1.1 半导体基本知识一、本征半导体及导电特性.ppt

下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1.1 半导体根本知识半导体根本知识一、本征半导体及导电特性一、本征半导体及导电特性硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构硅单晶中的共价健结构共价健共价健共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为价电子价电子价电子价电子。Si Si Si Si价电子价电子第一章第一章 半导体器件的根本知识半导体器件的根本知识下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 Si Si Si Si价电子价电子空穴空穴 温度愈高，温度愈高，晶体中产生的晶体中产生的自由电子便愈自由电子便愈多。多。自由电子自由电子下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两局部电流两局部电流两局部电流两局部电流 1 1、自由电子作定向运动、自由电子作定向运动、自由电子作定向运动、自由电子作定向运动 电子电流电子电流电子电流电子电流 2 2、价电子递补空穴、价电子递补空穴、价电子递补空穴、价电子递补空穴 空穴电流空穴电流空穴电流空穴电流自由电子和自由电子和空穴都称为载流子。空穴都称为载流子。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可变在常温下即可变为自由电子为自由电子二、杂质半导体二、杂质半导体二、杂质半导体二、杂质半导体下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴无论无论N型或型或P型半型半导体都是中性的，导体都是中性的，对外不显电性。对外不显电性。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差+2.2 2.2 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管一、一、一、一、PNPN结形成及单向导电性结形成及单向导电性结形成及单向导电性结形成及单向导电性下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 PN PN 结加正向电压正向偏置结加正向电压正向偏置结加正向电压正向偏置结加正向电压正向偏置PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负 外电场外电场IF内电场内电场PN+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录PN PN 结变宽结变宽结变宽结变宽外电场外电场外电场外电场IR+内电场内电场内电场内电场P PN N+PN 结加反向电压结加反向电压反向偏置反向偏置 P P接负、接负、接负、接负、N N接正接正接正接正 下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录二、二极管的根本结构二、二极管的根本结构-PN结加外壳和引结加外壳和引线线二极管的分类二极管的分类(a)(a)点接触型点接触型点接触型点接触型(b)(b)面接触型面接触型面接触型面接触型 结面积小、结电结面积小、结电结面积小、结电结面积小、结电容小、正向电流小。容小、正向电流小。容小、正向电流小。容小、正向电流小。用于检波和变频等用于检波和变频等用于检波和变频等用于检波和变频等高频电路。高频电路。高频电路。高频电路。结面积大、正结面积大、正结面积大、正结面积大、正向电流大、结电容向电流大、结电容向电流大、结电容向电流大、结电容大，用于工频大电大，用于工频大电大，用于工频大电大，用于工频大电流整流电路。流整流电路。流整流电路。流整流电路。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录(c)(c)平面型平面型平面型平面型 用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。用于集成电路制作工艺中。PNPN结结面积可大可小，用于高结结面积可大可小，用于高结结面积可大可小，用于高结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。频整流和开关电路中。频整流和开关电路中。频整流和开关电路中。半导体二极管的符号半导体二极管的符号 阴极阴极阳极阳极(d )符号符号D下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录三、伏安特性三、伏安特性三、伏安特性三、伏安特性硅管硅管硅管硅管0.5V0.5V锗管锗管锗管锗管0.1V0.1V反向击穿反向击穿电压电压U(BR)导通压降导通压降导通压降导通压降硅硅硅硅0 0 0 0.60.8V.60.8V锗锗锗锗0 0.20.3V.20.3VUI死区电压死区电压死区电压死区电压下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录四、主要参数四、主要参数四、主要参数四、主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整流电流 I IF F 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。流。流。流。2.2.反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压反向工作峰值电压U UR R 是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压二极管反向击穿电压二极管反向击穿电压二极管反向击穿电压U UBRBR的一半或三分之二。二极管击穿后单的一半或三分之二。二极管击穿后单的一半或三分之二。二极管击穿后单的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.3.