半導(dǎo)體元器件基礎(chǔ)知識

半導(dǎo)體器件華天科技測試部2010年2024/7/151半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識物體根據(jù)導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體三大類。凡容易導(dǎo)電的物質(zhì)（如金、銀、銅、鋁、鐵等金屬物質(zhì)）稱為導(dǎo)體；不容易導(dǎo)電的物質(zhì)（如玻璃、橡膠、塑料、陶瓷等）稱為絕緣體；導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)（如硅、鍺、硒等）稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體之所以得到廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗哂袩崦粜浴⒐饷粜?、摻雜性等特殊性能。2024/7/152本征半導(dǎo)體是一種純凈的半導(dǎo)體晶體。常用的半導(dǎo)體材料是單晶硅（Si）和單晶鍺（Ge）。半導(dǎo)體硅和鍺都是4價(jià)元素，其原子結(jié)構(gòu)如圖:半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)示意圖（a）硅原子；（b）鍺原子；（c）簡化模型2024/7/153單晶硅的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)2024/7/154本征半導(dǎo)體如果能從外界獲得一定的能量（如光照、溫升等），有些價(jià)電子就會掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子，在共價(jià)鍵中留下一個空位，稱為“空穴”。空穴的出現(xiàn)使相鄰原子的價(jià)電子離開它所在的共價(jià)鍵來填補(bǔ)這個空穴，同時(shí)，這個共價(jià)鍵又產(chǎn)生了一個新的空穴。這個空穴也會被相鄰的價(jià)電子填補(bǔ)而產(chǎn)生新的空穴，這種電子填補(bǔ)空穴的運(yùn)動相當(dāng)于帶正電荷的空穴在運(yùn)動，并把空穴看成一種帶正電荷的載流子?？昭ㄔ蕉?，半導(dǎo)體的載流子數(shù)目就越多，因此形成的電流就越大。2024/7/155在本征半導(dǎo)體中，空穴與電子是成對出現(xiàn)的，稱為電子—空穴對。其自由電子和空穴數(shù)目總是相等的。本征半導(dǎo)體在溫度升高時(shí)產(chǎn)生電子—空穴對的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。溫度越高，產(chǎn)生的電子—空穴對數(shù)目就越多，這就是半導(dǎo)體的熱敏性。在半導(dǎo)體中存在著自由電子和空穴兩種載流子，而導(dǎo)體中只有自由電子這一種載流子，這是半導(dǎo)體與導(dǎo)體的不同之處。2024/7/156

在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)元素，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著改變。根據(jù)摻入雜質(zhì)元素的性質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體兩大類。P型半導(dǎo)體

P型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體硅（或鍺）中摻入微量的3價(jià)元素（如硼、銦等）而形成的。因雜質(zhì)原子只有3個價(jià)電子，它與周圍硅原子組成共價(jià)鍵時(shí)，缺少1個電子，因此在晶體中便產(chǎn)生一個空穴，當(dāng)相鄰共價(jià)鍵上的電子受熱激發(fā)獲得能量時(shí)，就有可能填補(bǔ)這個空穴，使硼原子成為不能移動的負(fù)離子，而原來硅原子的共價(jià)鍵因缺少了一個電子，便形成了空穴，使得整個半導(dǎo)體仍呈中性，如圖下頁所示。2024/7/157P型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)2024/7/158

在P型半導(dǎo)體中，原來的晶體仍會產(chǎn)生電子—空穴對，由于雜質(zhì)的摻入，使得空穴數(shù)目遠(yuǎn)大于自由電子數(shù)目，成為多數(shù)載流子(簡稱多子)，而自由電子則為少數(shù)載流子(簡稱少子)。因而P型半導(dǎo)體以空穴導(dǎo)電為主。N型半導(dǎo)體

N型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體硅中摻入微量的5價(jià)元素（如磷、砷、鎵等）而形成的，雜質(zhì)原子有5個價(jià)電子與周圍硅原子結(jié)合成共價(jià)鍵時(shí)，多出1個價(jià)電子，這個多余的價(jià)電子易成為自由電子，如圖所示。2024/7/159N型半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)綜上所述，在摻入雜質(zhì)后，載流子的數(shù)目都有相當(dāng)程度的增加。因而對半導(dǎo)體摻雜是改變半導(dǎo)體導(dǎo)電性能的有效方法。2024/7/1510PN結(jié)

