第1章常用半導體器件

1、第第一章一章 常用半導體器件常用半導體器件1.1 1.1 半導體基礎知識半導體基礎知識1.2 1.2 半導體二極管半導體二極管1.3 1.3 雙極型晶體管雙極型晶體管1.4 1.4 場效應管場效應管1.1 1.1 半導體基礎知識半導體基礎知識 在物理學中。根據(jù)材料的導電能力，可以將他們劃分導在物理學中。根據(jù)材料的導電能力，可以將他們劃分導體、絕緣體和半導體。體、絕緣體和半導體。 典型的半導體是典型的半導體是硅硅Si和和鍺鍺Ge，它們都是它們都是4價元素價元素。sisi硅原子硅原子Ge鍺原子鍺原子Ge+4+4硅和鍺最外層軌道上的硅和鍺最外層軌道上的四個電子稱為四個電子稱為價電子價電子。 本征半導

2、體的共價鍵結構本征半導體的共價鍵結構束縛電子束縛電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4在絕對溫度在絕對溫度T=0K時，時，所有的價電子都被共價鍵所有的價電子都被共價鍵緊緊束縛在共價鍵中，不緊緊束縛在共價鍵中，不會成為會成為自由電子自由電子，因此本因此本征半導體的導電能力很弱征半導體的導電能力很弱，接近絕緣體。，接近絕緣體。1.1.1 本征半導體 本征半導體本征半導體化學成分純凈的半導體晶體?；瘜W成分純凈的半導體晶體。制造半導體器件的半導體材料的純度要達到制造半導體器件的半導體材料的純度要達到99.9999999%，常，常稱為稱為“九個九個9”。 這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)本征激發(fā)，也稱

3、也稱熱激發(fā)熱激發(fā)。 當溫度升高或受到當溫度升高或受到光的照射時，束縛光的照射時，束縛電子能量增高，有電子能量增高，有的電子可以掙脫原的電子可以掙脫原子核的束縛，而參子核的束縛，而參與導電，成為與導電，成為自由自由電子電子。自由電子自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴 自由電子產(chǎn)生的同自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空鍵中就出現(xiàn)了一個空位，稱為位，稱為空穴空穴。 可見本征激發(fā)同時產(chǎn)可見本征激發(fā)同時產(chǎn)生電子空穴對。生電子空穴對。 外加能量越高（外加能量越高（溫度溫度越高），產(chǎn)生的電子空越高），產(chǎn)生的電子空穴對越多。穴對越多。 與本征激發(fā)相反的與本

4、征激發(fā)相反的現(xiàn)象現(xiàn)象復合復合在一定溫度下，本征激在一定溫度下，本征激發(fā)和復合同時進行，達發(fā)和復合同時進行，達到動態(tài)平衡。電子空穴到動態(tài)平衡。電子空穴對的濃度一定。對的濃度一定。常溫常溫300K時：時：電子空穴對的濃度電子空穴對的濃度硅：硅：310cm104 . 1鍺：鍺：313cm105 . 2自由電子自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴電子空穴對電子空穴對自由電子自由電子 帶負電荷帶負電荷 電子流電子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子自由電子E總電流總電流載流子載流子空穴空穴 帶正電荷帶正電荷 空穴流空穴流本征半導體的導電性取決于外加能量：本征半導體的導電性取決于

5、外加能量：溫度變化，導電性變化；光照變化，導電性變化。溫度變化，導電性變化；光照變化，導電性變化。導電機制導電機制1.1.2 1.1.2 雜質半導體雜質半導體 在本征半導體中摻入某些微量雜質元素后的在本征半導體中摻入某些微量雜質元素后的半導體稱為半導體稱為雜質半導體雜質半導體。1.1.N型半導體型半導體 在本征半導體中摻入五價雜質元素，例在本征半導體中摻入五價雜質元素，例如磷，砷等，稱為如磷，砷等，稱為N型半導體型半導體。 N型半導體型半導體多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多數(shù)載流子多數(shù)載流子自由電子自由電子少數(shù)載流子少數(shù)載流子 空穴空穴+N型半導體