反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流反向峰值电流I IR R 指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，大，说明管子的单向导电性差，大，说明管子的单向导电性差，大，说明管子的单向导电性差，I IRMRM受温度的影响，温度越高受温度的影响，温度越高受温度的影响，温度越高受温度的影响，温度越高反向电流越大。反向电流越大。反向电流越大。反向电流越大。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录二极管状态的判断二极管状态的判断 1.1.二极管加正向电压时导通，二极管正向电阻较二极管加正向电压时导通，二极管正向电阻较二极管加正向电压时导通，二极管正向电阻较二极管加正向电压时导通，二极管正向电阻较小，正向电流较大。理想与实际小，正向电流较大。理想与实际小，正向电流较大。理想与实际小，正向电流较大。理想与实际 2.2.二极管加反向电压时截止，二极管反向电阻较大，反向二极管加反向电压时截止，二极管反向电阻较大，反向二极管加反向电压时截止，二极管反向电阻较大，反向二极管加反向电压时截止，二极管反向电阻较大，反向电流很小。电流很小。电流很小。电流很小。3.3.3.3.共阳阴极连接情况。共阳阴极连接情况。共阳阴极连接情况。共阳阴极连接情况。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录二极管电路分析举例二极管电路分析举例二极管电路分析举例二极管电路分析举例 定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止否则，正向管压降否则，正向管压降否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅硅硅0 0 0 0.60.7V.60.7V锗锗锗锗0 0.20.3V.20.3V 假设二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，假设二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。反向截止时二极管相当于断开。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录电路如图，求：电路如图，求：电路如图，求：电路如图，求：U UABAB V V阳阳阳阳=6 V V6 V V阴阴阴阴=12 V12 V V V阳阳阳阳VV阴阴阴阴 二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通假设忽略管压降，二极管可看作短路，假设忽略管压降，二极管可看作短路，假设忽略管压降，二极管可看作短路，假设忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=UAB=6V 6V例：例：在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。在这里，二极管起钳位作用。D6V12V3k BAUAB+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录u ui i 8V 8V，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路，二极管导通，可看作短路 u uo o=8V=8V u ui i 8V UD1 UD2 UD1 D2 D2 优先导通，优先导通，优先导通，优先导通，D1 D1截止。截止。截止。截止。假设忽略管压降，二极管可看作短路，假设忽略管压降，二极管可看作短路，假设忽略管压降，二极管可看作短路，假设忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=0 VUAB=0 V例例:D D1 1承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为承受反向电压为6 V6 V流过流过流过流过 D D2 2 的电流为的电流为的电流为的电流为求：求：求：求：U UABAB 在这里，在这里，在这里，在这里，D D2 2 起起起起钳位作用，钳位作用，钳位作用，钳位作用，D D1 1起起起起隔离作用。隔离作用。隔离作用。隔离作用。BD16V12V3k AD2UAB+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录二极管的用途：二极管的用途：整流、检波、限幅、钳位、整流、检波、限幅、钳位、隔离、隔离、开关、元件保护等。开关、元件保护等。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录五、稳压二极管五、稳压二极管UZIZIZM UZ IZ 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作时加反向电压时加反向电压时加反向电压时加反向电压使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻使用时要加限流电阻_+UIO下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 主要参数主要参数主要参数主要参数1 1 稳定电压稳定电压稳定电压稳定电压U UZ Z 稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作稳压管正常工作(反向击穿反向击穿反向击穿反向击穿)时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。时管子两端的电压。2 2 电压温度系数电压温度系数电压温度系数电压温度系数 环境温度每变化环境温度每变化环境温度每变化环境温度每变化1 1 1 1 C C引起引起引起引起稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的稳压值变化的百分数百分数百分数百分数。