模擬電子教程基礎(chǔ)第一章

1、模擬電子教程基礎(chǔ)第一章第1頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四1第一章 半導(dǎo)體器件 1.1 半導(dǎo)體的特性 1.2 半導(dǎo)體二極管 1.3 雙極結(jié)型三極管第2頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四21.1.1 導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體一、導(dǎo)體 自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體， 金屬一般都是導(dǎo)體。二、絕緣體 有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。三、半導(dǎo)體 另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。1.1 半導(dǎo)體的特性第3頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四3半導(dǎo)體的導(dǎo)電

2、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： 當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能 力明顯變化。 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。第4頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四4 本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)GeSi通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體?，F(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。第5頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四5本征半導(dǎo)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)

3、，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)電子。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：第6頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四6硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共用電子對(duì)+4+4+4+4+4表示除去價(jià)電子后的原子第7頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四7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，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子，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。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)。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。+4+4+4+4第8頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)3

4、9分，星期四8二、本征激發(fā)在絕對(duì)0度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時(shí),價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為 0，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴。1.載流子、自由電子和空穴第9頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四9+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子第10頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四102.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，空穴吸引附近的電子來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴

5、的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。第11頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四11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)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(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)體中電流由兩部分組成： 1. 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。第12頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四12 雜質(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)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

6、流子濃度大大增加。P 型半導(dǎo)體：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）。N 型半導(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）。第13頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四13一、N 型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷，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，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，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)磷原子給出一個(gè)電子，稱為施主原子。第14頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四14+4+4+5

7、+4多余電子磷原子N 型半導(dǎo)體中的載流子是什么？1.由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2.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，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。第15頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四15二、P 型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼，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)空穴可能吸引束縛電子來填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主

8、原子。+4+4+3+4空穴硼原子P 型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。第16頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四16雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法：P 型半導(dǎo)體+N 型半導(dǎo)體雜質(zhì)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。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。第17頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四17小結(jié) 1、半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。 2、在一定溫度下，本征半導(dǎo)體因本征激發(fā)而產(chǎn)生自由電子和空穴對(duì)，故其有一定的導(dǎo)電能力。 3、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由溫度決定；雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力主要由所摻雜質(zhì)的濃度決定。 4、P型半導(dǎo)

9、體中空穴是多子，自由電子是少子。N型半導(dǎo)體中自由電子是多子，空穴是少子。 5、半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力與溫度、光強(qiáng)、雜質(zhì)濃度和材料性質(zhì)有關(guān)。第18頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四181.2.1 PN 結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P 型半導(dǎo)體和N 型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN 結(jié)。1.2 PN結(jié)及半導(dǎo)體二極管一、多子擴(kuò)散第19頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四19P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場E漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。內(nèi)電場越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)

10、，也稱耗盡層。第20頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四20漂移運(yùn)動(dòng)P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場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，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。二、少子漂移第21頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四21+空間電荷區(qū)N型區(qū)P型區(qū)電位VV0第22頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四221.空間電荷區(qū)中沒有載流子。2.空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙P中的空穴.N區(qū) 中的電子（都是多子）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)）。3.P 區(qū)中的電子和 N區(qū)中的空穴（都是少），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小

11、。注意:第23頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四231.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN 結(jié)加上正向電壓、正向偏置的意思都是： P 區(qū)加正、N 區(qū)加負(fù)電壓。 PN 結(jié)加上反向電壓、反向偏置的意思都是： P區(qū)加負(fù)、N 區(qū)加正電壓。第24頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四24+RE一、PN 結(jié)正向偏置內(nèi)電場外電場變薄PN+_內(nèi)電場被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成較大的擴(kuò)散電流。第25頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四25二、PN 結(jié)反向偏置+內(nèi)電場外電場變厚NP+_內(nèi)電場被被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形

