第1章-常用半导体器件优秀PPT.ppt

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1、非纯理论性课程非纯理论性课程实践性很强实践性很强,定量计算多定量计算多 以工程的观点来处理电路中的一些问题以工程的观点来处理电路中的一些问题,抓主要抓主要冲突，忽视次要冲突，接受工程近似的方法简化实冲突，忽视次要冲突，接受工程近似的方法简化实际问题，允许有确定的误差（际问题，允许有确定的误差（10工程误差）工程误差）是一门电气类专业基础课，为后续课程打基础。是一门电气类专业基础课，为后续课程打基础。特点：特点：性质性质：基本放大电路基本放大电路差分放大电路差分放大电路集成运算放大电路集成运算放大电路负反馈放大电路负反馈放大电路功率放大电路功率放大电路器件：器件：放大电路：放大电路：二极管二极管

2、三极管三极管3、器件、器件 电路电路 应用系统应用系统1 1、驾驭各种功能电路的组成原理及其性能特、驾驭各种功能电路的组成原理及其性能特点，能够对一般性的、常用的电子电路进行分点，能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对简洁的单元电路进行设计。析，同时对简洁的单元电路进行设计。2 2、驾驭电子技术的基本理论、基本学问、驾驭电子技术的基本理论、基本学问、基本技能，为后续课程打好基础。基本技能，为后续课程打好基础。n建立新概念。建立新概念。n确立新的分析方法。确立新的分析方法。n重点在于课堂听讲。重点在于课堂听讲。n留意试验环节，先理论分析，后实践，留意试验环节，先理论分析，后实践，然后再对

3、试验的结果进行探讨。然后再对试验的结果进行探讨。n细致复习、练习。细致复习、练习。1.模拟电子技术基础（第四版）模拟电子技术基础（第四版）清华高校清华高校 童诗白、华成英主编童诗白、华成英主编 2.电子技术基础（模拟部分第四版）电子技术基础（模拟部分第四版）华中理工高校华中理工高校 康华光康华光 主编主编 3.3.模拟电子技术基础模拟电子技术基础 华中理工高校华中理工高校 陈大钦陈大钦 主编主编4 4 集成运算放大电路集成运算放大电路2 2 基本放大电路基本放大电路1 1 常用半导体器件常用半导体器件3 3 多级放大电路多级放大电路5 5 放大电路的频率响应放大电路的频率响应6 6 放大电路中

4、的反馈放大电路中的反馈7 7 信号的运算与处理电路信号的运算与处理电路8 8 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换9 9 功率放大电路功率放大电路10 10 直流稳压电源直流稳压电源第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础1.1 1.1 半导体基本学问半导体基本学问1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.3 1.3 半导体三极管半导体三极管1.4 1.4 场效应管场效应管1.5 单结晶体管和晶闸管单结晶体管和晶闸管1.1 1.1 半导体的基本学问半导体的基本学问 在物理学中。依据材料的导电实力，可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体是硅Si和锗Ge，它们都是4价元素。硅

5、原子硅原子锗原子锗原子硅硅和和锗锗最最外外层层轨轨道道上上的的四个电子称为四个电子称为价电子价电子。硅原子空间排列及共价键结构平面示意图 (a)硅晶体的空间排列 (b)共价键结构平面示意图(c)本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构束缚电子束缚电子在确定温度在确定温度T=0K时，时，全部的价电子都紧紧束缚全部的价电子都紧紧束缚在共价键中，不会成为自在共价键中，不会成为自由电子，因此本征半导体由电子，因此本征半导体的导电实力接近绝缘体。的导电实力接近绝缘体。一.本征半导体本征半导体本征半导体化学成分纯净的半导体晶体。化学成分纯净的半导体晶体。制制造造半半导导体体器器件件的的半半导导体体材材

6、料料的的纯纯度度要要达达到到99.9999999%，常称为，常称为“九个九个9”。物理结构呈单晶体形态。物理结构呈单晶体形态。这一现象称为这一现象称为本征激发本征激发，也称也称热激发热激发。当当温温度度上上升升或或受受到到光光的的照照射射时时，束束缚缚电电子子能能量量增增高高，有有的的电电子子可可以以摆摆脱脱原原子子核核的的束束缚缚，而而参参与与导导电电，成成为为自自由由电子。电子。自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4 自由电子产生的自由电子产生的同时，在其原来的共同时，在其原来的共价键中就出现了一个价键中就出现了一个空位，称为空位，称为空穴空穴。空穴空穴动画演示动画演示1 1

