第5章半导体器件.pptx

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1、1 半导体的基础知识半导体的基础知识 本征半导体本征半导体 杂质半导体杂质半导体 载流子运动方式及形成电流载流子运动方式及形成电流第一章 目录 PNPN结与晶体二极管结与晶体二极管 PNPN结的基本原理结的基本原理 晶体二极管晶体二极管 晶体二极管电路晶体二极管电路第1页/共129页2 晶体三极管晶体三极管 晶体三极管的结构与符号晶体三极管的结构与符号 晶体管的放大原理晶体管的放大原理 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线 晶体管的主要参数晶体管的主要参数第一章 目录（续）场效应晶体管场效应晶体管 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFETJFET）绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFET

2、IGFET）场效应管的参数及特点场效应管的参数及特点 第2页/共129页3第一章 教学要求1、了解半导体的基础知识2、掌握晶体二极管、晶体三极管的工作原 理、特性曲线和主要参数。3、掌握二极管基本电路的分析方法与应用第3页/共129页41.1 半导体的基础知识半导体的基础知识第4页/共129页5v 半导体半导体预备知识 108cm:绝缘体 介于导体和绝缘体之间:半导体常用半导体材料：Si、Ge、GaAs、InP、AlGaAs、（Semiconductor）第5页/共129页6半导体器件优点：体积小、重量轻、耗电少，使用寿命长、输入功率小，性能可靠等有很多半导体的导电能力在不同条件下差别很大 第

3、6页/共129页7热敏性：半导体的电阻率随着温度的上升而明显下降，其导电热敏性：半导体的电阻率随着温度的上升而明显下降，其导电 能力增强。热敏元件能力增强。热敏元件光敏性：当受到光照时，半导体的电阻率随着光照增强而下降光敏性：当受到光照时，半导体的电阻率随着光照增强而下降 其导电能力增强。光敏元件其导电能力增强。光敏元件掺杂性：在纯净的半导体中掺入某些杂质，其电阻率大大下降掺杂性：在纯净的半导体中掺入某些杂质，其电阻率大大下降 而导电能力显著增强。晶体管而导电能力显著增强。晶体管半导体特性半导体特性 第7页/共129页8v 共价键结构共价键结构 预备知识 每个原子和相邻的4个原子相互补足8个电

4、子，形成稳定结构。第8页/共129页9 本征半导体本征半导体 (Intrinsic(Intrinsic Semiconductor)Semiconductor)半导体的原子结构半导体的原子结构定义：本征半导体是指定义：本征半导体是指纯净的纯净的、不含杂质不含杂质的半导体的半导体第9页/共129页10本征半导体本征半导体半导体的共价键结构半导体的共价键结构第10页/共129页11v本征本征激发激发与与复合复合1.1 本征半导体 激发：价电子获取外能由束缚状态变为自由状态的过程（热）温度 光核辐射激发一对载流子电子空穴（带正电Hole）第11页/共129页121.1 1.1 本征半导体本征半导体第

5、12页/共129页13 复合复合：激发后的自由电子释放能量，重新回到束缚状态即自由电子与空穴成对消失的过程。1.1 本征半导体v本征本征激发激发与与复合复合载流子的密度复合第13页/共129页141.1 本征半导体v本征半导体中的载流子密度本征半导体中的载流子密度热（热（T T）载流子密度复合激发载流子密度热平衡T=300K Si温度每升高10度，ni(T)、pi(T)增大一倍。第14页/共129页15电子和空穴产生过程动画演示第15页/共129页16v 半导体掺杂性半导体掺杂性 半导体掺杂后其电阻率大大地下降。掺杂后的半导体称作杂质半导体。杂质半导体。1.1 本征半导体第16页/共129页1

6、7杂质杂质半导体半导体定义：在本征半导体中掺入微量定义：在本征半导体中掺入微量其它元素其它元素 的半导体的半导体(Doped(Doped Semiconductor)Semiconductor)。N型半导体P型半导体分类第17页/共129页18vN型型半半导导体体：在本征半导体中掺入少量五价 元素（磷、砷等）杂质半导体 结构图结构图本征半导体+施主杂质(Donor)=N型半导体第18页/共129页19电子电子 正离子对正离子对 杂质原子电离杂质原子电离 电子电子 空穴对空穴对 热激发热激发 载流子载流子杂质半导体 N N型半导体中的多数载流子型半导体中的多数载流子(即多子）即多子）为为电子电子

