注冊電氣工程師資格考試模擬電子技術(shù)學(xué)習(xí)資料半導(dǎo)體和基本半導(dǎo)體器件

模擬電子技術(shù)Ch1半導(dǎo)體和基本半導(dǎo)體器件

1.1半導(dǎo)體理論基礎(chǔ)1.2

PN結(jié)與二極管1.3各類二極管1.4雙極型三極管1.5場效應(yīng)管1.6運(yùn)放模型1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)半導(dǎo)體特性本征半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體半導(dǎo)體特性物質(zhì)分類導(dǎo)體—

導(dǎo)電率為105S.cm-1，量級，如金屬絕緣體—

導(dǎo)電率為10-22-10-14S.cm-1量級，如：橡膠、云母、塑料等?！?/p>

導(dǎo)電能力隨條件變化。如：硅、鍺、砷化鎵等。半導(dǎo)體半導(dǎo)體特性摻入雜質(zhì)則導(dǎo)電率增加幾百倍摻雜特性半導(dǎo)體器件溫度增加使導(dǎo)電率大為增加溫度特性熱敏器件光照不僅使導(dǎo)電率大為增加還可以產(chǎn)生電動勢光照特性光敏器件光電器件Ch1Semiconductor…\1.1Elementary\…基礎(chǔ)知識Sect本征半導(dǎo)體完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。純度：99.9999999%，“九個(gè)9”它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。常用的本征半導(dǎo)體Si+14284Ge+3228184+4SectCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基礎(chǔ)知識本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵:+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵內(nèi)的電子稱為束縛電子價(jià)帶導(dǎo)帶掙脫原子核束縛的電子稱為自由電子價(jià)帶中留下的空位稱為空穴禁帶EG外電場E自由電子定向移動形成電子流束縛電子填補(bǔ)空穴的定向移動形成空穴流SectCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基礎(chǔ)知識1.本征半導(dǎo)體中有兩種載流子—自由電子和空穴它們是成對出現(xiàn)的2.在外電場的作用下，產(chǎn)生電流—電子流和空穴流電子流自由電子作定向運(yùn)動形成的與外電場方向相反自由電子始終在導(dǎo)帶內(nèi)運(yùn)動空穴流價(jià)電子遞補(bǔ)空穴形成的與外電場方向相同始終在價(jià)帶內(nèi)運(yùn)動SectCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基礎(chǔ)知識本征半導(dǎo)體中的載流子：本征半導(dǎo)體載流子的濃度：電子濃度ni

:表示單位體積的自由電子數(shù)空穴濃度pi:表示單位體積的空穴數(shù)。B—與材料有關(guān)的常數(shù)Eg—禁帶寬度T—絕對溫度k—玻爾曼常數(shù)結(jié)論1.本征半導(dǎo)體中電子濃度ni=空穴濃度pi

2.載流子的濃度與T、Eg有關(guān)

SectCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基礎(chǔ)知識載流子的產(chǎn)生與復(fù)合:g——載流子的產(chǎn)生率即每秒成對產(chǎn)生的電子空穴的濃度。R——載流子的復(fù)合率即每秒成對產(chǎn)生的電子空穴的濃度。當(dāng)達(dá)到動態(tài)平衡時(shí)g

=R

SectCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基礎(chǔ)知識雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體。摻雜后半導(dǎo)體的導(dǎo)電率大為提高

