第一章 常用半导体PPT讲稿.ppt

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1、第一章 常用半导体第1页，共138页，编辑于2022年，星期二1.1 半导体基础知识半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。常用的半导体材料：（1）元素半导体：硅14(Si)、锗32(Ge)；（2）化合物半导体：砷化镓(GaAs)。第2页，共138页，编辑于2022年，星期二价电子价电子常用的半导体有单原子，也有化合物的，我们常见的半导体材料为单原子中的硅(Si)和锗(Ge)。第3页，共138页，编辑于2022年，星期二一、半导体的导电特性 热敏性：半导体受热时，其导电能力增强。利用这种特性，有些对温度反应特别灵敏的半导体可做成热电传感器 光敏性：半导体光照时，其导电能力增强。利

2、用这种特性，有些对光特别敏感的半导体可做成各种光敏元件。掺杂特性：在纯净的半导体材料中，掺杂微量杂质，其导电能力大大增强。（可增加几十万至几百万倍）第4页，共138页，编辑于2022年，星期二二、半导体的分类半导体P型半导体(空穴型）杂质半导体N型半导体（电子型）本征半导体第5页，共138页，编辑于2022年，星期二价电子价电子本征半导体：对半导体提纯，使之成为单晶体结构，这种纯净的晶体叫本征半导体。三、半导体的结构及导电方式共价键结构共价键结构每个价每个价电子为两个相邻原子电子为两个相邻原子核所共有。核所共有。第6页，共138页，编辑于2022年，星期二本征激发在室温下，少数价电子因热激发而

3、获得足够的能量，因而脱离共价键的束缚成为自由电子。同时在原来的共价键中留下一个空位，称为“空穴”。自由电子数=空穴数自由电子和空穴统称为载流子第7页，共138页，编辑于2022年，星期二如果在本征半导体两端外加一电场，则：导电方式：电子电流电子电流空穴电流空穴电流SiSiSiSiSiSi外电场外电场第8页，共138页，编辑于2022年，星期二 本征半导体中有两种载流子，分别为自由电子和空穴。在电场的作用下两种载流子分别形成电子电流和空穴电流，它们电流方向一致。它们的电流和称为半导体的电流。结论：本征半导体中电流的大小取决于自由电子和空穴的数量，数量越多，电流越大。而当光照和加热时，载流子的数量

4、都会增加，这也说明了光敏性和热敏性。第10页，共138页，编辑于2022年，星期二四、杂质半导体本征半导体的导电能力是很弱的，如果在本征半导体中掺入微量的其它元素就会使半导体的导电性能发生显著变化。杂质一些微量元素的原子杂质半导体掺入杂质的半导体杂质半导体分类N型半导体、P型半导体第11页，共138页，编辑于2022年，星期二N型半导体（电子型半导体）在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷，锑，可形成 N型半导体,也称电子型半导体。SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiP热激发产生的热激发产生的自由电子自由电子掺杂磷产生的掺杂磷产生的自由电子自由电子杂质原子提供电子，故称为施主原子第

5、12页，共138页，编辑于2022年，星期二掺杂磷产生的自由电子数热激发产生的自由电子数N型半导体中自由电子数空穴数自由电子为 N型半导体的多数载流子（多子），空穴为N型半导体的少数载流子（少子）空间空间电荷电荷多多子子简化图：第13页，共138页，编辑于2022年，星期二P型半导体（空穴型半导体）往本征半导体中掺杂三价杂质，如硼，形成的杂质半导体。SiSiSiSiSiB热激发产生热激发产生的空穴的空穴掺杂硼产生的空掺杂硼产生的空位位杂质原子因能吸收电子，故称为受主原子第14页，共138页，编辑于2022年，星期二掺杂硼产生的空穴数热激发产生的空穴数P型半导体中空穴数自由电子数 P型半导体中空