7、 电子空穴对的特点：电子空穴对的特点：（1）由本征激发成对产生）由本征激发成对产生 由复合运动成对消逝。由复合运动成对消逝。（2）数量受温度影响。）数量受温度影响。（3）动态平衡时，浓度确定）动态平衡时，浓度确定 与本征激发相反的现象与本征激发相反的现象 复合复合常温常温300K时：时：电子空穴对的浓度电子空穴对的浓度硅：硅：锗：锗：自由电子自由电子 +4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴电子空穴对电子空穴对自由电子自由电子：带负电荷：带负电荷 -逆电场运动逆电场运动 -电子流电子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子 E总电流总电流载流子载流子空穴：空穴：带正电荷带正电

8、荷-顺电场运动顺电场运动 -空穴流空穴流本征半导体的导电性取决于外加能量：本征半导体的导电性取决于外加能量：温度变更，导电性变更；光照变更，导电性变更。温度变更，导电性变更；光照变更，导电性变更。导电机制：导电机制：动画演示2多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子多数载流子多数载流子自由电子自由电子少数载流子少数载流子 空穴空穴+N型半导体施主离子施主离子自由电子自由电子电子空穴对电子空穴对二二.杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入微量特定元素的半导体称为在本征半导体中掺入微量特定元素的半导体称为杂质半导体杂质半导体。1.N型半导体型半导体（掺入五价杂质元素，例如磷，砷等）（掺入五价杂质元

9、素，例如磷，砷等）在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。空穴空穴硼原子硼原子硅原子硅原子多数载流子多数载流子 空穴空穴少数载流子少数载流子自由电子自由电子P型半导体受主离子受主离子空穴空穴电子空穴对电子空穴对2.2.P型半导体型半导体杂质半导体的示意图杂质半导体的示意图+N型半导体多子多子电子电子少子少子空穴空穴P型半导体多子多子空穴空穴少子少子电子电子 少子浓度少子浓度 本征激发产生，与温度有关本征激发产生，与温度有关多子浓度多子浓度 掺杂产生，与温度无关掺杂产生，与温度无关杂质对半导体导电性的影响：掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大 的影

10、响，一些典型的数据如下:T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.41010/cm3 1 本征硅的原子浓度:4.961022/cm3 3 2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:n=51016/cm3内电场E因多子浓度差因多子浓度差形成内电场形成内电场多子的扩散多子的扩散 空间电荷区空间电荷区 阻挡多子扩散，促使少子漂移。阻挡多子扩散，促使少子漂移。PNPN结合结合空间电荷区空间电荷区多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层三三.PN结及其单向导电性结及其单向导电性 1.PN结的形成结的形成 动画演示3少子漂移少子漂移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，补充耗

11、尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子扩散多子扩散 又失去多子，耗尽层宽，又失去多子，耗尽层宽，E内电场E多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层动态平衡：动态平衡：扩散电流扩散电流 漂移电流漂移电流总电流总电流0势垒势垒 UO硅硅 0.5V锗锗 0.1V2.PN2.PN结的单向导电性结的单向导电性(1)加正向电压（正偏）加正向电压（正偏）电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。外电场减弱内电场外电场减弱内电场耗尽层变窄耗尽层变窄 扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动多子多子扩散形成正向电流扩散形成正向电流I I

12、F F正向电流正向电流 动画演示动画演示4 4(2)加反向电压加反向电压电源正极接电源正极接N区，负极接区，负极接P区区 外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。外电场加强内电场外电场加强内电场 耗尽层变宽耗尽层变宽 漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I I R RPN 在确定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是确定的，故IR基本上与外加反压的大小无关，所以称为反向饱和电流。但IR与温度有关。动画演示动画演示5 5 PN结加正向电压时，具有较大的正向结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，扩散电流，呈现低电阻，PN结导通；结

13、导通；PN结加反向电压时，具有很小的反向结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，漂移电流，呈现高电阻，PN结截止。结截止。由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导结具有单向导电性。电性。3.PN3.PN结的伏安特性曲线及表达式结的伏安特性曲线及表达式 依据理论推导，PN结的伏安特性曲线如图正偏正偏IF（多子扩散）（多子扩散）IR（少子漂移）（少子漂移）反偏反偏反向饱和电流反向饱和电流反向击穿电压反向击穿电压反向击穿反向击穿 PNPN结的反向击穿分类结的反向击穿分类：电击穿电击穿可逆可逆热击穿热击穿烧坏烧坏PN结结击穿机理：击穿机理：雪崩击穿：碰撞电离雪崩击穿：碰撞电离倍

