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1、第一章半导体器件根底【学习目标】1. 了解 PN 结的单向导电性。2. 生疏二极管的伏安特性3. 了解开关二极管、整流二极管、稳压二极管的根本用途。4. 把握三极管输出特性曲线中的截止区、放大区和饱和区等概念。5. 生疏三极管共放射极电流放大系数 的含义。6. 生疏对三极管开关电路工作状态的分析方法。7. 生疏三极管的主要参数。8. 生疏 MOS 场效应管的分类及符号。9. 生疏增加型 NMOS 管的特性曲线。10. 了解 MOS 场效应管的主要参数。【内容提要】本章介绍三种常用的半导体器件，即半导体二极管、三极管及 MOS 场效应管。重点介绍这些器件的外部特性曲线、主要参数及电路实例。一、教
2、学内容一 半导体二极管1PN 结的伏安特性PN 结的伏安特性描述了 PN 结两端电压 u 和流过 PN 结电流 i 之间的关系。图是PN 结的伏-安特性曲线。可以看出:（1） 当外加正向电压较小u U时，外电场缺乏以抑制PN 结内电场对ION多子集中所造成的阻力，电流 i 几乎为 0，PN 结处于截止状态；（2） 当外加正向电压 u 大于 U 时，正向电流i 随 u 的增加按指数规律上ION升且 i 曲线很陡 。（3） 当外加反向电压u0时，反向电流很小, 几乎为 0，用 IR 表示；BR（4） 当u U(BR) 时,二极管发生电击穿,|u| 稍有增加,|i|急剧增大, u U。ON把PN 结
3、外加正向电压导通、外加反向电压截止的性能称作单向导电特性.U称作导通电压，也叫开启电压, U(BR) 称作反向击穿电压，IR 称作反向电流。2半导体二极管应用举例半导体二极管是将PN 结用外壳封装、加上电极引线构成。可以用作限幅电路、开关电路等。1用作限幅电路图 2.2a是二极管电路。假设输入电压 u I 是一周期性矩形脉冲，输入高电平 UIH=+5V、低电平UIL=-5V，见图b。可以知道，当输入信号的正半周时，二极管导通，uO =uI=+5V，负半周时，二极管截止，iD0，uO 0，对应波形见图中c所示。通过二极管电路，使输出电压负半周的幅度受到了限制。(2) 用作开关电路在图 2.2a所
4、示的二极管电路中，假设二极管为抱负二极管。可以知道，当输入信号的正半周时，二极管导通，二极管可以看作只有很小0压降的闭合开关，负半周时，二极管截止，iD0，二极管可以看作断开的开关。 在数字电路中，二极管常被当做开关使用。二双极型三极管1. 双极型三极管及其三种工作状态NPN 硅三极管的共射输出特性如图 2.3 所示。把 I =0 这条曲线以下局部称为截止区,此时,三极管各极电流 i i 0,对BBC应三极管截止的条件是 u 0.5V；在特性的中间局部,曲线是一族近似水平的直BE线,这个区域称为放大区,此时,I =bI , 对应三极管放大的条件是u0.5V.cBBEu 0V。CECESBEBC
5、2. 三极管的主要参数（1） 共放射极电流放大系数b共放射极电流放大系数b表示管子做成后，其收集电流和基区复合电流之比，是一个常数。（2） 集电极-放射极饱和电压UCESCES集电极-放射极饱和电压U指管子饱和时，集电极-放射极间的管压降，小功率管0.3V。CM（3） 集电极最大电流ICM集电极最大电流I指集电极允许流过的最大电流。（4） 集电极最大功率损耗PCM集电极最大功率损耗PCM 指集电极允许的最大功率。（5） 集电极-放射极击穿电压UCEO、IPUCMCMCEO是极限值，使用管子时，不要超过极限值。三MOS 场效应管1. MOS 场效应管的分类MOS 场效应管按其沟道和工作类型可分为