6、施主離子施主離子自由電子自由電子電子空穴對電子空穴對 在本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵等。在本征半導體中摻入三價雜質元素，如硼、鎵等?？昭昭ㄅ鹪优鹪庸柙庸柙?4+4+4+4+4+4+3+4+4多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴空穴少數(shù)載流子少數(shù)載流子自由電子自由電子P型半導體受主離子受主離子空穴空穴電子空穴對電子空穴對2.2. P型半導體型半導體雜質半導體的示意圖雜質半導體的示意圖+N型半導體多子多子電子電子少子少子空穴空穴P型半導體多子多子空穴空穴少子少子電子電子少子濃度少子濃度與溫度有關與溫度有關多子濃度多子濃度與溫度無關與溫度無關內(nèi)電場E因多子濃度差因多子濃度差形成內(nèi)電場形成內(nèi)

7、電場多子的擴散多子的擴散 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 阻止多子擴散，促使少子漂移。阻止多子擴散，促使少子漂移。PNPN結合結合+P型半導體+N型半導體+空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)多子擴散電流多子擴散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層1.1.3 1.1.3 PN結及其單向導電性結及其單向導電性 1 . PN結的形成結的形成 少子飄移少子飄移補充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，補充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴散多子擴散 又失去多子，耗盡層寬，又失去多子，耗盡層寬，EP型半導體+N型半導體+內(nèi)電場E多子擴散電流多子擴散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層動態(tài)平衡：動態(tài)平衡： 擴散電流擴散電流 漂移

8、電流漂移電流總電流總電流0勢壘勢壘 UO硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V2. PN結的單向導電性結的單向導電性(1) 加正向電壓（正偏）加正向電壓（正偏）電源正極接電源正極接P區(qū)，負極接區(qū)，負極接N區(qū)區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。 外電場削弱內(nèi)電場外電場削弱內(nèi)電場 耗盡層變窄耗盡層變窄 擴散運動漂移運動擴散運動漂移運動多子多子擴散形成正向電流擴散形成正向電流I I F F+P型半導體+N型半導體+WER空間電荷區(qū)內(nèi)電場E正向電流正向電流 (2) 加反向電壓加反向電壓電源正極接電源正極接N區(qū)，負極接區(qū)，負極接P區(qū)區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。外電場的方向與內(nèi)電場

9、方向相同。 外電場加強內(nèi)電場外電場加強內(nèi)電場 耗盡層變寬耗盡層變寬 漂移運動擴散運動漂移運動擴散運動少子漂移形成反向電流少子漂移形成反向電流I I R R+內(nèi)電場+E+EW+空 間 電 荷 區(qū)+R+IRPN 在一定的溫度下，由本在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故一定的，故IR基本上與外基本上與外加反壓的大小無關加反壓的大小無關，所以所以稱為稱為反向飽和電流反向飽和電流。但。但IR與溫度有關。與溫度有關。 PN結加正向電壓時，具有較大的正向結加正向電壓時，具有較大的正向擴散電流，呈現(xiàn)低電阻，擴散電流，呈現(xiàn)低電阻， PN結導通；結導通； PN結加反向電壓時，

10、具有很小的反向結加反向電壓時，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， PN結截止。結截止。 由此可以得出結論：由此可以得出結論：PN結具有單向導結具有單向導電性。電性。) 1(eTSUuIi 根據(jù)理論分析：根據(jù)理論分析：u 為為PN結兩端的電壓降結兩端的電壓降i 為流過為流過PN結的電流結的電流IS 為反向飽和電流為反向飽和電流UT =kT/q 稱為溫度的電壓當量稱為溫度的電壓當量其中其中k為玻耳茲曼常數(shù)為玻耳茲曼常數(shù) 1.381023q 為電子電荷量為電子電荷量1.6109T 為熱力學溫度為熱力學溫度 對于室溫（相當對于室溫（相當T=300 K）則有則有UT=26 mV。

11、當當 u0 uUT時時1eTUuTeSUuIi 當當 u|U T |時時1eTUuSIi3. PN結結的電流方程和伏安特性曲線的電流方程和伏安特性曲線PNPN結的伏安特性曲線如圖結的伏安特性曲線如圖正偏正偏IF（多子擴散）（多子擴散）IR（少子漂移）（少子漂移）反偏反偏反向飽和電流反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿電壓反向擊穿反向擊穿熱擊穿熱擊穿燒壞燒壞PN結結電擊穿電擊穿可逆可逆TeSUuIi SIi4. PN結的電容效應結的電容效應 當外加電壓發(fā)生變化時，耗盡層的寬度要相應當外加電壓發(fā)生變化時，耗盡層的寬度要相應地隨之改變，即地隨之改變，即PN結中存儲的電荷量要隨之變化結中存儲的電荷量要隨之

