電工電子半導體器件

電工電子半導體器件第一頁，共八十七頁，2022年，8月28日在熱力學溫度零度和沒有外界激發(fā)時,本征半導體不導電。純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導體稱為本征半導體。它是共價鍵結(jié)構(gòu)。本征半導體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅原子價電子5.1.1本征半導體+4+4+4+4+4+4+4+4+45.1半導體的基礎(chǔ)知識第二頁，共八十七頁，2022年，8月28日+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴本征激發(fā)復合自由電子和空穴的形成成對出現(xiàn)成對消失第三頁，共八十七頁，2022年，8月28日+4+4+4+4+4+4+4+4+4外電場方向空穴導電的實質(zhì)是共價鍵中的束縛電子依次填補空穴形成電流。故半導體中有電子和空穴兩種載流子。

空穴移動方向

電子移動方向

在外電場作用下，電子和空穴均能參與導電。價電子填補空穴第四頁，共八十七頁，2022年，8月28日+4+4+4+4+4+4+4+45.1.2雜質(zhì)半導體1.N型半導體在硅或鍺的晶體中摻入少量的五價元素,如磷，則形成N型半導體。

磷原子+4+5多余價電子自由電子正離子第五頁，共八十七頁，2022年，8月28日

雖然在半導體中摻入雜質(zhì)的數(shù)量極微，但對半導體的導電性能卻有很大的影響。例如，在一立方厘米硅晶體中約有5.11022個硅原子，室溫下本征激發(fā)所產(chǎn)生的電子，空穴對約為1.431010對。如果摻入十億分之一的磷，即在一立方厘米硅晶體中摻入5.1102210

－9=5.11013個磷原子，就可以提供5.11013個自由電子，與原來由本征激發(fā)所產(chǎn)生的的自由電子的數(shù)量相比，增加了3566倍，與原來由本征激發(fā)所產(chǎn)生的兩種載流子的總數(shù)相比，增加了1783倍，因而導電能力大大增強。另一方面，由于自由電子的增多，增加了空穴與自由電子復合的機會，原來由本征激發(fā)產(chǎn)生的少量空穴又進一步減少，所以，在摻入五價元素的雜質(zhì)半導體中，電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。第六頁，共八十七頁，2022年，8月28日

N型半導體結(jié)構(gòu)示意圖少數(shù)載流子多數(shù)載流子正離子在N型半導體中,電子是多數(shù)載流子,

空穴是少數(shù)載流子。此圖中只畫出了摻入的五價元素形成的正離子、多數(shù)載流子

和少數(shù)載流子。未畫出硅原子。第七頁，共八十七頁，2022年，8月28日+4+4+4+4+4+4+4空穴2.P型半導體在硅或鍺的晶體中摻入少量的三價元素，如硼，則形成P型半導體。

+4+4硼原子填補空位+3負離子第八頁，共八十七頁，2022年，8月28日

P型半導體結(jié)構(gòu)示意圖電子是少數(shù)載流子負離子空穴是多數(shù)載流子P型半導體結(jié)構(gòu)示意圖此圖中只畫出了摻入的三價元素形成的負離子、多數(shù)載流子

和少數(shù)載流子。亦未畫出硅原子。第九頁，共八十七頁，2022年，8月28日P區(qū)N區(qū)N區(qū)的電子向P區(qū)擴散并與空穴復合P區(qū)的空穴向N區(qū)擴散并與電子復合空間電荷區(qū)內(nèi)電場方向5.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.PN結(jié)的形成

用專門的制造工藝在同一塊半導體單晶上,形成P型半導體區(qū)域和N型半導體區(qū)域,在這兩個區(qū)域的交界處就形成了一個特殊的薄層，稱為PN結(jié)。第十頁，共八十七頁，2022年，8月28日多子擴散少子漂移內(nèi)電場方向空間電荷區(qū)P區(qū)N區(qū)

在一定的條件下，多子擴散與少子漂移達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來。

第十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日內(nèi)電場方向E外電場方向RI2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮區(qū)N區(qū)外電場驅(qū)使P區(qū)的空穴進入空間電荷區(qū)抵消一部分負空間電荷N區(qū)電子進入空間電荷區(qū)抵消一部分正空間電荷空間電荷區(qū)變窄

