第八章半導(dǎo)體器件

8.1

半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識8.2

半導(dǎo)體二極管8.4

集成穩(wěn)壓器8.5雙極型晶體管8.3

特殊二極管8.8

晶閘管第八章半導(dǎo)體器件8.7集成電路

第8章目錄8.6場效應(yīng)晶體管一、電子技術(shù)的發(fā)展47年貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一只晶體管58年集成電路69年大規(guī)模集成電路75年超大規(guī)模集成電路第一片集成電路只有4個(gè)晶體管，而97年一片集成電路上有40億個(gè)晶體管?？茖W(xué)家預(yù)測集成度按10倍/6年的速度還將繼續(xù)到2015或2020年，將達(dá)到飽和。前言二、模擬電路數(shù)字量：離散性模擬量：連續(xù)性，大多數(shù)物理量，如溫度、壓力、流量、液面……均為模擬量。模擬電路：對模擬量進(jìn)行處理的電路，最基本的處理是放大。放大：輸入為小信號，有源元件控制電源使負(fù)載獲得大信號，并保持線性關(guān)系。有源元件：能夠控制能量的元件。三、“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)

1、工程性實(shí)際工程需要證明其可行性。強(qiáng)調(diào)定性分析。

實(shí)際工程在滿足基本性能指標(biāo)的前提下總是容許存在一定的誤差范圍的。定量分析為“估算”。

近似分析要“合理”。抓主要矛盾和矛盾的主要方面。

電子電路歸根結(jié)底是電路。不同條件下構(gòu)造不同模型。2.實(shí)踐性常用電子儀器的使用方法電子電路的測試方法故障的判斷與排除方法

EDA軟件的應(yīng)用方法四、如何學(xué)習(xí)這門課程1.掌握基本概念、基本電路和基本分析方法

基本概念：概念是不變的，應(yīng)用是靈活的，“萬變不離其宗”?；倦娐罚簶?gòu)成的原則是不變的，具體電路是多種多樣的。

基本分析方法：不同類型的電路有不同的性能指標(biāo)和描述方法，因而有不同的分析方法。2.學(xué)會(huì)辯證、全面地分析電子電路中的問題根據(jù)需求，最適用的電路才是最好的電路。要研究利弊關(guān)系，通?！坝幸焕赜幸槐住?。3.注意電路中常用定理在電子電路中的應(yīng)用五、課程的目的1.掌握基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實(shí)驗(yàn)技能。2.具有能夠繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和接受電子技術(shù)新發(fā)展的能力，以及將所學(xué)知識用于本專業(yè)的能力。

本課程通過對常用電子元器件、模擬電路及其系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得模擬電子技術(shù)方面的基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論和基本技能，為深入學(xué)習(xí)電子技術(shù)及其在專業(yè)中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

建立起系統(tǒng)的觀念、工程的觀念、科技進(jìn)步的觀念和創(chuàng)新意識。在熱力學(xué)溫度零度和沒有外界激發(fā)時(shí),本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電。把純凈的沒有結(jié)構(gòu)缺陷的半導(dǎo)體單晶稱為本征半導(dǎo)體。它是共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。

本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅原子價(jià)電子第8章8

1+4+4+4+4+4+4+4+4+48.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體－－硅（Si）、鍺（Ge），均為四價(jià)元素，它們原子的最外層電子受原子核的束縛力介于導(dǎo)體與絕緣體之間+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴本征激發(fā)復(fù)合在常溫下自由電子和空穴的形成成對出現(xiàn)成對消失8章8

1視頻+4+4+4+4+4+4+4+4+4外電場方向空穴導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是共價(jià)鍵中的束縛電子依次填補(bǔ)空穴形成電流。故半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子。

空穴移動(dòng)方向

電子移動(dòng)方向

在外電場作用下，電子和空穴均能參與導(dǎo)電。價(jià)電子填補(bǔ)空穴第8章8

1視頻+4+4+4（二）雜質(zhì)半導(dǎo)體1.N

型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中

摻入少量的五價(jià)元素,如磷。磷原子+4正離子自由電子靠自由電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱N型半導(dǎo)體。自由電子的總數(shù)大于空穴，自由電子為多數(shù)載流子。+5第8章8