12、成較小的反向電流。RE第26頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四26 半導(dǎo)體二極管一、基本結(jié)構(gòu)PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。引線外殼線觸絲線基片點(diǎn)接觸型PN結(jié)面接觸型PN二極管的電路符號(hào)：第27頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四27 二、伏安特性UI死區(qū)電壓 硅管0.6V,鍺管0.2V。導(dǎo)通壓降: 硅管0.60.7V,鍺管0.20.3V。反向擊穿電壓UBR第28頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四28三、主要參數(shù)1. 最大整流電流 IOM二極管長期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平均電流。2. 反向擊穿電壓UBR二極管

13、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?，甚至過熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓UWRM一般是UBR的一半。第29頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四293. 反向電流 IR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。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。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、保護(hù)等等。下面介紹兩個(gè)交流參數(shù)。第30頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星

14、期四304. 微變電阻 rDiDuDIDUDQiDuDrD 是二極管特性曲線上工作點(diǎn)Q 附近電壓的變化與電流的變化之比：顯然，rD是對(duì)Q附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。第31頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四315. 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：勢(shì)壘電容CB和擴(kuò)散電容CD。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)，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)出的電容是勢(shì)壘電容。擴(kuò)散電容：為了形成正向電流（擴(kuò)散電流），注入P 區(qū)的少子（電子）在P 區(qū)有濃度差，越靠近PN結(jié)濃度越大，即在P 區(qū)有電子的積累。同理，在N區(qū)有空穴的積累。正

15、向電流大，積累的電荷多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容CD。P+-N第32頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四32CB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。PN結(jié)高頻小信號(hào)時(shí)的等效電路：勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容的綜合效應(yīng)rd第33頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四33二極管：死區(qū)電壓=0 .5V，正向壓降0.7V(硅二極管) 理想二極管：死區(qū)電壓=0 ，正向壓降=0 RLuiuouiuott二極管的應(yīng)用舉例1：二極管半波整流第34頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四34二極管的應(yīng)用舉例2：tttui

16、uRuoRRLuiuRuo第35頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四35 穩(wěn)壓二極管UIIZIZmaxUZIZ穩(wěn)壓誤差曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。+-UZ動(dòng)態(tài)電阻：rz越小，穩(wěn)壓性能越好。一、結(jié)構(gòu)二、特性第36頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四36（4）穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。（5）最大允許功耗三、穩(wěn)壓二極管的參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓 UZ（2）電壓溫度系數(shù)U（%/） 穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。（3）動(dòng)態(tài)電阻第37頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四37負(fù)載電阻 。要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生20%波動(dòng)時(shí)，負(fù)載

17、電壓基本不變。穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例uoiZDZRiLiuiRL穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmax 。求：電阻R和輸入電壓 ui 的正常值。方程1第38頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四38令輸入電壓降到下限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmin 。方程2uoiZDZRiLiuiRL聯(lián)立方程1、2，可解得：第39頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四391.2.5 特殊二極管反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。IU照度增加一、光電二極管第40頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四40二、 發(fā)光二極管有正向電流流

18、過時(shí)，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似。第41頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四41 基本結(jié)構(gòu)和類型BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PNP集電極基極發(fā)射極BCEPNP型1.3 半導(dǎo)體三極管一、結(jié)構(gòu)第42頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四42BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高第43頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四43BECNNP基極發(fā)射極集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)二、類型有PNP型和NPN型；硅管和鍺管；大功率管和小功率管；

19、高頻管和低頻管。第44頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四441.3.2 三極管的連接方式BECNNPEBRBECIE基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略。IBE進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE ，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。一、共發(fā)射極接法二、共集電極接法三、共基極接法1.3.3 電流放大原理第45頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四45BECNNPEBRBECIE集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBOICEIBEICE從基區(qū)擴(kuò)散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移

20、進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE。一、載流子傳輸過程 發(fā)射、復(fù)合、收集第46頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四46IB=IBE-ICBOIBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE二、各極電流關(guān)系第47頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四47第48頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四48ICE與IBE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)正偏，集電結(jié)反偏。三、電流放大系數(shù)第49頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四49BECIBIEICNPN型三極管BECI