摻入的三價(jià)元素如B、Al、In等，形成P型半導(dǎo)體

摻入的五價(jià)元素如P、Se等，形成N型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體SectCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基礎(chǔ)知識N型半導(dǎo)體:+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5在本征半導(dǎo)體中摻入的五價(jià)元素如P。價(jià)帶導(dǎo)帶+++++++施主能級自由電子是多數(shù)載流子空穴是少數(shù)載流子雜質(zhì)原子提供由熱激發(fā)形成由于五價(jià)元素很容易貢獻(xiàn)電子，因此將其稱為施主雜質(zhì)。施主雜質(zhì)因提供自由電子而帶正電荷成為正離子SectCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基礎(chǔ)知識P型半導(dǎo)體:+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3在本征半導(dǎo)體中摻入的三價(jià)元素如B。價(jià)帶導(dǎo)帶-------受主能級自由電子是少數(shù)載流子空穴是多數(shù)載流子雜質(zhì)原子提供由本征激發(fā)形成因留下的空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。SectCh1Semiconductor…\1.1Elementary\…基礎(chǔ)知識Ch1Semiconductor…\1.1Elementary\…基礎(chǔ)知識Sect討論：若使P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體“親密接觸”，會發(fā)生什么現(xiàn)象？1.2PN結(jié)與二極管PN結(jié)半導(dǎo)體二極管P區(qū)N區(qū)擴(kuò)散運(yùn)動載流子從濃度大向濃度小的區(qū)域擴(kuò)散,稱擴(kuò)散運(yùn)動形成的電流成為擴(kuò)散電流內(nèi)電場內(nèi)電場阻礙多子向?qū)Ψ降臄U(kuò)散即阻礙擴(kuò)散運(yùn)動同時(shí)促進(jìn)少子向?qū)Ψ狡萍创龠M(jìn)了漂移運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動=漂移運(yùn)動時(shí)達(dá)到動態(tài)平衡SectPN結(jié)的形成Ch1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基礎(chǔ)知識內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散

載流子濃度差多子擴(kuò)散雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場內(nèi)電場促使少子漂移擴(kuò)散運(yùn)動多子從濃度大向濃度小的區(qū)域運(yùn)動，稱為擴(kuò)散。擴(kuò)散運(yùn)動產(chǎn)生擴(kuò)散電流。漂移運(yùn)動少子向?qū)Ψ竭\(yùn)動，稱為漂移。漂移運(yùn)動產(chǎn)生漂移電流。動態(tài)平衡擴(kuò)散電流=漂移電流，PN結(jié)內(nèi)總電流為0。PN結(jié)穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，又稱為高阻區(qū)、耗盡層，…SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基礎(chǔ)知識VPN結(jié)的接觸電位內(nèi)電場的建立，使PN結(jié)中產(chǎn)生電位差。從而形成接觸電位V接觸電位V決定于材料及摻雜濃度鍺：V=0.2～0.3硅：V=0.6～0.7SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基礎(chǔ)知識1.PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況外電場方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動的阻礙減弱，擴(kuò)散電流加大。擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響。PN結(jié)呈現(xiàn)低電阻。P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；內(nèi)外SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基礎(chǔ)知識PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況外電場與PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，增強(qiáng)內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動阻礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減小。少子在內(nèi)電場的作用下形成的漂移電流加大。PN結(jié)呈現(xiàn)高電阻。P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡稱反偏；內(nèi)外SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基礎(chǔ)知識結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基礎(chǔ)知識式中Is飽和電流;

VT=kT/q等效電壓

k波爾茲曼常數(shù)；

T=300K（室溫）時(shí)VT=26mVPN結(jié)電流方程由半導(dǎo)體物理可推出：當(dāng)加反向電壓時(shí)：當(dāng)加正向電壓時(shí)：(v>>VT)SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基礎(chǔ)知識勢壘電容CB由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當(dāng)外加電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地隨之改變，這相當(dāng)PN結(jié)中存儲的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。PN結(jié)電容效應(yīng)SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基礎(chǔ)知識

擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時(shí)，由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過來的電子就堆積在P區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。擴(kuò)散電容CD