6、四种：N 沟道增加型、P 沟道增加型、N 沟道耗尽型、P 沟道耗尽型。表 2.1 列出了四种场效应管的特点。2. 特性曲线图 2.4 示出了增加型NMOS 管共源电路的转移特性和输出特性曲线。GSDGS图a的转移特性曲线描述MOS 管栅源电压u和漏极电流i 之间的关系。由于 uD是输入回路的电压，而i 是输出回路的电流，故称转移特性。可以看出：当DGSu很小时：i根本上为 0，管子截止；当u大于UTNUTN称作开启电压时：iGSDGS随 u的增加而增加。D图b的输出特性曲线描述漏源电压uDS 和漏极电流i之间的关系。可以看出，它分作三个区域：夹断区: uGSUTN 的区域 。在夹断区，管子处于
7、截止状态，漏源间的等效电阻极高。漏极电流几乎为 0，输出回路近似开路；可变电阻区：uGS UTN 且uDS 较小uDSU且 u较大u u-U的区域 。在恒流区，i只取决于u， 而与 u无关。表 2. 2 列出了MOS 管工作在截止和导通状态时的条件及特点。表 2.2NMOS 管PMOS 管特点截止uGSTNURDS格外大,相当于开关断开导通u UGSTNu UGSTPrON格外小,相当于开关闭合二、例题解析答案供参考例 2.1在图 P2.1abc所示的电路中，设二极管为抱负二极管，输入电压解：分析二极管电路，要抓住二极管导通和截止的条件和特点。设抱负二极管的导通电压为 0V，导通时，管压降为
8、0V非抱负状态一般为 0.7V；二极管两端的正向电压小于 0.5V时，管子截止，iD0。抓住这些要点，可以知道在输入图d所示波形的状况下，DOI图a电路中，在输入信号的正半周，二极管导通，输出电压等于管压降，约为0V， 在输入信号的负半周，二极管截止，i 0，电阻上的压降0，输出电压等于输入电压，u u ；OID图b电路中，在输入信号的正半周，二极管导通，管压降约为0V，输出电压约等于输入电压，u u ；在输入信号的负半周，二极管截止， i 0，电阻上的压降0，输出电压等于 0；D图c电路中，在输入信号的正半周，二极管因反向偏置而截止，i 0，电阻上的压降0，输出电压等于 0；在输入信号的负半
9、周，二极管导通，管压降约为0V，输出电压约等于输入电压。相应波形见答图P2.1。答图 2.5I例 2.2在图P2.2 中，假设管子的导通电压 UON=0.6V，b=80，管子导通后 UBE =0.7V， UCES =0.3V，假设输入电压u 幅值为 5V、频率为 1kHz 的脉冲电压源，试分析：（1） 当u = U =0V 和 u = U=5V 时三极管的工作状态放大、饱和、截止；IILIIH（2） 假设Rb 值不变，求电路工作在临界饱和区时RC 的最小值；假设 R 值不变，求电路工作在临界饱和区时 Rb的最大值。C解：分析三极管电路。同样要抓住三极管三种工作状态的条件和特点。（1） 当u I
10、 =UIL=0 时：由于u I I BS（2） 固定Rb 值不变，求临界饱和时的Rcmin可得Rcmin=1.4KW。（3） 固定RC 值不变，求临界饱和时的Rbmax可得R bmax=61KW。一、内容总结二、学习要求三个元件：二极管、三极管和MOS 管两个重点：1、元件的外特性2、作开关元件的应用本章根底局部自学为主，不苛求元件内部工作原理的把握，学会运用“黑箱”的方法理解元件的外特性及开关特性。三、思考题1、共价键构造，本征半导体，自由电子，空穴，载流子的是什么？2、N 型和P 型半导体的区分，它们的多子和少子是什么？3、PN 结是如何形成的？4、如何由PN 结的伏安特性来理解它的单向导电性？5、三极管的放大原理是什么？6、怎么在输出特性曲线上理解三极管的三个工作区？7、MOS 管有那几种类型？8、与三极管输出特性比较，MOS 管的三个工作区有何特点？9、二极管、三极管和 MOS 管的开关时间怎么理解？