第01章半导体基础知识精.ppt

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1、第01章半导体基础知识第1页，本讲稿共104页第一章半导体器件第一章半导体器件 1.1半导体的特性半导体的特性 1.2半导体二极管半导体二极管 1.3双极结型三极管双极结型三极管 1.4场效应三极管场效应三极管第2页，本讲稿共104页1.1 半导体的特性半导体的特性导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属，金属一般都是导体。一般都是导体。绝缘体：绝缘体：几乎不导电的物质称为几乎不导电的物质称为绝缘体绝缘体，如橡皮、陶瓷、，如橡皮、陶瓷、塑料和石英等。塑料和石英等。半导体：半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间物质称

2、为导电性能介于导体和绝缘体之间物质称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。第3页，本讲稿共104页半导体半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光的作用时，它的导电能当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。它的导电能力明显改变。第4页，本讲稿共104页一、本征半导体的结构特点一、本征半导体的结构特点GeSi通过一定的工艺过

3、程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体（具有空（具有空间点阵结构的固体间点阵结构的固体）。）。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，它们的最外层电子（价电子）都是四个。外层电子（价电子）都是四个。1.1.1 本征半导体本征半导体第5页，本讲稿共104页本征半导体：本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。完全纯净的、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

4、面体的顶点，每个原子与其相临的原它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成子之间形成共价键共价键，共用一对，共用一对价电子价电子。硅和锗的晶硅和锗的晶体结构：体结构：第6页，本讲稿共104页硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键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第7页，本讲稿共104页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，称为束缚束缚电子电子，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，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导

5、体的导电能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。力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。排列，形成晶体。+4+4+4+4第8页，本讲稿共104页二、本征半导体的导电机理二、本征半导体的导电机理在绝对在绝对 0 度度（T=0 K）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，本征半导体中没有可以自由完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以自由运动的带电粒子（即运动的带电粒子（即载流子载流子），它的

6、导电能力为），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足在常温下，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，成为够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子自由电子，同，同时共价键上留下一个空位，称为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、自由电子和空穴第9页，本讲稿共104页+4+4+4+4束缚电子束缚电子自由电子自由电子空穴空穴第10页，本讲稿共104页2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，吸引附近的电子来填

7、补，这样的结果相当于空穴的这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。以认为空穴是载流子。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，即自自由电子由电子和和空穴空穴。自由电子和空穴总是成对出现的，称为。自由电子和空穴总是成对出现的，称为电子电子-空穴对空穴对。第11页，本讲稿共104页温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导温度越高，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能的一个重要的外电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这

8、是半导体的一大特点。部因素，这是半导体的一大特点。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(ni、pi)本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成：1.自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。2.空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。如对硅材料，每升高如对硅材料，每升高 8 ，ni 增加一倍；对锗增加一倍；对锗材料，每升高材料，每升高12，ni 增加一倍。增加一倍。第12页，本讲稿共104页1.1.2 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，就会使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。

9、其原因是掺杂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：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为为空穴半导体空穴半导体。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，也称自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为为电子半导体电子半导体。第13页，本讲稿共104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），晶体点阵中的某些半导体原子被（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，杂

10、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成共价键，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，这个电子几乎不受束缚，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，称为子给出一个电子，称为施主原子施主原子。第14页，本讲稿共104页+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子N 型半导体中的型半导体中的载流子是什么？载流子是什么？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

11、，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。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）。）。第15页，本讲稿共104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

12、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空穴空穴硼原子硼原子P 型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。第16页，本讲稿共104页在杂质半导体中，在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决多数载流子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度；而少数载流子的浓度主要

13、取决于掺入的杂质浓度；而少数载流子的浓度主要取决于温度。于温度。对于杂质半导体来说，无论是型还是型半对于杂质半导体来说，无论是型还是型半导体，总体上仍呈中性。导体，总体上仍呈中性。第17页，本讲稿共104页三、杂质半导体的简化表示法三、杂质半导体的简化表示法P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体杂质杂质型半导体中多子和少子的移动都能形成电流。型半导体中多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近近似认为多子与杂质浓度相等似认为多子与杂质浓度相等。第18页，本讲稿共104页1.2.1 PN 结及其单向导电性结及其单向导电性

