模電第一單元

模擬電子技術(shù)歡迎學(xué)習(xí)第1單元常用半導(dǎo)體器件1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識1.2半導(dǎo)體二極管1.5晶閘管1.3雙極型半導(dǎo)體三極管1.4單極型半導(dǎo)體三極管了解本征半導(dǎo)體、P型和N型半導(dǎo)體的特征及PN結(jié)的形成過程；熟悉二極管的伏安特性及其分類、用途；理解三極管的電流放大原理，掌握其輸入和輸出特性的分析方法；理解雙極型和單極型三極管在控制原理上的區(qū)別；了解晶閘管的結(jié)構(gòu)組成及工作特點(diǎn)；初步掌握工程技術(shù)人員必需具備的分析電子電路的基本理論、基本知識和基本技能。

任務(wù)導(dǎo)入1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識導(dǎo)體絕緣體按導(dǎo)電性能自然界物質(zhì)的分類物質(zhì)結(jié)構(gòu)＝原子核＋核外電子最外層電子數(shù)1~3個(gè)，距原子核較遠(yuǎn)，常溫下導(dǎo)體內(nèi)有大量的自由電子，因此，導(dǎo)電能力強(qiáng)。導(dǎo)電材料有銀、銅、鋁等。半導(dǎo)體最外層電子數(shù)通常4個(gè)，導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間，具有光敏性、熱敏性和參雜性。半導(dǎo)體材料有硅、鍺、硒等最外層電子數(shù)6~8個(gè)，因距原子核很近而束縛力極強(qiáng)，絕緣體內(nèi)幾乎沒有自由電子而不導(dǎo)電。如橡膠、云母、陶瓷等。1.1.1半導(dǎo)體的獨(dú)特性能金屬導(dǎo)體的電導(dǎo)率一般在105s/cm量級；塑料、云母等絕緣體的電導(dǎo)率通常是10-22~10-14s/cm量級；半導(dǎo)體的電導(dǎo)率則在10-9~102s/cm量級。

半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力雖然介于導(dǎo)體和絕緣體之間，但半導(dǎo)體的應(yīng)用卻極其廣泛，這是由半導(dǎo)體的獨(dú)特性能決定的：光敏性——半導(dǎo)體受光照后，其導(dǎo)電能力增大很多；熱敏性——溫度上升時(shí)，半導(dǎo)體導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)；摻雜性——在半導(dǎo)體中摻入少量特殊雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力極大地增強(qiáng).1.1.2本征半導(dǎo)體

最常用的半導(dǎo)體為硅(Si)和鍺(Ge)。它們的共同特征是四價(jià)元素，即每個(gè)原子最外層電子數(shù)為4個(gè)。++Si(硅原子)Ge(鍺原子)硅原子和鍺原子的簡化模型圖Si+4Ge+4因?yàn)樵映孰娭行?，所以簡化模型圖中的原子核只用帶圈的+4符號表示即可天然的硅和鍺是不能制作成半導(dǎo)體器件的。它們必須先經(jīng)過高度提純，形成晶格結(jié)構(gòu)完全對稱的本征半導(dǎo)體。在本征半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)中，每一個(gè)原子均與相鄰的四個(gè)原子結(jié)合，即與相鄰四個(gè)原子的價(jià)電子兩兩組成電子對，構(gòu)成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4實(shí)際上半導(dǎo)體的晶格結(jié)構(gòu)是三維的。晶格結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4從共價(jià)鍵晶格結(jié)構(gòu)來看，每個(gè)原子外層都具有8個(gè)價(jià)電子。但價(jià)電子是相鄰原子共用，所以穩(wěn)定性并不能象絕緣體那樣好。在游離走的價(jià)電子原位上留下一個(gè)不能移動(dòng)的空位，叫空穴。受光照或溫度上升影響，共價(jià)鍵中價(jià)電子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，一些價(jià)電子會(huì)掙脫原子核的束縛游離到空間成為自由電子。由于熱激發(fā)而在晶體中出現(xiàn)電子空穴對的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。本征激發(fā)的結(jié)果，使半導(dǎo)體內(nèi)部自由電子載流子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，本征半導(dǎo)體的電中性被破壞，使失掉電子的原子變成帶正電荷的離子。

由于共價(jià)鍵是定域的，這些帶正電的離子不會(huì)移動(dòng)，即不能參與導(dǎo)電，成為晶體中固定不動(dòng)的帶正電離子。＋＋本征激發(fā)動(dòng)畫演示＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4受光照或溫度上升影響，共價(jià)鍵中其它一些價(jià)電子直接跳進(jìn)空穴，使失電子的原子重新恢復(fù)電中性。價(jià)電子填補(bǔ)空穴的現(xiàn)象稱為復(fù)合。此時(shí)整個(gè)晶體帶電嗎？為什么？參與復(fù)合的價(jià)電子又會(huì)留下一個(gè)新的空位，這個(gè)新的空穴仍會(huì)被鄰近共價(jià)鍵中跳出來的價(jià)電子再填補(bǔ)上，這種價(jià)電子填補(bǔ)空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)使本征半導(dǎo)體中又形成一種不同于本征激發(fā)下的電荷遷移，我們把價(jià)電子填補(bǔ)空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)稱為空穴載流子運(yùn)動(dòng)。復(fù)合運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫演示＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4自由電子載流子運(yùn)動(dòng)可以形容為沒有座位人的移動(dòng)；空穴載流子運(yùn)動(dòng)則可形容為有座位的人依次向前挪動(dòng)座位的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)總?cè)藬?shù)在移動(dòng)過程中并未發(fā)生變化。半導(dǎo)體內(nèi)部的本征激發(fā)和復(fù)合兩種運(yùn)動(dòng)總是共存的，且在一定溫度下達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在金屬導(dǎo)體中存在大量的自由電子，這些自由電子是一種帶電的微粒子，在外電場作用下定向移動(dòng)形成電流。即金屬導(dǎo)體內(nèi)部只有自由電子一種載流子參與導(dǎo)電。半導(dǎo)體由于本征激發(fā)而產(chǎn)生自由電子載流子，由復(fù)合運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生空穴載流子，因此，半導(dǎo)體中同時(shí)參與導(dǎo)電的通常有兩種載流子，且兩種載流子總是電量相等、符號相反，電流的方向規(guī)定為空穴載流的方向即自由電子的反方向。這一點(diǎn)正是半導(dǎo)體區(qū)別于金屬導(dǎo)體在導(dǎo)電機(jī)理上的本質(zhì)差別，同時(shí)也是半導(dǎo)體導(dǎo)電方式的獨(dú)特之處。1.1.3半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很低。但若在本征半導(dǎo)體中摻入某種元素的微量雜質(zhì)，則半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能會(huì)大大增強(qiáng)。+五價(jià)元素磷(P)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4P摻入磷雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶格中，自由電子的數(shù)量大大增加。因此自由電子是這種半導(dǎo)體的導(dǎo)電主流。

