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1、第第 1 1 章章 常用半导体器件常用半导体器件 电子电路就是将电子器件与通常的电阻、电容、电子电路就是将电子器件与通常的电阻、电容、电感、开关等元件适当地连接起来。电感、开关等元件适当地连接起来。电子电路与普通电路的的区别也就在于它们含电子电路与普通电路的的区别也就在于它们含有电子器件，而这些器件的特性往往是非线性的。有电子器件，而这些器件的特性往往是非线性的。1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识一、本征半导体一、本征半导体二、杂质半导体二、杂质半导体三、三、PNPN结的形成及其单向导电性结的形成及其单向导电性一、一、本征半导体本征半导体 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为导电性介
2、于导体与绝缘体之间的物质称为半导体半导体。无杂质无杂质稳定的结构稳定的结构本征半导体是本征半导体是纯净纯净的的晶体晶体结构的半导体。结构的半导体。1、什么是半导体？什么是本征半导体？、什么是半导体？什么是本征半导体？导体导体铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。绝缘体绝缘体惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导
3、电。半导体半导体硅（硅（Si）、锗（）、锗（Ge），均为），均为四价四价元素，它们原子的元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识2、本征半导体的、本征半导体的晶体晶体结构结构1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识 硅硅和和锗锗都都是是四四价价元元素素，在在原原子子最最外外层层轨轨道道上上的的四四个个电电子子称称为为价价电电子子。它它们们分分别别与与周周围围的的四四个个原原子子的的价价电电子子形形成成共共价价键键，共价键中的价电子为这些原子所共有共价键中的价电子为这些原子所共
4、有。(a)硅硅和锗和锗的的晶体晶体结构结构 (b)共价键结构平面示意图共价键结构平面示意图(c)价电子价电子2、本征半导体的、本征半导体的晶体晶体结构结构1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识+4+4+4+4+4+4+4+4+4价价电电子子共共价价键键单晶体中的共价键结构单晶体中的共价键结构共价键有很强的结共价键有很强的结合力，使原子规则合力，使原子规则排列，形成晶体。排列，形成晶体。共价键中的两个电共价键中的两个电子被紧紧束缚在共子被紧紧束缚在共价键中，称为价键中，称为束缚束缚电子电子。+4+4+4+4+4+4+4+4+43、本征半导体中的两种载流子、本征半导体中的两种载流子1.1 1
5、.1 半导体基础知识半导体基础知识在绝对在绝对0度度（T=0K）和没有外界激和没有外界激发时发时,价电子完全被共价价电子完全被共价键束缚着，本征半导体键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电中没有可以运动的带电粒子（即粒子（即载流子载流子），它），它的导电能力为的导电能力为 0，相当，相当于绝缘体。于绝缘体。T=0，不导电，不导电1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴 当当 T ，有有少少数数价价电电子子克克服服共共价价键键的的束束缚缚成成为为自自由由电电子子，在在原原来来的的共共价价键键中中留留下一个空位下一个空位空穴。空穴。
6、3、本征半导体中的两种载流子、本征半导体中的两种载流子 这一现象这一现象称为称为热激发热激发，也叫也叫本征激发本征激发。空穴可看成带正电的载流子。空穴可看成带正电的载流子。自由电子自由电子和和空穴空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。使本征半导体具有导电能力，但很微弱。室温下，室温下，产生产生自由电子、空穴对自由电子、空穴对3、本征半导体中的两种载流子、本征半导体中的两种载流子 温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的数目就加大。电子与空穴对的数目就加大。即即载流子的浓度与温度密切载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升
