半导体晶体管和场效应管.ppt

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1、电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用第第1章章 半导体晶体管和场效应管半导体晶体管和场效应管本章小结本章小结第第3节节 绝缘栅场效应晶体管绝缘栅场效应晶体管第第2节节 晶体三极管与交流放大法电路晶体三极管与交流放大法电路第第1节节 半导体的基础知识半导体的基础知识第第1 1章章 半导体晶体管和场效应管半导体晶体管和场效应管 电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术1.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识1.1.1 物理基础物理基础1.1.2 本征半导体本征半导体1.1.3 杂质半导体杂质半导体1.1.4 PN结结电工技术基础与工程应用电工

2、技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术 半导体半导体半导体半导体-导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。与导体的电阻率相比较，半导体的电阻率有以下特点：与导体的电阻率相比较，半导体的电阻率有以下特点：与导体的电阻率相比较，半导体的电阻率有以下特点：与导体的电阻率相比较，半导体的电阻率有以下特点：1 1对温度反映灵敏对温度反映灵敏对温度反映灵敏对温度反映灵敏(热敏性热敏性热敏性热敏性)2 2杂质的影响显著杂质的影响显著杂质的影响显著杂质的影响显著(掺杂性掺杂性掺杂性掺杂性)极

3、微量的杂质掺在半导体中，会引起电阻率的极大变极微量的杂质掺在半导体中，会引起电阻率的极大变极微量的杂质掺在半导体中，会引起电阻率的极大变极微量的杂质掺在半导体中，会引起电阻率的极大变化。化。化。化。3 3光照可以改变电阻率光照可以改变电阻率光照可以改变电阻率光照可以改变电阻率(光敏性光敏性光敏性光敏性)温度、杂质、光照对半导体电阻率的上述控制作用是温度、杂质、光照对半导体电阻率的上述控制作用是温度、杂质、光照对半导体电阻率的上述控制作用是温度、杂质、光照对半导体电阻率的上述控制作用是制作各种半导体器件的物理基础。制作各种半导体器件的物理基础。制作各种半导体器件的物理基础。制作各种半导体器件的物

4、理基础。1.1.1 1.1.1 物理基础物理基础 电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术1.1.2 1.1.2 本征半导体本征半导体半导体半导体半导体半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体 纯净的半导体。如硅、锗单晶体。纯净的半导体。如硅、锗单晶体。纯净的半导体。如硅、锗单晶体。纯净的半导体。如硅、锗单晶体。载流子载流子载流子载流子 自由运动的带电粒子。自由运动的带电粒子。自由运动的带电粒子。自由运动

5、的带电粒子。共价键共价键共价键共价键 相邻原子共有价电子所形成的束缚。相邻原子共有价电子所形成的束缚。相邻原子共有价电子所形成的束缚。相邻原子共有价电子所形成的束缚。+4+4+4+4硅硅(锗锗)的原子结构的原子结构Si2 8 4Ge2 8 18 4简化简化模型模型+4惯性核惯性核硅硅(锗锗)的共价键结构的共价键结构价电子价电子自自由由电电子子(束缚电子束缚电子)空空穴穴空穴空穴空穴可在共空穴可在共价键内移动价键内移动电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术本征激发：本征激发：本征激发：本征激发：复复复复 合：合：合：合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合

6、成对消自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。失的过程。失的过程。失的过程。漂漂漂漂 移：移：移：移：自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位

7、的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位(空穴空穴空穴空穴)的过程。的过程。的过程。的过程。1.1.2 1.1.2 本征半导体本征半导体电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术两种载流子两种载流子两种载流子两种载流子电子电子电子电子(自由电子自由电子自由电子自由电子)空穴空穴空穴空穴两种载流子的运动两种载流子的运动两种载流子的运动两种载流子的运动自由电子自由电子自由电子自由电子(在共价键以外在共价键以外在共价键以外在共价键以外)的运动的运动的运动的运动空穴空穴空穴空穴(在共价键以内在共价键以内在共价键以内在