室溫下，本征硅中的磷雜質(zhì)等于10-6數(shù)量級時(shí)，電子載流子的數(shù)目將增加幾十萬倍。摻入五價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體由于自由電子多而稱為電子型半導(dǎo)體，也叫做N型半導(dǎo)體。1.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三價(jià)元素硼(B)B+摻入硼雜質(zhì)的硅半導(dǎo)體晶格中，空穴載流子的數(shù)量大大增加。因此空穴是這種半導(dǎo)體的導(dǎo)電主流。通常雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多子的數(shù)量可達(dá)到少子數(shù)量的1010倍或更多，因此，比本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力可增強(qiáng)幾十萬倍。

摻入三價(jià)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體，由于空穴載流子的數(shù)量大大于自由電子載流子的數(shù)量而稱為空穴型半導(dǎo)體，也叫做P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體的多子是空穴，少子是自由電子，不能移動(dòng)的離子帶負(fù)電。－不論是N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，其中的多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但是，由于多子的數(shù)量遠(yuǎn)大于少子的數(shù)量，因此起主要導(dǎo)電作用的是多數(shù)載流子。注意：摻入雜質(zhì)后雖然形成了N型或P型半導(dǎo)體，但整個(gè)半導(dǎo)體晶體仍然呈電中性。一般可近似認(rèn)為多數(shù)載流子的數(shù)量與雜質(zhì)的濃度相等。階段歸納

P型半導(dǎo)體中的空穴多于自由電子，是否意味著帶正電？自由電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電的區(qū)別在哪里？空穴載流子的形成是否由自由電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)形成的？何謂雜質(zhì)半導(dǎo)體中的多子和少子

？N型半導(dǎo)體中的多子是什么？少子是什么？想想練練1.1.5PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.PN結(jié)的形成

雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力雖然比本征半導(dǎo)體極大增強(qiáng)，但它們并不能稱為半導(dǎo)體器件。在電子技術(shù)中，PN結(jié)是一切半導(dǎo)體器件的“元概念”和技術(shù)起始點(diǎn)。在一塊晶片的兩端分別注入三價(jià)元素硼和五價(jià)元素磷++++++++++++++++－－－－－－－－－－－－－－－－P區(qū)N區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場動(dòng)畫演示

PN結(jié)形成的過程中，多數(shù)載流子的擴(kuò)散和少數(shù)載流子的漂移共存。開始時(shí)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)占優(yōu)勢，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果使PN結(jié)加寬，內(nèi)電場增強(qiáng)；另一方面，內(nèi)電場又促使了少子的漂移運(yùn)動(dòng)：P區(qū)的少子電子向N區(qū)漂移，補(bǔ)充了交界面上N區(qū)失去的電子，同時(shí)，N區(qū)的少子空穴向P區(qū)漂移，補(bǔ)充了原交界面上P區(qū)失去的空穴，顯然漂移運(yùn)動(dòng)減少了空間電荷區(qū)帶電離子的數(shù)量，削弱了內(nèi)電場，使PN結(jié)變窄。最后，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本穩(wěn)定，即PN結(jié)形成。

PN結(jié)內(nèi)部載流子基本為零，因此導(dǎo)電率很低，相當(dāng)于介質(zhì)。但PN結(jié)兩側(cè)的P區(qū)和N區(qū)導(dǎo)電率很高，相當(dāng)于導(dǎo)體，這一點(diǎn)和電容比較相似，所以說PN結(jié)具有電容效應(yīng)。PN結(jié)正向偏置時(shí)的情況PN結(jié)反向偏置的情況

2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)的上述“正向?qū)?，反向阻斷”作用，說明它具有單向?qū)щ娦?，PN結(jié)的單向?qū)щ娦允撬鼧?gòu)成半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。

由于常溫下少數(shù)載流子的數(shù)量不多，故反向電流很小，而且當(dāng)外加電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，反向電流幾乎不隨外加電壓的變化而變化，因此反向電流又稱為反向飽和電流。反向飽和電流常溫下很小，一般情況下可以忽略。

值得注意的是，本征激發(fā)隨溫度的升高而加劇，導(dǎo)致電子—空穴對增多，因而反向電流將隨溫度的升高而成倍增長。反向電流是造成電路噪聲的主要原因之一，因此，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須考慮溫度補(bǔ)償問題。

PN結(jié)中反向電流的討論2.半導(dǎo)體受溫度和光照影響，產(chǎn)生本征激發(fā)現(xiàn)象而出現(xiàn)電子、空穴對；同時(shí)，其它價(jià)電子又不斷地“轉(zhuǎn)移跳進(jìn)”本征激發(fā)出現(xiàn)的空穴中，產(chǎn)生價(jià)電子與空穴的復(fù)合。在一定溫度下，電子、空穴對的激發(fā)和復(fù)合最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)下，半導(dǎo)體中的載流子濃度一定，即反向電流的數(shù)值基本不發(fā)生變化。1.半導(dǎo)體中少子的濃度雖然很低，但少子對溫度非常敏感，因此溫度對半導(dǎo)體器件的性能影響很大。而多子因濃度基本上等于雜質(zhì)原子的摻雜濃度，所以說多子的數(shù)量基本上不受溫度的影響。4.PN結(jié)的單向?qū)щ娦允侵福篜N結(jié)正向偏置時(shí)，呈現(xiàn)的電阻很小幾乎為零，因此多子構(gòu)成的擴(kuò)散電流極易通過PN結(jié)；PN結(jié)反向偏置時(shí)，呈現(xiàn)的電阻趨近于無窮大，因此電流無法通過被阻斷。3.空間電荷區(qū)的電阻率很高，是指其內(nèi)電場阻礙多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的作用，由于這種阻礙作用，使得擴(kuò)散電流難以通過空間電荷區(qū)，即空間電荷區(qū)對擴(kuò)散電流呈現(xiàn)高阻作用。學(xué)習(xí)與歸納1.1.6PN結(jié)的反向擊穿問題

PN結(jié)反向偏置時(shí)，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過PN結(jié)的電流很小，基本上可視為零值。但當(dāng)電壓超過某一數(shù)值時(shí)，反向電流會(huì)急劇增加，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)反向擊穿。反向擊穿發(fā)生在空間電荷區(qū)。擊穿的原因主要有兩種：當(dāng)PN結(jié)上加的反向電壓大大超過反向擊穿電壓時(shí)，處在強(qiáng)電場中的載流子獲得足夠大的能量碰撞晶格，將價(jià)電子碰撞出來，產(chǎn)生電子空穴對，新產(chǎn)生的載流子又會(huì)在電場中獲得足夠能量，再去碰撞其它價(jià)電子產(chǎn)生新的電子空穴對，如此連鎖反應(yīng)，使反向電流越來越大，這種擊穿稱為雪崩擊穿。雪崩擊穿屬于碰撞式擊穿，其電場較強(qiáng)，外加反向電壓相對較高。通常出現(xiàn)雪崩擊穿的電壓均在7V以上。

