模擬電子技術(shù)第1章常用半導(dǎo)體器件ppt課件

1、 第一章 半導(dǎo)體器件根底1.1 1.1 半導(dǎo)體的根本知識(shí)半導(dǎo)體的根本知識(shí)1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.3 1.3 半導(dǎo)體三極管及模型半導(dǎo)體三極管及模型1.4 1.4 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管1.1 1.1 半導(dǎo)體的根本知識(shí)半導(dǎo)體的根本知識(shí) 在物理學(xué)中。根據(jù)資料的導(dǎo)電才干，可以將他們劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。 典型的半導(dǎo)體是硅Si和鍺Ge，它們都是4價(jià)元素。sisi硅原子硅原子Ge鍺原子鍺原子Ge+4+4硅和鍺最外層軌道上的硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱為價(jià)電子。四個(gè)電子稱為價(jià)電子。 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵構(gòu)造束縛電子束縛電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4在絕對(duì)溫度在絕對(duì)溫度T=0K時(shí)，

2、時(shí)，一切的價(jià)電子都被共價(jià)鍵一切的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不會(huì)成為自在電子，因此本會(huì)成為自在電子，因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電才干很弱征半導(dǎo)體的導(dǎo)電才干很弱，接近絕緣體。，接近絕緣體。一. 本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純真的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體資料的純度要到達(dá)99.9999999%，常稱為“九個(gè)9。 這一景象稱為本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)。 當(dāng)溫度升高或遭到當(dāng)溫度升高或遭到光的照射時(shí)，束縛光的照射時(shí)，束縛電子能量增高，有電子能量增高，有的電子可以掙脫原的電子可以掙脫原子核的束縛，而參子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自在與導(dǎo)電，成為自在電子。電子。自在電子自在電子+

3、4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴 自在電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來(lái)的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，稱為空穴。 可見(jiàn)本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。 外加能量越高溫度越高，產(chǎn)生的電子空穴對(duì)越多。與本征激發(fā)相反的與本征激發(fā)相反的景象景象復(fù)合復(fù)合在一定溫度下，本征激在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)展，到發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)展，到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡。電子空穴達(dá)動(dòng)態(tài)平衡。電子空穴對(duì)的濃度一定。對(duì)的濃度一定。常溫常溫300K時(shí)：時(shí)：電子空穴對(duì)的濃度電子空穴對(duì)的濃度硅：硅：310cm104 . 1鍺：鍺：313cm105 . 2自在電子自在電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)自在電子自在電

4、子 帶負(fù)電荷帶負(fù)電荷 電子流電子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自在電子自在電子E總電流總電流載流子載流子空穴空穴 帶正電荷帶正電荷 空穴流空穴流本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。導(dǎo)電機(jī)制導(dǎo)電機(jī)制二二. . 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。1. N1. N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱為N型半導(dǎo)體。 N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+

5、4+4+5多數(shù)載流子多數(shù)載流子自在電子自在電子少數(shù)載流子少數(shù)載流子 空穴空穴+N型半導(dǎo)體施主離子施主離子自在電子自在電子電子空穴對(duì)電子空穴對(duì) 在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等?？昭昭ㄅ鹪优鹪庸柙庸柙?4+4+4+4+4+4+3+4+4多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴空穴少數(shù)載流子少數(shù)載流子自在電子自在電子P型半導(dǎo)體受主離子受主離子空穴空穴電子空穴對(duì)電子空穴對(duì)2. P2. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體的表示圖雜質(zhì)半導(dǎo)體的表示圖+N型半導(dǎo)體多子多子電子電子少子少子空穴空穴P型半導(dǎo)體多子多子空穴空穴少子少子電子電子少子濃度少子濃度與溫度有關(guān)與