21、BIEICPNP型三極管第50頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四50 特性曲線ICmAAVVUCEUBERBIBECEB 實(shí)驗(yàn)線路第51頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四51一、輸入特性UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降： 硅管UBE0.60.7V,鍺管UBE0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。第52頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四52二、輸出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足I

22、C=IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。當(dāng)UCE大于一定的數(shù)值時(shí)，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。第53頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四53IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IBIC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。第54頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四54IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE0.3V (3) 截止區(qū)： UBE 死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0 第5

23、6頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四56例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個(gè)區(qū)？當(dāng)USB =-2V時(shí)：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0 ， IC=0IC最大飽和電流：Q位于截止區(qū) 第57頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四57例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個(gè)區(qū)？IC ICmax (=2mA) ， Q位于放大區(qū)。ICUCEIBUSCRBUS

24、BCBERCUBEUSB =2V時(shí)：第58頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四58USB =5V時(shí):例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個(gè)區(qū)？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于飽和區(qū)，此時(shí)IC 和IB 已不是 倍的關(guān)系。第59頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四591.3.5 主要參數(shù)前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共集接法。共射直流電流放大倍數(shù)：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

25、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IC，則交流電流放大倍數(shù)為：1. 電流放大倍數(shù)和 第60頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四60例：UCE=6V時(shí)：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。在以后的計(jì)算中，一般作近似處理： =第61頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四612.集-基極反向截止電流ICBOAICBOICBO是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。第62頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四62BECNNPICBOICEO= IBE+ICB

26、O IBE IBEICBO進(jìn)入N區(qū)，形成IBE。根據(jù)放大關(guān)系，由于IBE的存在，必有電流IBE。集電結(jié)反偏有ICBO3. 集-射極反向截止電流ICEOICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。第63頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四634.集電極最大電流ICM集電極電流IC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng)值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為ICM。5.集-射極反向擊穿電壓當(dāng)集-射極之間的電壓UCE超過一定的數(shù)值時(shí)，三極管就會(huì)被擊穿。手冊(cè)上給出的數(shù)值是25C、基極開路時(shí)的擊穿電壓U(BR)CEO。第64頁，共86頁

27、，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四646. 集電極最大允許功耗PCM 集電極電流IC 流過三極管， 所發(fā)出的焦耳 熱為：PC =ICUCE 必定導(dǎo)致結(jié)溫 上升，所以PC 有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)第65頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四65第66頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四661.4 場效應(yīng)晶體管(FET)場效應(yīng)管(FET)是利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件，屬于壓控器件。由于它僅靠多子參加導(dǎo)電，又稱單極型晶體管。 一、結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)結(jié)型場效應(yīng)管又有

28、N溝道和P溝道兩種類型。 圖1.4.1是N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖，圖1.4.2（a）是N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的符號(hào)。圖1.4.1中，在同一塊N型半導(dǎo)體上制作兩個(gè)高摻雜的P區(qū)，并將它們連接在一起，所引出的電極稱為柵極G，N型半導(dǎo)體的兩端分別引出兩個(gè)電極，一個(gè)稱為漏極D，一個(gè)稱為源極S。P區(qū)與N區(qū)交界面形成耗盡層，漏極和源極間的非耗盡層區(qū)域稱為導(dǎo)電溝道。 注意：箭頭指向是PN結(jié)的正偏方向第67頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四67圖1.4.1 N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖 (a)N溝道管 （b）P溝道管 圖1.4.2 結(jié)型場效應(yīng)管的符號(hào) 第68頁，共86頁，2022年，5

29、月20日，6點(diǎn)39分，星期四68(一) 結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理1、當(dāng) （即 、 短路）時(shí)， 導(dǎo)電溝道的控制作用 圖1.4.3 時(shí)， 對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用 當(dāng) 且 時(shí)，耗盡層很窄，導(dǎo)電溝道很寬，如圖1.4.3(a)所示。 當(dāng) 增大時(shí)，耗盡層加寬，溝道變窄（如圖1.4.3(b)所示），溝道電阻增大。 當(dāng) 增大到某一數(shù)值時(shí)，耗盡層閉合，溝道消失（如圖1.4.3(c)所示），溝道電阻趨于無窮大，稱此時(shí) 的值為夾斷電壓 。第69頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四692、當(dāng) 為 0中某一固定值時(shí)，對(duì)漏極電流的影響。 若 ，則有電流 從漏極流向源極，從而使溝道中各點(diǎn)與柵極間的電壓不再相