在同一塊半導(dǎo)體基片的兩邊分別形成N型和P型半導(dǎo)體，它們的交界面附近會形成一個很薄的空間電荷區(qū)，稱其為PN結(jié)。

PN結(jié)的形成過程如圖所示。（a）多子擴(kuò)散示意圖；（b）PN結(jié)的形成2024/7/1511PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)正向偏置——導(dǎo)通給PN結(jié)加上電壓，使電壓的正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)（即正向連接或正向偏置），如下圖（a）所示。由于PN結(jié)是高阻區(qū)，而P區(qū)與N區(qū)電阻很小，因而外加電壓幾乎全部落在PN結(jié)上。由圖可見，外電場將推動P區(qū)多子（空穴）向右擴(kuò)散，與原空間電荷區(qū)的負(fù)離子中和，推動N區(qū)的多子（電子）向左擴(kuò)散與原空間電荷區(qū)的正離子中和，使空間電荷區(qū)變薄，打破了原來的動態(tài)平衡。同時(shí)電源不斷地向P區(qū)補(bǔ)充正電荷，向N區(qū)補(bǔ)充負(fù)電荷，其結(jié)果使電路中形成較大的正向電流，由P區(qū)流向N區(qū)。這時(shí)PN結(jié)對外呈現(xiàn)較小的阻值，處于正向?qū)顟B(tài)。2024/7/1512

PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕╝）正向連接;（b）反向連接2024/7/1513PN結(jié)反向偏置——截止將PN結(jié)按上圖（b）所示方式連接（稱PN結(jié)反向偏置）。由圖可見，外電場方向與內(nèi)電場方向一致，它將N區(qū)的多子（電子）從PN結(jié)附近拉走，將P區(qū)的多子（空穴）從PN結(jié)附近拉走，使PN結(jié)變厚，呈現(xiàn)出很大的阻值，且打破了原來的動態(tài)平衡，使漂移運(yùn)動增強(qiáng)。由于漂移運(yùn)動是少子運(yùn)動，因而漂移電流很小；若忽略漂移電流，則可以認(rèn)為PN結(jié)截止。

綜上所述，PN結(jié)正向偏置時(shí)，正向電流很大；PN結(jié)反向偏置時(shí)，反向電流很小，這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?024/7/1514半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管又稱晶體二極管，簡稱二極管。二極管按其結(jié)構(gòu)的不同可以分為點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類。點(diǎn)接觸型二極管的結(jié)構(gòu)，如下圖（a）所示。這類管子的PN結(jié)面積和極間電容均很小，不能承受高的反向電壓和大電流，因而適用于制做高頻檢波和脈沖數(shù)字電路里的開關(guān)元件，以及作為小電流的整流管。2024/7/1515半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)及符號（a）點(diǎn)接觸型結(jié)構(gòu);（b）面接觸型結(jié)構(gòu);2024/7/1516

半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)及符號（c）集成電路中的平面型結(jié)構(gòu);（d）圖形符號2024/7/1517半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)

1.最大整流電流IF2.反向擊穿電壓UB3.反向飽和電流IS2024/7/1518單相半波整流電路單相橋式整流電路組成2024/7/1519特殊二極管1.穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)，由于曲線很陡，反向電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，端電壓變化很小，因而具有穩(wěn)壓作用。圖中的UB表示反向擊穿電壓，當(dāng)電流的增量ΔIZ很大時(shí)，只引起很小的電壓變化ΔUZ。只要反向電流不超過其最大穩(wěn)定電流，就不會形成破壞性的熱擊穿。因此，在電路中應(yīng)與穩(wěn)壓管串聯(lián)一個具有適當(dāng)阻值的限流電阻。2024/7/1520