14、增效应倍增效应；掺杂浓度低、耗尽层宽、；掺杂浓度低、耗尽层宽、击穿电压较高；一般整流管击穿电压较高；一般整流管齐纳击穿：强电场破坏共价键齐纳击穿：强电场破坏共价键-分别价电子为分别价电子为 电子空穴对电子空穴对 （隧道效应）；高掺杂、耗尽层窄、击穿电压较低（隧道效应）；高掺杂、耗尽层窄、击穿电压较低；稳压管（齐纳二极管）稳压管（齐纳二极管）击穿效果：击穿效果：依据理论分析：u 为为PN结两端的电压降结两端的电压降i 为流过为流过PN结的电流结的电流IS 为反向饱和电流为反向饱和电流UT=kT/q 称为温度的电压当量称为温度的电压当量其中其中k为玻耳兹曼常数为玻耳兹曼常数 1.381023q 为

15、电子电荷量为电子电荷量1.6109T 为热力学温度为热力学温度 对于室温（相当对于室温（相当T=300 K）则有则有UT=26 mV。当当 u0 uUT时时当当 u|U T|时时4.PN结的电容效应结的电容效应 当外加电压发生变更时，耗尽层的宽度要相应当外加电压发生变更时，耗尽层的宽度要相应地随之变更，即地随之变更，即PN结中存储的电荷量要随之变更，结中存储的电荷量要随之变更，就像电容充放电一样。就像电容充放电一样。(1)势垒电容势垒电容CB(2)扩散电容扩散电容CD 当外加正向电压当外加正向电压不同时，不同时，PN结两结两侧积累的少子的侧积累的少子的数量及浓度梯度数量及浓度梯度也不同，这就相

16、也不同，这就相当电容的充放电当电容的充放电过程。过程。电容效应在沟通信号作用下才会明显表现出来电容效应在沟通信号作用下才会明显表现出来极间电容（结电容）极间电容（结电容）1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管 二极管二极管=PN结结+管壳管壳+引线引线NP结构：结构：符号：符号：阳极阳极+阴极阴极-分类：分类：(1)点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。(3)平面型二极管平面型二极管 用于集成电路制造工艺中。用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整

17、流和开关电路中。(2)面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用结面积大，用于低频大电流整流电路。于低频大电流整流电路。半导体二极管的型号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：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：2AP9用数字代表同类器件的不同规格。用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型，代表器件的类型，P为普通管，为普通管，Z为整流管，为整流管，K为开关管。为开关管。代表器件的材料，代表器件的材料，A为为N型型Ge，B为为P型型Ge，C为为N型型Si，D为为P型型Si。2代表二极管，代表二极管，3代表三极管。代表三极管。一一、半导体二极管的、半导体二极管的V

18、A特性曲线特性曲线 硅：硅：0.5 V 锗：锗：0.1 V(1)正向特性正向特性导通压降导通压降反向饱和电流反向饱和电流(2)反向特性反向特性死区死区电压电压击穿电压击穿电压UBR试验曲线：试验曲线：uEiVmAuEiVuA锗锗 硅：硅：0.7 V 锗：锗：0.3V二、二、二极管的模型及近似分析计算二极管的模型及近似分析计算例：例：IR10VE1kD非线性器件非线性器件iuRLC线性器件线性器件二极管的模型二极管的模型DU串联电压源模型串联电压源模型U D 二极管的导通压降。硅管二极管的导通压降。硅管 0.7V；锗管；锗管 0.3V。志向二极管模型志向二极管模型正偏正偏反偏反偏导通压降导通压降

19、二极管的二极管的VA特性特性二极管的近似分析计算：二极管的近似分析计算：IR10VE1kIR10VE1k例：例：串联电压源模型串联电压源模型测量值测量值 9.32mA相对误差相对误差志向二极管模型志向二极管模型RI10VE1k相对误差相对误差0.7V例例：二二极极管管构构成成的的限限幅幅电电路路如如图图所所示示，R1k，UREF=2V，输入信号为，输入信号为ui。(1)若若 ui为为4V的的直直流流信信号号，分分别别接接受受志志向向二二极极管管模模型型、志向二极管串联电压源模型计算电流志向二极管串联电压源模型计算电流I和输出电压和输出电压uo解：（解：（1）接受志向模型分析。）接受志向模型分析