7、高相关，它随着温度的升高而而增加。增加。自由电子也可能回到空穴自由电子也可能回到空穴中去，称为中去，称为复合复合，这时自由，这时自由电子和空穴同时消失。电子和空穴同时消失。1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识 在一定温度下在一定温度下，热，热激发和复激发和复合会达到动态平衡合会达到动态平衡，自由电子，自由电子与空穴的数目（浓度）就一定与空穴的数目（浓度）就一定了了。总结总结1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识 本本征征半半导导体体中中两两种种载载流流子子同同时参与导电时参与导电带负电的带负电的自由电子自由电子带正电的带正电的空穴空穴 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称
8、为本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为 电电子子-空穴对。空穴对。本本征征半半导导体体中中自自由由电电子子和和空空穴穴的的浓浓度度用用 ni 和和 pi 表表示示，显显然然 ni=pi。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。温度越高，本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。温度越高，载流子的浓度越高载流子的浓度越高，因此因此其其导电能力导电能力也也越强越强。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。体的一大特点。二、杂质半导体二、杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，在本征半导体中掺入某些微量元素
9、作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。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，掺入杂质掺入的杂质主要是三价或五价元素，掺入杂质后的本征半导体称为后的本征半导体称为杂质半导体杂质半导体。1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识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1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识+4+4+4+4+4+4+4+4+41.N型半导体型半导体 -掺入五价元素掺入五价元素N 型半导体的晶体结构型半导体的晶体结构自由电子自由电子施主原子施主原子+5 在在N型型半半导导体体中中，掺掺杂杂浓浓度度远远大大于于本本征征半半导导体体中中
10、载载流流子子的的浓浓度度，所所以以，自自由由电电子子浓浓度度远远大大于于空空穴穴的的浓浓度度，即即 n p。电电子子称称为为多多数数载载流流子子(简简称称多多子子)，空空穴穴称称为为少少数数载载流流子子(简简称称少少子子)。N型半导体主要靠电子（多型半导体主要靠电子（多数载流子）导电。数载流子）导电。1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识+4+4+4+4+4+4+4+4+42.P型半导体型半导体 -掺入三价元素掺入三价元素P 型半导体的晶体结构型半导体的晶体结构+3 空穴空穴受受主原子主原子在在P型型半半导导体体中中，空空穴穴浓浓度度大大于于电电子子浓浓度度，即即 p n。空空穴穴为为多
11、多数数载载流流子子，电电子子为为少少数载流子。数载流子。P型半导体主要靠空穴型半导体主要靠空穴导电。导电。1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识半导体半导体中中的电的电流流IIPINI=IP+INN 型半导体型半导体 I INP 型半导体型半导体 I IP 杂质杂质半导体半导体中中多子和少子的移动都能形成电流。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。近似认为多子与杂质浓度相等。近似认为多子与杂质浓度相等。1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识说明：说明：1.掺掺入入杂杂质质的的浓浓度度决决定定多多数数载载流流子
12、子浓浓度度；温温度度决决定少数载流子的浓度。定少数载流子的浓度。3.杂质半导体总体上保持电中性。杂质半导体总体上保持电中性。4.杂质半导体的表示方法如下图所示杂质半导体的表示方法如下图所示：2.杂杂质质半半导导体体载载流流子子的的数数目目要要远远远远高高于于本本征征半半导导体，因而其导电能力大大改善。体，因而其导电能力大大改善。P 型半导体的简化表示法型半导体的简化表示法负离子负离子多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子正离子正离子多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识N 型半导体的简化表示法型半导体的简化表示法三、三、PN结及其单向导电性结及其