8、共价键以内)的运动的运动的运动的运动半导体的导电特征半导体的导电特征半导体的导电特征半导体的导电特征IIPINI=IP+IN+电子和空穴两种电子和空穴两种载流子参与导电载流子参与导电 在外电场的作在外电场的作在外电场的作在外电场的作用下，自由电子逆用下，自由电子逆用下，自由电子逆用下，自由电子逆着电场方向定向运着电场方向定向运着电场方向定向运着电场方向定向运动形成电子电流动形成电子电流动形成电子电流动形成电子电流IN IN。空穴顺着电场方。空穴顺着电场方。空穴顺着电场方。空穴顺着电场方向移动，形成空穴向移动，形成空穴向移动，形成空穴向移动，形成空穴电流电流电流电流IP IP。1.1.2 1.1

9、.2 本征半导体本征半导体电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术 本征本征本征本征半导体中由于半导体中由于半导体中由于半导体中由于载流子数量极少载流子数量极少载流子数量极少载流子数量极少，导电导电导电导电能力能力能力能力很很很很弱弱弱弱。如果有控制、有选择地。如果有控制、有选择地。如果有控制、有选择地。如果有控制、有选择地掺入掺入掺入掺入微量的有用微量的有用微量的有用微量的有用杂质杂质杂质杂质（某（某（某（某种元素），将使其种元素），将使其种元素），将使其种元素），将使其导电能力大大增强导电能力大大增强导电能力大大增强导电能力大大增强，成为具有特定，成

10、为具有特定，成为具有特定，成为具有特定导电性能的导电性能的导电性能的导电性能的杂质半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体。1.1.3 1.1.3 杂质半导体杂质半导体电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术1.1.本征半导体中电子空穴成对出现本征半导体中电子空穴成对出现本征半导体中电子空穴成对出现本征半导体中电子空穴成对出现,且数量少；且数量少；且数量少；且数量少；2.2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；3.3.本征半导体导电能力

11、弱，并与温度、光照等外本征半导体导电能力弱，并与温度、光照等外本征半导体导电能力弱，并与温度、光照等外本征半导体导电能力弱，并与温度、光照等外 界条件界条件界条件界条件有关。有关。有关。有关。结论结论电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术1 1、N N 型半导体型半导体在硅或锗的晶体中掺入五价元在硅或锗的晶体中掺入五价元在硅或锗的晶体中掺入五价元在硅或锗的晶体中掺入五价元 素磷。素磷。素磷。素磷。N 型型磷原子磷原子自由电子自由电子电子为电子为多多数载流数载流子子空穴为空穴为少少数载流数载流子子载流子数载流子数 电子数电子数+5+4+4+4+4+4正离

12、子正离子多数载多数载流子流子少数载少数载流子流子N N 型半导体的简化图示型半导体的简化图示型半导体的简化图示型半导体的简化图示电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术P 型型硼原子硼原子空穴空穴空穴空穴 多子多子电子电子 少子少子载流子数载流子数 空穴数空穴数2 2、P P 型半导体型半导体在硅或锗的晶体中掺入三价元在硅或锗的晶体中掺入三价元在硅或锗的晶体中掺入三价元在硅或锗的晶体中掺入三价元 素硼。素硼。素硼。素硼。+4+4+4+4+4+3P型半导体的简化图示型半导体的简化图示多数载多数载流子流子少数载少数载流子流子负离子负离子电工技术基础与工程应用

13、电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术1.1.4 PN1.1.4 PN结结 二、复合使交界面形成空间电荷区二、复合使交界面形成空间电荷区二、复合使交界面形成空间电荷区二、复合使交界面形成空间电荷区 空间电荷区特点空间电荷区特点空间电荷区特点空间电荷区特点:无载流子、阻止扩散进行、利于少子的无载流子、阻止扩散进行、利于少子的无载流子、阻止扩散进行、利于少子的无载流子、阻止扩散进行、利于少子的漂移。漂移。漂移。漂移。(耗尽层耗尽层)三、三、三、三、扩散和漂移达到动态平衡扩散和漂移达到动态平衡扩散和漂移达到动态平衡扩散和漂移达到动态平衡扩散电流扩散电流扩散电流扩散电流 等于漂移电

14、流，总电流等于漂移电流，总电流等于漂移电流，总电流等于漂移电流，总电流 I=0I=0。内电场内电场扩散扩散扩散扩散运动：由运动：由运动：由运动：由浓度差浓度差浓度差浓度差引起的载流子运动。引起的载流子运动。引起的载流子运动。引起的载流子运动。漂移漂移漂移漂移运动：载流子在运动：载流子在运动：载流子在运动：载流子在电场力电场力电场力电场力作用下引起的运动作用下引起的运动作用下引起的运动作用下引起的运动。1.PN1.PN结的形成结的形成结的形成结的形成一、载流子的浓度差引起多子的扩散一、载流子的浓度差引起多子的扩散一、载流子的浓度差引起多子的扩散一、载流子的浓度差引起多子的扩散电工技术基础与工程应