6、溫度有關(guān)多子濃度多子濃度與溫度無(wú)關(guān)與溫度無(wú)關(guān)內(nèi)電場(chǎng)E因多子濃度差因多子濃度差構(gòu)成內(nèi)電場(chǎng)構(gòu)成內(nèi)電場(chǎng)多子的分散多子的分散 空間電荷區(qū)空間電荷區(qū) 阻止多子分散，促使少子漂移。阻止多子分散，促使少子漂移。PNPN結(jié)合結(jié)合+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)多子分散電流多子分散電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層三三. PN. PN結(jié)及其單導(dǎo)游電性結(jié)及其單導(dǎo)游電性 1 . PN結(jié)的構(gòu)成 動(dòng)畫(huà)演示少子飄移少子飄移補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子分散多子分散 又失去多子，耗盡層寬，又失去多子，耗盡層寬，EP型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+內(nèi)電場(chǎng)E多子分散電流多子分散

7、電流少子漂移電流少子漂移電流耗盡層耗盡層動(dòng)態(tài)平衡：動(dòng)態(tài)平衡： 分散電流分散電流 漂移電流漂移電流總電流總電流0勢(shì)壘勢(shì)壘 UO硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V2. PN結(jié)的單導(dǎo)游電性結(jié)的單導(dǎo)游電性(1) 加正向電壓正偏加正向電壓正偏電源正極接電源正極接P區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接N區(qū)區(qū) 外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相反。外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相反。 外電場(chǎng)減弱內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)減弱內(nèi)電場(chǎng)耗盡層變窄耗盡層變窄 分散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)分散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)多子分散構(gòu)成正向電流多子分散構(gòu)成正向電流I F+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+WER空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)E正向電流正向電流 (2) 加反向電壓加反向電壓電源正極接電源正極接N區(qū)，負(fù)極接區(qū)

8、，負(fù)極接P區(qū)區(qū) 外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向一樣。外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向一樣。 外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)耗盡層變寬耗盡層變寬 漂移運(yùn)動(dòng)分散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)分散運(yùn)動(dòng)少子漂移構(gòu)成反向電流少子漂移構(gòu)成反向電流I R+內(nèi)電場(chǎng)+E+EW+空 間 電 荷 區(qū)+R+IRPN 在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故IR根本上與外加反壓的大小無(wú)關(guān)，所以稱為反向飽和電流。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。 PN PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向分散電流，呈現(xiàn)低電阻，向分散電流，呈現(xiàn)低電阻， PNPN結(jié)導(dǎo)通；結(jié)導(dǎo)通； PNPN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂

9、移電流，呈現(xiàn)高電阻，向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， PNPN結(jié)截止。結(jié)截止。 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PNPN結(jié)具有單導(dǎo)結(jié)具有單導(dǎo)游電性。游電性。3. PN結(jié)的伏安特性曲線及表達(dá)式結(jié)的伏安特性曲線及表達(dá)式 根據(jù)實(shí)際推導(dǎo)，PN結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏正偏I(xiàn)F多子分散多子分散IR少子漂移少子漂移反偏反偏反向飽和電流反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿電壓反向擊穿反向擊穿熱擊穿熱擊穿燒壞燒壞PN結(jié)結(jié)電擊穿電擊穿可逆可逆) 1(eTSUuIi 根據(jù)實(shí)際分析：u 為為PN結(jié)兩端的電壓降結(jié)兩端的電壓降i 為流過(guò)為流過(guò)PN結(jié)的電流結(jié)的電流IS 為反向飽和電流為反向飽和電流UT =kT/q 稱為溫度的電壓當(dāng)

10、量稱為溫度的電壓當(dāng)量其中其中k為玻耳茲曼常數(shù)為玻耳茲曼常數(shù) 1.381023q 為電子電荷量為電子電荷量1.6109T 為熱力學(xué)溫度為熱力學(xué)溫度 對(duì)于室溫相當(dāng)對(duì)于室溫相當(dāng)T=300 K那么有那么有UT=26 mV。當(dāng)當(dāng) u0 uUT時(shí)時(shí)1eTUuTeSUuIi 當(dāng)當(dāng) u|U T |時(shí)時(shí)1eTUuSIi1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 二極管二極管 = PN結(jié)結(jié) + 管殼管殼 + 引線引線NP構(gòu)造構(gòu)造符號(hào)符號(hào)陽(yáng)極陽(yáng)極+陰極陰極- 二極管按構(gòu)造分三大類(lèi)：二極管按構(gòu)造分三大類(lèi)：(1) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。N型 鍺正 極 引 線負(fù) 極