12、變化，就像電容充放電一樣。，就像電容充放電一樣。 (1) 勢壘電容勢壘電容CB空空間間電電荷荷區(qū)區(qū)W+R+E+PN(2) 擴散電容擴散電容CD 當外加正向電壓當外加正向電壓不同時，不同時，PN結兩結兩側堆積的少子的側堆積的少子的數(shù)量及濃度梯度數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相也不同，這就相當電容的充放電當電容的充放電過程過程。+NPpLx濃濃度度分分布布耗耗盡盡層層NP區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)中中空空穴穴區(qū)區(qū)中中電電子子區(qū)區(qū)濃濃度度分分布布nL電容效應在交流信號作用下才會明顯表現(xiàn)出來電容效應在交流信號作用下才會明顯表現(xiàn)出來極間電容（結電容）極間電容（結電容）1.2 1.2 半導體二極管半導體二極管 二極管二極管 =

13、 PN結結 + 管殼管殼 + 引線引線NP結構結構符號符號陽極陽極+陰極陰極-圖1.2.1 二極管的幾種外形 二極管按結構分三大類：二極管按結構分三大類：(1) 點接觸型二極管點接觸型二極管 PN結面積小，結電容小，結面積小，結電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。用于檢波和變頻等高頻電路。N型 鍺正 極 引 線負 極 引 線外 殼金 屬 觸 絲(3) 平面型二極管平面型二極管 用于集成電路制造工藝中。用于集成電路制造工藝中。PN 結面積可大可小，用結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。于高頻整流和開關電路中。(2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結面積大，用結面積大，用于工頻大電流整流電

14、路。于工頻大電流整流電路。SiO2正 極 引 線負 極 引 線N型 硅P型 硅負 極 引 線正 極 引 線N型 硅P型 硅鋁 合 金 小 球底 座半導體二極管的型號半導體二極管的型號國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：2AP9用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。代表器件的類型，代表器件的類型，P為普通管，為普通管，Z為整流管，為整流管，K為開關管。為開關管。代表器件的材料，代表器件的材料，A為為N型型Ge，B為為P型型Ge， C為為N型型Si， D為為P型型Si。2代表二極管，代表二極管，3代表三極管。代表三極管。 1.2.1

15、 半導體二極管的半導體二極管的VA特性曲線特性曲線 硅：硅：0.5 V 鍺：鍺： 0.1 V(1) 正向特性正向特性導通壓降導通壓降反向飽和電流反向飽和電流(2) 反向特性反向特性死區(qū)死區(qū)電壓電壓iu0擊穿電壓擊穿電壓UBR實驗曲線實驗曲線uEiVmAuEiVuA鍺鍺 硅：硅：0.7 V 鍺：鍺：0.3V1.2.2 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IF二極管長期連續(xù)工二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二作時，允許通過二極管的最大正向極管的最大正向平均電流。平均電流。(2) 最高反向工作電壓最高反向工作電壓UR 二極管工作時允許二極管工作時允許外加的最大反向電壓，超

16、過外加的最大反向電壓，超過此值，此值，二極管可能因反向擊穿二極管可能因反向擊穿而損壞。而損壞。 (3) 反向電流反向電流I IRR 在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極管在微安級；鍺二極管在微安( A)級。級。 (4) 最高工作頻率最高工作頻率f fMM f fM M是二極管工作的上限頻率。超過此值，由于結電容的作是二極管工作的上限頻率。超過此值，由于結電容的作用，二極管的單向導電性將不能很好的體現(xiàn)用，二極管的單向導電性將不能很好的體現(xiàn)。fCZC21C+-當當f很高時，很高

17、時，CZ很小，電容近似短路，二極管很小，電容近似短路，二極管失去單向導電作用。失去單向導電作用。C1.2.3 二極管的模型及近似分析計算二極管的模型及近似分析計算1.二極管的直流模型二極管的直流模型IR10VE1k) 1(eTSUuIiD非線性器件非線性器件iu0iuRLC線性器件線性器件Riu 二極管的模型二極管的模型iuDU+-uiDUDU串聯(lián)電壓源模型串聯(lián)電壓源模型DUu DUu U D 二極管的導通壓降。硅管二極管的導通壓降。硅管 0.7V；鍺管；鍺管 0.3V。理想二極管模型理想二極管模型ui正偏正偏反偏反偏-+iu導通壓降導通壓降二極管的二極管的VA特性特性-+iuiu0二極管的近

