模拟电子技术第1章半导体器件.pptx

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1、第一章第一章 半导体器件半导体器件 半导体二极管 半导体三极管 场效应管第一局部第一局部 半导体二极管半导体二极管 半导体的基本知识 PN结的形成及特性 半导体二极管 二极管基本电路及其分析方法 特殊二极管 什么叫半导体？什么叫半导体？通常称电阻率在10-3109cm范围内的物质为半导体，其导电能力介于导体和绝缘体之间、常用的半导体材料是硅（Si）和锗（Ge）。半导体的特性半导体的特性光敏性 半导体的导电能力随光照的变化有显著改变光电二极管和光敏电阻，就是利用光敏特性制成的光电二极管和光敏电阻，就是利用光敏特性制成的热敏性 半导体的导电能力随温度提高迅速增加纯洁的锗从纯洁的锗从20 升高到升高

2、到30 时，它的电阻率几乎减小为原来的时，它的电阻率几乎减小为原来的1/2杂敏性 半导体的导电能力因掺入适量杂质而发生很大的变化在硅中掺入亿分之一的硼，电阻率就会下降到原来的几万分之一在硅中掺入亿分之一的硼，电阻率就会下降到原来的几万分之一利用半导体的特性，可以制造出各种不同性能和用途的半导体器件利用半导体的特性，可以制造出各种不同性能和用途的半导体器件！半导体的共价键结构半导体的共价键结构 在电子器件中应用最多的半导体材料是硅和锗，它们的简化原子模型如图1-1所示。由于硅和锗都是四价元素，因此最外层原子轨道上具有四个电子，称为价价电电子子。半导体与金属和绝缘体一样，均具有晶体结构，它们的原子

3、形成有序的排列，邻近原子之间由共价键连接，如图1-2所示。图图1-1 硅和锗的原子硅和锗的原子结构简化模型结构简化模型 图图1-2 硅和锗的二维晶格结构图，正离子核硅和锗的二维晶格结构图，正离子核通过共价键与邻近的核相连接通过共价键与邻近的核相连接 本征半导体本征半导体 本征半导体是一种完全纯洁的、结构完整的半导体晶体。在绝对零度（273）时，价电子不能脱离共价键的束缚，所以在半导体中没有自由电子，半导体呈现不能导电的绝缘体特性。当温度逐渐升高或在一定强度的光照下，价电子会获得足够的随机热振动能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子，如图1-3所示，这种现象称为本征激发本征激发。图图1-3 由于随

4、机热振动致使共价键被打破而产生空穴由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴电子对电子对 本征半导体本征半导体 当电子挣脱共价键的束缚成为电子后，共价键中就留下了一个空位，这个空位叫做空穴空穴。空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。在外加电场作用下，邻近的价电子就可以填补到这个空位上，而在这个电子原来的位置上又留下新的空位，以后其他电子又可转移到新的空位，从而出现了一定的电荷迁移，如图1-4所示。图图1-4 电子与空穴的移动电子与空穴的移动本征半导体本征半导体1.共价键中空穴或束缚电子移动产生电流的根本原因是由于共价键中出现空穴引起的。2.可以把空穴看成是一个带正电的粒子，它所带的电量与电

5、子相等，符号相反，在外加电场作用下，可以自由地在晶体中运动，从而和自由电子一样可以参与导电，因此空穴也是一种载流子载流子。载流载流子：子：晶体中传导电流的粒子。金属中的载流子是电子，半导体的载流子是电子和空穴。3.在本征半导体内，自由电子和空穴总是成对出现的。杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体杂质半导体。因掺入的杂质不同，杂质半导体又可以分为P型半导体型半导体（空穴型半导体）和N型半导体型半导体（电子型半导体）两大类。(1)P型半导体型半导体(2)N型半导体型半导体 杂

6、质半导体杂质半导体(1)P型半导体（空穴型半导体）型半导体（空穴型半导体）在本征半导体中掺入三价杂质元素在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等，硼原子只有三个价电子，它与硅原子组成共价键时，因缺少一个电子，在晶体中便产生一个空位,当相邻共价键上的电子受到热振动或在其他激发条件下获得能量时，就有可能填补这个空位，使硼原子成为不能移动的负离子，而原来硅原子的共价键则因缺少一个电子，形成空穴，半导体呈中性，如图1-5所示。图图1-5 P型半导体的共价键结构型半导体的共价键结构 杂质半导体杂质半导体(2)N型半导体（电子型半导体）型半导体（电子型半导体）在本征半导体中掺入五价杂质元素在本征半导

