大学物理课件半导体基础教学教材.ppt

《大学物理课件半导体基础教学教材.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大学物理课件半导体基础教学教材.ppt（93页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、电子电子(dinz)技术技术 第一章 半导体器件模拟模拟(mn)电路部分电路部分1第一页，共93页。第一章第一章 半导体器件半导体器件 1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 1.2 PN 结及半导体二极管结及半导体二极管 1.3 特殊特殊(tsh)二极管二极管 1.4 半导体三极管半导体三极管 1.5 场效应晶体管场效应晶体管2第二页，共93页。1.1.1 导体导体(dot)、半导体、半导体(dot)和绝缘体和绝缘体导体：自然界中很容易导电的物质称为导体：自然界中很容易导电的物质称为(chn wi)(chn wi)导体，金属一般都是导体。导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，

2、称为绝缘体，如橡皮、绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料陶瓷、塑料(slio)(slio)和石英。和石英。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。化物、氧化物等。1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识3第三页，共93页。半导体的导电机理不同于其它半导体的导电机理不同于其它(qt)(qt)物质，所以它物质，所以它具有不同于其它具有不同于其它(qt)(qt)物质的特点。例如：物质的特点。例如：当受外界热和光的作用当受外界热和

3、光的作用(zuyng)(zuyng)时，它时，它的导电能的导电能 力明显变化。力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质往纯净的半导体中掺入某些杂质(zzh)(zzh)，会使会使 它的导电能力明显改变。它的导电能力明显改变。4第四页，共93页。1.1.2 本征半导体本征半导体一、本征半导体的结构一、本征半导体的结构(jigu)特点特点GeSi通过一定的工艺过程，可以通过一定的工艺过程，可以(ky)将半导体制成晶体。将半导体制成晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层外层(wi cn)电子（价电子）都是四个。电子（价电子）都是四个。

4、5第五页，共93页。本征半导体：完全本征半导体：完全(wnqun)纯净的、结构完整的半导纯净的、结构完整的半导体晶体。体晶体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于个其它原子位于(wiy)四面体的顶点，每个原四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。电子。硅和锗的晶硅和锗的晶体结构：体结构：6第六页，共93页。硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构(jigu)共价键共共价键共用电子对用电子对+4

5、+4+4+4+4+4表示表示(biosh(biosh)除去除去价电子价电子后的原后的原子子7第七页，共93页。共价键中的两个电子共价键中的两个电子(dinz)被紧紧束缚在共价键中，被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子称为束缚电子(dinz)，常温下束缚电子，常温下束缚电子(dinz)很难很难脱离共价键成为自由电子脱离共价键成为自由电子(dinz)，因此本征半导体中，因此本征半导体中的自由电子的自由电子(dinz)很少，所以本征半导体的导电能力很少，所以本征半导体的导电能力很弱。很弱。形成形成(xngchng)共价键后，每个原子的共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。最外层电子是八个

6、，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子共价键有很强的结合力，使原子(yunz)规则排列，形成晶体。规则排列，形成晶体。+4+4+4+48第八页，共93页。二、本征半导体的导电二、本征半导体的导电(dodin)(dodin)机理机理在绝对在绝对0 0度（度（T=0KT=0K）和没有外界）和没有外界(wiji)(wiji)激发时激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为 0 0，相当于绝缘体。相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获在常温下，

7、由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离得足够的能量而脱离(tul)(tul)共价键的束缚，成共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。空穴。1.1.载流子、自由电子和空穴载流子、自由电子和空穴9第九页，共93页。+4+4+4+4自由电子自由电子(z yu din z)空穴空穴(kn xu)束缚电子束缚电子10第十页，共93页。2.本征半导体的导电本征半导体的导电(dodin)机理机理+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子空穴吸引附近的电子来填补来填补(tinb)，这，这样的结果相当于空穴样的结

8、果相当于空穴的迁移，而空穴的迁的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移移相当于正电荷的移动，因此可以认为空动，因此可以认为空穴是载流子。穴是载流子。本征半导体中存在本征半导体中存在(cnzi)数量相等的两种载流子，数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。即自由电子和空穴。11第十一页，共93页。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要能的一个重要(zhngyo)的外部因素，这是的外部因素，这是半导体的一大特点。半导体的一大特点。本征半导体的导电本征半导体的导电(dodin)能