(1)雪崩擊穿當(dāng)P區(qū)和N區(qū)摻雜濃度很高，阻擋層很薄時(shí)，PN結(jié)內(nèi)載流子與中性原子碰撞的機(jī)會(huì)大為減少，因而不發(fā)生雪崩擊穿。（2）齊納擊穿

PN結(jié)非常薄時(shí)，即使阻擋層兩端加的反向電壓不大，也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比較強(qiáng)的內(nèi)電場。這個(gè)內(nèi)電場足以把PN結(jié)內(nèi)中性原子的價(jià)電子從共價(jià)鍵中拉出來，產(chǎn)生出大量的電子—空穴對，使PN結(jié)反向電流劇增，這種擊穿現(xiàn)象稱為齊納擊穿?？梢?，齊納擊穿發(fā)生在高摻雜的PN結(jié)中，相應(yīng)的擊穿電壓較低，一般小于5V。雪崩擊穿是一種碰撞的擊穿，齊納擊穿是一種場效應(yīng)擊穿，二者均屬于電擊穿。電擊穿過程通常可逆：只要迅速把PN結(jié)兩端的反向電壓降低，PN結(jié)就可恢復(fù)到原來狀態(tài)。若PN結(jié)兩端加的反向電壓過高，反向電流將急劇增長，造成PN結(jié)上熱量的不斷積累，從而引起結(jié)溫持續(xù)升高，當(dāng)這個(gè)溫度超過PN結(jié)的最大允許結(jié)溫時(shí)，PN結(jié)就會(huì)發(fā)生熱擊穿，熱擊穿將使PN結(jié)永久損壞。熱擊穿的過程是不可逆的，應(yīng)當(dāng)盡量避免發(fā)生。（3）熱擊穿能否說出PN結(jié)有何特性？半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理與金屬導(dǎo)體有何不同？什么是本征激發(fā)？什么是復(fù)合？少數(shù)載流子和多數(shù)載流子是如何產(chǎn)生的

？試述雪崩擊穿和齊納擊穿的特點(diǎn)。這兩種擊穿能否造成PN結(jié)的永久損壞

？想想練練

空間電荷區(qū)的電阻率為什么很高？把PN結(jié)用管殼封裝，然后在P區(qū)和N區(qū)分別向外引出一個(gè)電極，即可構(gòu)成一個(gè)二極管。二極管是電子技術(shù)中最基本的半導(dǎo)體器件之一。根據(jù)其用途分有檢波管、開關(guān)管、穩(wěn)壓管和整流管等。硅高頻檢波管開關(guān)管穩(wěn)壓管整流管發(fā)光二極管電子工程實(shí)際中，二極管應(yīng)用得非常廣泛，上圖所示即為各類二極管的部分產(chǎn)品實(shí)物圖。1.2半導(dǎo)體二極管1.2.1二極管的結(jié)構(gòu)類型點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，適用于高頻檢波、脈沖電路及計(jì)算機(jī)中的開關(guān)元件。外殼觸絲N型鍺片正極引線負(fù)極引線N型鍺面接觸型：結(jié)面積大，適用于低頻整流器件。負(fù)極引線底座金銻合金PN結(jié)鋁合金小球正極引線普通二極管圖符號穩(wěn)壓二極管圖符號發(fā)光二極管圖符號VDDZVD

使用二極管時(shí)，必須注意極性不能接反，否則電路非但不能正常工作，還有毀壞管子和其他元件的可能。1.2.2二極管的伏安特性U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060

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A)4020二極管的伏安特性是指流過二極管的電流與兩端所加電壓的函數(shù)關(guān)系。二極管既然是一個(gè)PN結(jié)，其伏安特性當(dāng)然具有“單向?qū)щ娦浴?。二極管的伏安特性呈非線性，特性曲線上大致可分為四個(gè)區(qū)：外加正向電壓超過死區(qū)電壓(硅管0.5V，鍺管0.1V)時(shí)，內(nèi)電場大大削弱，正向電流迅速增長，二極管進(jìn)入正向?qū)▍^(qū)。死區(qū)正向?qū)▍^(qū)反向截止區(qū)當(dāng)外加正向電壓很低時(shí)，由于外電場還不能克服PN結(jié)內(nèi)電場對多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的阻力，故正向電流很小，幾乎為零。這一區(qū)域稱之為死區(qū)。外加反向電壓超過反向擊穿電壓UBR時(shí)，反向電流突然增大，二極管失去單向?qū)щ娦?，進(jìn)入反向擊穿區(qū)。反向擊穿區(qū)反向截止區(qū)內(nèi)反向飽和電流很小，可近似視為零值。正向?qū)▍^(qū)和反向截止區(qū)的討論U(V)0.500.8-50-25I(mA)204060

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A)4020死區(qū)正向?qū)▍^(qū)反向截止區(qū)反向擊穿區(qū)當(dāng)外加正向電壓大于死區(qū)電壓時(shí)，二極管由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通，電壓再繼續(xù)增加時(shí)，電流迅速增大，而二極管端電壓卻幾乎不變，此時(shí)二極管端電壓稱為正向?qū)妷骸?/p>

硅二極管的正向?qū)妷杭s為0.7V，鍺二極管的正向?qū)妷杭s為0.3V。在二極管兩端加反向電壓時(shí)，將有很小的、由少子漂移運(yùn)動(dòng)形成的反向飽和電流通過二極管。反向電流有兩個(gè)特點(diǎn)：一是它隨溫度的上升增長很快，二是在反向電壓不超過某一范圍時(shí)，反向電流的大小基本恒定，而與反向電壓的高低無關(guān)(與少子的數(shù)量有限)。所以通常稱它為反向飽和電流。1.2.3二極管的主要技術(shù)參數(shù)（1）最大整流電流IDM：指二極管長期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。其大小由PN結(jié)的結(jié)面積和外界散熱條件決定。（2）最高反向工作電壓URM：指二極管長期安全運(yùn)行時(shí)所能承受的最大反向電壓值。手冊上一般取擊穿電壓的一半作為最高反向工作電壓值。（3）反向電流IR：指二極管未擊穿時(shí)的反向電流。IR值越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶?。反向電流隨溫度的變化而變化較大，這一點(diǎn)要特別加以注意。（4）最大工作頻率fM：此值由PN結(jié)的結(jié)電容大小決定。若二極管的工作頻率超過該值，則二極管的單向?qū)щ娦阅軐⒆兊幂^差。1.二極管整流電路

將交流電變成單方向脈動(dòng)直流電的過程稱為整流。二極管半波整流電路二極管全波整流電路橋式整流電路簡化圖B220V~RLDIN4001B220V~RLD1D2二極管橋式整流電路D4B220V~RLD1D2D3B220V~RL1.2.4二極管的應(yīng)用2.二極管鉗位電路二極管鉗位電路利用二極管正向?qū)〞r(shí)壓降很小的特性。限流電阻R的一端與直流電源U+相連，另一端與二極管陽極相連，二極管陰極連接端子為電路輸入端A，陽極向外引出的F點(diǎn)為電路輸出端。