7、体中掺入五价杂质元素，如磷、砷、镝等，因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子，如图1-6所示。自由电子参与传导电流，但它移动后，原来的杂质原子位置上将留下一个固定的、不能移动的正离子，致使半导体仍然保持中性。图图1-6 N型半导体的共价键结构型半导体的共价键结构 杂质半导体杂质半导体 P型半导体N型半导体杂质原子多数载流子少数载流子+3价元素（硼、镓、铟等）俘获电荷，称为受主杂质+5价元素（磷、砷、镝等）提供电子，称为施主杂质空穴，主要由掺杂形成电子，由热激发形成电子，主要由杂质原子提供空穴，由热激发形成半

8、导体中正负电荷数是相等的，因此保持电中性图图1-7 PN结的形成过程结的形成过程空穴空穴电子电子(a)扩散运动扩散运动(b)漂移运动漂移运动载流子从浓度高的地方载流子从浓度高的地方向浓度低的地方扩散向浓度低的地方扩散扩散运动扩散运动P区区N区区留下带负电留下带负电的杂质离子的杂质离子留下带正电留下带正电的杂质离子的杂质离子形成很薄的空间电荷区，即形成很薄的空间电荷区，即PN结结形成由形成由N区指向区指向P区的内电场，阻区的内电场，阻碍扩散运动碍扩散运动 PN结的形成结的形成 图图1-7 PN结的形成过程结的形成过程空穴空穴电子电子(a)扩散运动扩散运动(b)漂移运动漂移运动载流子在内电场作载流

9、子在内电场作用下发生的运动用下发生的运动漂移运动漂移运动P区区N区区使空间电荷变少，内电场减小，使空间电荷变少，内电场减小，又使扩散运动容易进行又使扩散运动容易进行漂移运动和扩散运动相等时，漂移运动和扩散运动相等时，便处于动态平衡状态便处于动态平衡状态 PN结的形成结的形成 PN结的单向导电性结的单向导电性 (1)外加正向电压外加正向电压 将PN结的P区接较高电位，N区接较低电位，称为给PN结加正向偏置电压，简称正偏，如图1-8所示。图图1-8 PN结外加正偏电压结外加正偏电压 外电场方向与内电场方向相反，扩散运动增强，漂移运动几乎减弱为零。正向电流正向电流IF 为了防止较大的IF将PN结烧坏

10、，应串接限流电阻R。当当E增加到一定值增加到一定值后，扩散电流随正偏后，扩散电流随正偏电压的提高呈指数规电压的提高呈指数规律上升律上升 正向偏置时正向偏置时PN结的结的电阻很小，称之为正电阻很小，称之为正偏导通状态。偏导通状态。内电场内电场 PN 结的单向导电性结的单向导电性 (2)外加反向电压外加反向电压 将PN结的P区接较低电位，N区接较高电位，称为给PN结加反向偏置电压，简称反偏，如图1-9所示。图图1-9 PN结外加反偏电压结外加反偏电压 外电场方向与内电场方向相同，扩散运动几乎减弱为零，漂移运动增强。反向电流反向电流IR内电场内电场 在一定温度下，反在一定温度下，反向电流向电流IR就

11、是反向饱就是反向饱和电流和电流IS。反向饱和电流反向饱和电流IS与与温度密切相关。温度密切相关。反向偏置时反向偏置时 PN 结结呈现出一个很大的电呈现出一个很大的电阻，基本不导电。阻，基本不导电。为什么？为什么？PN 结的单向导电性结的单向导电性 PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：阻，具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。PN结反向击穿结反向击穿 在测量PN结的VI特性时，如果加到

12、PN结两端的反向电压增大到一定数值时，反向电流突然增加，这个现象就称为PN结的反向击穿（电击穿）反向击穿（电击穿）。发生击穿所需的反向电压VBR称为反向击穿电压。雪崩击穿：雪崩击穿：当反向电压足够高时，PN结中内电场较强，使参加漂移的载流子加速，与中性原子相碰，使之价电子受激发产生新的电子空穴对，又被加速，而形成连锁反响，使载流子剧增，反向电流骤增。PN结反向击穿结反向击穿 齐纳击穿：齐纳击穿：对掺杂浓度高的半导体，PN结的耗尽层很薄，只要参加不大的反向电压，耗尽层可获得很大的场强，足以将价电子从共价键中拉出来，而获得更多的电子空穴对，使反向电流骤增。电击穿的过程是可逆的。但它有一个前提条件，