14、 1.2 半导体二极管半导体二极管一、一、PN 结中载流子的运动结中载流子的运动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 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了形成了PN 结。结。第19页，本讲稿共104页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荷扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区区逐渐加宽，空间电荷区越宽，越宽，内电场越强，就使漂移运动内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区越强，而漂移使空间电荷区变薄。变

15、薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。第20页，本讲稿共104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所以当扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡所以当扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡时，相当于两个区之间没有净电荷运动，空间电荷时，相当于两个区之间没有净电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。区的厚度固定不变。第21页，本讲稿共104页+空间电空间电荷区荷区N型区型区P型区型区电位电位VUD一般，空间电荷区很薄，其宽度约为几微米到几十微米。一般，空间电荷区很薄，其宽度约为几微米到几十微米。UD为电位壁垒（势垒），硅材料约为（为电位壁

16、垒（势垒），硅材料约为（0.60.8）V，锗材料约为（锗材料约为（0.20.3）V第22页，本讲稿共104页1 1、空间电荷区中没有载流子。、空间电荷区中没有载流子。注意注意: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 区中的空穴及区中的空穴及N 区中的电子（区中的电子（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（都是少子都是少子）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。第23页，本讲稿共104页 二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性正向偏置（正偏）正向偏置（

17、正偏）：PN 结加上结加上正向电压正向电压（P 区加正电压、区加正电压、N 区加负电压）。区加负电压）。反向偏置（反偏）反向偏置（反偏）：PN 结加上结加上反向电压反向电压（P 区加负电压、区加负电压、N 区加正电压）。区加正电压）。第24页，本讲稿共104页+RE、PN 结正向偏置结正向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，多子的内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形成较扩散加强，能够形成较大的扩散电流。大的扩散电流。PN 结结处于导通状态。处于导通状态。第25页，本讲稿共104页、PN 结反向偏置结反向偏置+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

18、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电流，较小的反向电流，PN 结处于截止状态。结处于截止状态。可见可见PN 结具有单向结具有单向导电性导电性。RE第26页，本讲稿共104页1.2.二极管的伏安特性二极管的伏安特性一、基本结构一、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。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结结面接触型面接触型PN二极管的电路符号：二极管的电路符号：第27页，本讲稿共104页 二、伏安特性二、伏安特性UI死区电压，

19、硅管死区电压，硅管0.5V，锗管，锗管0.1V。导通压降导通压降:硅管硅管0.60.7V,锗管锗管0.20.3V。反向击穿反向击穿电压电压UBR反向饱和电流反向饱和电流 IS（很小，（很小，A级）级）第28页，本讲稿共104页1、正向特性、正向特性只有当加在二极管两端的正向电压超过只有当加在二极管两端的正向电压超过死区电压死区电压值时，值时，正向电流才明显增大。正向电流才明显增大。2、反向特性、反向特性当二极管加上反向电压时，反向电流值很小，当反向当二极管加上反向电压时，反向电流值很小，当反向电压超过零点几伏后，反向电流达到饱和值电压超过零点几伏后，反向电流达到饱和值IS。当反向电压超过反向击

20、穿电压当反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流急剧增大，发时，反向电流急剧增大，发生击穿现象。二极管击穿以后，不再具有单向导电性。生击穿现象。二极管击穿以后，不再具有单向导电性。3、PN结伏安特性表达式结伏安特性表达式二极管方程二极管方程UT 是温度的电压当量，常温（是温度的电压当量，常温（300K）下）下 UT 26 mV第29页，本讲稿共104页三、静态电阻三、静态电阻 Rd ，动态电阻，动态电阻 rDUQIQUS+-RiuIQUQQ静态工作点静态工作点Q（UQ，IQ）静态电阻静态电阻：Rd=UQ/IQ（非线性）（非线性）动态电阻：动态电阻：rD=UQ/IQ 在工作点在工作点Q附近，动

21、态电阻近似为线性，故附近，动态电阻近似为线性，故动态电阻又称为动态电阻又称为微变等效电阻微变等效电阻第30页，本讲稿共104页1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数1.最大整流电流最大整流电流 IF二极管长期使用时，允许通过管子的最大正向平均电流。二极管长期使用时，允许通过管子的最大正向平均电流。2.最高反向工作电压最高反向工作电压UR二极管反向击穿时，反向电流剧增，二极管的单向二极管反向击穿时，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。通常将导电性被破坏，甚至过热而烧坏。通常将UBR 的一的一半定义为最高反向工作电压半定义为最高反向工作电压UR。第31页，本讲稿共104页