多子擴散運動增強，形成較大的正向電流(1)外加正向電壓第十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日P區(qū)N區(qū)內(nèi)電場方向ER空間電荷區(qū)變寬外電場方向IR(2)外加反向電壓外電場驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走少數(shù)載流子越過PN結(jié)形成很小的反向電流多數(shù)載流子的擴散運動難于進行第十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日1、PN結(jié)加正向電壓：PN結(jié)所處的狀態(tài)稱為正向?qū)?，其特點：PN結(jié)正向電流大，PN結(jié)電阻小。相當于開關(guān)閉合SPN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?、PN結(jié)加反向電壓：PN結(jié)所處的狀態(tài)稱為反向截止，其特點：PN結(jié)反向電流小，PN結(jié)電阻大。相當于開關(guān)打開第十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日

正極引線含三價元素的金屬觸絲N型鍺支架外殼負極引線點接觸型二極管5.2.1二極管的結(jié)構(gòu)和符號5.2半導體二極管

正極引線二氧化硅保護層P型區(qū)負極引線面接觸型二極管N型硅PN結(jié)PN結(jié)二極管的符號正極負極PN第十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日5.2.2二極管的伏安特性

二極管和PN結(jié)一樣，具有單向?qū)щ娦?，由伏安特性曲線可見，當外加正向電壓很低時，電流很小，幾乎為零。正向電壓超過一定數(shù)值后，電流很快增大，將這一定數(shù)值的正向電壓稱為死區(qū)電壓。通常，硅管的死區(qū)電壓約為0.5V,鍺管約為0.1V。導通時的正向壓降，硅管約為0.6V~0.7V,鍺管約為0.2~0.3V。604020–0.02–0.0400.40.8–25–50I/mAU/V正向特性硅管的伏安特性死區(qū)電壓擊穿電壓URBR反向特性I/mAU

/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.02鍺管的伏安特性0第十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日604020–0.02–0.0400.40.8–25–50I/mAU/V正向特性硅管的伏安特性死區(qū)電壓擊穿電壓URBR反向特性I/mAU

/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.02鍺管的伏安特性0在二極管上加反向電壓時,反向電流很小。但當反向電壓增大至某一數(shù)值時，反向電流將突然增大。這種現(xiàn)象稱為擊穿，二極管失去單向?qū)щ娦浴．a(chǎn)生擊穿時的電壓稱為反向擊穿電壓URBR5.2.2二極管的伏安特性第十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日二極管的近似伏安特性和理想伏安特性UOIUD(a)近似伏安特性UOI(b)理想伏安特性(a)當電源電壓與二極管導通時的正向電壓降相差不多時，正向電壓降不可忽略，可采用近似伏安特性(b)當電源電壓遠大于二極管導通時的正向電壓降時，則可將二極管看成理想二極管，可采用理想伏安特性第十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日600400200–0.1–0.200.40.8–50–100ID

/mAUD/V正向特性反向擊穿特性硅管的伏安特性反向特性死區(qū)電壓對于理想二極管鍺管正向壓降0.2--0.3V硅管正向壓降0.5--0.7VR-+USIDDUD-+R-+USIDD正向特性：二極管加正向電壓第十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日600400200–0.1–0.200.40.8–50–100ID

/mAUD/V正向特性反向擊穿特性硅管的伏安特性反向特性死區(qū)電壓對于理想二極管R-+USDUD-+R-+USIRD反向特性：二極管加反向電壓第二十頁，共八十七頁，2022年，8月28日5.2.3二極管的主要參數(shù)最大整流電流IOM

最大整流電流是指二極管長時間使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。最高反向工作電壓UDRM

它是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是反向擊穿電壓的一半或三分之二。反向電流IR

它是指二極管加上給定反向偏置電壓時的反向電流值。IR越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩５诙豁?，共八十七頁?022年，8月28日

二極管的應用范圍很廣,它可用作鉗位、限幅、整流、元件保護以及在數(shù)字電路中作為開關(guān)元件。

例1：下圖中，已知VA=3V，VB=0V，DA

、DB為鍺管，求輸出端Y的電位并說明二極管的作用。

解：

DA優(yōu)先導通，則VY=3–0.3=2.7VDA導通后,DB因反偏而截止,起隔離作用,DA起鉗位作用,將Y端的電位鉗制在+2.7V。DA

–12VYABDBR5.2.4二極管的主要應用第二十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日解:(1)VA=VB=VC=3V

