第一章 常用半導(dǎo)體器件,1.1 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ),1.1.1 本征半導(dǎo)體 一、半導(dǎo)體 導(dǎo)體 絕緣體 半導(dǎo)體：硅（Si） 鍺（Ge） 二、本征半導(dǎo)體 的晶體結(jié)構(gòu),圖1.1.1,三、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子,載流子： 自由電子 空穴,圖1.1.2,四、本征半導(dǎo)體中載流子的濃度,本征激發(fā)、復(fù)合、動(dòng)態(tài)平衡,ni、pi:自由電子與空穴濃度（ ）； T：熱力學(xué)溫度； k：玻爾茲曼常數(shù)（ ）； EGO:熱力學(xué)零度時(shí)破壞共價(jià)鍵所需的能量； K1：與半導(dǎo)體材料載流子有效質(zhì)量、有效能 級(jí)密度有關(guān)的常量。 T=300K時(shí)，硅、 鍺本征載流子濃度 分別為,1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體 一、N型半導(dǎo)體,純凈硅晶體中摻入 五價(jià)元素（如磷），使 之取代晶格中硅原子的 位置。雜質(zhì)原子提供電 子，所以稱之為施主原 子。自由電子濃度大, 為多數(shù)載流子，空穴為 少數(shù)載流子，簡稱多子和少子。,圖1.1.3,二、P型半導(dǎo)體,純凈硅晶體中摻入 三價(jià)元素（如硼），使 之取代晶格中硅原子的 位置。雜質(zhì)原子提供空 穴，所以稱之為受主原 子。空穴為多數(shù)載流子， 自由電子為少數(shù)載流子， 簡稱多子和少子。,圖1.1.4,1.1.3 PN結(jié) 一、 PN結(jié)的形成,圖1.1.5,濃度差擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 復(fù) 合空間電荷區(qū) 內(nèi)電場漂移運(yùn)動(dòng) 多子擴(kuò)散=少子漂移 達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，形成 PN結(jié)。 在空間電荷區(qū)內(nèi)自 由電子和空穴都很少， 所以稱為耗盡層。,圖1.1.6,PN結(jié)處于正向偏置。外電場將多數(shù)載流子推向空間電荷區(qū)，使其變窄，削弱了內(nèi)電場，破壞了原來的平衡，擴(kuò)散加劇，漂移減弱。電源作用下，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)源源不斷地進(jìn)行，從而形成正向電流，PN結(jié)導(dǎo)通。正向?qū)妷褐挥辛泓c(diǎn)幾伏，所以串聯(lián)電阻以限制電流。,2、外加反向電壓時(shí)PN 處于截止?fàn)顟B(tài) PN結(jié)處于反向偏置狀 態(tài)。外電場使空間電荷區(qū) 變寬，加強(qiáng)了內(nèi)電場，阻 止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，加劇 漂移運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，形成反 向電流，也稱為漂移電流。 因?yàn)樯僮拥臄?shù)目極少，即 使都參與漂移，反向電流 也非常小，認(rèn)為PN結(jié)處于 截止?fàn)顟B(tài)。,圖1.1.7,三、PN結(jié)的電流方程,將式中的kT/q用UT取代，則得,u0, 正向特性； u0, 反向特性； 反向電壓大時(shí)反向擊穿。 高摻雜情況，耗盡層很 窄，不大的反向電壓可產(chǎn)生 很大的電場，直接破壞 共價(jià) 鍵，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，稱為齊納擊穿；摻雜濃度較低，反向電壓較大時(shí)，電場使少子加快漂移速度，把價(jià)電子撞出共價(jià)鍵，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，又撞出價(jià)電子，稱為雪崩擊穿。