晶体教材1.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流晶体教材1.精品文档. 晶体零件教材 前 言 Page 前言 晶体类零件是MONITOR整机上的核心零件，由于大多数硅材料制成的半导体器件，而硅以晶体结构存在故由硅制成的二极管，三极管等元器件被归入晶体类零件。目前晶体类零件包括：二极管（93A），三极管（57A），集成电路（56A），晶体振荡器（93A22-*）。晶体类零件大多为主动元件，即对施加的电压或电流具有非线性的控制作用，是完成MONITOR线路设计的核心零件。 晶体零件教材 第一章: 晶体二极管 Page 一 定义：具有单向导电性的两端元件。二 符号及主要参数：1、 符号：普通二极

2、管： 稳压二极管 肖特基二极管：2、主要参数：VF-正向电压； IR-反向漏电流； VZ-稳定电压三二极管分类1 按制造工艺可分为：A SILICONE COATED RECTIFIERS 普通塑封二极管B GLASS PASSIVATED PELLET RECTIFIERS （GPP） 玻璃钝化二 极管C SINTERED GLASS RECTIFIERS D IMPLOSION RECTIFIERS 玻璃封装二极管2 按作用可分为：A 整流二极管 93A50/52-*，在线路中起整流作用。B 开关二极管 93A60/64/1020-*，起单向开关作用C 稳压二极管 93A39-* 小电流下

3、利用反向雪崩击穿效应产生稳压作 用。D 发光二极管 81A-* 利用半导体的光电效应起发光指示作用。晶体零件教材第一章: 晶体二极管 Page 四. 主要电气参数的定义常见二极管正反向U-I曲线： IF VR(VZ) VF IR(IZ)1 IF：正向电流，一般定义为该二极管可连续承受的额定正向电流， 不作为可直接测试值。2 VF：正向压降，一般是指在规定正向电流IF下量取的正向电压，VF通常与材料有关，通常PN结两边（P区和N区）掺杂浓度比越大，VF也越大，而肖特基类型的二极管由于势垒区的势垒高度较小通常VF较小。3 IR：反向漏电流，一般是指在规定的反向电压VR下流过二极管的反向电流。IR通

4、常与制造工艺有关，理想的二极管其漏电流是由于PN结的少子漂移所引起，其值与温度关系较大。通常温度每上升10 C IR增加一倍。而实际IR的组成除少子漂移外还与PN结形成及二极管组装工艺中杂质的引入有较大关系。晶体零件教材 第一章: 晶体二极管 PageVR：反向耐压，通常是指在规定的反向漏电流IR下二极管所承受的反向耐电压，与IR类似，VR与制造工艺及材料有关，一般肖特基二极管的反向耐压大多N区的空穴浓度,而N区的自由电子浓度P区的自由电子浓度,因此P区中空穴会扩散至N区,并与N区电子复合,N区中自由电子扩散P区并与P区空穴复合,结果接触面附近P区留下带负电荷的受主杂质离子而N区留下带正电荷的

5、施主杂质离子,因此建立了内建电场E 形成空间电荷区(也可称为耗尽区,阻挡层,势垒区等),由内建电场E产生的电势差称为内建电位差用 VB表示通常当Na(受主杂质浓度)Nd(施主杂质浓度)一定时,VB与Ni 有关,通常Ge的NiSi故一般室温下 Ge: VB=0.20.3V ; Si: VB=0.60.8V由于势垒区的存在使得PN结具有了单向导电性,因为:1. 当外加正向V与内建电场方向相反时,势垒的高度由VB减少为VB-V这样打破了扩散运动与漂移运动的动态平衡,使P区多子空穴注入N区与N区电子复合.同样N区多子电子注入P区与P区空穴复合形成正向电流. 2.当外加电压V与内建电场方向相同时,势垒高

6、度由VB变为VB+V,使 少 子的漂移运动超过多子的扩散运动,形成反向电流(即漏电流)可以证明反向电流为一个与反向电压无关而与温度有关的量,一般为nA数量级通常温度每上升10C IR增加一倍.三. 二极管PN结的击穿特性 当反向电压增大到一定数值时PN结的反向电流随反向电压的增加而急剧增大,这种现象称为PN结的击穿. PN结的击穿可分为雪崩击穿和齐纳击穿两种:1. 雪崩击穿 通常击穿电压6V以上VZ具有正温度系数. 晶体零件教材 附录:二极管原理简介 Page 当反向电压增大到一定数值时,载流子获锝的动能足以把束缚在共价键中的价电子碰撞出来,产生新的自由电子-空穴对,而新产生的自由电子和空穴在