VY=3.3V.二極管與門電路

+12vABCDADBDCVY=3.3VYDA、DB、DC都導通例2：下圖中，DA

、DB和DC均為鍺管，求下列兩種情況下輸出端Y的電位并說明二極管的作用。(1)VA=VB=VC=3V;(2)

VA=0V,VB=VC=3V.第二十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日二極管與門電路

+12vABCDADBDC(2)VA=0V,VB=VC=3V則DA搶先導通VY=0.3VVY=0.3VYDB、DC截止DA導通后，DB和DC因反偏而截止，起隔離作用；DA起鉗位作用，將Y端的電位鉗制在+0.3V。

例2：下圖中，DA

、DB和DC均為鍺管，求下列兩種情況下輸出端Y的電位并說明二極管的作用。(1)VA=VB=VC=3V;(2)

VA=0V,VB=VC=3V.解:第二十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日

例1：下圖是二極管單向限幅電路，D為理想二極管，ui=6sintV,E=3V,試畫出

uo波形。

ttui/Vuo/V6330022–6DE3VRuiuouRuD解：（1）當ui<3V時，D反向偏置，D截止。uo=ui（2）當ui>3V時，D正向偏置，D導通。uo=E=3VuR

/Vt302第二十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日tui/V6302tuo/V03–3D1E13VRuiD2E23Vuourud例2：下圖是二極管雙向限幅電路，D為理想二極管，

ui=6sintV,E1=E2=3V,試畫出

uo波形。(2)當3V<ui<3V時，D1，D2均截止。uo=ui解：（1）當ui>3V時，D1導通，D2截止。uo=E1

=3V(3)當ui<3V時，D1截止，D2導通。uo=E2

=3V第二十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日uototototo23uou2u2u1uDioioRLT232U22U22U2Im2233uDD2.二極管整流將交流電變成直流電稱為整流。（1）單相半波整流電路第二十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日UouOt0ttt23uOu2u2u1uDuDiOiODRLT232U22U22U2Im2233=0.45U2電路計算000u2=2U2sintuO的電壓平均值：√2U2=負載

的電流平均值：2LOORUI=二極管承受的最高反向電壓：第二十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日整流電路中最常用的是單相橋式整流電路，它由四個二極管D1D4接成電橋的形式構(gòu)成。2.整流電路RLioD4D3D2D1~+u+uo5.2.4二極管的主要應用將交流電變成直流電稱為整流。(1)電路組成第二十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日u2Tru1RLD1D4D3D2uoio+++tototo23uouDio232U22U2Im23u2to2U223uD1uD3uD4uD2D1和D3導通(相當于短路),D2和D4截止(相當于開路)

u2正半周a點電位最高，

b點電位最低。D2和D4導通(相當于短路),D1和D3截止(相當于開路)

u2負半周a點電位最低，

b點電位最高。(2)整流工作原理uD1+uD2+abcd第三十頁，共八十七頁，2022年，8月28日RLio工作原理：在u的正半周，D1和D3導通，D2和D4截止(相當于開路)。電流的通路如圖中紅色箭頭所示。D4D3D2D1~+u+uo+–第三十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日RLD4D3D2ioD1在u的負半周，D2和D4導通，D1和D3截止(相當于開路)，電流的通路如圖中綠色箭頭所示。~+u+uo+–在一個周期內(nèi)，通過電阻的電流方向相同，在負載上得到的是全波整流電壓uo。第三十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日totototo2323Im2233uD1uD3uD4uD2uOuuDiO由于二極管的正向壓降很小，因此可認為uO的波形和u的正半波是相同的。輸出電壓的平均值為式中U是變壓器副方交流電壓u的有效值。截止的二極管所承受的最高反向電壓為電壓、電流的計算第三十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日totototo23uouDio232U22U22U2Im2233u2uD1uD3uD4uD2電壓、電流的計算(a)負載直流電壓(直流電壓平均值)Io=UoRLURm=2U2選用整流二極管的依據(jù)是:ID應小于IOM（最大整流電流）URm應小于URWM(反向工作峰值電壓)(b)負載直流電流(c)二極管平均電流(d)二極管反向電壓最大值Uo=U2=0.9U2