穩(wěn)壓管的伏安特性曲線、圖形符號及穩(wěn)壓管電路

（a）伏安特性曲線;（b）圖形符號;（c）穩(wěn)壓管電路2024/7/1521

2.光電二極管

光電二極管的結(jié)構(gòu)與普通二極管的結(jié)構(gòu)基本相同，只是在它的ＰＮ結(jié)處，通過管殼上的一個玻璃窗口能接收外部的光照。光電二極管的ＰＮ結(jié)在反向偏置狀態(tài)下運(yùn)行，其反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。下圖（ａ）是光電二極管的圖形符號，圖（ｂ）是它的等效電路，而圖（ｃ）是它的特性曲線。光電二極管的主要特點(diǎn)是其反向電流與光照度成正比。2024/7/1522

光電二極管（ａ）圖形符號;（ｂ）等效電路;（ｃ）特性曲線2024/7/15233.發(fā)光二極管發(fā)光二極管是一種能把電能轉(zhuǎn)換成光能的特殊器件。這種二極管不僅具有普通二極管的正、反向特性，而且當(dāng)給管子施加正向偏壓時(shí)，管子還會發(fā)出可見光和不可見光（即電致發(fā)光）。目前應(yīng)用的有紅、黃、綠、藍(lán)、紫等顏色的發(fā)光二極管。此外，還有變色發(fā)光二極管，即當(dāng)通過二極管的電流改變時(shí)，發(fā)光顏色也隨之改變。圖下（a）所示為發(fā)光二極管的圖形符號。2024/7/1524

發(fā)光二極管常用來作為顯示器件，除單個使用外，也常做成七段式或矩陣式器件。發(fā)光二極管的另一個重要的用途是將電信號變?yōu)楣庑盘枺ㄟ^光纜傳輸，然后再用光電二極管接收，再現(xiàn)電信號。圖下（b）所示為發(fā)光二極管發(fā)射電路通過光纜驅(qū)動的光電二極管電路。在發(fā)射端，一個0～５V的脈沖信號通過500Ω的電阻作用于發(fā)光二極管（LED），這個驅(qū)動電路可使LED產(chǎn)生一數(shù)字光信號，并作用于光纜。由LED發(fā)出的光約有20%耦合到光纜。在接收端，傳送的光中，約有80%耦合到光電二極管，以致在接收電路的輸出端復(fù)原為0～５V電壓的脈沖信號。2024/7/1525發(fā)光二極管（a）圖形符號;（b）光電傳輸系統(tǒng)2024/7/1526

4.變?nèi)荻O管

二極管結(jié)電容的大小除了與本身的結(jié)構(gòu)和工藝有關(guān)外，還與外加電壓有關(guān)。結(jié)電容隨反向電壓的增加而減小，這種效應(yīng)顯著的二極管稱為變?nèi)荻O管，其圖形符號如圖7.13（a）所示，圖（b）是某種變?nèi)荻O管的特性曲線。2024/7/1527變?nèi)荻O管（a）圖形符號;（b）結(jié)電容與電壓的關(guān)系（縱坐標(biāo)為對數(shù)刻度）2024/7/15282024/7/1529半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管根據(jù)其結(jié)構(gòu)和工作原理的不同可以分為雙極型和單極型半導(dǎo)體三極管。雙極型半導(dǎo)體三極管（簡稱BJT），又稱為雙極型晶體三極管或三極管、晶體管等。之所以稱為雙極型管，是因?yàn)樗煽昭ê妥杂呻娮觾煞N載流子參與導(dǎo)電。而單極型半導(dǎo)體三極管只有一種載流子導(dǎo)電。2024/7/1530半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)和類型三極管的構(gòu)成是在一塊半導(dǎo)體上用摻入不同雜質(zhì)的方法制成兩個緊挨著的PN結(jié)，并引出三個電極，如下圖所示。三極管有三個區(qū)：發(fā)射區(qū)——發(fā)射載流子的區(qū)域；基區(qū)——載流子傳輸?shù)膮^(qū)域；集電區(qū)——收集載流子的區(qū)域。各區(qū)引出的電極依次為發(fā)射極（ｅ極）、基極（ｂ極）和集電極（ｃ極）。發(fā)射區(qū)和基區(qū)在交界處形成發(fā)射結(jié)；基區(qū)和集電區(qū)在交界處形成集電結(jié)。根據(jù)半導(dǎo)體各區(qū)的類型不同，三極管可分為NPN型和PNP型兩大類，如下圖（a）、（b）所示。2024/7/1531三極管的組成與符號（a）NPN型;（b）PNP型2024/7/1532為使三極管具有電流放大作用，在制造過程中必須滿足實(shí)現(xiàn)放大的內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件，即：