7、。空穴空穴为少数载流子（即少子为少数载流子（即少子）电中性第19页/共129页20N型半导体形成过程动画演示第20页/共129页21v P P型半导体型半导体 结构图结构图杂质半导体本征半导体+受主杂质(Acceptor)=P型半导体第21页/共129页22空穴 负离子对 杂质原子电离 空穴 电子对 热激发 载流子载流子 P P型半导体中的多数载流子型半导体中的多数载流子(多子）多子）为为空穴空穴。电子电子为少数载流子（即少子）为少数载流子（即少子）杂质半导体电中性第22页/共129页23P型半导体的形成过程动画演示第23页/共129页24v 扩散运动及扩散电流扩散运动及扩散电流扩散运动扩散运

8、动：载流子受扩散力的作用所作的运动称为扩散运动。扩散电流扩散电流：载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。载流子运动方式及其电流 扩散电流大小与载流子浓度梯度成正比扩散电流大小与载流子浓度梯度成正比浓度分浓度分布不均布不均匀匀第24页/共129页25v 漂移运动和漂移电流漂移运动和漂移电流 漂漂移移运运动动：载流子在电场力作用下所作的 运动称为漂移运动。漂漂移移电电流流：载流子漂移运动所形成的电流称为漂移电流。载流子运动方式及其电流 漂移电流大小与电场强度成正比漂移电流大小与电场强度成正比第25页/共129页26 小小 结结半导体是依靠自由电子和空穴两种载流子导电的。半导体是依靠自由电子和空穴

9、两种载流子导电的。掺入不同杂质，形成掺入不同杂质，形成N N型和型和P P型半导体。型半导体。载流子的两种运动：电场作用下的漂移运动和浓度差作用下的扩散运动。载流子的两种运动：电场作用下的漂移运动和浓度差作用下的扩散运动。第26页/共129页271.2 PNPN结与晶体二极管结与晶体二极管 第27页/共129页28v PNPN结的形成结的形成PNPN结基本原理第28页/共129页29扩散交界处的浓度差P区的一些空穴向N区扩散N区的一些电子向P区扩散P区留下带负电的受主离子N区留下带正电的施主离子内建电场漂移电流扩散电流PN 结动态平衡第29页/共129页30PN结形成过程动画演示第30页/共1

10、29页31PNPN结基本原理小结小结n 载流子的扩散运动和漂移运动既互载流子的扩散运动和漂移运动既互 相联系又互相矛盾。相联系又互相矛盾。n 漂移运动漂移运动=扩散运动时，扩散运动时，PNPN结形成且结形成且 处于动态平衡状态。处于动态平衡状态。PNPN结没有电流结没有电流 通过。通过。掺杂越重，结宽越窄。掺杂越重，结宽越窄。第31页/共129页32v PNPN结特性结特性 单向导电性 击穿特性 电容特性PNPN结基本原理结基本原理第32页/共129页33 1.2.1 PN 1.2.1 PN结基本原理结基本原理未加偏压时的耗尽层未加偏压时的耗尽层加偏压时加偏压时的耗尽层的耗尽层v 单向导电性

11、PNPN结加正向电压结加正向电压流过PN结的电流随外加电压U的增加而迅速上升，PN结呈现为小电阻。结宽变窄该状态称为PN结正向导通状态。第33页/共129页34 正向特性正向特性正偏消弱内电场作用打破平衡扩散电流增加导通态第34页/共129页35加反向偏压加反向偏压时的耗尽层时的耗尽层 1.2.1 PN 1.2.1 PN结基本原理结基本原理未加偏压时的耗尽层未加偏压时的耗尽层 PNPN结加反向电压结加反向电压流过PN结的电流称为反向饱和电流(即IS)，PN结呈现为大电阻。结宽增加。该状态称为PN结反向截止状态。第35页/共129页36 反向特性反向特性反偏增强内建电场的作用扩散电流趋于0漂移电

12、流增加截止态第36页/共129页37小结小结n PN结加正向电压时，正向扩散电流 远大于漂移电流，PN结导通；PN结 加反向电压时，仅有很小的反向饱 和电流IS,考虑到IS0，则PN结截止。n PN结正向导通、反向截止的特性称 PN结的单向导电特性。PNPN结基本原理 (单向导电性:续)第37页/共129页38击穿电压：击穿电压：PNPN结击穿时的外加电压结击穿时的外加电压(即即:Uz)击穿特性击穿概念：击穿概念：PNPN结外加反向电压且电压值超过一定限度时，反结外加反向电压且电压值超过一定限度时，反向电流急剧增加。向电流急剧增加。n击穿分类：雪崩击穿；齐纳击穿。击穿分类：雪崩击穿；齐纳击穿。

