半導體器件基礎(chǔ)知識

1、2009/03模擬電路模擬電路第一章第一章 半導體器件基礎(chǔ)知識半導體器件基礎(chǔ)知識1.1 1.1 半導體的基本知識半導體的基本知識1.2 1.2 半導體二極管半導體二極管1.3 1.3 半導體三極管半導體三極管1.4 BJT1.4 BJT模型模型2009/03模擬電路模擬電路1.1 1.1 半導體的基本知識半導體的基本知識 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

2、外層軌道上的四硅和鍺最外層軌道上的四個電子稱為個電子稱為價電子價電子。2009/03模擬電路模擬電路 本征半導體的共價鍵結(jié)構(gòu)本征半導體的共價鍵結(jié)構(gòu)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。一. 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

3、到99.9999999%，常稱為常稱為“九個九個9”。2009/03模擬電路模擬電路 這一現(xiàn)象稱為這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)本征激發(fā)，也稱也稱熱激發(fā)熱激發(fā)。 當溫度升高或受到光的當溫度升高或受到光的照射時，束縛電子能量增照射時，束縛電子能量增高，有的電子可以掙脫原高，有的電子可以掙脫原子核的束縛，而參與導電子核的束縛，而參與導電，成為，成為自由電子自由電子。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，在其原來的共價鍵時，在其原來的共價鍵中就出現(xiàn)了一個空位，中就出現(xiàn)了一個空位，稱為稱為空穴空穴。2009/03模擬電路模擬電路 可見本征激發(fā)同時產(chǎn)生電

4、子可見本征激發(fā)同時產(chǎn)生電子空穴對?？昭▽?。外加能量越高外加能量越高（溫度溫度越高），產(chǎn)生的電子空穴對越越高），產(chǎn)生的電子空穴對越多。多。與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象復合復合在一定溫度下，本征激發(fā)和復在一定溫度下，本征激發(fā)和復合同時進行，達到動態(tài)平衡。合同時進行，達到動態(tài)平衡。電子空穴對的濃度一定。電子空穴對的濃度一定。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2009/03模擬電路模擬電路自由電子自由電子 帶負電荷帶負電荷 電

5、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：2009/03模擬電路模擬電路二二. . 雜質(zhì)半導體雜質(zhì)半導體 在本征半導體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的在本征半導體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導體稱為半導體稱為雜質(zhì)半導體雜質(zhì)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(zhì)元素，例在本征半導體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱為

6、如磷，砷等，稱為N型半導體型半導體。 2009/03模擬電路模擬電路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 N型半導體型半導體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2009/03模擬電路模擬電路 在本征半導體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。在本征半導體中摻入三價雜質(zhì)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

7、. P型半導體型半導體2009/03模擬電路模擬電路雜質(zhì)半導體的示意圖雜質(zhì)半導體的示意圖+N N型半導體型半導體多子多子電子電子少子少子空穴空穴P P型半導體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(guān)與溫度有關(guān)多子濃度多子濃度與溫度無關(guān)與溫度無關(guān)2009/03模擬電路模擬電路內(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)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(jié)合結(jié)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三三. . PN結(jié)及其單向

8、導電性結(jié)及其單向?qū)щ娦?1 . PN結(jié)的形成結(jié)的形成 2009/03模擬電路模擬電路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 0.1V2009/03模擬電路模擬電路2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?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

9、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2009/03模擬電路模擬電路(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

10、 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(guān)加反壓的大小無關(guān)，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(guān)。與溫度有關(guān)。 2009/03模擬電路模擬電路 PN結(jié)加正向電壓時，具有較大的正向結(jié)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(jié)導通；結(jié)導通； PN結(jié)加反向電壓時，具有很小的反向結(jié)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(jié)截止。結(jié)截止。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)

11、論：PN結(jié)具有單向?qū)ЫY(jié)具有單向?qū)щ娦?。電性?009/03模擬電路模擬電路3. PN結(jié)結(jié)的伏安特性曲線及表達式的伏安特性曲線及表達式 根據(jù)理論推導，根據(jù)理論推導，PNPN結(jié)的伏安特性曲線如圖結(jié)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(jié)結(jié)電擊穿電擊穿可逆可逆2009/03模擬電路模擬電路)1(eTSUuIi 根據(jù)理論分析：根據(jù)理論分析：u 為為PN結(jié)兩端的電壓降結(jié)兩端的電壓降i 為流過為流過PN結(jié)的電流結(jié)的電流IS 為反向飽和電流為反向飽和電流UT =kT/q