（1）發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)的摻雜濃度，以便于有足夠的載流子供“發(fā)射”。（2）基區(qū)很薄，摻雜濃度很低，以減少載流子在基區(qū)的復(fù)合機(jī)會，這是三極管具有放大作用的關(guān)鍵所在。（3）集電區(qū)比發(fā)射區(qū)體積大且摻雜少，以利于收集載流子。由此可見，三極管并非兩個PN結(jié)的簡單組合，不能用兩個二極管來代替；在放大電路中也不可將發(fā)射極和集電極對調(diào)使用。2024/7/1533三極管的工作電壓和基本連接方式工作電壓三極管要實(shí)現(xiàn)放大作用必須滿足的外部條件：發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓，即發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。如下圖所示，其中V為三極管，UCC

為集電極電源電壓，UBB為基極電源電壓，兩類管子外部電路所接電源極性正好相反，Rb為基極電阻，Rc為集電極電阻。若以發(fā)射極電壓為參考電壓，則三極管發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏這個外部條件也可用電壓關(guān)系來表示：對于NPN型：UC>UB>UE；對于PNP型：UE>UB>UC。2024/7/1534三極管電源的接法（a）NPN型;（b）PNP型2024/7/1535基本連接方式三極管有三個電極，而在連成電路時(shí)必須由兩個電極接輸入回路，兩個電極接輸出回路，這樣勢必有一個電極作為輸入和輸出回路的公共端。根據(jù)公共端的不同，有三種基本連接方式。（1）共發(fā)射極接法（簡稱共射接法）。共射接法是以基極為輸入端的一端，集電極為輸出端的一端，發(fā)射極為公共端，如下圖（a）所示。（2）共基極接法（簡稱共基接法）。共基接法是以發(fā)射極為輸入端的一端，集電極為輸出端的一端，基極為公共端，如下圖（b）所示。（3）共集電極接法（簡稱共集接法）。共集接法是以基極為輸入端的一端，發(fā)射極為輸出端的一端，集電極為公共端，如下圖（c）所示。圖中“⊥”表示公共端，又稱接地端。無論采用哪種接法，都必須滿足發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。2024/7/1536三極管電路的三種組態(tài)（a）共發(fā)射極接法;（b）共基極接法（c）共集電極接法2024/7/1537三極管的主要參數(shù)1）電流放大倍數(shù)2）極間反向電流3）極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流ICM

（2）集電極最大允許功率損耗PCM。（3）反向擊穿電壓U(BR)CEO,U(BR)CBO,U(BR)EBO

。2024/7/15382024/7/15391.什么是傳統(tǒng)機(jī)械按鍵設(shè)計(jì)？傳統(tǒng)的機(jī)械按鍵設(shè)計(jì)是需要手動按壓按鍵觸動PCBA上的開關(guān)按鍵來實(shí)現(xiàn)功能的一種設(shè)計(jì)方式。傳統(tǒng)機(jī)械按鍵設(shè)計(jì)要點(diǎn)：1.合理的選擇按鍵的類型，盡量選擇平頭類的按鍵，以防按鍵下陷。2.開關(guān)按鍵和塑膠按鍵設(shè)計(jì)間隙建議留0.05~0.1mm，以防按鍵死鍵。3.要考慮成型工藝，合理計(jì)算累積公差，以防按鍵手感不良。傳統(tǒng)機(jī)械按鍵結(jié)構(gòu)層圖：按鍵開關(guān)鍵PCBA場效應(yīng)管場效應(yīng)管（簡稱FET）是利用輸入電壓產(chǎn)生的電場效應(yīng)來控制輸出電流的，所以又稱之為電壓控制型器件。它工作時(shí)只有一種載流子（多數(shù)載流子）參與導(dǎo)電，故也叫單極型半導(dǎo)體三極管。因它具有很高的輸入電阻，能滿足高內(nèi)阻信號源對放大電路的要求，所以是較理想的前置輸入級器件。它還具有熱穩(wěn)定性好、功耗低、噪聲低、制造工藝簡單、便于集成等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，場效應(yīng)管可以分為結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）和絕緣柵型場效應(yīng)管（IGFET）或稱MOS型場效應(yīng)管兩大類。根據(jù)場效應(yīng)管制造工藝和材料的不同，又可分為N型溝道場效應(yīng)管和P型溝道場效應(yīng)管。2024/7/1541結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)和符號結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）結(jié)構(gòu)示意圖如圖（a）所示。N溝道結(jié)型場效應(yīng)管（a）結(jié)構(gòu)示意圖;（b）圖形符號;（c）外形圖2024/7/1542P溝道結(jié)型場效應(yīng)管（a）結(jié)構(gòu)示意圖;（b）圖形符號