13、第38页/共129页39 雪崩击穿雪崩击穿反向电压增大反向电压增大内建电场增强内建电场增强载流子动能增大载流子动能增大碰撞原子核碰撞原子核产生电子空穴对产生电子空穴对发生在掺杂浓度较小的发生在掺杂浓度较小的PNPN结中结中击穿电压大于击穿电压大于6v6v第39页/共129页40 齐纳击穿（场致激发）齐纳击穿（场致激发）内建电场足够强内建电场足够强破坏共价键破坏共价键产生电子空穴对产生电子空穴对发生在重掺杂的发生在重掺杂的PNPN结中结中击穿电压小于击穿电压小于6v6v第40页/共129页41 击穿特性击穿特性击穿不一定导致损坏。击穿不一定导致损坏。击穿后电流急剧增加但结两端电压却基本保持不变。

14、（稳压管）。击穿后电流急剧增加但结两端电压却基本保持不变。（稳压管）。击穿电压就是稳定电压。击穿电压就是稳定电压。第41页/共129页42PNPN结存在电容效应。这将限制器件工作频率结存在电容效应。这将限制器件工作频率。电容特性PNPN结两端电压变化时，会引起结两端电压变化时，会引起PNPN结内电荷变化结内电荷变化分类势垒电容势垒电容扩散电容扩散电容第42页/共129页43 PN结电容结电容PN结正向运用时 CT,CD同时存在，CD起主要作用PN结反向运用时,只有CT。第43页/共129页44本小节要求本小节要求理解理解P P型、型、N N型半导体型半导体掌握掌握PNPN结的特性结的特性第44

15、页/共129页45晶体二极管晶体二极管v 晶体二极管结构与符号v 晶体二极管伏安特性v 晶体二极管参数v 晶体二极管电路分析方法v 晶体二极管电路举例第45页/共129页461.晶体二极管结构与符号第46页/共129页47伏安特性图伏安特性图 2.晶体二极管伏安特性v 伏安特性伏安特性 正向特性：正向特性：存在存在门限门限U Ur r锗管锗管 U Ur r 0.2V0.2V硅管硅管 U Ur r 0.60.6或或0.7V0.7V小电流范围近似呈指小电流范围近似呈指数规律，大电流时接数规律，大电流时接近直线近直线第47页/共129页48伏安特性图伏安特性图 晶体二极管晶体二极管存在存在反向饱和电

16、流反向饱和电流 I IS S反向特性反向特性反向特性反向特性曲线近似呈水平线，曲线近似呈水平线，略有倾斜略有倾斜v 伏安特性伏安特性第48页/共129页49伏安特性图伏安特性图 晶体二极管晶体二极管重要参数：重要参数：U UZ Z击穿特性击穿特性击穿特性击穿特性反向电流急剧增加而二反向电流急剧增加而二极管端压近似不变。极管端压近似不变。（PNPNPNPN结击穿结击穿结击穿结击穿）v 伏安特性伏安特性第49页/共129页50 3.二极管的主要参数二极管的主要参数表征性能表征性能性能参数性能参数安全工作范围安全工作范围极限参数极限参数第50页/共129页51直流电阻直流电阻 RD：定义定义 RD=

17、U/I|Q点处点处 RD是是 u 或或 i 的函数的函数 主要参数性能参数（1）第51页/共129页52主要参数性能参数（2）交流电阻交流电阻 rd：定义定义 rd=du/di|Q点处点处计算计算 rd=UT/IQ 势垒电容势垒电容CT：影响器件最高工作频影响器件最高工作频率率第52页/共129页53最大允许整流电流最大允许整流电流I IOM OM：工作电流工作电流 I IOMOM易导致二极管过热失效易导致二极管过热失效主要参数极限参数最高反向工作电压最高反向工作电压U URMRM:允许加到二极管允许加到二极管(非稳压管非稳压管)的最高反向的最高反向电压电压最大允许功耗最大允许功耗P PDMD