11、 引 線外 殼金 屬 觸 絲(3) 平面型二極管平面型二極管 用于集成電路制造工藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。(2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。SiO2正 極 引 線負(fù) 極 引 線N型 硅P型 硅負(fù) 極 引 線正 極 引 線N型 硅P型 硅鋁 合 金 小 球底 座半導(dǎo)體二極管的型號(hào)半導(dǎo)體二極管的型號(hào)國(guó)家規(guī)范對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：國(guó)家規(guī)范對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：2AP9用數(shù)字代表同類(lèi)器件的不同規(guī)格。用數(shù)字代表同類(lèi)器件的不同規(guī)格。代表器件的類(lèi)型，代表器件的類(lèi)型，P為普通管，為普通管，Z為整流管，為整流管，K為開(kāi)關(guān)管

12、。為開(kāi)關(guān)管。代表器件的資料，代表器件的資料，A為為N型型Ge，B為為P型型Ge， C為為N型型Si， D為為P型型Si。2代表二極管，代表二極管，3代表三極管。代表三極管。 一 、半導(dǎo)體二極管的VA特性曲線 硅：0.5 V 鍺： 0.1 V(1) 正向特性正向特性導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降反向飽和電流反向飽和電流(2) 反向特性反向特性死區(qū)死區(qū)電壓電壓iu0擊穿電壓擊穿電壓UBRUBR實(shí)驗(yàn)曲線實(shí)驗(yàn)曲線uEiVmAuEiVuA鍺鍺 硅：硅：0.7 V 鍺：鍺：0.3V二二. 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) (1) 最大整流電流IF二極管長(zhǎng)期延續(xù)工二極管長(zhǎng)期延續(xù)工作時(shí)，允許經(jīng)過(guò)二作時(shí)，允許經(jīng)過(guò)二極管的最大

13、整流極管的最大整流電流的平均值。電流的平均值。(2) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓UBR 二極管反向電流急劇添加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓UBR。 (3) 反向電流IR 在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流普通在納安(nA)級(jí)；鍺二極管在微安(A)級(jí)。二極管的簡(jiǎn)易測(cè)試二極管的簡(jiǎn)易測(cè)試 用萬(wàn)用表用萬(wàn)用表R100或或R1K測(cè)試：測(cè)試： 將萬(wàn)用表的紅黑表筆分別接二極管兩端，將萬(wàn)用表的紅黑表筆分別接二極管兩端，假設(shè)測(cè)得阻值小，再將紅黑表筆對(duì)調(diào)測(cè)試，測(cè)得假設(shè)測(cè)得阻值小，再將紅黑表筆對(duì)調(diào)測(cè)試，測(cè)得電阻值大，那么闡明二極管完好且阻值小的那電阻值大，那么闡明二極管完好且阻值小的那次

14、丈量中導(dǎo)通萬(wàn)用表黑表筆所連那端為正次丈量中導(dǎo)通萬(wàn)用表黑表筆所連那端為正極陽(yáng)極，紅表筆所連為二極管負(fù)極陰極陽(yáng)極，紅表筆所連為二極管負(fù)極陰極；極； 假設(shè)兩次丈量阻值都很小，那么管子短路；都假設(shè)兩次丈量阻值都很小，那么管子短路；都很大時(shí)那么管子斷路，此兩種情況管子都已損很大時(shí)那么管子斷路，此兩種情況管子都已損壞。壞。 四四 二極管運(yùn)用本卷須知二極管運(yùn)用本卷須知1、二極管應(yīng)按照用途、參數(shù)及運(yùn)用環(huán)境選、二極管應(yīng)按照用途、參數(shù)及運(yùn)用環(huán)境選擇；擇；2、運(yùn)用二極管留意極性，二極管接受的電、運(yùn)用二極管留意極性，二極管接受的電流電壓等不能超越手冊(cè)規(guī)定極限值；流電壓等不能超越手冊(cè)規(guī)定極限值；3、焊接二極管時(shí)用的電烙