13、就是反向电流和反向电压的乘积不超过PN结容许的耗散功率，超过了就会因为热量散不出去而使PN结温度上升，直到过热而烧毁，这种现象就是热击穿热击穿。热击穿是不可逆的。PN结的结的VI 特性特性 IS：反向饱和电流反向饱和电流e：自然对数底自然对数底 VT：温度的电压当量：温度的电压当量 在常温在常温(300 K)下，下，VT 26 mV 二极管加反向电压，即二极管加反向电压，即 V VT，则，则 I IS。二极管加正向电压，即二极管加正向电压，即 V 0，且，且 V VT，则，则 ，说明电流，说明电流 I 与电压与电压 V基本上成指数关系。基本上成指数关系。PN结的结的VI特性可表达为特性可表达为

14、 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。图图1-10 半导体二极管的典型结构半导体二极管的典型结构点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用于工频大电流整流电路。平面型二极管平面型二极管 集成电路中常用的一种形式。二极管的二极管的VI特性特性 图图1-11 二极管二极管VI特性曲线特性曲线(1)正向特性（外加正偏电压）正向特性（外加正偏电压）p 当当 0VVth时时 外电场还缺乏以克服PN 结的内电场，正向扩散电流仍几

15、乎为零。正向电流为零，Vth称为死区电压（Ge:约0.1V，Si:约0.5V）。p 当当 V Vth时时 外加电场足以克服内电场，扩散运动迅速增加，开始产生正向电流，并按指数规律增加。二极管的二极管的VI特性特性 图图1-11 二极管二极管VI特性曲线特性曲线(2)反向特性（外加反偏电压）反向特性（外加反偏电压）p 当当 VBRV0时时 反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流。p 当当 V Vth时时 反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿反向击穿。发生击穿时的电压称作击穿电压VBR。二极管的参数二极管的参数 (1)最大整流电流最大整流电流IFM二极管允许

16、通过的最大正向平均电流。(2)反向击穿电压反向击穿电压VBR指管子反向击穿时的电压值。一般手册上给出 的最高反向工作电压VRM为击穿电压的一半。(3)最大反向电流最大反向电流IRM 指二极管加最大反向工作电压时的反向电流，其 值越小，管子的单向导电性越好。(4)最高工作频率最高工作频率fM fM反映了PN结电容的影响。当工作电压超过fM 后，二极管的单向导电性变坏。二极管正向二极管正向VI特性的建模特性的建模 (1)理想模型：相当于一个理想开关，正偏时二极管导通管压降为0V，反偏时电阻无穷大，电流为零。vDiD0D图图1-12 理想模型理想模型(a)VI 特性特性(b)代表符号代表符号vDiD

17、+-二极管正向二极管正向VI特性的建模特性的建模 (2)恒压降模型：二极管导通后，其管压降认为是恒定的，且不随电流而变，典型值为0.7V。该模型提供了合理的近似，用途广泛。注意：二极管电流近似等于或大于1mA正确。vDiD0D图图1-13 恒压降模型恒压降模型(a)VI 特性特性(b)代表符号代表符号vDiD+-二极管正向二极管正向VI特性的建模特性的建模 （3）折线模型：认为二极管的管压降不是恒定的，模型中用一个电池和电阻 rD来作进一步的近似，电池电压选定为二极管的门坎电压Vth，约为0.5V，rD的值为(管压降-Vth)/二极管的导通电流。vDiD0D图图1-14 折线模型折线模型(a)

18、VI 特性特性(b)代表符号代表符号vDiD+-VthrD 二极管正向二极管正向VI特性的建模特性的建模 （4）小信号模型：如果二极管在它的V-I特性的某一小范围内工作，例如Q点（此时有vD=VD、iD=ID）附近工作，则可把V-I特性看成一条直线，其斜率的倒数就是所求的小信号模型的微变电阻rd。vD0图图1-15 小信号模型小信号模型(a)VI 特性特性(b)代表符号代表符号iDvDiDiD+-vDrdVDIDQ 稳压管稳压管 稳压管一种特殊的面接触型半导体硅二极管稳压管一种特殊的面接触型半导体硅二极管稳压管稳压管工作于反向击穿区工作于反向击穿区(a)稳压管符号稳压管符号(b)稳压管伏安特性