15、用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术一、加正向电压一、加正向电压一、加正向电压一、加正向电压(正向偏置正向偏置正向偏置正向偏置)导通导通导通导通P 区区N 区区内电场内电场+UR外电场外电场外电场使多子向外电场使多子向外电场使多子向外电场使多子向 PN PN 结移动结移动结移动结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄。中和部分离子使空间电荷区变窄。中和部分离子使空间电荷区变窄。中和部分离子使空间电荷区变窄。I限流电阻限流电阻扩散运动加强形成正向电流扩散运动加强形成正向电流扩散运动加强形成正向电流扩散运动加强形成正向电流 I I。I=I多子多子 I少子少子 I多子多子二、加反

16、向电压二、加反向电压二、加反向电压二、加反向电压(反向偏置反向偏置反向偏置反向偏置)截止截止截止截止P 区区N 区区 +UR内电场内电场外电场外电场外电场使少子背离外电场使少子背离外电场使少子背离外电场使少子背离 PN PN 结移动，结移动，结移动，结移动，空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。IPN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;反偏截止，电阻很大，电流近似为零。反偏截止，电阻很大，电流近似为零。漂移运动加强形成反向电流漂移运动加强形成反向电流漂移运动加强形成反向电流漂移运动加强形成反向电流 I II=I少

17、子少子 02 PN2 PN结的单向导电性结的单向导电性电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术PNPN结两端电压和流经结两端电压和流经结两端电压和流经结两端电压和流经PNPN结的电流之间有如下关系结的电流之间有如下关系结的电流之间有如下关系结的电流之间有如下关系式中，式中，式中，式中，是反向饱和电流，是反向饱和电流，是反向饱和电流，是反向饱和电流，UT=kT/qUT=kT/q是温度电压当量，是温度电压当量，是温度电压当量，是温度电压当量，T T是热是热是热是热力学温度，力学温度，力学温度，力学温度，q q是电子的电量，在是电子的电量，在是电子的电量，在是

18、电子的电量，在T T为为为为300 K300 K时，时，时，时，UT26 mVUT26 mV。4 4PNPN结的反向击穿结的反向击穿结的反向击穿结的反向击穿当反向电压超过某一数值后，反向电流会急剧增加，这种现象当反向电压超过某一数值后，反向电流会急剧增加，这种现象当反向电压超过某一数值后，反向电流会急剧增加，这种现象当反向电压超过某一数值后，反向电流会急剧增加，这种现象称为反向击穿。称为反向击穿。称为反向击穿。称为反向击穿。3 PN3 PN结方程结方程电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术1.2 1.2 晶体二极管晶体二极管1.2.1 1.2.1 基本

19、结构基本结构基本结构基本结构1.2.2 1.2.2 伏安特性伏安特性伏安特性伏安特性1.2.3 1.2.3 主要参数主要参数主要参数主要参数1.2.4 1.2.4 特殊二极管特殊二极管特殊二极管特殊二极管电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术1.2.1 1.2.1 基本结构基本结构构成：构成：PN结结+引线引线+管壳管壳=二极管二极管(Diode)符号：符号：分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型点接触型点接触型正极正极引线引线触丝触丝N型锗片型锗片外壳外壳负极负极引线引线负极引线负

20、极引线 面接触型面接触型N型锗型锗PN结结 正极引线正极引线铝合金铝合金小球小球底座底座金锑金锑合金合金平面型平面型正极正极引线引线负极负极引线引线集成电路中平面型集成电路中平面型pNP型支持衬底型支持衬底电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术1.2.2 1.2.2 伏安特性伏安特性OuD/ViD/mA正向特性正向特性Uth死区死区电压电压iD=0Uth=0.5 V 0.1 V(硅管硅管)(锗管锗管)U UthiD 急剧上升急剧上升0 U Uth 反向特性反向特性U(BR)

21、反反向向击击穿穿U（BR)U 0 iD 0.1 A(硅硅)几十几十 A(锗锗)U EB EB 发射结正偏发射结正偏发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6 A1.1.测量结果测量结果IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA 0.0010.501.001.602.202.90IE/mA 0.0010.511.021.632.242.95IC/IB5050535558IC/IB50606070(1)符合符合KCL定律定律(2)IC