1

N型半導(dǎo)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(dǎo)中,電子是多數(shù)載流子,

空穴是少數(shù)載流子。第8章8

1+4+4+4（二）雜質(zhì)半導(dǎo)體2.P

型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中

摻入少量的三價(jià)元素,如硼。硼原子+4負(fù)離子空穴靠空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體稱P型半導(dǎo)體?？昭ǖ目倲?shù)大于自由電子，空穴為多數(shù)載流子。+3第8章8

1

P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖電子是少數(shù)載流子負(fù)離子空穴是多數(shù)載流子第8章8

1P型N型（三）PN結(jié)PN結(jié)內(nèi)電場方向1.PN

結(jié)的形成多數(shù)載流子P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散并與電子復(fù)合，N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散，出現(xiàn)空間電荷區(qū)，稱為PN結(jié)。少數(shù)載流子內(nèi)電場阻礙多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，加強(qiáng)少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)。第8章8

1視頻多子擴(kuò)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(kuò)散與少子漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定下來。

第8章8

1內(nèi)電場方向外電場方向RI2.PN

結(jié)的特性

外加正向電壓P型N型PN結(jié)PN結(jié)變薄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成較大的正向電流I。PN結(jié)所處的狀態(tài)稱為正向?qū)?，其特點(diǎn)：PN結(jié)正向電流大，PN結(jié)電阻小。E第8章8

1視頻內(nèi)電場方向外電場方向RI02.PN

結(jié)的特性

外加反向電壓P型N型PN結(jié)PN結(jié)變厚，漂移運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)難以進(jìn)行，反向電流很小I。PN結(jié)所處的狀態(tài)稱為反向截止，其特點(diǎn)：PN結(jié)反向電流小，PN結(jié)電阻大。E第8章8

1視頻清華大學(xué)華成英四、PN結(jié)的電容效應(yīng)1.勢壘電容

PN結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容Cb。2.擴(kuò)散電容

PN結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容Cd。結(jié)電容：

結(jié)電容不是常量！若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦?！將PN結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，結(jié)電容小故結(jié)允許的電流小最高工作頻率高面接觸型：結(jié)面積大，結(jié)電容大故結(jié)允許的電流大最高工作頻率低平面型：結(jié)面積可小、可大小的工作頻率高大的結(jié)允許的電流大8.2

半導(dǎo)體二極管1.點(diǎn)接觸型二極管(一)基本結(jié)構(gòu)PN結(jié)面積、結(jié)電容小，可通過小電流。用于高頻電路及小電流整流電路。半導(dǎo)體二極管是在一個(gè)PN結(jié)兩側(cè)加上電極引線而做成的+++

PN陽極陰極二極管的符號2.面接觸型二極管PN結(jié)面積、結(jié)電容大，可通過大電流。用于低頻電路及大電流整流電路。第8章8

2D點(diǎn)接觸型二極管按結(jié)構(gòu)的分類面接觸型鍺管二極管按材料分類硅管二極管按用途分類普通管開關(guān)管整流管正向壓降0.2--0.3正向壓降0.6--0.78.2

半導(dǎo)體二極管第8章8

2600400200-0.1-0.200.40.8-50-100I/mAU/V正向特性反向擊穿特性硅管的伏安特性（二）二極管的伏安特性I/mAU

/V0.40.8-40-802460.10.2鍺管的伏安特性正向特性反向特性反向特性死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅管鍺管0.50.2正向電壓

0.6--0.70.2--0.3反向電流

小幾微安大幾百微安受溫度影響

小大第8章8

2600400200-0.1-0.200.40.8-50-100I/mAU/V反向擊穿特性（二）二極管的伏安特性正向電壓二極管的近似和理想伏安特性I/mAU/V0（三）主要參數(shù)1.額定正向平均電流IF2.正向電壓降UF3.最高反向工作電壓UR4.最大反向電流IBmUR長時(shí)間使用時(shí)允許通過的最大正向電流平均值UF第8章8