13、单向导电性 载流子的两种运动载流子的两种运动1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识漂移运动：漂移运动：载流子在电场作用下的定向载流子在电场作用下的定向运动运动。空穴。空穴顺着电场方向运动，电子则反之。顺着电场方向运动，电子则反之。扩散运动：扩散运动：载流子从浓度高的区域向浓度低的区域载流子从浓度高的区域向浓度低的区域运动。运动。在在一一块块半半导导体体单单晶晶上上一一侧侧掺掺杂杂成成为为 P 型型半半导导体体，另另一一侧侧掺掺杂杂成成为为 N 型型半半导导体体，两两个个区区域域的的交交界界处处就就形形成成了了一个特殊的薄层一个特殊的薄层(不能移动的正、负离子不能移动的正、负离子)，称为称
14、为 PN 结结。PN结结扩散运动扩散运动P区空穴区空穴浓度远高浓度远高于于N区。区。N区自由电区自由电子浓度远高子浓度远高于于P区。区。1、PN结的形成结的形成1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识（1）载流子的载流子的浓度差浓度差引起多子的引起多子的扩散扩散（2）复合使交界面复合使交界面形成空间电荷区形成空间电荷区(耗尽层耗尽层)空间电荷区特点空间电荷区特点:无载流子，无载流子，只有不能移动的离子，从而产生内电场只有不能移动的离子，从而产生内电场阻止阻止多子的多子的扩散，扩散，促使促使少子的漂移。少子的漂移。内电场内电场 内电场的作用内电场的作用:1.1 1.1 半导体基础知识半导体基
15、础知识漂移运动漂移运动（3）扩散和漂移达到扩散和漂移达到动态平衡动态平衡，就形成了就形成了PN结。结。1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识 少少子子的的运运动动与与多多子子运运动动方方向向相反相反扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着内电场的增强，漂移运动随着内电场的增强，漂移运动(电流电流)逐渐增加；逐渐增加；当当扩扩散散电电流流与与漂漂移移电电流流相相等等时时，PN 结结总总的的电电流流等等于于零零，空间电荷区的宽度达到稳定。空间电荷区的宽度达到稳定。2、PN结的单向导电性结的单向导电性（1）外加外加正向正向电压电压(正向偏置正
16、向偏置)P P+N N-1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识外电场方向外电场方向内电场方向内电场方向空间电荷区空间电荷区VRIPN 外电场使多子向外电场使多子向 PN 结移动结移动，中和部分离子使空间中和部分离子使空间电荷区电荷区变窄变窄，有利于扩散运动有利于扩散运动。IF=I扩（多子）扩（多子）I漂（少漂（少子子）I扩（多扩（多子子）02、PN结的单向导电性结的单向导电性（1）外加外加正向正向电压电压(正向偏置正向偏置)P P+N N-1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识PN 结呈现低阻性结呈现低阻性。（2）外加外加反向反向电压电压(反向偏置反向偏置)P P-N N+1.1
17、1.1 半导体基础知识半导体基础知识空间电荷区空间电荷区PN外电场方向外电场方向内电场方向内电场方向VRIS（2）外加外加反向反向电压电压(反向偏置反向偏置)P P-N N+外电场使少子背离外电场使少子背离 PN 结移动，空间电荷区结移动，空间电荷区变宽变宽，有利于有利于漂移漂移运动运动，使，使漂移电流大于扩散电流，电路中漂移电流大于扩散电流，电路中产生反向电流产生反向电流。1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识IR=I扩（多子）扩（多子）I漂（少漂（少子子）-I漂（少漂（少子子）0综上所述：综上所述：当当 PN 结结正正向向偏偏置置时时，回回路路中中将将产产生生一一个个较较大大的的正正
18、向向电电流流，PN 结结处处于于 导导通通状状态态；当当 PN 结结反反向向偏偏置置时时，回回路路中中反向电流非常小，几乎等于零，反向电流非常小，几乎等于零，PN 结处于结处于截止状态截止状态。可见，可见，PN 结具有结具有单向导电性单向导电性。PN 结呈现结呈现高高阻性阻性。1.在杂质半导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 有关。有关。（a.掺杂浓度掺杂浓度 b.温度）温度）2.在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 有关。有关。（a.掺杂浓度掺杂浓度 b.温度）温度）3.当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 。（a.减少减少 b.不变不变 c.增多）增多）