擊穿時(shí)要限制電流,否則造成永久性損壞。,四、PN結(jié)的伏安特性,圖1.1.10,五、PN結(jié)的電容效應(yīng) 1、勢壘電容 耗盡層的寬窄隨外加電壓的變化而變化，這相 當(dāng)于電容的充、放電，其所等效的電容稱為勢壘電 容Cb。如圖1.1.11所示。,圖1.1.11,2、擴(kuò)散電容 PN結(jié)處于平衡狀態(tài)時(shí)的少子稱為平衡少子。 正向偏置時(shí)，參加擴(kuò)散的P區(qū)空穴和N區(qū)的自由電子 均稱為非平衡少子。外加正向電壓一定時(shí)，靠近耗 盡層交界面的地方非平衡少子的濃度高，遠(yuǎn)離交界 面地方的濃度低。且濃度自高到低逐漸衰減，直到 零，形成一定的濃度梯度（濃度差），從而形成擴(kuò) 散電流。外加正向電壓增大時(shí)，非平衡少子的濃度 增大且濃度梯度也增大，從外部看正向（擴(kuò)散）電 流增大。當(dāng)外加正向電壓減小時(shí)，變化情況相反。 擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，電荷的積累和釋放過程與電容的充 放電過程相同，這種電容效應(yīng)稱為擴(kuò)散電容Cd。,圖1.1.12,PN結(jié)的結(jié)電容Cj是勢壘電容Cb和擴(kuò)散電容Cd 之和，即 Cj=Cb+Cd,1.2 半導(dǎo)體二極管,圖1.2.1,1.2.1 半導(dǎo)體二極管的常見結(jié)構(gòu),圖1.2.2,(a)是點(diǎn)接觸型； (b)是面接觸型； (c)是平面型； (d)是二極管的符號(hào)。,1.2.2 二極管的伏安特性 一、二極管和PN結(jié)伏安特性的區(qū)別 因存在體電阻和引線電阻，電流相同時(shí)二極管端電壓比PN結(jié)壓降大。二極管開始導(dǎo)通的臨界電壓稱為開啟電壓（Uon）。導(dǎo)通后的電壓則為工作電壓。,圖1.2.3,二、溫度對(duì)二極管特性的影響 如圖虛線所示，在溫度升高時(shí)，正向特性曲線將左移， 在室溫附近，溫度每升高1 ，正向壓降減小22.5mV; 溫度每升高10 ,反向電流約增大一倍。,1.2.3 二極管的主要參數(shù) 1、最大整流電流IF：二極管長期運(yùn)行時(shí)允許通過 的最大正向平均電流。 2、最高反向工作電壓UR：二極管工作時(shí)允許外加 的最大反向電壓。 3、反向電流IR：二極管未擊穿時(shí)的反向電流。 4、最高工作頻率fM：二極管工作的上限頻率。,1.2.4 二極管的等效電路 在一定條件下用線性元件構(gòu)成的電路來近似模擬 非線性器件二極管的特性，稱為等效電路或等效模型。 一、伏安特性折線化等效電路,（a）理想二極管 （b）正向?qū)ǘ?電壓為常量 （c）正向?qū)ǘ?電壓與電流成線性關(guān)系,圖1.2.4 折線化等效電路,圖（a）表明二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降為零，截止 時(shí)反向電流為零，稱為“理想二極管”。 圖（b）表明二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降為一個(gè)常量 Uon ，截止時(shí)反向電流為零，等效電路為理想二極管 串聯(lián)電壓源Uon。 圖（c）表明當(dāng)二極管正向電壓大于Uon后其電流 i和電壓u成線性關(guān)系，直線斜率為1/rD。二極管截止 時(shí)反向電流為零。等效電路為理想二極管串聯(lián)電壓源 Uon和電阻rD，且rD=U/I。,二、二極管的微變等效電路 在Q點(diǎn)基礎(chǔ)上外加微小的變化量，則可以用以Q點(diǎn)為 切點(diǎn)的切線來近似微小變化時(shí)的曲線。,圖1.2.7 二極管的 微變等效電路 （a）動(dòng)態(tài)電阻 的物理意義 （b）動(dòng)態(tài)電阻,動(dòng)態(tài)電阻rd=uD/iD，rd也可由電流方程求出：,1.2.5 穩(wěn)壓二極管 一、穩(wěn)壓二極管的伏安特性,圖1.2.10 穩(wěn)壓管的伏安 特性和等效電路 （a）伏安特性 （b）等效電路,二、穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù) 1、穩(wěn)定電壓UZ:在規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿 電壓。 