6、穴是多数载流子，主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由热激发形成。SiSiSiSiSiB简化图：第15页，共138页，编辑于2022年，星期二 掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响。一些典型的数据如下:T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.41010/cm3掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:n=51016/cm3本征硅的原子浓度:4.921022/cm3以上两个浓度基本上依次相差106/cm3第16页，共138页，编辑于2022年，星期二1、在杂质半导体中，多子主要由杂质原子提供，少子是本征激发而产生的。2、半导体的电流基本上是多子的电流。3、少子对温度非常敏感；而

7、多子的浓度基本上等于杂质原子的浓度，所以受温度影响不大。小结：第17页，共138页，编辑于2022年，星期二1.2 PN结一、PN结的形成内电场空间电荷区空间电荷区PN电子电子空穴空穴第18页，共138页，编辑于2022年，星期二因浓度差多子产生扩散运动形成空间电荷区形成内电场(NP)阻止多子扩散促使少子漂移动态平衡形成PN结PN第19页，共138页，编辑于2022年，星期二二、PN结的特性单向导电性规定：P区接电源正，N区接电源负为PN结加正向电压 N区接电源正，P区接电源负为PN结加反向电压单向导电性PN结加正向电压时（正偏），导通PN结加反向电压时（反偏），截止PN+第20页，共138页

8、，编辑于2022年，星期二 1 1、PNPN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况 PN结加正向电压时，外加的正向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是,内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。其理想模型：开关闭合内电场外电场第21页，共138页，编辑于2022年，星期二2 2、PNPN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 内电场外电场外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。第22页，共138页，编辑于2022年，星期二内电场对

9、多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，由于漂移电流是少子形成的电流，故反向电流非常小，PN结呈现高阻性。其理想模型：开关断开第23页，共138页，编辑于2022年，星期二在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。PN结加反向电压时的导电情况第24页，共138页，编辑于2022年，星期二PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流,且和温度有关。PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流,电流

10、方向由P指向N；由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。结论：第25页，共138页，编辑于2022年，星期二1、N型半导体带负电，P型半导体带正电。这种说法是否正确？2、N型半导体的多子是（），P型半导体的多子是（）。3、PN结中扩散电流的方向是从（）区指向（）区，漂移电流的方向是（）区指向（）区。4、PN结外加正向电压时（）电流大于（）电流，此时耗尽层变（）。错误，均呈中性电子空穴NPNP扩散漂移窄思考题第26页，共138页，编辑于2022年，星期二半导体半导体本征半导体本征半导体杂质半导体杂质半导体本征激发本征激发自由电子自由电子空穴空穴载流子载流子N N型型P P型型自由电子（多子）自由

11、电子（多子）空穴（少子）空穴（少子）自由电子（少子）自由电子（少子）空穴（多子）空穴（多子）掺杂掺杂热激发热激发复习复习第27页，共138页，编辑于2022年，星期二PNPN结形成结形成多子扩散和少子漂移多子扩散和少子漂移达到动态平衡达到动态平衡一定宽度的空间电一定宽度的空间电荷区荷区单向导电性单向导电性正偏导通（多子的定向移动形成正偏导通（多子的定向移动形成较大的较大的正向扩散电流正向扩散电流，电流方向由，电流方向由P P指向指向N N）反偏截止（少子的定向移动形成很反偏截止（少子的定向移动形成很小的小的反向漂移电流反向漂移电流，且和温度有，且和温度有关）关）复习复习第28页，共138页，编

12、辑于2022年，星期二空间电荷区空间电荷区多子扩散多子扩散少子漂移少子漂移电流大小电流大小外加电压外加电压载流子数目载流子数目复习复习第29页，共138页，编辑于2022年，星期二1.3 半导体二极管(Diode)半导体二极管是由PN结加上引出线和管壳构成的。第30页，共138页，编辑于2022年，星期二分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型平面型半导体二极管的类型稳压二极管按用途分整流二极管开关二极管检波二极管第31页，共138页，编辑于2022年，星期二一、半导体二极管的结构类型二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类，它们的结构示意图如图所示。1 1、点接触型二极