2024/7/1543工作原理(以N溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例)場效應(yīng)管工作時(shí)它的兩個PN結(jié)始終要加反向電壓。對于N溝道，各極間的外加電壓變?yōu)閁GS≤0，漏源之間加正向電壓，即UDS＞0。當(dāng)G、S兩極間電壓UGS改變時(shí)，溝道兩側(cè)耗盡層的寬度也隨著改變，由于溝道寬度的變化，導(dǎo)致溝道電阻值的改變，從而實(shí)現(xiàn)了利用電壓UGS控制電流ID的目的。2024/7/1544場效應(yīng)管的工作原理2024/7/1545UGS對導(dǎo)電溝道的影響（a）導(dǎo)電溝道最寬;（b）導(dǎo)電溝道變窄;（c）導(dǎo)電溝道夾斷2024/7/1546絕緣柵型場效應(yīng)管在結(jié)型場效應(yīng)管中，柵源間的輸入電阻一般為10+6~10+9Ω。由于PN結(jié)反偏時(shí)，總有一定的反向電流存，而且受溫度的影響，因此，限制了結(jié)型場效應(yīng)管輸入電阻的進(jìn)一步提高。而絕緣柵型場效應(yīng)管的柵極與漏極、源極及溝道是絕緣的，輸入電阻可高達(dá)10+9Ω以上。由于這種場效應(yīng)管是由金屬（Metal）,氧化物（Oxide）和半導(dǎo)體（Semiconductor）組成的，故稱MOS管。MOS管可分為N溝道和P溝道兩種。按照工作方式不同可以分為增強(qiáng)型和耗盡型兩類。2024/7/1547Ｎ溝道增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)和符號

下圖是N溝道增強(qiáng)型MOS管的示意圖。MOS管以一塊摻雜濃度較低的P型硅片做襯底，在襯底上通過擴(kuò)散工藝形成兩個高摻雜的N型區(qū)，并引出兩個極作為源極S和漏極D；在P型硅表面制作一層很薄的二氧化硅（SiO2）絕緣層，在二氧化硅表面再噴上一層金屬鋁，引出柵極G。這種場效應(yīng)管柵極、源極、漏極之間都是絕緣的，所以稱之為絕緣柵場效應(yīng)管。絕緣柵場效應(yīng)管的圖形符號如下圖（b）、(c)所示，箭頭方向表示溝道類型，箭頭指向管內(nèi)表示為N溝道MOS管(圖(b))，否則為P溝道MOS管(圖(c))。2024/7/1548MOS管的結(jié)構(gòu)及其圖形符號2024/7/1549下圖是N溝道增強(qiáng)型MOS管的工作原理示意圖，圖（b）是相應(yīng)的電路圖。工作時(shí)柵源之間加正向電源電壓UGS，漏源之間加正向電源電壓UDS,并且源極與襯底連接,襯底是電路中最低的電位點(diǎn)。當(dāng)UGS=0時(shí)，漏極與源極之間沒有原始的導(dǎo)電溝道，漏極電流ID=0。這是因?yàn)楫?dāng)UGS=0時(shí)，漏極和襯底以及源極之間形成了兩個反向串聯(lián)的PN結(jié)，當(dāng)UDS加正向電壓時(shí)，漏極與襯底之間PN結(jié)反向偏置的緣故。2024/7/1550N溝道增強(qiáng)型MOS管工作原理

