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1、1.1.21.1.2 二极管的特性和主要参数二极管的特性和主要参数 1.1.31.1.3 二极管的电路模型二极管的电路模型1.1.41.1.4 稳压二极管稳压二极管 1.1.1 1.1.1 PNPN结及其单向导电性结及其单向导电性1.1 1.1 1.1 1.1 晶体二极管晶体二极管晶体二极管晶体二极管第1章上页下页返回1 1.本征半导体本征半导体 完全纯净的具有晶体结构的半导体称为本征本征半导体半导体。它具有共价键结构。锗和硅的原子结构锗和硅的原子结构锗和硅的原子结构锗和硅的原子结构单晶硅中的共价键结构单晶硅中的共价键结构单晶硅中的共价键结构单晶硅中的共价键结构价价电电子子硅原子硅原子第1章上
2、页下页返回1.1.11.1.1 PNPNPNPN结及其单向结及其单向结及其单向结及其单向导电特性导电特性导电特性导电特性 在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电。空穴和自由电子都称为载流子。载流子。它们成对出现，成对消失。在常温下自由电子和空穴的形成在常温下自由电子和空穴的形成复合自由电子自由电子本征本征激发激发第1章上页下页返回空穴空穴2.2.N N型半导体和型半导体和P P型半导体型半导体原理图P自由电子自由电子结构图结构图磷原子磷原子正离子正离子P+在硅或锗中掺在硅或锗中掺入少量的五价元入少量的五价元素，如磷或砷、素，如磷或砷、锑，则形成锑，则形成N型型半导体。半导体。多余价电子多余价
3、电子少子少子多子多子正离子正离子在在N N型半导体中，电子是多子，空穴是少子型半导体中，电子是多子，空穴是少子第1章上页下页 N N型半导体型半导体返回 P P型半导体型半导体 在硅或锗中在硅或锗中掺入三价元素，掺入三价元素，如硼或铝、镓，如硼或铝、镓，则形成则形成P P型半导型半导体。体。原理图原理图BB-硼原子硼原子负离子负离子空穴空穴填补空位填补空位结构图结构图在在P 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。多子多子少子少子负离子负离子第1章上页下页 返回 用专门的制用专门的制造工艺在同一造工艺在同一块半导体单晶块半导体单晶上，形成上，形成P P型半型半
4、导体区域和导体区域和N N型型半导体区域，半导体区域，在这两个区域在这两个区域的交界处就形的交界处就形成一个成一个PNPN结结 。P 区区N N 区区P区的空穴向区的空穴向N区扩散并与电子复合区扩散并与电子复合N区的电子向区的电子向P区扩散并与空穴复合区扩散并与空穴复合空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向 3 3.PNPNPNPN结的形成结的形成结的形成结的形成第1章上页下页返回空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向 在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡动态平衡。P区区N区区多子扩散多子扩散少子漂移少子漂移第1章上页下页返回 在一定条件下，多子
5、扩散和少子漂移达到动态平衡，空间电荷区在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本上稳定。的宽度基本上稳定。内电场阻挡多子的扩散运动，推动少子的漂移运动。内电场阻挡多子的扩散运动，推动少子的漂移运动。空间电荷区空间电荷区内电场方向内电场方向PN多子扩散多子扩散少子漂移少子漂移结结 论论：在在PN结中同时存在多子的扩散运动和少子的漂移运动。结中同时存在多子的扩散运动和少子的漂移运动。第1章上页下页返回4.4.PN结的单向导电性结的单向导电性P区区N区区内电场内电场外电场外电场EI空间电荷区变窄空间电荷区变窄 P P区的空穴进入空间电荷区区的空穴进入空间电荷区和一部分负离子中
6、和和一部分负离子中和 N N区电子进入空间电荷区电子进入空间电荷 区和一部分正区和一部分正 离子中和离子中和扩散运动增强，形成较大的正向电流。扩散运动增强，形成较大的正向电流。第1章上页下页外加正向电压外加正向电压返回外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走空间电荷区变宽空间电荷区变宽 内电场内电场外电场外电场少子越过少子越过PN结形成结形成很小的反向电流很小的反向电流IRE第1章上页下页 外加反向电压外加反向电压N区区P区区返回由上述分析可知由上述分析可知：PN结具有结具有单向单向导电性导电性 即即在在PNPN结上加正向电压时，结上加正向电压时