19、abc 4.在在外外加加电电压压的的作作用用下下，P 型型半半导导体体中中的的电电流流主主要是要是 ，N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。（a.电子电流电子电流 b.空穴电流）空穴电流）ba思考题：思考题：1.2 半导体二极管半导体二极管一、二极管的组成一、二极管的组成二、二极管的伏安特性及电流方程二、二极管的伏安特性及电流方程三、二极管的等效电路三、二极管的等效电路四、二极管的主要参数四、二极管的主要参数五、稳压二极管五、稳压二极管 一、二极管的组成一、二极管的组成将将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。结封装，引出两个电极，就构成了二极管。点接触型：点接触型：结面积小
20、，结电容小结面积小，结电容小故结允许的电流小故结允许的电流小最高工作频率高最高工作频率高面接触型：面接触型：结面积大，结电容大结面积大，结电容大故结允许的电流大故结允许的电流大最高工作频率低最高工作频率低平面型：平面型：结面积可小、可大结面积可小、可大小的工作频率高小的工作频率高大的结允许的电流大大的结允许的电流大1.2 半导体二极管半导体二极管二极管的符号二极管的符号1.2 半导体二极管半导体二极管PNPN结的结的电流电流方程方程：反向饱反向饱和电流和电流温度的温度的电压当量电压当量电子电量电子电量玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数当当 T=300(27 C)：UT =26 mV1.2 半导体二极管半
21、导体二极管 二二、二极管的、二极管的伏安特性伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性：OuD/ViD/mA正向特性正向特性Uon死区死区电压电压iD=0Uon=0.5 V 0.1 V(硅管硅管)(锗管锗管)U UoniD 急剧上升急剧上升 0 U Uon UD=(0.6 0.8)V硅管硅管 0.7 V(0.1 0.3)V锗管锗管 0.2 V反向特性反向特性ISU(BR)反反向向击击穿穿 U(BR)U 0 iD=IS 0.1 A(硅硅)几十几十 A(锗锗)U U(BR)反向电流急剧增大反向电流急剧增大(反向击穿反向击穿)1.2 半导体二极管半导体二极管反向击穿类型：反向击穿类型：电击穿电击穿热击
22、穿热击穿反向击穿原因反向击穿原因：齐纳击穿齐纳击穿：(Zener)反向电场太强，将电子强行拉出共价键。反向电场太强，将电子强行拉出共价键。(击穿电压击穿电压 6 V，正，正温度系数温度系数)击穿电压在击穿电压在 6 V 左右时，温度系数趋近零。左右时，温度系数趋近零。1.2 半导体二极管半导体二极管硅管的伏安特性硅管的伏安特性锗管的伏安特性锗管的伏安特性604020 0.02 0.040 0.4 0.82550iD/mAuD/V1.2 半导体二极管半导体二极管iD/mAuD/V0.2 0.4 25 50510150.010.020 温度对二极管特性的影响温度对二极管特性的影响604020 0.
23、020 0.42550iD/mAuD/V20 C90 CT 升高时，升高时，UD(on)以以(2 2.5)mV/C 下降下降1.2 半导体二极管半导体二极管温度每升高温度每升高 10 C，IS 约增大约增大 1 倍。倍。1.IF 最大整流电流最大整流电流(最大正向平均电流最大正向平均电流)2.URM 最高反向工作电压最高反向工作电压，一般一般为为 U(BR)/2 3.IR 反向电流反向电流(越小单向导电性越好越小单向导电性越好)4.fM 最高工作频率最高工作频率(超过时单向导电性变差超过时单向导电性变差)iDuDU(BR)I FURMO1.2 半导体二极管半导体二极管三三、二极管的主要参数、二
24、极管的主要参数四、二极管的等效电路四、二极管的等效电路 1.将伏安特性折线化将伏安特性折线化理想理想二极管二极管近似分析近似分析中最常用中最常用理想开关理想开关导通时导通时 UD0截止时截止时IS0导通时导通时UDUon截止时截止时IS0导通时导通时i与与u成成线性关系线性关系应根据不同情况选择不同的等效电路！应根据不同情况选择不同的等效电路！1.2 半导体二极管半导体二极管Q越高，越高，rd越小。越小。当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微