20、。接受志向二极管串联电压源模型分析。接受志向二极管串联电压源模型分析。（2）假假如如ui为为幅幅度度4V的的沟沟通通三三角角波波，波波形形如如图图（b）所所示示，分分别别接接受受志志向向二二极极管管模模型型和和志志向向二二极极管管串串联联电电压压源源模模型型分分析电路并画出相应的输出电压波形。析电路并画出相应的输出电压波形。解：解：接受志向二极管接受志向二极管模型分析。波形如图所示。模型分析。波形如图所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 接接受受志志向向二二极极管管串串联联电电压压源源模模型型分分析析，波波形形如图所示。如图所示。三、三、二极管的主要

21、参数二极管的主要参数(1)最大整流电流最大整流电流IF二极管长期连续工二极管长期连续工作时，允许通过二作时，允许通过二极管的最大整流极管的最大整流电流的平均值。电流的平均值。(2)反向击穿电压反向击穿电压UBR 二极管反向电流二极管反向电流急剧增加时对应的反向急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压值称为反向击穿电压电压UBR。(3)反向电流反向电流I IRR 在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管级；锗二极管在微安在微安(A)级。级。当稳压二极管工作在当稳压二极管工作在

22、反向击穿状态下反向击穿状态下,工工作电流作电流IZ在在Izmax和和Izmin之间变更时之间变更时,其其两端电压近似为常数两端电压近似为常数稳定稳定电压电压四、稳压二极管四、稳压二极管稳压管是工作在反向击穿区的特殊二极管稳压管是工作在反向击穿区的特殊二极管（面结型、硅、高掺杂）（面结型、硅、高掺杂）正向同正向同二极管二极管反偏电压反偏电压UZ 反向击穿反向击穿UZ限流电阻限流电阻 稳压二极管的主要稳压二极管的主要 参数参数(1)稳定电压稳定电压UZ(2)动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向工作电流在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。下，所对应的反向工作电压。rZ=U/I

23、 rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。(3)(3)最小稳定工作最小稳定工作 电流电流IZmin 保证稳压管击穿所对应的电流，若保证稳压管击穿所对应的电流，若IZIZmin则不能稳压。则不能稳压。(4)(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流IZmax 超过超过Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏。稳压管会因功耗过大而烧坏。特殊二极管：特殊二极管：1、变容二极管：、变容二极管：利用其结电容效应，其电容量与本身结构、工利用其结电容效应，其电容量与本身结构、工艺、外加反向电压有关，随外加反向电压增大而艺、外加反向电压有关，随外加反向电压增大而削减。削减。C：5300pF，

24、Cmax ：Cmin=5 ：1 高频技术（调谐、高频技术（调谐、调制等）应用较多调制等）应用较多2、光电二极管：、光电二极管：需光照、反偏压、其反向电流与光照度成正比。用于光测量，将光信需光照、反偏压、其反向电流与光照度成正比。用于光测量，将光信号电信号，光电传感器、遥控、报警电路中。号电信号，光电传感器、遥控、报警电路中。3、发光二极管：发光二极管：正偏压（正偏压（12.5V），发光颜色与所用材料有关。常作为显示器件、），发光颜色与所用材料有关。常作为显示器件、电光转换器件与光电二极管合用于光电传输系统。电光转换器件与光电二极管合用于光电传输系统。4、激光二极管、激光二极管：产生相干的单色光

25、信号（红外线），利于光缆有效传输。用于产生相干的单色光信号（红外线），利于光缆有效传输。用于小功率的光电设备，如光驱、激光打印头。小功率的光电设备，如光驱、激光打印头。1.3 1.3 双极型三极管双极型三极管 半半导导体体双双极极型型三三极极管管，俗俗称称晶晶体体三三极极管管。由由于于工工作作时时，多多数数载载流流子子和和少少数数载载流流子子都都参参与与运运行行，因因此此，被被称称为为双双极极型型晶晶体体管管（Bipolar Junction Transistor,简称简称BJT）。）。BJT是由两个是由两个PN结组成的。结组成的。11/5/2022一一.BJT的结构的结构NPN型PNP型符号