3 3 动态电阻动态电阻动态电阻动态电阻4 4 稳定电流稳定电流稳定电流稳定电流 I IZ Z、最大稳定电流、最大稳定电流、最大稳定电流、最大稳定电流 I IZMZM5 5 最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率最大允许耗散功率 P PZM ZM=U UZ Z I IZMZMr rZ Z愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1.3 晶体管晶体管一、一、晶体管结构晶体管结构CE发射区发射区发射区发射区集电区集电区集电区集电区基区基区基区基区集电结集电结集电结集电结发射结发射结发射结发射结NNP基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极BCE发射区发射区发射区发射区集电区集电区集电区集电区基区基区基区基区P发射结发射结发射结发射结P集电结集电结集电结集电结N集电极集电极集电极集电极发射极发射极发射极发射极基极基极基极基极B下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高B B B BE E E EC C C CN NN NP P基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极结构特点：结构特点：结构特点：结构特点：集电区：集电区：集电区：集电区：面积最大面积最大面积最大面积最大下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录NNCEBPCETBIBIEICBECPPNETCBIBIEICNPNNPN型晶体管；型晶体管；型晶体管；型晶体管；PNPPNP型晶体管型晶体管型晶体管型晶体管下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录mA AVVmAICECIBIERB+UBE+UCE EBCEB3DG100下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录二、二、晶体管的电流放大原理晶体管的电流放大原理I IB B(mA)(mA)I IC C(mA)(mA)I IE E(mA)(mA)0 00.020.020.040.040.060.060.080.080.100.100.0010.0010.700.701.501.502.302.303.103.103.953.950.0010.0010.720.721.541.542.362.363.183.184.054.05 把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。变化的特性称为晶体管的电流放大作用。变化的特性称为晶体管的电流放大作用。变化的特性称为晶体管的电流放大作用。实质实质实质实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流用一个微小电流的变化去控制一个较大电流用一个微小电流的变化去控制一个较大电流用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是的变化，是的变化，是的变化，是CCCSCCCS器件器件器件器件。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录ICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBO下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录三、伏安特性三、伏安特性三、伏安特性三、伏安特性1.1.1.1.输入特性输入特性输入特性输入特性正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：NPNNPN型硅管型硅管型硅管型硅管 U UBE BE 0.6 0.7V 0.6 0.7VPNPPNP型锗管型锗管型锗管型锗管 U UBE BE 0.2 0.2 0.3V 0.3VO0.40.8IB/AUBE/VUCE1V60402080死区电压：死区电压：死区电压：死区电压：硅管硅管硅管硅管0.5V0.5V，锗管锗管锗管锗管0.1V0.1V。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录2.2.2.2.输出特性输出特性输出特性输出特性 共发射极电路共发射极电路ICEC=UCCIBRB+UBE +UCE EBCEBIC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB=0下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 晶晶体体管管有有三三种种工工作作状状态态，因因而而输输出出特特性性曲曲线线分分为为三三个个工工作区作区IC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB=0(1)(1)放大区放大区放大区放大区 在放大区在放大区在放大区在放大区 I IC C=I IB B ，也，也，也，也称称称称为线性区，具有恒流特性。为线性区，具有恒流特性。为线性区，具有恒流特性。为线性区，具有恒流特性。在放大区，在放大区，在放大区，在放大区，发射结处发射结处发射结处发射结处于正向偏置、集电结处于正向偏置、集电结处于正向偏置、集电结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工于反向偏置，晶体管工于反向偏置，晶体管工于反向偏置，晶体管工作于放大状态。作于放大状态。作于放大状态。作于放大状态。Q Q2 2Q Q1 1大大大大放放放放区区区区下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB=0(2)(2)截止区截止区截止区截止区截截止止时时,两两结结都都处处于于反反向偏置向偏置,此时此时 IC 0,UCE UCC。IB=0 时时,IC=ICEO(很小很小)。(ICEO0.001mA)0)时，时，晶体管工作于饱和状态。晶体管工作于饱和状态。饱饱饱饱和和和和区区区区下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录四、主要参数四、主要参数1.1.电流放大系数电流放大系数电流放大系数电流放大系数，直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数 和和和和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且 两者数值接近。