19、稳压管伏安特性+I/mAU/VO+正向正向 +反向反向 U I图图 1-16稳压管的伏安特性和符号稳压管的伏安特性和符号 稳压管的参数主要有以下几项：稳压管的参数主要有以下几项：1.稳定电压稳定电压 VZ 稳压管被反向击穿后，在规定电流值时，管子两端的反稳压管被反向击穿后，在规定电流值时，管子两端的反 向击穿电压。向击穿电压。4.动态电阻动态电阻 rZ 稳压管处于反向击穿时，管子两端电压变化量与电稳压管处于反向击穿时，管子两端电压变化量与电 流变化量的比值。流变化量的比值。3.稳定电流稳定电流 IZ 测定测定VZ时所规定的参考稳定电流值。时所规定的参考稳定电流值。稳压管稳压管 5.温度系数温度

20、系数 V 反映稳定电压反映稳定电压VZ受温度影响大小的参数受温度影响大小的参数rZ大好还是大好还是小好小好?2.额定功率额定功率PZM 由最高允由最高允许结温所限定的功率参数。温所限定的功率参数。1.假设输入电压为正弦信号，请画出以下电路的输出电压波形思考题思考题2.当vi1和vi2的值为0V或5V时,求vi1和vi2的值不同组合情况下，输出电压vo的值。设二极管是理想的。理想模型恒压模型5V6sintD1D2D1、D2为硅管3.二极管电路如下图，试判断图中的二极管是导通还是截止，并求出AO两端电压VAO。设二极管是理想的。(a)(b)(c)(d)4.稳压管DZ的稳定电压VZ=8V，限流电阻R

21、=3k，设vi=15sintV，试画出vO的波形。内容回忆内容回忆半导体半导体本征半导体本征半导体杂质半导体杂质半导体N型半导体型半导体P型半导体型半导体两种载流子两种载流子电子和空穴电子和空穴掺入掺入5价元素价元素施主杂质失去电子后施主杂质失去电子后留下带正电的离子留下带正电的离子掺入掺入3价元素价元素受主杂质得到电子后留受主杂质得到电子后留下带负电的离子下带负电的离子多子：空穴多子：空穴少子：电子少子：电子多子：电子多子：电子少子：空穴少子：空穴N型型半导体半导体P型型半导体半导体PN结结1.扩散运动扩散运动 多子的运动，产生内电场，阻碍扩散运动。多子的运动，产生内电场，阻碍扩散运动。2.

22、漂移运动漂移运动 少子在内电场作用下的运动，削弱内电场，少子在内电场作用下的运动，削弱内电场，使扩散运动容易进行使扩散运动容易进行无外加电场时扩散运动和漂移运动处于平衡状态无外加电场时扩散运动和漂移运动处于平衡状态外加正向偏压（外加正向偏压（P N）时）时PN结正向导通，由扩散运动产生正向电流结正向导通，由扩散运动产生正向电流IF外加反向偏压（外加反向偏压（P N）时）时PN结反向截止，由漂移运动产生反向饱和电流结反向截止，由漂移运动产生反向饱和电流ISI -IS反向偏压继续增加反向偏压继续增加 电击穿（可逆），热击穿（不可逆）电击穿（可逆），热击穿（不可逆）N型型半导体半导体P型型半导体半导

23、体二极管二极管死区电压死区电压反向击穿电压反向击穿电压vDiD0vDiD0vDiD0vD0iDvDiDVDIDQ理想模型理想模型恒压降模型恒压降模型折线模型折线模型小信号模型小信号模型稳稳压压管管工工作作于于反向击穿区反向击穿区I/mAU/VO+正向正向 +反向反向 U I动态电阻动态电阻rZ小的管子稳压性能较好小的管子稳压性能较好第二局部第二局部 半导体三极管半导体三极管 BJT的结构简介 BJT的电流分配与放大作用 BJT的特性曲线 半导体三极管半导体三极管 半导体三极管半导体三极管(Bipolar Junction Tra-nsistor:BJT)是指通过一定的工艺，将是指通过一定的工艺