9、力取决于载流子的浓度。能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流本征半导体中电流(dinli)由两部分组成：由两部分组成：1.自由电子移动产生的电流自由电子移动产生的电流(dinli)。2.空穴移动产生的电流空穴移动产生的电流(dinli)。12第十二页，共93页。1.1.3 杂质杂质(zzh)半导体半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质在本征半导体中掺入某些微量的杂质(zzh)(zzh)，就，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。半导体的某种载流子浓度大大增加。P 型半导体：空穴浓度型半导体：空穴浓度(nn

10、gd)大大增加的杂质半导体，大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。也称为（空穴半导体）。N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。称为（电子半导体）。13第十三页，共93页。一、一、N 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵（或锑），晶体点阵(jn t din zhn)中的某中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定

11、多出一个电子，这个电子几乎成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。个磷原子给出一个电子，称为施主原子。14第十四页，共93页。+4+4+5+4多余多余(duy)电子电子磷原子磷原子(yunz)N 型半导体中型半导体中的载流子是什的载流子是什么么(shn me)？1.1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2.2.本征半导体中成对产生的电子和空穴。本征半导

12、体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子多数载流子（多子多子），空穴称为），空穴称为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。15第十五页，共93页。二、二、P 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价

13、键时，半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为原子接受电子，所以称为受主原子受主原子。+4+4+3+4空穴空穴(kn xu)硼原子硼原子(yunz)P 型半导体中空穴是多子型半导体中空穴是多子(du z)，电子是少，电子是少子。子。16第十六页，共93页。三、杂质三、杂质(zzh)半导体的示意表示法半导体的示意表示法P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。杂质型半导体

14、多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系但由于数量的关系(gun x)，起导电作用的主要是，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。多子。近似认为多子与杂质浓度相等。17第十七页，共93页。2.1.1 PN 结的形成结的形成(xngchng)在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P P 型半导体和型半导体和N N 型半导体，经过型半导体，经过(jnggu)(jnggu)载流子的扩散，在它们的交载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了界面处就形成了PN PN 结。结。1.2 PN结及半导体二极管结及半导体二极管18第十八页，共93页。P型半导体型半导体N型半

15、导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E漂移运动漂移运动扩散的结果扩散的结果(ji gu)是是使空间电荷区逐渐加宽，使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。空间电荷区越宽。内电场越强，就使漂移内电场越强，就使漂移(pio y)运动越强，而运动越强，而漂移漂移(pio y)使空间电使空间电荷区变薄。荷区变薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。19第十九页，共93页。漂移运动漂移运动P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷相当于两个区之间没有电

16、荷(dinh)运动，空间电荷运动，空间电荷(dinh)区的厚度固定不变。区的厚度固定不变。20第二十页，共93页。+空间空间电荷电荷区区N型区型区P型区型区电位电位(din(din wi)Vwi)VV021第二十一页，共93页。1.1.空间电荷区中没有空间电荷区中没有(mi yu)(mi yu)载流载流子。子。2.2.空间电荷区中内电场阻碍空间电荷区中内电场阻碍P P中的空穴中的空穴.N.N区区 中中的电子的电子(dinz)(dinz)（都是多子）向对方运动（都是多子）向对方运动（扩散运动）。（扩散运动）。3.P 3.P 区中的电子和区中的电子和 N N区中的空穴（都是少子），区中的空穴（都是

17、少子），数量有限，因此由它们数量有限，因此由它们(t men)(t men)形成的电形成的电流很小。流很小。注意注意:22第二十二页，共93页。2.1.2 PN结的单向结的单向(dn xin)导电导电性性 PN 结加上正向结加上正向(zhn xin)电压、正向电压、正向(zhn xin)偏置的意思都是：偏置的意思都是：P 区加正、区加正、N 区加负区加负电压。电压。PN 结加上反向结加上反向(fn xin)电压、反向电压、反向(fn xin)偏偏置的意思都是：置的意思都是：P区加负、区加负、N 区加正电压。区加正电压。23第二十三页，共93页。+RE一、一、PN PN 结正向结正向(zhn x