2、穩(wěn)定電流IZ(Izmin)：穩(wěn)壓管保證穩(wěn)壓效果的最小 電流。 3、額定功耗PZM：穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ和最大穩(wěn)定 電流IZM(Izmax)的乘積?？梢酝ㄟ^PZM求出IZM的值。 4、動(dòng)態(tài)電阻rZ：穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓區(qū)內(nèi)，端電壓變化量 UZ與其電流變化量IZ 之比，即UZ / IZ 。 rZ愈小則穩(wěn)壓特性愈好。 rZ 為幾 幾十歐。 5、溫度系數(shù)：溫度每變化1oC穩(wěn)壓值的變化量。 使用時(shí)，穩(wěn)壓管電路中要串聯(lián)一個(gè)限流電阻R。,例1.2.2 在圖1.2.11所示穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，已知 穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UZ=6V，最小穩(wěn)定電流 IZmin=5mA，最大穩(wěn)定電流IZmax=25mA； 負(fù)載電阻R=600。求解限流電阻R的取值范圍。,圖1.2.11,解：IR=IDz+IL；IDz=(525)mA, IL=UZ/RL=6V/600 =10mA, 所以，IR=（15 35）mA。 R上的電壓UR=UIUZ=4V Rmax=UR/IRmin=4V/15mA=227 ; Rmin=UR/IRmax=4V/35mA=114 。 故限流電阻R的取值范圍為 114 227 。,1.2.6 其它類型二極管 一、發(fā)光二極管,包括可見光、不可見光、激光等不同類型。 可見光的發(fā)光二極管，開啟電壓較大，紅色 的在1.61.8V之間，綠色的約為2V。 發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電壓低、功耗小、壽命長、 可靠性高，廣泛用于顯示電路之中。,二、光電二極管,圖1.2.13光電二極管 （a）外形 （b）符號(hào),光電二極管是遠(yuǎn)紅外線接收管，是光能與 電能進(jìn)行轉(zhuǎn)換的器件。PN結(jié)型光電二極管利 用PN結(jié)的光敏特性，將接收到的光的變化轉(zhuǎn) 換成電流的變化。幾種常見外形如圖1.2.13 （a）所示。,圖1.2.14（a）為光電二極管的伏安特性。在無光 照時(shí)，與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦浴７聪螂?流稱為暗電流，通常小于0.2A。,圖1.2.14 光電二極管的伏安特性 （a）伏安特性 （b）工作在第一象限的等效電路 （c）工作在第三象限的等效電路 （d）工作在第四象限的等效電路,有光照時(shí)，特性曲線下移，分布在第三、四象限內(nèi)。 在反向電壓的一定范圍即第三象限，特性曲線是一組 橫軸的平行線，光電流受入射光照度的控制。照度一 定時(shí)，光電二極管等效為恒流源。照度愈大，光電流 愈大。在光電流大于幾十微安時(shí)，與照度成線性關(guān)系。 此特性廣泛用于遙控、報(bào)警及光電傳感器之中。 在第四象限時(shí)呈光電池特性，入射照度愈大，i愈 大，R上獲得的能量也愈大，此時(shí)光電二極管作為微 型光電池。由于光電流較小，所以將其用于測量及控 制等電路中時(shí)，需首先進(jìn)行放大和處理。 其他二極管還有利用PN結(jié)勢壘電容制成的變?nèi)?二極管，它可用于電子調(diào)諧、頻率的自動(dòng)控制、調(diào)頻 調(diào)幅、調(diào)相和濾波等電路之中。