7、强电场的作用下再碰撞其他中性原子,如此连锁反应使阻挡层中的载流子以几何级数增长导致反向电流急剧增大. 通常雪崩击穿发生在掺杂浓度较低的PN结中,因为这中结的阻挡层较宽,产生碰撞的机会较多.2. 齐纳击穿一般击穿电压在6V以下,具有负温度系数.当 PN 结两边的掺杂浓度很高时,阻挡层将变得很薄,在这种阻挡层中施加不大的反向电压,就能建立很强的电场将中性原子的价电子直接从共价键中拉出来(此过程称为场致激发)产生的大量价电子导致反向电流急剧增加. 晶体零件教材 附录: 各种三极管结构简图及原理简介-双极型三极管 Page 一. 双极型三极管. PNPNPNE C E C B B NPN型三极管 PN

8、P型三极管B.放大原理 晶体三极管和晶体二极管一样,都是非线性器件.但是在主要特性上有区别,晶体二极管具有单向导电性,而晶体三极管则具有正向受控作用,即:如果加到晶体三极管发射结上的电压为正向电压,加到集电极的电压为反向电压,则晶体三极管的正向受控作用是指其集电极电流和发射极电流只受正向发射结电压控制而几乎不受反向集电结电压控制的作用.利用这种作用可以组成各种放大电路及其他功能电路. Icn1 Icn2 Icp P区 IenIepN区 IE IC R1 R2 IBNPN型晶体三极管中载流子传输状况如上图,由此可知: Ic=Icn1+Icn2+Icp=Icn1+Icbo式中Icbo为反向饱和电流

9、,其不受发射结正向电压的控制,是Ic中不可控成分. IB=Iep-Icbo+(Ien-Icn1)通常为了表示发射极电流Ie 转化为受控集电极电流Icn1的能力,引入称为共基极直流电流传输系数. 定义: =Icn1/Ie=(Ien*Icn1)/(Ie*Ien)= eb显然恒小于1 e称为发射区的发射效率. b表示受控集电流 晶体零件教材 附录: 各种三极管结构简图及原理简介-双极型三极管 PageIcn1在Ien中所占百分比称为基区传输效率.利用,则Ic=Ie+Icbo，为使接近于1 必须增大e和b为此制造晶体三极管时应满足下列条件：1 发射结应为不对称结 ，要求发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂

10、浓度（几十到上百倍）以减少无用成分Iep在Ie中所占的百分比，从而提高e .2.基区宽度应很小,其值一般要求小于0.3Lnb(Lnb是基区中非平衡少子自由电子的平均扩散长度),实际长度为几微米,以保证基区中少子自由电子在向集电结扩散过程中仅有极小部分被复合掉,绝大部分能达到集电结,成为受控集电极电流.利用Ie=Ic+Ib代入Ic=Ie+Icbo, 则Ic=*Ib/(1-)+Icbo/(1-).令=/(1-),则称为共 发射极直流放大系数.于是上式可改写为:Ic=Ib+(1+)Icbo 即 Ic=Ib+Iceo Iceo通常称为晶体三极管共发射极连接时的穿透电流. =(Ic-Icbo)/(Ib+

11、Icbo)Ic/Ib此近似表示集电极电流受基极电流控制的能力.Iceo的物理意义为Icbo经过放大后在集电极上产生 Icbo的不可控电流. 晶体零件教材 附录: 各种三极管结构简图及原理简介-场效应三极管 Page二. 场效应三极管A. 结型场效应三极管1. JFET的集成工艺与NPN型三极管比较: E B C S G DP+ P+ P+ P衬底N+掩埋层2. 压控原理 JFET 同样有N沟道和P沟道两种 D W G L S上图为P沟道JFET 的结构简图,通常LW,正常工作时两个PN结必须加上反偏电压.在VDS作用下,P区中的多子空穴沿两个耗尽区间的狭长路径自源极行进到漏极形成ID.由于ID

12、通过沟道产生自源极到漏极方向的电压降,因此沿沟道的不同位置,加在PN结上的反向电压不同,造成靠近源极耗尽区最窄,靠近漏极耗尽区最宽.使JFET的导电沟道不均匀,即源极宽度最大,而漏极宽度最小.1. 当VGS一定,VDS由小增大时,近源端的沟道宽度不变而近漏端的沟道宽度变窄,当VDS 大到一定值时宽度为0则VGD=VGS-VDS称为夹断电压,用VGS(OFF)表示,通常典型值为 1-10V之间. 晶体零件教材 附录: 各种三极管结构简图及原理简介-场效应三极管 Page2.当VDS一定时,VGS增大整个沟道变窄,导致ID减小,因此IDS可以看作为受控于VGS.VGS(OFF)与IDSS和温度有下图的关系,通常当VGS=VGS0时温度系数近似为0 ID