24、，将两个两个PN结结合在一起的器件。结结合在一起的器件。图图1-17 半导体三极管器件半导体三极管器件PPNNNP(1)NPN 型型 BJT(2)PNP 型型 BJT图图1-18 NPN型型BJT的结构示意图的结构示意图 发射区比集电区的掺杂浓度高发射区比集电区的掺杂浓度高 集电区的面积比发射区大集电区的面积比发射区大发射极发射极基极基极集电极集电极发射区发射区基区基区集电区集电区发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏收集电子收集电子发射结发射结集电结集电结E EB BC C发射电子发射电子 管内载流子的传输管内载流子的传输发射极发射极基极基极集电极集电极发射区发射区基区基区集电区集电区发射

25、结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏发射电子发射电子收集电子收集电子 管内载流子的传输管内载流子的传输发射结发射结集电结集电结(1)发射区向基区注入电子发射区向基区注入电子 由于发射结正偏，发射区内的多数载流子电子不断通过发射结扩由于发射结正偏，发射区内的多数载流子电子不断通过发射结扩散到基区，形成发射级电流散到基区，形成发射级电流IE。另外，基区的空穴也扩散到发射区，但由于发射区的掺杂浓度远另外，基区的空穴也扩散到发射区，但由于发射区的掺杂浓度远高于基区，这局部空穴流与电子流相比可忽略不计。高于基区，这局部空穴流与电子流相比可忽略不计。VEEVCCIE发射极发射极基极基极集电极集电极发射区发

26、射区基区基区集电区集电区发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏发射电子发射电子收集电子收集电子 管内载流子的传输管内载流子的传输发射结发射结集电结集电结(2)电子在基区中的扩散与复合电子在基区中的扩散与复合 由发射区来的电子注入基区后，就在基区靠近发射结的边界积累由发射区来的电子注入基区后，就在基区靠近发射结的边界积累起来，在基区中形成一定的浓度梯度。因此，电子就要向集电结方向起来，在基区中形成一定的浓度梯度。因此，电子就要向集电结方向扩散，在扩散过程中又会与基区中的空穴复合。扩散，在扩散过程中又会与基区中的空穴复合。VEEVCCIE发射极发射极基极基极集电极集电极发射区发射区基区基区集电区

27、集电区发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏发射电子发射电子收集电子收集电子 管内载流子的传输管内载流子的传输发射结发射结集电结集电结(2)电子在基区中的扩散与复合电子在基区中的扩散与复合 同时，同时，VEE的正端不断从基区拉走电子。电子复合的数目与电源的正端不断从基区拉走电子。电子复合的数目与电源从基区拉走的电子数目相等，使基区的空穴浓度保持不变。这样就形从基区拉走的电子数目相等，使基区的空穴浓度保持不变。这样就形成了基极电流成了基极电流IB，所以基极电流就是电子在基区与空穴复合的电流。，所以基极电流就是电子在基区与空穴复合的电流。VEEVCCIEIB发射极发射极基极基极集电极集电极发射区

28、发射区基区基区集电区集电区发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏发射电子发射电子收集电子收集电子 管内载流子的传输管内载流子的传输发射结发射结集电结集电结(2)电子在基区中的扩散与复合电子在基区中的扩散与复合 也就是说，注入基区的电子有一局部未到达集电结，如复合越多，也就是说，注入基区的电子有一局部未到达集电结，如复合越多，则到达集电结的电子越少，对放大是不利的。所以为了减小复合，通则到达集电结的电子越少，对放大是不利的。所以为了减小复合，通常把基区做的很薄（微米量级），并使基区的掺杂浓度很低，使大局常把基区做的很薄（微米量级），并使基区的掺杂浓度很低，使大局部电子都能到达集电极。部电子都能

29、到达集电极。VEEVCCIEIB发射极发射极基极基极集电极集电极发射区发射区基区基区集电区集电区发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏发射电子发射电子收集电子收集电子 管内载流子的传输管内载流子的传输发射结发射结集电结集电结(3)集电极收集扩散过来的电子集电极收集扩散过来的电子 由于集电结反偏，集电结的势垒很高，集电区的电子和基区的空由于集电结反偏，集电结的势垒很高，集电区的电子和基区的空穴很难通过集电结。但是这个势垒对基区扩散到集电结边缘的电子却穴很难通过集电结。但是这个势垒对基区扩散到集电结边缘的电子却有很强的吸引力，可使电子很快地漂移过集电结为集电区所收集，形有很强的吸引力，可使电子很