13、管点接触型二极管PNPN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于高频小电流电路。用于高频小电流电路。第32页，共138页，编辑于2022年，星期二2 2、面接触型二极管、面接触型二极管PNPN结面积大，用于结面积大，用于工频大电流整流电路。工频大电流整流电路。3 3、平面型二极管、平面型二极管往往用于集成电路制造工艺中。往往用于集成电路制造工艺中。结面积大，则用于大功率整流。结面积大，则用于大功率整流。结面积小，则用于高频、脉冲结面积小，则用于高频、脉冲和开关电路中。和开关电路中。第33页，共138页，编辑于2022年，星期二第34页，共138页，编辑于2022年，星期二二、二极管的伏安特

14、性 半导体二极管的伏安特性曲线如图所示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。U/V第35页，共138页，编辑于2022年，星期二根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示 式中式中I IS S 为为反向饱和电流反向饱和电流，U U 为为二极管两端的电压二极管两端的电压降降，U UT T=kT/q =kT/q 称为称为温度的电压当量温度的电压当量，k k为为玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数，q q 为为电子电荷量电子电荷量，T T 为为热力学温度热力学温度。对于室温（相当。对于室温（相当T=300 KT=300 K），则有），则有U UT T=26 mV=26 mV。

15、第36页，共138页，编辑于2022年，星期二1 1、正向特性、正向特性当U0即处于正向特性区域，正向区又分为两段：当当0UUth时，正向电流为零，时，正向电流为零，U Uthth称为死区电压，管子截止称为死区电压，管子截止当当UUth时，开始出现正向电流，时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。管子导通并按指数规律增长。管子导通U/VU第37页，共138页，编辑于2022年，星期二2 2、反向特性、反向特性当U0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：当VBRV0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS。当VVBR时，反向电流急剧增加，VBR称

16、为反向击穿电压。这个特性也称反向击穿特性。第39页，共138页，编辑于2022年，星期二 从击穿的机理上看，硅二极管若|VBR|7V时,主要是雪崩击穿；若|UBR|4V时,则主要是齐纳击穿。当在4V-7V之间两种击穿都有，有可能获得零温度系数点。第40页，共138页，编辑于2022年，星期二三、半导体二极管的主要参数主要参数极限参数：使器件损坏的参数特征参数：使器件的某个特性 消失的参数第42页，共138页，编辑于2022年，星期二 最大整流电流IF 最大反向工作电压URM 最大反向工作电流IRM 指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。二极管允许承受的最大反向电压 在室温下，二极管未击

17、穿时的反向电流由于电流通过由于电流通过PNPN结，结，使得管子发热，电使得管子发热，电流达到一定程度，流达到一定程度，管子因过热而烧坏。管子因过热而烧坏。第43页，共138页，编辑于2022年，星期二606040402020 0.02 0.020 00.40.425255050i iD D /mA/mAu uD D/V/V2020 C C9090 C C随着温度的升高，正向特性曲线左移，即正向压降减小；反向特性曲线下移，即反向电流增大。一般在室温附近，温度每升高1，其正向压降减小2-2.5mV；温度每升高10，反向电流大约增大1倍左右。四、半导体二极管的温度特性第44页，共138页，编辑于20

18、22年，星期二五、半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：第45页，共138页，编辑于2022年，星期二六、应用 二极管的单向导电性应用很广，可用于：检波、整流、限幅、钳位、开关、元件保护等。二极管是非线性器件，为了便于分析，常在一定的条件下，用线性元件所构成的电路来近似模拟二极管。该电路称为二极管的等效电路。第46页，共138页，编辑于2022年，星期二理想模型 电源电压远比二极管的压降大时可以认为：正向偏置时，二极管的管压降为零伏；反向偏置时，认为它的电阻无穷大，电流为零。第47页，共138页，编辑于2022年，星期二符号及等效模型：S正偏导通，uD=0；反偏截止，iD=