22、和和IE比比IB大得多大得多(3)IB 很小的变化可以引起很小的变化可以引起 IC很很大的变化。大的变化。即：基极电流对集电极电流即：基极电流对集电极电流即：基极电流对集电极电流即：基极电流对集电极电流具有小量控制大量的作用，这具有小量控制大量的作用，这具有小量控制大量的作用，这具有小量控制大量的作用，这就是晶体管的放大作用。就是晶体管的放大作用。就是晶体管的放大作用。就是晶体管的放大作用。电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术2.2.晶体管内部载流子的运动规律晶体管内部载流子的运动规律(1)(1)发射区向基区注入多子电子，发射区向基区注入多子电子，发

23、射区向基区注入多子电子，发射区向基区注入多子电子，形成发射极电流形成发射极电流形成发射极电流形成发射极电流 IEIE。I CE多数向多数向多数向多数向 BC BC 结方向扩散形成结方向扩散形成结方向扩散形成结方向扩散形成ICEICE。IE少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成 IBE IBE。I BE基区空基区空基区空基区空穴来源穴来源穴来源穴来源基极电源提供基极电源提供基极电源提供基极电源提供(IB)(IB)集电区少子漂移集电区少子漂移集电区少子漂移集电区少子漂移(ICBO)(ICBO)I CBOIBIBE IB+ICBO即：即：即：即：IB=IBE

24、 IB=IBE ICBO ICBO (3)(3)集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流 ICICICI C=ICE +ICBO(2)(2)电子到达基区后电子到达基区后电子到达基区后电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略)电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术3.3.晶体管的电流分配关系晶体管的电流分配关系 当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电

25、结面当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：积等确定，故电流的比例关系确定，即：积等确定，故电流的比例关系确定，即：积等确定，故电流的比例关系确定，即：IB=I BN ICBO IC=ICN +ICBO(直流电流放大倍数）直流电流放大倍数）总结：总结：总结：总结：1.1.晶体管在发射结正向偏置、集电结晶体管在发射结正向偏置、集电结晶体管在发射结正向偏置、集电结晶体管在发射结正向偏置、集电结反向偏置的条件下具有电流放大作用。反向偏置的条件下具有电流放大

26、作用。反向偏置的条件下具有电流放大作用。反向偏置的条件下具有电流放大作用。2.2.晶体管的电流放大作用，实质上是晶体管的电流放大作用，实质上是晶体管的电流放大作用，实质上是晶体管的电流放大作用，实质上是基极电流对集电极电流的控制作用。基极电流对集电极电流的控制作用。基极电流对集电极电流的控制作用。基极电流对集电极电流的控制作用。电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术1.3.3 1.3.3 特性曲线特性曲线1.1.输入特性输入特性输入特性输入特性输入输入回路回路输出输出回路回路与二极管特性相似与二极管特性相似与二极管特性相似与二极管特性相似RCECiBI

27、ERB+uBE+uCE EBCEBiC+iBRB+uBE EB+O特性基本重合特性基本重合特性基本重合特性基本重合(电流分配关系确定电流分配关系确定电流分配关系确定电流分配关系确定)特性右移特性右移特性右移特性右移(因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子)导通电压导通电压导通电压导通电压 UBEUBESi Si 管管管管:(0.6:(0.6 0.8)V0.8)VGeGe管管管管:(0.2:(0.2 0.3)V 0.3)V取取 0.7 V取取 0.2 VEB+RB电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术2.2.输出

28、特性输出特性 1.1.调整调整调整调整RBRB使基极电流为某使基极电流为某使基极电流为某使基极电流为某一数值。一数值。一数值。一数值。2.2.基极电流不变，调整基极电流不变，调整基极电流不变，调整基极电流不变，调整ECEC测量集电极电流和测量集电极电流和测量集电极电流和测量集电极电流和uCE uCE 电电电电压。压。压。压。输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线50 A40 A30 A10 AIB=020 AuCE/VO 2 4 6 8 4321iC/mAmAICECIBRBEBCEB3DG6 ARCV+uCE 电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电