當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，擴(kuò)散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結(jié)兩側(cè)堆積的多子的濃度梯度分布也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過程。勢壘電容和擴(kuò)散電容均是非線性電容。SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基礎(chǔ)知識PN結(jié)的反向擊穿反向擊穿PN結(jié)上反向電壓達(dá)到某一數(shù)值，反向電流激增。雪崩擊穿當(dāng)反向電壓增高時(shí)，少子獲得能量高速運(yùn)動，在空間電荷區(qū)與原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生碰撞電離。形成連鎖反應(yīng)，象雪崩一樣。使反向電流激增。齊納擊穿當(dāng)反向電壓較大時(shí)，強(qiáng)電場直接從共價(jià)鍵中將電子拉出來，形成大量載流子,使反向電流激增。擊穿可逆。摻雜濃度小的二極管容易發(fā)生擊穿可逆。摻雜濃度大的二極管容易發(fā)生不可逆擊穿—熱擊穿PN結(jié)的電流或電壓較大，使PN結(jié)耗散功率超過極限值，使結(jié)溫升高，導(dǎo)致PN結(jié)過熱而燒毀。SectCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基礎(chǔ)知識晶體二極管的結(jié)構(gòu)類型在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管二極管按結(jié)構(gòu)分點(diǎn)接觸型面接觸型平面型PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路往往用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。半導(dǎo)體二極管Ch1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基礎(chǔ)知識二極管的伏安特性是指二極管兩端電壓和流過二極管電流之間的關(guān)系。由PN結(jié)電流方程求出理想的伏安特性曲線IU1.當(dāng)加正向電壓時(shí)PN結(jié)電流方程為：2.當(dāng)加反向電壓時(shí)I隨U↑，呈指數(shù)規(guī)率↑I=-Is

基本不變Ch1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基礎(chǔ)知識晶體二極管的伏安特性1.正向起始部分存在一個(gè)死區(qū)或門坎，稱為門限電壓。硅：Ur=0.5-0.6v;鍺：Ur=0.1-0.2v2.加反向電壓時(shí)，反向電流很小即Is硅(nA)<Is鍺(A)

硅管比鍺管穩(wěn)定3.當(dāng)反壓增大UB時(shí)再增加，反向激增，發(fā)生反向擊穿，UB稱為反向擊穿電壓。實(shí)測伏安特性IU①②③Ch1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基礎(chǔ)知識晶體二極管晶體二極管的電阻非線性電阻直流電阻R(也稱靜態(tài)電阻）交流電阻r（又稱動態(tài)電阻或微變電阻）一、直流電阻及求解方法定義二極管兩端的直流電壓UD與電流ID之比IDIUUDDCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基礎(chǔ)知識晶體二極管晶體二極管的電阻直流電阻的求解方法：借助于靜態(tài)工作點(diǎn)來求1.首先確定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q：借助于圖解法來求IDEDDRLUDIU由電路可列出方程：UD=ED-IDRL直流負(fù)載線UD=0ID=EDID=0UD=ED/RLED/RLEDQIDUD2.直流負(fù)載線與伏安特性曲線的交點(diǎn)由Q得ID和UD，從而求出直流電阻RCh1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基礎(chǔ)知識晶體二極管晶體二極管的電阻二、交流電阻rRLEDDuIQUUI或?qū)嵸|(zhì)是特性曲線靜態(tài)工作點(diǎn)處的斜率交流電導(dǎo)：g=dI/dU=I/nUT交流電阻：r=1/g=nUT/I若n=1,室溫下：UT=26mv交流電阻：r=26mv/ID(mA)晶體二極管的正向交流電阻可由PN結(jié)電流方程求出：由此可得：Ch1Semiconductor…\1.2PNjunc…\…基礎(chǔ)知識1.3各類二極管及其應(yīng)用穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管穩(wěn)壓特性：在反向擊穿時(shí)，電流急劇增加而PN結(jié)兩端的電壓基本保持不變正向部分與普通二極管相同工作區(qū)在反向擊穿區(qū)RZUZ特性參數(shù)：1.穩(wěn)定電壓VZ:反向擊穿電壓2.最大工作電流Izmax:受耗散功率的限制，使用時(shí)必須加限流電阻穩(wěn)壓二極管特性參數(shù)：1.穩(wěn)定電壓VZ:2.最大工作電流Izmax:3.動態(tài)電阻RZ很小，十幾歐姆~幾十歐姆

穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)應(yīng)反接，并串入一只電阻。電阻的作用一是起限流作用，以保護(hù)穩(wěn)壓管。其次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。變?nèi)荻O管利用結(jié)勢壘電容CT隨外電壓U的變化而變化的特點(diǎn)制成的二極管。符號：注意：使用時(shí)，應(yīng)加反向電壓光電二極管與發(fā)光二極管光電二極管發(fā)光二極管光電二極管定義：有光照射時(shí)，將有電流產(chǎn)生的二極管類型：PIN型、PN型、雪崩型結(jié)構(gòu)：和普通的二極管基本相同工作原理：利用光電導(dǎo)效應(yīng)工作，PN結(jié)工作在反偏態(tài)，當(dāng)光照射在PN結(jié)上時(shí)，束縛電子獲得光能變成自由電子，形成光生電子—空穴對，在外電場的作用下形成光生電流DEDDRLUDIP注意：應(yīng)在反壓狀態(tài)工作UD=-IPRL發(fā)光二極管定義：將電能轉(zhuǎn)換成光能的特殊半導(dǎo)體器件，當(dāng)管子加正向電壓時(shí)，在正向電流激發(fā)下，管子發(fā)光，屬電致發(fā)光常用驅(qū)動電路：直流驅(qū)動電路交流驅(qū)動電路注：在交流驅(qū)動電路中，為了避免發(fā)光二極管發(fā)生反向擊穿，通常要加入串聯(lián)或并聯(lián)的保護(hù)二極管發(fā)光二極管只有在加正向電壓時(shí)才發(fā)光二極管的應(yīng)用整流電路濾波電路顯示電路~220Ve2iDuL二極管應(yīng)用整流電路整流電路是最基本的將交流轉(zhuǎn)換為直流的電路，半波整流e2E2m+-iDuL整流電路中的二極管是作為開關(guān)運(yùn)用，具有單向?qū)щ娦?。~220Ve2iDuL+-Udc≈0.45E2二極管應(yīng)用整流電路全波整流~220VuLioRLe2e2’+--+~220VuLioRLe2’e2-+-+e2uLUdc≈0.9E2二極管應(yīng)用整流電路橋式整流~220Ve2uL+-~220Ve2uL+-e2uLUdc≈0.9E2

依靠電容的沖放電作用可減小紋波：當(dāng)電壓小于電容兩端電壓時(shí)，由電容向負(fù)載放電。當(dāng)電壓大于電容兩端電壓時(shí)，由電壓向電容充電，并向負(fù)載提供電壓。二極管應(yīng)用電容濾波電路直流信號電容相當(dāng)于開路交流信號二極管應(yīng)用LED顯示器abcdfgabcdefgabcdefg+5V共陽極電路共陰極電路控制端為高電平對應(yīng)二極管發(fā)光控制端為低電平對應(yīng)二極管發(fā)光e小結(jié)

半導(dǎo)體是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一種物體。具有一系列特殊的性能，如摻雜、光照和溫度都可以改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能。利用這些性能可制作成具有各種特性的半導(dǎo)體器件。

PN結(jié)是構(gòu)成半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)，具有單向?qū)щ娦浴⒎蔷€性電阻特性、電容效應(yīng)、擊穿穩(wěn)壓特性。當(dāng)PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)導(dǎo)通，呈現(xiàn)低阻特性。當(dāng)PN結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)截止，呈現(xiàn)高阻特性。二極管實(shí)際上就是一個(gè)PN結(jié)，描述二極管的性能常用二極管的伏安特性，可用二極管的電流方程來描述即二極管兩端的電壓和流過的電流滿足I=Is(eU/UT-1).硅管：當(dāng)UD>0.7V時(shí)，二極管導(dǎo)通，導(dǎo)通后，UD=0.7V鍺管：當(dāng)UD>0.3V時(shí)，二極管導(dǎo)通，導(dǎo)通后，UD=0.3V穩(wěn)壓管是一種應(yīng)用很廣的特殊類型的二極管，工作區(qū)在反向擊穿區(qū)?？梢蕴峁┮粋€(gè)穩(wěn)定的電壓。使用時(shí)注意加限流電阻。二極管基本用途是整流穩(wěn)壓和限幅。半導(dǎo)體光電器件分光敏器件和發(fā)光器件，可實(shí)現(xiàn)光—電、電—光轉(zhuǎn)換。光電二極管應(yīng)在反壓下工作，而發(fā)光二極管應(yīng)在正偏電壓下工作。小結(jié)重點(diǎn)：晶體二極管的原理、伏安特性及電流方程。難點(diǎn)：1.兩種載流子