18、M:实际功耗实际功耗 P PDM DM 时易导致二极管过热损坏时易导致二极管过热损坏第53页/共129页54表表1 1 中国半导体器件型号命名法中国半导体器件型号命名法第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分用数字表示器件的电极数目用字母表示器件的材料和类性用字母表示器件的用途用数字表示序号用字母表示规格符号意义符号意义符号意义意义意义23二极管三极管ABCDABCDEN型，锗材料P型，锗材料N型，硅材料P型，硅材料PNP型，锗NPN型，锗PNP型，硅NPN型，硅化合材料PVWCZSGSKXGDATYBJCSBTFHPINGJ小信号管混频检波器稳压管变容器整流管隧道管光电子显示器开关管低频小功

19、率管高频小功率管低频大功率管高频大功率管半导体闸流管体校应器件雪崩管阶跃恢复管场效应器件半导体特殊器件复合管PIN管激光管 反映了极限参数、直流参数和交流参数等的差别承受反向击穿电压的程度。如规格号为A、B、C、D。其中A承受的反响击穿电压最低，B次之示例1：“2 A P 10”型为P型锗材料的小信号普通二极管，序号为10。示例2：“3 A X 31 A”型为PNP型锗材料的低频小功率三极管，序号31，规格号为A。示例3：“CS 2 B”型为场效应管，序号为2，规格号为B。第54页/共129页55 4.4.晶体二极管电路分析方晶体二极管电路分析方法法图解法图解法折线化近似折线化近似第55页/共

20、129页56 图图 解解 法法 (Graphical Analysis)i=f (u)电路 图解 第56页/共129页57 将实际二极管的将实际二极管的V-AV-A特性曲线作折线化近似。特性曲线作折线化近似。折线化近似法折线化近似法折线化近似法折线化近似法(Simplified Analysis)(Simplified Analysis)理想特性曲线理想特性曲线只考虑门限只考虑门限的特性曲线的特性曲线V-A特性特性符号符号第57页/共129页58考虑门限电压和考虑门限电压和正向导通电阻的正向导通电阻的特性曲线特性曲线V-A特性特性符号符号r rd d：工作点处的动态电阻：工作点处的动态电阻仅考

21、虑正、反向仅考虑正、反向导通电阻的特性导通电阻的特性曲线曲线 折线化近似法折线化近似法折线化近似法折线化近似法第58页/共129页59 晶体二极管应用电路晶体二极管应用电路整流电路整流电路门电路门电路限幅电路限幅电路第59页/共129页60半波整流电路中VD 理想，画出uO(t)波形 输出uO(t)取决于VD 的工作状态是通还是断 整流电路整流电路输出波形；VD截止截止 ui 0V第60页/共129页61 门电路门电路图是二极管门电路（VD 理想）求：uO n解：uO=0是判断电路中二极管的通断。采用是判断电路中二极管的通断。采用的方法是比较各二极管的正向开路的方法是比较各二极管的正向开路电压

22、，正向开路电压最大的一只二电压，正向开路电压最大的一只二极管抢先导通。极管抢先导通。第61页/共129页62解：uO(t)取决于VD 是否导通。限幅电路中VD 理想，求uO(t)并画出波形。限幅电路限幅电路第62页/共129页63；VD截止截止 ui 5V；VD导通导通 ui 5V输出波形输出波形传输特性传输特性第63页/共129页64 小小 结结PNPN结的形成是本节的基础。结的形成是本节的基础。通过通过PNPN结特性理解二极管的特性及参数。结特性理解二极管的特性及参数。晶体二极管的应用电路。晶体二极管的应用电路。理解理解晶体二极管特性、参数晶体二极管特性、参数掌握掌握晶体二极管应用电路晶体

23、二极管应用电路第64页/共129页65发光二极管 发光二极管工作于正偏状态正偏状态。其发光强度随正向电流增大而增大。发光二极管主要用作显示器件。特殊二极管光电二极管光电二极管工作于反偏状态反偏状态。其反向电流与光照度E成正比关系。光电二极管可用作光测量或做成光电池。第65页/共129页66变容二极管变容二极管(a)符号 (b)特性变容二极管利用PN结的势垒电容势垒电容效应制作变容二极管通常工作于反偏状态反偏状态。特殊二极管特殊二极管第66页/共129页67v 特殊二极管特殊二极管稳压管稳压管V-A特性及符号 1.3 特殊二极管特殊二极管利用PN结击穿特性 工作于反偏状态反偏状态（反向电压需达到