29、子技术术iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 4321（1）截止区：）截止区：IB 0 IC=ICEO 0条件：条件：两个结反偏两个结反偏（2 2）放大区：放大区：放大区：放大区：（3 3）饱和区：饱和区：饱和区：饱和区：uCE u BEuCB=uCE u BE 0条件：两个结正偏条件：两个结正偏条件：两个结正偏条件：两个结正偏特点：特点：特点：特点：I C I C IB IB临界饱和时：临界饱和时：临界饱和时：临界饱和时：uCE=uBEuCE=uBE深度饱和时：深度饱和时：深度饱和时：深度饱和时：0.3 V(硅管硅管)U CEU CE为：为：

30、为：为：0.1 V(锗管锗管)放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区条件：发射结正偏条件：发射结正偏条件：发射结正偏条件：发射结正偏 集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏特点：水平、等间隔特点：水平、等间隔特点：水平、等间隔特点：水平、等间隔ICEO输出特性曲线输出特性曲线电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术iC/mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB=00 2 4 6 8 4321一般为几十一般为几十 几百几百Q2.2.穿透电流穿透电流穿透电流穿透电流是指基极开路是指基极开路是指基极开路是指基极开路(IB=0)(IB=0)时

31、，集电极到发射极间的电流。时，集电极到发射极间的电流。时，集电极到发射极间的电流。时，集电极到发射极间的电流。1.3.4 1.3.4 主要参数主要参数1.1.放大系数放大系数放大系数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 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电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术3.ICM 3.ICM 集电极最大允许电流，超过时集电极最大允许电流，超过时集电极最大允许电流，超过时集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。值明显降低。值明显降低。值明显降低。5.PCM 5.PCM

32、 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PC=IC UCE。4.U(BR)CEO 4.U(BR)CEO 基极开路时基极开路时基极开路时基极开路时 C C、E E极间反向击穿电压。极间反向击穿电压。极间反向击穿电压。极间反向击穿电压。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 区区电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术 1.4 1.4 场效应管场效应管 场效应管也称做场效应管也称做场效应管也称做场效应管也称做MOSMOS管，按其结构不同，分为结型场效应晶管，按其结构不同，分为结型

33、场效应晶管，按其结构不同，分为结型场效应晶管，按其结构不同，分为结型场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管两种类型。体管和绝缘栅场效应晶体管两种类型。体管和绝缘栅场效应晶体管两种类型。体管和绝缘栅场效应晶体管两种类型。增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道 P P沟道沟道沟道沟道FETFET分类：分类：分类：分类：绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管结型场效应管结型场效应管结型场效应管结型场效应管 场效应管（场效应管（场效应管（场效应管（Field Effect TransistorField Effect Transistor简称简称简称简称

34、FETFET）是一种电压控制）是一种电压控制）是一种电压控制）是一种电压控制器件器件器件器件(uGS iD)(uGS iD)，工作时，只有一种载流子参与导电，因此它是单，工作时，只有一种载流子参与导电，因此它是单，工作时，只有一种载流子参与导电，因此它是单，工作时，只有一种载流子参与导电，因此它是单极型器件。极型器件。极型器件。极型器件。FETFET因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。高等优点，得到了广泛应用。高等

35、优点，得到了广泛应用。高等优点，得到了广泛应用。电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术1.4.1 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管 绝缘栅型场效应管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)(Metal Oxide Semiconductor FET)，简称，简称，简称，简称MOSFETMOSFET。分为：。分为：。分为：。分为：增强型增强型增强型增强型 N N沟道、沟道、沟道、沟道、P P沟道沟道沟道沟道 耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型 N N沟道、沟道、沟道、沟道、P P沟道沟道沟道沟道

36、1.1.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 （1 1）结构结构结构结构 4 4个电极：漏极个电极：漏极个电极：漏极个电极：漏极D D，源极源极源极源极S S，栅极，栅极，栅极，栅极GG和和和和 衬底衬底衬底衬底B B。符号：符号：电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术 当当当当uGSuGS0V0V时时时时纵向电纵向电纵向电纵向电场场场场将靠近栅极下方的空穴将靠近栅极下方的空穴将靠近栅极下方的空穴将靠近栅极下方的空穴向下排斥向下排斥向下排斥向下排斥耗尽层。耗尽层。耗尽层。耗尽层。（2 2）工作原理）工作原理