,利用高摻雜材料形成PN結(jié)的隧道效應(yīng)制成的隧 道二極管，可用于振蕩、過載保護(hù)、脈沖數(shù)字電路 之中。 利用金屬與半導(dǎo)體之間的接觸勢壘而制成的肖特 基二極管，正向?qū)妷盒?，結(jié)電容小，常用于微波 混頻、檢測、集成化數(shù)字電路等場合。,圖1.3.1 晶體管的幾種常見外形,平面型NPN型硅晶體管的結(jié)構(gòu)：上層發(fā)射區(qū)（e），摻雜濃度很高；中層為基區(qū)（b），它很薄 且雜質(zhì)濃度很低；下層是集電區(qū)（c），集電結(jié)面 積很大。引出三個(gè)電極：發(fā)射極e、基極b和集極c。,圖（b）為NPN型管的結(jié)構(gòu)示意圖，有發(fā)射結(jié)和 集電結(jié)。圖（c）為NPN型管和PNP型管的符號(hào)。 下面主要以NPN型硅管為主講述晶體管的放大作 用、特性曲線和主要參數(shù)。,1.3.2 晶體管的 電流放大 作用,圖1.3.3 基本共射放大電路,在圖1.3.3中，uI為輸入電壓信號(hào)，它接入基射回路（輸入回路）；放大后的信號(hào)在集射回路（輸出回路）。發(fā)射極是兩個(gè)回路的公共端，故稱其為共射放大電路。為保證發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置以使晶體管工作在放大狀態(tài)。所以要加VBB和VCC。 一、晶體管內(nèi)部 載流子的運(yùn)動(dòng),圖14,在圖1.3.3中uI=0時(shí)，晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)示 意圖如圖1.3.4所示。 1、發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流IE； 2、擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基 極電流IB； 3、集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流 IC。,ICBO:平衡少子在集電區(qū)與基區(qū)之間漂移運(yùn)動(dòng)所 形成的電流。 IE = IEN + IEP = ICN + IBN + IEP IC = ICN + ICBO IB = IBN + IEPICBO = IBICBO,從外部看 IE=IC+IB,整理可得,上式中ICEO稱為穿透電流，物理意義為當(dāng)基極 開路（IB=0）時(shí),在VCC作用下c和e之間形成的電流。 ICBO是e開路時(shí)集電結(jié)的反向飽和電流。一般情況， IBICBO， ，所以,在圖1.3.3中，當(dāng)有輸入電壓uI作用時(shí)，在IB和IC 基礎(chǔ)上將迭加動(dòng)態(tài)電流iB和iC， iC和iB之比為 共射交流電流放大系數(shù),若在uI作用下基本不變，則集電極電流,因而,當(dāng)以發(fā)射極電流作為輸入電流，以集電極電流 作為輸出電流時(shí)，ICN與IE之比稱為共基直流電流 放大系數(shù),由 IE=IC+IB,可得,或,共基交流電流放大系數(shù) 的定義為,1.3.3 晶體管的共射特性曲線 輸入特性曲線和輸出特性曲線用于晶體管的 性能、參數(shù)和晶體管電路的估算 一、輸入特性曲線,圖1.3.5,UCE=0,集-射間短路,發(fā)射結(jié)和集電結(jié)并聯(lián),輸入特性與PN結(jié)特性相類似,呈指數(shù)關(guān)系.UCE增大, 曲線右移,這是因?yàn)橛砂l(fā)射區(qū)注入基區(qū)的非平衡少子有一部分越過基區(qū)和集電結(jié)形成iC,而另一部分在基區(qū)參與復(fù)合運(yùn)動(dòng)的非平衡少子將隨UCE的增大而減小.因此,要獲得同樣的iB就必須加大uBE,使發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入更多的電子.,實(shí)際上,對(duì)于確定的UBE,當(dāng)UCE增大到一定值(如1V) 以后,集電結(jié)的電場已足夠強(qiáng),可以將發(fā)射區(qū)注入基區(qū) 的絕大部分非平衡少子都收集到集電區(qū),因而再增大 UCE,iC也不可能明顯增大,即iB已基本不變. 