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1、第1章模电常用半导体器件第1页，本讲稿共65页1.1 1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。体、绝缘体和半导体。典型的半导体是典型的半导体是硅硅Si和和锗锗Ge，它们都是它们都是4价元素价元素。硅原子硅原子锗原子锗原子硅硅和和锗锗最最外外层层轨轨道道上上的的四四个电子称为个电子称为价电子价电子。第2页，本讲稿共65页 本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构束缚电子束缚电子在绝对温度在绝对温度T=0K时，时，所有的价电子都被共价键紧所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中
2、，不会成紧束缚在共价键中，不会成为为自由电子自由电子，因此本征半导因此本征半导体的导电能力很弱，接近绝体的导电能力很弱，接近绝缘体。缘体。一.本征半导体 本征半导体本征半导体化学成分纯净的半导体晶体。化学成分纯净的半导体晶体。制制造造半半导导体体器器件件的的半半导导体体材材料料的的纯纯度度要要达达到到99.9999999%，常常称为称为“九个九个9”。第3页，本讲稿共65页 这一现象称为这一现象称为本征激发本征激发，也称也称热激发热激发。当当温温度度升升高高或或受受到到光光的的照照射射时时，束束缚缚电电子子能能量量增增高高，有有的的电电子子可可以以挣挣脱脱原原子子核核的的束束缚缚，而而参参与与
3、导导电电，成成为为自自由由电子电子。自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴 自由电子产生的自由电子产生的同时，在其原来的共同时，在其原来的共价键中就出现了一个价键中就出现了一个空位，称为空位，称为空穴空穴。第4页，本讲稿共65页 可见本征激发同时产生可见本征激发同时产生电子空穴对。电子空穴对。外加能量越高（外加能量越高（温度温度越高），产生的电子空越高），产生的电子空穴对越多。穴对越多。与本征激发相反的与本征激发相反的现象现象复合复合在一定温度下，本征激在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达发和复合同时进行，达到动态平衡。电子空穴到动态平衡。电子空穴对的浓度一定。对的浓
4、度一定。常温常温300K时：时：电子空穴对的浓度电子空穴对的浓度硅：硅：锗：锗：自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴电子空穴对电子空穴对第5页，本讲稿共65页自由电子自由电子 带负电荷带负电荷 电子流电子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子E总电流总电流载流子载流子空穴空穴 带正电荷带正电荷 空穴流空穴流本征半导体的导电性取决于外加能量：本征半导体的导电性取决于外加能量：温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。导电机制导电机制第6页，本讲稿共65页二二.杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量杂质
5、元素后的半导在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为体称为杂质半导体杂质半导体。1.1.N型半导体型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为磷，砷等，称为N型半导体型半导体。第7页，本讲稿共65页N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子多数载流子多数载流子自由电子自由电子少数载流子少数载流子 空穴空穴+N型半导体施主离子施主离子自由电子自由电子电子空穴对电子空穴对第8页，本讲稿共65页 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。空穴空穴硼原子硼原子硅原子硅原子多数载流子
6、多数载流子 空穴空穴少数载流子少数载流子自由电子自由电子P型半导体受主离子受主离子空穴空穴电子空穴对电子空穴对2.2.P型半导体型半导体第9页，本讲稿共65页杂质半导体的示意图杂质半导体的示意图+N型半导体多子多子电子电子少子少子空穴空穴P型半导体多子多子空穴空穴少子少子电子电子少子浓度少子浓度与温度有关与温度有关多子浓度多子浓度与温度无关与温度无关第10页，本讲稿共65页内电场E因多子浓度差因多子浓度差形成内电场形成内电场多子的扩散多子的扩散 空间电荷区空间电荷区 阻止多子扩散，促使少子漂移。阻止多子扩散，促使少子漂移。PNPN结合结合空间电荷区空间电荷区多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流
