模电课件 第1章 半导体基础.ppt

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1、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 特殊二极管特殊二极管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一、一、导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。1.1半导体的基本知识半导体的基本知识1、什么是半导体、什么是半导体半导体之所以能制成半导体器件，并不是因为它的导

2、电性能介于导体和绝缘体之间，而是因为它具有一些独特的导电性能。(1)半导体的导电性能与温度有关半导体的导电性能与温度有关 T T即负温度系数即负温度系数(2)半导体的导电性能与光照有关半导体的导电性能与光照有关 光照光照(3)半导体的导电性能与掺杂有关半导体的导电性能与掺杂有关 掺杂掺杂(4)而且搀入不同的杂质，还可以改变其导电类型。而且搀入不同的杂质，还可以改变其导电类型。一、一、导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体2、半导体、半导体的特点的特点二、二、本征半导体本征半导体1、本征半导体的结构特点、本征半导体的结构特点GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将

3、半导体制成晶体晶体。（1）硅、锗原子的结构）硅、锗原子的结构+4本征半导体：本征半导体：完全纯净的、完全纯净的、结构完整的半导体晶体。结构完整的半导体晶体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每在硅和锗晶体中，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，而四个其它原子位于四面体个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相邻的原子之间形成的顶点，每个原子与其相邻的原子之间形成共价键共价键，共用一，共用一对价电子。对价电子。硅和锗的晶硅和锗的晶体结构：体结构：二、二、本征半导体本征半导体1、本征半导体的结构特点、本征半导体的结构特点（1）硅、

4、锗原子的结构）硅、锗原子的结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子（2）硅、锗原子的共价键结构）硅、锗原子的共价键结构二、二、本征半导体本征半导体1、本征半导体的结构特点、本征半导体的结构特点共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子自由电子，因此本征半，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层

5、电子形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。列，形成晶体。+4+4+4+4二、二、本征半导体本征半导体1、本征半导体的结构特点、本征半导体的结构特点（2）硅、锗原子的共价键结构）硅、锗原子的共价键结构在绝对在绝对0度度（T=0K）和没有外界激发时和没有外界激发时,价电子价电子完全被共价键束缚着，本完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动征半导体中没有可以运动的带电粒子（即的带电粒子（即载流子载流子），），它的导电能力为它的导电能力为 0，相当，相当于绝缘体。于绝缘体。在常

6、温下，由于热激发，使一些价电子获得足够在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子自由电子，同时共价，同时共价键上留下一个空位，称为键上留下一个空位，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2、本征半导体的导电机理、本征半导体的导电机理二、二、本征半导体本征半导体+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子可以认为空穴是一种带正电荷的粒子。空穴运动的实质是共有电子依次填补空位的运动。二、二、本征半导体本征半导体2、本征半导体的导电机理、本征半导体的导电机理（1 1）载流子、自由电子和空穴

7、）载流子、自由电子和空穴电子和空穴在外电场的作电子和空穴在外电场的作用下都将作定向运动，这用下都将作定向运动，这种作定向运动电子和空穴种作定向运动电子和空穴（载流子）参与导电，形（载流子）参与导电，形成本征半导体中的电流。成本征半导体中的电流。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。（2 2）导电情况导电情况 +4+4+4+4二、二、本征半导体本征半导体2、本征半导体的导电机理、本征半导体的导电机理电子和空穴总是成对出现的电子和空穴总是成对出现的-本征激发。本征激发。电子和空穴也可以复合而消失。电子和空穴也可以复合而消失。本

8、征半导体在外电场的作用下，形成两种电流本征半导体在外电场的作用下，形成两种电流-空穴空穴电流和电子电流，外电路的总电流等于两种电流的代数和。电流和电子电流，外电路的总电流等于两种电流的代数和。电子电子-空穴对的数目对温度、光照十分敏感。空穴对的数目对温度、光照十分敏感。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。（3 3）结论结论 温度越高，载流子的浓度越高温度越高，载流子的浓度越高本征半导体的导电能力本征半导体的导电能力越强。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这越强。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。是半导体的一大特点

9、。二、二、本征半导体本征半导体2、本征半导体的导电机理、本征半导体的导电机理三、三、杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺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。杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P 型半导体：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。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，自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。也称为（电子半导体）。1、

