié)構(gòu)的共價鍵結(jié)構(gòu)價電子價電子自自由由電電子子( (束縛電子束縛電子) )空空穴穴空穴空穴空穴可在共空穴可在共價鍵內(nèi)移動價鍵內(nèi)移動電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)1.1.2 1.1.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與

3、工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)IIPINI = IP + IN+ 電子和空穴兩種電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電載流子參與導(dǎo)電1.1.2 1.1.2 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)1.1.3 1.1.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù) 結(jié)論結(jié)論電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)1 1、N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N 型型磷原子磷原子自由電子自由電子電子為電子為多多數(shù)載流數(shù)載流子子空穴為空穴為少少數(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)+5+4+4+4+4+4正離子正離子

4、多數(shù)載多數(shù)載流子流子少數(shù)載少數(shù)載流子流子電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)P 型型硼原子硼原子空穴空穴空穴空穴 多子多子電子電子 少子少子載流子數(shù)載流子數(shù) 空穴數(shù)空穴數(shù)2 2、P P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+3P型半導(dǎo)體的簡化圖示型半導(dǎo)體的簡化圖示多數(shù)載多數(shù)載流子流子少數(shù)載少數(shù)載流子流子負(fù)離子負(fù)離子電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)1.1.4 PN1.1.4 PN結(jié)結(jié)( (耗盡層耗盡層) )內(nèi)電場內(nèi)電場。電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)P 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū)內(nèi)內(nèi)電場電場+ UR外電場外電場I限流電阻限

5、流電阻I = I多子多子 I少子少子 I多子多子P 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū) +UR內(nèi)內(nèi)電場電場外電場外電場IPN 結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通，呈小電阻，電流較大結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通，呈小電阻，電流較大; 反偏截止，電阻很大，電流近似為零。反偏截止，電阻很大，電流近似為零。I = I少子少子 02 PN2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦噪姽ぜ夹g(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù) SI) 1(/TUUseII3 PN3 PN結(jié)方程結(jié)方程電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)1.2 1.2 晶體二極管晶體二極管電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技

6、術(shù)電子技術(shù)1.2.1 1.2.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)構(gòu)成：構(gòu)成： PN結(jié)結(jié) + 引線引線 + 管殼管殼 = 二極管二極管 (Diode)符號：符號：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)接觸型正極正極引線引線觸絲觸絲N型鍺片型鍺片外殼外殼負(fù)極負(fù)極引線引線負(fù)極引線負(fù)極引線 面接觸型面接觸型N型鍺型鍺PN結(jié)結(jié) 正極引線正極引線鋁合金鋁合金小球小球底座底座金金銻銻合金合金平面型平面型正極正極引線引線負(fù)極負(fù)極引線引線集成電路中平面型集成電路中平面型pNP型型支持襯底支持襯底電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技

7、術(shù)電子技術(shù)電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)1.2.2 1.2.2 伏安特性伏安特性O(shè)uD /ViD /mA正向特性正向特性Uth死區(qū)死區(qū)電壓電壓iD = 0Uth = 0.5 V 0.1 V(硅管硅管)(鍺管鍺管)U UthiD 急劇上升急劇上升0 U Uth 反向特性反向特性U (BR)反向擊穿反向擊穿U（BR) U 0 iD 0.1 A(硅硅) 幾十幾十 A (鍺鍺)U U（BR）反向電流急劇增大反向電流急劇增大(反向擊穿反向擊穿)擊穿擊穿電壓電壓電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)反向擊穿類型：反向擊穿類型：電擊穿電擊穿熱擊穿熱擊穿

8、反向擊穿原因反向擊穿原因： 齊納擊穿齊納擊穿：雪崩擊穿：雪崩擊穿： 。 電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)1. IOM 2. URM 3. IRM 1.2.3 1.2.3 主要參數(shù)主要參數(shù)1.2.4特殊二極管特殊二極管1穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù) I/mAUZ /VOUZIZIZM+ 正向正向 +反向反向 UZ IZ符號符號電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)主要參數(shù)主要參數(shù)1. 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 UZ和穩(wěn)定電流和穩(wěn)定電流 IZ 3. 最大工作電流最大工作電流 IZMax 和最大耗散功

9、率和最大耗散功率 PZM 4. 動態(tài)電阻動態(tài)電阻 rZrZ = UZ / IZ 電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)2.2.發(fā)光二極管發(fā)光二極管 LED (Light Emitting Diode)LED (Light Emitting Diode)特點(diǎn)：驅(qū)動電壓低、功耗小、特點(diǎn)：驅(qū)動電壓低、功耗小、壽命長、可靠性高壽命長、可靠性高. .用途：用途：(1).(1).用于顯示電路；用于顯示電路；(2).(2).將電信號變?yōu)楣庑盘?，將電信號變?yōu)楣庑盘?，通過光電纜傳輸，再用光電通過光電纜傳輸，再用光電二極管接收，還原成電信號。二極管接收，還原成電信號。發(fā)光類型：發(fā)光類型：

10、可見光：可見光：紅、黃、綠紅、黃、綠顯示類型：顯示類型： 普通普通LED ，七段七段 LED ，點(diǎn)陣，點(diǎn)陣 LED不可見光：不可見光：紅外光紅外光符號符號電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)3.3.光電二極管光電二極管電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)1.3 1.3 晶體三極管與交流放大電路晶體三極管與交流放大電路電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)1.3.1 1.3.1 晶體管的基本結(jié)構(gòu)晶體管的基本結(jié)構(gòu)電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子