22、3.反向电流反向电流 IR指在室温条件下，在二极管两端加上规定的反向电压时流过管子的指在室温条件下，在二极管两端加上规定的反向电压时流过管子的反向电流。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。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管越小越好。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。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。4.最高工作频率最高工作频率 fM 主要决定于主要决定于PN结电容的大小，结电容越大，则二极管允许的结电容的大小，结电

23、容越大，则二极管允许的最高工作频率越低。最高工作频率越低。上述三个参数均为二极管的直流参数。上述三个参数均为二极管的直流参数。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。整流、限幅、保护等等。第32页，本讲稿共104页*1.2.4 二极管的电容效应二极管的电容效应二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：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：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的

24、空间电荷的变化，这样所表现出的电容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是势垒电容势垒电容。Cb=S/l，S为结面积，为结面积，l 为耗尽层宽度。为耗尽层宽度。扩散电容：扩散电容：为了形成正向电流（扩散电流）为了形成正向电流（扩散电流），注入，注入 P 区的少子（电子）在区的少子（电子）在 P 区有浓区有浓度差，越靠近度差，越靠近 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，在区有电子的积累。同理，在 N 区有空穴区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。这的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容样所产生的电容就是扩散电容Cd。P+

25、-N第33页，本讲稿共104页PN结总的结电容：结总的结电容：Cj =Cb+Cd Cb 在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容由于载流子数目很少，扩散电容Cd可以忽略。可以忽略。PN 结高频小信号时的等效电路结高频小信号时的等效电路：势垒电容和扩散电势垒电容和扩散电容的综合效应容的综合效应rd第34页，本讲稿共104页二极管：二极管：死区电压死区电压=0.5V，正向压降，正向压降 0.7 V(硅二极管硅二极管)理想理想二极管：二极管：死区电压死区电压=0，正向压降，正向压降=0 RLuiuouiuott二极管的应用举

26、例二极管的应用举例1：二极管半波整流二极管半波整流第35页，本讲稿共104页二极管的应用举例二极管的应用举例2：tttuiuRuoRRLuiuRuo第36页，本讲稿共104页1.2.5 稳压二极管稳压二极管（工作在反向击穿区的二极管）（工作在反向击穿区的二极管）UIIZIZmax UZ IZ稳稳压压误误差差曲线越陡，曲线越陡，电压越稳电压越稳定定-+UZ动态内阻：动态内阻：rZ越小，稳压越小，稳压性能越好。性能越好。第37页，本讲稿共104页（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）额定功耗）额定功耗 PZ 与最大允许功耗与最大允许功耗 PZ

27、M 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系数。稳压值受温度变化影响的系数。（3）动态内阻）动态内阻第38页，本讲稿共104页注意事项：注意事项：1.应保证稳压管工作在反向击穿区；应保证稳压管工作在反向击穿区；2.稳压管应与负载电阻并联；稳压管应与负载电阻并联；3.流过稳压管的电流不能超过规定值。流过稳压管的电流不能超过规定值。第39页，本讲稿共104页稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用举例uoiZDZRiLiuiRL稳压管的技术参数稳压管的技术参数:负载电阻负载电阻 。要求要求当输入电压由正常值发生当输

28、入电压由正常值发生 20%波动时，负载电压基本不变。波动时，负载电压基本不变。解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为为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1第40页，本讲稿共104页令输入电压降到下限时，令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为流过稳压管的电流为Izmin。方程方程2uoiZDZRiLiuiRL联立方程联立方程1、2，可解得：，可解得：第41页，本讲稿共104页1.2.6 其他二极管其他二极管 1）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。反向电流随光照强度的增加而

29、上升。IU照度增加照度增加第42页，本讲稿共104页2）发光二极管发光二极管有正向电流流过时，发出有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与见波段的光，它的电特性与一般二极管类似。一般二极管类似。第43页，本讲稿共104页1.3 双极结型晶体管（双极结型晶体管（BJT）1.3.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型二氧化硅二氧化硅ebcNNP(a)平面型平面型PPNebc(b)合金型合金型第44页，本讲稿共104页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