2

2ID=Io21第三十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日下圖是單相橋式整流電路的簡化畫法+uoRLio~+u例12.1.1已知負載電阻RL=80,負載電壓UO=110V。今采用單相橋式整流電路，交流電源電壓為380V。（1）如何選用晶體二極管？（2）求整流變壓器的變比及容量。解（1）負載電流每個二極管通過的平均電流變壓器副邊電壓的有效值為第三十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日考慮到變壓器副繞組及管子上的壓降，變壓器副邊的電壓大約要高出10%，即1221.1=134V。于是因此可選用2CZ55E晶體二極管，其最大整流電流為1A，反向工作峰值電壓為300V。（2）變壓器的變比及容量變壓器的變比變壓器副邊電流的有效值為變壓器的容量為可選用BK300（300V?A），380/134V的變壓器。第三十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日估算公式:

UO=1.0U2

2UDRM=2U2注意:t0232U2u2半波整流電容濾波電路的外特性Io

Uo2U20.45U20濾波后輸出電壓uo的波形變得平緩,平均值提高。uO（1）電容濾波3.濾波電路二極管導通時給電容充電,二極管截止時電容向負載放電uou2uDioDRLTu1C半波整流電容濾波電路第三十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日電容充電電容放電二極管導通時給電容充電,二極管截止時電容向負載放電(1)電容濾波器（C濾波器）電容濾波器的組成和工作原理RLD1D4D3D2ioC濾波后輸出電壓uo

的波形變得平緩,平均值提高。3.濾波電路~+uo=uc+u第三十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日

(2)工作波形uTu1RLD1D4D3D2uoioCuctouo2Ut1t4t3t2UO1.2UT

=RLC(3~5)2有電容濾波的整流電路(1)電路組成為了獲得好的濾波效果,一般取空載時,

RL,,Uo最大

UO=2UiDot二極管的電流為浪涌電流式中T是u

的周期。在有載時，第三十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日tuO2U2''UO=1.2U22U2IO

UO0.9U2全波整流電容濾波電路的外特性00uoRLC+uCu2u1+++io放電時間常數(shù)

=RLC越大,脈動越小,輸出電壓平均值越高,一般要求全波整流電容濾波電路第四十頁，共八十七頁，2022年，8月28日例有一單相橋式電容濾波整流電路，已知交流電源頻率f=50Hz,負載電阻RL=200,要求直流輸出電壓UO=30V,選擇整流二極管及濾波電容器。解（1）選擇整流二極管。流過二極管的電流為取UO=1.2U,所以變壓器副邊電壓的有效值為二極管所承受的最高反向電壓為因此通過查表可選用2CZ52B型二極管，其最大整流電流為100mA，反向工作峰值電壓為50V。（2）選擇濾波電容器選用C=250F，耐壓為50V的極性電容器第四十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日（2）電感濾波電感濾波電路uoRLLu2u1+++iotuo0由于電感的感抗XL＝L，對直流分量XL＝0，電感視為短路。對于交流分量頻率越高，XL越大，因此直流分量通過電感線圈全部輸出到負載上，而交流分量在電感線圈上產(chǎn)生較大壓降，而被濾掉，使負載上得到較平緩的輸出電壓，電感L越大，濾波效果越好。若忽略電感線圈電阻，輸出電壓為Uo＝0.9U2第四十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日RLL

C~+u電感電容濾波器（LC濾波器）當通過電感線圈的電流發(fā)生變化時,線圈中要產(chǎn)生自感電動勢阻礙電流的變化,因而使負載電流和負載電壓的脈動大為減小。頻率越高，電感越大，濾波效果越好，而后又經(jīng)過電容濾波，使輸出電壓更為平直。第四十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日Tuou2RLiou1

型濾波器(a)CLC濾波器(b)CRC濾波器Tuou2RLiou1LCCCCR第四十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日

5.3硅穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導體硅二極管。其表示符號如下圖所示。

穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。從反向特性曲線上可以看出，反向電壓在一定范圍內(nèi)變化時，反向電流很小。當反向電壓增高到擊穿電壓時，反向電流突然劇增，穩(wěn)壓管反向擊穿。此后，電流雖然在很大范圍內(nèi)變化，但穩(wěn)壓管兩端的電壓變化很小。利用這一特性，穩(wěn)壓管在電路中能起穩(wěn)壓作用。I/mAU/V0UZIZIZmax+正向