2.PN結(jié)的形成3.單向?qū)щ娦?/p>

4.載流子的運(yùn)動重點(diǎn)難點(diǎn)半導(dǎo)體二極管的型號國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：附錄半導(dǎo)體二極管圖片附錄半導(dǎo)體二極管圖片附錄半導(dǎo)體二極管圖片附錄1.4雙極型三極管—BJTBJT的結(jié)構(gòu)BJT的電流分配BJT的參數(shù)BJT的特性曲線Ch1Semiconductor…\1.4BJT\…基礎(chǔ)知識SectBJT的結(jié)構(gòu)發(fā)射結(jié)集電結(jié)兩種結(jié)構(gòu)類型：NPN型PNP型發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射極基極集電極Ch1Semiconductor…\1.4BJT\…基礎(chǔ)知識Sect1.由三層半導(dǎo)體組成，有三個(gè)區(qū)、三個(gè)極、兩個(gè)結(jié)2.發(fā)射區(qū)摻雜濃度高、BECBECBJT的結(jié)構(gòu)基區(qū)薄、集電結(jié)面積大SectCh1Semiconductor…\1.4BJT\…基礎(chǔ)知識BJT的電流分配三極管各區(qū)的作用:發(fā)射區(qū)向基區(qū)提供載流子基區(qū)傳送和控制載流子集電區(qū)收集載流子發(fā)射結(jié)加正向電壓集電結(jié)加反向電壓三極管在工作時(shí)一定要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷翰拍芷鸱糯笞饔猛獠抗ぷ鳁l件：發(fā)射結(jié)加正向電壓即發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)加反向電壓即集電結(jié)反偏Ch1Semiconductor…\1.4BJT\…基礎(chǔ)知識SectPNPebcIEIB’IC’ICBOIBIC1.發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散空穴，形成發(fā)射極電流2.空穴在基區(qū)擴(kuò)散和復(fù)合，形成了基區(qū)復(fù)合電流IB’3.集電極收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的空穴，形成了電流IC

’同時(shí)由于集電結(jié)反偏，少子在電場的作用下形成了漂移電流ICBO電流之間的分配關(guān)系IB=IB’-ICBOIC=IC’

+ICBOIE=IB+ICBJT的電流分配Ch1Semiconductor…\1.4BJT\…基礎(chǔ)知識Sect共基極直流放大系數(shù)從發(fā)射區(qū)注入的載流子到達(dá)集電極部分所占的百分比ECII’α=由前面得到的電流之間的分配關(guān)系IC=I’C+ICBO可得：的數(shù)值一般在0.9~0.99之間從發(fā)射區(qū)注入的載流子絕大部分到達(dá)集電區(qū)，只有一小部分在基區(qū)復(fù)合Ch1Semiconductor…\1.4BJT\…基礎(chǔ)知識SectEBECRbRcIBICIEEC>EB共發(fā)射極連接：IB=IB’-ICBOIC=I’C+ICBOIE=IB+IC輸入電流輸出電流共射直流放大系數(shù)

當(dāng)IB=0時(shí)穿透電流由IB>>ICBOCh1Semiconductor…\1.4BJT\…基礎(chǔ)知識SectVBBVCCRbRciBiCiE+-ViVo共基交流電流放大系數(shù)共射交流電流放大系數(shù)=IC/IBVCE=Cα=IC/IE

VCB=CioVΔVΔ=VA共射電路的電壓放大倍數(shù)共發(fā)射極連接：Ch1Semiconductor…\1.4BJT\…基礎(chǔ)知識Sect三極管的三種組態(tài)

雙極型三極管有三個(gè)電極，其中兩個(gè)可以作為輸入,兩個(gè)可以作為輸出，這樣必然有一個(gè)電極是公共電極。三種接法也稱三種組態(tài)：

共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示;共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；SectCh1Semiconductor…\1.4BJT\…基礎(chǔ)知識BJT的特性曲線三極管的伏安特性指管子各電極的電壓與電流的關(guān)系曲線B是輸入電極，C是輸出電極，E是公共電極。Ib是輸入電流，Ube是輸入電壓，加在B、E兩電極之間。IC是輸出電流，Uce是輸出電壓，從C、E兩電極取出。輸入特性曲線:Ib=f(Ube)Uce=C輸出特性曲線:IC=f(Uce)