15、鐵運(yùn)用、焊接二極管時(shí)用的電烙鐵運(yùn)用35W以下以下的，焊接要迅速，且至少離外殼端面的，焊接要迅速，且至少離外殼端面2mm當(dāng)穩(wěn)壓二極管任務(wù)在當(dāng)穩(wěn)壓二極管任務(wù)在反向擊穿形狀下反向擊穿形狀下,任務(wù)任務(wù)電流電流IZ在在Izmax和和Izmin之間變化時(shí)之間變化時(shí),其其兩端電壓近似為常數(shù)兩端電壓近似為常數(shù)穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓五五. 特殊二極管特殊二極管 1穩(wěn)壓二極管：運(yùn)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管+-DZiuUZIUIzminIzmax正向同正向同二極管二極管反偏電壓反偏電壓UZ 反向擊穿反向擊穿UZ限流電阻限流電阻 穩(wěn)壓二極管的主要 參數(shù) (1) 穩(wěn)定電壓UZ (2) 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向

16、任務(wù)電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向任務(wù)電壓。 rZ =U /I rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 (3) 最小穩(wěn)定任務(wù) 電流IZmin 保證穩(wěn)壓管擊穿所對(duì)應(yīng)的電流，假設(shè)IZIZmin那么不能穩(wěn)壓。 (4) 最大穩(wěn)定任務(wù)電流IZmax 超越Izmax穩(wěn)壓管會(huì)因功耗過(guò)大而燒壞。iuUZIUIzminIzmax2發(fā)光二極管發(fā)光二極管1普通發(fā)光二極管普通發(fā)光二極管2紅外線發(fā)光二極管紅外線發(fā)光二極管3激光發(fā)光二極管激光發(fā)光二極管3 光電二極管光電二極管 4變?nèi)荻O管 1.3 半導(dǎo)體三極管及模型 半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由于任務(wù)時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都于任務(wù)時(shí)，多數(shù)

17、載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，還被稱為雙極型晶體參與運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，還被稱為雙極型晶體管管Bipolar Junction Transistor,簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱BJT。 BJT是由兩個(gè)是由兩個(gè)PN結(jié)組成的。結(jié)組成的。一一.BJT.BJT的構(gòu)造的構(gòu)造NPN型PNP型符號(hào)符號(hào):-bce-ebc 三極管的構(gòu)造特點(diǎn)三極管的構(gòu)造特點(diǎn):1發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。2基區(qū)要制造得很薄且濃度很低?；鶇^(qū)要制造得很薄且濃度很低。-NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極-PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極二. BJT的分類(lèi)1按構(gòu)造分：按構(gòu)

18、造分：NPN管和管和PNP管；管；2按制造資料分：硅管和鍺管；按制造資料分：硅管和鍺管；3按任務(wù)頻率分：高頻管和低頻管；按任務(wù)頻率分：高頻管和低頻管；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按任務(wù)形狀分：放大管和開(kāi)關(guān)管按任務(wù)形狀分：放大管和開(kāi)關(guān)管三三 BJT的內(nèi)部任務(wù)原理的內(nèi)部任務(wù)原理NPN管管 三極管在任務(wù)時(shí)要三極管在任務(wù)時(shí)要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌由线m當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。置電壓。假設(shè)在放大任務(wù)形假設(shè)在放大任務(wù)形狀：狀：發(fā)射結(jié)正偏：發(fā)射結(jié)正偏：+UCE UBEUCB集電結(jié)反偏：集電結(jié)反偏：由由VBB保證保證由由VCC、 VBB保保證證UCB=UCE - UBE 0NNPB