+反向UZIZUZminIZmin第四十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日

1.穩(wěn)定電壓UZUZ是穩(wěn)壓管反向擊穿后，穩(wěn)壓管兩端的穩(wěn)壓值。不同型號的穩(wěn)壓管具有不同的穩(wěn)壓值，同一型號穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值也略有差別。5.3.2穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)4.動態(tài)電阻rZrZ是穩(wěn)壓管在工作區(qū)電壓變化量UZ與電流變化量IZ的比值，即：

2.最小穩(wěn)定電流IZminIZmin是保證穩(wěn)壓管具有正常穩(wěn)壓性能的最小工作電流，當穩(wěn)壓管的反向電流小于IZmin時，穩(wěn)壓管尚未擊穿，穩(wěn)出電壓不穩(wěn)定。

3.最大穩(wěn)定電流IZmaxIZmax是穩(wěn)壓管允許流過的最大工作電流。動態(tài)電阻越小，反向伏安特性曲線越陡，穩(wěn)壓性能越好。第四十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日TUou2RLIoCu1UIRIRUZIZDZ注意：（1）在穩(wěn)壓電路中，穩(wěn)壓管通常為反接；（2）使用穩(wěn)壓管時必須串聯(lián)限流電阻R。UI=(2~3)Uo

，IZmax2~3IomaxUIttUo5.3.3穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路選擇穩(wěn)壓管時一般取UZ=Uo，第四十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日5.3.3穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路RLCRIRIZDZIo+Uo+Ui~+引起電壓不穩(wěn)定的原因是交流電源電壓的波動和負載電流的變化,下面分析在這兩種情況下的穩(wěn)壓作用。（1）當交流電源電壓增加而使整流輸出電壓Ui隨著增加時，負載電壓Uo也要增加。Uo即為穩(wěn)壓管兩端的反向電壓。當負載電壓Uo稍有增加時，穩(wěn)壓管的電流IZ就顯著增加，因此限流電阻R上的壓降增加，以抵償Ui的增加，從而使Uo保持近似不變。UoRL不變：u2UiUoIZIRUR限流電阻u2u1穩(wěn)壓過程：第四十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日TRLCUiUZIZDZuou2iou1u2不變：RL

IRUOURIZUoURIRIO（2）當電源電壓保持不變，而負載電流增大時，電阻R上的壓降增大，負載電壓Uo因而下降。只要Uo下降一點，穩(wěn)壓管電流IZ就顯著減小，使通過電阻R的電流和電阻上的壓降保持近似不變，因此負載電壓Uo也就近似穩(wěn)定不變。RIR穩(wěn)壓過程：第四十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日例

穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，負載電阻由開路變到500，要求輸出電壓Uo＝6V，試求Ui，U2

，UZ、IZmax。IZmax=(2~3)Iomax=(2~3)12=24~36mAUZ=Uo=6V[解]Ui＝（2~3）Uo＝（2~3）6＝12~18V第五十頁，共八十七頁，2022年，8月28日直流穩(wěn)壓電源的組成濾波電路整流電路穩(wěn)壓電路負載變壓器交流電源各部分電路輸出波形將電源的交流電變成直流電壓或電流功能第五十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日例題現(xiàn)有兩個穩(wěn)壓管DZ1和DZ2，其穩(wěn)定電壓分別是4.5V和9.5V，正向電壓降都是0.5V，試求下圖各電路中的輸出電壓UO。RDZ1DZ2++--UOUI=18V(a)RDZ1DZ2++--UOUI=10V(b)RDZ1DZ2++--UOUI=4V(c)解：

(a)穩(wěn)壓管DZ1和DZ2起穩(wěn)壓作用UO=UZ1+UZ2=4.5V+9.5V=14V(b)穩(wěn)壓管DZ1和DZ2不起穩(wěn)壓作用，只相當于普通二極管，工作在反向特性區(qū)，反向截止，則UO=UI=10V

(c)穩(wěn)壓管DZ1和DZ2相當于普通二極管，工作在正向特性區(qū)，正向?qū)?，則UO=

0.5V0.5V=1V第五十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日N型硅二氧化硅保護膜BECN+P型硅5.4.1半導體三極管的結(jié)構(gòu)（a）平面型N型鍺ECB銦球銦球PP+（b）合金型5.4半導體三極管第五十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日1.NPN型三極管集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)NN集電極C基極B發(fā)射極E

三極管的結(jié)構(gòu)分類和符號P發(fā)射區(qū)的作用是發(fā)射載流子,摻雜的濃度較高。ECB符號基區(qū)起控制載流子的作用，摻雜的濃度最低。而且基區(qū)做得很薄（幾微米）。集電區(qū)的作用是收集載流子,摻雜的濃度較低，幾何尺寸較大。第五十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)