19、0S第48页，共138页，编辑于2022年，星期二二极管基本电路如图所示，二极管基本电路如图所示，VDD=10V，应用理想应用理想模型求解电路的模型求解电路的VD和和ID。VD=0VID=（VDD-VD）R=（10-0）V10K=1mA第49页，共138页，编辑于2022年，星期二恒压降模型 当流过二极管的电流近似等于或大于1mA时，可以认为二极管导通后，管压降是恒定的，且不随电流而变；硅管为0.7伏，锗管为0.2伏。第50页，共138页，编辑于2022年，星期二硅硅二极管基本电路如图所示，二极管基本电路如图所示，VDD=10V，应用应用恒压降模型求解电路的恒压降模型求解电路的VD和和I ID

20、 D。VD=0.7VID=（VDD-VD）R=（10-0.7）V10K=0.93mA第51页，共138页，编辑于2022年，星期二例1：设二极管的导通电压为0.6V，求uo解：D导通，uo=-6.6V第52页，共138页，编辑于2022年，星期二例2：设二极管的导通电压忽略，已知ui如图所示，画出uo的波形。tui84第53页，共138页，编辑于2022年，星期二例3：一限幅电路如图所示，R=1K，VREF=3V。当Ui=6sint(V)时，利用恒压降模型绘出相应的输出电压UO的波形。二极管的恒压降为0.7V。Ui3.7V时D导通，UO=0.7+3=3.7VUi0V时D2、D3导通，UO=Ui

21、Ui0V时D4、D1导通，UO=-Ui第61页，共138页，编辑于2022年，星期二第62页，共138页，编辑于2022年，星期二1.4 特殊的二极管稳压二极管 稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管。它的符号如图所示 稳压管又称齐纳二极管，它是一种特殊工艺制造的半导体二极管。第63页，共138页，编辑于2022年，星期二 当反向电压加到某一定值时UZ，产生反向击穿，反向电流急剧增加，只要控制反向电流不超过一定值，管子就不会损坏。一、稳压二极管的伏安特性第64页，共138页，编辑于2022年，星期二二、稳压管的主要参数 稳定电压VZ 指规定电流下稳压管的反向击穿电压。稳压管的稳定电压低的为3

22、V，高的可达300V。-UZUZU第65页，共138页，编辑于2022年，星期二 稳定电流IZ（IzminIzmax）指稳压管工作在稳压状态时的参考电流。电流低于Izmin时稳压效果变坏，甚至根本不稳压；电流高于Izmax时，稳压管就损坏了。最大耗散功率 PZM 稳压管的最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等条件。指稳压管的稳定电压与最大稳定电流的乘积，PZM=UZIzmax 。-UZUZU第66页，共138页，编辑于2022年，星期二 温度系数 指温度每变化1时稳压值的变化量。稳定电压介于4V至7V的稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。动态电阻rz 指稳压

23、管在稳压范围内两端的电压变化与电流变化之比。曲线越陡，动态电阻愈小，稳压管的稳压性能愈好。-UZUZU第67页，共138页，编辑于2022年，星期二稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。三、应用第68页，共138页，编辑于2022年，星期二例1：电路如图，求流过稳压管的电流IZ，R是否合适？解：故，R是合适的。第69页，共138页，编辑于2022年，星期二 例2：电路如图，IZmax=50mA，R=0.15K,UI=24V,IZmin=5

24、mA,UZ=12V，问当RL=0.2K 时，电路能否稳定，为什么？当 RL=0.8K时，电路能否稳定，为什么？解：第70页，共138页，编辑于2022年，星期二 例3：电路如图，UI=12V，UZ=6V，R=0.15K，IZmin=5mA，IZMAX=30mA,问保证电路正常工作时RL的取值范围解：第71页，共138页，编辑于2022年，星期二 例4：已知u=10sin(t)V,UZ=6V,IZmin=10mA，Izmax=30mA,画出uo的波形(导通电压为0.7V)。第72页，共138页，编辑于2022年，星期二例5：已知u=10sin(t)V，UZ=+6V，IZ=10mA，Izmax=2