當(dāng)圖中A點(diǎn)電位為零時(shí)，則(理想二極管)VD正向?qū)ǎ藭r(shí)二極管管壓降可視為零值，輸出點(diǎn)F的電位就等于A點(diǎn)電位零伏，稱作輸出F被鉗制在零電位；若A點(diǎn)電位較高，造成二極管反偏而不能導(dǎo)通時(shí)，電阻R上就會(huì)無電流通過，輸出F的電位則被鉗制在U+。FAU＋RVD利用導(dǎo)通后正向壓降基本保持不變（硅管為0.7V，鍺管為0.3V）的特性，可把二極管作為電路的限幅元件。如左圖所示。加正向或反向電壓時(shí)，輸出最大值只能為0.7V，從而把信號幅度限制在這一范圍內(nèi)。電路輸出電壓波形如右圖所示。

3.二極管雙向限幅電路

二極管的限幅作用舉例+－DuS10kΩIN4148+－u0iD圖示為一限幅電路。電源uS是一個(gè)周期性的矩形脈沖，高電平幅值為+5V，低電平幅值為-5V。試分析電路的輸出電壓為多少。分析uS+5V-5Vt0當(dāng)輸入電壓ui=－5V時(shí)，二極管反偏截止，此時(shí)電路可視為開路，輸出電壓u0=0V；當(dāng)輸入電壓ui=+5V時(shí)，二極管正偏導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)二極管管壓降近似為零，故輸出電壓u0≈+5V。顯然輸出電壓u0限幅在0~+5V之間。u0注意：分析實(shí)際電路時(shí)為簡單化，通常把二極管進(jìn)行理想化處理，即正偏時(shí)視其為“短路”，截止時(shí)視其為“開路”。UD=0UD=∞正向?qū)〞r(shí)相當(dāng)一個(gè)閉合的開關(guān)+－+－+－D+－D+－+－DPN+－反向阻斷時(shí)相當(dāng)一個(gè)打開的開關(guān)+－DPN4.二極管的開關(guān)作用半導(dǎo)體二極管工作在擊穿區(qū)，是否一定被損壞？為什么？

你會(huì)做嗎？何謂死區(qū)電壓？硅管和鍺管死區(qū)電壓的典型值各為多少？為何會(huì)出現(xiàn)死區(qū)電壓？

把一個(gè)1.5V的干電池直接正向聯(lián)接到二極管的兩端，會(huì)出現(xiàn)什么問題？二極管的伏安特性曲線上分為幾個(gè)區(qū)？能否說明二極管工作在各個(gè)區(qū)時(shí)的電壓、電流情況？

檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果為什么二極管的反向電流很小且具有飽和性？當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)又會(huì)明顯增大

？I(mA)40302010

0-5-10-15-20(μA)0.40.8－12－8－4U(V)

在反向擊穿區(qū)，穩(wěn)壓二極管的反向電壓幾乎不隨反向電流的變化而變化、這是穩(wěn)壓二極管的顯著特性。DZ穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管，其反向擊穿可逆。正向特性與普通二極管相似反向ΔIZΔUZ1.2.5特殊二極管1.穩(wěn)壓管實(shí)物圖圖符號及文字符號顯然穩(wěn)壓管的伏安特性曲線比普通二極管的更加陡峭。+US－DZ使用穩(wěn)壓二極管時(shí)應(yīng)該注意的事項(xiàng)(1)穩(wěn)壓二極管正負(fù)極的判別DZ+－(2)穩(wěn)壓二極管使用時(shí)，應(yīng)反向接入電路UZ－(3)穩(wěn)壓管應(yīng)接入限流電阻(4)電源電壓應(yīng)高于穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值(5)穩(wěn)壓管都是硅管。其穩(wěn)定電壓UZ最低為3V，高的可達(dá)

300V，穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)的正向壓降約為0.6V。思索與回顧二極管的反向擊穿特性：當(dāng)外加反向電壓超過擊穿電壓時(shí)，通過二極管的電流會(huì)急劇增加。

擊穿并不意味著管子一定要損壞，如果我們采取適當(dāng)?shù)拇胧┫拗仆ㄟ^管子的電流，就能保證管子不因過熱而燒壞。如穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中一般都要加限流電阻R，使穩(wěn)壓管電流工作在Izmax和Izmix的范圍內(nèi)。在反向擊穿狀態(tài)下，讓通過管子的電流在一定范圍內(nèi)變化，這時(shí)管子兩端電壓變化很小，穩(wěn)壓二極管就是利用這一點(diǎn)達(dá)到“穩(wěn)壓”效果的。穩(wěn)壓管正常工作是在反向擊穿區(qū)。發(fā)光二極管是一種能把電能直接轉(zhuǎn)換成光能的固體發(fā)光元件。發(fā)光二極管和普通二極管一樣，管芯由PN結(jié)構(gòu)成，具有單向?qū)щ娦?。?shí)物圖圖符號和

文字符號VD單個(gè)發(fā)光二極管常作為電子設(shè)備通斷指示燈或快速光源及光電耦合器中的發(fā)光元件等。發(fā)光二極管一般使用砷化鎵、磷化鎵等材料制成?，F(xiàn)有的發(fā)光二極管能發(fā)出紅黃綠等顏色的光。發(fā)光管正常工作時(shí)應(yīng)正向偏置，因發(fā)光管屬于功率型器件，因此死區(qū)電壓較普通二極管高，其正偏工作電壓至少要在1.3V以上。發(fā)光管常用來作為數(shù)字電路的數(shù)碼及圖形顯示的七段式或陣列器件。2.發(fā)光二極管光電二極管也稱光敏二極管，是將光信號變成電信號的半導(dǎo)體器件，其核心部分也是一個(gè)PN結(jié)。光電二極管PN結(jié)的結(jié)面積較小、結(jié)深很淺，一般小于一個(gè)微米。VD光電二極管的正常工作狀態(tài)是反向偏置。在反向電壓下，無光照時(shí)，反向電流很小，稱為暗電流；有光照射時(shí)，攜帶能量的光子進(jìn)入PN結(jié)，把能量傳給共價(jià)鍵上的束縛電子，使部分價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛，產(chǎn)生電子—空穴對，稱光生載流子。光生載流子在反向電壓作用下形成反向光電流，其強(qiáng)度與光照強(qiáng)度成正比。3.光電二極管光電二極管和普通二極管一樣具有“單向?qū)щ娦浴?，光電管管殼上有一個(gè)能射入光線的“窗口”，這個(gè)窗口用有機(jī)玻璃透鏡進(jìn)行封閉，入射光通過透鏡正好射在管芯上。實(shí)物圖圖符號和