26、符号:三极管的结构特点三极管的结构特点:（1）放射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。）放射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。（2）基区要制造得很薄且浓度很低。）基区要制造得很薄且浓度很低。-NNP发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极-PPN发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极-ecb-ecb二二 BJT的内部工作原理的内部工作原理（NPN管）管）若在放大工作态：若在放大工作态：放射结正偏：放射结正偏：+UCE UBEUCB集电结反偏：集电结反偏：由由VBB保证保证由由VCC、VBB保证保证UCB=UCE-UBE 0共发射极接法共发射极接法c区区b区区e区区 三极管在工作时要

27、加上三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。适当的直流偏置电压。11/5/20221BJT内部的载流子传输过程内部的载流子传输过程（1 1）因为放射结正偏，所以放）因为放射结正偏，所以放射区向基区注入电子射区向基区注入电子 ，形成了，形成了扩散电流扩散电流IEN IEN。同时从基区向放。同时从基区向放射区也有空穴的扩散运动，形成射区也有空穴的扩散运动，形成的电流为的电流为IEPIEP。但其数量小，可。但其数量小，可忽视。忽视。所以放射极电流所以放射极电流I E I E I EN I EN。（2）放射区的电子注入基）放射区的电子注入基区后，变成了少数载流子。区后，变成了少数载流子。少部分遇到的空

28、穴复合掉，少部分遇到的空穴复合掉，形成形成IBN。所以基极电流。所以基极电流I B I BN。大部分到达了。大部分到达了集电区的边缘。集电区的边缘。另外，集电结区另外，集电结区的少子形成漂移的少子形成漂移电流电流ICBO。（3）因为集电结）因为集电结反偏，收集扩散到反偏，收集扩散到集电区边缘的电子，集电区边缘的电子，形成电流形成电流ICN。2电流安排关系电流安排关系IE=IC+IB定义：定义：(1)(1)IC与与I E之间的关系之间的关系:所以所以:其值的大小约为其值的大小约为0.90.90.990.99。三个电极上的电流关系三个电极上的电流关系:11/5/2022(2)IC与与I B之间的关

29、系：之间的关系：联立以下两式联立以下两式：得：得：所以所以：得：得：令令：（1）uCE=0V时，相当于两个时，相当于两个PN结并联。结并联。三三.BJT.BJT的特性曲线（共放射极接法）的特性曲线（共放射极接法）(1)(1)输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE)uCE=const（3）uCE 1V再增加时，曲线右移很不明显。再增加时，曲线右移很不明显。（2）当）当uCE=1V时，时，集电结已进入反偏状态，起先收集电子，所以基区复集电结已进入反偏状态，起先收集电子，所以基区复合削减，合削减，在同一在同一uBE 电压下，电压下，iB 减小。特性曲线将向右略微移动一些。减小。特性曲线将向右略微

30、移动一些。死区电压死区电压硅硅 0.5V锗锗 0.1V导通压降导通压降硅硅 0.7V锗锗 0.2V(2)输出特性曲线输出特性曲线 iC=f(uCE)iB=const（1）当）当uCE=0 V时，因集电极无收集作用，时，因集电极无收集作用，iC=0。（2）uCE Ic 。（3）当当uCE 1V后，后，收集电子的实力足够强。收集电子的实力足够强。这时，放射到基区的电这时，放射到基区的电子都被集电极收集，形子都被集电极收集，形成成iC。所以。所以uCE再增加，再增加，iC基本保持不变。基本保持不变。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲线。其他值的曲线。现以现以iB=60uA一条加以说明。一条加以

31、说明。饱和区饱和区iC受受uCE显著限制的区域，该区域内显著限制的区域，该区域内uCE0.7 V。此时放射结正偏，集电结也正偏。此时放射结正偏，集电结也正偏。截止区截止区iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的的曲线的下方。下方。此时，放射结反偏，集电结反偏。此时，放射结反偏，集电结反偏。放大区放大区 曲线基本平行等曲线基本平行等 距。距。此时，发此时，发 射结正偏，集电射结正偏，集电 结反偏。结反偏。该区中有：该区中有：饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区输出特性曲线可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域:四四.BJTBJT的主要参数的主要参数（2 2）共基极电流放大系