18、似分析計算二極管的近似分析計算IR10VE1kIR10VE1k例例1：串聯(lián)電壓源模型串聯(lián)電壓源模型mA3 . 9K1V)7 . 010(I測量值測量值 9.32mA相對誤差相對誤差00002 . 010032. 99.332. 9理想二極管模型理想二極管模型RI10VE1kmA10K1V10I相對誤差相對誤差0000710032. 932. 9100.7V例例2：二極管構成的限幅電路如圖所示，二極管構成的限幅電路如圖所示，R1k，UREF=2V，輸入信號為，輸入信號為ui。 (1)若若 ui為為4V的直流信號，分別采用理想二極管模型、的直流信號，分別采用理想二極管模型、理想二極管串聯(lián)電壓源模型

19、計算電流理想二極管串聯(lián)電壓源模型計算電流I和輸出電壓和輸出電壓uo+-+UIuREFRiuO解解：（1）采用理想模型分析。）采用理想模型分析。 采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。mA2k12VV4REFiRUuIV2REFoUumA31k1V702VV4DREFi.RUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu（2）如果）如果ui為幅度為幅度4V的交流三角波，波形如圖（的交流三角波，波形如圖（b）所）所示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析電路并畫出相應的輸出電壓波形。型分析電路并畫出相應的輸

20、出電壓波形。+-+UIuREFRiuO解：解：采用理想二極管采用理想二極管模型分析。波形如圖所示。模型分析。波形如圖所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用理想二極管串聯(lián)采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析，波形電壓源模型分析，波形如圖所示。如圖所示。+-+UIuREFRiuO例例3 3：圖示電路，二極管導通電壓為：圖示電路，二極管導通電壓為0.7V0.7V，試分別估算開關斷，試分別估算開關斷開和閉合時輸出電壓的數(shù)值。開和閉合時輸出電壓的數(shù)值。解：1）開關斷開時。開關斷開時。DIOUVUV3 . 57 . 062）開關閉合時。開關閉合時。VUO122.

21、二極管的交流模型：二極管的交流模型：微變等效電路微變等效電路DDdiurDDduir1DDdudi) 1(eTSUuDDIiDUuSdueIdTD)1(TDUuTSeUITDUuSTeIU1) 1(1TDUuSTeIUTDUIDTdIUr DImV)(26當穩(wěn)壓二極管工作在當穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下反向擊穿狀態(tài)下,工作工作電流電流IZ在在Izmax和和Izmin之間變化時之間變化時,其兩端電其兩端電壓近似為常數(shù)壓近似為常數(shù)穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓1.2.4 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管是應用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管穩(wěn)壓二極管是應用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管+-DZiuUZIUIzminIzma

22、x正向同正向同二極管二極管反偏電壓反偏電壓UZ 反向擊穿反向擊穿UZ限流電阻限流電阻 穩(wěn)壓二極管的主要穩(wěn)壓二極管的主要 參數(shù)參數(shù) (1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ (2) 動態(tài)電阻動態(tài)電阻rZ 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，所對應的反向工作電壓。下，所對應的反向工作電壓。 rZ = U / I rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡，穩(wěn)壓性能越好。愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡，穩(wěn)壓性能越好。 (3) (3) 最小穩(wěn)定工作最小穩(wěn)定工作 電流電流IZmin 保證穩(wěn)壓管擊穿所對應的電流，若保證穩(wěn)壓管擊穿所對應的電流，若IZIZmin則不能穩(wěn)壓。則不能穩(wěn)壓。 (4) (4) 最

23、大穩(wěn)定工作電流最大穩(wěn)定工作電流IZmax 超過超過Izmax穩(wěn)壓管會因功耗過大而燒壞。穩(wěn)壓管會因功耗過大而燒壞。iuUZIUIzminIzmax例例4 4：圖示電路，已知發(fā)光二極管的導通電壓為：圖示電路，已知發(fā)光二極管的導通電壓為1.6V1.6V，正向電，正向電流為流為5 5 20mA 20mA時才能發(fā)光。試問：時才能發(fā)光。試問：（1 1）開關處于何位置時發(fā)光二極管可能發(fā)光）開關處于何位置時發(fā)光二極管可能發(fā)光（2 2）為使發(fā)光二極管發(fā)光，電路中）為使發(fā)光二極管發(fā)光，電路中R R的取值范圍是多少的取值范圍是多少解：1）開關斷開時。開關斷開時。2）minmaxDDIUVRK88. 056 . 16