11、技術(shù)電子技術(shù)一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)N型硅型硅BECN型硅型硅P型硅型硅（a） 平面型平面型二氧化硅二氧化硅保護(hù)膜保護(hù)膜N型鍺型鍺ECBPP（b）合金型合金型銦球銦球銦球銦球電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)三層三層半導(dǎo)體材料構(gòu)成半導(dǎo)體材料構(gòu)成NPNNPN型、型、PNPPNP型型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) 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 集電區(qū)集電區(qū)emitterbasecollectorNPN 型型ECB電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)PPNEBCECBPNP 型型二、類型二、類型電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用

12、電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)1.3.2 1.3.2 電流放大作用電流放大作用實(shí)驗電路實(shí)驗電路mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6 A電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6 A1.1.測量結(jié)果測量結(jié)果IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA 0.0010.501.001.602.202.90IE/mA 0.0010.511.021.632.242.95IC/ IB5050535558IC/ IB50606070(1)BCEIII 符合符合KCL定律定律(2) IC和和IE比比IB大得

13、多大得多(3) IB 很小的很小的變化可以引起變化可以引起 IC很很大的變化。大的變化。 電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)2.2.晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動規(guī)律晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動規(guī)律I CEIEI BEI CBOIBIBE IB + ICBOICI C = ICE + ICBO 電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)3. 3. 晶體管的電流分配關(guān)系晶體管的電流分配關(guān)系IB = I BN ICBO IC = ICN + ICBOBNCNII BCEIII BC II BE )1(II CBOBCBOCIIII BCII (直流電流放大倍數(shù)）直

14、流電流放大倍數(shù)）電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)1.3.3 1.3.3 特性曲線特性曲線輸入輸入回路回路輸出輸出回路回路常數(shù)常數(shù) CE)(BEBuufi0CE uRCECiBIERB+uBE +uCE EBCEBiC+ + + iBRB+uBE EB+ BEuBiO0CE uV 1CE u0CE uV 1CE u取取 0.7 V取取 0.2 VEB+ RB電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)2.2.輸出特性輸出特性常數(shù)常數(shù) B)(CECiufi50 A40 A30 A10 AIB = 020 AuCE /VO 2 4 6 8 4321iC

15、 / mAmAICECIBRBEBCEB3DG6 ARCV+uCE 電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（1）截止區(qū)：）截止區(qū)： IB 0 IC = ICEO 0條件：條件：兩個結(jié)反偏兩個結(jié)反偏BCII uCE u BEuCB = uCE u BE 00.3 V ( (硅管硅管) )0.1 V ( (鍺管鍺管) )放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)ICEO輸出特性曲線輸出特性曲線電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)iC / mAuCE

16、/V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 00 2 4 6 8 4321 BC一般為幾十一般為幾十 幾百幾百Q(mào)1.3.4 1.3.4 主要參數(shù)主要參數(shù) BCII 電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)PC = IC UCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 區(qū)區(qū)電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù) 1.4 1.4 場效應(yīng)管場效應(yīng)管增強(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溝道溝道電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)1.4.1 絕緣柵場效應(yīng)管絕緣柵場

17、效應(yīng)管符號：符號：電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)（2 2）工作原理）工作原理-P襯底sgN+bdVDD二氧化硅+N-s二氧化硅P襯底gDDV+Nd+bNVGGid電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)當(dāng)當(dāng)uGSuGSUTUT，且固定為某一值時，來分析漏源電且固定為某一值時，來分析漏源電壓壓VDSVDS對漏極電流對漏極電流IDID的影響。（設(shè)的影響。（設(shè)UT=2VUT=2V， uGSuGS=4V=4V） -P襯底d+dDDVs+二氧化硅NNbiGGVg電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技

18、術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)輸出特性曲線輸出特性曲線 電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù) 轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù) 一個重要參數(shù)一個重要參數(shù)跨導(dǎo)跨導(dǎo)gmgm：1(mA)DSu=6V=3VuuGS(V)1D624i43=5V(mA)243iDGS210V(V)uGSiDGSuiD電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù) 2 2耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管 定義：定義： 夾斷電壓（夾斷電壓（ UP）溝道剛剛消失所需的柵源電壓溝道剛剛消失所需的柵源電壓uGS。電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)N N溝道耗盡型場效應(yīng)管的特性曲線溝道耗盡型場效應(yīng)管的特性曲線電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)DSD|mUGSIgU常 數(shù)跨導(dǎo)跨導(dǎo)電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)本章小結(jié)本章小結(jié)電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用電工技術(shù)基礎(chǔ)與工程應(yīng)用-電子技術(shù)電子技術(shù)6三極管是具有放大作用的半導(dǎo)體器件，根據(jù)結(jié)構(gòu)及工作三極管是具有放大作用的半導(dǎo)體器件，根據(jù)結(jié)構(gòu)及工作原理的不同可分為雙極型和單極型。原理的不同可分為雙極型和單極型。7晶體三極管是由兩個晶體三極管是由兩個PN結(jié)組成的有源三端器件，分為結(jié)組成的有