10、N 型半导体型半导体磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半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成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不导体原子形成共价键，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，这样磷原子就成了受束缚，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。每个磷原子给出一个电子，称为不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子施主原子。+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子在硅或锗晶体中掺在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素入少量的五价元素磷（或锑），晶体磷（或锑），晶体点阵中的某些半导点

11、阵中的某些半导体原子被杂质取代，体原子被杂质取代，三、三、杂质半导体杂质半导体+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子在硅或锗晶体中掺在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素入少量的五价元素磷（或锑），晶体磷（或锑），晶体点阵中的某些半导点阵中的某些半导体原子被杂质取代，体原子被杂质取代，（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。）本征半导体中成对产生的电子和空穴。因为掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由因为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

12、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）。）。N 型半导体中的载流子包括型半导体中的载流子包括三、三、杂质半导体杂质半导体1、N 型半导体型半导体+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子N N型半导体的模型型半导体的模型 +N 型半导体型半导体三、三、杂质半导体杂质半导体1、N 型半导体型半导体（1）在本征半导体中掺入）在本征半导体中掺入三价元素的原子（受主杂三价元素的原子（受主杂质）而形成的半导体。质）而形成的半导体。（2）每一个三价元素的原子）每一个三价元素的原子提供一个空穴作为载流子。提供一个空穴作为载

13、流子。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子（3）P型半导体中空穴是多型半导体中空穴是多子，电子是少子子，电子是少子。2、P型半导体型半导体（4 4）P P型半导体的模型型半导体的模型 三、三、杂质半导体杂质半导体（1）杂质半导体就整体来说还是呈电中性的。）杂质半导体就整体来说还是呈电中性的。（2）杂质半导体中的少数载流子虽然浓度不高，但对温度、）杂质半导体中的少数载流子虽然浓度不高，但对温度、光照十分敏感。光照十分敏感。（3）杂质半导体中的少数载流子浓度比相同温度下的本征）杂质半导体中的少数载流子浓度比相同温度下的本征半导体中载流子浓度小得多。半导体中载流子浓度小得多。3、说明、说明三、三、杂

14、质半导体杂质半导体1、漂移电流、漂移电流载流子在电场作用下有规则的运动载流子在电场作用下有规则的运动-漂移运动漂移运动形成的电流形成的电流-漂移电流漂移电流2、扩散电流扩散电流载载流流子子由由于于浓浓度度的的不不均均匀匀而而从从浓浓度度大大的的地地方方向向浓浓度度小小的的地地方方扩散所形成的电流。扩散所形成的电流。四、四、漂移电流与扩散电流漂移电流与扩散电流 一、一、PN 结的形成结的形成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 型半导体和型半导体和N 型半导型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN 结。结。1

15、.2PN结及半导体二极管结及半导体二极管+1、PN结的形成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漂移运动漂移运动扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。荷区越宽。内电场越强，就使漂移内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。间电荷区变薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。一、一、PN 结的形成结的形成1、PN结的形成2、说明（1）空间电荷区（耗尽层、势垒区、高阻区）内几乎没有载流子，其厚度约为0.5。（2）内电场的大小：对硅半导体：VD0.60.8V，对锗半导体：VD0

16、.20.4V（3）当两边的掺杂浓度相等时，PN结是对称的。当两边的掺杂浓度不等时，PN结不对称。（4）从宏观上看，自由状态下，PN结中无电流。一、一、PN 结的形成结的形成（1 1）空间电荷区中没有载流子。）空间电荷区中没有载流子。（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区区中的空穴中的空穴.N区区 中中的电子（的电子（都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩散运动扩散运动）。）。（3 3）P 区中的电子和区中的电子和 N区中的空穴（区中的空穴（都是少都是少），），数量有限，因此由它们形成的电流很小。数量有限，因此由它们形成的电流很小。3 3、注意、注意:一、一、PN

17、结的形成结的形成+PN+E+_R1 1、PN结正向偏置结正向偏置P区加正、区加正、N区加负电压。区加负电压。内电场内电场外电场外电场二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性变薄变薄内电场被削弱，多子内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形的扩散加强，能够形成较大的扩散电流。成较大的扩散电流。正向电流正向电流内电场内电场外电场外电场+_RE2 2、PN结反向偏置结反向偏置P区负加、区负加、N区加正电压。区加正电压。+PN+变厚变厚内电场被加强，多子的内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子的漂扩散受抑制。少子的漂移加强，但少子数量有移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反限，只能形成较小的反向电流。向电