Ib=C本節(jié)介紹共發(fā)射極接法三極管的特性曲線：三極管輸入特性曲線1.Uce=0V時(shí)，發(fā)射極與集電極短路，發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均正偏，實(shí)際上是兩個(gè)二極管并聯(lián)的正向特性曲線。2.當(dāng)Uce

≥1V時(shí)，Ucb=Uce

-Ube

>0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，且基區(qū)復(fù)合減少，IC/IB

增大，特性曲線將向右稍微移動一些。但Uce再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。通常只畫一條。輸入特性曲線分三個(gè)區(qū)②非線性區(qū)①死區(qū)③線性區(qū)①②③正常工作區(qū)，發(fā)射極正偏NPNSi:Ube=0.6~0.7VPNPGe:Ube=-0.2~-0.3VCh1Semiconductor…\1.4BJT\…基礎(chǔ)知識Sect三極管輸出特性曲線IC=f(Uce)

Ib=C飽和區(qū):(1)

IC受Uce顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)Uce的數(shù)值較小，一般Uce＜0.7V(硅管)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏(2)Uces=0.3V左右截止區(qū)：——Ib=0的曲線的下方的區(qū)域Ib=0Ic=IceoNPN：Ube0.5V,管子就處于截止態(tài)通常該區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域:Ch1Semiconductor…\1.4BJT\…基礎(chǔ)知識Sect三極管輸出特性曲線放大區(qū)—IC平行于Uce軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。(1)

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，電壓Ube大于0.7V左右(硅管)。(2)Ic=Ib,即Ic主要受Ib的控制。(3)≈判斷三極管工作狀態(tài)的依據(jù)：飽和區(qū):發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏或：Ube0.5V（Si)Ube0.2V（Ge)Ch1Semiconductor…\1.4BJT\…基礎(chǔ)知識SectSectCh1Semiconductor…\1.4BJT\…應(yīng)用基礎(chǔ)BJT的參數(shù)①ICM——集電極最大允許電流

當(dāng)集電極電流增加時(shí)，就要下降，當(dāng)值下降到線性放大區(qū)值的2/3時(shí)所對應(yīng)的最大集電極電流極限參數(shù)當(dāng)IC＞ICM時(shí)，三極管并不一定會損壞。②PCM——集電極最大允許功耗集電極電流通過集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗，

PCM=ICVCB≈ICVCE，因發(fā)射結(jié)正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集電結(jié)上。在計(jì)算時(shí)往往用VCE取代VCB。Ch1Semiconductor…\1.4BJT\…應(yīng)用基礎(chǔ)Sect極限參數(shù)③反向擊穿電壓表示三極管電極間承受反向電壓的能力V(BR)CBO>V(BR)CES>V(BR)CER>V(BR)CEOCh1Semiconductor…\1.4BJT\…應(yīng)用基礎(chǔ)Sect直流參數(shù)1.集電極基極間反向飽和電流IcboIcbo的下標(biāo)cb代表集電極和基極，

O是Open的字頭，代表第三個(gè)電極E開路。

Ge管：A量級Si管：nA量級2.集電極發(fā)射極間的穿透電流Iceo

Iceo和Icbo有如下關(guān)系

Iceo=（1+）Icbo相當(dāng)基極開路時(shí)，集電極和發(fā)射極間的反向飽和電流Ch1Semiconductor…\1.4BJT\…應(yīng)用基礎(chǔ)Sect電流放大系數(shù)共基直流電流放大系數(shù)共基交流電流放大系數(shù)共射交流電流放大系數(shù)=ic/ibα=ic/ie共射直流電流放大系數(shù)Ch1Semiconductor…\1.4BJT\…應(yīng)用基礎(chǔ)Sect1.5場效應(yīng)管—FET1.5.0半導(dǎo)體器件的控制類型1.5.1JFET1.5.2MOSFETCh1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識Sect1.5.0半導(dǎo)體器件的控制類型電流控制電壓控制FET與BJT的區(qū)別1.BJT是電流控制元件；FET是電壓控制元件。2.BJT參與導(dǎo)電的是電子—空穴，因此稱其為雙極型器件；