18、in)(zhn xin)偏置偏置内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_内电场被削弱，多内电场被削弱，多子子(du z)的扩散加的扩散加强能够形成较大的强能够形成较大的扩散电流。扩散电流。24第二十四页，共93页。二、二、PN PN 结反向结反向(fn(fn xin)xin)偏置偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被被加强，多内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子子漂移加强，但少子数量有限，只能形成数量有限，只能形成较小的反向较小的反向(fn xin)电流。电流。RE25第二十五页，共93页。2.1.3 半导体二极管半导体二极管一、基本一、基本

19、(jbn)(jbn)结构结构PN 结加上管壳和引线结加上管壳和引线(ynxin)，就成为半导体二极管。，就成为半导体二极管。引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型PN结结面接触面接触(jich)型型PN二极管的电路符号：二极管的电路符号：26第二十六页，共93页。二、伏安二、伏安(f n)(f n)特性特性UI死区电压死区电压(diny)硅管硅管0.6V,锗管锗管0.2V。导通压降导通压降:硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向反向(fn xin)击穿击穿电压电压UBR27第二十七页，共93页。三、主要参数三、主要参数1.最大整流最大整流(zhngli)电流电流

20、 IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向正向(zhn xin)平均电流。平均电流。2.反向反向(fn xin)击穿电压击穿电压UBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压坏。手册上给出的最高反向工作电压UWRM一般一般是是UBR的一半。的一半。28第二十八页，共93页。3.反向反向(fn xin)电流电流 IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流

21、。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此此(ync)反向电流越小越好。反向电流受反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。大几十到几百倍。以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。下面介绍两个护等等。下面介绍两个(lin)交流参数。交流参数。29第二十九页，共93

22、页。4.微变电阻微变电阻(dinz)rDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二极管特性曲线上工是二极管特性曲线上工作作(gngzu)点点Q 附近电压附近电压的变化与电流的变化之比：的变化与电流的变化之比：显然，显然，rD是对是对Q附近的微小变附近的微小变化化(binhu)区域内的电阻。区域内的电阻。30第三十页，共93页。5.二极管的极间电容二极管的极间电容二极管的两极之间有电容，此电容由两部分二极管的两极之间有电容，此电容由两部分(b fen)(b fen)组成：势垒电容组成：势垒电容CBCB和扩散电容和扩散电容CDCD。势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压势垒电容：势垒区是积累空

23、间电荷的区域，当电压(diny)变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。表现出的电容是势垒电容。扩散电容：为了形成正向电流（扩散扩散电容：为了形成正向电流（扩散电流），注入电流），注入P P 区的少子（电子）在区的少子（电子）在P P 区有浓度差，越靠近区有浓度差，越靠近PNPN结浓度越大，结浓度越大，即在即在P P 区有电子的积累。同理，在区有电子的积累。同理，在N N区有空穴区有空穴(kn xu)(kn xu)的积累。正向电的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的流大，积累的电荷多。这样所产生的电

24、容就是扩散电容电容就是扩散电容CDCD。P+-N31第三十一页，共93页。CB在正向和反向在正向和反向(fn xin)偏置时均不能忽略。而反偏置时均不能忽略。而反向向(fn xin)偏置时，由于载流子数目很少，扩散电偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。容可忽略。PN结高频结高频(o pn)小信号时的等效小信号时的等效电路：电路：势垒电容和扩散电势垒电容和扩散电容的综合容的综合(zngh)效应效应rd32第三十二页，共93页。二极管：死区电压二极管：死区电压(diny)=0.5V，正向压降，正向压降0.7V(硅二极硅二极管管)理想二极管：死区电压理想二极管：死区电压(diny)=0，正向

25、压降，正向压降=0 RLuiuouiuott二极管的应用二极管的应用(yngyng)举例举例1：二极管半波整流：二极管半波整流33第三十三页，共93页。二极管的应用二极管的应用(yngyng)举例举例2：tttuiuRuoRRLuiuRuo34第三十四页，共93页。1.3.1 稳压稳压(wn y)二极管二极管UIIZIZmax UZ IZ稳稳压压(wn y)误误差差曲线曲线(qxin)越陡，越陡，电压越电压越稳定。稳定。+-UZ动态电阻：动态电阻：rz越小，稳越小，稳压性能越好。压性能越好。1.3 特殊二极管特殊二极管35第三十五页，共93页。（4）稳定）稳定(wndng)电流电流IZ、最大、