18、流。二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性2 2、PN结反向偏置结反向偏置P区负加、区负加、N区加正电压。区加正电压。PN结加正向电压时，呈现低电阻，结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单结具有单向导电性。向导电性。二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性三、三、半导体二极管半导体二极管1 1、基本结构、基本结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。PN（1

19、1）二极管的电路符号：）二极管的电路符号：按结构分：面结合型，点接触型，平面型。按用途分：整流二极管，检波二极管，稳压二极管，。按材料分：硅二极管，锗二极管。（2 2）分类）分类点接触型二极管点接触型二极管PN结面积小，结电结面积小，结电容小，用于检波和变频等容小，用于检波和变频等高频电路。高频电路。(a)a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图1 1、基本结构、基本结构（2 2）分类）分类三、三、半导体二极管半导体二极管平面型二极管平面型二极管往往用于集成电路往往用于集成电路制造艺中。制造艺中。PN结面积可结面积可大可小，用于高频整流大可小，用于高频整流和开关电路中。和开关

20、电路中。面接触型二极管面接触型二极管PN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。(b)b)面接触型面接触型(c)c)平面型平面型1 1、基本结构、基本结构（2 2）分类）分类三、三、半导体二极管半导体二极管（3）半导体二极管图片1 1、基本结构、基本结构三、三、半导体二极管半导体二极管1 1、基本结构、基本结构（3）半导体二极管图片三、三、半导体二极管半导体二极管1 1、基本结构、基本结构（3）半导体二极管图片三、三、半导体二极管半导体二极管 2 2、伏安特性、伏安特性UI死区电压死区电压硅管硅管0.4V,锗管锗管0.1V。反向击穿反向击穿电压电压UBR加到二极管两

21、端的电压与流过二极管的电流的关系曲线二极管的伏安特性曲线。导通压降导通压降:硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。三、三、半导体二极管半导体二极管UI特征（1）二极管的伏安特性曲线都是从坐标原点开始的。（2）正向偏置电压需要达到一定的数值电流才开始显著上升，这个电压称为门限电压或接通电压。UON UON 0.4v 硅管0.1v 锗管锗管的UON是硅管的约三四分之一，这是硅管与锗管的明显区别之一。2 2、伏安特性、伏安特性三、三、半导体二极管半导体二极管特征（3）二极管正常工作时，其正向压降为：0.60.8V 硅管 0.10.3V 锗管（4）硅管的上升部分比锗管陡一些。（5）电流与电压

22、的关系是非线性的。（6）加反向电压时，最初随着反向电压的增加电流增加。到一定值以后反向电流几乎不随电压的增加而增加。这时的电流反向饱和电流（IS）。它主要与环境温度有关（TIS）。UIIS 2 2、伏安特性、伏安特性三、三、半导体二极管半导体二极管特征（7）反向电压继续增加到一定值以后，反向电流开始剧烈增加。这时二管被击穿。雪崩击穿通常发生在耗尽层的宽度较大的情况下，出现碰撞电离，产生电子的倍增效应。齐纳击穿通常发生在耗尽层的宽度很小的情况下，出现场致激发。热击穿：UI+PN+2 2、伏安特性、伏安特性三、三、半导体二极管半导体二极管特征（8）温度对二极管特性的影响 二极管的特性对温度很敏感

23、T正向特性曲线左移，反向特性曲线下移。U正正=-22.5mA/IR=1倍倍/10UI 2 2、伏安特性、伏安特性三、三、半导体二极管半导体二极管其中其中IS反向饱和电流反向饱和电流VT温度的电压当量温度的电压当量且在常温下（且在常温下（T=300K）3 3、伏安公式、伏安公式UI当二极管反偏时：当二极管反偏时：U-26mv时时IIS（反向饱和电流）反向饱和电流）当二极管零偏时：当二极管零偏时：U=0I=0当二极管正偏时：当二极管正偏时：U26mv时时三、三、半导体二极管半导体二极管（1）最大整流电流最大整流电流IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期使用时，允许流过

24、二极管的最大正向平均电流。（2）反向击穿电压反向击穿电压UBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管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，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高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反向工作电压UWRM一般是一般是UBR的一半。的一半。4 4、主要参数、主要参数（3）反向电流反向电流IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受

25、温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流流受温度的影响，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大几十到几百倍。较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导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、保护等等。下面介绍两个交流参数。电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。下面介绍两个交流参数。三、三、半导体二极管半导体二极管（4）微变电阻微变电阻 rDiDuDIDUDQ iD uDrD是二极管特性曲线上工作点是二极管特性曲线上工作点Q附附近电压的变化与电流的变化之比