30、等，而是沿溝道從源極到漏極逐漸增大，造成靠近漏極一邊的耗盡層比靠近源極一邊寬。換言之，靠近漏極一邊的導(dǎo)電溝道比靠近源極一邊的窄，如圖1.4.4(a)所示。 （a） （b） （c）圖1.4.4 且 的情況 第70頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四70 因?yàn)闁怕╇妷?，所以當(dāng) 逐漸增大時(shí)， 逐漸減小，靠近漏極一邊的導(dǎo)電溝道必將隨之變窄。 一旦 的增大使 等于 ，則漏極一邊的耗盡層就會(huì)出現(xiàn)夾斷區(qū)，如圖1.4.4(b)所示，稱 為預(yù)夾斷。 若 繼續(xù)增大，則 ，耗盡層閉合部分將沿溝道方向延伸，即夾斷區(qū)加長，如圖1.4.4(c)所示。 因此，當(dāng) 時(shí)，當(dāng) 增大時(shí) 幾乎不變，即 幾乎僅僅

31、決定于 ，表現(xiàn)出 的恒流性和受控性。 第71頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四71(二) 結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線1、漏極特性（輸出特性曲線） 描述當(dāng)柵源電壓 為常量時(shí)，漏極電流 與漏源電壓 之間的函數(shù)關(guān)系，即 對(duì)應(yīng)于一個(gè) ，就有一條曲線，因此漏極特性為一族曲線，如圖1.4.5（b）所示（a）轉(zhuǎn)移特性 （b）漏極特性 圖1.4.5 結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線 第72頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四72場效應(yīng)管有三個(gè)工作區(qū)： (1)可變電阻區(qū)：圖1.4.5（b）中的虛線為預(yù)夾斷軌跡，它是各條曲線上使 的點(diǎn)連接而成的。預(yù)夾斷軌跡的左邊區(qū)域稱為可變電阻區(qū)，該區(qū)

32、域中曲線近似為不同斜率的直線。 恒流性和受控性利用場效應(yīng)管作為放大管時(shí)，應(yīng)使其工作在該區(qū)域。(3)夾斷區(qū)：當(dāng) 時(shí)，導(dǎo)電溝道被夾斷， 。 (2)恒流區(qū)（飽和區(qū)）：各曲線近似為一組恒軸的平行線。 第73頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四732、轉(zhuǎn)移特性 描述當(dāng)漏源電壓 為常量時(shí)，漏極電流 與柵源電壓 之間的函數(shù)關(guān)系，即 當(dāng)場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)時(shí)，可以用一條轉(zhuǎn)移特性曲線代替恒流區(qū)的所有曲線。如圖1.4.5（a）所示?？梢娹D(zhuǎn)移特性曲線與漏極特性曲線有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。】 根據(jù)半導(dǎo)體物理中對(duì)場效應(yīng)管內(nèi)部載流子的分析可得到恒流區(qū)中 的近似表達(dá)式為 應(yīng)當(dāng)指出：為保證N溝道結(jié)型場效應(yīng)管柵源

33、間的耗盡層加反向電壓， 。第74頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四74二、絕緣柵型場效應(yīng)管 絕緣柵型場效應(yīng)管的柵極與源極、柵極與漏極之間均采用SiO2絕緣層隔離而得名。又因?yàn)闁艠O為金屬鋁，故又稱為MOS管。 MOS管分為四種類型：N溝道耗盡型管、N溝道增強(qiáng)型管、P溝道耗盡型管和P溝道增強(qiáng)型管。下面以N溝道耗盡型管為例進(jìn)行講解：（一）結(jié)構(gòu)與符號(hào) B端為襯底，經(jīng)常與源極短接在一起。(a)結(jié)構(gòu)圖； (b)符號(hào)圖1.4.6 N耗MOS管的結(jié)構(gòu)與符號(hào) 第75頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四75（二）N溝道的形成（導(dǎo)電粒子為自由電子N型半導(dǎo)體的多子） 當(dāng)不加外