24、一定程度）（反向电压需达到一定程度）第67页/共129页68稳压管主要参数额定功耗PZ：实际功耗超过PZ易使稳压管损坏 稳压管稳压管稳定电压UZ：即PN结击穿电压稳定电流IZ：Izmin IZ IEp，因此发射极电流 IE IEn。形成复合电流IBn，它是基极电流IB 的一部分。形成ICn，构成集电极电流 IC 的主要成份。集电结两边少子定向漂移ICBO ,该电流对放大作用没有贡献且受温度影响很大，应设法减小。晶体三极管放大原理:续发射区向基区注入电子集电区收集电子注入电子边扩散边复合第80页/共129页81放大条件放大条件:发射结正偏发射结正偏,集电结反偏。集电结反偏。发射区发射载流子发射区

25、发射载流子 形成电流形成电流IE 少部分在基区被复合少部分在基区被复合 形成形成IB 大部分被集电区收集大部分被集电区收集 形成形成IC 电流的形成：电流的形成：NPNB E CRCUCC UBB RB晶体管中载流子的运动过程晶体管中载流子的运动过程IEICIB晶体三极管放大原理:续第81页/共129页82 IE=IB+IC 当当 IB=0 时，时，直流直流(静态静态)电流放大系数电流放大系数 交流交流(动态动态)电流放大系数电流放大系数 IC IBICICEO IB =IC IB=UCE=常数常数 IC IB IC=ICEONPNB E CRCUCC UBB RBIEICIB电路图电路图电流

26、分配关系电流分配关系 第82页/共129页83共射（CE）放大电路 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线输入特性输入特性输出特性输出特性特性曲线特性曲线三极管接法：共基、共射、共集三极管接法：共基、共射、共集第83页/共129页84 iB=f(vBE)vCE=const(2)当当vCE1V时，时，特性曲线右移。特性曲线右移。(1)当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。共射极连接共射极连接v 共射接法共射接法输入特性曲线输入特性曲线晶体三极管特性曲线第84页/共129页85饱和区：饱和区：iC明显受明显受UCE控制的区控制的区域，域，UCE0.7

27、V(硅管硅管)。发射结。发射结正偏，集电结正偏。由于正偏，集电结正偏。由于UCE很很小，小，CE间如同开关闭合。间如同开关闭合。iC=f(vCE)iB=const输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域:截止区：截止区：iC接近零的区域，接近零的区域，iB=0的曲线的下方。此时，的曲线的下方。此时，UBE小于小于死区电压。死区电压。UCE近似等于近似等于UCC，ic近似等于近似等于0，CE间如同开关断开。间如同开关断开。放大区：放大区：iC平行于平行于UCE轴的区域，轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。结正偏，集电结反偏。v 共射接法共射接

28、法输出特性曲线输出特性曲线晶体三极管特性曲线第85页/共129页86 动态电流放大系数动态电流放大系数 2.穿透电流穿透电流 ICEO3.集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM4.集电极最大耗散功率集电极最大耗散功率 PCM PC=UCE IC5.反向击穿电压反向击穿电压 U(BR)CEO静态电流放大系数静态电流放大系数 1.电流放大系数电流放大系数43213 6 9 ICUCE O 放放 大大 区区截止区截止区饱饱和和区区过过 损损 耗耗 区区 安安 全全 工工 作作 区区 U(BR)CEO ICM PCM功耗曲线功耗曲线晶体三极管主要参数第86页/共129页87 小结小结掌握晶体三极

29、管的工作原理、共射输出特晶体三极管的工作原理、共射输出特性和输入特性曲线及主要参数性和输入特性曲线及主要参数第87页/共129页88课堂练习：8（c）,18（e，f，g，h）19（方法）作业：7（b，c，e）8（a,b）9（a）18（a，b，c，d），19在做题的时候加深对两个半导体器件特性的理解第88页/共129页89*1.5 场效应晶体管第89页/共129页901.5 场效应晶体管场效应晶体管v 结型场效应晶体管v 绝缘栅场效应管v 场效应管的参数及特点第90页/共129页91场效应管：场效应管：利用利用电压产生的电压产生的电场效应电场效应来来控制控制电流电流的半导体器件。的半导体器件。特

30、点：体积小，重量轻等，输入阻抗高，噪声低等。特点：体积小，重量轻等，输入阻抗高，噪声低等。FETJFETIGFET增强型耗尽型第91页/共129页92结型场效应管结型场效应管第92页/共129页93结型场效应管JFETv 结构与符号结构与符号N-JFETP-JFET第93页/共129页94结型场效应管JFETv 工作原理（工作原理（N-JFETN-JFET管为例管为例）导电沟道：导电沟道：漏极到源极的导电通道漏极到源极的导电通道 受控机理：受控机理：漏极电流漏极电流i iD D 受控于受控于u uGSGS受受控控 于于取取决决 于于iD端压端压uDS沟道沟道电阻电阻R沟道沟道控制电控制电压压u