30、发射极发射极BCEPNP型型第45页，本讲稿共104页BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：与基集电区：与基区的接触面积区的接触面积较大较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高第46页，本讲稿共104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基区基区集电区集电区发射区发射区第47页，本讲稿共104页1.3.2 晶体管的放大作用和载流子的运动晶体管的放大作用和载流子的运动内部条件：内部条件：（1）发射区掺杂浓度高，因而其中的多子浓度）发射区掺杂浓度高，因而其中的多子浓度 很高；很高；（2）基区很薄（几微米到

31、几十微米）且掺杂较）基区很薄（几微米到几十微米）且掺杂较 少，少，故其中的多子浓度很低。故其中的多子浓度很低。外部条件：外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。晶体管实现放大的条件晶体管实现放大的条件第48页，本讲稿共104页载流子的运动载流子的运动BECNNPEBRBECIE进入进入P区的电子少区的电子少部分与基区的空部分与基区的空穴复合，形成电穴复合，形成电流流IBE ，多数扩，多数扩散到集电结。散到集电结。发射结正偏，发射结正偏，发射区电子不发射区电子不断向基区扩散，断向基区扩散，形成发射极电形成发射极电流流IE。IBE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

32、略。忽略。第49页，本讲稿共104页BECNNPEBRBECIE集电结反偏，有集电结反偏，有少子形成的反向少子形成的反向饱和电流饱和电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE外电场阻止集外电场阻止集电区的电子向电区的电子向基区运动，但基区运动，但将基区中扩散将基区中扩散过来的电子收过来的电子收集到集电极而集到集电极而形成形成ICE。第50页，本讲稿共104页IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBEIE=IB+IC=IBE+ICE第51页，本讲稿共104页ICE与与IBE之比称为之比称为共射直流电流放大

33、倍数共射直流电流放大倍数ICE与与IE之比称为之比称为共基直流电流放大倍数共基直流电流放大倍数（请自己进行推导）（请自己进行推导）要使三极管能放大电流，必须使要使三极管能放大电流，必须使发射结发射结正偏，集电结反偏正偏，集电结反偏。第52页，本讲稿共104页当三极管的基极电流当三极管的基极电流IB有一微小的变化时，有一微小的变化时，相应的集电极电流相应的集电极电流IC=IB将发生较大的变化，即将发生较大的变化，即三极管具有电流放大作用三极管具有电流放大作用。通常将集电极电流与基极电流的变化量之比定义为通常将集电极电流与基极电流的变化量之比定义为三极管的三极管的共射电流放大系数共射电流放大系数

34、，而将集电极电流与发而将集电极电流与发射极电流的变化量之比定义为三极管的射极电流的变化量之比定义为三极管的共基电流放共基电流放大系数大系数 穿透电流：穿透电流：（请自己进行推导）（请自己进行推导）第53页，本讲稿共104页BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管第54页，本讲稿共104页1.3.3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线 实验线路实验线路ICmA AVVUCEUBERBIBECEB第55页，本讲稿共104页一、一、输入特性输入特性UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降：硅管硅管UBE 0.6 0

35、.8V锗管锗管UBE 0.2 0.3VUCE=0 VUCE=0.5V死区电压死区电压:硅管硅管0.5V，锗管锗管0.1V。CBENNP第56页，本讲稿共104页二、二、输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满足此区域满足IC=IB 称为线性区（放大区）称为线性区（放大区）。(UBE 0,UBCIC，称为饱和区。饱和压降称为饱和区。饱和压降UCES 0.3V（UBE 0,UBC 0）CBENNP第58页，本讲稿共104页IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域

36、中此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE 死区电压，死区电压，称为截止区。称为截止区。（UBE 0,UBC IC，UCES 0.3 V(3)截止区：截止区：UBE 死区电压，死区电压，IB=0，IC=ICEO 0 CBENNP第60页，本讲稿共104页例：例：=50，USC=12V，RB=70 k，RC=6 k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点 Q 位位于哪个区？于哪个区？当当 USB=-2 V时：时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0，IC=0IC 最大饱和电流：最大饱和电流：Q 位于截止区位于截止区 第61页，本讲稿共104