两者数值接近。两者数值接近。两者数值接近。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录例：在例：在例：在例：在U UCECE=6 V=6 V时，时，时，时，在在在在 Q Q1 1 点点点点I IB B=40=40 A,A,I IC C=1.5mA=1.5mA；在在在在 Q Q2 2 点点点点I IB B=60=60 A,A,I IC C=2.3mA=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=。I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I IC C/mmA A1 12 23 34 4U UCE CE/V/V9 912120 0Q Q1 1Q Q2 2在在在在 Q Q1 1 点，有点，有点，有点，有由由由由 Q Q1 1 和和和和Q Q2 2点，得点，得点，得点，得下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录2.2.集集集集-基极反向截止电流基极反向截止电流基极反向截止电流基极反向截止电流 I ICBOCBO I ICBOCBO是由少数载流子的是由少数载流子的是由少数载流子的是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。温度温度温度温度I ICBOCBO ICBO A+EC3.3.集集集集-射极反向截止电流射极反向截止电流射极反向截止电流射极反向截止电流(穿透电流穿透电流穿透电流穿透电流)I ICEOCEO AICEOIB=0+I ICEOCEO受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。温度温度温度温度I ICEOCEO ，所以所以所以所以I IC C也也也也相应增加。相应增加。相应增加。相应增加。三极管的温三极管的温三极管的温三极管的温度特性较差。度特性较差。度特性较差。度特性较差。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录4.4.集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICMCM5.5.集集集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO 集电极电流集电极电流集电极电流集电极电流 I IC C上升会导致三极管的上升会导致三极管的上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，当值的下降，当值的下降，当值的下降，当 值下值下值下值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为降到正常值的三分之二时的集电极电流即为降到正常值的三分之二时的集电极电流即为降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 I ICMCM。当集当集当集当集射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压U UCE CE 超过一定的数值时，三极管超过一定的数值时，三极管超过一定的数值时，三极管超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是就会被击穿。手册上给出的数值是就会被击穿。手册上给出的数值是就会被击穿。手册上给出的数值是2525 C C、基极开路时的击基极开路时的击基极开路时的击基极开路时的击穿电压穿电压穿电压穿电压U U(BR)(BR)CEOCEO。6.6.集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗P PCMCM P PCMCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。高会烧坏三极管。高会烧坏三极管。高会烧坏三极管。P PC C P PCM CM=I IC C U UCECE下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录ICMU(BR)CEO由三个极限参数可画出三极管的平安工作区由三个极限参数可画出三极管的平安工作区由三个极限参数可画出三极管的平安工作区由三个极限参数可画出三极管的平安工作区ICUCEOI IC CU UCE CE=P=PCMCM平安工作区平安工作区下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录管子类型的判断 (1)3V;2.3V;8V (2)-10V;-5V;-5.2V管子工作状态的判断P20 习题1-9下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1.4 光电器件光电器件符号符号符号符号1.4.1 1.4.1 发光二极管发光二极管发光二极管发光二极管(LED)(LED)当发光二极管加上正向电压并有足够大的正向电当发光二极管加上正向电压并有足够大的正向电当发光二极管加上正向电压并有足够大的正向电当发光二极管加上正向电压并有足够大的正向电流时，就能发出一定波长范围的光。流时，就能发出一定波长范围的光。流时，就能发出一定波长范围的光。流时，就能发出一定波长范围的光。目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似。它的电特性与一般二极管类似。它的电特性与一般二极管类似。它的电特性与一般二极管类似。常用的有常用的有常用的有常用的有2EF2EF等系列。等系列。等系列。等系列。发光二极管的发光二极管的发光二极管的发光二极管的工作电压为工作电压为工作电压为工作电压为1.5 3V1.5 3V，工作电流为几，工作电流为几，工作电流为几，工作电流为几 十几十几十几十几mAmA。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1.4.2 1.4.2 光电二极管光电二极管光电二极管光电二极管 光电二极管在反向电压作用下工作。光电二极管在反向电压作用下工作。光电二极管在反向电压作用下工作。光电二极管在反向电压作用下工作。