2開啟電壓端電壓溫度的電壓當(dāng)量反向飽和電流電流正向特性為指數(shù)曲線反向電流為常量T（℃）↑→在電流不變情況下管壓降u↓→反向飽和電流IS↑，U(BR)↓T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移二極管的幾個(gè)參數(shù)材料開啟電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流硅Si0.5V0.5~0.8V1μA以下鍺Ge0.1V0.1~0.3V幾十μA最大整流電流IF：平均電流最高反向工作電壓UR：瞬時(shí)值反向電流IR：IS，是對溫度很敏感的參數(shù)最高工作頻率fM：結(jié)電容作用的結(jié)果二極管應(yīng)用舉例二極管鉗位電路DE3VRuiuouRuD例：下圖中D為理想二極管,ui=6SintV,E=3V,畫出

uo波形。ttui/Vuo/V63300

2

2

解：uiuD=–3ui>3uo=3V時(shí)D導(dǎo)通ui<3uo=ui時(shí)D截止第8章8

2tui/V630

2

DE3VRuiuRuDDE3V

雙向限幅電路

uotuo/V03-3第8章8

2整流濾波toutoutoutoutou穩(wěn)壓負(fù)載直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)框圖變壓交流電源第8章8

3u2T（四）整流電路RLD1D4D3D2A、工作原理uoioabi1i3to

2

3

uo2U2to

2

3

2U2totouoio2U2Im

2

2

3

3

uD1uD3uD4uD2u21.單相橋式整流電路第8章8

2totototo

2

3

uouDio

2

3

2U22U22U2Im

2

2

3

3

u2uD1uD3uD4uD2B、電壓、電流的計(jì)算Uo=0.9U2=Io=UoRL0.9U2RLID=(1/2)IoUDRM=2U2選用二極管的依據(jù)是:ID稍小于IF

(最大整流電流）UDRM稍小于UR（最高反向工作電壓）∫0

1

U2msintd

t=Uo負(fù)載直流電壓負(fù)載直流電流二極管平均電流二極管最大反向電壓第8章8

22.有電容濾波的整流電路A、工作原理u2Tu1RLD1D4D3D2uoioCucto2U2u2uc第8章8

2Cucu2Tu1RLD1D4D3D2uoiotoiDuo2U2ott1t4t3t2

D1D3D2D4D1D32.有電容濾波的整流電路A、工作原理第8章8

22U2Io

Uo0.9U20.45U2全波整流電容濾波電路的外特性TUo=1.2U2RLC(3~5)2UCN

2U2B、輸出電壓及元件參數(shù)選擇特點(diǎn)：帶負(fù)載能力差。適用于輸出電壓較高，輸出電流較小的場合。2.有電容濾波的整流電路u2Tu1RLD1D4D3D2uoio第8章8

2Cuc3

有電感濾波的整流電路Tuou2RLLtUou'ouo、ioioo

2

3

u1u'oIO外特性0.9U2uoo電感L越大，濾波效果越好。外特性較硬適用于負(fù)載電流較大，且變化大的場合。第8章8

24

復(fù)式濾波電路A、LC

濾波電路Tuou2RLioLCu1LC濾波電路使輸出電壓波形更為平滑，濾波效果較好。第8章8

2Tu2RLu1B、型濾波器CLC濾波器CRC濾波器Tu2RLu1LCCCCRuoiouoio第8章8

2（一）穩(wěn)壓二極管IFUF0正向特性反向擊穿區(qū)UZIZminIZmaxDZ正極負(fù)極符號伏安特性1.伏安特性、符號及主要參數(shù)8.3

特殊二極管第8章8

3IFUF0UZIZminIZmax硅穩(wěn)壓管的主要參數(shù)

穩(wěn)定電壓UZ

最小穩(wěn)定電流IZmin

最大穩(wěn)定電流IZmax

動(dòng)態(tài)電阻rZ

IZ

UZrZ=

IZ

UZ

電壓溫度系數(shù)

VZT

最大允許耗散功率PM第8章8

3Uou2RLIou1CDZRUZIRIZUiu2UiUo=UZIZIRURUoA、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的工作原理2.硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路RLIoIRURUo(=UZ)IZURUoUi=UR+UOUi=UR+UO第8章8