CBEN集電極C發(fā)射極E基極BNPPN2.PNP型三極管第五十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日共發(fā)射極接法放大電路5.4.2

三極管的工作狀態(tài)三極管處于放大狀態(tài)的外部條件:

（1）發(fā)射結(jié)正向偏置；（2）集電結(jié)反向偏置。對于NPN型三極管應滿足:UBE>0UBC

<0即VC>

VB>

VE輸出回路輸入回路公共端三極管的工作狀態(tài)有放大、飽和及截止三種。1、放大狀態(tài)ECRCIC

UCECEBIBRBEBUBEIE第五十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子IEIB電子在基區(qū)擴散與復合集電區(qū)收集電子

電子流向電源正極形成ICIcRcRBUBBNPN電源負極向發(fā)射區(qū)補充電子形成

發(fā)射極電流IEUCC

三極管的電流控制原理UBB正極拉走電子，補充被復合的空穴，形成IB第五十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日

三極管處于放大狀態(tài)時，內(nèi)部載流子的運動過程是：發(fā)射區(qū)發(fā)射載流子形成

IE，其中很少部分在基區(qū)被復合而形成IB，絕大部分被集電區(qū)收集而形成IC。三者的關(guān)系是：IE=IB+IC

三者的大小取決于UBE的大小,UBE增加，發(fā)射區(qū)發(fā)射的載流子增多，IE、IB

和IC

都相應增加。ECRCIC

UCECEBIBRBEBUBEIE第五十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日IC>>IB同樣有:IC>>

IB所以說三極管具有電流放大作用,也稱之為電流控制作用。

由于基區(qū)很薄,摻雜濃度又很小,電子在基區(qū)擴散的數(shù)量遠遠大于復合的數(shù)量。所以：UCCRCIC

UCECEBIBRBEBUBEIE直流（或靜態(tài)）電流放大系數(shù)交流（或動態(tài)）電流放大系數(shù)=IＢIＣ=ICIＢ和數(shù)值相近，故今后一律用。第五十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日晶體管處于放大狀態(tài)的特征是:UCCRCIC

UCECEBIBRBEBUBEIE(a)IB的微小變化會引起IC的較大變化;(b)IC=

IB，

IC是由和IB決定的;(c)UCC>

UCE>0，

UCE=

UCC

RC

IC在模擬電路中，晶體管主要工作在放大狀態(tài)，起放大作用。第六十頁，共八十七頁，2022年，8月28日ECRCIC

UCECEBIBRBEBUBEIE三極管處于飽和狀態(tài)的外部條件:

（1）發(fā)射結(jié)正向偏置；（2）集電結(jié)正向偏置。對于NPN型三極管應滿足:UBE>0UBC>02、飽和狀態(tài)第六十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日晶體管處于飽和狀態(tài)的特征是:UCCRCIC

UCECEBIBRBEBUBEIE(a)IB增加時，IC基本不變;(c)UCE=

0(d)晶體管相當于短路。(b)IC=，

IC是由UCC

和

RC

決定的;UCC

RC

第六十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日ECRCIC

UCECEBIBRBEBUBEIE三極管處于截止狀態(tài)的外部條件:

（1）發(fā)射結(jié)反向偏置；（2）集電結(jié)反向偏置。對于NPN型三極管應滿足:UBE<

0UBC<03、截止狀態(tài)第六十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日晶體管處于截止狀態(tài)的特征是:UCCRCIC

UCECEBIBRBEBUBEIE(a)IB=0;(c)UCE=

UCC;(d)晶體管相當于開路。(b)IC=0;在數(shù)字電路中，晶體管交替工作于截止和飽和兩種狀態(tài)，起開關(guān)作用。第六十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日IBUBEOUCE

1V死區(qū)電壓1.三極管的輸入特性IB

=f(UBE)UCE=常數(shù)5.4.3三極管的特性曲線UCCRCIC

UCECEBIBRBEBUBEIE第六十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日IB=40μAIB

=60μAUCEoIcIB增加IB減小IB

=20μAIB=常數(shù)IC=f(UCE)2.三極管的輸出特性UCCRCIC

UCECEBIBRBEBUBEIE第六十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日Ic/mAUCE