32、数：）共基极电流放大系数：iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI=100uACBI=60uAi一般取一般取20200之间之间2.31.5（1 1）共放射极电流放大系数：）共放射极电流放大系数：1.电流放大系数电流放大系数（2）集电极放射极间的穿）集电极放射极间的穿透电流透电流ICEO 基极开路时，集电极到基极开路时，集电极到放射极间的电流放射极间的电流穿透穿透电流电流。其大小与温度有关。其大小与温度有关。（1）集电极基极间反向饱和电流ICBO 放射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它事实上就是一个PN结的反向电流。其大小与温度有关。锗管

33、：I CBO为微安数量级，硅管：I CBO为纳安数量级。+ICBOecbICEO2.极间反向电流极间反向电流 3.极限参数极限参数（1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流ICM（2）集电极最大允）集电极最大允许功率损耗许功率损耗PCM 集电极电流通过集集电极电流通过集电结时所产生的功耗，电结时所产生的功耗，PC=ICUCE PCM PCMIc增加时，增加时，要下降。当要下降。当 值值下降到线性放大区下降到线性放大区 值的值的70时，时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。（3）反向击穿电压）反向击穿电压:U（BR）EBO集电极开路时，放射

34、极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般几伏十几伏。U（BR）CBO放射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般为几十伏几百伏。U（BR）CEO基基极极开开路路时时，集集电电极极与与放放射射极极之间允许的最大反向电压。之间允许的最大反向电压。在实际运用时，还有在实际运用时，还有U（BR）CER、U（BR）CES等击穿电压。等击穿电压。-(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU BJT有两个有两个PN结，其反向击穿电压有以下几种：结，其反向击穿电压有以下几种：半导体三极管的型号半导体三极管的型号其次位：其次位：A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管、管、C硅硅PNP管、管、D硅

35、硅NPN管管 第三位：第三位：X低频小功率管、低频小功率管、D低频大功率管、低频大功率管、G高频小功率管、高频小功率管、A高频大功率管、高频大功率管、K开关管开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类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用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：3DG110B11/5/2022五、三极管的模型及分析方法iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100u

36、AUD=0.7VUCES=0.3ViB0 iC0（一）（一）BJT的模型的模型+i-uBE+-uBCE+Cibeec截止状态截止状态ecb放大状态放大状态UDIBICIBecb发射结导通压降发射结导通压降UD:硅管硅管0.7V锗管锗管0.2V饱和状态饱和状态ecbUDUCES饱和压降饱和压降UCES:硅管硅管0.3V锗管锗管0.1V直流模型直流模型二二.BJT电路的分析方法（直流）电路的分析方法（直流）1.模型分析法（近似估算法、公式法）模型分析法（近似估算法、公式法）VCCVBBRbRc12V6V4K150K+UBE+UCEIBIC例：共射电路如图，已知三极管为硅管，例：共射电路如图，已知三

37、极管为硅管，=40，试，试求电路中的直流量求电路中的直流量IB、IC、UBE、UCE。+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4K150K+UBE+UCEIBIC0.7VIBecbIC+VCCRc(+12V)4K+UBEIB+VBBRb(+6V)150K+UCE解：设三极管工作在放大状态，用放大模型代替三极管。解：设三极管工作在放大状态，用放大模型代替三极管。UBE=0.7V2.图解法图解法VCCVBBRbRc12V6V4K150K+uCEIB=40AiC非线性部分非线性部分线性部分线性部分iC=f(uCE)iB=40AM(VCC,0)(12,0)(0,3)iCCE(V)(mA)=60u

38、AIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB直流负载线直流负载线斜率：斜率：UCEQ6VICQ1.5mAIB=40AIC=1.5mAUCEQ=6V 直流直流工作点工作点Q1.4 1.4 场效应三极管场效应三极管 BJT是是一一种种电电流流限限制制电电流流的的元元件件(iB iC)，俗俗称称流流控控元元件件.工工作作时时，多多数数载载流流子子和和少少数数载载流流子子都都参参与运行，所以被称为双极型器件。与运行，所以被称为双极型器件。FET分类：分类：绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管结型场效应管结型场效应管N沟道沟道P沟道沟道 场效应管（场效应管（Field Effe