26、最小稳定、最大、最小稳定(wndng)电流电流Izmax、Izmin。（5）最大允许）最大允许(ynx)功耗功耗稳压稳压(wn y)二极管的参数二极管的参数:（1）稳定电压稳定电压 UZ（2）电压温度系数电压温度系数 U（%/）稳压值受温度变化影响的的系数。稳压值受温度变化影响的的系数。（3）动态电阻）动态电阻36第三十六页，共93页。负载电阻负载电阻 。要求要求(yoqi)当输入电压由当输入电压由正常值发生正常值发生20%波动时，负载电压基本不变。波动时，负载电压基本不变。稳压二极管的应用稳压二极管的应用(yngyng)举例举例uoiZDZRiLiuiRL稳压管的技术参数稳压管的技术参数:解

27、：令输入电压解：令输入电压(diny)达到上限时，流过稳压管达到上限时，流过稳压管的电流为的电流为Izmax。求：求：电阻电阻R和输入电压和输入电压 ui 的正常值。的正常值。方程方程137第三十七页，共93页。令输入令输入(shr)电压降到电压降到下限时，流过稳压管的电下限时，流过稳压管的电流为流为Izmin。方程方程(fngchng)2uoiZDZRiLiuiRL联立方程联立方程(lin l fn chn)1、2，可解得：，可解得：38第三十八页，共93页。1.3.2 光电二极管光电二极管反向电流随光照强度的增加反向电流随光照强度的增加(zngji)而上升。而上升。IU照度增加照度增加39

28、第三十九页，共93页。1.3.3 发光发光(f un)二极管二极管有正向电流有正向电流(dinli)流过时，流过时，发出一定波长范围的发出一定波长范围的光，目前的发光管可光，目前的发光管可以发出从红外到可见以发出从红外到可见波段的光，它的电特波段的光，它的电特性与一般二极管类似。性与一般二极管类似。40第四十页，共93页。1.4.1 基本基本(jbn)结构结构BECNNP基极基极(j j)发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型1.4 半导体三极管半导体三极管41第四十一页，共93页。BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：

29、较薄，掺杂掺杂(chn z)浓度低浓度低集电区：集电区：面积面积(min j)较大较大发射区：掺发射区：掺杂浓度杂浓度(nngd)较高较高42第四十二页，共93页。BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结43第四十三页，共93页。1.4.2 电流电流(dinli)放大原理放大原理BECNNPEBRBECIE基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散可的扩散可忽略。忽略。IBE进入进入(jnr)P区区的电子少部分的电子少部分与基区的空穴与基区的空穴复合，形成电复合，形成电流流IBE ，多数，多数扩散到集电结。扩散到集电结。发射结发射结正偏，正偏，发射区发射区电子不电子不断

30、断(bdun)向基区向基区扩散，扩散，形成发形成发射极电射极电流流IE。44第四十四页，共93页。BECNNPEBRBECIE集电结反偏，集电结反偏，有少子形成有少子形成(xngchng)的的反向电流反向电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE从基区扩从基区扩散来的电散来的电子作为集子作为集电结的少电结的少子子(sho z)，漂移，漂移进入集电进入集电结而被收结而被收集，形成集，形成ICE。45第四十五页，共93页。IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE46第四十六页，共93页。ICE与与IBE之

31、比称为电流之比称为电流(dinli)放大倍数放大倍数要使三极管能放大电流要使三极管能放大电流(dinli)，必须使发射，必须使发射结正偏，集电结反偏。结正偏，集电结反偏。47第四十七页，共93页。BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管48第四十八页，共93页。1.4.3 特性特性(txng)曲线曲线ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 实验实验(shyn)线路线路49第四十九页，共93页。一、输入一、输入(shr)特性特性UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作工作(gngzu)压降：压降：硅管硅管UBE 0.60.7