7、少子漂移电流耗尽层耗尽层三三.PN结及其单向导电性结及其单向导电性 1.PN结的形成结的形成 第11页，本讲稿共65页 动画演示少子飘移少子飘移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子扩散多子扩散 又失去多子，耗尽层宽，又失去多子，耗尽层宽，E内电场E多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层动态平衡：动态平衡：扩散电流扩散电流 漂移电流漂移电流总电流总电流0势垒势垒 UO硅硅 0.5V锗锗 0.1V第12页，本讲稿共65页2.PN结的单向导电性结的单向导电性(1)加正向电压（正偏）加正向电压（正偏）电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区
8、区 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。外电场削弱内电场外电场削弱内电场耗尽层变窄耗尽层变窄 扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动多子多子扩散形成正向电流扩散形成正向电流I I F F正向电流正向电流 第13页，本讲稿共65页(2)加反向电压加反向电压电源正极接电源正极接N区，负极接区，负极接P区区 外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。外电场加强内电场外电场加强内电场耗尽层变宽耗尽层变宽 漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I I R RPN 在一定的温度下，由本在一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是一征激发产
9、生的少子浓度是一定的，故定的，故IR基本上与外加反压基本上与外加反压的大小无关的大小无关，所以称为，所以称为反向饱反向饱和电流和电流。但。但IR与温度有关。与温度有关。第14页，本讲稿共65页 PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，电流，呈现低电阻，PN结导通；结导通；PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，电流，呈现高电阻，PN结截止。结截止。由此可以得出结论：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。第15页，本讲稿共65页3.PN结结的伏安特性曲线及表达式的伏安特性曲线及
10、表达式 根据理论推导，根据理论推导，PNPN结的伏安特性曲线如图结的伏安特性曲线如图正偏正偏IF（多子扩散）（多子扩散）IR（少子漂移）（少子漂移）反偏反偏反向饱和电流反向饱和电流反向击穿电压反向击穿电压反向击穿反向击穿热击穿热击穿烧坏烧坏PN结结电击穿电击穿可逆可逆第16页，本讲稿共65页 根据理论分析：根据理论分析：u 为为PN结两端的电压降结两端的电压降i 为流过为流过PN结的电流结的电流IS 为反向饱和电流为反向饱和电流UT=kT/q 称为温度的电压当量称为温度的电压当量其中其中k为玻耳兹曼常数为玻耳兹曼常数 1.381023q 为电子电荷量为电子电荷量1.6109T 为热力学温度为热
11、力学温度 对于室温（相当对于室温（相当T=300 K）则有则有UT=26 mV。当当 u0 uUT时时当当 u|U T|时时第17页，本讲稿共65页4.PN结的电容效应结的电容效应PN结具有一定的电容效应，称为结电容（Cj），数值较小，在中低频时，可视为开路，但在高频时，它的影响不可忽略，可造成反向漏电，破坏单向导电性。结电容由两种电容组成，一是势磊电容CB，二是扩散电容CD Cj=CB+CD1）势磊电容CB，其数值约为几皮法至12百皮法。空间电荷层的厚薄的变化所等效的电容。与电容的充放电类似。第18页，本讲稿共65页4.PN结的电容效应结的电容效应2）扩散电容CD是多子作扩散运动时的积累所造
12、成的电容效应。所有点电容的集合称为扩散电容。CD的值在十几皮法至数千皮法。PN结正偏时，主要是扩散运动，所以结电容主要由CD决定，而反偏时，阻挡层变厚，结电容主要有CB决定。第19页，本讲稿共65页1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管 二极管二极管=PN结结+管壳管壳+引线引线NP结构结构符号符号阳极阳极+阴极阴极-第20页，本讲稿共65页 二极管按结构分三大类：二极管按结构分三大类：(1)点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。第21页，本讲稿共65页 平面型二极管平面型二极管 用于集成电路制造工艺中。