37、当当当当uGS=0VuGS=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，在二极管，在二极管，在d d、s s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。再增加再增加再增加再增加uGSuGS纵向电场纵向电场纵向电场纵向电场 将将将将P P区少子电子聚集到区少子电子聚集到区少子电子聚集到区少子电子聚集到P P区表面区表面区表面区表面形成导电沟道，形成导电沟道，形成导电沟道，形成导电沟道，如果此

38、时加有漏源电压，就如果此时加有漏源电压，就如果此时加有漏源电压，就如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流可以形成漏极电流可以形成漏极电流可以形成漏极电流idid。栅源电压栅源电压栅源电压栅源电压uGSuGS的控制作用的控制作用的控制作用的控制作用电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术 定义：定义：定义：定义：开启电压（开启电压（开启电压（开启电压（UTUT）刚刚产生沟道所需的刚刚产生沟道所需的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栅源电压栅源电压UGSUGS。N N沟道增强型沟道增强型沟道增强型沟道增强型MOSMOS管的基本特性：管的基

39、本特性：管的基本特性：管的基本特性：uGS uGS UTUT，管子截止，管子截止，管子截止，管子截止，uGS uGS UTUT，管子导通。，管子导通。，管子导通。，管子导通。uGS uGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压越大，沟道越宽，在相同的漏源电压越大，沟道越宽，在相同的漏源电压越大，沟道越宽，在相同的漏源电压uDSuDS作用下，作用下，作用下，作用下，漏极电流漏极电流漏极电流漏极电流IDID越大。越大。越大。越大。电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术漏源电压漏源电压漏源电压漏源电压uDSuDS对漏极电流对漏极电流对漏极电流对漏极电流idid的

40、控制作用的控制作用的控制作用的控制作用当当uGSuGSUTUT，且固定为某一值时，来分析漏源电，且固定为某一值时，来分析漏源电压压VDSVDS对漏极电流对漏极电流IDID的影响。（设的影响。（设UT=2VUT=2V，uGS=4VuGS=4V）（a a）uds=0uds=0时，时，时，时，id=0id=0。（b b）uds iduds id；同时沟道靠漏区变窄。同时沟道靠漏区变窄。同时沟道靠漏区变窄。同时沟道靠漏区变窄。（c c）当）当）当）当udsuds增加到使增加到使增加到使增加到使ugd=UTugd=UT时，时，时，时，沟道靠漏区夹断，称为预夹断。沟道靠漏区夹断，称为预夹断。沟道靠漏区夹断

41、，称为预夹断。沟道靠漏区夹断，称为预夹断。（d d）udsuds再增加，预夹断区再增加，预夹断区再增加，预夹断区再增加，预夹断区加长，加长，加长，加长，udsuds增加的部分基本降增加的部分基本降增加的部分基本降增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，落在随之加长的夹断沟道上，落在随之加长的夹断沟道上，落在随之加长的夹断沟道上，idid基本不变。基本不变。基本不变。基本不变。电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术输出特性曲线输出特性曲线 电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术 转移特性曲线转移特性曲线电工技术

42、基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术 一个重要参数一个重要参数跨导跨导gmgm：gm=gm=iD/iD/uGSuGS uDS=const (uDS=const (单位单位单位单位mS)mS)gm gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。在转移特性曲线上，在转移特性曲线上，在转移特性曲线上，在转移特性曲线上，gmgm为的曲线的斜率。为的曲线的斜率。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在输

43、出特性曲线上也可求出在输出特性曲线上也可求出gmgm。电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术 2 2耗尽型绝缘栅场效应管耗尽型绝缘栅场效应管特点：特点：特点：特点：当当当当uGS=0uGS=0时，就有沟道，加入时，就有沟道，加入时，就有沟道，加入时，就有沟道，加入uDSuDS，就有，就有，就有，就有iDiD。当当当当uGSuGS0 0时，沟道增宽，时，沟道增宽，时，沟道增宽，时，沟道增宽，iDiD进一步增加。进一步增加。进一步增加。进一步增加。当当当当uGSuGS0 0时，沟道变窄，时，沟道变窄，时，沟道变窄，时，沟道变窄，iDiD减小。减小。减小。减

44、小。定义：定义：夹断电压（夹断电压（UP）沟道刚刚消失所需的栅源电压沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术N N沟道耗尽型场效应管的特性曲线沟道耗尽型场效应管的特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出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电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术 跨导（跨导（跨导（跨导（gmgm）是当漏）是当漏）是当漏）是当漏源电压源电压源电压源电压UDSUDS为常数时，漏极电为常数时，漏极电为常数时，漏极电为常数时，漏极电流的增量流的增