文字符號1.利用穩(wěn)壓管或普通二極管的正向壓降，是否也可以穩(wěn)壓？你會(huì)做嗎？檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果2.現(xiàn)有兩只穩(wěn)壓管，它們的穩(wěn)定電壓分別為6V和8V，正向?qū)妷簽?.7V。試問：(1)若將它們串聯(lián)相接，可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？(2)若將它們并聯(lián)相接，又可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？3.在右圖所示電路中，發(fā)光二極管導(dǎo)通電壓UD＝1.5V，正向電流在5~15mA時(shí)才能正常工作。試問圖中開關(guān)S在什么位置時(shí)發(fā)光二極管才能發(fā)光？R的取值范圍又是多少？

NNP1.3雙極型半導(dǎo)體三極管BJT三極管是組成各種電子電路的核心器件。三極管的產(chǎn)生使PN結(jié)的應(yīng)用發(fā)生了質(zhì)的飛躍。1.3.1BJT的結(jié)構(gòu)組成雙極型晶體管分有NPN型和PNP型，雖然它們外形各異，品種繁多，但它們的共同特征相同：都有三個(gè)分區(qū)、兩個(gè)PN結(jié)和三個(gè)向外引出的電極：發(fā)射極e發(fā)射結(jié)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電極c基極bNPN型PNP型PPN根據(jù)制造工藝和材料的不同，三極管分有雙極型和單極型兩種類型。若三極管內(nèi)部的自由電子載流子和空穴載流子同時(shí)參與導(dǎo)電，就是所謂的雙極型。如果只有一種載流子參與導(dǎo)電，即為單極型。NPN型三極管圖符號大功率低頻三極管小功率高頻三極管中功率低頻三極管目前國內(nèi)生產(chǎn)的雙極型硅晶體管多為NPN型（3D系列），鍺晶體管多為PNP型（3A系列），按頻率高低有高頻管、低頻管之別；根據(jù)功率大小可分為大、中、小功率管。

ecbPNP型三極管圖符號ecb注意：圖中箭頭方向?yàn)榘l(fā)射極電流的方向。1.3.2BJT的電流放大作用晶體管芯結(jié)構(gòu)剖面圖e發(fā)射極集電區(qū)N基區(qū)P發(fā)射區(qū)Nb基極c集電極晶體管實(shí)現(xiàn)電流放大作用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件（1）發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高，以便有足夠的載流子供“發(fā)射”。（2）為減少載流子在基區(qū)的復(fù)合機(jī)會(huì)，基區(qū)應(yīng)做得很薄，一般為幾個(gè)微米，且摻雜濃度極低。（3）為了順利收集邊緣載流子，集電區(qū)體積較大，且摻雜濃度界于發(fā)射極和基極之間?？梢?，雙極型三極管并非是兩個(gè)PN結(jié)的簡單組合，而是利用一定的摻雜工藝制作而成。因此，絕不能用兩個(gè)二極管來代替，使用時(shí)也決不允許把發(fā)射極和集電極接反。晶體管實(shí)現(xiàn)電流放大作用的外部條件NNPUBBRB＋－（1）發(fā)射結(jié)必須“正向偏置”，以利于發(fā)射區(qū)電子的擴(kuò)散，擴(kuò)散電流即發(fā)射極電流ie，擴(kuò)散電子的少數(shù)與基區(qū)空穴復(fù)合，形成基極電流ib，多數(shù)繼續(xù)向集電結(jié)邊緣擴(kuò)散。UCCRC＋－（2）集電結(jié)必須“反向偏置”，以利于收集擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的多數(shù)擴(kuò)散電子，收集到集電區(qū)的電子形成集電極電流ic。IEICIB整個(gè)過程中，發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射的電子數(shù)等于基區(qū)復(fù)合掉的電子與集電區(qū)收集的電子數(shù)之和，即：IE=IB+IC三極管的集電極電流IC稍小于IE，但遠(yuǎn)大于IB，IC與IB的比值在一定范圍內(nèi)基本保持不變。特別是基極電流有微小的變化時(shí)，集電極電流將發(fā)生較大的變化。例如，IB由40μA增加到50μA時(shí)，IC將從3.2mA增大到4mA，即：顯然，雙極型三極管具有電流放大能力。式中的β值稱為三極管的電流放大倍數(shù)。不同型號、不同類型和用途的三極管，β值的差異較大，大多數(shù)三極管的β值通常在幾十至幾百的范圍。

由此可得：微小的基極電流IB可以控制較大的集電極電流IC，故雙極型三極管屬于電流控制器件。

結(jié)論由于發(fā)射結(jié)處正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子將不斷擴(kuò)散到基區(qū)，并不斷從電源補(bǔ)充進(jìn)電子，形成發(fā)射極電流IE?；仡櫯c總結(jié)1.發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子的過程由于基區(qū)很薄，且多數(shù)載流子濃度又很低，所以從發(fā)射極擴(kuò)散過來的電子只有很少一部分和基區(qū)的空穴相復(fù)合形成基極電流IB，剩下的絕大部分電子則都擴(kuò)散到了集電結(jié)邊緣。2.電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合過程集電結(jié)由于反偏，可將從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)并到達(dá)集電區(qū)邊緣的電子拉入集電區(qū)，從而形成較大的集電極電流IC。3.集電區(qū)收集電子的過程只要符合三極管發(fā)射區(qū)高摻雜、基區(qū)摻雜濃度很低，集電區(qū)的摻雜濃度介于發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間，且基區(qū)做得很薄的內(nèi)部條件，再加上晶體管的發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的外部條件，三極管就具有了放大電流的能力。1.3.3BJT的外部特性所謂特性曲線是指各極電壓與電流之間的關(guān)系曲線，是三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)。從工程應(yīng)用角度來看，外部特性更為重要。1.輸入特性曲線以常用的共射極放大電路為例說明UCE=0VUBE

/VIB

/A0UCE=0VUBBUCCRC++RB令UBB從0開始增加IBIE=IBUBE令UCC為0UCE=0時(shí)的輸入特性曲線UCE為0時(shí)UCE=0.5VUCE=0VUBE

/VIB

/A0UBBUCCRC++RB令UBB重新從0開始增加IBICUBE增大UCC讓UCE=0.5VUCE=1VUCE=0.5VUCE=0.5V的特性曲線繼續(xù)增大UCC讓UCE=1V令UBB重新從0開始增加UCE=1VUCE=1V的特性曲線繼續(xù)增大UCC使UCE=1V以上的多個(gè)值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：之后的所有輸入特性幾乎都與UCE=1V的特性相同，曲線基本不再變化。實(shí)用中三極管的UCE值一般都超過1V，所以其輸入特性通常采用UCE=1V時(shí)的曲線。從特性曲線可看出，雙極型三極管的輸入特性與二極管的正向特性非常相似。UCE>1V的特性曲線2.輸出特性先把IB調(diào)到某一固定值保持不變。當(dāng)IB不變時(shí)，輸出回路中的電流IC與管子輸出端電壓UCE之間的關(guān)系曲線稱為輸出特性。然后調(diào)節(jié)UCC使UCE從0增大，觀察毫安表中IC的變化并記錄下來。UCEUBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE根據(jù)記錄可給出IC隨UCE變化的伏安特性曲線，此曲線就是晶體管的輸出特性曲線。IBUCE/VIC