13、用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。第22页，本讲稿共65页半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：2AP9用数字代表同类器件的不同规格。用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型，代表器件的类型，P为普通管，为普通管，Z为整流管，为整流管，K为开关管。为开关管。代表器件的材料，代表器件的材料，A为为N型型Ge，B为为P型型Ge，C为
14、为N型型Si，D为为P型型Si。2代表二极管，代表二极管，3代表三极管。代表三极管。第23页，本讲稿共65页 一一、半导体二极管的、半导体二极管的VA特性曲线特性曲线 硅：硅：0.5 V 锗：锗：0.1 V(1)正向特性正向特性导通压降导通压降反向饱和电流反向饱和电流(2)反向特性反向特性死区死区电压电压击穿电压击穿电压UBR实验曲线实验曲线uEiVmAuEiVuA锗锗 硅：硅：0.7 V 锗：锗：0.3V第24页，本讲稿共65页二二.二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二极管长期连续工二极管长期连续工作时，允许通过二作时，允许通过二极管的最大整流极管的最大整流电
15、流的平均值。电流的平均值。(2)反向击穿电压反向击穿电压UBR 二极管反向电流二极管反向电流急剧增加时对应的反向急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压值称为反向击穿电压电压UBR。(3)反向电流反向电流I IR R 在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管级；锗二极管在微安在微安(A)级。级。第25页，本讲稿共65页三三.二极管的简易测试二极管的简易测试 用万用表（用万用表（R 100或或R 1K）测试）测试：将万用表的红黑表笔分别接二极管两端，将万用表的红黑表笔分别接二
16、极管两端，若测得阻值小，再将红黑表笔对调测试，测得电阻值大，则表明若测得阻值小，再将红黑表笔对调测试，测得电阻值大，则表明二极管完好且阻值小的那次测量中（导通）万用表黑表笔所连二极管完好且阻值小的那次测量中（导通）万用表黑表笔所连那端为正极（阳极），红表笔所连为二极管负极（阴极）；那端为正极（阳极），红表笔所连为二极管负极（阴极）；若两次测量阻值都很小，则管子短路；都很大时则管子断若两次测量阻值都很小，则管子短路；都很大时则管子断路，此两种情况管子都已损坏。路，此两种情况管子都已损坏。第26页，本讲稿共65页四四 二极管使用注意事项二极管使用注意事项1、二极管应按照用途、参数及使用环境选二极管
17、应按照用途、参数及使用环境选择；择；2、使用二极管注意极性，二极管承受的电使用二极管注意极性，二极管承受的电流电压等不能超过手册规定极限值；流电压等不能超过手册规定极限值；3、焊接小功率二极管时用的电烙铁应用焊接小功率二极管时用的电烙铁应用35W以下的，焊接要迅速，且至少离外以下的，焊接要迅速，且至少离外壳端面壳端面2mm第27页，本讲稿共65页当稳压二极管工作在反当稳压二极管工作在反向击穿状态下向击穿状态下,工作电流工作电流IZ在在Izmax和和Izmin之间变化之间变化时时,其两端电压近似为其两端电压近似为常数常数稳定稳定电压电压五五.特殊二极管特殊二极管 1稳压二极管稳压二极管：应用在反
18、向击穿区的特殊二极管应用在反向击穿区的特殊二极管正向同正向同二极管二极管反偏电压反偏电压UZ 反向击穿反向击穿UZ限流电阻限流电阻第28页，本讲稿共65页 稳压二极管的主要稳压二极管的主要 参数参数(1)稳定电压稳定电压UZ(2)动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向工作电流在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。下，所对应的反向工作电压。rZ=U/I rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。(3)(3)最小稳定工作最小稳定工作 电流电流IZmin 保证稳压管击穿所对应的电流，若保证稳压管击穿所对应的电流，若IZIZmin则不能稳压。则不能稳压。(
19、4)(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流IZmax 超过超过Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏。稳压管会因功耗过大而烧坏。第29页，本讲稿共65页2 发光二极管发光二极管1）普通发光二极管）普通发光二极管2）红外线发光二极管）红外线发光二极管3）激光发光二极管）激光发光二极管第30页，本讲稿共65页3 光电二极管光电二极管 4 变容二极管变容二极管第31页，本讲稿共65页 1.3 半导体三极管及模型 半半导导体体三三极极管管，也也叫叫晶晶体体三三极极管管。由由于于工工作作时时，多多数数载载流流子子和和少少数数载载流流子子都都参参与与运运行行，因因此此，还还被被称称为为双双 极极 型型 晶晶