37、页例：例：=50，USC=12 V，RB=70 k，RC=6 k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？IC Icmax(=2 mA)，Q 位于饱和区。位于饱和区。(实际上，此时实际上，此时IC和和IB 已不是已不是 的关系）的关系）第63页，本讲稿共104页1.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，前面的电路中，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、共集接法。称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：工作于动态的三极

38、管，真正的信号是叠加在直流上的交工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为流信号。基极电流的变化量为 IB，相应的集电极电流相应的集电极电流变化为变化为 IC，则则交流电流放大倍数交流电流放大倍数为：为：1.电流放大倍数电流放大倍数和和 第64页，本讲稿共104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：=第65页，本讲稿共104页2.集集-基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBO AICBOICBO是是集电结集电结反偏由反偏由少子的少子的漂移

39、形漂移形成的反成的反向电流，向电流，受温度受温度的变化的变化影响。影响。第66页，本讲稿共104页BECNNPICBOICEO=IBE+ICBO IBE IBEICBO 进入进入N 区，形成区，形成 IBE。根据放大关系，根据放大关系，由于由于IBE的存在，的存在，必有电流必有电流 IBE。集电结反集电结反偏有偏有ICBO3.集集-射极穿透电流射极穿透电流 ICEOICEO受温度影响很受温度影响很大，当温度上升时，大，当温度上升时，ICEO增加很快，所增加很快，所以以IC也相应增加。也相应增加。三极管的温度特性三极管的温度特性较差较差。第67页，本讲稿共104页4.集电极最大允许电流集电极最大

40、允许电流ICM集电极电流集电极电流 IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下值的下降，当降，当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为流即为ICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压当集当集-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、基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。第68页，本讲稿共104页6.集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流 IC 流过三极管，流过三极管，因发热而损耗的

41、因发热而损耗的功率：功率：PC=ICUCE 必定导致结温上必定导致结温上升，所以对升，所以对PC 有限有限制。制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区过压区过压区过损耗区过损耗区第69页，本讲稿共104页1.4 场效应晶体管场效应晶体管（FET，单极型晶体管），单极型晶体管）场效应管与双极型晶体管不同，它是场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种场效应管有两种:N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道耗

42、尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型第70页，本讲稿共104页N基底基底：N型半导体型半导体PP两边是两边是P+区区G(栅极栅极)S(源极源极)D(漏极漏极)一、结构一、结构1.4.1 结型场效应管结型场效应管:导电沟道导电沟道第71页，本讲稿共104页N 沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGSNPPG(栅极栅极)S(源极源极)D(漏极漏极)第72页，本讲稿共104页P 沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGSPNNG(栅极栅极)S(源极源极)D(漏极漏极)第73页，本讲稿共104页二、工作原理（以二、工作原理（以 P 沟道为例）沟道为例）场效应管的沟道电流没有特定的方向，

43、通常规定场效应管的沟道电流没有特定的方向，通常规定极为沟道载流子运动的始端，而极为收集端，因而极为沟道载流子运动的始端，而极为收集端，因而沟道场效应管的漏极偏置电压为负，沟道场效应管的沟道场效应管的漏极偏置电压为负，沟道场效应管的漏极偏置电压为正。漏极偏置电压为正。结型场效应管的栅极一般加反向偏置电压。结型场效应管的栅极一般加反向偏置电压。改变栅极电压可以控制栅结耗尽层的宽度，以改变栅极电压可以控制栅结耗尽层的宽度，以改变导电沟道的大小，因此，改变导电沟道的大小，因此，JFET实际上是通过栅实际上是通过栅极电压控制沟道电阻，以控制输出漏电流的一种极电压控制沟道电阻，以控制输出漏电流的一种电压控

44、电压控制器件制器件。第74页，本讲稿共104页UDS=0 V时时PGS DUDSUGSNNNNIDPN结反偏，结反偏，UGS越越大则耗尽区越宽，大则耗尽区越宽，导电沟道越窄，导电沟道越窄，电阻越大。电阻越大。第75页，本讲稿共104页PGS DUDSUGSNNIDUDS=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。第76页，本讲稿共104页UDSUGSNNUDS=0时时UGS达到一定值时（达到一定值时（夹断夹断电压电压UGS(off)），耗尽区碰），耗尽区碰到一起，到一起，DS间被夹断，间被夹断，