30、快地漂移过集电结为集电区所收集，形成集电极电流成集电极电流IC。VEEVCCIEIBIC发射电子发射电子思考：思考：PNP型型BJT应该如何应该如何连接？连接？NPN型型VCVBVEVCVBVEIE的方向由管内的方向由管内流向管外流向管外IE的方向由管外的方向由管外流进管内流进管内|VB-VE|的值较小，一般硅管的值较小，一般硅管 取取0.50.7V，锗管取，锗管取0.20.3V 发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏PNP型型 电流分配关系电流分配关系(2)根据根据KCL，iE=iC+iB，因此，基极电流可表示为，因此，基极电流可表示为(1)集电结收集的电子流是发射结发射的总电子流的一

31、局部，常用系数集电结收集的电子流是发射结发射的总电子流的一局部，常用系数 表示，有表示，有(3)由此可导出集电极与基极电流的关系为由此可导出集电极与基极电流的关系为其中，其中，和和 为两种放大系数，它们之间存在如下转换关系为两种放大系数，它们之间存在如下转换关系 1 电流分配关系电流分配关系 当当BE之间的正向电压加大时，将会有更多的电子从射区扩散之间的正向电压加大时，将会有更多的电子从射区扩散到基区（到基区（iE 增大），同时到达集电极的电子也会增加（增大），同时到达集电极的电子也会增加（iC 增大），增大），基区内复合的电子数也会增加（基区内复合的电子数也会增加（iB 增大）。增大）。iE

32、、iC 和和 iB三者之间三者之间的比例基本不变。的比例基本不变。故对于一只特定的三极管，故对于一只特定的三极管，和和 的值可以近似地看为不变的的值可以近似地看为不变的常数。常用的三极管，常数。常用的三极管，值在数十到数百之间。值在数十到数百之间。放大作用放大作用图图1-19 简单的放大电路简单的放大电路 BJT 最基本的一种应用，是把微弱的电信号加以放大。一简单的放大电路如图2-3所示。PN结的正向电压对电流的操作作用很灵敏，因此 vI 的微小变化就可以引起 IE 很大的变化。IC=IE，假设=0.98，IC=0.98mA IC通过集电极的负载电阻RL产生一个变化电压 vO,假设RL 取1k

33、，则vO=ICRL=0.98V。vO随时间的变化规律与vI 相同，但幅度却大了许多倍。所增大的倍数称为电压增益电压增益，即 BJT 的特性曲线是指各电极电压与电流之间的关系曲线，它是 BJT内部载流子运动的外部表现。工程上最常用到的是它的输入特性曲线和输出特性曲线。图图1-20 共射极放大电路共射极放大电路以发射极作为共同端，以基极作以发射极作为共同端，以基极作为输入端，集电极作为输出端。为输入端，集电极作为输出端。(1)输入特性：输入特性：指当集电极与发射极之间的电压vCE为某一常数时，输入回路加在BJT基极与发射极之间的电压vBE与基极电流iB之间的关系曲线。iB=f(vBE)|vCE=常

34、数常数(2)输出特性：输出特性：指在基极电流iB一定的情况下，BJT的输出回路中，集电极与发射极之间的电压vCE与集电极电流iC之间的关系曲线。iC=f(vCE)|iB=常常数数图图1-21 NPN型硅型硅BJT共射极接法共射极接法的输入特性曲线的输入特性曲线(1)输入特性输入特性 vCE=1V 的输入特性较vCE=0V 的特性向右移动了一段距离，这是由于当vCE=1V时，集电结吸引电子的能力加强，使得从发射区进入基区的电子更多地流向集电区，因此对应于相同的 vBE，流向基极的电流 iB比原来 vCE=0时减小了。当 vCE1V 以后，只要 vBE 保持不变，则从发射区发射到基区的电子一定，而