(a)示意圖；

(b)電路圖2024/7/1551當(dāng)UGS>0時(shí)，柵極與襯底之間產(chǎn)生了一個垂直于半導(dǎo)體表面、由柵極G指向襯底的電場。這個電場的作用是排斥P型襯底中的空穴而吸引電子到表面層，當(dāng)UGS增大到一定程度時(shí)，絕緣體和P型襯底的交界面附近積累了較多的電子，形成了N型薄層，稱為N型反型層。反型層使漏極與源極之間成為一條由電子構(gòu)成的導(dǎo)電溝道，當(dāng)加上漏源電壓UGS之后，就會有電流ID流過溝道。通常將剛剛出現(xiàn)漏極電流ID時(shí)所對應(yīng)的柵源電壓稱為開啟電壓，用UGS(th)表示。2024/7/1552當(dāng)UGS>UGS(th)時(shí)，UGS增大、電場增強(qiáng)、溝道變寬、溝道電阻減小、ID增大；反之，UGS減小，溝道變窄，溝道電阻增大，ID減小。所以改變UGS的大小，就可以控制溝道電阻的大小，從而達(dá)到控制電流ID的大小，隨著UGS的增強(qiáng)，導(dǎo)電性能也跟著增強(qiáng)，故稱之為增強(qiáng)型。必須強(qiáng)調(diào)，這種管子當(dāng)UGS<UGS(th)時(shí)，反型層（導(dǎo)電溝道）消失，ID=0。只有當(dāng)UGS≥UGS(th)時(shí)，才能形成導(dǎo)電溝道，并有電流ID。2024/7/1553N溝道耗盡型MOS管結(jié)構(gòu)、符號和工作原理

N溝道耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)如下圖（a）所示，圖形符號如下圖（b）所示。N溝道耗盡型MOS管在制造時(shí)，在二氧化硅絕緣層中摻入了大量的正離子，這些正離子的存在，使得UGS=0時(shí)，就有垂直電場進(jìn)入半導(dǎo)體，并吸引自由電子到半導(dǎo)體的表層而形成N型導(dǎo)電溝道。如果在柵源之間加負(fù)電壓，UGS所產(chǎn)生的外電場就會削弱正離子所產(chǎn)生的電場，使得溝道變窄，電流ID減小;反之，電流ID增加。故這種管子的柵源電壓UGS可以是正的，也可以是負(fù)的。改變UGS，就可以改變溝道的寬窄，從而控制漏極電流ID。2024/7/1554N溝道耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)和符號（a）結(jié)構(gòu);（b）圖形符號2024/7/1555場效應(yīng)管的主要參數(shù)及注意事項(xiàng)主要參數(shù)

1)開啟電壓U

GS(th)和夾斷電壓U

GS(off)

2)飽和漏極電流I

DSS3）低頻跨導(dǎo)gm（又稱低頻互導(dǎo)）4)直流輸入電阻RGS5)漏源擊穿電壓U(BR)DS6）柵源擊穿電壓U(BR)GS7）最大耗散功率PDM2024/7/1556注意事項(xiàng)(1)在使用場效應(yīng)管時(shí)，要注意漏源電壓UDS、漏源電流ID、柵源電壓UGS及耗散功率等值不能超過最大允許值。

(2)場效應(yīng)管從結(jié)構(gòu)上看漏源兩極是對稱的，可以互相調(diào)用，但有些產(chǎn)品制作時(shí)已將襯底和源極在內(nèi)部連在一起，這時(shí)漏源兩極不能對換用。