7、，PNPN结结电阻很低，正向电流较大。（电阻很低，正向电流较大。（PNPN结处结处于于导通导通状态）状态）加反向电压时，加反向电压时，PNPN结电阻很高，反结电阻很高，反向电流很小。（向电流很小。（PNPN结处于结处于截止截止状态）状态）切记切记第1章上页下页返回1.1.2 1.1.2 1.1.2 1.1.2 二极管的特性和主要参数二极管的特性和主要参数二极管的特性和主要参数二极管的特性和主要参数 1.1.1.1.结构结构结构结构 表示符号表示符号 面接触型面接触型点接触型点接触型引线引线触丝触丝外壳外壳N N型锗片型锗片N型硅型硅阳极引线阳极引线PNPN结结阴极引线阴极引线金锑合金金锑合金底
8、座底座铝合金小球铝合金小球第1章上页下页阴极阳极D返回第1章上页下页返回几种二极管外观图几种二极管外观图小功率小功率二极管二极管大功率大功率二极管二极管 发光发光二极管二极管2.2.二极管的伏安特性二极管的伏安特性-40-20OU/VI/mA604020-50-250.40.8正向正向反向反向击穿电压击穿电压死区死区电压电压U(BR)硅管的伏安特性I/A第1章上页下页返回-20-40-250.40.2-5010O155I/mAU/V锗管的伏安特性I/A死区死区电压电压死区电压：硅管约为死区电压：硅管约为：0.5V,锗管约为锗管约为：0.1V。导通时的正向压降：硅导通时的正向压降：硅管约为管约为
9、:0.6V0.8V,锗管锗管约为约为:0.2V0.3V。常温下，反向饱和电流常温下，反向饱和电流很小很小.当当PNPN结温度升高时，结温度升高时，反向电流明显增加反向电流明显增加。注 意:3 3.二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数二极管的主要参数-40-20OI/mA604020-50-250.40.8正向正向反向反向击穿电压击穿电压死区死区电压电压U(BR)I/AU/V第1章上页下页最大整流电流最大整流电流最大整流电流最大整流电流I I I IFMFMFMFM 最高反向电压最高反向电压最高反向电压最高反向电压U U U URMRMRMRM 最高工作频率最高工作频率最高工作频率最
10、高工作频率f f f fM M M M 最大反向电流最大反向电流最大反向电流最大反向电流I I I IRMRMRMRM 返回第1章上页返回下页1.1.3 1.1.3 1.1.3 1.1.3 二极管的电路模型二极管的电路模型二极管的电路模型二极管的电路模型 1.1.二极管的工作点二极管的工作点EERUQIQER-D-UQU=E RI工作点：QIUO第1章上页返回下页二极管的静态电阻和动态电阻二极管的静态电阻和动态电阻静态电阻：静态电阻：UQIQRD=动态电阻：动态电阻：rD=UI IIUUQIQQIUO第1章上页返回下页IU2.2.二极管特性的折线近似及模型二极管特性的折线近似及模型QU0NOP
11、U=UON +rD I二极管的电路模型二极管的电路模型+UONrDDiI稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管。稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管。符号符号:DZ阴阴 极极阳阳 极极特点特点:(1)(1)反向特性曲线比较陡反向特性曲线比较陡(2)(2)工作在反向击穿区工作在反向击穿区1.1.41.1.4 稳压二极管稳压二极管第1章上页下页返回I/mAU/V0 0UZIZIU-稳压管的主要参数稳压管的主要参数:第1章上页下页稳定电压稳定电压UZ稳定电流稳定电流I IZ Z动态电阻动态电阻rZ最大允许耗散功率最大允许耗散功率PZ M一般情况:高于6V的UZ为负,低于6V的UZ为正。电压温度系数
12、电压温度系数UZrz=UZ/IZ返回I/mAU/V0 0UZIZ第1章上页下页返回稳压管构成的稳压电路稳压管构成的稳压电路稳压管构成的稳压电路稳压管构成的稳压电路 图中R为限流电阻，用来限制流过稳压管的电流。RL为负载电阻。UiR-DZRL-UOIILIZUZ 由于稳压管工作在其反向特性端，因而在反向击穿的情况下可以保证负载两端的电压在一定的范围内基本保持不变。1.21.2 晶体三极管晶体三极管晶体三极管晶体三极管1.2.1 1.2.1 基本结构和电流放大作用基本结构和电流放大作用1.2.2 1.2.2 特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数1.2.3 1.2.3 简化的小信号模型简化的小信号模