35、集电结所加的反向电压大到1V以后已能把这些电子中的绝大局部拉到集电结来，以至 vCE 再增加，iB 也不再明显减小，故vCE1V后的输入特性基本重合。(2)输出特性输出特性 输出特性的起始局部很陡。这是由于在vCE 很小时，集电结的反向电压很小，对到达基区的电子吸引力不够，这时vCE稍有增加，从基区到集电区的电子也增加，故iC 随之增大。当 vCE 超过某一数值后（约1V），特性曲线变得平坦。这是因为这时集电结的电场已经足够强，能使发射区扩散到基区的电子绝大局部都到达集电区。由于iC=iB，在vCE大于约1V后，输出特性是一组间隔基本均匀，比较平坦的平行直线。图图1-22 NPN型硅型硅BJT

36、共射极接法共射极接法的输出特性曲线的输出特性曲线饱饱和和区区截止区截止区放放大大区区iB=0(2)输出特性输出特性 由于vCE=vCB+vBE，当vCE增加时，由于vBE变化较少（例如硅管的vBE0.7V），因此 vCB（集电结反向偏压）随之增加。vCB的增加使集电结的空间电荷区的宽度增加，致使基区有效宽度减小，这样在基区内载流子的复合时机减少，使电流放大系数增大，在iB不变的情况下，iC将随vCE增大，特性曲线向上倾斜，这种现象称为基区宽度调制效应基区宽度调制效应。图图1-23 NPN型硅型硅BJT共射极接法共射极接法的输出特性曲线的输出特性曲线饱饱和和区区截止区截止区放放大大区区思考题思考

37、题1.测得某放大电路中BJT的三个电极A、B、C的对地电位分别为VA=-9V,VB=-6V，VC=-6.2V，试分析A、B、C中哪个是基极b，发射极e、集电极c，并说明此BJT是NPN管还是PNP管。2.某放大电路中BJT三个电极A、B、C的电流如下图，用万用表直流电流档测得IA=-2mA,IB=-0.04mA，IC=2.04mA，试分析A、B、C中哪个是基极b，发射极e、集电极c，并说明此BJT是NPN管还是PNP管。内容回忆内容回忆PNPNPN1.三个极、三个区和两个结三个极、三个区和两个结2.发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏3.发射区发射电子，形成发射区发射电子，形成 iE；

38、电子；电子在基区中的扩散与复合，则形成在基区中的扩散与复合，则形成 iB；集电区收集电子，形成；集电区收集电子，形成iC。4.iE=iB+iC；iC=iE;iC=iB 1电流分配关系VCVBVEVCVB0vGS0 N沟道JFET工作时，在栅极与源极间需加一负电压，使栅极、沟道间的PN结反偏，栅极电流iG0，场效应管呈现很高的输入电阻。在漏极与源极间加一正电压，使N沟道中的多数载流子（电子）在电场作用下由源极向漏极运动，形成电流iD。iD 工作原理工作原理(1)vGS对对iD的操作作用的操作作用图图1-26 vDS=0时，栅源电压时，栅源电压vGS改变对导电沟道的影响改变对导电沟道的影响(a)v

39、GS=0(b)VPvGS0(c)vGSVP 在反偏电压 vGS 作用下，两个PN结的耗尽层加宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。随着vGS幅值的加大，最终导致两侧的耗尽层将在中间合拢，沟道全部被夹断，此时漏源极间的电阻趋于无穷大，相应的栅源电压称为夹断电夹断电压压VP。图图1-27 vGS=0时，漏源电压时，漏源电压vDS改变对导电沟道的影响改变对导电沟道的影响 工作原理工作原理(2)vDS对对iD的操作作用的操作作用(a)vDS=0(b)vDS|VP|(b)随着vDS逐渐增加，一方面沟道电场强度加大，有利于漏极电流iD增加；另一方面，有了vDS，就在由源极经沟道到漏极的N型半导体区域中，产生了一

40、个沿沟道的电位梯度。离源极越远，栅极与沟道之间的电位差越大，加到该处PN结的反向电压也 图图1-27 vGS=0时，漏源电压时，漏源电压vDS改变对导电沟道的影响改变对导电沟道的影响 工作原理工作原理(2)vDS对对iD的操作作用的操作作用(a)vDS=0(b)vDS|VP|(b)越大，耗尽层也越向N型半导体中心扩展，使靠近漏极处的导电沟道比靠近源极处要窄，导电沟道呈楔形。从这方面说，增加vDS，又产生了阻碍漏极电流iD提高的因素。但在vDS较小时，导电沟道靠近漏端区域仍较宽，阻碍因素是次要的。故iD迅速增大。图图1-27 vGS=0时，漏源电压时，漏源电压vDS改变对导电沟道的影响改变对导电