3B、電路元件參數(shù)的選擇穩(wěn)壓管UZ=UOIzmax=(2--3)IomaxUimax

-UoIzmax+Iomin<R<Uimin-UoIzmin+IomaxP>(Uimax-Uo)2R限流電阻

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(shí)必須串聯(lián)電阻。第8章8

3（二）光電二極管工作于反向偏置狀態(tài)，無光照時(shí)，電路中電流很??；有光照時(shí)，電流會(huì)急劇增加。EDRL（三）發(fā)光二極管工作于正向偏置狀態(tài)，正向電流通過時(shí)，它會(huì)發(fā)出光來。EDRL第8章8

3（一）三端集成穩(wěn)壓器的電路符號++2cw78003113_2_cw7900正輸出負(fù)輸出特點(diǎn)：體積小、使用方便，內(nèi)部有過電流和過熱保護(hù)電路，使用安全可靠。8.4

集成穩(wěn)壓器第8章8

4（二）三端集成穩(wěn)壓器基本穩(wěn)壓電路UO

=12VCW7812123CO++UiCi可根據(jù)需要，選用CW78XX，則Uo=XXV。Ci抵消輸入端接線較長時(shí)的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生振蕩Co防止負(fù)載電流瞬時(shí)增加時(shí)，引起輸出電壓較大的波動(dòng)0.33F0.1F第8章8

4（三）同時(shí)輸出正、負(fù)電壓的穩(wěn)壓電路CW7915CW7815CiCiCoCo+15V-15VUiUO1UO2選用不同穩(wěn)壓值的78XX和79XX，可構(gòu)成同時(shí)輸出不對稱正、負(fù)電壓的穩(wěn)壓電路。123123++++2.2F1F第8章8

4（四）提高輸出電壓的穩(wěn)壓電路UOCW782412++3UiCiCODZUZR輸出電壓UO

=

UXX

+UZ>UXX

UXX第8章8

4

一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號小功率管中功率管大功率管為什么有孔？8.5雙極型晶體管（一）基本結(jié)構(gòu)內(nèi)部有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電的晶體管1NPN型NNPCBECEB集電極基極發(fā)射結(jié)集電結(jié)發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射極NPN型晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖NPN型晶體管的圖形符號基區(qū)濃度小、很薄。發(fā)射區(qū)濃度大，發(fā)射電子。集電區(qū)尺寸大，收集電子，濃度低。第8章8

5T（一）基本結(jié)構(gòu)8.5雙極型晶體管2PNP型PPNCBECEB集電極基極發(fā)射結(jié)集電結(jié)發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射極PNP型晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖PNP型晶體管的圖形符號按半導(dǎo)體材料的不同分為鍺管和硅管，硅晶體管多為NPN型，鍺晶體管多為PNP型。第8章8

5T發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子IEIB電子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合集電區(qū)收集電子

電子流向電源正極形成ICICRCRBUBBNPN電源負(fù)極向發(fā)射區(qū)補(bǔ)充電子形成

發(fā)射極電流IEUCC（二）三極管的電流控制原理EB正極拉走電子，補(bǔ)充被復(fù)合的空穴，形成IB第8章8

5視頻由于基區(qū)很薄,摻雜濃度又很小,電子在基區(qū)擴(kuò)散的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于復(fù)合的數(shù)量。所以：IC>>IB同樣有:

IC>>

IB所以說三極管具有電流控制作用,也稱之為電流放大作用。RBEBECRCIC

UCECEBIBUBE電流關(guān)系：IE=IB+ICIE第8章8

5共發(fā)射極接法放大電路（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(yīng)滿足:UBE>0、UBC

<0即VC

>

VB

>

VE且IC=

IB對于PNP型三極管應(yīng)滿足:

UBE<0、UBC

>0即VC

<VB

<

VE且IC=

IBRBEBECRCIC

UCECEBIBUBE輸出回路輸入回路公共端1.放大狀態(tài)條件特征（三）三極管的工作狀態(tài)IE第8章8

52.飽和狀態(tài)