26、：近电压的变化与电流的变化之比：显然，显然，rD是对是对Q附近的微小变化区域附近的微小变化区域内的电阻。内的电阻。即即根据根据得得Q点处的微变电导点处的微变电导则则常温下（常温下（T=300K）4 4、主要参数、主要参数三、三、半导体二极管半导体二极管（5）直流电阻直流电阻 RDuDIDiDUDQ4 4、主要参数、主要参数三、三、半导体二极管半导体二极管（6）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，此电二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：容由两部分组成：势垒电容势垒电容CB和和扩散电容扩散电容CD。势垒电容：势垒电容：势垒区是积势垒区是积累空间电荷的区域，当电累空间电荷

27、的区域，当电压变化时，就会引起积累压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容化，这样所表现出的电容是是势垒电容势垒电容。势垒电容CB大小与PN结的面积S成正比，与空间电荷区的宽度成反比，与半导体材料的介电系数有关，与外加电压的大小有关。其影响主要表现在反向偏置状态。大小：0.5100PF 4 4、主要参数、主要参数三、三、半导体二极管半导体二极管（6）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，此电二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：容由两部分组成：势垒电容势垒电容CB和和扩散电容扩散电容CD。扩散电容：扩散电容：为了形成为了形

28、成正向电流（扩散电流），正向电流（扩散电流），注入注入P 区的少子（电子）区的少子（电子）在在P 区有浓度差，越靠区有浓度差，越靠近近PN结浓度越大，即在结浓度越大，即在P 区有电子的积累。同理，区有电子的积累。同理，在在N区有空穴的积累。正区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷向电流大，积累的电荷多。多。这样所产生的电容这样所产生的电容就是扩散电容就是扩散电容CD。4 4、主要参数、主要参数三、三、半导体二极管半导体二极管CB在正向和反向偏置时均不能忽在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。数目很少，扩散电容可忽略。扩扩散电

29、容散电容C CD D的大小与正向电流的大小与正向电流I I成正成正比，大约为几比，大约为几+PFPF0.010.01F F。反反偏时偏时I=-II=-IS S，故故C CD D0 0，所以所以C CD D只影只影响响PNPN结的正向工作状态。结的正向工作状态。PNPN结的总电容：结的总电容：C CJ J=C=CB B+C+CD D 正偏时正偏时C CJ JC CD D。反偏时反偏时C CJ JC CB B PN结高频小结高频小信号时的等信号时的等效电路：效电路：势垒电容和扩散电容的综势垒电容和扩散电容的综合效应合效应rd（6）二极管的极间电容二极管的极间电容4 4、主要参数、主要参数三、三、半

30、导体二极管半导体二极管5 5、等效电路、等效电路（1）应用于直流电路的情况（2）应用于交流电路的情况 RD 正向导通电阻Rr反向电阻CBCDRD结电阻 rs体电阻三、三、半导体二极管半导体二极管uiuott例例1、二极管半波整流、二极管半波整流6 6、应用举例、应用举例RLuiuO三、三、半导体二极管半导体二极管例例2 2、二极管的应用、二极管的应用RRLuiuRuotttuiuRuo6 6、应用举例、应用举例三、三、半导体二极管半导体二极管例例3 3、判断图中二极管是判断图中二极管是否导通，并求否导通，并求ABAB两端的两端的电压。设二极管的导通电压。设二极管的导通电压为电压为0.70.7v

31、 v。判断二极管在电路中的工作状态，常用的方法是：首先假设二极管断开，然后求得正极和负极的电位及两端的电压。如果该电压大于导通电压，则该二极管处于正偏而导通，两端的实际电压为二极管的导通电压；如果该电压小于二极管的导通电压，则说明该二极管处于反偏而截止。10vAD3k5vB导通，VAB=-0.7v-5v=-5.7v 6 6、应用举例、应用举例三、三、半导体二极管半导体二极管例例3 3、判断图中二极管是判断图中二极管是否导通，并求否导通，并求ABAB两端的两端的电压。设二极管的导通电压。设二极管的导通电压为电压为0.70.7v v。5vAD3k10vB9vAD23k12vBD115vAD23k1