32、V,锗管锗管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE=0.5V 死区电压死区电压(diny)，硅管，硅管0.5V，锗，锗管管0.2V。50第五十页，共93页。二、二、输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域此区域满足满足(mnz)IC=IB称为线称为线性区性区（放大（放大区）。区）。当当UCE大于大于一定的数值一定的数值(shz)时，时，IC只与只与IB有有关，关，IC=IB。51第五十一页，共93页。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE

33、 UBE,集电集电结正偏，结正偏，IBIC，UCE 0.3V称为称为(chn wi)饱和饱和区。区。52第五十二页，共93页。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE0.3V(3)截止区：截止区：UBE 死区电压，死区电压，IB=0，IC=ICEO 0 54第五十四页，共93页。例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作晶体管的静态工作(gngzu)点点Q位位于哪个区？于哪个区？当当USB=-2V时：时：ICU

34、CEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0，IC=0IC最大饱和电流：最大饱和电流：Q位于位于(wiy)截截止区止区 55第五十五页，共93页。例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管的静态晶体管的静态(jngti)工作工作点点Q位位于哪个区？于哪个区？IC ICmax(=2mA)，Q位于位于(wiy)放大区。放大区。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB=2V时：时：56第五十六页，共93页。USB=5V时时:例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管

35、的静态工作晶体管的静态工作(gngzu)点点Q位位于哪个区？于哪个区？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于饱和区，此时位于饱和区，此时(c sh)IC 和和IB 已不是已不是 倍的关系。倍的关系。57第五十七页，共93页。三、主要参数三、主要参数前面的电路前面的电路(dinl)中，三极管的发射极是输入中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共集接法。共射直流电流放共射直流电流放(lifng)大倍数：大倍数：工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交

36、流信号。基极电流上的交流信号。基极电流(dinli)(dinli)的变化量为的变化量为IBIB，相应的集电极电流，相应的集电极电流(dinli)(dinli)变化为变化为ICIC，则交流电流，则交流电流(dinli)(dinli)放大倍数为：放大倍数为：1.电流放大倍数电流放大倍数和和 58第五十八页，共93页。例：例：UCE=6V时时：IB=40 A,IC=1.5 mA；IB=60 A,IC=2.3 mA。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：=59第五十九页，共93页。2.集集-基极反向基极反向(fn xin)截止电流截止电流ICBO AICBOICBO是集是集电

37、结电结反偏反偏由少由少子的子的漂移漂移(pio y)形形成的成的反向反向电流，电流，受温受温度的度的变化变化影响。影响。60第六十页，共93页。BECNNPICBOICEO=IBE+ICBO IBE IBEICBO进入进入(jnr)N区，区，形成形成IBE。根据放大关系根据放大关系(gun x(gun x)，由，由于于IBEIBE的存在，的存在，必有电流必有电流 IBEIBE。集电结反集电结反偏有偏有ICBO3.集集-射极反向截止射极反向截止(jizh)电流电流ICEOICEO受温度影响受温度影响很大，当温度上很大，当温度上升时，升时，ICEO增加增加很快，所以很快，所以IC也也相应增加。相应

38、增加。三极三极管的温度特性较管的温度特性较差差。61第六十一页，共93页。4.集电极最大电流集电极最大电流(dinli)ICM集电极电流集电极电流(dinli)IC(dinli)IC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 值下降到正常值的三分之二时值下降到正常值的三分之二时的集电极电流的集电极电流(dinli)(dinli)即为即为ICMICM。5.集集-射极反向击穿射极反向击穿(j chun)电压电压当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCE超过一定的数值时，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三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25 C、基极开路

39、时的击穿电压基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。62第六十二页，共93页。6.集电极最大允许集电极最大允许(ynx)功耗功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管，所发出所发出(fch)的焦耳的焦耳 热为：热为：PC=ICUCE 必定导致结温必定导致结温 上升上升(shngshng)，所以所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区63第六十三页，共93页。场效应管与双极型晶体管不同，它是多子场效应管与双极型晶体管不同，它是多子(du z)导电，输入阻抗高，温度稳定性好。导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效