24、maxminDDIUVRK22. 0206 . 16R R的取值范圍是的取值范圍是220 220 880 880 。1.3 1.3 雙極型晶體管雙極型晶體管 半導體三極管，也叫晶體三極管。由于工作時，半導體三極管，也叫晶體三極管。由于工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，因此，還被多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，因此，還被稱為稱為雙極型晶體管雙極型晶體管（Bipolar Junction Transistor,簡簡稱稱BJT）。）。BJT是由兩個是由兩個PN結組成的。結組成的。圖圖1.3.1 晶體管的幾種常見外形晶體管的幾種常見外形1.3.1 基本結構基本結構BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)

25、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型型符號符號: -bceNPN管管-ebcPNP管管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)射極集電極集電極發(fā)射結發(fā)射結集電結集電結1.3.2 BJT的內(nèi)部工作原理的內(nèi)部工作原理（NPN管）管） 三極管在工作時要三極管在工作時要加上適當?shù)闹绷髌由线m當?shù)闹绷髌秒妷?。置電壓。若在放大工作狀態(tài)：若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結正偏：發(fā)射結正偏：+UCE UBEUCB集電結反偏：集電結

26、反偏：由由VBB保證保證由由VCC、 VBB保證保證UCB=UCE - UBE 0NNPBBVCCVRbRCebc共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法c區(qū)區(qū)b區(qū)區(qū)e區(qū)區(qū) （1 1）因為發(fā)射結正偏，所以發(fā)）因為發(fā)射結正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子射區(qū)向基區(qū)注入電子 ，形成了擴形成了擴散電流散電流IEN 。同時從基區(qū)向發(fā)射區(qū)。同時從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴散運動，形成的電也有空穴的擴散運動，形成的電流為流為IEP。但其數(shù)量小，可忽略。但其數(shù)量小，可忽略。 所以發(fā)射極電流所以發(fā)射極電流I E I EN 。 （2）發(fā)射區(qū)的電子注）發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。少部分遇到的空穴流子

27、。少部分遇到的空穴復合掉，形成復合掉，形成IBN。所以。所以基基極電流極電流I B I BN 。大部分到。大部分到達了集電區(qū)的邊緣。達了集電區(qū)的邊緣。1BJT內(nèi)部的載流子傳輸過程內(nèi)部的載流子傳輸過程NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI（3）因為集電結）因為集電結反偏，收集擴散到反偏，收集擴散到集電區(qū)邊緣的電子，集電區(qū)邊緣的電子，形成電流形成電流ICN 。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI 另外，集電結區(qū)另外，集電結區(qū)的少子形成漂移的少子形成漂移電流電流ICBO。2電流分配關系電流分配關系NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICN

28、ICICBOI定義：定義：ECNIIECII稱為共基極稱為共基極直流直流電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)ECii稱為共基極稱為共基極交流交流電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)其值的大小約為其值的大小約為0.90.90.990.99，近似為，近似為1 1。 定義：定義：BCII稱為共射極稱為共射極直流直流電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)BCii稱為共射極稱為共射極交流交流電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)其值一般在幾十到一百多倍。其值一般在幾十到一百多倍。 一般有一般有 ， 三個電極上的電流關系三個電極上的電流關系:IE =IC+IB其中：其中：CBOCEOII)1 (基本關系：基本關系：CBOBIII)1 (CCEOBII 稱為

29、穿透電流。稱為穿透電流。BIICIE =IC+IB111.3.3 BJT1.3.3 BJT的特性曲線（的特性曲線（共發(fā)射極接法）共發(fā)射極接法）(1) (1) 輸入特性曲線輸入特性曲線 iB=f(uBE) uCE=常數(shù)常數(shù)+i-uBE+-uBTCE+Ci0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE 1VCEu死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V導通壓降導通壓降硅硅 0.7V鍺鍺 0.3ViCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA飽和區(qū)飽和區(qū)iC受受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)u