39、ct Transistor简称简称FET）是一种电压）是一种电压限制电流的器件限制电流的器件(uGS iD)，俗称压控元件，俗称压控元件.工作时，只有工作时，只有一种载流子参与导电，因此称为单极型器件。一种载流子参与导电，因此称为单极型器件。FET因其制造工艺简洁，功耗小，温度特性好，输入电阻因其制造工艺简洁，功耗小，温度特性好，输入电阻极高，易集成等优点，得到了广泛应用。极高，易集成等优点，得到了广泛应用。增加型增加型耗尽型耗尽型P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道一、一、结型场效应管结型场效应管两个两个PN结夹着一个结夹着一个N型沟道（型沟道（P区高区高掺杂）。掺杂）。三个电极：三个电

40、极：G：栅极：栅极 D：漏极：漏极 S：源极：源极符号：符号：N沟道沟道P沟道沟道1.1.结型场效应管的结构（以结型场效应管的结构（以N N沟为例）：沟为例）：2.结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理（1）栅源电压对沟道的限制作用当当uGS时，时，PN结反偏，耗尽层结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻变宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。增大。当当uGS到确定值时到确定值时，沟道会，沟道会完全合拢。完全合拢。定义：定义：夹断电压夹断电压UP使导电沟道完全使导电沟道完全合拢（消逝）所须要的栅源电压合拢（消逝）所须要的栅源电压uGS。在栅源间加负电压在栅源间加负电压uGS，令，令uDS=

41、0 当当uGS=0时，为平衡时，为平衡PN结，导电沟结，导电沟道最宽。道最宽。（2）漏源电压对沟道的限制作用）漏源电压对沟道的限制作用 在漏源间加电压在漏源间加电压uDS，令，令uGS=0 由于由于uGS=0，所以导电沟道最宽。，所以导电沟道最宽。当当uDS=0时，时，iD=0。uDSiD 靠近漏极处的耗尽层加宽，靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。沟道变窄，呈楔形分布。当当uDS，使，使uGD=uG S-uDS=UP时，时，在靠漏极处夹断在靠漏极处夹断预夹断。预夹断。预夹断前，预夹断前，uDSiD。预夹断后，预夹断后，uDSiD 几乎不变。几乎不变。uDS再再，预夹断点下移。，预夹

42、断点下移。（3 3）栅源电压）栅源电压uGS和漏源电压和漏源电压uDS共同共同作用作用 iD=f（uGS、uDS）,可用输两组特性曲线来描绘。可用输两组特性曲线来描绘。（1）输出特性曲线：）输出特性曲线：iD=f（uDS）uGS=常数常数 3 3、结型场效应三极管的特性曲线结型场效应三极管的特性曲线uGS=0VuGS=-1V设：设：UP=-3V四个区：四个区：恒流区的特点：恒流区的特点：iD/uGS=gm 常数常数 即：即：iD=gm uGS （放大原理）（放大原理）（a）可变电阻区）可变电阻区（预夹断前）。（预夹断前）。（b）恒流区也称饱和）恒流区也称饱和 区（预夹断区（预夹断 后）。后）。

43、（c）夹断区（截止区）。）夹断区（截止区）。（d）击穿区。）击穿区。可变电阻区可变电阻区恒流区恒流区截止区截止区击穿区击穿区IDSS是饱和漏极电流是饱和漏极电流 一个重要参数一个重要参数跨导跨导gm：gm=iD/uGS uDS=const (单位单位mS)gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的限制作的大小反映了栅源电压对漏极电流的限制作用。用。在转移特性曲线上，在转移特性曲线上，gm为的曲线的斜率。为的曲线的斜率。在输出特性曲线上也可求出在输出特性曲线上也可求出gm。（2）转移特性曲线：）转移特性曲线：iD=f（uGS）uDS=常数常数 可依据输出特性曲线作出移特性曲线。例：作uDS=10V的一

44、条转移特性曲线：二、绝缘栅型场效应管二、绝缘栅型场效应管 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管(Metal Oxide Semiconductor FET)，简称，简称MOSFET。分为：。分为：增加型增加型 N沟道、沟道、P沟道沟道 耗尽型耗尽型 N沟道、沟道、P沟道沟道 1.N沟道增加型沟道增加型MOS管（高掺杂管（高掺杂N区）区）（1）结构）结构 4个电极：漏极个电极：漏极D ,源极源极S 栅极栅极G ,衬底衬底B符号：符号：-gsdb（2 2）工作原理）工作原理 再增加uGS纵向电场将P区少子电子聚集到P区表面形成导电沟道，假如此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流id。栅源电压栅源电压uG