45、量流的增量流的增量IDID对引起这一变化的栅对引起这一变化的栅对引起这一变化的栅对引起这一变化的栅源电压源电压源电压源电压UDSUDS的比值，的比值，的比值，的比值，即即即即 ：跨导是衡量场效应晶体管栅跨导是衡量场效应晶体管栅跨导是衡量场效应晶体管栅跨导是衡量场效应晶体管栅源电压对漏极电流控制源电压对漏极电流控制源电压对漏极电流控制源电压对漏极电流控制能力的一个重要参数，它的单位是能力的一个重要参数，它的单位是能力的一个重要参数，它的单位是能力的一个重要参数，它的单位是A/VA/V或或或或mA/VmA/V。跨导跨导电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术

46、1 1半导体有自由电子和空穴两种载流子参与导电。半导体有自由电子和空穴两种载流子参与导电。半导体有自由电子和空穴两种载流子参与导电。半导体有自由电子和空穴两种载流子参与导电。2 2PNPN结零偏时扩散运动和漂移运动达到动态平衡。结零偏时扩散运动和漂移运动达到动态平衡。结零偏时扩散运动和漂移运动达到动态平衡。结零偏时扩散运动和漂移运动达到动态平衡。PNPN结具结具结具结具有单向导电性。反偏电压超过反向击穿电压值后有单向导电性。反偏电压超过反向击穿电压值后有单向导电性。反偏电压超过反向击穿电压值后有单向导电性。反偏电压超过反向击穿电压值后PNPN结被反向结被反向结被反向结被反向击穿，单向导电性被破

47、坏。击穿，单向导电性被破坏。击穿，单向导电性被破坏。击穿，单向导电性被破坏。3 3二极管由二极管由二极管由二极管由PNPN结构成，硅二极管的正向导通电压结构成，硅二极管的正向导通电压结构成，硅二极管的正向导通电压结构成，硅二极管的正向导通电压UBE(on)UBE(on)0.7V0.7V，锗管，锗管，锗管，锗管UBE(on)0.2VUBE(on)0.2V。4 4普通二极管电路在大信号状态，将二极管等效为理想二普通二极管电路在大信号状态，将二极管等效为理想二普通二极管电路在大信号状态，将二极管等效为理想二普通二极管电路在大信号状态，将二极管等效为理想二极管。极管。极管。极管。5 5稳压二极管、发光

48、与光电二极管结构与普通二极管类似，稳压二极管、发光与光电二极管结构与普通二极管类似，稳压二极管、发光与光电二极管结构与普通二极管类似，稳压二极管、发光与光电二极管结构与普通二极管类似，均由均由均由均由PNPN结构成。但稳压二极管工作在反向击穿区，主要用途结构成。但稳压二极管工作在反向击穿区，主要用途结构成。但稳压二极管工作在反向击穿区，主要用途结构成。但稳压二极管工作在反向击穿区，主要用途是稳压。是稳压。是稳压。是稳压。本章小结本章小结电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术6三极管是具有放大作用的半导体器件，根据结构及工作三极管是具有放大作用的半导体器

49、件，根据结构及工作原理的不同可分为双极型和单极型。原理的不同可分为双极型和单极型。7晶体三极管是由两个晶体三极管是由两个PN结组成的有源三端器件，分为结组成的有源三端器件，分为NPN和和PNP两种类型，根据材料不同有硅管和错管之分。两种类型，根据材料不同有硅管和错管之分。8晶体三极管因偏置条件不同，有放大、截止、饱和三种晶体三极管因偏置条件不同，有放大、截止、饱和三种工作状态。工作状态。9晶体三极管的极限参数晶体三极管的极限参数ICM、PCM和和UBR（CEO），以），以防止三极管损坏或性能变劣。防止三极管损坏或性能变劣。10.场效应管有耗尽型和增强型，耗尽型在场效应管有耗尽型和增强型，耗尽型在uGS0时存在导时存在导电沟道，而增强型只有在栅源电压值大于开启电压后，才电沟道，而增强型只有在栅源电压值大于开启电压后，才会形成导电沟道。会形成导电沟道。电工技术基础与工程应用电工技术基础与工程应用-电子技术电子技术-电子技电子技术术