当当当当无光照无光照无光照无光照时时时时,和普通二极管一样和普通二极管一样和普通二极管一样和普通二极管一样,其其其其反向电流很小反向电流很小反向电流很小反向电流很小,称为暗电流。称为暗电流。称为暗电流。称为暗电流。当当当当有光照有光照有光照有光照时时时时,产生的反向电流称为光电流。照度产生的反向电流称为光电流。照度产生的反向电流称为光电流。照度产生的反向电流称为光电流。照度E E越越越越强，光电流也越大。强，光电流也越大。强，光电流也越大。强，光电流也越大。常用的光电二极管有常用的光电二极管有常用的光电二极管有常用的光电二极管有2AU,2CU2AU,2CU等系列。等系列。等系列。等系列。光电流很小光电流很小光电流很小光电流很小,一般只有几十微安一般只有几十微安一般只有几十微安一般只有几十微安,应用时必须放大。应用时必须放大。应用时必须放大。应用时必须放大。I/I/A AU/U/V VE=0E1E2(a)(a)伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性(b)(b)符号符号符号符号E2 E1下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1.4.3 1.4.3 光电晶体管光电晶体管光电晶体管光电晶体管 光电晶体管用入射光照度光电晶体管用入射光照度光电晶体管用入射光照度光电晶体管用入射光照度E E的强弱来控制集电极的强弱来控制集电极的强弱来控制集电极的强弱来控制集电极电流。电流。电流。电流。当无光照时当无光照时当无光照时当无光照时,集电极电流集电极电流集电极电流集电极电流 I ICEOCEO很小很小很小很小,称为暗称为暗称为暗称为暗电流。当有光照时电流。当有光照时电流。当有光照时电流。当有光照时,集电极电流称为光电流。一般集电极电流称为光电流。一般集电极电流称为光电流。一般集电极电流称为光电流。一般约为零点几毫安到几毫安。约为零点几毫安到几毫安。约为零点几毫安到几毫安。约为零点几毫安到几毫安。常用的光电晶体管有常用的光电晶体管有常用的光电晶体管有常用的光电晶体管有3AU,3DU3AU,3DU等系列。等系列。等系列。等系列。(b)(b)输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线(a)(a)符号符号符号符号E E=0=0E E1 1E E3 3E E4 4i iC Cu uCECEO OE E2 2I ICEOCEOP PCMCMC CE E下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1.5 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管 栅极和其栅极和其栅极和其栅极和其它电极及硅它电极及硅它电极及硅它电极及硅片之间是绝片之间是绝片之间是绝片之间是绝缘的，称绝缘的，称绝缘的，称绝缘的，称绝缘栅型场效缘栅型场效缘栅型场效缘栅型场效应管。应管。应管。应管。(1)(1)N N沟道增强型管的结构沟道增强型管的结构沟道增强型管的结构沟道增强型管的结构 增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管漏极漏极金属电极金属电极栅极栅极源极源极 高掺杂高掺杂N区区DGSSIO2绝缘层绝缘层P P型硅衬底型硅衬底N+N+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录GSD符号：符号：符号：符号：由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入由于栅极是绝缘的，栅极电流几乎为零，输入电阻很高，最高可达电阻很高，最高可达1014 。由于金属栅极和半导体之间的绝缘层目前常用由于金属栅极和半导体之间的绝缘层目前常用二氧化硅，故又称金属二氧化硅，故又称金属-氧化物氧化物-半导体场效应管，半导体场效应管，简称简称MOS场效应管。场效应管。漏极漏极金属电极金属电极栅极栅极源极源极 高掺杂高掺杂N区区DGSSIO2绝缘层绝缘层P P型硅衬底型硅衬底N+N+下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录(2)N(2)N沟道增强型管的沟道增强型管的沟道增强型管的沟道增强型管的工作原理工作原理工作原理工作原理 由结构图可见由结构图可见，N+型漏区和型漏区和N+型源区之间被型源区之间被P型型衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的衬底隔开，漏极和源极之间是两个背靠背的PN结结。当栅源电压当栅源电压UGS=0 时时，不管漏极和源极之间所不管漏极和源极之间所加电压的极性如何，其加电压的极性如何，其中总有一个中总有一个PN结是反向结是反向偏置的，反向电阻很高，偏置的，反向电阻很高，漏极电流近似为零漏极电流近似为零。SDP P P P型硅衬底型硅衬底型硅衬底型硅衬底N N+N+D DS S+GGE EGG-U UGSGS下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 当当当当UGS 0 UGS 0 UGS 0 UGS 0 时，时，时，时，P P P P型衬底中的电子受到电场力的型衬底中的电子受到电场力的型衬底中的电子受到电场力的型衬底中的电子受到电场力的吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；当吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；当吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；当吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层；当UGS UGSUGS UGSUGS UGSUGS UGSthththth时，还在外表形成一个时，还在外表形成一个时，还在外表形成一个时，还在外表形成一个N N N N型层，称型层，称型层，称型层，称反型层，即勾通源区和漏区的反型层，即勾通源区和漏区的反型层，即勾通源区和漏区的反型层，即勾通源区和漏区的N N N N型导电沟道，将型导电沟道，将型导电沟道，将型导电沟道，将D-SD-SD-SD-S连接起来。连接起来。连接起来。连接起来。