45、S的限制作用的限制作用当当uGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在二极管，在d、s之之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。间加上电压也不会形成电流，即管子截止。当当uGS0V时时纵向电场纵向电场将靠近栅极下方的空穴向将靠近栅极下方的空穴向下排斥下排斥耗尽层。耗尽层。定义：定义：开启电压（开启电压（UT）刚刚产生沟道所需的刚刚产生沟道所需的栅源电压栅源电压UGS。N沟道增加型MOS管的基本特性：uGS UT，管子截止，uGS UT，管子导通。uGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压uDS作用下，漏极电流ID越大。（3）特性曲线：特性曲线：输出特性曲线：输

46、出特性曲线：iD=f(uDS)uGS=const可变电阻区可变电阻区IDO是是UGS=2UT时的漏极电流时的漏极电流在饱和区：在饱和区：(设：设：UT=3V)恒流区恒流区截止区截止区u=3VDSGSuGS=5VuuuGS(mA)=4VDiGS=6V 可依据输出特性曲线作出移特性曲线。例：作uDS=10V的一条转移特性曲线：UT 转移特性曲线转移特性曲线：iD=f(uGS)uDS=const2、N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET 在栅极下方的在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当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，形成了沟道。时，这些正离子

47、已经感应出反型层，形成了沟道。定义：定义：夹断电压（夹断电压（UP）沟道刚刚消逝所需的栅源电压沟道刚刚消逝所需的栅源电压uGS。特点：特点：当当uGS=0时，就有沟道，时，就有沟道，加入加入uDS，就有就有iD。当当uGS0时，沟道增宽，时，沟道增宽，iD进一步增加。进一步增加。当当uGS0时，沟道变窄，时，沟道变窄，iD减小。减小。符号：符号：3、P沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET P沟道沟道MOSFET的工作原理与的工作原理与N沟道沟道 MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，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。这犹如双极型三极管供电电压极性不同而已。这犹如双极型

48、三极管有有NPN型和型和PNP型一样。型一样。-gsdb符号：符号：三三.场效应管的主要参数场效应管的主要参数:（2）夹断电压）夹断电压UP UP 是是MOS耗尽型和结型耗尽型和结型FET的参数，当的参数，当uGS=UP时时,漏极电流为零。漏极电流为零。（3）饱和漏极电流）饱和漏极电流IDSS MOS耗尽型和结型耗尽型和结型FET的重要参数的重要参数 ,当当uGS=0时所对应的漏极电流。时所对应的漏极电流。（4）输入电阻）输入电阻RGS 结型场效应管，结型场效应管，RGS大于大于107，MOS场效应管场效应管,RGS可达可达1091015。(1)(1)开启电压开启电压UTUT UT UT 是是

49、MOSMOS增加型管的参数，栅源电压小于开启电压的确定值增加型管的参数，栅源电压小于开启电压的确定值,场效应管不能导通。场效应管不能导通。（一）直流参数（一）直流参数：（二）沟通参数：（二）沟通参数：1、低频跨导低频跨导gm 反映了栅源电压对漏极电流的限制作用，单位是反映了栅源电压对漏极电流的限制作用，单位是mS(毫西门子毫西门子)(0.1-20之间。之间。)2、极间电容、极间电容 三个电极间的等效电容，三个电极间的等效电容，CGS 、CGD、CDS (一般几个一般几个PF ,电容小电容小 ，管子高频性能好。，管子高频性能好。)（三）极限参数：（三）极限参数：1、最大漏极功耗、最大漏极功耗PD

50、M PDM=UDS ID，与双极型三极管的，与双极型三极管的PCM相当，确定管子相当，确定管子的温升。的温升。2、漏源击穿电压、漏源击穿电压U(BR)DS ID剧增产生的击穿电压，外工作电压应小于此值。剧增产生的击穿电压，外工作电压应小于此值。3、栅源击穿电压、栅源击穿电压U(BR)GSJFET :PN结反偏，击穿电压。结反偏，击穿电压。MOSFET :二氧化硅绝缘层击穿，管子损坏。二氧化硅绝缘层击穿，管子损坏。双极型和场效应型三极管的比较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 单极型场效应管单极型场效应管载流子载流子多子扩散少子漂移多子扩散少子漂移 多子多子 漂移漂移输入量输入