30、CE0.7 V。 此時此時發(fā)射結正偏發(fā)射結正偏，集電結也正偏集電結也正偏。飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū) 曲線基本平行等曲線基本平行等 距。距。 此時，發(fā)此時，發(fā) 射結正偏，集電射結正偏，集電 結反偏。結反偏。 該區(qū)中有：該區(qū)中有：放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當接近零的區(qū)域，相當iB=0的曲線的下方。的曲線的下方。 此時，發(fā)射結反偏，集電結反偏。此時，發(fā)射結反偏，集電結反偏。截止區(qū)截止區(qū) (2)輸出特性曲線輸出特性曲線 iC=f(uCE) iB=const BCIIBCII1.3.4 BJTBJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)（2 2）共基極電流放大系數(shù)：）共基極電

31、流放大系數(shù)： BCII BCii ECII ECii iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI =100uACBI=60uAi一般取一般取20200之間之間2.31.538A60mA3 . 2BCII40A40)-(60mA)5 . 13 . 2(BCii（1 1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)：）共發(fā)射極電流放大系數(shù)： 2.極間反向電流極間反向電流 （2）集電極發(fā)射極間的穿）集電極發(fā)射極間的穿透電流透電流ICEO 基極開路時，集電極到發(fā)射基極開路時，集電極到發(fā)射極間的電流極間的電流穿透電流穿透電流 。其大小與溫度有關。其大小與溫度有關。 （1）集電極基極間反向

32、飽和電流）集電極基極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開路時，在其集電結上加反向電壓，得到反向電流。發(fā)射極開路時，在其集電結上加反向電壓，得到反向電流。它實際上就是它實際上就是一個一個PNPN結的反向電流。結的反向電流。其大小與溫度有關。其大小與溫度有關。 鍺管：鍺管：I CBO為微安數(shù)量級，為微安數(shù)量級， 硅管：硅管：I CBO為納安數(shù)量級。為納安數(shù)量級。CBOCEO)1 (II+ICBOecbICEO 3.極限參數(shù)極限參數(shù) Ic增加時，增加時， 要下降。當要下降。當 值值下降到線性放大區(qū)下降到線性放大區(qū) 值值的的70時，所對應的集電極電流稱為集電極最大允許時，所對應的集電極電流稱為集電極最大允

33、許電流電流ICM。（1）集電極最大允許電流）集電極最大允許電流ICM（2）集電極最大允）集電極最大允許功率損耗許功率損耗PCM 集電極電流通過集集電極電流通過集電結時所產(chǎn)生的功耗，電結時所產(chǎn)生的功耗， PC= ICUCE BICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM UE ,且且UB - UE 0.5V， UC UB時，晶體管處于放大區(qū)。時，晶體管處于放大區(qū)。當當UB UE , UB UC時，晶體管處于飽和區(qū)。時，晶體管處于飽和區(qū)。晶體管晶體管T1T2T3T4基極直流電位基極直流電位UB /V0.71-10發(fā)射極直流電位發(fā)射極直

34、流電位UE /V00.3-1.70集電極直流電位集電極直流電位UC /V50.7015工作狀態(tài)工作狀態(tài)放大放大 飽和飽和 放大放大截止截止當當UB UE , UB UC時，晶體管處于截止區(qū)。時，晶體管處于截止區(qū)。2. 對于對于PNP管，當管，當UB UE ,且且UB - UE 0.5V， UC UB時，晶體管處于放大區(qū)。時，晶體管處于放大區(qū)。CEBPNPBCEB當當UB UE , UB UC時，晶體管處于截止區(qū)。時，晶體管處于截止區(qū)。例例1.3.2 在一個單在一個單管放大電路中，電源電壓為管放大電路中，電源電壓為30V，已知三只管，已知三只管子的參數(shù)如表所示，請選用一只管子，并簡述理由。子的參

35、數(shù)如表所示，請選用一只管子，并簡述理由。晶體管參數(shù)晶體管參數(shù)T1T2T3ICBO /微安微安0.010.10.05UCEO/V50502015100100解：選用解：選用T2最合適。最合適。 1.4 三極管的模型及分析方法0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6BuiCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uA非線性器件非線性器件BCIIUD=0.7VUCES=0.3ViB0 iC0一一. BJT的模型的模型+i-uBE+-uBCE+Cibeec截止狀態(tài)截止狀態(tài)ecb放大狀態(tài)放大狀態(tài)UDIBICIBecb發(fā)射結導通壓