12、 ，稱為溫度的電壓，稱為溫度的電壓當量當量其中其中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，對于室溫為熱力學溫度，對于室溫（相當（相當T=300 K）則有則有UT=26 mV。當當 u0 uUT時時1eTUuTeSUuIi 當當 u|U T |時時1eTUuSIi2009/03模擬電路模擬電路4. PN結(jié)的電容效應結(jié)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(jié)中存儲的電荷量要隨之變化結(jié)中存儲的電荷量要隨之變化，就像電容充放電一樣。，就像電容充放電一樣

13、。 (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+PN2009/03模擬電路模擬電路(2) 擴散電容擴散電容CD 當外加正向電壓不當外加正向電壓不同時，同時，PN結(jié)兩側(cè)堆結(jié)兩側(cè)堆積的少子的數(shù)量及濃積的少子的數(shù)量及濃度梯度也不同，這就度梯度也不同，這就相當電容的充放電過相當電容的充放電過程程。+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(jié)電容）極間電容（結(jié)電容）2009/03模擬電路模擬電路1.2 1.2 半導體二極管半導體二極管 二

14、極管二極管 = PN結(jié)結(jié) + 管殼管殼 + 引線引線NP結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)符號符號陽極陽極+陰極陰極-2009/03模擬電路模擬電路 二極管按結(jié)構(gòu)分三大類：二極管按結(jié)構(gòu)分三大類：(1) 點接觸型二極管點接觸型二極管PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，結(jié)面積小，結(jié)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2009/03模擬電路模擬電路(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(jié)面積可大可小，用結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。于高頻整流和開關(guān)電路中。(2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN

15、結(jié)面積大，用于結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。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2009/03模擬電路模擬電路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(guān)管。為開關(guān)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G， C為為N型型Si， D為為P型型Si。2代表二極

16、管，代表二極管，3代表三極管。代表三極管。2009/03模擬電路模擬電路 一一 、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：0.3V2009/03模擬電路模擬電路二二. 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例：例：IR10VE1k) 1(eTSUuIiD非線性器件非線性器件iu0iuRLC線性器件線性器件Riu 2009/0

17、3模擬電路模擬電路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-+iuiu02009/03模擬電路模擬電路二極管的近似分析計算二極管的近似分析計算IR10VE1kIR10VE1k例：例：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

18、極管模型RI10VE1kmA10K1V10I相對誤差相對誤差0000710032. 932. 9100.7V2009/03模擬電路模擬電路 例：例：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，二極管構(gòu)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、理想的直流信號，分別采用理想二極管模型、理想 二極管串聯(lián)電壓源模型計算電流二極管串聯(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。m

19、A2k12VV4REFiRUuIV2REFoUumA31k1V702VV4DREFi.RUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu2009/03模擬電路模擬電路（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）所示，）所示， 分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模型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。分析電路并畫出相應的輸出電壓波形。+-+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。0-4V4Vuit2V2Vuot2009/03模擬電路模擬電

20、路02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 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。+-+UIuREFRiuO2009/03模擬電路模擬電路三三. 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)工作時，二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大允許通過二極管的最大整流電流的平均值。整流電流的平均值。(2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR 二極管反向電流二極管反向電流急劇增加時對應的反向急劇增加時對應的反向電壓值稱為反向擊穿電壓值稱為反向擊穿電壓電壓UBR。 (3) 反向電流反向電流I IRR 在室溫

21、下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。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硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極管在級；鍺二極管在微安微安( A)級。級。2009/03模擬電路模擬電路當穩(wěn)壓二極管工作在反當穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下向擊穿狀態(tài)下,工作電流工作電流IZ在在Izmax和和Izmin之間變化之間變化時時,其兩端電壓近似為常其兩端電壓近似為常數(shù)數(shù)穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓四、穩(wěn)壓二極管四、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+-DZiuUZIUIzminIzmax正向同二正向同二極管極管反偏電壓反