25、变等效电路。ui=0时直流电源作用时直流电源作用小信号作用小信号作用静态电流静态电流2.2.微变等效电路微变等效电路1.2 半导体二极管半导体二极管 判断电路中二极管的工作状态，求解输出电判断电路中二极管的工作状态，求解输出电压。设二极管导通电压压。设二极管导通电压UD=0.7V。判断二极管工作状态的方法？判断二极管工作状态的方法？讨论讨论如何判断二极管在电路中的如何判断二极管在电路中的状态状态u先假设二极管两端断开，确定二极管两端的电位差；先假设二极管两端断开，确定二极管两端的电位差；u若电路若电路有有两个或两个以上二极管，应先判断承受两个或两个以上二极管，应先判断承受正向电压较大的管子优先
26、导通，再按照上述方法正向电压较大的管子优先导通，再按照上述方法判断其余的管子是否导通。判断其余的管子是否导通。u根据二极管两端加的是正电压还是反电压判定二根据二极管两端加的是正电压还是反电压判定二极管是否导通极管是否导通：若为正电压且大于若为正电压且大于开启开启电压，则电压，则管子导通，否则截止；管子导通，否则截止；半导体二极管的应用半导体二极管的应用 二极管是电子电路中最常用的半导体器件。利二极管是电子电路中最常用的半导体器件。利用其单向导电性及导通时正向压降很小的特点，可用其单向导电性及导通时正向压降很小的特点，可用来进行整流、检波、用来进行整流、检波、钳位、钳位、限幅、限幅、开关以及元开
27、关以及元件保护等各项工作。件保护等各项工作。整流整流-就是将交流电变为单方向脉动的直流就是将交流电变为单方向脉动的直流电。利用二极管的单向导电性可组成单相、三相电。利用二极管的单向导电性可组成单相、三相等各种形式的整流电路。等各种形式的整流电路。u 整流整流半导体二极管的应用半导体二极管的应用 利用二极管正向导通时压降很小的特性，利用二极管正向导通时压降很小的特性，可可组成钳位电路。组成钳位电路。u 钳位钳位半导体二极管的应用半导体二极管的应用 利用二极管正向导通后其两端电压很小且基本不变的利用二极管正向导通后其两端电压很小且基本不变的特性，特性，可以构成各种限幅电路，使输出电压幅度限制在某一
28、可以构成各种限幅电路，使输出电压幅度限制在某一电压值以内电压值以内，又称为削波电路。，又称为削波电路。u 限幅限幅半导体二极管的应用半导体二极管的应用 在电子线路中，常用二极管来保护其他元器件免受过在电子线路中，常用二极管来保护其他元器件免受过高电压的损害。高电压的损害。u 元件保护元件保护符号符号工作条件：工作条件：反向击穿反向击穿iZ/mAuZ/VO UZ IZmin IZmax UZ IZ IZ特性特性五、稳压二极管五、稳压二极管1.2 半导体二极管半导体二极管1.伏安特性伏安特性2、主要参数、主要参数 稳定电压稳定电压 UZ:流过规定电流时稳压管流过规定电流时稳压管两端的反向电压值两端
29、的反向电压值。稳定电流稳定电流 IZ:越大稳压效果越好，越大稳压效果越好，小于小于 Imin 时不稳压。时不稳压。最大工作电流最大工作电流 IZM 最大耗散功率最大耗散功率 PZMP ZM=UZ IZM 动态电阻动态电阻 rZrZ=UZ/IZ 越小稳压效果越好。越小稳压效果越好。1.2 半导体二极管半导体二极管3、稳压电路稳压电路1.2 半导体二极管半导体二极管正常稳压时正常稳压时 VO=VZ稳压条件是什么？稳压条件是什么？IZmin IZ IZmax不加不加R可以吗？可以吗？1.2 半导体二极管半导体二极管例例：已已知知稳稳压压管管的的稳稳压压值值UZ6V，稳稳定定电电流流的的最最小小值值I
30、Zmin5mA。求图。求图T1.4所示电路中所示电路中UO1和和UO2各为多少伏。各为多少伏。解：解：UO16V，UO25V。1.3 1.3 晶体三极管晶体三极管一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理三、晶体管的共射输入特性和输出特性三、晶体管的共射输入特性和输出特性四、温度对晶体管特性的影响四、温度对晶体管特性的影响五、主要参数五、主要参数 一、晶体管的结构一、晶体管的结构、类型、类型和符号和符号小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管为什么有孔？一、晶体管的结构一、晶体管的结构、类型、类型和符号和符号多子浓度高多子浓度高多子浓度很多子浓
31、度很低，且很薄低，且很薄面积大面积大晶体管有三个极、三个区、两个晶体管有三个极、三个区、两个PN结。结。三极管的符号三极管的符号NPN、PNP二大二大类型类型晶体管，它们的工作电压极性相反，晶体管，它们的工作电压极性相反，导通电流方向相反导通电流方向相反二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理 扩散运动形成发射极电流扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电，复合运动形成基极电流流IB，漂移运动形成集电极电流，漂移运动形成集电极电流IC。少数载少数载流子的流子的运动运动因发射区多子浓度高使大量因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使极少因