FET是電壓控制元件，參與導(dǎo)電的只有一種載流子，因此稱其為單級型器件。3.BJT的輸入電阻較低，一般102~104；

FET的輸入電阻高，可達(dá)109~1014場效應(yīng)管的分類結(jié)型場效應(yīng)管JFETMOS型場效應(yīng)管MOSFETCh1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識SectCh1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識Sect1.5.1JFET結(jié)型場效應(yīng)管的分類結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線JFET結(jié)構(gòu)JFET分類可分為N溝道和P溝道兩種，輸入電阻約為107。P+P+NGSDN溝道結(jié)型場效應(yīng)管導(dǎo)電溝道Ch1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識SectJFET工作原理

根據(jù)結(jié)型場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)，因它沒有絕緣層，只能工作在反偏的條件下，對于N溝道結(jié)型場效應(yīng)三極管只能工作在負(fù)柵壓區(qū)，P溝道的只能工作在正柵壓區(qū)，否則將會出現(xiàn)柵流?，F(xiàn)以N溝道為例說明其工作原理。P+P+NGSDUDSIDDP+P+NGSUDSIDUGS預(yù)夾斷UGS=UP夾斷狀態(tài)ID=0Ch1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識Sect

當(dāng)UGS=0時(shí)，溝道較寬，在UDS的作用下N溝道內(nèi)的電子定向運(yùn)動形成漏極電流ID。當(dāng)UGS＜0時(shí)，PN結(jié)反偏，PN結(jié)加寬，漏源間的溝道將變窄，ID將減小，當(dāng)UGS繼續(xù)向負(fù)方向增加，溝道繼續(xù)變窄，ID繼續(xù)減小直至為0。當(dāng)漏極電流為零時(shí)所對應(yīng)的柵源電壓UGS稱為夾斷電壓UP。

JFET工作原理Ch1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識SectJFET特性曲線UP轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線Ch1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識Sect結(jié)型場效應(yīng)管

N溝道耗盡型P溝道耗盡型Ch1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識SectCh1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識Sect1.5.2MOSFET增強(qiáng)型MOSFET耗盡型MOSFETCh1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識SectN溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管漏極D→集電極C源極S→發(fā)射極E柵極G→基極B襯底B電極—金屬絕緣層—氧化物基體—半導(dǎo)體因此稱之為MOS管Ch1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識Sect

當(dāng)UGS較小時(shí)，雖然在P型襯底表面形成一層耗盡層，但負(fù)離子不能導(dǎo)電。當(dāng)UGS=UT時(shí),在P型襯底表面形成一層電子層，形成N型導(dǎo)電溝道，在UDS的作用下形成ID。UDSID++--++--++++----UGS反型層

當(dāng)UGS=0V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的PN結(jié)，無論UDS之間加上電壓不會在D、S間形成電流ID,即ID≈0.

當(dāng)UGS>UT時(shí),溝道加厚，溝道電阻減少，在相同UDS的作用下，ID將進(jìn)一步增加開始無導(dǎo)電溝道，當(dāng)在UGSUT時(shí)才形成溝道,這種類型的管子稱為增強(qiáng)型MOS管Ch1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識SectN溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管特性曲線增強(qiáng)型MOS管UDS一定時(shí)，UGS對漏極電流ID的控制關(guān)系曲線

ID=f(UGS)UDS=C轉(zhuǎn)移特性曲線UDS>UGS-UTUGS(V)ID(mA)UT在恒流區(qū)，ID與UGS的關(guān)系為ID≈K(UGS-UT)2溝道較短時(shí)，應(yīng)考慮UDS對溝道長度的調(diào)節(jié)作用：ID≈K(UGS-UT)2（1+UDS)K—導(dǎo)電因子（mA/V2)—溝道調(diào)制長度系數(shù)n—溝道內(nèi)電子的表面遷移率COX—單位面積柵氧化層電容W—溝道寬度L—溝道長度Sn—溝道長寬比K'—本征導(dǎo)電因子Ch1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識SectN溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管特性曲線UGS一定時(shí)，ID與UDS的變化曲線，是一族曲線