(3)結(jié)型場效應(yīng)管的柵源電壓UGS不能加正向電壓，因?yàn)樗ぷ髟诜雌珷顟B(tài)。通常各極在開路狀態(tài)下保存。(4)絕緣柵型場效應(yīng)管的柵源兩極絕不允許懸空，因?yàn)闁旁磧蓸O如果有感應(yīng)電荷，就很難泄放，電荷積累會使電壓升高，而使柵極絕緣層擊穿，造成管子損壞。因此要在柵源間絕對保持直流通路，保存時(shí)務(wù)必用金屬導(dǎo)線將三個電極短接起來。在焊接時(shí)，烙鐵外殼必須接電源地端，并在烙鐵斷開電源后再焊接?xùn)艠O，以避免交流感應(yīng)將柵極擊穿，并按S、D、G極的順序焊好之后，再去掉各極的金屬短接線。(5）注意各極電壓的極性不能接錯。2024/7/1557晶閘管晶閘管又稱可控硅，是一種大功率半導(dǎo)體可控元件。它主要用于整流、逆變、調(diào)壓、開關(guān)四個方面，應(yīng)用最多的是晶閘管整流。它具有輸出電壓可調(diào)等特點(diǎn)。晶閘管的種類很多，有普通單向和雙向晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、光控晶閘管等。2024/7/1558晶閘管的基本結(jié)構(gòu)、性能及參數(shù)晶閘管的基本結(jié)構(gòu)

晶閘管的基本結(jié)構(gòu)是由P1—N1—P2—N2三個PN結(jié)四層半導(dǎo)體構(gòu)成的，如下圖所示。其中P1層引出電極A為陽極；N2層引出電極K為陰極；P2層引出電極G為控制極，其外型及符號如下圖所示。2024/7/1559晶閘管結(jié)構(gòu)2024/7/1560晶閘管的外型及符號2024/7/1561晶閘管的工作原理把晶閘管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)看成由PNP和NPN型兩個晶體管連接而成，如下圖所示。當(dāng)在A、K兩極間加上正向電壓UAK時(shí)，由于J2反偏，故晶閘管不導(dǎo)通，在控制極上加一正向控制電壓UGK后，產(chǎn)生控制電流IG，它流入V2管的基極，并經(jīng)過V2管電流放大得IC2=β2IG；又因?yàn)镮C2=IB1；所以IC1=β1β2IG，IC1又流入V2管的基極再經(jīng)放大形成正反饋，使V1和V2管迅速飽和導(dǎo)通。飽和壓降約為1V左右，使陽極有一個很大的電流IA，電源電壓UAK幾乎全部加在負(fù)載電阻RL上。這就是晶閘管導(dǎo)通的原理。當(dāng)晶閘管導(dǎo)通后，若去掉UGK，晶閘管仍維持導(dǎo)通。2024/7/1562晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)

2024/7/1563

要使晶閘管重新關(guān)斷，只有使陽極電流小于某一值，使V1、V2管截止，這個電流稱維持電流。當(dāng)可控硅陽極和陰極之間加反向電壓時(shí)，無論是否加UGK，晶閘管都不會導(dǎo)通。綜上所述,晶閘管是一個可控制的單向開關(guān)元件，它的導(dǎo)通條件為：①陽極到陰極之間加上陽極比陰極高的正偏電壓；②晶閘管控制極要加門極比陰極電位高的觸發(fā)電壓。而關(guān)斷條件為晶閘管陽極接電源負(fù)極，陰極接電源正極，或使晶閘管中電流減小到維持電流以下。晶閘管整個工作情況如下圖所示。2024/7/15642024/7/1565單相半控橋式整流電路晶閘管組成的半波電路2024/7/1566集成電路集成電路:將整個電路的各個元件做在同一個半導(dǎo)體基片上。集成電路的優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。集成電路的分類：模擬集成電路、數(shù)字集成電路，數(shù)模混合集成電路；小、中、大、超大規(guī)模集成電路；

2024/7/1567集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)電路元件制作在一個芯片上，元件參數(shù)偏差方向一致，溫度均一性好。電阻元件由硅半導(dǎo)體構(gòu)成，范圍在幾十到20千歐，精度低。高阻值電阻用三極管有源元件代替或外接。幾十pF以下的小電容用PN結(jié)的結(jié)電容構(gòu)成、大電容要外接。二極管一般用三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成。2024/7/1568(4-69)UEE+UCC

u+uo

u–反相輸入端同相輸入端T3T4T5T1T2IS原理框圖輸入級中間級輸出級與uo反相與uo同相2024/7/15集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)（1）采用四級以上的多級放大器，輸入級和第二級一般采用差動放大器。（2