13、型第1章上页下页返回1.2.1 1.2.1 基本结构和电流放大作用基本结构和电流放大作用基本结构和电流放大作用基本结构和电流放大作用NPN型型PNP型型CP PN NN NN NP PP PE EE EB BB B发射区集电区基区基区基极发射极集电结发射结发射结集电结集电区发射区集电极集电极C发射极基极BETCNPNBETCPNP第1章上页下页返回晶体管的电流放大原理晶体管的电流放大原理晶体管的电流放大原理晶体管的电流放大原理IEIBRBUBBICUCC输输入入电电路路输输出出电电路路公共端公共端 晶体管具有电流放大作用的外晶体管具有电流放大作用的外晶体管具有电流放大作用的外晶体管具有电流放大
14、作用的外部条件：部条件：部条件：部条件：发射结正向偏置发射结正向偏置集电结反向偏置集电结反向偏置NPN 管：管：UBE0 UBCVBVERCBCE共发射极放大电路共发射极放大电路共发射极放大电路共发射极放大电路第1章上页下页PNP 管：管：UBE0即即V VCVBIB 或或 ICIB第1章上页下页返回晶体管起电流放大作用，必须满足发射结正偏，晶体管起电流放大作用，必须满足发射结正偏，集电结反偏的条件。集电结反偏的条件。3当基极电路由于外加电压或电阻改变而引起当基极电路由于外加电压或电阻改变而引起IB的微小变化时，必定使的微小变化时，必定使IC发生较大的变化。即发生较大的变化。即三极管的基极电流
15、对集电极电流具有控制作用。三极管的基极电流对集电极电流具有控制作用。1.2.21.2.2 特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数1.1.1.1.输入特性曲线输入特性曲线输入特性曲线输入特性曲线IB=f(UBE )UC E =常数常数UCE1V第1章上页下页返回IEIBRBUBICUCCRC-UBEUCEUBE/VIB/AOO2.2.晶体管输出特性曲线晶体管输出特性曲线IC =f (UCE)|IB=常数常数IB 减小减小IB增加增加UCEICIB =20AIB=60AIB=40A第1章上页下页返回IEIBRBUBICUCCRC-UBEUCE晶体管输出特性曲线分三
16、个工作区晶体管输出特性曲线分三个工作区UCE /VIC /mA806040 0 IB=20 AO24681234截止区截止区饱和区饱和区放大区放大区第1章上页下页返回 晶体管三个工作区的特点晶体管三个工作区的特点晶体管三个工作区的特点晶体管三个工作区的特点:放大区放大区放大区放大区:截止区截止区截止区截止区:饱和区饱和区饱和区饱和区:发射结正偏,集电结反偏有电流放大作用,IC=IB输出曲线具有恒流特性发射结、集电结处于反偏失去电流放大作用,IC0晶体管C、E之间相当于开路发射结、集电结处于正偏失去放大作用晶体管C、E之间相当于短路第1章上页下页返回 3.3.3.3.主要参数主要参数主要参数主要
17、参数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集电极发射极间穿透电流集电极发射极间穿透电流 ICEOICEO=(1+)ICBO交流电流放大系数交流电流放大系数=IC/IB第1章上页下页直流电流放大系数直流电流放大系数=IC/IB 电流放大系数电流放大系数电流放大系数电流放大系数 极间反向饱和电流极间反向饱和电流极间反向饱和电流极间反向饱和电流返回ICEOCBEAAICBOCEB集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM集集-射反向击穿电压射反向击穿电压 U(BR)CEO集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率 PCM过过过过压压压压区区区区过流区过流区过流区过流区安安安安
18、全全全全工工工工作作作作区区区区过损区过损区过损区过损区PCM=ICUCEUCE/VU(BR)CEOIC/mAICMO使用时不允许超使用时不允许超使用时不允许超使用时不允许超过这些极限参数过这些极限参数过这些极限参数过这些极限参数.第1章上页下页 极限参数极限参数极限参数极限参数返回1.2.3 简化的小信号模型简化的小信号模型 三极管工作在放大状态时可用电路模型来表征它的特性。建立简化小信号模型的条件建立简化小信号模型的条件：1 1）三极管工作在放大状态）三极管工作在放大状态;2)2)输入信号非常小（一般输入信号非常小（一般A A数量级）数量级）上页下页第1章返回 rbe=200+（1+）26
19、（mv）IE（mA）三极管微变等效模型的建立步骤：三极管微变等效模型的建立步骤：iB0uBEUce1VIBIBUBE第1章上页下页Q 输入回路微变等效电路输入回路微变等效电路返回b be er rbebeUBEIBubeib=rbe=ibec+-+-uceubeicb输出回路微变等效电路输出回路微变等效电路iC 0uCEICQUCEI CUCE=IBIC rce=I CUCE第1章上页下页iC=ib 返回ic=ib受控恒流源受控恒流源I IC CI IB BC Ce eibr rcecee第1章上页下页返回ibec+-+-uceubeicbebibicrceib等等等等效效效效模模模模型型型型