集電結(jié)、發(fā)射結(jié)均反向偏置，即UBE<0（1）IB增加時(shí)，IC基本不變，且IC

UC/RC

（2）UCE0

晶體管C、E之間相當(dāng)于短路3.截止?fàn)顟B(tài)即UCE＜

UBE

（1）

IB=0、IC

0（2）

UCE

EC（3）

晶體管C、E之間相當(dāng)于開路共發(fā)射極接法放大電路條件特征（1）發(fā)射結(jié)正向偏置；（2）集電結(jié)正向偏置。條件特征RBEBECRCIC

UCECEBIBUBEIE第8章8

5晶體管的

三個(gè)工作區(qū)域

狀態(tài)uBE

iC

uCE

截止＜Uon

ICEO

VCC

放大≥Uon

β

IB≥uBE

飽和≥Uon＜β

IB

＜uBE1.

三極管的輸入特性IBUBEOUCE

1VIB

=f(UBE)UCE=常數(shù)（四）三極管的特性曲線死區(qū)電壓溫度增加時(shí)，由于熱激發(fā)形成的載流子增多，在同樣的UBE下，基極電流增加。輸入特性曲線左移。25C75CRBEBECRCIC

UCECEBIBUBEIE第8章8

5UCE

/VIB

=40μAIB

=60μAoIC2.三極管的輸出特性

IB增加IB減小IB

=20μAIB=常數(shù)IC

=f(UCE)第8章8

5視頻IC/mAUCE

/V0放大區(qū)三極管輸出特性上的三個(gè)工作區(qū)

IB=0μA20μA40μA截止區(qū)飽和區(qū)60μA80μA第8章8

5溫度對晶體管特性的影響視頻（五）

三極管的主要參數(shù)

1.電流放大系數(shù)

直流電流放大系數(shù)IB

=

IC

交流電流放大系數(shù)

=

IC

IB2.穿透電流ICEO

3.集電極最大允許電流

ICM4.集--射反向擊穿電壓

U

(BR)CEO5.集電極最大允許耗散功率

PCM

極限參數(shù)使用時(shí)不允許超過ECRCCEBICE0由少數(shù)載流子形成，其值受溫度影響很大，因此越小越好。

值下降到正常值的2/3所對應(yīng)的集電極電流基極開路，集、射極之間最大允許電壓。溫度增加時(shí)其值減小。=UCE

IC第8章8

5UCE

/VIB=40μA60μAoIC

20μA61.52.3mA在輸出特性上求

,

=ICIB=1.5mA40μA=37.5

=ICIB=2.3-1.5(mA)60-40(μA)=40設(shè)UCE

=6V第8章8

5IC/mAUCE

/V0IB=0μA20μA40μA60μA80μA由三極管的極限參數(shù)確定安全工作區(qū)U(BR)CEOICM安全工作區(qū)過損耗區(qū)PCM曲線ICEO第8章8

58.6場效應(yīng)晶體管（一）基本結(jié)構(gòu)一種極性的載流子（電子或空穴）導(dǎo)電的晶體管按結(jié)構(gòu)不同分類：結(jié)型和絕緣柵型兩大類按導(dǎo)電溝道類型不同分類：N溝道MOS管和P溝道MOS管兩種，分別稱NMOS管和PMOS管按導(dǎo)電溝道形成的不同分類：增強(qiáng)型和耗盡型兩種。第8章8

6（一）基本結(jié)構(gòu)P型硅襯底N區(qū)N區(qū)SGDB源極漏極柵極襯底引線濃度低濃度高SiO2絕緣層絕緣柵場效應(yīng)管或NMOS場效應(yīng)管DBSG符號第8章8

6（一）基本結(jié)構(gòu)P型硅襯底N區(qū)N區(qū)SGDBN型硅襯底P區(qū)P區(qū)SGDB源極漏極柵極襯底引線濃度低濃度高SiO2絕緣層絕緣柵場效應(yīng)管或NMOS場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管或PMOS場效應(yīng)管DBSG符號第8章8