40、应管结型场效应管JFET绝缘绝缘(juyun)栅型场效应栅型场效应管管MOS场效应管有两种场效应管有两种:1.5 场效应晶体管场效应晶体管64第六十四页，共93页。N基底基底(j d)：N型半型半导体导体PP两边两边(lingbin)是是P区区G(栅极栅极(shn j)S源极源极D漏极漏极一、结构一、结构1.5.1 结型场效应管结型场效应管:导电沟道导电沟道65第六十五页，共93页。NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道沟道(u do)结型场结型场效应管效应管DGSDGS66第六十六页，共93页。PNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道沟道(u do)结型场效结型场效应管应管DG

41、SDGS67第六十七页，共93页。二、工作原理二、工作原理(yunl)（以（以P沟沟道为例）道为例）UDS=0V时时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，结反偏，UGS越大则耗尽越大则耗尽(ho jn)区越宽，导电区越宽，导电沟道越窄。沟道越窄。68第六十八页，共93页。PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时时NNUGS越大耗尽越大耗尽(ho jn)区越宽，沟道越窄，电区越宽，沟道越窄，电阻越大。阻越大。但当但当UGS较小时，耗尽较小时，耗尽(ho jn)区宽度有限，区宽度有限，存在导电沟道。存在导电沟道。DS间相间相当于线性电阻。当于线性电阻。69第六十九页，共93页。PGSDUD

42、SUGSNNUDS=0时时UGS达到达到(d do)一定一定值时（夹断电压值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使间被夹断，这时，即使UDS 0V，漏极电流，漏极电流ID=0A。ID70第七十页，共93页。PGSDUDSUGSUGS0、UGDVP时耗尽时耗尽(ho jn)区的区的形状形状NN越靠近越靠近(kojn)漏漏端，端，PN结反压越结反压越大大ID71第七十一页，共93页。PGSDUDSUGSUGSVp且且UDS较大时较大时UGDVP时耗尽时耗尽(ho jn)区的区的形状形状NN沟道中仍是电阻沟道中仍是电阻特性特性(txng)，但，但是是非线性电阻。

43、是是非线性电阻。ID72第七十二页，共93页。GSDUDSUGSUGSVp UGD=VP时时NN漏端的沟道被夹断漏端的沟道被夹断(ji dun)，称为予夹断，称为予夹断(ji dun)。UDS增大增大(zn d)则被夹断区向下延则被夹断区向下延伸。伸。ID73第七十三页，共93页。GSDUDSUGSUGS0时时UGS足够大时足够大时（UGSVT）感）感应出足够多电子，应出足够多电子，这里出现以电子这里出现以电子导电为主的导电为主的N型型导电沟道。导电沟道。感应感应(gnyng)出电子出电子VT称为称为(chn wi)阈值电压阈值电压85第八十五页，共93页。UGS较小时，导较小时，导电电(do

44、din)沟道沟道相当于电阻将相当于电阻将D-S连接起来，连接起来，UGS越大此电阻越大此电阻越小。越小。PNNGSDUDSUGS86第八十六页，共93页。PNNGSDUDSUGS当当UDS不太不太大时，导电大时，导电沟道沟道(u do)在两个在两个N区间是均区间是均匀的。匀的。当当UDS较较大大(jio d)时，靠近时，靠近D区的导区的导电沟道变电沟道变窄。窄。87第八十七页，共93页。PNNGSDUDSUGS夹断后，即夹断后，即使使UDS 继续增继续增加，加，ID仍呈恒仍呈恒流特性流特性。IDUDS增加，增加，UGD=VT 时，靠近时，靠近(kojn)D端端的沟道被夹断，称为的沟道被夹断，称

45、为予夹断。予夹断。88第八十八页，共93页。三、增强型三、增强型N沟道沟道(u do)MOS管的特性曲管的特性曲线线转移特性转移特性(txng)曲线曲线0IDUGSVT89第八十九页，共93页。输出特性曲线输出特性曲线(qxin)IDU DS0UGS090第九十页，共93页。四、耗尽型四、耗尽型N沟道沟道(u do)MOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道时就有导电沟道(u do)，加反向电压才能夹断。加反向电压才能夹断。转移特性转移特性(txng)曲线曲线0IDUGSVT91第九十一页，共93页。输出特性曲线输出特性曲线(qxin)IDU DS0UGS=0UGS092第九十二页，共93页。电子电子(dinz)技术技术第一章 结束(jish)模拟电路模拟电路(dinl)部分部分93第九十三页，共93页。