34、電場( )時(shí)，在二氧化硅層中事先摻入的正離子(帶正電荷)由于靜電感應(yīng)能在P型襯底表面處(兩N+區(qū)之間)感應(yīng)出同等數(shù)量的負(fù)電荷(電子)，形成N型導(dǎo)電溝道（又稱反型層），把兩個(gè)N+區(qū)連接起來。 圖1.4.7 N溝道的形成與外電場對(duì)N溝道的影響 反型層的形成是MOS管能工作的關(guān)鍵。必須指出：當(dāng)不加外電場時(shí)N溝道就已經(jīng)存在，這是耗盡型的特點(diǎn)。第76頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四76（三）特性曲線及工作原理(a)轉(zhuǎn)移特性； (b)漏極特性圖1.4.8 N耗MOS管的特性曲線 第77頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四771、轉(zhuǎn)移特性 如圖1.4.8 (a)所

35、示，轉(zhuǎn)移特性曲線與N溝道結(jié)型管相仿，不同的是 可以為正值。 轉(zhuǎn)移特性反映 對(duì) 的控制規(guī)律，控制原理可以分四種情況討論： (1) 時(shí)，來源于外電場VGS正極的正電荷使SiO2中原有的正電荷數(shù)目增加，由靜電感應(yīng)，N溝道中的電子隨之作同等數(shù)量的增加，N溝道變寬，溝道電阻減小，漏電流成指數(shù)規(guī)律的增加。 (2) 時(shí)，N溝道已經(jīng)存在，因此 不為零，仍記以IDSS ，但不是最大值。 (3) 時(shí)，來源于外電場負(fù)極上的負(fù)電荷抵消一部分SiO2中原有的正電荷，使其數(shù)目減少，溝道變窄，溝道電阻增加，從而漏電流ID成指數(shù)規(guī)律減小。 (4) 時(shí)，SiO2層中的正電荷全部被負(fù)電源中和，N溝道中電子全部消失，也就是說N溝道

36、不存在了，溝道電阻為無窮大，漏電流 ，管子截止(夾斷)。 第78頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四78 綜上述可知，MOS管與J型管的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)不同。J型管利用耗盡區(qū)的寬窄度控制漏流 ；而MOS管是利用感應(yīng)電荷的多少改變導(dǎo)電溝道的性質(zhì)，從而達(dá)到控制 的目的。 2、漏極特性 如圖1.4.8 (b)所示，MOS管的漏極特性與J型管類似。 對(duì)N溝道也有楔形影響。 越大，N溝道的楔形程度越嚴(yán)重。 一定，楔形一定。改變 大小可改變N溝道的寬窄度， 從正到負(fù)，即漏極特性曲線由上而下，反映 對(duì) 的控制作用?？梢?，這種管子也有受控性及恒流性，也分三個(gè)區(qū)。 第79頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四79三、場效應(yīng)管的主要參數(shù) (一)直流參數(shù) 1、夾斷電壓 ：是指在 為常量情況下， 時(shí)對(duì)應(yīng)的 值。適用于J型管及耗盡型的MOS管。約有幾伏數(shù)量級(jí)。 2、開啟電壓 是指在 為常量情況下，使 大于零所需要的最小 值。適用于增強(qiáng)型MOS管。 3、飽和漏極電流 ：對(duì)于耗盡型管，在UGS=0情況下產(chǎn)生預(yù)夾斷時(shí)的漏極電流定義為 。 4、直流輸入電阻 ： 指柵源電壓與柵極電流的比值。對(duì)于J型管，在107至109；對(duì)MOS管一般可達(dá)1012至1015。 第80頁，共86頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)39分，星期四