/V0放大區(qū)三極管輸出特性上的三個工作區(qū)IB=0μA20μA40μA截止區(qū)飽和區(qū)60μA80μA第六十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日5.4.4三極管的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)(1)直流電流放大系數(shù)

IB

=

IC(2)交流電流放大系數(shù)

=

IC

IB

2.穿透電流ICEO

3.集電極最大允許電流ICM

4.反向擊穿電壓BU(BR)CEO

5.集電極最大允許耗散功率PCM極限參數(shù)使用時不允許超過!第六十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日Ic/mAUCE

/V0IB=0μA20μA40μA60μA80μA由三極管的極限參數(shù)確定安全工作區(qū)BU(BR)CEOICM安全工作區(qū)過損耗區(qū)PCM曲線ICEO集電極最大允許耗散功率PCM第六十九頁，共八十七頁，2022年，8月28日60μA0

20μA1.52.3在輸出特性上求

,

=IC

IB

=1.5mA40μA=37.5

=IC

IB

=2.3–1.5(mA)60–40(μA)=40設(shè)UCE=6V,IB由40μA加為60μA。IC

/mAUCE

/VIB

=40μA6第七十頁，共八十七頁，2022年，8月28日SiO2結(jié)構(gòu)示意圖5.5.1N溝道增強型絕緣柵場效應管P型硅襯底源極S柵極G漏極D5.5絕緣柵場效應管襯底引線BN+N+DBSG符號1.結(jié)構(gòu)和符號第七十一頁，共八十七頁，2022年，8月28日SiO2結(jié)構(gòu)示意圖P型硅襯底耗盡層襯底引線BN+N+SGDUDSID=0D與S之間是兩個PN結(jié)反向串聯(lián)，無論D與S之間加什么極性的電壓，漏極電流均接近于零。2.工作原理(1)UGS

=0第七十二頁，共八十七頁，2022年，8月28日P型硅襯底N++BSGD。UDS耗盡層ID=0(2)0<UGS<UGS(th)由柵極指向襯底方向的電場使空穴向下移動,電子向上移動,在P型硅襯底的上表面形成耗盡層。仍然沒有漏極電流。UGSN+N+第七十三頁，共八十七頁，2022年，8月28日P型硅襯底N++BSGD。UDS耗盡層ID柵極下P型半導體表面形成N型導電溝道，當D、S加上正向電壓后可產(chǎn)生漏極電流ID。(3)

UGS>UGs(th)UGSN型導電溝道N+N+第七十四頁，共八十七頁，2022年，8月28日ID/mA4321051015UGS

=5V6V4V3V2VID/mAUDS=10V增強型

NMOS

管的特性曲線

0123飽和區(qū)擊穿區(qū)可變電阻區(qū)246UGS/

V3.特性曲線UGs(th)輸出特性轉(zhuǎn)移特性

UDS/V第七十五頁，共八十七頁，2022年，8月28日結(jié)構(gòu)示意圖8.6.2N溝道耗盡型絕緣柵場效應管P型硅襯底源極S漏極D柵極G襯底引線B耗盡層1.結(jié)構(gòu)特點和工作原理N+N+正離子N型溝道SiO2DBSG符號制造時,在二氧化硅絕緣層中摻入大量的正離子。第一章1.6第七十六頁，共八十七頁，2022年，8月28日ID/mA432104812UGS

=1V–2V–3VID/mA輸出特性轉(zhuǎn)移特性耗盡型NMOS管的特性曲線

1230V–1012–1–2–3

UGS/V2.特性曲線IDUGSUGs(off)第一章1.6

UDS/VUDS=10V第七十七頁，共八十七頁，2022年，8月28日N型硅襯底N++BSGD。UDS耗盡層ID

.UGSPMOS管結(jié)構(gòu)示意圖P溝道8.6.3P溝道絕緣柵場效應管（PMOS）PMOS管與NMOS管互為對偶關(guān)系，使用時UGS

、UDS的極性也與NMOS管相反。P+P+第一章1.6第七十八頁，共八十七頁，2022年，8月28日1.P溝道增強型絕緣柵場效應管開啟電壓UGS(th)為負值，UGS<UGS(th)

時導通。SGDB符號

ID/mAUGS

/V0UGs(th)轉(zhuǎn)移特性2.P溝道耗盡型絕緣柵場效應管DBSG符號

ID/mAUGS

/