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1、1 第一章 常用半導(dǎo)體器件模擬電路模擬電路第一章第一章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 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 雙極型晶體管雙極型晶體管 1.4 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管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 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 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
2、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。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。它的導(dǎo)電能力明顯改變。 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
3、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?,F(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)。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
4、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):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,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
5、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(méi)有外界激發(fā)時(shí)和沒(méi)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(méi)有電子完全被共價(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)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
6、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+4+4+4+4自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子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,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
7、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。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。1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜
8、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)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)。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
9、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。+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
10、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),空穴稱為),空穴稱為少數(shù)載流子少數(shù)載流子(少子少子)。)。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)
11、,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,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。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
12、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。1.1.3 PN 結(jié)結(jié) 1 1)PNPN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)。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
13、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。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(méi)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(méi)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。+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VV01 1、空間電荷區(qū)中沒(méi)有載流
14、子。、空間電荷區(qū)中沒(méi)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),),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: : 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
15、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。+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。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。RE1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 1.2.1 1.2.1 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)PN 結(jié)加上管殼和
16、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): 1.2.2 1.2.2 伏安特性伏安特性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0.60.7V,鍺鍺管管0.20.3V。反向擊穿反向擊穿電壓電壓UBR1.2.3 主要參數(shù)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
17、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?,甚至過(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UBR的一半。的一半。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?。反向電流大,說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?,因此反向電流越小越好。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,
18、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)。1.2.4 二極管的等效電路二極管的等效電路 1)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
19、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。2) 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
20、,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。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容電容CD。P+-NCB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二極管:二極管:死區(qū)電壓死區(qū)電壓=0 .5V,正向
21、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二極管的應(yīng)用舉例二極管的應(yīng)用舉例2:tttuiuRuoRRLuiuRuo1.2.5 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。(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
22、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
23、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方程方程1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,.ui1.2.6 其他二極管其他二極管 1)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2) 發(fā)光二極管發(fā)光二極管有正
24、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(jiàn)波段的紅外到可見(jiàn)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。1.3 雙極型晶體管雙極型晶體管1.3.1 晶體管的結(jié)構(gòu)及類型晶體管的結(jié)構(gòu)及類型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BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電
25、極集電極發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)1.3.2 晶體管的電流放大作用晶體管的電流放大作用BECNNPEBRBECIE基區(qū)空穴基區(qū)空穴向發(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。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
26、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。IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBEICE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。BCCBOBCBOCBECEIIIIIIIIBECIBIEICNPN型三極管型三極管BECIBIEICPNP型三極管型三極管1.3.3 晶體管的共射特性曲線晶體管的共射特性曲線ICmA AVVUCEUBERBIBE
27、CEB 實(shí)驗(yàn)線路實(shí)驗(yàn)線路一、一、輸入特性輸入特性UCE 1VIB( A)UBE(V)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。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。IC(mA )1234UCE(
28、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)。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 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)
29、?于哪個(gè)區(qū)?當(dāng)當(dāng)USB =-2V時(shí):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) 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.IIBC1.3.4 晶體
30、管的主要參數(shù)晶體管的主要參數(shù)前面的電路中,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 _例:例:UCE=6V時(shí)時(shí):IB = 40 A,
31、 IC =1.5 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: =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。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,必有電流
32、 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。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)一定的數(shù)值超過(guò)一定的
33、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(kāi)路時(shí)的擊穿電壓基極開(kāi)路時(shí)的擊穿電壓U(BR)CEO。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)1.4 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,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: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)1.4.1 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DGSDGSPNNG(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)
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