第1章半導(dǎo)體器件

1、第二部分電子技術(shù)模擬電子技術(shù)半導(dǎo)體器件（第1章） 交流放大電路（第2章）集成運(yùn)算放大器（第3章）電源技術(shù)（第4章）第1章半導(dǎo)體器件1.11.21.31.4 1.5 1.6半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體二極管硅穩(wěn)壓二極管半導(dǎo)體三極管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管電力半導(dǎo)體器件 第1章 1. 11.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1本征半導(dǎo)體將純凈的沒(méi)有晶格缺陷的半導(dǎo)+4+4+4體單晶稱征硅原子半導(dǎo)體。它是共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。在熱力學(xué)溫度零度和沒(méi)有外界+4+4+4價(jià)電子+4+4+4激發(fā)時(shí),本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電。本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)在常溫下自由電子和空穴的形成+4+4+4復(fù)合+4+4+4空穴自由電子本征激發(fā)+4+4+4成對(duì)出現(xiàn)成對(duì)消失第

2、1章 1. 1在外電場(chǎng)作用下，自由電子和空穴均參與導(dǎo)電。空穴導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是共價(jià)+4+4+4+4+4+4鍵中的電電子移動(dòng)方向子依次填補(bǔ)空 穴形成電流。 故半導(dǎo)體中有 自由電子和空 穴兩種載流子?？昭ㄒ苿?dòng)方向+4+4+4外電場(chǎng)方向1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1. N型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的五價(jià)元素， 如磷, 則形成N 型半導(dǎo)體。電子是多數(shù)載流子, 空穴是少數(shù)載流子。+4+4+4正離子+4+5+4自由電子+4+4+42. P型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的三價(jià)元素， 如硼，則形成P 型半導(dǎo)體?？昭ㄊ嵌鄶?shù)載流子, 電子是少數(shù)載流子。+4+4+4負(fù)離子+4+3+4空穴填補(bǔ)空位+4+4+4小結(jié)：半導(dǎo)體的

3、導(dǎo)電特性1. 半導(dǎo)體：純凈的、具有完整的晶格結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體單晶2. 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性： 溫度特性：T 10C 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力增加一倍 光照特性：有光照時(shí)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力會(huì)增加 摻雜特性：摻入雜質(zhì)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力會(huì)大大增加3. 雜質(zhì)半導(dǎo)體特性：兩種載流子導(dǎo)電 與金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電特性的差別 N型半導(dǎo)體：多子 自由電子，少子 空穴 P型半導(dǎo)體：少子 自由電子，多子 空穴1.1.3PN 結(jié)的形成PN 結(jié)1.利用專門的制造工藝在同一塊半導(dǎo)體單晶上,形成P型半導(dǎo)體區(qū)域和N型半導(dǎo)體區(qū)域,在這兩個(gè)區(qū)域的交界處形成了一個(gè)PN 結(jié)。空間電荷區(qū)P 區(qū)N 區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方向在一定的條件下，多子擴(kuò)散與少子漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，

4、空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來(lái)?？臻g電荷區(qū)P 區(qū)N 區(qū)多子擴(kuò)散內(nèi)電場(chǎng)方向少子漂移2.PN 結(jié)的單向?qū)щ娦詀. 外加正向電壓空區(qū)P區(qū)N區(qū)I內(nèi)電場(chǎng)方向R外電場(chǎng)方向Eb. 外加反向電壓多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)難于進(jìn)行空間電荷區(qū)變寬P 區(qū)N 區(qū)IR內(nèi)電場(chǎng)方向外電場(chǎng)方向REPN結(jié)加正向電壓時(shí):具有較大的正向擴(kuò)散電流(多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的擴(kuò)散電流)， 呈現(xiàn)低電阻， PN結(jié)導(dǎo)通；PN結(jié)加反向電壓時(shí):具有很小的反向漂移電流(在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故IR基本上與外加反壓的大小無(wú)關(guān)， 所以稱為反向飽和電流。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。 )，呈現(xiàn)高電阻， PN結(jié)截止。結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?.2半

5、導(dǎo)體二極管1.2.1二極管的基本結(jié)構(gòu)正極引線二氧化硅保護(hù)層正極引線觸絲PN結(jié)N型鍺支架外殼正極PN結(jié)負(fù)極負(fù)極引線負(fù)極引線二極管的符號(hào)面接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管P型區(qū)N型硅第1章 1.1.2.2二極管的伏安特性I / mAI / mA1284600反向特性正向特性正向特性400200100 4050 800.80.40反向擊穿特性00.40.8U / VU / V0.10.2 0.1 0.2死區(qū)電壓反向特性硅管的伏安特性鍺管的伏安特性表達(dá)式UT 溫度電壓當(dāng)量，常溫下UT = 26 mV 第1章 1. 21.2.3二極管的主要參數(shù) 最大整流電流 IF ：的最大正向平均電流 最高反向工作電壓 UD

6、RM = (1/2 2/3) UBR 反向電流 IR：在給定電壓下的反向電流I / mA外加正向電壓：PN結(jié)導(dǎo)通結(jié)電阻很小，電流大外加反向電壓：PN結(jié)截止結(jié)電阻很大，電流0UBRU / VIFIR理想二極管的等效電路UD+ID正向偏置(UD 0)DDI / mA反向偏置(UDU 時(shí)， u =U ；ioZZ0 0，UBC VB VENRBUBBUBE輸入回路輸出回路通常NPN型硅管的發(fā)射結(jié)電壓PNP型鍺管的發(fā)射結(jié)電壓UBE= 0.6V 0.7V，UBE= 0.2V 0.3V。 第1章 1. 4三極管具有電流作用的外部條件:（1）發(fā)射結(jié)正向偏置； （2）集電結(jié)反向偏置。共發(fā)射極接法放大電路ICIC