因此,當(dāng)UCE超過一定數(shù)值后,輸入特性曲線不再右 移，曲線基本重合。對(duì)于小功率晶體管，可近似地用 UCE1V的來代替UCE1V的所有曲線。,二、輸出特性曲線,圖 1.3.6,三個(gè)工作區(qū)域：,1、截止區(qū),ICEO在幾十甚至 1微安以下，所 以可近似認(rèn)為 iC 0,2、放大區(qū) uBEUon, 且uCE uBE,即發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置。 iC僅與IB有關(guān)，而與uCE無關(guān)。,3、飽和區(qū),uBEUon, 且 uCE uBE,即發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正向偏置。,uCE=uBE,即 uCB=0 iC不隨IB變化而變化。,當(dāng)uBE=uCE時(shí)，是臨界飽和（臨界放大）狀態(tài) 飽和區(qū)的重要標(biāo)志是uCE約等于零.,在模擬電路中，絕大多數(shù)情況下應(yīng)保證晶體管 工作在放大狀態(tài)。,1.3.4 晶體管的主要參數(shù) 一、直流參數(shù),1、共射直流電流放大系數(shù),2、共基電流放大系數(shù),3、 極間反向電流 ICBO 、 ICEO,硅管的極間反向電流 比鍺管的小23個(gè)數(shù)量級(jí)， 且其溫度穩(wěn)定性也比鍺管的好。,二、交流參數(shù),1、共射交流電流放大系數(shù),2、共基交流電流放大系數(shù),近似分析可以認(rèn)為,3、特征頻率fT 使的數(shù)值下降到1的信號(hào)頻率稱為特征頻率fT。,圖1.3.7,2、最大集電極電流ICM 3、極間反向擊穿電壓 UCBOUCEX UCES UCER UCEO,1.3.5 溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響,一、溫度對(duì)ICBO的影響,溫度每升高10oC，ICBO增加約一倍。,二、溫度對(duì)輸入特性的影響,圖1 .,溫度每升高oC, |UBE| 大約下降.mV。 具有負(fù)溫度系數(shù)。,三、溫度對(duì)輸出特性的影響,圖1.3.9,溫度升高時(shí)， 晶體管的值， ICEO值都增大， 且輸入特性左 移，所以導(dǎo)致 集電極電流增 大。如圖中虛 線所示。,1.3.6 光電三極管,圖1.3.10,圖1.3.11,基極電流IB入射光照度E E為1000時(shí)，光電流從1mA到幾mA不等,1.4 場效應(yīng)管 1.4.1結(jié)型場效應(yīng)管 一、結(jié)型場效應(yīng)管 的工作原理,圖1.4.1,一塊N型半導(dǎo)體上制作兩個(gè)高摻雜的P區(qū)且連接 在一起，形成柵極g，N型半導(dǎo)體兩端引出兩個(gè)電極， 漏極d和源極s。P區(qū)與N區(qū)交界面形成耗盡層,漏極與 源極間的非耗盡層區(qū)域稱為導(dǎo)電溝道。,圖1.4.2,圖1.4.3,1、當(dāng)uDS=0時(shí)，uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用uGS=0, 耗盡層窄，導(dǎo)電溝道很寬； |uGS|增大時(shí)，耗盡層加寬，溝道變窄，大到 一定值時(shí)，耗盡層閉合，溝道消失，此時(shí)的電壓 稱為夾斷電壓UGS(off)。分別如圖1.4.3中的（a）、 （b）、（c）所示。正常工作時(shí)， uGS0。,2、當(dāng)uGS為UGS(off)0中某一固定的負(fù)電壓值時(shí)， uDS對(duì)漏極電流iD的影響,圖1.4.4,當(dāng)uDS=0時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生多子的定向移動(dòng)，所 以漏極電流iD=0。 若uDS0,則有電流iD,如圖1.4.4（a）所示。 