UGSUGSUGSUGS愈高，愈高，愈高，愈高，导电沟道导电沟道导电沟道导电沟道愈宽。愈宽。愈宽。愈宽。(2)N(2)N沟道增强型管的沟道增强型管的沟道增强型管的沟道增强型管的工作原理工作原理工作原理工作原理P P P P型硅衬底型硅衬底型硅衬底型硅衬底N N沟道沟道沟道沟道N N+N+D DGGS S-耗尽层耗尽层耗尽层耗尽层E EGG+-U UGSGS下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录N N型沟道增强型绝缘栅场效型沟道增强型绝缘栅场效型沟道增强型绝缘栅场效型沟道增强型绝缘栅场效应管的导通应管的导通应管的导通应管的导通P P型硅衬底型硅衬底型硅衬底型硅衬底N+N+E EGGS S GG+N+N+D DN N沟道沟道沟道沟道+E ED DI ID D当当当当UGS UGS UGS(th UGS(th后，后，后，后，场效应管才形成导电沟场效应管才形成导电沟场效应管才形成导电沟场效应管才形成导电沟道，开始导通，假设漏道，开始导通，假设漏道，开始导通，假设漏道，开始导通，假设漏 源之间加上一定的电源之间加上一定的电源之间加上一定的电源之间加上一定的电压压压压UDSUDS，那么有漏极电，那么有漏极电，那么有漏极电，那么有漏极电流流流流IDID产生。产生。产生。产生。在一定的漏在一定的漏在一定的漏在一定的漏 源电压源电压源电压源电压UDSUDS下，使管子由不导通变为下，使管子由不导通变为下，使管子由不导通变为下，使管子由不导通变为导通的临界栅源电压称为开启电压导通的临界栅源电压称为开启电压导通的临界栅源电压称为开启电压导通的临界栅源电压称为开启电压UGS(thUGS(th。在一定的在一定的在一定的在一定的U UDSDS下下下下漏极电漏极电漏极电漏极电流流流流I ID D的大小与栅源电压的大小与栅源电压的大小与栅源电压的大小与栅源电压U UGSGS有关。所以，有关。所以，有关。所以，有关。所以，场效场效场效场效应管是一种电压控制电应管是一种电压控制电应管是一种电压控制电应管是一种电压控制电流的器件。流的器件。流的器件。流的器件。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录(3)(3)特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线转移特性曲线转移特性曲线转移特性曲线转移特性曲线ID/mAUDS/Vo oUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V 漏极特性曲线漏极特性曲线漏极特性曲线漏极特性曲线恒流区恒流区恒流区恒流区可变电阻区可变电阻区可变电阻区可变电阻区截止区截止区截止区截止区无沟道无沟道无沟道无沟道有沟道有沟道有沟道有沟道UGS/VUGS(th)UDS=常数常数ID/16mAO开启电压开启电压开启电压开启电压UGS(thUGS(th下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录N型衬底型衬底P+P+GSD符号：符号：结构结构P P P P沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型 SiO2绝缘层绝缘层加电压才形成加电压才形成 P型导电沟道型导电沟道 增强型场效应管只有当增强型场效应管只有当UGS UGS UGS(th UGS(th时才形成时才形成导电沟道。导电沟道。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1.5.2 1.5.2 增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管增强型绝缘栅场效应管GSDGSD增强型增强型增强型增强型N沟道沟道P P沟道沟道沟道沟道GSDGSDN N沟道沟道沟道沟道P沟道沟道下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录1.5.3 1.5.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数场效应管的主要参数场效应管的主要参数(1)(1)开启电压开启电压开启电压开启电压 U UGS(th)GS(th)：是增强型是增强型是增强型是增强型MOSMOS管的参数管的参数管的参数管的参数(2)(2)夹断电压夹断电压夹断电压夹断电压 U UGS(off)GS(off)：(3)(3)饱和漏电流饱和漏电流饱和漏电流饱和漏电流 I IDSSDSS：是结型和耗尽型是结型和耗尽型是结型和耗尽型是结型和耗尽型MOSMOS管的参数管的参数管的参数管的参数(4)(4)低频跨导低频跨导低频跨导低频跨导 g gmm：表示栅源电压对漏极电流表示栅源电压对漏极电流表示栅源电压对漏极电流表示栅源电压对漏极电流 的控制能力的控制能力的控制能力的控制能力极限参数：极限参数：极限参数：极限参数：最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。最大漏极电流、耗散功率、击穿电压。下一页下一页返回返回上一页上一页退出退出章目录章目录 场效应管与晶体管的比较场效应管与晶体管的比较 电流控制电流控制电流控制电流控制 电压控制电压控制电压控制电压控制 控制方式控制方式控制方式控制方式电子和空穴两种载电子和空穴两种载电子和空穴两种载电子和空穴两种载流子同时参与导电流子同时参与导电流子同时参与导电流子同时参与导电载流子载流子载流子载流子电子或空穴中一种电子或空穴中一种电子或空穴中一种电子或空穴中一种载流子参与导电载流子参与导电载流子参与导电载流子参与导电类类类类 型型型型 NPNNPN和和和和PNP NPNP N沟道和沟道和沟道和沟道和P P沟道沟道沟道沟道放大参数放大参数放大参数放大参数 r rcece很高很高很高很高 r rdsds很高很高很高很高 输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻输入电阻输入电阻输入电阻输入电阻较低较低较低较低较高较高较高较高 双极型三极管双极型三极管双极型三极管双极型三极管 单极型场效应管单极型场效应管单极型场效应管单极型场效应管热稳定性热稳定性热稳定性热稳定性 差差差差 好好好好制造工艺制造工艺制造工艺制造工艺 较复杂较复杂较复杂较复杂 简单，成本低简单，成本低简单，成本低简单，成本低对应电极对应电极 BEC GSD