ID=f(UDS)UGS=C輸出特性曲線1.可變電阻區(qū)：

ID與UDS的關(guān)系近線性

ID≈2K(UGS-UT)UDSUGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUGS(V)ID(mA)當(dāng)UGS變化時(shí)，RON將隨之變化因此稱之為可變電阻區(qū)當(dāng)UGS一定時(shí)，RON近似為一常數(shù)因此又稱之為恒阻區(qū)Ch1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識SectN溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管特性曲線輸出特性曲線2.恒流區(qū)：該區(qū)內(nèi)，UGS一定，ID基本不隨UDS變化而變3.擊穿區(qū)：

UDS

增加到某一值時(shí)，ID開始劇增而出現(xiàn)擊穿。當(dāng)UDS

增加到某一臨界值時(shí)，ID開始劇增時(shí)UDS稱為漏源擊穿電壓。UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUGS(V)ID(mA)Ch1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識Sect

漏源電壓UDS對漏極電流ID的控制作用UDS=UDG＋UGS

=－UGD＋UGS

UGD=UGS－UDS

當(dāng)UDS為0或較小時(shí)，相當(dāng)UGD＞UT，此時(shí)UDS

基本均勻降落在溝道中，溝道呈斜線分布。在UDS作用下形成IDCh1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識SectSect基礎(chǔ)知識

當(dāng)UDS增加到使UGD=UT時(shí)，

當(dāng)UDS增加到UGDUT時(shí)，增強(qiáng)型MOS管

漏源電壓UDS對漏極電流ID的控制作用

這相當(dāng)于UDS增加使漏極處溝道縮減到剛剛開啟的情況，稱為預(yù)夾斷。此時(shí)的漏極電流ID

基本飽和

此時(shí)預(yù)夾斷區(qū)域加長，伸向S極。UDS增加的部分基本降落在隨之加長的夾斷溝道上，ID基本趨于不變。Ch1Semiconductor…\1.5FET\…

MOS管襯底的處理

保證兩個(gè)PN結(jié)反偏，源極—溝道—漏極之間處于絕緣態(tài)NMOS管—UBS加一負(fù)壓PMOS管—UBS加一正壓處理原則：處理方法：Ch1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識SectN溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)耗盡型MOS場效應(yīng)管+++++++耗盡型MOS管存在原始導(dǎo)電溝道Ch1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識SectN溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管工作原理當(dāng)UGS=0時(shí)，UDS加正向電壓，產(chǎn)生漏極電流ID,此時(shí)的漏極電流稱為漏極飽和電流，用IDSS表示當(dāng)UGS＞0時(shí)，將使ID進(jìn)一步增加。當(dāng)UGS＜0時(shí)，隨著UGS的減小漏極電流逐漸減小。直至ID=0。對應(yīng)ID=0的UGS稱為夾斷電壓，用符號UP表示。UGS(V)ID(mA)N溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線在恒流區(qū)，ID與UGS的關(guān)系為ID≈K(UGS-UP)2溝道較短時(shí)，ID≈K(UGS-UT)2（1+UDS)UPID≈IDSS(1-UGS/UP)2常用關(guān)系式：Ch1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識SectN溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管特性曲線輸出特性曲線UGS=6VUGS=4VUGS=1VUGS=0VUGS=--1VUGS(V)ID(mA)N溝道耗盡型MOS管可工作在UGS0或UGS>0N溝道增強(qiáng)型MOS管只能工作在UGS>0Ch1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識Sect各類絕緣柵場效應(yīng)三極管的特性曲線絕緣柵場效應(yīng)管N溝道增強(qiáng)型P溝道增強(qiáng)型Ch1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識Sect絕緣柵場效應(yīng)管

N溝道耗盡型P溝道耗盡型Ch1Semiconductor…\1.5FET\…基礎(chǔ)知識