22、偏電壓UZ 反向擊穿反向擊穿UZ限流電阻限流電阻2009/03模擬電路模擬電路 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)穩(wěn)壓二極管的主要參數(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。愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 (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) 最大穩(wěn)定工作電流最大穩(wěn)定工作電流IZm

23、ax 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。iuUZIUIzminIzmax2009/03模擬電路模擬電路1.3 半導體三極管 半導體三極管，也叫晶體三極管。由于工半導體三極管，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，作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，因此，還被稱為因此，還被稱為雙極型晶體管雙極型晶體管（Bipolar Junction Transistor,簡稱簡稱BJT）。）。 BJT是由兩個是由兩個PN結(jié)組成的。結(jié)組成的。2009/03模擬電路模擬電路一一. .BJT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)NPN型PNP型符號符號:-bce-ebc 三極管

24、的結(jié)構(gòu)特點三極管的結(jié)構(gòu)特點:（1）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。（2）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。-NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極-PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極2009/03模擬電路模擬電路二二 BJT的內(nèi)部工作原理的內(nèi)部工作原理（NPN管）管） 三極管在工作時要加上三極管在工作時要加上適當?shù)闹绷髌秒妷?。適當?shù)闹绷髌秒妷?。若在放大工作態(tài)：若在放大工作態(tài)： 發(fā)射結(jié)正偏：發(fā)射結(jié)正偏：+UCE UBEUCB集電結(jié)反偏：集電結(jié)反偏：由由VBB保證保證由由VCC、 VBB保證保

25、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)2009/03模擬電路模擬電路 （1 1）因為發(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)）因為發(fā)射結(jié)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，形成的電流也有空穴的擴散運動，形成的電流為為IEP。但其數(shù)量小，可忽略。但其數(shù)量小，可忽略。 所所以發(fā)射極電流以發(fā)射極電流I E I EN 。 （2）發(fā)射區(qū)的電子注入）發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子?；鶇^(qū)后，變成了少數(shù)載流子。少部分遇到的空穴復合掉，少部分遇到

26、的空穴復合掉，形成形成IBN。所以。所以基極電流基極電流I B I BN 。大部分到達了集電區(qū)。大部分到達了集電區(qū)的邊緣。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NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI2009/03模擬電路模擬電路（3）因為集電結(jié)反偏，）因為集電結(jié)反偏，收集擴散到集電區(qū)邊緣收集擴散到集電區(qū)邊緣的電子，形成電流的電子，形成電流ICN 。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI 另外，集電結(jié)區(qū)另外，集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移的少子形成漂移電流電流ICBO。2009/03模擬電路模擬電路2電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系三個電極上的電流

27、關(guān)系三個電極上的電流關(guān)系:IE =IC+IBNNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI定義：定義：ECNII ECBOECIIII(1)(1)IC與與I E之間的關(guān)系之間的關(guān)系:所以所以:ECII其值的大小約為其值的大小約為0.90.90.990.99。 2009/03模擬電路模擬電路(2)IC與與I B之間的關(guān)系：之間的關(guān)系：聯(lián)立以下兩式聯(lián)立以下兩式：CBOECIII BCEIII得：得：CBOBCCBOECIIIIII）（ 所以所以：CBOBC111III BCEOBCIIII 得：得： 1令令：CBOCEO11II NNPBBVCCVRbRCebcIENEPI

28、IECNICICBOIBI2009/03模擬電路模擬電路三三. BJT. 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=const+i-uBE+-uBTCE+Ci1）uCE=0V時，相當于兩個時，相當于兩個PN結(jié)并聯(lián)。結(jié)并聯(lián)。0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE 1VCEu3）uCE 1V再增加時，曲線右移很不明顯。再增加時，曲線右移很不明顯。2）當）當uCE=1V時，時， 集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)復合減少，以基區(qū)復合減少，

29、 在同一在同一uBE 電壓下，電壓下，iB 減小。特性曲線將減小。特性曲線將向右稍微移動一些。向右稍微移動一些。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 0.3V2009/03模擬電路模擬電路(2)輸出特性曲線輸出特性曲線 iC=f(uCE) iB=const 現(xiàn)以現(xiàn)以iB=60uA一條加以說明。一條加以說明。 1）當）當uCE=0 V時，因集電極無收集作用，時，因集電極無收集作用，iC=0。2） uCE Ic 。 3） 當當uCE 1V后，收后，收集電子的能力足夠強。集電子的能力足夠強。這時，發(fā)射到基區(qū)的電這時，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極收集，形子都被集