31、GS(设设uDS一定一定)第94页/共129页95结型管JFET:工作原理续 工作原理工作原理-uGS GS 控制控制iD D(uDS DS=C=C 0)0)uGS UDSUGSdgsiD iD 夹断夹断uGS=UGS(off)UDSUGSdgsiD 0初始初始沟道沟道UGSdgsiD UDSiD uGS uGS UDSUGSdgsiD=0iD=0预夹断预夹断uGD=UGS(off)第95页/共129页96结型管JFET:工作原理续 工作原理工作原理-uDS DS 影响影响 iD (uGS GS=C=C 0)0)UGSdgs iD 0 UDSiD uDS uDS uDS UDSUGSdgsiD

32、 0iD=C=C 0 0初始初始沟道沟道UDSUGSdgsiD=0预夹断预夹断uGD=UGS(off)iD 0iD UDSUGSdgsiD 第96页/共129页97结型管JFET :工作原理续小结：小结：iD D 受控于受控于uGSGS:uGS GS 则则 iD D 直至直至iD D =0=0 JFET JFET管随管随uGSGS值的增加经预夹断至夹断状态值的增加经预夹断至夹断状态 iD D 受受uDSDS影响影响 :uDSDS 则则iD D 先增随后近似不变先增随后近似不变 预夹断前预夹断前uDSDS 则则iD D 以预夹断状态为分界线以预夹断状态为分界线 预夹断后预夹断后uDSDS 则则i

33、D D 不变不变第97页/共129页98结型场效应管JFETv 特性曲线（特性曲线（N-JFETN-JFET管为例管为例）v 输出特性曲线输出特性曲线指uGS为参变量，iD随uDS变化的关系曲线第98页/共129页99结型场效应管JFET:特性曲线续输出曲线分四区：输出曲线分四区：截止区截止区 放大区放大区 可变电阻区可变电阻区 击穿区击穿区截止区：截止区：对应夹断状态对应夹断状态 特点：特点：uGS =UGS(off)iD=0=0 第99页/共129页100结型场效应管JFET:特性曲线续输出曲线分四区：输出曲线分四区：截止区截止区 放大区放大区 可变电阻区可变电阻区 击穿区击穿区可可变变电

34、电阻阻区区预夹断预夹断轨迹线轨迹线可变电阻区：可变电阻区：对应预夹断前状态对应预夹断前状态 特点：特点：uDS 则则iD近似线性近似线性 -电阻特性电阻特性 uGS变化则阻值变化变化则阻值变化 -变阻特性变阻特性 第100页/共129页101结型场效应管JFET:特性曲线续输出曲线分四区：输出曲线分四区：截止区截止区 放大区放大区 可变电阻区可变电阻区 击穿区击穿区放大区放大区预夹断预夹断轨迹线轨迹线放大区：放大区：对应管子预夹断对应管子预夹断 后夹断前的状态后夹断前的状态 特点：受控放大特点：受控放大 uGS 则则 iD 第101页/共129页102结型场效应管JFET:特性曲线续输出曲线分

35、四区：输出曲线分四区：截止区截止区 放大区放大区 可变电阻区可变电阻区 击穿区击穿区击击穿穿区区U UGSGS(off)off)击穿区：击穿区：对应击穿状态对应击穿状态 特点：特点：uDS 很大很大 iD急剧增加急剧增加 第102页/共129页103v 转移特性曲线转移特性曲线结型场效应管JFET:特性曲线续指uDS为参变量，iD随uGS变化的关系曲线夹断电压夹断电压uGS(off)饱和漏饱和漏电流电流IDSS预夹断后转移特性曲线重合预夹断后转移特性曲线重合曲线方程曲线方程 条件条件 第103页/共129页104根据栅极绝缘材料分为根据栅极绝缘材料分为:金属金属-氧化物氧化物-半导体场效应管半