19、BVCCVRbRCebc共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法c區(qū)區(qū)b區(qū)區(qū)e區(qū)區(qū) 1由于發(fā)射結(jié)正偏，所由于發(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子 ，構(gòu)成了分散電流構(gòu)成了分散電流IEN 。同時(shí)。同時(shí)從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的分散運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成的電流為分散運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成的電流為IEP。但其數(shù)量小，可忽略。但其數(shù)量小，可忽略。 所以所以發(fā)射極電流發(fā)射極電流I E I EN 。 2發(fā)射區(qū)的電子發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。少部分少數(shù)載流子。少部分遇到的空穴復(fù)合掉，遇到的空穴復(fù)合掉，構(gòu)成構(gòu)成IBN。所以基極電。所以基極電流流I B I BN 。大部分。大

20、部分到達(dá)了集電區(qū)的邊緣。到達(dá)了集電區(qū)的邊緣。1BJT內(nèi)部的載流子傳輸過(guò)程內(nèi)部的載流子傳輸過(guò)程N(yùn)NPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI3由于集電結(jié)由于集電結(jié)反偏，搜集分散到反偏，搜集分散到集電區(qū)邊緣的電子，集電區(qū)邊緣的電子，構(gòu)成電流構(gòu)成電流ICN 。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI 另外，集電結(jié)區(qū)另外，集電結(jié)區(qū)的少子構(gòu)成漂移的少子構(gòu)成漂移電流電流ICBO。2電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系三個(gè)電極上的電流關(guān)系三個(gè)電極上的電流關(guān)系:IE =IC+IBNNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI定義：定義：ECNII ECBOECI

21、III(1)IC(1)IC與與I EI E之間的關(guān)系之間的關(guān)系: :所以所以: :ECII其值的大小約為其值的大小約為0.90.99。 (2)IC與與I B之間的關(guān)系：之間的關(guān)系：NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIECNICICBOI聯(lián)立以下兩式：聯(lián)立以下兩式：CBOECIII BCEIII得：得：CBOBCCBOECIIIIII）（ 所以：所以：CBOBC111III BCEOBCIIII 得：得： 1令：令：CBOCEO11II BI四四. BJT. BJT的特性曲線共發(fā)射極接法的特性曲線共發(fā)射極接法(1) (1) 輸入特性曲線輸入特性曲線 iB=f(uBE)iB=f(uBE)

22、 uCE=constuCE=const+i-uBE+-uBTCE+Ci1uCE=0V時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)。結(jié)并聯(lián)。0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE 1VCEu3uCE 1V再添加時(shí)，曲線右移很不明顯。再添加時(shí)，曲線右移很不明顯。2當(dāng)當(dāng)uCE=1V時(shí)，時(shí)， 集電結(jié)已進(jìn)入反偏形狀，開(kāi)場(chǎng)搜集電子，所以基區(qū)集電結(jié)已進(jìn)入反偏形狀，開(kāi)場(chǎng)搜集電子，所以基區(qū)復(fù)合減少，復(fù)合減少， 在同一在同一uBE 電壓下，電壓下，iB 減小。特性曲線將向右略微挪動(dòng)一減小。特性曲線將向右略微挪動(dòng)一些。些。死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降硅硅 0.

23、7V鍺鍺 0.3V (2)輸出特性曲線 iC=f(uCE) iB=const 現(xiàn)以現(xiàn)以iB=60uA一條加以闡明。一條加以闡明。 1當(dāng)當(dāng)uCE=0 V時(shí)，因集電極無(wú)搜集作用，時(shí)，因集電極無(wú)搜集作用，iC=0。2 uCE Ic 。 3 當(dāng)當(dāng)uCE 1V后，后，搜集電子的才干足夠強(qiáng)。搜集電子的才干足夠強(qiáng)。這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極搜集，構(gòu)子都被集電極搜集，構(gòu)成成iC。所以。所以u(píng)CE再添加，再添加，iC根本堅(jiān)持不變。根本堅(jiān)持不變。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲線。其他值的曲線。 iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80u