/mA0UBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE再調(diào)節(jié)IB1至另一稍小的固定值上保持不變。仍然調(diào)節(jié)UCC使UCE從0增大，繼續(xù)觀察毫安表中IC的變化并記錄下來。UCE根據(jù)電壓、電流的記錄值可繪出另一條IC隨UCE變化的伏安特性曲線，此曲線較前面的稍低些。UCE/VIC

/mA0IBIB1IB2IB3IB=0如此不斷重復(fù)上述過程，我們即可得到不同基極電流IB對應(yīng)相應(yīng)IC、UCE數(shù)值的一組輸出特性曲線。輸出曲線開始部分很陡，說明IC隨UCE的增加而急劇增大。當(dāng)UCE增至一定數(shù)值時(shí)(一般小于1V)，輸出特性曲線變得平坦，表明IC基本上不再隨UCE而變化。當(dāng)IB一定時(shí)，從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子數(shù)大致一定。當(dāng)UCE超過1V以后，這些電子的絕大部分被拉入集電區(qū)而形成集電極電流IC

。之后即使UCE繼續(xù)增大，集電極電流IC也不會(huì)再有明顯的增加，具有恒流特性。UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3當(dāng)IB增大時(shí)，相應(yīng)IC也增大，輸出特性曲線上移，且IC增大的幅度比對應(yīng)IB大得多。這一點(diǎn)正是晶體管的電流放大作用。從輸出特性曲線可求出三極管的電流放大系數(shù)β。ΔIB=40A取任意兩條特性曲線上的平坦段，讀出其基極電流之差ΔIB；再讀出這兩條曲線對應(yīng)的集電極電流之差ΔIC=1.3mA；ΔIC于是我們可得到三極管的電流放大倍數(shù)：

β=ΔIC/ΔIB=1.3÷0.04=32.5UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3輸出特性曲線上一般可分為三個(gè)區(qū)：飽和區(qū)。當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正向偏置時(shí)，三極管處于飽和狀態(tài)。此時(shí)集電極電流IC與基極電流IB之間不再成比例關(guān)系，IB的變化對IC的影響很小。截止區(qū)。當(dāng)基極電流IB等于0時(shí)，晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)。實(shí)際上當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓處在正向死區(qū)范圍時(shí)，晶體管就已經(jīng)截止，為讓其可靠截止，常使UBE小于和等于零。放大區(qū)晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。在放大區(qū)，集電極電流與基極電流之間成β倍的數(shù)量關(guān)系，即晶體管在放大區(qū)時(shí)具有電流放大作用1.3.4BJT的主要技術(shù)參數(shù)1.電流放大倍數(shù)2.極限參數(shù)①集電極最大允許電流ICMUCE/VIC

/mA0IB=043211.52.3②反向擊穿電壓U(BR)CEOcebUCCU(BR)CEO基極開路指基極開路時(shí)集電極與發(fā)射極間的反向擊穿電壓。使用中若超過此值,晶體管的集電結(jié)就會(huì)出現(xiàn)雪崩擊穿。β值的大小反映了晶體管的電流放大能力。IC>ICM時(shí)，晶體管不一定燒損，但β值明顯下降。③集電極最大允許功耗PCM晶體管上的功耗超過PCM，管子將損壞。安

全

區(qū)晶體管的發(fā)射極和集電極是不能互換使用的。因?yàn)榘l(fā)射區(qū)和集電區(qū)的摻雜質(zhì)濃度差別較大，如果把兩個(gè)極互換使用，則嚴(yán)重影響晶體管的電流放大能力，甚至造成放大能力喪失。晶體管的發(fā)射極和集電極能否互換使用？為什么?

晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時(shí)，UCE<UBE，集電結(jié)也處于正偏，這時(shí)內(nèi)電場被大大削弱，因此極不利于集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)到達(dá)集電結(jié)邊緣的電子，這種情況下，集電極電流IC與基極電流IB不再是β倍的關(guān)系，因此，晶體管的電流放大能力大大下降。晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時(shí)，其電流放大系數(shù)是否也等于β？為了使發(fā)射區(qū)擴(kuò)散電子的絕大多數(shù)無法在基區(qū)和空穴復(fù)合，由于基區(qū)摻雜深度很低且很薄，因此只能有極小一部分?jǐn)U散電子與基區(qū)空穴相復(fù)合形成基極電流，剩余大部分?jǐn)U散電子繼續(xù)向集電結(jié)擴(kuò)散，由于集成電結(jié)反偏，這些集結(jié)到集電結(jié)邊緣的自由電子被集電極收集后形成集電極電流。為什么晶體管基區(qū)摻雜質(zhì)濃度小？而且還要做得很?。繉W(xué)習(xí)與討論1.3.5復(fù)合晶體管復(fù)合管也稱之為達(dá)林頓管，讓兩個(gè)晶體三極管按一定方式連接即可構(gòu)成一個(gè)復(fù)合管，下圖所示為四種類型的復(fù)合管。增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。復(fù)合管的構(gòu)成方式一：cbeVT1VT2ibic1becicic2ibib2NPN型復(fù)合管的構(gòu)成方式二：PNP型cbeVT1ibVT2becVTibiC1ic2ib2icic與NPN型復(fù)合管結(jié)果相同

1

2復(fù)合管的類型均由VT1管子決定。復(fù)合管的類型由哪個(gè)管子決定？復(fù)合管和普通三極管相比，具有哪些特點(diǎn)？通常用于哪些場合？

檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果三極管起電流放大作用，其內(nèi)部、外部條件分別要滿足哪些？檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果

使用三極管時(shí)，只要①集電極電流超過ICM值；②耗散功率超過PCM值；③集—射極電壓超過U（BR）CEO值，三極管就必然損壞。上述說法哪個(gè)是對的？

用萬用表測量某些三極管的管壓降得到下列幾組數(shù)據(jù)，說明每個(gè)管子是NPN型還是PNP型？是硅管還是鍺管？它們各工作在什么區(qū)域？UBE＝0.7V，UCE＝0.3V；UBE＝0.7V，UCE＝4V；UBE＝0V，UCE＝4V；UBE＝－0.2V，UCE＝－0.3V；UBE＝0V，UCE＝－4V。NPN硅管，飽和區(qū)NPN硅管，放大區(qū)NPN硅管，截止區(qū)PNP鍺管，放大區(qū)PNP鍺管，截止區(qū)1.4單極型半導(dǎo)體三極管FET