36、降發(fā)射結導通壓降UD硅管硅管0.7V鍺管鍺管0.3V飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)ecbUDUCES飽和壓降飽和壓降UCES硅管硅管0.3V鍺管鍺管0.1V直流模型直流模型二二. BJT電路的分析方法（直流）電路的分析方法（直流）模型分析法（近似估算法）模型分析法（近似估算法）VCCVBBRbRc12V6V4K150K+UBE+UCEIBIC+VCC(+12V)+VBB(+6V)RbRc4K150K+UBE+UCEIBIC例：共射電路如圖，已知三極管為硅管，例：共射電路如圖，已知三極管為硅管，=40，試，試求電路中的直流量求電路中的直流量IB、 IC 、UBE 、UCE。+VCC+VBBRbRc(+12V)

37、(+6V)4K150K+UBE+UCEIBIC0.7VIBecbIC+VCCRc(+12V)4K+UBEIB+VBBRb(+6V)150K+UCE解：設三極管工作在放大狀態(tài)，用放大模型代替三極管。解：設三極管工作在放大狀態(tài)，用放大模型代替三極管。UBE=0.7VK150V)7 . 06(A40K150V6A4040mA6 . 146 . 112V6 . 5bBEBBBRUVIBCIICCCCCERIVU 半導體三極管的型號半導體三極管的型號第二位：第二位：A鍺鍺PNP管、管、B鍺鍺NPN管、管、 C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低頻小功率管、低頻小功率管、D低頻大功率管

38、、低頻大功率管、 G高頻小功率管、高頻小功率管、A高頻大功率管、高頻大功率管、K開關管開關管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的種類用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號的序號用數(shù)字表示同種器件型號的序號用字母表示同一型號中的不同規(guī)格用字母表示同一型號中的不同規(guī)格三極管三極管國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：3DG110B 1.5 場效應管 BJT是一種電流控制器件是一種電流控制器件(iB iC)，工作時，多數(shù)載流子和，工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，所以被稱為雙極型器件。少數(shù)載流子都參與運行，所以被稱為雙極型器件。增強型增強

39、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P溝道溝道FET分類分類： 絕緣柵場效應管絕緣柵場效應管結型場效應管結型場效應管 場效應管（場效應管（Field Effect Transistor簡稱簡稱FET）是一種電壓控）是一種電壓控制器件制器件(uGS iD) ，工作時，只有一種載流子參與導電，因此它，工作時，只有一種載流子參與導電，因此它是單極型器件。是單極型器件。 FET因其制造工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極因其制造工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優(yōu)點，得到了廣泛應用。高等優(yōu)點，得到了廣泛應用。N基底基底 ：N型半導體型半導體PP兩邊是兩邊是P區(qū)

40、區(qū)G(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極一、結構及工作原理一、結構及工作原理1.5.1 結型場效應管結型場效應管:導電溝道導電溝道NPPG(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極N溝道結型場效應管溝道結型場效應管DGSDGSPNNG(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極P溝道結型場效應管溝道結型場效應管DGSDGSNP耗盡層耗盡層VGGUGSVDDUDS ID +-耗盡層耗盡層NPVGGUGSVDDUDS ID +-工作原理工作原理-+-+1. 輸出特性曲線輸出特性曲線二、二、JFET的特性曲線的特性曲線圖圖1.4.5 場效應管的輸出特性場效應管的輸出特性)(DSDufi 常數(shù)GSU圖圖1.4.6 場效應管的轉

41、移特性曲線場效應管的轉移特性曲線2. 轉移特性曲線轉移特性曲線)(GSDufi 常數(shù)DSU2)()1 (offGSGSDSSDuuIiGSDmuig低頻跨導低頻跨導GSmDugi1.4.2 絕緣柵場效應三極管 絕緣柵型場效應管絕緣柵型場效應管 ( Metal Oxide Semiconductor FET)，簡稱簡稱MOSFET。分為：分為： 增強型增強型 N溝道、溝道、P溝道溝道 耗盡型耗盡型 N溝道、溝道、P溝道溝道 1.1.N溝道增強型溝道增強型MOS管管 （1 1）結構結構 4個電極：漏極個電極：漏極D，源極源極S，柵極，柵極G和和 襯底襯底B。-gsdb符號：符號：-N+NP襯底sg