20、体体 管管（Bipolar Junction Transistor,简称简称BJT）。）。BJT是由两个是由两个PN结组成的。结组成的。第32页，本讲稿共65页一一.BJT的结构的结构NPN型PNP型符号符号:三极管的结构特点三极管的结构特点:（1）发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。）发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。（2）基区要制造得很薄且浓度很低。）基区要制造得很薄且浓度很低。-NNP发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极-PPN发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极第33页，本讲稿共65页二.BJT的分类1）按结构分：）按结构分：NPN管和管和PNP管；管；2）按
21、制作材料分：硅管和锗管；）按制作材料分：硅管和锗管；3）按工作频率分：高频管和低频管；）按工作频率分：高频管和低频管；4）按功率大小分：大、中、小功率管；）按功率大小分：大、中、小功率管；5）按工作状态分：放大管和开关管）按工作状态分：放大管和开关管第34页，本讲稿共65页三三 BJT的内部工作原理的内部工作原理（NPN管）管）三极管在工作时要三极管在工作时要加上适当的直流偏置加上适当的直流偏置电压。电压。若在放大工作状态：若在放大工作状态：发射结正偏：发射结正偏：+UCE UBEUCB集电结反偏：集电结反偏：由由VBB保证保证由由VCC、VBB保证保证UCB=UCE-UBE 0共发射极接法共
22、发射极接法c区区b区区e区区第35页，本讲稿共65页 （1 1）因为发射结正偏，所以发射）因为发射结正偏，所以发射区向基区注入电子区向基区注入电子 ，形成了扩散电流形成了扩散电流IEN。同时从基区向发射区也有空穴的扩。同时从基区向发射区也有空穴的扩散运动，形成的电流为散运动，形成的电流为IEP。但其数量小，但其数量小，可忽略。可忽略。所以发射极电流所以发射极电流I E I EN。（2）发射区的电子注入基）发射区的电子注入基区后，变成了少数载流子。少区后，变成了少数载流子。少部分遇到的空穴复合掉，形成部分遇到的空穴复合掉，形成IBN。所以。所以基极电流基极电流I B I BN。大部分到达了集电区
23、的边缘。大部分到达了集电区的边缘。1BJT内部的载流子传输过程内部的载流子传输过程第36页，本讲稿共65页（3）因为集电结反）因为集电结反偏，收集扩散到集偏，收集扩散到集电区边缘的电子，电区边缘的电子，形成电流形成电流ICN。另外，集电结区的另外，集电结区的少子形成漂移电流少子形成漂移电流ICBO。第37页，本讲稿共65页2电流分配关系电流分配关系三个电极上的电流关系三个电极上的电流关系:IE=IC+IB定义：定义：(1)(1)IC与与I E之间的关系之间的关系:所以所以:其值的大小约为其值的大小约为0.90.90.990.99。第38页，本讲稿共65页(2)IC与与I B之间的关系：之间的关
24、系：联立以下两式联立以下两式：得：得：所以所以：得：得：令令：第39页，本讲稿共65页四四.BJT.BJT的特性曲线（的特性曲线（共发射极接法）共发射极接法）(1)(1)输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE)uCE=const（1）uCE=0V时，相当于两个时，相当于两个PN结并联。结并联。（3）uCE 1V再增加时，曲线右移很不明显。再增加时，曲线右移很不明显。（2）当）当uCE=1V时，时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，在同一在同一uBE 电压下，电压下，iB 减小。特性曲线将向右稍微移动一些。减小。特性曲
25、线将向右稍微移动一些。死区电压死区电压硅硅 0.5V锗锗 0.1V导通压降导通压降硅硅 0.7V锗锗 0.3V第40页，本讲稿共65页(2)输出特性曲线输出特性曲线 iC=f(uCE)iB=const 现以现以iB=60uA一条加以说明。一条加以说明。（1）当）当uCE=0 V时，因集电极无收集作用，时，因集电极无收集作用，iC=0。（2）uCE Ic 。（3）当当uCE 1V后，收集后，收集电子的能力足够强。这时，电子的能力足够强。这时，发射到基区的电子都被集发射到基区的电子都被集电极收集，形成电极收集，形成iC。所以。所以uCE再增加，再增加，iC基本保持不基本保持不变。变。同理，可作出同
26、理，可作出iB=其他值的曲线。其他值的曲线。第41页，本讲稿共65页 输出特性曲线可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区饱和区iC受受uCE显著控制的区域，该区域内显著控制的区域，该区域内uCE0.7 V。此时发射结正偏，集电结也正偏。此时发射结正偏，集电结也正偏。截止区截止区iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区放大区 曲线基本平行等曲线基本平行等 距。距。此时，发此时，发 射结正偏，集电射结正偏，集电 结反偏。结反偏。该区中有：该区中有：饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区