雙極型三極管是利用基極小電流去控制集電極較大電流的電流控制型器件，因工作時(shí)兩種載流子同時(shí)參與導(dǎo)電而稱之為雙極型。單極型三極管因工作時(shí)只有多數(shù)載流子一種載流子參與導(dǎo)電，因此稱為單極型三極管；單極型三極管是利用輸入電壓產(chǎn)生的電場效應(yīng)控制輸出電流的電壓控制型器件。上圖所示為單極型三極管產(chǎn)品實(shí)物圖。單極型管可分為結(jié)型和絕緣柵型兩大類，其中絕緣柵型場效應(yīng)管應(yīng)用最為廣泛，其中又分增強(qiáng)型和耗盡型兩類，且各有N溝道和P溝道之分。1.4.1單極型三極管概述1.4.1單極型三極管概述單極型三極管可用英文縮寫FET表示，與雙極型三極管BJT相比，無論是內(nèi)部的導(dǎo)電機(jī)理還是外部的特性曲線，二者都截然不同。FET屬于一種新型的半導(dǎo)體器件，尤為突出的是：FET具有高達(dá)107~1015的輸入電阻，幾乎不取用信號源提供的電流，因而具有功耗小，體積小、重量輕、熱穩(wěn)定性好、制造工藝簡單且易于集成化等優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)展了單極型三極管的應(yīng)用范圍，單極型三極管在工程實(shí)際中通常用于：

①放大；

②在多級放大器輸入級用作阻抗變換；

③用作可變電阻；

④用作恒流源；⑤用作電子開關(guān)。

1.4.2場效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu)組成N+N+以P型硅為襯底BDGS二氧化硅(SiO2)絕緣保護(hù)層兩端擴(kuò)散出兩個(gè)高濃度的N區(qū)N區(qū)與P型襯底之間形成兩個(gè)PN結(jié)由襯底引出電極B由高濃度的N區(qū)引出的源極S由另一高濃度N區(qū)引出的漏極D由二氧化硅層表面直接引出柵極G雜質(zhì)濃度較低，電阻率較高。N+N+以P型硅為襯底BDGS大多數(shù)管子的襯底在出廠前已和源極連在一起鋁電極、金屬（Metal）二氧化硅氧化物（Oxide）半導(dǎo)體（Semiconductor)故單極型三極管又稱為MOS管。MOS管電路的連接形式N+N+P型硅襯底BDGS+－UDS+－UGS漏極與源極間電源UDS柵極與源極間電源UGS

如果襯底在出廠前未連接到源極上，則要根據(jù)電路具體情況正確連接。一般P型硅襯底應(yīng)接低電位，N型硅襯底應(yīng)接高電位，由導(dǎo)電溝道的不同而異。不同類型MOS管的電路圖符號DSGB襯底N溝道增強(qiáng)型圖符號DSGB襯底P溝道增強(qiáng)型圖符號DSGB襯底N溝道耗盡型圖符號DSGB襯底P溝道耗盡型圖符號由圖可看出，襯底的箭頭方向表明了場效應(yīng)管是N溝道還是P溝道：箭頭向里是N溝道，箭頭向外是P溝道。虛線表示增強(qiáng)型實(shí)線表示耗盡型1.4.3場效應(yīng)管的工作原理

以增強(qiáng)型NMOS管為例說明其工作原理。N溝道增強(qiáng)型MOS管不存在原始導(dǎo)電溝道。

當(dāng)柵源極間電壓UGS=0時(shí)，增強(qiáng)型MOS管的漏極和源極之間相當(dāng)于存在兩個(gè)背靠背的PN結(jié)。N+N+P型硅襯底BDGS不存在原始溝道+－UDSUGS=0此時(shí)無論UDS是否為0，也無論其極性如何，總有一個(gè)PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，因此MOS管不導(dǎo)通，ID=0。MOS管處于截止區(qū)。PPN結(jié)PN結(jié)ID=0怎樣才能產(chǎn)生導(dǎo)電溝道呢？在柵極和襯底間加UGS且與源極連在一起，由于二氧化硅絕緣層的存在，電流不能通過柵極。但金屬柵極被充電，因此聚集大量正電荷。+－+－N+N+P型硅襯底BDGSUDS=0UGS電場力排斥空穴二氧化硅層在UGS作用下被充電而產(chǎn)生電場形成耗盡層出現(xiàn)反型層形成導(dǎo)電溝道電場吸引電子

導(dǎo)電溝道形成時(shí)，對應(yīng)的柵源間電壓UGS=UT稱為開啟電壓。UT+－+－N+N+P型硅襯底BDGS當(dāng)UGS>UT、UDS≠0且較小時(shí)UDSUGSID當(dāng)UGS繼續(xù)增大，UDS仍然很小且不變時(shí)，ID隨著UGS的增大而增大。此時(shí)增大UDS，導(dǎo)電溝道出現(xiàn)梯度，ID又將隨著UDS的增大而增大。直到UGD=UGS－UDS=UT時(shí)，相當(dāng)于UDS增加使漏極溝道縮減到導(dǎo)電溝道剛剛開啟的情況，稱為預(yù)夾斷，ID基本飽和。導(dǎo)電溝道加厚產(chǎn)生漏極電流ID+－+－N+N+P型硅襯底BDGSUDSUGS如果繼續(xù)增大UDS，使UGD<UT時(shí)，溝道夾斷區(qū)延長，ID達(dá)到最大且恒定，管子將從放大區(qū)跳出而進(jìn)入飽和區(qū)。UGD溝道出現(xiàn)預(yù)夾斷時(shí)工作在放大狀態(tài)，放大區(qū)ID幾乎與UDS的變化無關(guān)，只受UGS的控制。即MOS管是利用柵源電壓UGS來控制漏極電流ID大小的一種電壓控制器件場效應(yīng)管導(dǎo)電溝道形成動(dòng)畫說明1.4.4場效應(yīng)管的主要技術(shù)參數(shù)

1．開啟電壓UT

開啟電壓是增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)，柵源電壓UGS小于UT的絕對值時(shí)，MOS管不能導(dǎo)通。

2．輸入電阻RGS

RGS是場效應(yīng)管的柵源間輸入電阻典型值，對于絕緣柵場型MOS管，輸入電阻RGS約在1M~100MΩ之間。由于高阻態(tài)，所以可認(rèn)為輸入電流基本為零。