32、0vBD1截止，VAB=-5v D1导通，D2截止，VAB=-0.7vD2优先导通，D1截止，VAB=-9.3v6 6、应用举例、应用举例三、三、半导体二极管半导体二极管例例4 4、设图中的二极管设图中的二极管D D为理想二极管，试通过为理想二极管，试通过计算，判断它是否导通。计算，判断它是否导通。10vAD5k5kB4k6k4k1k20vC假设D断开，由左边的回路可知，B点对A点的电压为-4v 由右边的回路可知，C点对地的电压为-10v A点对地的电压为-4v B点对地的电压为-4v+（-4v）=-8v B点对C的电压为-8v-（-10v）=2v，故D为导通状态 6 6、应用举例、应用举例三

33、、三、半导体二极管半导体二极管一、一、稳压二极管稳压二极管UIIZIZmax UZ IZ稳压稳压误差误差曲线越陡，曲线越陡，电压越稳电压越稳定。定。+-UZ动态电阻：动态电阻：rz越小，稳压越小，稳压性能越好。性能越好。1.3特殊二极管特殊二极管（4）稳定电流稳定电流IZ、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗）最大允许功耗2、稳压二极管的参数、稳压二极管的参数:（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1、特点：反向击穿区非常陡峭。正常工作时处

34、于反、特点：反向击穿区非常陡峭。正常工作时处于反向击穿状态，工作点设在陡峭曲线的中间部分。向击穿状态，工作点设在陡峭曲线的中间部分。一、一、稳压二极管稳压二极管3、稳压二极管的、稳压二极管的应用举例应用举例当RL不变时：VIV0IZIRIRR V0当VI不变时 RLI0IRV0IZIRIRR V0#不加不加不加不加R R可以吗？可以吗？可以吗？可以吗？一、一、稳压二极管稳压二极管二、二、光电二极管光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升工作于反向状态反向电流随光照强度的增加而上升工作于反向状态。IU照度增加照度增加200lx400lx三、三、发光二极管发光二极管有正向电流流过有正向电流流过时，

35、发出一定波长范时，发出一定波长范围的光，目前的发光围的光，目前的发光管可以发出从红外到管可以发出从红外到可见波段的光，它的可见波段的光，它的电特性与一般二极管电特性与一般二极管类似。类似。四、四、变容二极管变容二极管特点：工作于反向状特点：工作于反向状态，结电容（主要是势态，结电容（主要是势垒电容）随反向电压的垒电容）随反向电压的增加而减少。增加而减少。C-V一、一、基本结构基本结构BECNNP基极基极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BECIBIEICBECIBIEICBECNNP基极基极发射极发射极集电极集

36、电极基区：较基区：较薄，掺杂薄，掺杂浓度低浓度低集电区：集电区：面积较面积较大大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高一、一、基本结构基本结构发射结发射结集电结集电结工作条件：工作条件：发射结加正向电压发射结加正向电压集电结加反向电压集电结加反向电压二、二、电流放大原理电流放大原理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。进入进入P区的电子少部区的电子少部分与基区的空穴复合，分与基区的空穴复合，形成电流形成电流IBE，多数多数扩散到集电结。扩散到集电结。发射结正偏，发射结正偏，发射区电子发射区电子不断向基区不断向基区扩散，形成扩散，形成发射极电流

37、发射极电流IE。1、晶体管内部载流子的、晶体管内部载流子的运动（以运动（以NPN型管为例）型管为例）BECNNPEBRBECIEIC=ICEICE从基区扩散从基区扩散来的电子作来的电子作为集电结的为集电结的少子，漂移少子，漂移进入集电结进入集电结而被收集，而被收集，形成形成ICE。1、晶体管内部载流子的、晶体管内部载流子的运动（以运动（以NPN型管为例）型管为例）IB二、二、电流放大原理电流放大原理IBBECNNPEBRBECIEICEIC=ICE1、晶体管内部载流子的、晶体管内部载流子的运动（以运动（以NPN型管为例）型管为例）二、二、电流放大原理电流放大原理（1）发射结正偏，集电结反偏发射

38、结正偏，集电结反偏为什么是必要的外部条件？为什么是必要的外部条件？（2）为什么）为什么IB很小，而很小，而IC很大很大？（3）的物理意义的物理意义2、说明、说明IBBECNNPEBRBECIEICEIC=ICE发射区每向基区发射区每向基区供给一个复合用供给一个复合用的载流子，就要的载流子，就要向集电区供给向集电区供给个个载流子供收集，载流子供收集，收集到集电区的收集到集电区的载流子数目等于载流子数目等于在基区复合掉的在基区复合掉的载流子数目的载流子数目的倍。倍。（4）三极管实质上是一个电流分配器）三极管实质上是一个电流分配器二、二、电流放大原理电流放大原理ICBO是集电极反向饱和电是集电极反向