42、db源極柵極漏極襯底P型襯底型襯底高參雜濃度的高參雜濃度的N型區(qū)型區(qū)耗盡層耗盡層二氧化硅二氧化硅當當uGS0V時時縱向電場縱向電場將靠近柵極下方的空穴將靠近柵極下方的空穴向下排斥向下排斥耗盡層。耗盡層。（2 2）工作原理）工作原理 再增加再增加uGS縱向電場縱向電場將將P區(qū)少子電子聚集到區(qū)少子電子聚集到P區(qū)表面區(qū)表面形成導電溝道，形成導電溝道，如果此時加有漏源電壓，如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流就可以形成漏極電流id。柵源電壓柵源電壓uGS的控制作用的控制作用-P襯底sgN+bdVDD二氧化硅+N-s二氧化硅P襯底gDDV+Nd+bNVGGid 定義：定義：開啟電壓（開啟電壓（ UT

43、）剛剛產(chǎn)生溝道所需剛剛產(chǎn)生溝道所需 的柵源電壓的柵源電壓UGS。 N溝道增強型溝道增強型MOS管的基本特性：管的基本特性： uGS UT，管子截止，管子截止， uGS UT，管子導通。，管子導通。 uGS 越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓uDS作作 用下，漏極電流用下，漏極電流ID越大。越大。 漏源電壓漏源電壓uDS對漏極電流對漏極電流id的控制作用的控制作用 當當uGSUT，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VDS對漏極電流對漏極電流ID的影響。的影響。（設（設UT=2V， uGS=4V） （a）uds=0時，時， id=0。（

44、b）uds id； 同時溝道靠漏區(qū)變窄。同時溝道靠漏區(qū)變窄。（c）當）當uds增加到使增加到使ugd=UT時，時，溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預夾斷預夾斷。（d）uds再增加，預夾斷區(qū)再增加，預夾斷區(qū)加長，加長， uds增加的部分基本降增加的部分基本降落在隨之加長的夾斷溝道上落在隨之加長的夾斷溝道上， id基本不變?；静蛔儭?s二氧化硅P襯底gDDV+Nd+bNVGGid-二氧化硅NisdNVb+DDdVP襯底GGg-GGbVd二氧化硅siNgDD+dP襯底VN+-P襯底d+dDDVs+二氧化硅NNbiGGVg（3 3）特性曲線）特性曲線 四個區(qū)：四個區(qū)：（a）可變電阻區(qū)）可變電

45、阻區(qū)（預夾斷前）。（預夾斷前）。 輸出特性曲線：輸出特性曲線：iD=f(uDS) uGS=consti(V)(mA)DDSuGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGS（b）恒流區(qū)也稱飽和）恒流區(qū)也稱飽和 區(qū)（預夾斷區(qū)（預夾斷 后）。后）。 （c）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。 （d）擊穿區(qū)。）擊穿區(qū)?？勺冸娮鑵^(qū)可變電阻區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū)(V)i(mA)DGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGSuDS10V1234Di(mA)1432(V)uGS246 轉移特性曲線轉移特性曲線： iD=f(uGS) uDS=const 可根據(jù)輸出特性曲線作出可根據(jù)輸出特

46、性曲線作出移特性曲線移特性曲線。例：作例：作uDS=10V的一條的一條轉移特性曲線：轉移特性曲線：UGS(th) 一個重要參數(shù)一個重要參數(shù)跨導跨導gm： gm= iD/ uGS uDS=const (單位單位mS) gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。 在轉移特性曲線上，在轉移特性曲線上， gm為的曲線的斜率。為的曲線的斜率。 在輸出特性曲線上也可求出在輸出特性曲線上也可求出gm。1(mA)DSu=6V=3VuuGS(V)1D624i43=5V(mA)243iDG S210V(V)uG SiDG SuiD2)() 1(thGSGSDODuuI

47、i2)() 1(thGSGSDODuuIigm= iD/ uGS uDS=constGSDmdudigGSthGSGSDOduuuId) 1(2)() 1(2)()(thGSGSDOthGSuuIuDODthGSGSIiuu2)() 1(DODthGSGSIiuu ) 1()(DODDOthGSIiIu)(2DDOthGSiIu)(2DQDOthGSIIu)(2DQDOthGSmIIug)(22)()1 (offGSGSDSSDuuIiDQDSSoffGSmIIug)(2 2.N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET特點：特點： 當當uGS=0時，就有溝道，時，就有溝道，加入加入uDS，就有就有iD。 當當uGS0時，溝道增