25、0mA，导通电压为0.7V，画出uo的波形。第73页，共138页，编辑于2022年，星期二1.5 半导体三极管（半导体三极管（BJTBJT）也称为晶体三极管、双极性三极管或晶体管。它是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件。由于PN结之间的相互影响，使三极管表现出不同于单个PN结的特性而具有电流放大作用，从而使PN结的应用发生了质的飞跃。第75页，共138页，编辑于2022年，星期二实物图实物图第76页，共138页，编辑于2022年，星期二按功率的大小：按功率的大小：大功率管和小功率管大功率管和小功率管;按频率按频率 ：高频管和低频管；高频管和低频管；按材料按材料 ：硅管和锗管硅管和锗管

26、；按结构按结构 ：NPNNPN和和PNPPNP；一、半导体三极管的类型、结构及其特点第77页，共138页，编辑于2022年，星期二 双极型半导体三极管有两种类型:NPN型和PNP型。其结构示意图如下图所示：e-b间的PN结称为发射结(Je)c-b间的PN结称为集电结(Jc)中间部分称为基区，连上电极称为基极，用B或b表示（Base）；一侧称为发射区，电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）；另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。第78页，共138页，编辑于2022年，星期二大面积高浓度薄第79页，共138页，编辑于2022年，星期二第80页，共138页，编辑于20

27、22年，星期二二、半导体三极管的电流放大特性 半导体三极管工作在放大工作状态时一定要加上适当的直流偏置电压：发射结正偏，即发射结b和e之间加正向电压VBE；集电结反偏，即集电结c和e之间加正电压VCE，并且该电压大于be之间的电压VBE；第82页，共138页，编辑于2022年，星期二发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，进入基区的电子因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快就运动到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流ICE。EB ECNNPECB ICE ICBO IBE第83页，

28、共138页，编辑于2022年，星期二 EB ECNNPECB ICE ICBO IBE由发射区注入到基区的电子有一小部分电子与空穴复合，形成的电流记作IBE。基区和集电区的少子在集电结的作用下，产生漂移运动，形成电流ICBO，ICBO是少子行成的，数值最小。发射区是高浓度区，它的杂质浓度远大于基区的浓度，所以ICE起着主要作用。第84页，共138页，编辑于2022年，星期二 EB ECNNPECB ICE ICBO IBE IB IE IC(1)(2)(3)(4)(2)+(3):电流分配关系电流分配关系往外流往里流第85页，共138页，编辑于2022年，星期二由(1)得:上式代入(2)式：由(

29、3)得:代入上式：第86页，共138页，编辑于2022年，星期二电流之间关系电流之间关系第87页，共138页，编辑于2022年，星期二半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两个 PN 结组合而成，是一种电流控制电流器件。第88页，共138页，编辑于2022年，星期二 发射区掺杂浓度高，基区很薄，集电结面积大是保证三极管能够实现电流放大的内因；发射结正偏，集电结反偏是保证三极管实现电流放大的外因；若两个PN结对接，相当于基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管。电流控制电流第89页，共138页，编辑于2022年，星期二三、半导体三极管的特性曲线1 1、三

30、种组态、三种组态第90页，共138页，编辑于2022年，星期二共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示;共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；三极管的三种组态第91页，共138页，编辑于2022年，星期二 输入特性曲线 iB=f(uBE)uCE=const 输出特性曲线 iC=f(uCE)iB=const本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线，即第92页，共138页，编辑于2022年，星期二2 2、输入特性曲线、输入特性曲线 其中uCE=0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线。当uCE1V时，uCB=uCE-uBE0，集电结已进入反偏状态，开