6（二）工作原理以NMOS管為例1.增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)晶體管SGDP型硅襯底N區(qū)N區(qū)BDS之間加電壓UDS，N漏區(qū)和N漏區(qū)與P型襯底之間形成的兩個(gè)PN結(jié)總有一個(gè)因反向偏值而截止。ID

0UDSIDGS之間加正向電壓UGS，UGS

UGS（th）時(shí)，形成不能導(dǎo)電的耗盡層。耗盡層反型層當(dāng)UGS

UGS（th）時(shí)，形成了反型層，成為DS之間的導(dǎo)電溝道。UGS（th）稱為開啟電壓。UGS當(dāng)UGS

UGS（th），UDS0時(shí)，產(chǎn)生IDNMOS導(dǎo)電溝道的形成第8章8

6（二）工作原理以NMOS管為例1.增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)晶體管P型硅襯底N區(qū)N區(qū)SGDBUDSID耗盡層反型層

改變UGS，就能改變導(dǎo)電溝道的厚薄和形狀，從而實(shí)現(xiàn)對漏極電流ID的控制。場效應(yīng)管是由UGS控制ID，故為電壓控制元件。UGSNMOS管導(dǎo)通狀態(tài)其控制能力可通過跨導(dǎo)來表示：gm=

ID

UGSUDS=常數(shù)單位：西門子第8章8

6（二）工作原理2.耗盡型MOS場效應(yīng)晶體管制造時(shí),在二氧化硅絕緣層中摻入大量的正離子。P型硅襯底N區(qū)N區(qū)SGDB正離子SiO2耗盡層反型層UGS=0形成導(dǎo)電溝道UGS

0導(dǎo)電溝道變厚UGS

0導(dǎo)電溝道變薄UGS=UGS（off）（夾斷電壓）導(dǎo)電溝道消失當(dāng)UGS

UGS（off），UDS

0產(chǎn)生ID，改變UGS導(dǎo)電溝道厚度，實(shí)現(xiàn)對ID的控制。第8章8

6（三）特性曲線1

.轉(zhuǎn)移特性ID=f（UGS）UDS=常數(shù)增強(qiáng)型NMOS場效應(yīng)晶體管2

.漏極特性ID=f（UDS）UGS=常數(shù)UGS=+UDSID0UGS=+UGS=+UGS（th）UGSID0第8章8

6（三）特性曲線1

.轉(zhuǎn)移特性ID=f（UGS）UDS=常數(shù)耗盡型NMOS場效應(yīng)晶體管2

.漏極特性ID=f（UDS）UGS=常數(shù)UGS=0UDSID0UGS=+UGS=

UGS（off）UGSID0第8章8

6（四）VMOS功率場效應(yīng)晶體管NNPPN型硅外延層N型硅襯底DGS氧化層第8章8

6集成電路：采用微電子技術(shù)將二極管、晶體管、場效應(yīng)晶體管、電阻、電容等元件和導(dǎo)線組成的電路集合在一小塊半導(dǎo)體晶片上，封裝上外殼，向外引出管腳，構(gòu)成一個(gè)完整的、具有一定功能的電路。8.7集成電路

小規(guī)模集成電路（SSI）：每塊晶片上不超過100個(gè)元、器件。中規(guī)模集成電路（MSI）：每塊晶片上元、器件個(gè)數(shù)在

100~1000個(gè)左右。大規(guī)模集成電路（LSI）：每塊晶片上元、器件個(gè)數(shù)在

1000~10000個(gè)左右。第8章8

78.7集成電路

超大規(guī)模集成電路（VLSI）：每塊晶片上元、器件個(gè)數(shù)在10000個(gè)以上。集成電路分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路集成電路在制造工藝方面的特點(diǎn)：（1）易做到電氣特性對稱，溫度特性一致（2）集成電路高阻值常采用恒流源電路代替（3）集成電路的級間常采用直接耦合的方式第8章8

7晶閘管又稱可控硅（SCR），是一種大功率的半導(dǎo)體器件。分類：有普通型、雙向型和可關(guān)斷型。它的出現(xiàn)，使半導(dǎo)體器件進(jìn)入強(qiáng)電領(lǐng)域。優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、效率高、動(dòng)作迅速、維護(hù)簡單、操作方便，壽命長等；缺點(diǎn)：過載能力差，抗干擾能力差、控制比較復(fù)雜。8.8