24、AI=100uAIB 輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域:飽和區(qū)飽和區(qū)iC受受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE0.7 V。 此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。截止區(qū)截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的的曲線的下方。下方。 此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)放大區(qū) 曲線根本平行曲線根本平行等等 距。距。 此時(shí)，此時(shí)，發(fā)發(fā) 射結(jié)正偏，射結(jié)正偏，集電集電 結(jié)反偏。結(jié)反偏。 該區(qū)中有：該區(qū)中有：BCII iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=

25、60uABI=80uABI=100uA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)五五. BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)2 2共基極電流放大系數(shù)：共基極電流放大系數(shù)： BCII BCii ECII ECii iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI =100uACBI=60uAi普通取普通取20200之間之間2.31.538A60mA3 . 2BCII40A40)-(60mA)5 . 13 . 2(BCii1 1共發(fā)射極電流放大系數(shù)：共發(fā)射極電流放大系數(shù)： 2.極間反向電流極間反向電流 2集電極發(fā)射極間的穿集電極發(fā)射極間的穿透電流透電流

26、ICEO 基極開(kāi)路時(shí)，集電極到基極開(kāi)路時(shí)，集電極到發(fā)射極間的電流發(fā)射極間的電流穿透穿透電流電流 。其大小與溫度有關(guān)。其大小與溫度有關(guān)。 1集電極基極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，在其集電結(jié)上加反向電壓，得到反向電流。它實(shí)踐上就是一個(gè)PN結(jié)的反向電流。其大小與溫度有關(guān)。 鍺管：I CBO為微安數(shù)量級(jí)， 硅管：I CBO為納安數(shù)量級(jí)。CBOCEO)1 (II+ICBOecbICEO 3.極限參數(shù) Ic添加時(shí)，添加時(shí)， 要下降。當(dāng)要下降。當(dāng)值下值下降到線性放大區(qū)降到線性放大區(qū)值的值的70時(shí)，所時(shí)，所對(duì)應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大對(duì)應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流允許電流ICM。1集電極最

27、大允許電流集電極最大允許電流ICM2集電極最大允集電極最大允許功率損耗許功率損耗PCM 集電極電流經(jīng)過(guò)集電極電流經(jīng)過(guò)集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗，功耗， PC= ICUCE BICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM PCM 3反向擊穿電壓 BJT有兩個(gè)有兩個(gè)PN結(jié)，其反向擊穿電壓有以下幾結(jié)，其反向擊穿電壓有以下幾種：種： UBREBO集電極開(kāi)路時(shí)，發(fā)射極與基極之間允許的最大反向電壓。其值普通幾伏十幾伏。 UBRCBO發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電極與基極之間允許的最大反向電壓。其值普通為幾十伏幾百伏。 UBRCEO基極基極開(kāi)路時(shí)

28、，集電極與發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓。之間允許的最大反向電壓。 在實(shí)踐運(yùn)用時(shí)，還有在實(shí)踐運(yùn)用時(shí)，還有UBRCER、UBRCES等擊穿電壓。等擊穿電壓。 -(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU 六. 三極管的模型及分析方法0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6BuiCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uA非線性器件非線性器件BCIIUD=0.7VUCES=0.3ViB0 iC0一一. BJT的模型的模型+i-uBE+-uBCE+Cibeec截止形狀截止形狀ecb放大形狀放大形狀

29、UDIBICIBecb發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降UD硅管硅管0.7V鍺管鍺管0.3V飽和形狀飽和形狀ecbUDUCES飽和壓降飽和壓降UCES硅管硅管0.3V鍺管鍺管0.1V直流模型直流模型二二. BJT電路的分析方法直流電路的分析方法直流1. 模型分析法近似估算法模型分析法近似估算法(模擬模擬p5859)VCCVBBRbRc12V6V4K150K+UBE+UCEIBIC+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4K150K+UBE+UCEIBIC例：共射電路如圖，知三極管為硅管，例：共射電路如圖，知三極管為硅管，=40，試求，試求電路中的直流量電路中的直流量IB、 IC 、UBE 、U