7、RCRUUCCCIBCC+I+UCEPCN CBBNBUCEPR+PRBENEBUBEUBEUBBUBB對(duì)NPN 型管應(yīng)滿足：對(duì)PNP 型管應(yīng)滿足： UBE 0 即VC VB 0 ；UBC VB VE電子流向電源正極形成 IC集電區(qū)收集電子IC電源正極拉走電子，補(bǔ)充被復(fù)合的空穴,形成 IBC電子NPRBCRUCCBIBNUBB電子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子IEE電源負(fù)極向發(fā)射區(qū)補(bǔ)充電子形成發(fā)射極電流IE三極管的電流放大示意圖 第1章 1. 4由于基區(qū)很薄，摻雜濃度又很小，電子在基區(qū)擴(kuò)散的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于復(fù)合的數(shù)量。所以有：IC IB所以說(shuō)三極管具有電流DIC DIB同樣有:作用, 也稱之

8、為電流放大作用。電流關(guān)系ICRC+I直流電流放大系數(shù)CUCCBBICIBUCEb =+RBEUBE交流電流放大系數(shù)IEUb = DI CBBDI B1.4.3 三極管的特性曲線1. 三極管的輸入特性IBIB = f (UBE)UCE = 常數(shù)U1VCEICRCIB+UCECUCCB+REB0UBEUIEBE死區(qū)電壓UBB輸入回路輸出回路2.三極管的輸出特性IC = f (UCE)I = 常數(shù)BICIB = 60AIB增加IB = 40AIB 減小IB = 20A0UCE三極管輸出特性上的三個(gè)工作區(qū)域 臨界飽 和線I/ mAC80 A放60 A大區(qū)40 A20AIB= 0 A0UCE /VU小I

9、C 小截止區(qū)CE飽 和 區(qū)3. 三極管的三個(gè)區(qū)對(duì)應(yīng)三極管的三種工作狀態(tài)三極管的放大區(qū)對(duì)應(yīng)三極管的放大狀態(tài) (NPN型三極管)（1） 發(fā)射結(jié)正向偏置；（2） 集電結(jié)反向偏置。VC VB VE且 IC = b IB三極管的飽和區(qū)對(duì)應(yīng)三極管的飽和狀態(tài)發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均正向偏置UCE =UCC - RCIC且ICS UC /RC即UCE UBEUCE 0IB增加時(shí)，IC基本不變，晶體管C、E 之間相當(dāng)于短路= ICSIBSb三極管的截止區(qū)對(duì)應(yīng)三極管的截止?fàn)顟B(tài)集電結(jié)、發(fā)射結(jié)均反向偏置IB= 0、IC 0、UCE UCC即UBE 0C、E之間相當(dāng)于開路NPN型晶體管飽和狀態(tài)（1）發(fā)射結(jié)正向偏置；+UCC（2

10、）集電結(jié)正向偏置。RCC即U UCEBE（1）IB增加時(shí)，IC基本不變 T且IC +UCC / RCBEUCE 0.3V（2）U 0.3VCE晶體管C、E之間相當(dāng)于短路NPN型晶體管截止?fàn)顟B(tài)+UCC集電結(jié)、發(fā)射結(jié)均反向偏置，即UBE ICS = VCCbRbC截止反偏反偏0 VCC 0 第1章 1. 41.4.4 三極管的主要參數(shù)1. 電流放大系數(shù)(1) 直流電流放大系數(shù)(2) 交流電流放大系數(shù)ICb =b =IBD ICD IBIC = ICEO + b IBICM2. 穿透電流ICEO3. 集電極最大電流極限參數(shù)4. 集-射反向擊穿電壓 U(BR)CEO5. 集電極最大耗散功率PCM使用時(shí)

11、不超過(guò)!1.4.5 三極管的微變等效電路三極管在小信號(hào)(微變量)情況下工作時(shí),可以在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)用直線段近似地代替三極管的特性曲線， 三極管就可以等效為一個(gè)線性元件。這樣就可以將非線性元件三極管所組成的放大電路等效為一個(gè)線性電路。1. 三極管的微變等效電路在晶體管的輸入特性曲線上，將工作點(diǎn)Q附近的工作段近似地看成直線， 當(dāng)UCE為常數(shù)時(shí)，rUBE與rIB之比UCEIBDUBEubeQ=rbeIBQUCEUCErIBD IiBb稱為晶體管的輸入電阻，在小信號(hào)的條件下，rbe是一常數(shù)，由它確定ube 和ib之間的關(guān)系。因此，晶體管的輸入電路可用 rbe 等效代替。rUBEUBEQUBE

12、O 第1章 1. 4rbe是對(duì)交流而言的一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻。低頻小功率晶體管輸入電阻常用下式估算晶體管輸出特性曲線的線性工作區(qū)是一組近似等距離的平行直線，當(dāng)UCE為常數(shù)時(shí)，rIC與rIB之比b = DIC= icIUCEUCEDICiBb即為晶體管的電流放大系數(shù), 在小信號(hào)的條件下, bQrIICrICB是一常數(shù)，由它確定i 受icb的關(guān)系。因此，晶體管的輸出電路可用一受控電流源 ic = b ib 等效代替。UCEUCE 第1章 1. 4全與橫軸平行，當(dāng)IB為常數(shù)時(shí)，晶體管的輸出特性曲線rUCE與rIC之比= DUCE= ucerceIBIBDICicIC稱為晶體管的輸出電阻, 在小信號(hào)的條件下，ICr 也是一常數(shù)，在等效ce電路中與b ib并聯(lián)。UCEUCErICQIBrUCE由以上分析可得出晶體管的微變等效電路icicBCC+ibB +b ibrcerbeibube-uce-