39、饱和电流。它由少数载流子形成。流。它由少数载流子形成。3、ICBO和和ICEOICBOBECEBRBEC二、二、电流放大原理电流放大原理ICEO是三极管的穿透电流。是三极管的穿透电流。它与它与ICBO有密切的联系。有密切的联系。3、ICBO和和ICEOICBOBECEBRBECICICEO=ICBO+ICBO=（1+）ICBO二、二、电流放大原理电流放大原理考虑了考虑了ICBO时电流分配关系为时电流分配关系为3、ICBO和和ICEOBECEBRBECICBOICIBIC=ICBO+ICIB=IB-ICBO则则IC=IB+ICBO=(IB+ICBO)+ICBO=IB+(1+)ICBO=IB+IC

40、EOIE=IB+ICIBIEIC二、二、电流放大原理电流放大原理定义：定义：=ICN/IE共基极电流放大系数共基极电流放大系数IC=ICN+ICBO=（IC-ICBO）/IEIC/IE有有IE=IC+IBIC=IE+ICBOIB=（1-）IE-ICBO三、三、共基极电路共基极电路EBECbceICNICIBIEICBOIE与与的关系的关系四、四、PNP管放大器的三种组态管放大器的三种组态前提：发射结正偏，集电结反偏前提：发射结正偏，集电结反偏1、放大器的三种组态、放大器的三种组态共射极共基极共集电极 2、PNP型三极管放大器型三极管放大器五、五、特性曲线特性曲线1 1、实验线路、实验线路ICm

41、A AVVUCEUBERBIBECEB输入特性曲线IB=f(UBE)|UCE=常数 输出特性曲线IC=f(UCE)|IB=常数UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降：硅管硅管UBE 0.60.7V,锗锗管管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE=0.5V死区电死区电压，硅管压，硅管0.5V，锗锗管管0.2V。2 2、输入特性、输入特性五、五、特性曲线特性曲线2 2、输入特性、输入特性 （3）有一门限电压晶体管开始导通时的基极电压（硅管0.5V，锗管0.1V）。（4）晶体管正常工作时，发射结的压降变化不大（硅管0.7V，锗管0.3V）。（5）输入特性

42、是非线性的。IB(A)UBE(V)204060800.40.8输入特性曲线的特点：（1）UCE=0，相当于两个二极管并联运用。（2）UCE0时，整个曲线往右移。当UCE0.5V后，曲线几乎重合。五、五、特性曲线特性曲线IC(mA)1234UCE(V)3691260 AIB=020 A40 A80 A100 A2 2、输出特性、输出特性五、五、特性曲线特性曲线2 2、输出特性、输出特性输出特性曲线的特点输出特性曲线的特点（1）当）当IB=0时，时，IC0。这时的这时的IC就是就是ICEO。（2）UCE=0时时，IC=0。发发射射区区注注入入到到基基区区的的电电子子不不能能被被集集电电区区所所收收

43、集集。当当UCE1V，UCEIC。（3）UCE1V以以后后，随随着着UCE的的增增加加，IC几几乎乎不不变变。曲曲线线几几乎乎平平行行等等距距。并并且且IB越越大大，曲线越往上移。曲线越往上移。IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A放大区：发射结正偏，集电结反偏。曲线平行等距，曲线的疏密反映了放大区：发射结正偏，集电结反偏。曲线平行等距，曲线的疏密反映了的大小。的大小。=IC/IB，IC受受IB控制。控制。截止区：发射结反偏，集电结反偏。截止区：发射结反偏，集电结反偏。ICIB，IC=ICEO，此时此时VBENN2、工作原理（以、工作原理（

44、以P沟道为例）沟道为例）UDS=0V时时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，结反偏，UGS存存在，耗尽区变宽，在，耗尽区变宽，导电沟道变窄，沟导电沟道变窄，沟道电阻变大。道电阻变大。一、结型场效应管一、结型场效应管:PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时时NN但当但当UGS较小时，耗尽区较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。间相当于线性电阻。2、工作原理（以、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）一、结型场效应管一、结型场效应管:PGSDUDSUGSNNUDS=0时时UGS达到一定值时（达到一定值时（夹断电夹断电压压VP）,耗尽区碰到一起，