30、CE。+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4K150K+UBE+UCEIBIC0.7VIBecbIC+VCCRc(+12V)4K+UBEIB+VBBRb(+6V)150K+UCE解：設(shè)三極管任務(wù)在放大形狀，用放大模型替代三極管。解：設(shè)三極管任務(wù)在放大形狀，用放大模型替代三極管。UBE=0.7VA40K150V6K150V)7 . 06(bBEBBBRUVI mA6 . 1A4040BCII V6 . 546 . 112CCCCCERIVU 2. 圖解法圖解法 模擬模擬(p5456)VCCVBBRbRc12V6V4K150K+uCEIB=40AiC非線性部分非線性部分線性部分線性部分i

31、C=f(uCE) iB=40ACCCCCERiVuM(VCC,0)(12 , 0)(0 , 3), 0(CCCRVNiCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI =40uAB=80uAI=100uAIB直流負(fù)載線直流負(fù)載線斜率：斜率：CCCCCC1RVRVtgKUCEQ6VICQ1.5mAIB=40AIC=1.5mAUCEQ=6V 直流直流任務(wù)點(diǎn)任務(wù)點(diǎn)Q 半導(dǎo)體三極管的型號(hào)第二位：第二位：A鍺鍺PNP管、管、B鍺鍺NPN管、管、 C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低頻小功率管、低頻小功率管、D低頻大功率管、低頻大功率管、 G高頻小功率管、高頻小功率管、

32、A高頻大功率管、高頻大功率管、K開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)管用字母表示資料用字母表示資料用字母表示器件的種類(lèi)用字母表示器件的種類(lèi)用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào)用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào)用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格三極管三極管?chē)?guó)家規(guī)范對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：國(guó)家規(guī)范對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：3DG110B 1.4 場(chǎng)效應(yīng)管 BJT是一種電流控制元件是一種電流控制元件(iB iC)，任務(wù)時(shí)，多數(shù)，任務(wù)時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)轉(zhuǎn)，所以被稱為雙極載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)轉(zhuǎn)，所以被稱為雙極型器件。型器件。加強(qiáng)型加強(qiáng)型耗盡型耗盡型N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝

33、道溝道N溝道溝道P溝道溝道FET分類(lèi)：分類(lèi)： 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管Field Effect Transistor簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱FET是一種是一種電壓控制器件電壓控制器件(uGS iD) ，任務(wù)時(shí)，只需一種載流子，任務(wù)時(shí)，只需一種載流子參與導(dǎo)電，因此它是單極型器件。參與導(dǎo)電，因此它是單極型器件。 FET因其制造工藝簡(jiǎn)單，功耗小，溫度特性好，輸因其制造工藝簡(jiǎn)單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛運(yùn)用。入電阻極高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛運(yùn)用。一. 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)三極管 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管 ( Metal Oxide Semicondu

34、ctor FET)，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱MOSFET。分為：。分為： 加強(qiáng)型加強(qiáng)型 N溝道、溝道、P溝道溝道 耗盡型耗盡型 N溝道、溝道、P溝道溝道 1.N溝道加強(qiáng)型溝道加強(qiáng)型MOS管管 1構(gòu)造構(gòu)造 4個(gè)電極：漏極個(gè)電極：漏極D，源極源極S，柵極，柵極G和和 襯底襯底B。-gsdb符號(hào)：符號(hào)：-N+NP襯底sgdb源極柵極漏極襯底 當(dāng)uGS0V時(shí)縱向電場(chǎng)將接近柵極下方的空穴向下排斥耗盡層。2 2任務(wù)原理任務(wù)原理 當(dāng)uGS=0V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的 二極管，在d、s之間加上電壓也不會(huì)構(gòu)成電流，即管子截止。 再添加uGS縱向電場(chǎng)將P區(qū)少子電子聚集到P區(qū)外表構(gòu)成導(dǎo)電溝道，假設(shè)此時(shí)加有漏源電壓，就可以構(gòu)成