30、電極收集，形成成iC。所以。所以uCE再增加，再增加，iC基本保持不變?；颈３植蛔?。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲線。其他值的曲線。 iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB2009/03模擬電路模擬電路 輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域: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)uCE0.7 V。 此時發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。此時發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。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(jié)反偏

31、，集電結(jié)反偏。此時，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。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)射結(jié)正偏，此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。集電結(jié)反偏。 該區(qū)中有：該區(qū)中有：BCII iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)2009/03模擬電路模擬電路四四. 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)：）共基極電流放大系數(shù)： BCII BCii ECII ECii iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIB

32、I =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)：2009/03模擬電路模擬電路 2.極間反向電流極間反向電流（2）集電極發(fā)射極間的穿透電流）集電極發(fā)射極間的穿透電流ICEO 基極開路時，集電極到發(fā)射極間的電流基極開路時，集電極到發(fā)射極間的電流穿透電流穿透電流 。其大小與溫度有關(guān)。其大小與溫度有關(guān)。 （1）集電極基極間反向飽和電流）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(jié)上加反向電壓，得到反向電流。發(fā)射極開路

33、時，在其集電結(jié)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(jié)的反向電流。結(jié)的反向電流。其大小與溫度有關(guān)。其大小與溫度有關(guān)。 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+ICBOecbICEO2009/03模擬電路模擬電路 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

34、電極最大允許）集電極最大允許 功率損耗功率損耗PCM 集電極電流通過集電結(jié)集電極電流通過集電結(jié)時所產(chǎn)生的功耗時所產(chǎn)生的功耗 PC= ICUCE BICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM PCM2009/03模擬電路模擬電路 （3）反向擊穿電壓）反向擊穿電壓 BJT有兩個有兩個PN結(jié)，其反向擊穿電壓有以下幾種：結(jié)，其反向擊穿電壓有以下幾種： U（BR）EBO集電極開路時，發(fā)射極與基極之間允許的最大集電極開路時，發(fā)射極與基極之間允許的最大 反向電壓。其值一般幾伏十幾伏。反向電壓。其值一般幾伏十幾伏。 U（BR）CBO發(fā)射極開路時

35、，集電極與基極之間允許的最大發(fā)射極開路時，集電極與基極之間允許的最大 反向電壓。其值一般為幾十伏幾百伏。反向電壓。其值一般為幾十伏幾百伏。 U（BR）CEO基極開路時，集電極與發(fā)射極之間允許的最大基極開路時，集電極與發(fā)射極之間允許的最大 反向電壓。反向電壓。 在實際使用時，還有在實際使用時，還有U（BR）CER、U（BR）CES等擊穿電壓。等擊穿電壓。 -(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU2009/03模擬電路模擬電路 1.4 BJT的模型0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6BuiCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80u

36、ABI=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+Cibeec2009/03模擬電路模擬電路截止狀態(tài)截止狀態(tài)ecb放大狀態(tài)放大狀態(tài)UDIBICIBecb發(fā)射結(jié)導通壓降發(fā)射結(jié)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2009/03模擬電路模擬電路二二. BJT電路的分析方法（直流）電路的分析方法（直流）1. 模型分析法（近似估算法）模型分析法（近似估算法）VCCVBBRbRc12V6V4K150K

37、+UBE+UCEIBIC+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4K150K+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，試求電路中的，試求電路中的 直流量直流量IB、 IC 、UBE 、UCE。2009/03模擬電路模擬電路+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4K150K+UBE+UCEIBICIC+UBEIB0.7VIBecb+VCCRc(+12V)4K+VBBRb(+6V)150K+UCE解：解：設(shè)三極管工作在放大狀態(tài)，用放大模型代替三極管。設(shè)三極管工作在放大狀態(tài)，用放大模型代替三極管。UBE=0.7VA40K150V6K150V)7 .06(bBEBBBRUVI mA6 . 1A4040BCII V6 . 546 . 11