因?yàn)闁怕╇妷簎GD=uGS-uDS，所以當(dāng)uDS從零逐漸增大時(shí)，uGD逐漸減小,靠近漏極一邊的溝道變窄，到UGD=UGS(off)時(shí)稱為預(yù)夾斷。如圖（b）所示。在預(yù)夾斷前，iD隨uDS的增大而增大，D-S間呈電阻特性。 預(yù)夾斷后，若uDS繼續(xù)增加，則uGD夾斷區(qū)加長，如圖（c）所示。夾斷區(qū)加長將使iD減小，但uDS增大使電場增強(qiáng)，從而又使iD增大，所以導(dǎo)致iD基本不變，呈恒流特性。,這時(shí)uGD=uGS-uDS uGS-UGS(off)時(shí)， 當(dāng)uDS為一常量UDS時(shí)，對(duì)于確定的uGS就有確定對(duì)應(yīng) 的iD。此時(shí)通過改變uGS的大小來控制iD的大小。漏極電流受柵源電壓的控制，故稱場效應(yīng)管為電壓控制元件。,用低頻跨導(dǎo)gm來描述柵源電壓ugs對(duì)漏極電流iD 的控制作用 gm=,3、當(dāng)uGDUGS(off)時(shí)，uGS對(duì)iD的控制作用,二、結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線 1、輸出特性曲線,圖1.4.5,a.可變電阻區(qū) （非飽和區(qū)） b.恒流區(qū) （飽和區(qū)） c.夾斷區(qū),2、轉(zhuǎn)移特性,圖1.4.6,(UGS(off)uGS0),1.4.2 絕緣柵型場效應(yīng)管(IGFET),柵和源、漏極之間均用SiO2絕緣層隔離。柵極是金屬鋁，故稱金屬、氧化物、半導(dǎo)體（MOS)管。柵-源間電阻可達(dá)1010。有N溝道增強(qiáng)型；N溝道耗盡型； P溝道增強(qiáng)型；P溝道耗盡型四種類型。,一、N溝道增強(qiáng)型MOS管,圖1.4.7,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在一塊低摻雜的P型硅片襯底上擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的N+區(qū),并引出兩個(gè)電極，分別為s和d。制作SiO2絕緣層再引出一個(gè)金屬鋁電極，為g。通常襯底和源極連接在一起使用。g和襯底各相當(dāng)一個(gè)極板，中間是絕緣層，形成電容。當(dāng)g-s電壓變化時(shí)，將改變襯底靠近絕緣層處的感應(yīng)電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。,1、工作原理 當(dāng)g-s之間不加電壓時(shí)，d-s間是兩個(gè)背向的PN結(jié)，不 存在導(dǎo)電溝道，所以沒有漏極電流。 當(dāng)uDS=0且uGS0時(shí)，由于有SiO2，所以柵極電流為零。 但此時(shí)柵極金屬層將聚集正電荷，它們排斥P型襯底靠近 SiO2一側(cè)的空穴，使之剩下不能移動(dòng)的負(fù)離子區(qū)，形成耗 盡層，如圖1.4.8(a)所示。,圖1.4.8,當(dāng)uGS增大時(shí)，耗盡層加寬，同時(shí)將襯底的自由 電子吸引到耗盡層與絕緣層之間，形成一個(gè)N型薄層 ，稱為反型層，如圖.4.8(b）所示。這個(gè)反型層就 構(gòu)成了漏源之間的導(dǎo)電溝道。使溝道剛剛形成的柵 源電壓稱為開啟電壓UGS(th)。uGS越大，反型層越厚， 導(dǎo)電溝道電阻越小。,圖.4.9 uGS大于開啟電壓后uDS對(duì)iD的影響 (a)uDSuGS-UGS(th)，uDS較小，它的增加使iD線性增 大，溝道沿源-漏方向逐漸變窄；(b)uDS=uGS-uGS(th)， 即uGD=UGS(th)，溝道在漏極一側(cè)出現(xiàn)夾斷點(diǎn)，稱為 預(yù)夾斷；(c)uDS再增大，夾斷區(qū)延長，uDS的增大部 分幾乎全部克服夾斷區(qū)對(duì)漏極電流的阻力，管子進(jìn) 入恒流區(qū)。,2、特性曲線與電流方程,圖1.4.10 N溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線 （a）轉(zhuǎn)移特性 （b）輸出特性,；IDO為uGS=2UGS(th)時(shí)的iD。