35、漏極電流id。柵源電壓柵源電壓uGS的控制造用的控制造用-P襯底sgN+bdVDD二氧化硅+N-s二氧化硅P襯底gDDV+Nd+bNVGGid 定義： 開(kāi)啟電壓 UT剛剛產(chǎn)生溝道所需的柵源電壓UGS。 N溝道加強(qiáng)型MOS管的根本特性： uGS UT，管子截止， uGS UT，管子導(dǎo)通。 uGS 越大，溝道越寬，在一樣的漏源電壓uDS作用下，漏極電流ID越大。 漏源電壓漏源電壓uDS對(duì)漏極對(duì)漏極電流電流id的控制造用的控制造用 當(dāng)uGSUT，且固定為某一值時(shí)，來(lái)分析漏源電壓VDS對(duì)漏極電流ID的影響。設(shè)UT=2V， uGS=4V auds=0時(shí)，時(shí)， id=0。buds id； 同時(shí)溝道靠漏區(qū)變

36、窄。同時(shí)溝道靠漏區(qū)變窄。c當(dāng)當(dāng)uds添加到使添加到使ugd=UT時(shí)時(shí)，溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預(yù)夾斷。溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預(yù)夾斷。duds再添加，預(yù)夾斷區(qū)再添加，預(yù)夾斷區(qū)加長(zhǎng)，加長(zhǎng)， uds添加的部分根本降添加的部分根本降落在隨之加長(zhǎng)的夾斷溝道上落在隨之加長(zhǎng)的夾斷溝道上， id根本不變。根本不變。-s二氧化硅P襯底gDDV+Nd+bNVGGid-二氧化硅NisdNVb+DDdVP襯底GGg-GGbVd二氧化硅siNgDD+dP襯底VN+-P襯底d+dDDVs+二氧化硅NNbiGGVg3 3特性曲線特性曲線 四個(gè)區(qū)：a可變電阻區(qū)預(yù)夾斷前。 輸出特性曲線：輸出特性曲線：iD=f(uDS)uGS=con

37、sti(V)(mA)DDSuGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGSb恒流區(qū)也稱飽和恒流區(qū)也稱飽和 區(qū)預(yù)夾斷區(qū)預(yù)夾斷 后。后。 c夾斷區(qū)截止區(qū)。夾斷區(qū)截止區(qū)。 d擊穿區(qū)。擊穿區(qū)?？勺冸娮鑵^(qū)可變電阻區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū) 轉(zhuǎn)移特性曲線： iD=f(uGS)uDS=const 可根據(jù)輸出特性曲線作出移特性曲線。例：作uDS=10V的一條轉(zhuǎn)移特性曲線：i(mA)DGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGSuDS(V)Di(mA)10V12341432(V)uGS246UT 一個(gè)重要參數(shù)跨導(dǎo)gm： gm=iD/uGS uDS=const (單位單位mS) gm的大小反映了

38、柵源電壓對(duì)漏極電流的控制造的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制造用。用。 在轉(zhuǎn)移特性曲線上，在轉(zhuǎn)移特性曲線上， gm為的曲線的斜率。為的曲線的斜率。 在輸出特性曲線上也可求出在輸出特性曲線上也可求出gm。1(mA)DSu=6V=3VuuGS(V)1D624i43=5V(mA)243iDGS210V(V)uGSiDGSuiD 2.N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET特點(diǎn)：特點(diǎn)： 當(dāng)當(dāng)uGS=0時(shí)，就有溝時(shí)，就有溝道，參與道，參與uDS，就有，就有iD。 當(dāng)當(dāng)uGS0時(shí)，溝道時(shí)，溝道增寬，增寬，iD進(jìn)一步添進(jìn)一步添加。加。 當(dāng)當(dāng)uGS0時(shí)，溝道時(shí)，溝道變窄，變窄，iD減小。減小。 在柵極下方的SiO2層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)uGS=0時(shí)，這些正離子曾經(jīng)感應(yīng)出反型層，構(gòu)成了溝道。 定義：定義： 夾斷電壓夾斷電壓 UP溝道剛剛消逝所需的柵源電壓溝道剛剛消逝所需的柵源電壓uGS。-g漏極s+N襯底P襯底