36、导体场效应管(MOSFET(MOSFET或或MOS)MOS)金属金属-氮化硅氮化硅-半导体场效应管半导体场效应管(MNSFET(MNSFET或或MNS)MNS)金属金属-氧化铝氧化铝-半导体场效应管半导体场效应管(MALSFET)(MALSFET)根据导电沟道类型分为根据导电沟道类型分为:N:N沟道和沟道和P P沟道沟道根据是否存在原始导电沟道分为根据是否存在原始导电沟道分为:增强型和耗尽型增强型和耗尽型 1.4.2 1.4.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET）特点特点栅极同其余电极之间绝缘栅极同其余电极之间绝缘栅极同其余电极之间绝缘栅极同其余电极之间绝缘第104页/共1

37、29页105绝缘栅场效应管IGFETv 结构与符号结构与符号 (以增强型以增强型NMOSNMOS管为例管为例)第105页/共129页106绝缘栅场效应管IGFETv 工作原理工作原理 导电沟道：导电沟道：uGS=0=0时，无时，无导电通道导电通道(关断状态关断状态)uGS UGS(th)时，产生时，产生导电导电通道通道(开启状态开启状态)定义开启电压定义开启电压UGS(th)为刚开始出现反型层为刚开始出现反型层（或刚（或刚产生产生导电通道）导电通道）时的栅源控压时的栅源控压UDSUGS第106页/共129页107 受控机理：漏极电流受控机理：漏极电流iD 受控于受控于uGS受受控控 于于取取决

38、决 于于iD端压端压uDS沟道沟道电阻电阻R沟道沟道控制电控制电压压uGS(设设uDS一定一定)绝缘栅场效应管:工作原理续UDSUGS第107页/共129页108绝缘栅场效应管:工作原理续 工作原理工作原理-uGS 控制控制 iD(uDS=C 0)iDiDiDiDuGS=UGS(th)预夹断预夹断状态状态uGS iD uGSUGS(th)开启状态开启状态 iD 0uGSiD uGSUGS(th)开启状态开启状态iD 0uDSiD 近似不变近似不变uGD=UGS(th)预夹断预夹断状态状态uDS iD 第109页/共129页110小结：小结：i iD D 受控于受控于u uGSGS:u uGSG

39、S 则则 i iD D 直至直至i iD D =0=0 i iD D 受受u uDSDS影响影响 :u uDSDS 则则i iD D 先增随后近似不变先增随后近似不变 预夹断前预夹断前u uDSDS 则则i iD D 以预夹断状态为分界线以预夹断状态为分界线 预夹断后预夹断后u uDSDS 则则i iD D 不变不变 1.4.2 1.4.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET）3.3.工作原理（以增强型工作原理（以增强型NMOSNMOS管为例）管为例）第110页/共129页111 特别注意：特别注意：特别注意：特别注意：区别夹断与预夹断：区别夹断与预夹断：夹断时：夹断时：u

40、uGS GS U UGSGS(th)th)，i iD D=0 0 预夹断时：预夹断时：u uGDGD=U UGSGS(th)th)(或u uGS GS-u-uDSDS=U UGS(th)GS(th)i iD D 0 0 预夹断前：预夹断前：u uGDGD U UGSGS(th)th)(或u uGS GS-u-uDSDS U UGS(th)GS(th)预夹断后：预夹断后：u uGDGD U UGSGS(th)th)(或u uGS GS-u-uDSDS U UGS(th)GS(th)1.4.2 1.4.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET）3.3.工作原理（以增强型工作原理（以

41、增强型NMOSNMOS管为例）管为例）第111页/共129页112v 特性曲线特性曲线（增强型增强型NMOSNMOS管为例管为例）输出特性曲线输出特性曲线指uGS为参变量，iD随uDS变化的关系曲线绝缘栅场效应管第112页/共129页113=绝缘栅场效应管:特性曲线续输出特性曲线主要分三区：输出特性曲线主要分三区：截止区截止区 放大区放大区 可变电阻区可变电阻区U UGSGS(th)th)截止区截止区放大区放大区可可变变电电阻阻区区第113页/共129页114U UGS(th)GS(th)=4V=4V 1.4.2 1.4.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET）截止区：截止区

42、：对应夹断状态对应夹断状态特点：特点：uGS=UGS(th)iD=0 第114页/共129页115绝缘栅场效应管:特性曲线续放大区：放大区：对应管子预夹对应管子预夹断后夹断前的状断后夹断前的状态态 特点：特点：受控放受控放大大 uGS 则则 iD 第115页/共129页116绝缘栅场效应管:特性曲线续可变电阻区：可变电阻区：对应预夹断前状态对应预夹断前状态 特点：特点：uDS 则则iD近似线性近似线性-电阻特性电阻特性 uGS变化则阻值变化变化则阻值变化-变阻特性变阻特性第116页/共129页117预夹断后转移特性曲线重合预夹断后转移特性曲线重合曲线方程曲线方程 条件条件 转移特性曲线转移特性

