【教学课件】第8章半导体器件.ppt

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1、第第8章章 半导体器件半导体器件8.1二极管二极管8.2 双极型晶体管双极型晶体管8.3场效应晶体管场效应晶体管8.4光电器件光电器件8.1二极管二极管8.1.1PN结及其单向导电性纯净的半导体(称为本征半导体)中含有自由电子(带负电)和空穴(带正电)两种运载电荷的粒子载流子，自由电子和空穴的数量相等，整个半导体呈现电中性图8.1PN结(a)正向偏置(b)反向偏置图8.2PN结的单向导电性8.1.2二极管的特性和主要参数(a)图形符号(b)伏安特性图8.3二极管的图形符号和伏安特性二极管由一个PN结加电极引线和管壳构成。二极管可分为点接触型、面接触型和硅平面型等类型。按所用半导体材料，有硅二极

2、管和锗二极管等1.二极管的伏安特性二极管是一个非线性电阻元件，它的电流和电压之间不存在比例关系，电阻不是一个常数2.二极管的主要参数(1)最大正向电流(2)最高反向工作电压(3)反向电流(4)最高工作频率【例8.1】在图8.4中设二极管导通时的正向压降为0.7V，试分析D1、D2的工作情况并求值。图8.4题8.1的电路解：该电路中D2的阴极和US2的“”端、US1的“”端相连接，并作为电位参考点(零电位点)。D2的阳极和D1的阳极接在一起(a点)，故阳极电位Va相同。但阴极电位不相同，D1的阴极电位Vb=3V，D2的阴极电位Vc=0，故D1优先导通。因D1的正向压降为0.7V，故D1导通使a点

3、的电位，使D2的阳极电位低于阴极而截止。分析时也可以先假定将D2断开，得到，然后再将D2接入，此时D2承受反向电压，不会导通，故只能是D1导通。因而可得8.1.3稳压二极管(a)图形符号(b)伏安特性图8.5稳压二极管稳压二极管,具有稳定电压的作用.主要参数如下(1)稳定电压(2)动态电阻(3)最大稳定电流(4)最大耗散功率(5)电压温度系数8.2双极型晶体管8.2.1双极型晶体管的基本结构(a)NPN型(b)PNP型图8.7晶体管的结构示意和图形符号8.2.2双极型晶体管的工作原理图8.8共发射极电路中载流子的运动晶体管具有放大作用,晶体管内部条件制造时使基区很薄且杂质浓度远低于发射区等，外

4、部条件发射结正向偏置、集电结反向偏置8.2.3双极型晶体管的特性和主要参数1.共发射极输入和输出特性曲线图8.9共发射极接法时的电流和电压共发射极输入特性曲线是指以为参变量时，和之间的关系，即(a)输入特性(b)输出特性图8.10晶体管的输入和输出特性曲线输出特性曲线是以为参变量时，和之间的关系，即【例8.2】如图8.11(a)所示共发射极电路中，设时晶体管的的曲线如图8.11(b)所示。试求：(1)工作点为曲线上时的值；(2)工作点为曲线时的值。(a)(b)图8.11例8.2的电路和特性曲线解：(1)由图可知，点的，晶体管处于放大状态。根据闭合电路的欧姆定律(2)点的，晶体管处于饱和状态。此

5、时的值为由以上计算可知，当、为一定值时，增大能使晶体管的工作点沿曲线向左移动，从放大状态进入饱和状态。反之若原来处于饱和状态，则减少能脱离饱和状态进入放大状态2.主要参数(1)直流(静态)电流放大系数和交流(动态)电流放大系数(2)穿透电流(3)集电极最大允许电流(4)集电极最大允许耗散功率(5)集电极、发射极之间的反向击穿电压8.3场效应晶体管8.3.1场效应晶体管的基本结构(a)NMOS管(b)PMOS管图8.13场效应晶体管的结构示意图场效应晶体管是用一块掺杂浓度较低的P型硅片(图8.13(a)或者N型硅片(图8.13(b)作衬底，在P衬底上制成两个掺杂浓度很高的N型区(用表示)，或者在

6、N衬底上制成两个掺杂浓度很高的P型区(用表示)按导电沟道类型的不同，MOS场效应晶体管可分为N型沟道(Nchannel)MOS管和P型沟道(Pchannel)MOS管两种，分别简称为NMOS管和PMOS管(a)NMOS管符号(b)NMOS管符号(a)耗尽型(b)增强型图8.14N沟道MOS管的图形符号图8.15P沟道MOS管的图形符号按导电沟道形成方式的不同，MOS场效应晶体管又分为增强型(enhancementtype)和耗尽型(depletiontype)两种。8.3.2场效应晶体管的基本工作原理图8.16共源极电路8.3.3场效应晶体管的特性和主要参数1.特性曲线(a)输出特性(b)转移

7、特性图8.17N沟道耗尽型MOS管的特性曲线输出特性是指以为参变量时，和之间的关系，即转移特性是指以为参变量时，和之间的关系，即图8.18增强型MOS管的转移特性2.主要参数(1)夹断电压和开启电压是耗尽型MOS管的参数，是增强型MOS管的参数。(2)饱和漏极电流是耗尽型MOS管的参数。(3)栅源直流输入电阻。指栅源电压和栅极电流的值。MOS管的一般大于。(4)最大漏源击穿电压。指漏极和源极之间的击穿电压(漏区和衬底间的PN结反向击穿)，即开始急剧上升时的值。(5)最大漏极电流和最大耗散功率。(6)低频跨导。在为某一固定值时，漏极电流的微小变化和相应的栅源输入电压变化量之比，即8.4光电器件8

8、.4.1发光二极管1.基本结构(a)结构外形(b)电路图形符号图8.19发光二极管2.工作原理当发光二极管外加正向电压时，发光二极管正向导通，从N区扩散到P区的电子和由P区扩散到N区的空穴，在PN结附近数微米区域内复合，释放出能量，从而发出一定波长(375nm700nm)的红光、蓝光或黄光等。红、黄、蓝三种光“混合”后，能产生出白光8.4.2光电耦合器光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递的。1.光电耦合器图8.20光电耦合器组成及传输特性集电极电流与管压降之间的函数关系，即在c-e之间电压一定的情况下，的变化量与的变化量之比称为传输比CTR，即2.光电耦合放大电路图8.21光电耦合放大电路