27、第42页，本讲稿共65页五五.BJTBJT的主要参数的主要参数1.电流放大系数电流放大系数（2 2）共基极电流放大系数：）共基极电流放大系数：iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI=100uACBI=60uAi一般取一般取20200之间之间2.31.5（1 1）共发射极电流放大系数：）共发射极电流放大系数：第43页，本讲稿共65页 2.极间反向电流极间反向电流（2）集电极发射极间的穿）集电极发射极间的穿透电流透电流ICEO 基极开路时，集电极到发射基极开路时，集电极到发射极间的电流极间的电流穿透电流穿透电流。其大小与温度有关。其大小与温度有关。（1）
28、集电极基极间反向饱和电流）集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它它实际上就是实际上就是一个一个PNPN结的反向电流。结的反向电流。其大小与温度有关。其大小与温度有关。锗管：锗管：I CBO为微安数量级，为微安数量级，硅管：硅管：I CBO为纳安数量级。为纳安数量级。+ICBOecbICEO第44页，本讲稿共65页 3.极限参数极限参数 Ic增加时，增加时，要下降。当要下降。当 值值下降到线性放大区下降到线性放大区 值的值的70时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流时，所对应的集电极电流称
29、为集电极最大允许电流ICM。（1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流ICM（2）集电极最大允）集电极最大允许功率损耗许功率损耗PCM 集电极电流通过集集电极电流通过集电结时所产生的功耗，电结时所产生的功耗，PC=ICUCE PCM PCM第45页，本讲稿共65页（3）反向击穿电压）反向击穿电压 BJT有两个有两个PN结，其反向击穿电压有以下几种：结，其反向击穿电压有以下几种：U（BR）EBO集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大反向电压。集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般几伏十几伏。其值一般几伏十几伏。U（BR）CBO发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反向电
30、压。发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般为几十伏几百伏。其值一般为几十伏几百伏。U（BR）CEO基基极极开开路路时时，集集电电极极与与发发射射极极之之间间允允许许的的最大反向电压。最大反向电压。在实际使用时，还有在实际使用时，还有U（BR）CER、U（BR）CES等击穿电压。等击穿电压。-(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU第46页，本讲稿共65页 六.三极管的模型及分析方法iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA非线性器件非线性器件UD=0.7VUCES=0.3ViB0 iC0一一.BJT的模型
31、的模型+i-uBE+-uBCE+Cibeec第47页，本讲稿共65页截止状态截止状态ecb放大状态放大状态UDIBICIBecb发射结导通压降发射结导通压降UD硅管硅管0.7V锗管锗管0.3V饱和状态饱和状态ecbUDUCES饱和压降饱和压降UCES硅管硅管0.3V锗管锗管0.1V直流模型直流模型第48页，本讲稿共65页二二.BJT电路的分析方法（直流）电路的分析方法（直流）1.模型分析法（近似估算法）模型分析法（近似估算法）(模拟p5859)VCCVBBRbRc12V6V4K150K+UBE+UCEIBIC+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4K150K+UBE+UCEIBIC例：
32、共射电路如图，已知三极管为硅管，例：共射电路如图，已知三极管为硅管，=40，试，试求电路中的直流量求电路中的直流量IB、IC、UBE、UCE。第49页，本讲稿共65页+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4K150K+UBE+UCEIBIC0.7VIBecbIC+VCCRc(+12V)4K+UBEIB+VBBRb(+6V)150K+UCE解：设三极管工作在放大状态，用放大模型代替三极管。解：设三极管工作在放大状态，用放大模型代替三极管。UBE=0.7V第50页，本讲稿共65页2.图解法图解法 模拟(p5456)VCCVBBRbRc12V6V4K150K+uCEIB=40AiC非线性部分