晶閘管第8章8

8（一）普通晶閘管AGKAKGJ1J2J3PNPN陽極陰極控制極符號1.晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號其內(nèi)部結(jié)構(gòu)為：四層半導(dǎo)體，三個(gè)

PN結(jié)。文字符號為T。T8.8

晶閘管第8章8

82.晶閘管的工作原理PNPNKGAA(PNP)KGT2T1APNPNPNKGiAiB2iGiC2(NPN)iB1iK(1)晶閘管截止時(shí)，若uA>0,uG

0,因下面兩個(gè)PN結(jié)反偏晶閘管仍截止。AGiAKT2T1RLEAiGiB2iC2iB1iKuG

0第8章8

8KGT2T1ARLEAEGiGβ1iGβ1β2iG(2)晶閘管截止時(shí)，若uA>0,uG>

0iG=iB1iB2=iC1=

1iB1T1、T2均導(dǎo)通，開始時(shí)iC2=

2iB2=

1

2iB1=

1

2iGiC2又流入T1

基極，再次放大，形成正反饋，很快使兩個(gè)管子達(dá)到飽和導(dǎo)通，從而使晶閘管完全導(dǎo)通。該過程稱為觸發(fā)導(dǎo)通。兩個(gè)條件必須同時(shí)滿足2.晶閘管的工作原理iB1iB2第8章8

8晶閘管仍靠正反饋維持導(dǎo)通，并成為不可控。因此控制極失去了控制作用KGT2T1ARLEGiGEA2.晶閘管的工作原理(3)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，若uA>0,即使去掉觸發(fā)電壓UG,因iB1=iC2+

iG大大于iG(4)晶閘管導(dǎo)通時(shí)，若uA

0,或iA小于iH（維持電流）晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。?iGβ1β2iGiB1iB2第8章8

83.

晶閘管的伏安特性曲線CBAIHOIU導(dǎo)通IG=0IG1IG2阻斷UBRIRIG增加UBO反向特性正向特性

正向轉(zhuǎn)折電壓反向轉(zhuǎn)折電壓

觸發(fā)電流維持電流GiAKT2T1ARLEGiGiB2iC2iB1iKEA指晶閘管陽極與陰極電壓和陽極電流及控制電流之間的關(guān)系曲線反向漏電流第8章8

8當(dāng)UA增大到某一數(shù)值時(shí)，晶閘管有阻斷狀態(tài)突然導(dǎo)通，所以對應(yīng)的電壓UBO稱為正向轉(zhuǎn)折電壓。晶閘管導(dǎo)通后，有較大電流通過，但管壓降只有1V左右。當(dāng)控制極斷開（IG=0）時(shí)，維持晶閘管導(dǎo)通的最小電流稱為維持電流IH4.

晶閘管的主要參數(shù)（2）反向重復(fù)峰值電壓URRM（1）正向重復(fù)峰值電壓UDRM控制極開路時(shí)，允許重復(fù)作用在晶閘管陽極上的最大正向電壓。UDRM=80%UBO控制極開路時(shí)，允許重復(fù)作用在晶閘管上的最大反向電壓。URRM=80%UBR（3）額定正向平均電流IF在規(guī)定環(huán)境溫度和標(biāo)準(zhǔn)散熱條件下，允許連續(xù)通過工頻正弦半波電流在一個(gè)周期內(nèi)的平均值（1--1000A）。（4）維持電流IH控制極開路和規(guī)定環(huán)境溫度下，維持晶閘管導(dǎo)通的最小電流。（5）觸發(fā)電壓UG和電流IG在室溫和U=6V的直流電壓條件下，使晶閘管從關(guān)斷至完全導(dǎo)通所需的最小控制極直流電壓和電流。一般UG為1--5V，IG幾十到幾百毫安。第8章8

8單相半控橋式整流電路uGtouOuGRLuG

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觸發(fā)電壓uO—輸出電壓5.

可控整流電路—

觸發(fā)