31、始收集电子，且基区复合减少，IC/IB增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但uCE再增加时，曲线右移很不明显。第93页，共138页，编辑于2022年，星期二3 3、输出特性曲线、输出特性曲线共发射极接法的输出特性曲线如图所示。它是以iB为参变量的一族特性曲线。第94页，共138页，编辑于2022年，星期二饱和区饱和区饱和线饱和线U UCESCES=0.3V=0.3ViC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE的数值较小，此时发射结正偏，集电结正偏第96页，共138页，编辑于2022年，星期二放大区放大区放大区iC平行于uCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。第97页，共13

32、8页，编辑于2022年，星期二发射结反偏，且集电结反偏,iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时 截止区截止区实际上当UBEVbVe(NPN)VcVbVe、VbVc(NPN)VbVe、VbVc(PNP)两个结都反偏，即两个结都反偏，即VbVeVbVeVbVc(PNP)放大放大饱和饱和截止截止总结总结第99页，共138页，编辑于2022年，星期二PNPPNP的特性曲线的特性曲线-uCEVbVePNPPNP在放大区时在放大区时VcVb共发射极直流电流放大系数 半导体三极管的参数分为:特征参数 极限参数第105页，共138页，编辑于2022年，星期二 在放大区基本不变。在共发射极输出特性曲线

33、上，通过垂直于X轴的直线(vCE=const)来求取IC/IB，如左图所示。在IC较小时和IC较大时，会有所减小，这一关系见图。值与IC的关系在输出特性曲线上决定第106页，共138页，编辑于2022年，星期二=IC/IBvCE=const在放大区 值基本不变，可在共射接法输出特性曲线上，通过垂直于X 轴的直线求取IC/IB。或在图上通过求某一点的斜率得到。具体方法如图所示。在输出特性曲线上求2共发射极交流电流放大系数UCE/V第107页，共138页，编辑于2022年，星期二 集电极基极间反向饱和电流ICBO ICBO的下标CB代表集电极和基极，O是Open的字头，代表第三个电极E开路。它相当

34、于集电结的反向饱和电流。3 极间反向电流第108页，共138页，编辑于2022年，星期二集电极发射极间的反向饱和电流ICEO 基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流。该电流从集电区穿过基区流至发射区，所以又称穿透电流。ICEO和ICBO有如下关系第109页，共138页，编辑于2022年，星期二ICEO在输出特性曲线上的位置第110页，共138页，编辑于2022年，星期二(2)极限参数最大集电极电流ICM如图所示，当集电极电流增加时，就要下降，当值下降到线性放大区值的2/3时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。当ICICM时，并不表示三极管会损坏。第111页，共138页，编辑于

35、2022年，星期二最大集电极耗散功率PCM集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PCM=ICUCB ICUCE，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用UCE取代UCB。集电极发射极最大反向电压V(BR)CEOV(BR)CEO基极开路时的集电极和发射极之间的反向击穿电压。V（BR）EBO：集电极开路时发射极-基极间的反向击穿电压。V（BR）CBO：发射极开路时集电极-基极间的反向击穿电压。第112页，共138页，编辑于2022年，星期二由PCM、ICM和U(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区，见图PCM=IcUCEU(BR)CEO第113页，共

36、138页，编辑于2022年，星期二放大区：发射极正偏，集电结反偏；线性放大饱和区：发射结正偏，集电结正偏；UCES（饱和管压降）；近似开关闭合；截止区：发射结反偏，集电结反偏；近似开关断开；第114页，共138页，编辑于2022年，星期二6 6、半导体三极管的型号、半导体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下:3 D G 110 B 第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管用字母表示材料用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格三极管第115页，共1

37、38页，编辑于2022年，星期二1.6 场效应管一、场效应管的特点及分类场效应管的特点 1）压控器件：输入电压控制输出电流的半导体器件3）抗辐射能力强：因为是单极型器件（由一种载流子参与导电的半导体器件）2）输入阻抗高4）结构简单，便于集成第116页，共138页，编辑于2022年，星期二1）结型场效应三极管JFETJFET (Junction type Field Effect Transister)(Junction type Field Effect Transister)2）绝缘栅型场效应三极管IGFETIGFET (Insulated Gate Field Effect Transis