45、耗尽区碰到一起，DS间被夹断，间被夹断，这时，即使这时，即使UDS 0V，漏极电流漏极电流ID=0A。ID2、工作原理（以、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）一、结型场效应管一、结型场效应管:PGSDUDSUGSUGS0、UGDVP时耗尽区的形状时耗尽区的形状NN越靠近漏端，越靠近漏端，PN结反压越大结反压越大ID2、工作原理（以、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）一、结型场效应管一、结型场效应管:PGSDUDSUGSUGSVp且且UDS较大时较大时UGDVP时耗尽区的形状时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻沟道中仍是电阻特性，但是是非特性，但是是非线性电阻。线性电阻。ID2、工作原理（以、工作原

46、理（以P沟道为例）沟道为例）一、结型场效应管一、结型场效应管:GSDUDSUGSUGSVp UGD=VP时时NN漏端的沟道被夹断，称为漏端的沟道被夹断，称为予夹断。予夹断。UDS增大则被夹断增大则被夹断区向下延伸。区向下延伸。ID2、工作原理（以、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）一、结型场效应管一、结型场效应管: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。感应出电子感应出电子VT称为阈值电压称为阈值电压2、MOS管的工作原理管的工作原理二、绝缘栅场效应管二、绝缘

47、栅场效应管:UGS较小时，导较小时，导电沟道相当于电电沟道相当于电阻将阻将D-S连接起连接起来，来，UGS越大此越大此电阻越小。电阻越小。PNNGSDUDSUGS2、MOS管的工作原理管的工作原理二、绝缘栅场效应管二、绝缘栅场效应管:PNNGSDUDSUGS当当UDS不太大不太大时，导电沟时，导电沟道在两个道在两个N区区间是均匀的。间是均匀的。当当UDS较大较大时，靠近时，靠近D区的导电沟区的导电沟道变窄。道变窄。2、MOS管的工作原理管的工作原理二、绝缘栅场效应管二、绝缘栅场效应管:PNNGSDUDSUGS夹断后，即夹断后，即使使UDS 继续继续增加，增加，ID仍仍呈恒流特性呈恒流特性。ID

48、UDS增加，增加，UGD=VT 时，时，靠近靠近D端的沟道被夹断，端的沟道被夹断，称为予夹断。称为予夹断。2、MOS管的工作原理管的工作原理二、绝缘栅场效应管二、绝缘栅场效应管:3、增强型、增强型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT二、绝缘栅场效应管二、绝缘栅场效应管:PNNGSDUDSUGS输出特性曲线输出特性曲线3、增强型、增强型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线二、绝缘栅场效应管二、绝缘栅场效应管:IDU DS0UGS=0UGS=3UGS=1UGS=2UGS=4UGS=5PNNGSDUDSUGS4、耗尽型、耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲

49、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，加反时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。向电压才能夹断。转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT二、绝缘栅场效应管二、绝缘栅场效应管:PNNGSDUDSUGS输出特性曲线输出特性曲线4、耗尽型、耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线二、绝缘栅场效应管二、绝缘栅场效应管:PNNGSDUDSUGSIDU DS0UGS=-2UGS=1UGS=-1UGS=0UGS=2UGS=35、说明：、说明：（1）MOS管由四种基本类型；（2）MOS管的特性与结型场效应管的特性类似；（3）增强型的MOS管的UGS必须超过一定的值以使沟道形成；

50、耗尽型的MOS管使形成沟道的UGS可正可负；（4）MOS管的输入阻抗特高（5）衡量场效应管的放大能力用跨导 单位：ms二、绝缘栅场效应管二、绝缘栅场效应管:6、MOS管的有关问题管的有关问题（2）交流参数低频跨导：极间电容：栅源电容CGS，栅漏电容CGD，漏源电容CDS（3）极限参数 最大漏极电流IDM，最大耗散功率P0M，漏源击穿电压U(BR)DS栅源击穿电压UBR)GS1、主要参数（1）直流参数开启电压UGS(on)指增强型的MOS管夹断电压UGS(off)指耗尽型的MOS管饱和漏电流IDSS直流输入电阻：通常很大107左右二、绝缘栅场效应管二、绝缘栅场效应管:6、MOS管的有关问题管的有