33、非线性部分线性部分线性部分iC=f(uCE)iB=40AM(VCC,0)(12,0)(0,3)iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB直流负载线直流负载线斜率：斜率：UCEQ6VICQ1.5mAIB=40AIC=1.5mAUCEQ=6V 直流直流工作点工作点Q第51页，本讲稿共65页 半导体三极管的型号半导体三极管的型号第二位：第二位：A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管、管、C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低频小功率管、低频小功率管、D低频大功率管、低频大功率管、G高频小功率管、高频小功率管、A高频大功率管
34、、高频大功率管、K开关管开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：3DG110B第52页，本讲稿共65页 1.4 场效应管 BJT是是一一种种电电流流控控制制元元件件(iB iC)，工工作作时时，多多数数载载流流子子和和少少数数载载流流子都参与运行，所以被称为双极型器件。子都参与运行，所以被称为双极型器件。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
35、道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道FET分类：分类：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 场场效效应应管管（Field Effect Transistor简简称称FET）是是一一种种电电压压控控制制器器件件(uGS iD)，工工作作时时，只只有有一一种种载载流流子子参参与与导导电电，因因此此它它是是单单极极型型器件。器件。FET因因其其制制造造工工艺艺简简单单，功功耗耗小小，温温度度特特性性好好，输输入入电电阻阻极极高高等等优优点点，得得到了广泛应用。到了广泛应用。第53页，本讲稿共65页一.绝缘栅场效应三极管 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管(Metal Oxide Semic
36、onductor FET)，简称，简称MOSFET。分为：分为：增强型增强型 N沟道、沟道、P沟道沟道 耗尽型耗尽型 N沟道、沟道、P沟道沟道 1.1.N沟道增强型沟道增强型MOS管管（1 1）结构结构 4个电极：漏极个电极：漏极D，源极源极S，栅极，栅极G和和 衬底衬底B。符号：符号：第54页，本讲稿共65页 当当uGS0V时时纵向电场纵向电场将靠近栅极下方的空穴向下将靠近栅极下方的空穴向下排斥排斥耗尽层。耗尽层。（2 2）工作原理）工作原理 当当uGS=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 二极管，在二极管，在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。之间加上电
37、压也不会形成电流，即管子截止。再增加再增加uGS纵向电场纵向电场将将P区少子电子聚集到区少子电子聚集到P区表面区表面形成导电沟道，如形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流以形成漏极电流id。栅源电压栅源电压uGS的控制作用的控制作用第55页，本讲稿共65页 定义：定义：开启电压（开启电压（UT）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UGS。N沟道增强型沟道增强型MOS管的基本特性：管的基本特性：uGS UT，管子截止，管子截止，uGS UT，管子导通。，管子导通。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uDS
38、作用下，作用下，漏极电流漏极电流ID越大。越大。第56页，本讲稿共65页 漏源电压漏源电压uDS对漏极电流对漏极电流id的控制作用的控制作用 当当uGSUT，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VDS对漏极电流对漏极电流ID的影响。的影响。（设（设UT=2V，uGS=4V）（a）uds=0时，时，id=0。（b）uds id；同时沟道靠漏区变窄。同时沟道靠漏区变窄。（c）当）当uds增加到使增加到使ugd=UT时，时，沟道靠漏区夹断，称为沟道靠漏区夹断，称为预夹断预夹断。（d）uds再增加，预夹断区再增加，预夹断区加长，加长，uds增加的部分基本降增加的部分基本降