43、曲线指uDS为参变量，iD随uGS变化的关系曲线绝缘栅场效应管:特性曲线续开启电压开启电压UGS(th)第117页/共129页118v 衬调效应（衬调效应（增强型增强型NMOSNMOS管为例管为例）绝缘栅场效应管 uBS 0 0且且uBS 00时时iD 受控于受控于uBS 的特性的特性 衬调效应又称衬调效应又称背栅效应，体效应背栅效应，体效应uBSgdsbUGGUDD第118页/共129页119v 耗尽型耗尽型NMOSNMOS管管绝缘栅场效应管存在存在原始导电原始导电沟道沟道的的FETFET管管uGS=0时管子内已时管子内已有的导电通道有的导电通道第119页/共129页120v PMOS管特点

44、特点:导电载流子为空穴导电载流子为空穴 uGS(uDS)iD电压极性及电压极性及iD电流流电流流 向与向与NMOSNMOS管相反管相反绝缘栅场效应管v FETFET管特性汇总表管特性汇总表(书书p40-p41p40-p41）第120页/共129页121直流参数直流参数:饱和漏极电流饱和漏极电流I IDSS DSS:uGS=0=0时的时的iD 值值夹断电压夹断电压UGS(off):iD 0时的时的uGS值值开启电压开启电压UGS(th):增强型管刚开始导增强型管刚开始导电电时的时的uGS值值直流输入电阻直流输入电阻RGS:RGS=uGS/IG 场效应管参数及特点v 参数参数耗尽管参数增强管参数第

45、121页/共129页122场效应管参数及特点:续交流参数交流参数:跨导跨导 g gm m 定义：定义：计算：计算：增强型增强型耗尽型耗尽型背栅跨导跨导 g gmbmb 定义：定义：计算：计算：第122页/共129页123交流参数交流参数:输出电阻输出电阻 r rds ds 定义：定义：物理意义物理意义:漏源电压对漏极漏源电压对漏极电流的控制能力。电流的控制能力。几何意义：输出特性曲线在工几何意义：输出特性曲线在工作点处切线斜率的倒数。作点处切线斜率的倒数。极间电容：极间电容：C Cgs gs C Cgdgd C Cds ds (C Cbs bs C Cbd bd C Cbg bg)场效应管参数

46、及特点:续第123页/共129页124场效应管参数及特点:续极限参数极限参数：栅源击穿电压栅源击穿电压 UBR(GS)漏源击穿电压漏源击穿电压 UBR(DS)最大功耗最大功耗 PDM:参数的温度特性：参数的温度特性：在特定电流电压下，管子参在特定电流电压下，管子参数的温度系数可以为零数的温度系数可以为零 耗尽型耗尽型增强型增强型第124页/共129页125导电方式导电方式载流子载流子运动方式运动方式控制方式输入电阻漂移漂移 扩散扩散 漂移漂移 压控压控 流控流控 高高 低低 场效应管参数及特点v 特点特点多子多子 单极型单极型 多子少子多子少子 双极型双极型 FETBJT第125页/共129页

47、126场效应管参数及特点:续v 特点特点FETBJT噪声噪声小小 大大 抗辐射力抗辐射力强强弱弱 热稳定性好好 差差 第126页/共129页127小小 结结P型、型、N型半导体（理解）型半导体（理解）PN结的工作原理（掌握）结的工作原理（掌握）晶体二极管特性、参数（理解）晶体二极管特性、参数（理解）晶体二极管应用电路（掌握）晶体二极管应用电路（掌握）特殊二极管（了解）特殊二极管（了解）晶体三极管的工作原理、共射输出特性和输入特性曲线及主要参数（掌握）晶体三极管的工作原理、共射输出特性和输入特性曲线及主要参数（掌握）JFET和和IGFET的工作原理、输出特性和转移特性曲线及主要参数（理解）的工作原理、输出特性和转移特性曲线及主要参数（理解）双极型晶体管和场效应管性能比较（了解）双极型晶体管和场效应管性能比较（了解）第127页/共129页128作业：7(a,d,f),915，16，22，23第128页/共129页129感谢您的观看！第129页/共129页