38、ter)(Insulated Gate Field Effect Transister)IGFETIGFET也称金属氧化物半导体三极管MOSFETMOSFET （Metal Oxide Semiconductor FETMetal Oxide Semiconductor FET）场效应管的分类及符号 绝缘栅型场效应三极管分为 增强型 N沟道、P沟道 耗尽型 N沟道、P沟道结型场效应三极管JFETJFET又分为 N沟道、P沟道第117页，共138页，编辑于2022年，星期二符号结型场效应管 P P沟道沟道N N沟道沟道绝缘栅型场效应管增强型增强型耗尽型耗尽型N N沟道沟道P P沟道沟道D(Dra

39、in)D(Drain)为漏极，相当为漏极，相当c c G(Gate)G(Gate)为栅极，相当为栅极，相当b b S(Source)S(Source)为源极，相当为源极，相当e e 第118页，共138页，编辑于2022年，星期二P PSiO2N NN NS SD D AlG GB B(1)N(1)N沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFET二、绝缘栅场效应管的工作原理结构 第119页，共138页，编辑于2022年，星期二a栅源电压UGS的控制作用当uGS=0V时，IDS=0工作原理P PSiO2N NN NS SD D AlG GB B当uGS达到一定值时形成导电沟道，称此时的电压为开启电

40、压，uGS(th)(或UT)反型层，反型层，N沟道沟道当uGS0V，耗尽层第120页，共138页，编辑于2022年，星期二在UGS=0V时ID=0，只有当UGSUGS(th)后才会出现漏极电流，随着UGS的继续增加，ID将不断增加。这种MOS管称为增强型MOS管。第121页，共138页，编辑于2022年，星期二g gm m的量纲为的量纲为mA/VmA/V，所以，所以g gm m也称为也称为跨导跨导，定义式如下，定义式如下 g gm m=I ID D/U UGSGS U UDSDS=const (=const (单位单位mS)mS)UGS对漏极电流的控制关系 ID=f(UGS)UDS=const

41、 这一曲线称为转移特性曲线UGS/VUDS=10V转移特性曲线的斜率转移特性曲线的斜率g gm m的大的大小反映了栅源电压对漏极电流小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。的控制作用。第122页，共138页，编辑于2022年，星期二b漏源电压uDS对漏极电流ID的控制作用 当UDS较小时，沟道分布如图，此时VDS 基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。漏源电压漏源电压U UDSDS对沟道的影响对沟道的影响第123页，共138页，编辑于2022年，星期二 当VDS增加到使UGD=UGS(th)时，沟道如图(b)所示。这相当于UDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况称为预夹断。当VDS增加到UGD

42、UGS(th)时，沟道如图(c)所示。此时预夹断区域加长，伸向S极。UDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断区，ID基本趋于不变。第124页，共138页，编辑于2022年，星期二 当UGSUGS(th)，且固定为某一值时，VDS对ID的影响，即 ID=f(UDS)UGS=const这一关系曲线如下图所示。这一曲线称为漏极输出特性曲线。漏极输出特性曲线UGS=6VUGS=5VUGS=3VUGS(th)=2VUDS/V第125页，共138页，编辑于2022年，星期二(2)N(2)N沟道耗尽型沟道耗尽型 当当UGS0时，将使时，将使ID进一步增加。进一步增加。UGS0时，随着时，随着UGS的减小漏极

43、电流逐的减小漏极电流逐渐减小，直至渐减小，直至ID=0。对应。对应ID=0的的U UGS称为称为夹断电压夹断电压，用符号，用符号UGS(off)表示，有时也表示，有时也用用UP表示。表示。N沟道耗尽型MOSFET的结构和符号如图所示，它是SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，在漏源之间形成了沟道。于是只要有漏源电压，就有漏极电流存在第126页，共138页，编辑于2022年，星期二N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线UGS/V第127页，共138页，编辑于2022年，星期二N沟道耗尽型MOSFET的输出特性曲线第128页，共138页，编辑于20