45、这时，即使这时，即使UDS 0 V，漏极电流漏极电流ID=0 IDGS DP第77页，本讲稿共104页PGS DUDSUGSUGSUGS(off)且且UDS0、UGDUGS(off)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结结反向偏压越大反向偏压越大ID第78页，本讲稿共104页PGS DUDSUGSUGS UGS(off)且且UDS较大，较大，UGD UGS(off)时耗尽区的形状时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻特沟道中仍是电阻特性，但是是非线性性，但是是非线性电阻。电阻。ID第79页，本讲稿共104页GSDUDSUGSUGS UGS(off)，UGD=UGS(off)时

46、时NN漏端的沟道被夹断，漏端的沟道被夹断，称为称为预夹断。预夹断。UDS增大则被夹断区增大则被夹断区向下延伸。向下延伸。ID第80页，本讲稿共104页GSDUDSUGSNN此时，电流此时，电流ID由未由未被夹断区域中的载被夹断区域中的载流子形成，基本不流子形成，基本不随随UDS的增加而增的增加而增加，呈恒流特性。加，呈恒流特性。IDUGS 0时时UGS足够大时足够大时(UGS UGS(th)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 型导电沟道型导电沟道(反反型层型层)。感应出电子感应出电子UGS(th)称为称为开启电压开启电压UDS=0第92页，

47、本讲稿共104页UGS 较小时，导电较小时，导电沟道相当于电阻沟道相当于电阻将将D-S 连接起来，连接起来，UGS 越大此电阻越越大此电阻越小。小。PNNGSDUDSUGS第93页，本讲稿共104页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 区之间是均区之间是均匀的。匀的。当当UDS 较大较大时，靠近时，靠近D区的导电区的导电沟道变窄。沟道变窄。第94页，本讲稿共104页PNNGSDUDSUGS夹断后，即使夹断后，即使UDS 继续增加，继续增加，ID仍呈恒流特仍呈恒流特性性。IDUDS 增加，增加，UGD=UGS(th)时，时，靠近靠近D 端的沟道被

48、夹断，端的沟道被夹断，称为预夹断。称为预夹断。设设UGS 为一大于为一大于UGS(th)的固定值，且的固定值，且 0 UDS UGS(th)UGS(th)称为称为开启电压开启电压第95页，本讲稿共104页三、三、N 沟道增强型沟道增强型 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0IDUGSUGS(th)2UGS(th)IDO第96页，本讲稿共104页漏极特性曲线漏极特性曲线IDU DS0UGS0可变电阻区可变电阻区恒流区恒流区击穿区击穿区第97页，本讲稿共104页四、四、N 沟道耗尽型沟道耗尽型 MOS 管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的 MOS 管在管在UGS=0 时就

49、有导电沟道，加反向时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。电压才能夹断。PNNGSD预埋了导预埋了导电沟道电沟道 0IDUGSUGS(off)转移特性曲线转移特性曲线第98页，本讲稿共104页漏极特性曲线漏极特性曲线IDU DS0UGS=0UGS0第99页，本讲稿共104页1.4.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数（自学）（自学）一、直流参数一、直流参数 1饱和漏极电流饱和漏极电流 IDSS 2夹断电压夹断电压 UGS(off)3开启电压开启电压 UGS(th)4直流输入电阻直流输入电阻 RGS1低频跨导低频跨导 gm二、交流参数二、交流参数第100页，本讲稿共104页跨导跨导 gmUGS=

50、0VU DS（V）ID（mA）01324UGS=+1VUGS=+2VUGS=-1VUGS=-2V=ID/UGS=（3-2）/（1-0）=1/1=1 mA/V UGS ID第101页，本讲稿共104页2极间电容极间电容（CGS、CGD、CDS）三、极限参数三、极限参数 1漏极最大允许耗散功率漏极最大允许耗散功率 PDM 2漏源击穿电压漏源击穿电压 U(BR)DS 3栅源击穿电压栅源击穿电压 U(BR)GS二、交流参数二、交流参数第102页，本讲稿共104页本本 章章 重重 点点（1）二极管的特性曲线，静态电阻，）二极管的特性曲线，静态电阻，动态电阻。动态电阻。（2）稳压二极管的特性曲线及稳压计算