39、落在随之加长的夹断沟道上，落在随之加长的夹断沟道上，id基本不变。基本不变。第57页，本讲稿共65页（3 3）特性曲线）特性曲线 四个区：四个区：（a）可变电阻区）可变电阻区（预夹断前）。（预夹断前）。输出特性曲线：输出特性曲线：iD=f(uDS)uGS=const（b）恒流区也称饱和）恒流区也称饱和 区（预夹断区（预夹断 后）。后）。（c）夹断区（截止区）。）夹断区（截止区）。（d）击穿区。）击穿区。可变电阻区可变电阻区恒流区恒流区截止区截止区击穿区击穿区第58页，本讲稿共65页 转移特性曲线转移特性曲线：iD=f(uGS)uDS=const 可根据输出特性曲线作出可根据输出特性曲线作出移特
40、性曲线移特性曲线。例：作例：作uDS=10V的一条的一条转移特性曲线：转移特性曲线：UT第59页，本讲稿共65页 一个重要参数一个重要参数跨导跨导gm：gm=iD/uGS uDS=const (单位单位mS)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。在转移特性曲线上，在转移特性曲线上，gm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gm。第60页，本讲稿共65页 2.N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET特点：特点：当当uGS=0时，就有沟道，加时，就有沟道，加入入uDS，就有就有iD。当当uGS0时，沟道增宽，时，
41、沟道增宽，iD进一步增加。进一步增加。当当uGS0时，沟道变窄，时，沟道变窄，iD减小。减小。在栅极下方的在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。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。第61页，本讲稿共65页N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET的的特性曲线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1GSu01D(V)-12-2(mA)432i42uu310V=+2V1DSGSD(
42、mA)i=-1VuGSGSGS=0V=+1Vuu(V)=-2VUPGSuUP第62页，本讲稿共65页 3、P沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET P沟道沟道MOSFET的工作原理与的工作原理与N沟道沟道 MOSFET完全相同，只不过导电的载流完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有双极型三极管有NPN型和型和PNP型一样。型一样。第63页，本讲稿共65页4.MOS4.MOS管的主要参数管的主要参数（1）开启电压）开启电压UT（2）夹断电压）夹断电压UP（3）跨导）跨导gm：gm=iD/uGS uDS=const（4）直流输入电
43、阻）直流输入电阻RGS 栅源间的等效电栅源间的等效电阻。由于阻。由于MOS管管栅源间有栅源间有sio2绝缘层，输入绝缘层，输入电阻可达电阻可达1091015。第64页，本讲稿共65页本章小结本章小结1半半导导体体材材料料中中有有两两种种载载流流子子：电电子子和和空空穴穴。电电子子带带负负电电，空空穴穴带带正正电电。在在纯纯净净半半导导体体中中掺入不同的杂质，可以得到掺入不同的杂质，可以得到N型半导体和型半导体和P型半导体。型半导体。2采采用用一一定定的的工工艺艺措措施施，使使P型型和和N型型半半导导体体结结合合在在一一起起，就就形形成成了了PN结结。PN结的基本特点是单向导电性。结的基本特点是
44、单向导电性。3二二极极管管是是由由一一个个PN结结构构成成的的。其其特特性性可可以以用用伏伏安安特特性性和和一一系系列列参参数数来来描描述述。在在研研究究二二极极管电路时，可根据不同情况，使用不同的二极管模型。管电路时，可根据不同情况，使用不同的二极管模型。4BJT是是由由两两个个PN结结构构成成的的。工工作作时时，有有两两种种载载流流子子参参与与导导电电，称称为为双双极极性性晶晶体体管管。BJT是是一一种种电电流流控控制制电电流流型型的的器器件件，改改变变基基极极电电流流就就可可以以控控制制集集电电极极电电流流。BJT的的特特性性可可用用输输入入特特性性曲曲线线和和输输出出特特性性曲曲线线来
45、来描描述述。其其性性能能可可以以用用一一系系列列参参数数来来表征。表征。BJT有三个工作区：饱和区、放大器和截止区。有三个工作区：饱和区、放大器和截止区。5FET分分为为JFET和和MOSFET两两种种。工工作作时时只只有有一一种种载载流流子子参参与与导导电电，因因此此称称为为单单极极性性晶晶体体管管。FET是是一一种种电电压压控控制制电电流流型型器器件件。改改变变其其栅栅源源电电压压就就可可以以改改变变其其漏漏极极电电流流。FET的的特特性性可可用用转转移移特特性性曲曲线线和和输输出出特特性性曲曲线线来来描描述述。其其性性能能可可以以用用一系列参数来表征。一系列参数来表征。第65页，本讲稿共65页