3．最大漏極功耗PDM

最大漏極功耗可由PDM=UDS

ID決定，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)，管子正常使用時(shí)不得超過此值，否則將會(huì)由過熱而造成管子的損壞。1.4.5場效應(yīng)管的使用注意事項(xiàng)1.MOS管中,有的產(chǎn)品將襯底引出，形成四個(gè)管腳。使用者可視電路需要進(jìn)行連接。P襯底接低電位，N襯底接高電位。但當(dāng)源極電位很高或很低時(shí),可將源極與襯底連在一起。2.場效應(yīng)管的漏極與源極通?？梢曰Q，且不會(huì)對伏安特性曲線產(chǎn)生明顯影響。注意：大多產(chǎn)品出廠時(shí)已將源極與襯底連在一起了，這時(shí)源極與漏極就不能再進(jìn)行對調(diào)使用。3.MOS管不使用時(shí),由于它的輸入電阻非常高,須將各電極短路,以免受外電場作用時(shí)使管子損壞。即MOS管在不使用時(shí)應(yīng)避免柵極懸空，務(wù)必將各電極短接。4.焊接MOS管時(shí)，電烙鐵須有外接地線，用來屏蔽交流電場，以防止損壞管子。特別是焊接絕緣柵場效應(yīng)管時(shí)，最好斷電后再焊接。單極型晶體管和雙極型晶體管的性能比較1.場效應(yīng)管的源極S、柵極G、漏極D分別對應(yīng)于雙極型晶體管的發(fā)射極e、基極b、集電極c，它們的作用相似。2.場效應(yīng)管是電壓控制電流器件，場效應(yīng)管柵極基本上不取電流，而雙極型晶體管工作時(shí)基極總要取一定的電流。所以在只允許從信號源取極小量電流的情況下，應(yīng)該選用場效應(yīng)管；而在允許取一定量電流時(shí)，選用雙極型晶體管進(jìn)行放大可以得到比場效應(yīng)管較高的電壓放大倍數(shù)。3.場效應(yīng)管是多子導(dǎo)電，而雙極型晶體管則是既利用多子，又利用少子。由于少子的濃度易受溫度、輻射等外界條件的影響，因而場效應(yīng)管比晶體管的溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)。在環(huán)境條件（溫度等）變化比較劇烈的情況下，選用場效應(yīng)管比較合適。4.場效應(yīng)管的源極和襯底未連在一起時(shí)，源極和漏極可以互換使用，耗盡型絕緣柵型管的柵極電壓可正可負(fù)，靈活性比晶體管強(qiáng)；而雙極型晶體管的集電極與發(fā)射極由于特性差異很大而不允許互換使用。5.與雙極型晶體管相比，場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)較小，所以在低噪聲放大器的前級通常選用場效應(yīng)管，也可以選特制的低噪聲晶體管。但總的來說，當(dāng)信噪比是主要矛盾時(shí)，還應(yīng)選用場效應(yīng)管。6.場效應(yīng)管和雙極型晶體管都可以用于放大或可控開關(guān)，但場效應(yīng)管還可以作為壓控電阻使用，而且制造工藝便于集成化，具有耗電少，熱穩(wěn)定性好，工作電源電壓范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，因此在電子設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。

MOS管在不使用時(shí)，應(yīng)注意避免什么問題？否則會(huì)出現(xiàn)何種事故？

在使用MOS管時(shí)，為什么柵極不能懸空？雙極型管和MOS管的輸入電阻有何不同？你會(huì)做嗎？當(dāng)UGS為何值時(shí)，增強(qiáng)型N溝道MOS管導(dǎo)通？檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果雙極型三極管和單極型三極管的導(dǎo)電機(jī)理有什么不同？為什么稱晶體管為電流控件而稱MOS管為電壓控件？

為什么說場效應(yīng)管的熱穩(wěn)定性比雙極型三極管的熱穩(wěn)定性好？

1.雙極型三極管和單極型三極管的導(dǎo)電機(jī)理有什么不同？為什么稱晶體管為電流控件而稱MOS管為電壓控件？檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果解答

2.當(dāng)UGS為何值時(shí)，增強(qiáng)型N溝道MOS管導(dǎo)通？

3.在使用MOS管時(shí)，為什么柵極不能懸空？

4.晶體管和MOS管的輸入電阻有何不同？雙極型三極管有多子和少子兩種載流子同時(shí)參與導(dǎo)電；單極型三極管只有多子參與導(dǎo)電。晶體管的輸出電流IC受基極電流IB的控制而變化，因此稱之為電流控件；MOS管的輸出電流ID受柵源間電壓UGS的控制而變化，所以稱為電壓控件。當(dāng)UGS=UT時(shí)，增強(qiáng)型N溝道MOS管開始導(dǎo)通，隨著UGS的增加，溝道加寬，ID增大。由于二氧化硅層的原因，使MOS管具有很高的輸入電阻。在外界電壓影響下，柵極易產(chǎn)生相當(dāng)高的感應(yīng)電壓，造成管子擊穿，所以MOS管在不使用時(shí)應(yīng)避免柵極懸空，務(wù)必將各電極短接。晶體管的輸入電阻rbe一般在幾百歐～千歐左右，相對較低；而MOS管絕緣層的輸入電阻極高，一般認(rèn)為柵極電流為零。1.5晶閘管（SCR）晶體閘流管簡稱晶閘管，是一種能控制大電流通斷的功率半導(dǎo)體器件。晶閘管的問世使半導(dǎo)體器件從弱電領(lǐng)域進(jìn)入強(qiáng)電領(lǐng)域，在電力電子行業(yè)中得到了廣泛地應(yīng)用。由于晶閘管的通斷可以控制，因之又被稱為可控硅。晶閘管主要用途有整流、逆變、調(diào)壓和開關(guān)等方面。1.5.1晶閘管的結(jié)構(gòu)組成陽極

陰極

結(jié)構(gòu)組成

1.5.1晶閘管的結(jié)構(gòu)組成控制極

為更好地說明晶閘管的工作原理，可把其看做是：

圖符號

1.5.1晶閘管的結(jié)構(gòu)組成小功率螺旋式晶閘管小功率螺旋式晶閘管帶螺栓的一端是陽極，螺栓主要用于安裝散熱片，另一端較粗的一根是陰極引出線，另一根較細(xì)的是控制極引出線；

平板式晶閘管平板式晶閘管的中間金屬環(huán)是控制極，用一根導(dǎo)線引出，靠近控制極的平面是陰極，另一面則為陽極。

1.5.2晶閘管的工作原理由此晶閘管導(dǎo)通和關(guān)斷實(shí)驗(yàn)電路可知：要使晶閘管導(dǎo)通，一是需在它的陽極A與陰極K之間外加正向電壓，二是在它的控制極G與陰極K之間輸入一個(gè)正向觸發(fā)電壓。晶閘管導(dǎo)通后，松開按鈕開關(guān)，去掉觸發(fā)電壓，仍然維持導(dǎo)通狀態(tài)。

燈不亮1.5.2晶閘管的工作原理燈不亮由此晶閘管導(dǎo)通和關(guān)斷實(shí)驗(yàn)電路可知：如果陽極或控制極外加的是反向電壓，晶閘管就不會(huì)導(dǎo)通?？刂茦O的作用是通過外加正向觸發(fā)脈沖使晶閘管導(dǎo)通，卻不能使它關(guān)斷。

晶閘管的導(dǎo)通和關(guān)斷條件

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1）晶閘管的導(dǎo)通條件：在晶閘管的陽極和陰極兩端加正向電壓，同時(shí)在它的門極和陰極兩端也加正向電壓，兩者缺一不可。2）晶閘管一旦導(dǎo)通，門極即失去控制作用，因此門極所加的觸發(fā)電壓一般為脈沖電壓。晶閘管從阻斷變?yōu)閷?dǎo)通的過程稱為觸發(fā)導(dǎo)通。