32、基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合数扩散到基区的电子与空穴复合因集电区面积大，在外电场作用下大因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴基区空穴的扩散的扩散1 1、内部载流子的运动、内部载流子的运动2 2、电流分配关系、电流分配关系 从外部看：从外部看：I IE EI IB BI IC C I IE E扩散运动形成的电流扩散运动形成的电流 I IB B复合运动形成的电流复合运动形成的电流 I IC C漂移运动形成的电流漂移运动形成的电流 IC=ICN+ICBO IB=IBN+IEP -ICBO=IB-ICBO I
33、E=IEN+IEP 二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理 IC IB IE二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理直流直流电流电流放大放大系数系数3 3、共射电流放大系数、共射电流放大系数 IC IB IE集电结反向电流集电结反向电流穿透电流穿透电流交流电流放大系数交流电流放大系数晶体管的晶体管的电流放大电流放大作用作用3 3、共射电流放大系数、共射电流放大系数二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理 IC IB IE 是晶体管的电流放大系数。它只与管子的结构尺寸是晶体管的电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 1。3 3
34、、共射电流放大系数、共射电流放大系数二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理 IC IB IEIE=IC+IB常用常用晶体管的三种接法（组态）晶体管的三种接法（组态）共集电极接法共集电极接法：集电极作为公共电极，用集电极作为公共电极，用CC表示。表示。共基极接法共基极接法：基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用CB表示；表示；共射极接法共射极接法：发射极作为公共电极，用发射极作为公共电极，用CE表示；表示；BJT的三种组态的三种组态 综上所述，综上所述，晶体管晶体管的放大作用，主要是依的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极
35、而实现的。达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基区发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反发射结正向偏置，集电结反向偏置。向偏置。二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理三、晶体管的共射输入特性和输出特性三、晶体管的共射输入特性和输出特性 对于小功率晶体管，对于小功率晶体管，UCE大于大于1V的一条输入特性曲线的一条输入特性曲线可以取代可以取代UCE大于大于1V的所有输入特性曲线。的所有输入特性曲线。1.输入特性输入特性与二极管的
36、正向特性相似！与二极管的正向特性相似！2.输出特性输出特性对应于一个对应于一个IB就有一条就有一条iC随随uCE变化的曲线。变化的曲线。饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的区域，曲轴的区域，曲线基本平行等距。此时，线基本平行等距。此时，发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏。集电结反偏。饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控制的区域，控制的区域，该区域内，一般该区域内，一般vCE0.7V(硅管硅管)。此时，此时，发射结正偏，集电结正偏。发射结正偏，集电结正偏。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。此时，的曲线的下方
37、。此时，vBE小于死区小于死区电压。电压。三、晶体管的共射输入特性和输出特性三、晶体管的共射输入特性和输出特性2.输出特性输出特性三、晶体管的共射输入特性和输出特性三、晶体管的共射输入特性和输出特性三、晶体管的共射输入特性和输出特性三、晶体管的共射输入特性和输出特性 从输出特性曲线求共发射极电流放大系数从输出特性曲线求共发射极电流放大系数iC/mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 4321 直流电流放大系数直流电流放大系数 交流电流放大系数交流电流放大系数Q一般为几十一般为几十 几百几百晶体管的三个工作区域晶体管的三个工作区域状态uBEiCuCE截