20、cuceuberbe+bibiCcib简简简简化化化化模模模模型型型型ubeucerbe+1.31.3 绝缘栅场效应晶体管绝缘栅场效应晶体管绝缘栅场效应晶体管绝缘栅场效应晶体管1.3.11.3.1 基本结构和工作原理基本结构和工作原理第1章上页下页返回1.3.21.3.2 特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数1.3.31.3.3 简化的小信号模型简化的小信号模型概述概述概述概述第1章上页下页返回 场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，绝缘栅型场效应管的应用最为广泛，种半导体器件，绝缘栅型场效应管的应用最为广泛，这种场效应管又称为金属氧化物
21、半导体场效应这种场效应管又称为金属氧化物半导体场效应晶体管（晶体管（MOS）。）。P P沟沟道道增强增强型型耗尽型耗尽型N N沟沟道道增强型增强型耗尽型耗尽型 按其导电类型可将场效应晶体管分为按其导电类型可将场效应晶体管分为N沟道和沟道和P沟道两种，按其导电沟道的形成过程可分为耗尽型沟道两种，按其导电沟道的形成过程可分为耗尽型和增强型两种。和增强型两种。因而就出现了四种不同形式的场效因而就出现了四种不同形式的场效应晶体管，它们是：应晶体管，它们是：1.3.11.3.1 基本结构和工作原理基本结构和工作原理基本结构和工作原理基本结构和工作原理1.1.结构结构BG G栅极栅极D D漏极漏极SiO2
22、BDGSP P型硅衬底型硅衬底S S源极源极N沟道增强型结构示意图图形符号第1章上页下页返回N+N+2.2.工作原理工作原理 D D与与S S之间是两个之间是两个PNPN结反向串联，无论结反向串联，无论D D与与S S之间加什么极性之间加什么极性的电压，漏极电流均的电压，漏极电流均接近于零。接近于零。(1)(1)UGS=0结构示意图结构示意图衬底引线衬底引线BUDSID=0GDSP型硅衬底型硅衬底SiO2栅源电压对导电沟栅源电压对导电沟道的控制作用道的控制作用第1章上页下页N+N+返回(2)0 UGS UGS(th)栅极下栅极下P P型半导体表型半导体表面形成面形成N N型导电沟道。型导电沟道
23、。当当D D、S S加上正向电压加上正向电压后可产生漏极电流后可产生漏极电流I ID D。N+N+SiO2GDS耗尽层耗尽层BP P型硅衬底型硅衬底UGSN型导电沟道ID第1章上页下页返回UDS由上述讨论可知由上述讨论可知:UGS愈大，导电沟道愈厚愈大，导电沟道愈厚,在在U UDSDS电压作用下电压作用下,电流电流I ID D愈愈 大。即通过改变电压大。即通过改变电压U UGSGS的大小可以改变漏极电流的大小可以改变漏极电流I ID D的的 大小。大小。随着栅极电压随着栅极电压U UGSGS的增加，导电沟道不断增加的场效的增加，导电沟道不断增加的场效 管称为增强型场效应管。管称为增强型场效应管
24、。场效应管只有一种载流子参与导电场效应管只有一种载流子参与导电,故称为单极型晶故称为单极型晶 体管。普通晶体管中空穴和电子两种载流子参与导电体管。普通晶体管中空穴和电子两种载流子参与导电 称之为双极型晶体管。称之为双极型晶体管。上页第1章返回下页上页第1章返回下页 0UDS/v10201234ID/mAUGS=0 VUGS=-1 VUGS=-2 VUGS=1 V可变电阻区可变电阻区 线性放大区线性放大区N沟道耗尽型MOS管的特性曲线ID/mA0UGS/V-212UDS=10 VIDSS输出特性输出特性转移特性转移特性1.3.21.3.2 特性曲线和主要参数特性曲线和主要参数上页第1章返回下页增
25、强型MOS管的转移特性NMOS管管PMOS管管UGS 0IDUGS（th）UGS 0IDUGS（th）主要参数主要参数上页第1章返回下页夹断电压夹断电压UGS(off)：是耗尽型场效应管当ID为一微小电流时的栅源电压。*最大漏源击穿电压最大漏源击穿电压U(BR)DS:漏极和源极之间的击穿电压。*最大漏极电流最大漏极电流IDM，最大耗散功率，最大耗散功率PDM 。*低频跨导低频跨导gm：在UDS为某一固定值时，漏极电流的微小变化和相应的栅源输入电压变化量之比。*栅源直流输入电阻栅源直流输入电阻RGS：栅源电压和栅极电流的比值。*开启电压开启电压UGS(th)：是增强型场效应管当漏源之间出现导电沟道时的栅源电压。*饱和漏电流饱和漏电流IDSS：耗尽型场效应管在UGS=0的情况下，当漏源电压大于夹断电压时的漏极电流。*第1章上页返回简简简简化化化化模模模模型型型型BGSD1.3.31.3.3 简化的小信号模型简化的小信号模型SDUGS+GgmUGS ID由于MOS管的栅源输入电阻很大，故可认为G、S间是开路的。说明说明