44、22年，星期二 (3)P(3)P沟道沟道MOSFETMOSFETP沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。第129页，共138页，编辑于2022年，星期二三、伏安特性曲线 场效应三极管的特性曲线类型比较多，根据导电沟道的不同，以及是增强型还是耗尽型可有四种转移特性曲线和输出特性曲线，其电压和电流方向也有所不同。如果按统一规定正方向，特性曲线就要画在不同的象限。为了便于绘制，将P沟道管子的正方向反过来设定。第130页，共138页，编辑于2022年，星期二各类场效应三极管的特性曲线各类场效应三

45、极管的特性曲线绝缘栅场效应管N N沟沟道道增增强强型型P P沟沟道道增增强强型型UDSUGSUGS-UDS第131页，共138页，编辑于2022年，星期二绝缘栅场效应管N N沟沟道道耗耗尽尽型型 P P 沟沟道道耗耗尽尽型型UGSUGSUGS-UDS第132页，共138页，编辑于2022年，星期二四、场效应三极管的参数和型号 开启电压UGS(th)(或UT)开启电压是增强型MOS管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。夹断电压UGS(off)(或UP)夹断电压是耗尽型FET的参数，当UGS=UGS(off)时,漏极电流为零。饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管,当UGS=

46、0时所对应的漏极电流(1)(1)场效应三极管的参数场效应三极管的参数第133页，共138页，编辑于2022年，星期二 输入电阻RGS 场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于绝缘栅型场效应三极管,RGS约是109-1015。低频跨导gm 低频跨导反映了栅源电压对漏极电流的控制作用，这一点与电子管的控制作用相似。gm可以在转移特性曲线上求取，单位是mS(毫西门子)。最大漏极电流IDM和最大漏极功耗PDM最大漏极电流IDM是管子正常工作时的漏极电流上限值。最大漏极功耗可由PDM=UDSIDM决定，与双极型三极管的PCM相当。第134页，共138页，编辑于2022年，星期二(2)(2)场效应三极管的

47、型号场效应三极管的型号 场效应三极管的型号,现行有两种命名方法。其一是与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型N沟道场效应三极管。第二种命名方法是CS#，CS代表场效应管，以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。第135页，共138页，编辑于2022年，星期二五、双极型和场效应型三极管的比较双极型三极管双极型三极管场效应三极管场效应三极管结构结构 NPNNPN型型 结型结型 N N沟道沟道

48、P P沟道沟道 PNPPNP型型 绝缘栅增强型绝缘栅增强型 N N沟道沟道 P P沟道沟道 绝缘栅耗尽型绝缘栅耗尽型 N N沟道沟道 P P沟道沟道C C与与E E一般不可倒置使用一般不可倒置使用 D D与与S S有的型号可倒置使用有的型号可倒置使用载流子载流子 多子扩散少子漂移多子扩散少子漂移 多子漂移多子漂移输入量输入量 电流输入电流输入 电压输入电压输入控制控制 电流控制电流源电流控制电流源CCCS()CCCS()电压控制电流源电压控制电流源VCCS(gm)VCCS(gm)第136页，共138页，编辑于2022年，星期二双极型三极管双极型三极管 场效应三极管场效应三极管噪声噪声 较大较大 较小较小温度特性温度特性 受温度影响较大受温度影响较大 较小，可有零温度系数点较小，可有零温度系数点输入电阻输入电阻 几十到几千欧姆几十到几千欧姆 几兆欧姆以上几兆欧姆以上静电影响静电影响 不受静电影响不受静电影响 易受静电影响易受静电影响集成工艺集成工艺 不易大规模集成不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成适宜大规模和超大规模集成第137页，共138页，编辑于2022年，星期二第138页，共138页，编辑于2022年，星期二