,二、 N溝道耗盡型MOS管,圖1.4.11,在制造MOS管時(shí)，在SiO2絕緣層中摻入大量 正離子，則在uGS=0時(shí)，在正離子作用下，P型襯 底表層就存在反型層,即漏-源間有導(dǎo)電溝道，這時(shí) 只要在漏-源之間加正向電壓，就會(huì)有漏極電流， 如圖1.4.11(a)所示。,當(dāng)uGS為正時(shí)，反型層變寬，溝道電阻變小，iD 變大；而當(dāng)uGS為負(fù)時(shí)，反型層變窄，溝道電阻變大， iD變小。當(dāng)uGS減小到某一負(fù)值時(shí)，反型層消失，漏-源 間的導(dǎo)電溝道隨之消失，iD=0。此時(shí)的uGS稱為夾斷電 壓UGS(off)。,圖1.4.13 場效應(yīng)管的符號(hào)及特性,1.4.3 場效應(yīng)管的主要參數(shù),一、直流參數(shù) 1、開啟電壓UGS(th):uDS為一常量時(shí)，使 iD 大于零 （5A)所需的最小|uGS|值。 2、夾斷電壓UGS(off):是結(jié)型和耗盡型MOS場效應(yīng) 管iD為規(guī)定的微小電流（5A）時(shí)的uGS值。 3、飽和漏極電流IDSS:耗盡型管在uGS=0的情況下 產(chǎn)生預(yù)夾斷時(shí)的漏極電流。 4、直流輸入電阻RGS(DC)：柵-源電壓和柵極電流 之比。結(jié)型管的大于107，而MOS 管的大于 109 。,對(duì)于MOS管，柵-襯之間的電容量很小，若感應(yīng)少 量的電荷便會(huì)產(chǎn)生很高的電壓造成很薄的絕緣層擊穿。在存放和在工作電路中，要為柵-源之間提供直流通路，避免柵極懸空，在焊接時(shí)要使電烙鐵良好接地。,1.4.4 場效應(yīng)管與晶體管的比較,1.5 單結(jié)晶體管和晶閘管 1.5.1 單結(jié)晶體管 一、單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)和等效電路,圖1.5.1,在一個(gè)低摻雜N型硅棒上擴(kuò)散一個(gè)高摻 雜的P區(qū)。只有一個(gè)PN結(jié)，故稱為單結(jié)晶體 管（UJT）,P區(qū)為發(fā)射極e，N區(qū)引出兩個(gè)基 極b1和b2，所以也稱為雙基極晶體管。,圖1.5.2,分壓比為0.50.9,UEB1=0時(shí)，UEA=VBB。發(fā)射極電流IE為二極管 的反向電流IEO。UEA接近零時(shí)，IE的數(shù)值明顯減小。 當(dāng)UEB1=UA時(shí)，二極管端電壓為零，IE=0。UEB1繼續(xù) 增加，到PN結(jié)正向?qū)〞r(shí)，IE為正，此電流由e到b1， P區(qū)濃度很高的空穴向電子濃度很低的硅棒的A-b1區(qū) 注入非平衡少子，注入的載流子使rb1減小，其上壓降 減小，從而PN結(jié)正向電壓增大，注入的載流子更多， rb1進(jìn)一步減??；當(dāng)IE增大到一定程度時(shí)，二極管的導(dǎo) 通電壓將變化不大，此時(shí)UEB1將因rb1減小而減小，表 現(xiàn)出負(fù)阻特性。 負(fù)阻特性廣泛應(yīng)用于定時(shí)電路和振蕩電路中。負(fù) 阻器件還有隧道二極管、負(fù)阻場效應(yīng)管和雙極晶體 管等。,三、應(yīng)用舉例,圖1.5.3,VBB合閘通電時(shí)， 電容C充電,其上電 壓上升，達(dá)峰值電 壓UP時(shí)進(jìn)入負(fù)阻區(qū)， 輸入端等效電阻急 劇減小，電容迅速 放電，達(dá)谷點(diǎn)電壓 UV后，管子截止, 電容再次充電，如 此循環(huán)往復(fù)形成振蕩。,1.5.2 晶閘管（Thyristor) 亦稱為硅可控元件（SCR)，是由三個(gè)PN結(jié) 構(gòu)成的大功率半導(dǎo)體器件，多用于可控整流、逆 變、調(diào)壓、無觸點(diǎn)開關(guān)電路中。 一、結(jié)構(gòu)和等效模型,圖1.5.4,圖1.5.5,二、工作原理 A-C間加正向電壓而控制極G不加電壓時(shí)，J2結(jié)不通，呈阻斷狀