38、止Uon=ICEOVCC放大 Uon=iB uBE饱和 Uon iB uBEP37例例1.3.1P70习题习题1.9讨论讨论1.分别分析分别分析uI=0V、5V时时T是工作在截止状态还是导通状态；是工作在截止状态还是导通状态；2.已知已知T导通时的导通时的UBE0.7V，=100。当。当uI=5V时，时，T处于放处于放大状态还是饱和状态？大状态还是饱和状态？uO=？通过通过uBE是否大于是否大于Uon判断管子是否导通。判断管子是否导通。1.（1）uI=0V时时 （2）uI=5V时时 2.当当uI=5V时时-T截止截止-T导导通通说明说明T处于饱和状态。处于饱和状态。四、温度对晶体管特性的影响四
39、、温度对晶体管特性的影响温度每升高温度每升高 1 C，(0.5 1)%。温度每升高温度每升高 10 C，ICBO 约增大约增大 1 倍。倍。温度每升高温度每升高 1 C，UBE (2 2.5)mV。五、主要参数五、主要参数1.直流参数直流参数：、ICBO、ICEO2.交流参数：交流参数：、fT（使（使1的信号频率）的信号频率）当当ICBO和和ICEO很小时，很小时，、，可以，可以不加区分。不加区分。c-e间击穿电压间击穿电压最大集电最大集电极电流极电流最大集电极耗散功最大集电极耗散功率，率，PCMiCuCE安全工作区安全工作区3.极限参数极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO五、主要参数五
40、、主要参数1.4 1.4 场效应管场效应管一、结型场效应管一、结型场效应管二、绝缘栅型场效应管二、绝缘栅型场效应管三、场效应管的主要参数三、场效应管的主要参数四、场效应管与晶体管的比较四、场效应管与晶体管的比较结型结型 JFET(Junction Field Effect Transistor)绝缘栅型绝缘栅型 IGFET(Insulated Gate FET)场效应管场效应管FET(Field Effect Transistor)的分类的分类P沟道沟道耗尽型耗尽型P沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道增强型增强型N沟道沟道N沟道沟道FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(
41、IGFET)场效应管有三个极：源极（场效应管有三个极：源极（s）、栅极（、栅极（g）、漏极（）、漏极（d），），对应于晶体管的对应于晶体管的e、b、c。一、结型场效应管（以一、结型场效应管（以N沟道为例）沟道为例）导电导电沟道沟道源极源极栅极栅极漏极漏极N沟道管的沟道管的结构示意图结构示意图1.1.结构与符号结构与符号gate source drain(1)栅栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽沟道最宽沟道变窄沟道变窄沟道消失沟道消失称为夹断称为夹断uGS可以控制导电沟道的宽度。可以控制导电沟道的宽度。-场效应管是电压控制器件场效应管是电压控制器件UGS（o
42、ff）一、结型场效应管（以一、结型场效应管（以N沟道为例）沟道为例）2 2.工作原理工作原理uGS必须加必须加负电压负电压!uGS=0（2）漏漏-源电压对漏极电流的影响源电压对漏极电流的影响uGSUGS（off）且不变，且不变，VDD增大，增大，iD增大增大。预夹断预夹断uGDUGS（off）VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，电阻，iD几乎不变，进入恒流区，几乎不变，进入恒流区，iD几几乎仅仅决定于乎仅仅决定于uGS。uGDUGS（off）uGD 107 MOSFET：RGS=109 1015三、主要参数三、主要参数(P50)交流参数：交流参数：gm、Cg
43、s、Cgd 极限参数极限参数：IDM、PDM、U（BR）DS、U（BR）GS恒恒流流区区iDuGS/ViD/mAQO反映了反映了uGS 对对 iD 的控制能力，单位的控制能力，单位 S(西门子西门子)，一般为几一般为几毫西毫西(mS)四、场效应管与晶体管的比较四、场效应管与晶体管的比较(P52)1.FET是是单极性器件单极性器件(只有只有多多子子参与参与导电导电)3.种类多、种类多、工艺简单、易集成、功耗小、体积小、工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低成本低2.输入电阻高输入电阻高 (107 1015 ，IGFET 可高达可高达 1015 )-FETFET是电压控制器件是电压控制器件4.漏极与源极可以互换使用漏极与源极可以互换使用