41、沟道的影响 工作原理工作原理(2)vDS对对iD的操作作用的操作作用(a)vDS=0(b)vDS|VP|(c)继续增加vDS，当耗尽层在A点相遇时，称为预夹断。(d)沟道在A点预夹断后，随着vDS上升，夹断长度会略有增加。但由于夹断处场强也增大，仍能将电子拉过夹断区。在从源极到夹断处的沟道上，沟道内电场基本上不随vDS改变而变化。所以，iD饱和。特性曲线特性曲线(1)输出特性输出特性(vGS一定时，一定时，vDS对对iD的影响的影响)图图1-28 N沟道沟道JFET的输出特性的输出特性 特性曲线特性曲线(2)转移特性转移特性(vDS 一定时，一定时，vGS对对iD的影响的影响)图图1-29 N

42、沟道沟道JFET的转移特性的转移特性思考题思考题1.一个JFET的转移特性曲线如下图，试问(1)它是N沟道还是P沟道的FET?(2)它的夹断电压VP和饱和漏极电流IDSS各是多少？iD/mA-43vGS/V0图图1-30 N沟道沟道MOSFET N沟道沟道MOSFET的结构的结构MOSFET 从导电沟道的类型上分为：1)n沟道管，由电子导电。2)p沟道管，由空穴导电。从开启电压的极性上又可以分为：1)增强型管。栅压为零时不能导电。2)耗尽型管。栅压为零时管子能导电。以一块掺杂浓度较低、电阻率较高的P型硅半导体薄片作为衬底，在P型硅中扩散两个高掺杂的N+区。然后在P型硅外表上生长一层很薄的二氧化

43、硅绝缘层，并在二氧化硅的外表及N+区的外表上分别安置三个铝电极栅极g、源极s和漏极d，就形成了N沟道MOS管。由于栅极与源极和漏极均无电接触，故称为绝缘栅极绝缘栅极。表示由表示由P衬底衬底指向指向N沟道。沟道。对于对于P沟道情沟道情况，箭头方向况，箭头方向正好相反。正好相反。虚线表示虚线表示实线表示实线表示 工作原理工作原理 工作原理工作原理(a)(a)当栅源短接时，源区、衬底和漏区形成两个背靠背的PN结。当vDS0时，漏极和衬底间的PN结反偏，此时漏源间的电阻很大，没有形成导电沟道，基本没有电流流过，iD=0。工作原理工作原理(b)(b)在正的vGS作用下，介质中产生一个垂直于半导体外表的由

44、栅极指向P型衬底的电场，这个电场排斥空穴而吸引电子。因此，P型衬底中的电子被吸引到P型硅外表，形成一个N形的薄层。显然，vGS正的越多，作用于半导体外表的电场越强，吸引到P型硅外表的电子越多，感生沟道越厚。一旦出现了感生通道，原来被P型衬底隔开的两个N+区便连在了一起。因此，在正的vDS作用下，便有漏极电流iD产生。一般把在vDS作用下开始导电时的vGS称为开启电压VT。工作原理工作原理(c)(d)(c)当vGSVT，外加较小的vDS时，漏极电流iD将随vDS上升迅速增大，但由于沟道存在电位梯度，因此沟道的厚度是不均匀的；靠近源端厚，靠近漏端薄。(d)当vDS增大到一定数值后，靠近漏端被夹断，

45、vDS继续增加，将形成一夹断区。沟道被夹断后，vDS上升，iD趋于饱和。特性曲线特性曲线图图1-32 N沟道增强型沟道增强型MOSFET的输出特性曲线的输出特性曲线(1)输出特性曲线：测量当vGS恒定时，iD和vDS之间的变化关系。当vGS VT时，iD与vDS的关系也是二次函数，即式中，K为沟道系数，单位为mA/V2或A/V2。K的大小由沟道的长、宽和单位面积的栅电容等因素决定。当vGS=2VT对应的电流值为ID2时，则K=ID2/V2T思考题思考题1.如下图为MOSFET的转移特性，请分别说明各属于何种沟道。如是增强型，说明它的开启电压VT=？如是耗尽型，说明它的夹断电压VP=?（图中iD的正向为假定流入漏极。）谢谢观看/欢送下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH