1、第一章 常用半導(dǎo)體器件1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識1.2 半導(dǎo)體二極管1.3 晶體三極管1.4 場效應(yīng)管作業(yè)： 1.3 1.4 1.6 1.7 1.9 1.11 1.12 1.13 1.15 1.16第一章 常用半導(dǎo)體器件1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識1.2 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識二、雜質(zhì)半導(dǎo)體三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦运?、PN結(jié)的電容效應(yīng)一、本征半導(dǎo)體 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識二、雜質(zhì)半導(dǎo)體三、PN結(jié)的形成及一、本征半導(dǎo)體 導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體是純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。1、什么是半導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？ 導(dǎo)體：鐵、鋁、銅等金屬元素等低價元素，其最外層電子在外電場作用下

2、很容易產(chǎn)生定向移動，形成電流。 絕緣體：惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強，只有在外電場強到相當(dāng)程度時才可能導(dǎo)電。 半導(dǎo)體硅（Si）、鍺（Ge），均為四價元素，它們原子的最外層電子受原子核的束縛力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。無雜質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)一、本征半導(dǎo)體 導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為硅、鍺原子的結(jié)構(gòu) 硅、鍺原子的結(jié)構(gòu) GeSi+4硅 Si 鍺 Ge 是典型的半導(dǎo)體 GeSi+4硅 Si 鍺 Ge 是典型的半導(dǎo)體 共價鍵共用電子對+4+4+4+4+4表示除去價電子后的原子硅、鍺原子的共價鍵結(jié)構(gòu)形成共價鍵后每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子

3、規(guī)則排列，形成晶體共價鍵共+4+4+4+4+4表示除去價電子后的原子硅、鍺原子+4+4+4+4共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此半導(dǎo)體自由電子很少+4+4+4+4共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為化學(xué)成分純凈（99. 999%以上）在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)完全純凈的結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體2.本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈（99. 999%以上）完全純凈的2.本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理在絕對0度(T=0K)和沒有外界激發(fā)時,價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運動的帶電粒子(即載流子)，它的導(dǎo)電能力為 0，相當(dāng)于絕緣

4、體本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理在絕對0度(T=0K)和沒有外界激發(fā)時,+4+4+4+4自由電子束縛電子載流子: 自由電子和空穴在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴空穴+4+4+4+4自由電子束縛電子載流子: 自由電子和空穴在常電子和空穴在外電場的作用下都將作定向運動，這種作定向運動的電子和空穴（載流子）參與導(dǎo)電，形成本征半導(dǎo)體中的電流本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子即自由電子和空穴+4+4+4+4電子和空穴在外電場的作用下都將作定向運動，這種作定向運動的電本征半導(dǎo)體中雖然存在兩種載流子，但因本征載流子的濃度很低，所以總

5、的來說導(dǎo)電能力很差。 T=300 K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度: ni = pi =1.41010/cm31 本征硅Si 的原子濃度: 4.961022/cm3 2本征半導(dǎo)體的載流子濃度，除與半導(dǎo)體材料本身的性質(zhì)有關(guān)以外，還與溫度密切相關(guān)，而且隨著溫度的升高，基本上按指數(shù)規(guī)律增加。 因此，本征載流子的濃度對溫度十分敏感。 （有敝有利）本征濃度 本征鍺 Ge 的本征濃度是 Si 的 103 倍 3本征半導(dǎo)體中雖然存在兩種載流子，但因本征載流 由于熱運動，具有足夠能量的價電子掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子自由電子的游離使共價鍵中留有一個空位置，稱為空穴 自由電子與空穴相碰同時消失，稱為復(fù)合。共

6、價鍵溫度一定，自由電子與空穴對的濃度一定；溫度升高，熱運動加劇，掙脫共價鍵的電子增多，自由電子與空穴對的濃度加大。動態(tài)平衡由于熱運動，具有足夠能量的價電子掙脫共價鍵的束縛而成為自由電 二、雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。 T=300 K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度: ni = pi =1.41010/cm31 2某種摻雜半導(dǎo)體中的自由電子濃度: no = 51016/cm3摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體本征硅Si 的原子濃度: 4.961022/cm3 二、雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某微量元素作為雜質(zhì)，可使半 N 型半導(dǎo)體 摻入五價雜質(zhì)元

7、素（如磷） 的 半導(dǎo)體 P 型半導(dǎo)體 摻入三價雜質(zhì)元素（如硼） 的半導(dǎo)體為了盡量保持半導(dǎo)體的原有晶體結(jié)構(gòu)，摻入微量的價電子數(shù)接近的三價或五價元素。+5+3 N 型半導(dǎo)體 摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）N 型半導(dǎo)體五價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，多的一個電子形成自由電子在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子, 由熱激發(fā)形成提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)+4+4+5+4多余電子磷原子N 型半導(dǎo)體五價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，多的一個電子1.由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同2.本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子

8、和空穴摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）N 型半導(dǎo)體中的載流子包括+N 型半導(dǎo)體模型 +4+4+5+41.由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同2.本征半導(dǎo)體中P 型半導(dǎo)體因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子， 由熱激發(fā)形成空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子三價雜質(zhì) 因而也稱為受主雜質(zhì)+4+4+3+4空穴硼原子P 型半導(dǎo)體因三價雜質(zhì)原子在在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，+4+4+3+4P

9、型半導(dǎo)體模型 P 型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子+4+4+3+4 本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體 本節(jié)中的有關(guān)概念 自由電子、空穴 N 型半導(dǎo)體、P 型半導(dǎo)體 多數(shù)載流子、少數(shù)載流子 本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體 本節(jié)中的有關(guān)概念 自由電子、空穴 思考：P 型半導(dǎo)體帶正電嗎？N 型半導(dǎo)體帶負(fù)電嗎？Si 半導(dǎo)體比 Ge 半導(dǎo)體高溫性能更好的原因？對摻雜半導(dǎo)體，溫度變化主要影響少子還是多子濃度的變化？思考：P 型半導(dǎo)體帶正電嗎？Si 半導(dǎo)體比 Ge 半導(dǎo)體高溫 1. PN結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P 型半導(dǎo)體和 N 型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴散，在它們的交界面處就會形成 PN 結(jié)。三、PN結(jié)的形成及

10、其單向?qū)щ娦晕镔|(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運動稱為擴散運動。氣體、液體、固體均有之。 1. PN結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P 型半導(dǎo)擴散運動P區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)高于N區(qū)。N區(qū)自由電子濃度遠(yuǎn)高于P區(qū)。擴散運動使靠近接觸面P區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面N區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場。擴散運動P區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)高于N區(qū)。N區(qū)自由電子濃度遠(yuǎn)高于P區(qū)。+P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體+擴散運動內(nèi)電場E漂移運動擴散使空間電荷區(qū)逐漸加寬內(nèi)電場越強，漂移運動越強，漂移使空間電荷區(qū)變薄空間電荷區(qū)也稱耗盡層+P型半導(dǎo)體（1）空間電荷區(qū)（耗盡層、勢壘區(qū)、高阻區(qū)） 內(nèi)幾乎沒有載流子，其厚度約為 0.5（2）內(nèi)電場的大?。?對硅半導(dǎo)

11、體：VD 0.60.8V 對鍺半導(dǎo)體：VD 0.20.4V（3）當(dāng)兩邊的摻雜濃度相等時，PN結(jié)是對稱的 當(dāng)兩邊的摻雜濃度不等時，PN結(jié)不對稱（4）從宏觀上看，自由狀態(tài)下，PN結(jié)中無電流 +P區(qū)N區(qū)（1）空間電荷區(qū)（耗盡層、勢壘區(qū)、高阻區(qū)）1.空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙 P 區(qū)中的空穴 N 區(qū)中的電子（都是多子）向?qū)Ψ竭\動 (擴散運動）2. P 區(qū)中的電子和 N 區(qū)中的空穴（都是少子） 數(shù)量有限+P區(qū)N區(qū)1.空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙 P 區(qū)中的空穴2. P 區(qū)中的電PN 結(jié)的形成因電場作用所產(chǎn)生的運動稱為漂移運動。 參與擴散運動和漂移運動的載流子數(shù)目相同，達(dá)到動態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)。漂移運動擴散運動

12、使 P 區(qū)與 N 區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成內(nèi)電場，從而阻止擴散運動的進行。內(nèi)電場使空穴從 N 區(qū)向 P 區(qū)、自由電子從 P 區(qū)向 N 區(qū)運動。+PN 結(jié)的形成因電場作用 參與擴散運動和漂移運動的載當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，PN結(jié)正向偏置，簡稱正偏 PN結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況(1) PN結(jié)正偏時耗盡層變窄，擴散加劇，因外電源的作用，形成大的擴散電流，PN 結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)，低電阻。PN 結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓+PN+E+_R 內(nèi)電場外電場變薄正向電流內(nèi)電場被削弱，多子擴散加強，形成較大的擴散電流+PN+

13、E+_R 內(nèi)電場外電場當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中N區(qū)的電位高于P區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡稱反偏 PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況(2) PN結(jié)反偏時：耗盡層變寬，阻止擴散運動，有利于漂移運動，形成很小的反向漂移電流。由于電流很小，故可近似認(rèn)為其截止。 (不導(dǎo)通，高電阻)當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中N區(qū)的電位高于P區(qū)的電位， PN結(jié)加反向內(nèi)電場外電場+_REPN+反偏使內(nèi)電場被加強，多子的擴散受抑制。少子的漂移加強，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流（pA）內(nèi)電場外電場+_REPN+反偏 PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流； PN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流 由此

14、可以得出結(jié)論： PN 結(jié)具有單向?qū)щ娦?正偏導(dǎo)通，反偏截止 PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散問題為什么將自然界導(dǎo)電性能中等的半導(dǎo)體材料制成本征半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能極差，又將其摻雜，改善導(dǎo)電性能？為什么半導(dǎo)體器件的溫度穩(wěn)定性差？是多子還是少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素？問題為什么將自然界導(dǎo)電性能中等的半導(dǎo)體材料制成本征半導(dǎo)體，導(dǎo)四、PN 結(jié)的電容效應(yīng)四、PN 結(jié)的電容效應(yīng)1. 勢壘電容 CT ：正偏 V 加大空間電荷區(qū)變窄極板距離減小 CT 反偏 V 加大 空間電荷區(qū)變寬極板距離變寬CT 1. 勢壘電容 CT ：正偏 V 加大反偏 V 加大 2. 擴散電容 CD 兩區(qū)在 PN 結(jié)正

15、偏時，多子存在凈的 越結(jié)擴散，進入對方區(qū)域中成為非平 衡少子，在空間電荷區(qū)兩側(cè)積累，形 成非平衡少子濃度分布nP(x) 和pn(x) 存在非平衡少子濃度分布的兩個區(qū)域 擴散區(qū)2. 擴散電容 CD CD PN 結(jié)正向直流電流PN 結(jié)反偏時擴散電容 CD 為零CD PN 結(jié)正向直流電流PN 結(jié)反偏時擴散電容 CD清華大學(xué) 華成英 勢壘電容 PN結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容Cb擴散電容 PN結(jié)外加的正向電壓變化時，在擴散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴散電容Cd結(jié)電容

16、：結(jié)電容不是常量?。╳hy?)由于Cj的存在，若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦?！清華大學(xué) 華成英 1. 2 半導(dǎo)體二極管一、二極管的組成二、二極管的伏安特性及電流方程三、二極管的等效電路四、二極管的主要參數(shù)五、穩(wěn)壓二極管 1. 2 半導(dǎo)體二極管一、二極管的組成二、二極管的伏 一、二極管的組成將PN結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成了二極管。小功率二極管大功率二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管 一、二極管的組成將PN結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成了二極管 一、二極管的組成點接觸型：結(jié)面積小，結(jié)電容小，故結(jié)允許的電流小，最高工作頻率高。面接觸型：結(jié)面積大，結(jié)電容大，故結(jié)允許的電流大，最高工作頻率

17、低。平面型：結(jié)面積可小、可大，小的工作頻率高，大的結(jié)允許的電流大。 一、二極管的組成點接觸型：面接觸型：平面型： 二、二極管的伏安特性及電流方程材料開啟電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流硅Si0.5V0.50.8V1A以下鍺Ge0.1V0.10.3V幾十A開啟電壓反向飽和電流擊穿電壓溫度的電壓當(dāng)量二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性 二、二極管的伏安特性及電流方程材料開啟電壓導(dǎo)通電壓反向飽和從二極管的伏安特性可以反映出： 1. 單向?qū)щ娦?. 伏安特性受溫度影響T（）在電流不變情況下管壓降u 反向飽和電流IS，U(BR) T（）正向特性左移，反向特性下移正向特性為指數(shù)曲線反向特性為橫軸的平行線增大1

18、倍/10從二極管的伏安特性可以反映出： 1. 單向?qū)щ娦?.三、二極管的等效電路理想二極管近似分析中最常用理想開關(guān)導(dǎo)通時 UD0截止時IS0導(dǎo)通時UDUon截止時IS0導(dǎo)通時i與u成線性關(guān)系應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路！1. 將伏安特性折線化？100V？5V？1V？三、二極管的等效電路理想近似分析中最常用理想開關(guān)導(dǎo)通時UD2. 微變等效電路Q點越高，rd越小 當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動態(tài)信號作用時，則可將二極管等效為一個電阻，稱為動態(tài)電阻，也就是微變等效電路。ui=0時，直流電源作用小信號作用2. 微變等效電路Q點越高， 當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一 小信號模型 二極管工作在正向特性某一小范圍

19、內(nèi)時，其正向特性可以等效成一個微變電阻。即根據(jù)得Q點處的微變電導(dǎo)則常溫下T=300K 小信號模型 二極管工作在正向特性某一小范圍內(nèi)時，其正向特性四、二極管的主要參數(shù)最大整流電流 IF：最大平均值最大反向工作電壓 UR：最大瞬時值反向電流 IR：即 IS最高工作頻率 fM：因 PN 結(jié)有電容效應(yīng)第四版P20四、二極管的主要參數(shù)最大整流電流 IF：最大平均值第四版討論：如何判斷二極管的工作狀態(tài)？問：D1 D2 的工作狀態(tài)如何？ Uo 等于多少？D1 不通，D2 導(dǎo)通 Uo = -1.3V討論：如何判斷二極管的工作狀態(tài)？問：D1 D2 的工作狀態(tài)如2) 圖解法求二極管工作點 （VD 和 ID 的值）

20、 1) 估算法： 對于導(dǎo)通的 Si 管， 取 Von = 0.7 v VD = 0.7 V ID = (3-0.7)/300 = 7.67 mA2) 圖解法求二極管工作點 vDiDQ1037.60.72/mA/viD = (E vD) / R2) 圖解法vDiDQ1037.60.72/mA/viD = (E 討論：2. 什么情況下應(yīng)選用二極管的什么等效電路？對V (直流大信號）和 ui (交流小信號）二極管的模型有什么不同？討論：2. 什么情況下應(yīng)選用二極管的什么等效電路？對V (直例：估算二極管上交流電壓與電流的振幅值 vdm 和 idm例：估算二極管上交流電壓與電流的振幅值iD7.60.7

21、2Q解 1）v(t)=0V 時：VD = 0.72 V ID = 7.6 mA 則：rd = VT / ID = 26mv / 7.6mA = 3.42WiD7.60.72Q解 1）v(t)=0V 時：VD = 五、穩(wěn)壓二極管1. 伏安特性進入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流不至于損壞的最大電流反向擊穿后在一定的電流范圍內(nèi)端電壓基本不變，為穩(wěn)定電壓。2. 主要參數(shù)穩(wěn)定電壓UZ、穩(wěn)定電流IZ最大功耗PZM IZM UZ動態(tài)電阻rzUZ /IZ電流太小則不穩(wěn)壓，電流太大會因功耗過大而損壞，因而穩(wěn)壓管電路中必需有限制穩(wěn)壓管電流的限流電阻！限流電阻斜率？五、穩(wěn)壓二極管1. 伏安特性進入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流不至于損壞六、變

22、容二極管 利用反偏時, 勢壘電容 CT工作的二極管 變?nèi)荻O管，簡稱變?nèi)莨芰⒆內(nèi)荻O管 利用反偏時, 勢壘電容 CT工考慮 CT 和 CD 在Q點處二極管的小信號模型為下圖: CT和CD均為非線性電容，按增量電容定義：考慮 CT 和 CD CT和CD均為非線性電容，按增量電容定CT 和 CD 對外電路并連，總的等效電容： Cj = CT+CD Cj 稱為 PN 結(jié)的結(jié)電容 一般CT在幾個PF量級，CD在幾十PF量級CT 和 CD 對外電路并連，總的等效電容： 極間電容 C 和 最高工作頻率C 的阻抗 1/(C)高頻時：二極管失去單向?qū)щ娞匦?極間電容 C 和 最高工作頻率C 的阻抗 1/(C

23、常用半導(dǎo)體器件課件1變?nèi)荻O管廣泛用于高頻電路在壓控振蕩器(VCO)中作頻率控制元件LC+-R電路中各元件的作用 ？變?nèi)荻O管廣泛用于高頻電路在壓控振蕩器(VCO)中作頻率控制特殊二極管（了解）請閱讀教材 太陽能電池 光電二極管 發(fā)光二極管 肖特基二極管電源插板指示燈電路課堂作業(yè)：設(shè)計發(fā)光二極管特殊二極管（了解）請閱讀教材 太陽能電池 電源插板指示燈電路1.3 晶體三極管一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號二、晶體管的放大原理三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性四、溫度對晶體管特性的影響五、主要參數(shù)1.3 晶體三極管一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號二、晶體管的三 極 管一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號三 極 管一、晶體管的結(jié)構(gòu)和

24、符號兩種類型的三極管+兩種類型的三極管+基區(qū)集電區(qū) 發(fā)射區(qū)發(fā)射結(jié)(Je) 集電結(jié)(Jc) 基極（Base）用B或b表示 發(fā)射極（Emitter）用E或e表示集電極（Collector）用C或c表示+基區(qū)集電區(qū) 發(fā)射區(qū)發(fā)射結(jié)(Je) 集電結(jié)(Jc) 基極（Ba兩種類型的三極管三極管符號+兩種類型的三極管三極管符號+結(jié)構(gòu)特點： 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高； 集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大； 基區(qū)很薄，幾微米至幾十微米，摻雜濃度最低管芯結(jié)構(gòu)剖面圖+結(jié)構(gòu)特點： 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高； 集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)1. BJT放大狀態(tài)及電流分配關(guān)系1. 內(nèi)部載流子的傳輸過程 三極管的放大作用是在一定的外部條件控制

25、下， 通過載流子傳輸體現(xiàn)出來的。 外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子集電區(qū)：收集載流子基區(qū)：傳送和控制載流子 （以NPN為例） 二、晶體管的放大原理1. BJT放大狀態(tài)及電流分配關(guān)系1. 內(nèi)部載流子的傳輸過iEPiBNiENiEPiBNiEN以上看出： 三極管內(nèi)有兩種載流子參與導(dǎo)電 (自由電子和空穴) 雙極性晶體三極管(BJT)Bipolar Junction Transistor以上看出：雙極性晶體三極管(BJT)Bipolar JunciEPiBNiEN（內(nèi)部關(guān)系）iEPiBNiEN（內(nèi)部關(guān)系）iEPiBNiEN通常 iC ICBO（外部關(guān)系）iEPiBNiEN通常 iC

26、 ICBO（外部關(guān)系） 為共基極直流電流放大系數(shù)，與管子結(jié)構(gòu)和摻雜濃度有關(guān)，一般： = 0.9 0.99iE = iB+ iCCBECBEiE = iB+ iC 是共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)，它也與管子結(jié)構(gòu)和摻雜濃度有關(guān)，通常： 1= 為共基極直流iE = iB+ iCCBECBEiE =電流分配： IEIBIC IE擴散運動形成的電流 IB復(fù)合運動形成的電流 IC漂移運動形成的電流穿透電流集電結(jié)反向電流電流分配： IEIBIC穿透電流集電結(jié)反向電流解： 和 的方向和大小表明該管處于放大偏置， 斷開 E 點時表讀數(shù)是集電結(jié)反向飽和電流 ，斷開 B 點時表讀數(shù)是穿透電流 ，即 例：圖中 斷開B點時

27、，表的讀數(shù)為240A，斷開E點時表的讀數(shù)為6A，求該管的 和 解： 和 的方向和大小表明該管處于放大偏置，例：圖中 CBECBE 共基極交流電流放大系數(shù)： = 0.9 0.99 共射極交流電流放大系數(shù):： 1 當(dāng) BJT 工作 于放大區(qū)時： CBECBE 共基極交流電流放大系數(shù)： 例：VCE = 6V 時： IB = 40 A, IC = 1.5 mA IB = 60 A, IC = 2.3 mACBE例：VCE = 6V 時： CBE放大的外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏高低更高低高更低NPN 管CBEE BCPNP 管放大的外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏高低更高低高更低NPNV+。V+。

28、 NPN 管放大偏置CBEV+。V+。 NPN 管CBE PNP 管放大偏置V-。V-。EBC PNP 管V-。V-。EBC放大偏置 BJT 偏壓與電流的關(guān)系1.發(fā)射結(jié)正向電壓VBE對各極 電流的控制作用: VBE 變化將控制ie,ib,ic 的變化（可利用）CBE2.集電結(jié)反向電壓VCB對各極 電流的影響: VCB 變化將使ie,ib,ic變化 （量小,不希望,應(yīng)避免） 控制各極電流變化的真正原因是發(fā)射結(jié)正向電壓的變化R放大偏置 BJT 偏壓與電流的關(guān)系1.發(fā)射結(jié)正向電壓VBE對vCE = 0V+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB = f(vBE) vCE =

29、const vCE 時， 集電結(jié)反偏 ，集電結(jié)變寬，基區(qū)寬度變小， 同樣 的 vBE 下 IB 減小，特性曲線右移vCE = 1VvCE = 10V1. 共射輸入特性曲線三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性vCE = 0V+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEi 輸入特性曲線非線性區(qū)死區(qū)線性區(qū)+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE 輸入特性曲線非線性區(qū)死區(qū)線性區(qū)+-bce共射極放大電路VB2.共射輸出特性曲線+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCEiC = f(vCE)iB = const2.共射輸出特性曲線+-bce共射極放大電路VBBVCCvBi

30、C= f(vCE)iB = const輸出特性曲線的三個區(qū)域截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時， vBE小于死區(qū)電壓，集電結(jié)反偏。放大區(qū)：iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。還有一個擊穿區(qū)飽和區(qū)：iC明顯受vCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，vCE0.3V(硅管)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。iC= f(vCE)iB = const輸出特性曲線的三個常用半導(dǎo)體器件課件1+-bceRL共射極放大電路vI+-iCiBVCCVBB1. VCE 接近 0 V，IC 不可能再隨 IB 增大2. 此時 IC 明顯受 VCE 控制3. 這是放大電

31、路不希望的關(guān)于飽和區(qū)的解釋：+-bceRL共射極放大電路vI+-iCiBVCCVBB1晶體管的三個工作區(qū)域在放大狀態(tài)時，輸出回路的電流 iC幾乎僅僅決定于輸入回路的電流 iB，即可將輸出回路等效為電流 iB 控制的電流源iC 狀態(tài)uBEiCuCE截止UonICEOVCC放大 UoniB uBE飽和 UoniB uBE晶體管的三個工作區(qū)域在放大狀態(tài)時，輸出回路的電流 iC幾乎僅四、溫度對晶體管特性的影響四、溫度對晶體管特性的影響五. BJT 的主要參數(shù) 2. 極間反向電流1. 電流放大系數(shù) 3. 極限參數(shù)4. 特征頻率 f T五. BJT 的主要參數(shù) 2. 極間反向電流1. 電流放 = IC /

32、 IB vCE = const1. 電流放大系數(shù) 1)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)+-bceVBBVCCvBEiCiB+-vCE = IC / IB vCE = cons2)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) = IC / IBvCE = constCBE2)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)CBE 2) 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流 ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 2. 極間反向電流1) 集電極基極間反向飽和電流 ICBO 發(fā)射極開路時，集電結(jié)的反向飽和電流 ICEO 即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對應(yīng)的Y坐標(biāo)的數(shù)值，ICEO也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流 2) 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流 ICEO 2.

33、1) 集電極最大允許電流 ICM2) 集電極最大允許功率損耗 PCM = ICVCE 3. 極限參數(shù)+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE1) 集電極最大允許電流 ICM2) 集電極最大允許功率 BVCEO 基極開路時集電極和發(fā)射極 間的擊穿電壓3) 反向擊穿電壓 BVCEO 基極開路時集電極和發(fā)射極3) 反向擊 BVCBO 發(fā)射極開路時的集電結(jié) 反向擊穿電壓 BVCBO 發(fā)射極開路時的集電結(jié)BV EBO 集電極開路時發(fā)射結(jié)的 反向擊穿電壓BV EBO 集電極開路時發(fā)射結(jié)的幾個擊穿電壓有如下關(guān)系 BVCBOBVCEOBVEBO幾個擊穿電壓有如下關(guān)系4) 特征頻率 f T

34、BJT 工作在高頻時：當(dāng)： 時此時的頻率稱為 BJT 的特征頻率f T截止頻率特征頻率4) 特征頻率 f T BJT 工作在高頻時：當(dāng)： 利用 Multisim 測試晶體管的輸出特性利用 Multisim 測試晶體管的輸出特性利用Multisim分析圖示電路在V2小于何值時晶體管截止、大于何值時晶體管飽和。 以V2作為輸入、以節(jié)點1作為輸出，采用直流掃描的方法可得！約小于0.5V時截止約大于1V時飽和 描述輸出電壓與輸出電壓之間函數(shù)關(guān)系的曲線，稱為電壓傳輸特性。利用Multisim分析圖示電路在V2小于何值時晶體管截止、FET 與BJT 不同，它是一種載流子（多子）參與導(dǎo)電（單極性）；溫度穩(wěn)定

35、性好；輸入阻抗高（109 以上）； 功耗低；體積小，易于集成；內(nèi)部噪聲小，工作頻率高。1.4 場效應(yīng)管FET 與BJT 不同，它是一種載流子（多子）參與導(dǎo)電（單極FET 按結(jié)構(gòu)可分為兩大類 ：FETJFETN溝道P溝道MOSFET增強型耗盡型N溝道N溝道P溝道P溝道FET 按結(jié)構(gòu)可分為兩大類 ：FETJFETN溝道P溝道MO一. N 溝道 JFET 的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)S(源極)NG(柵極)D(漏極)PPP區(qū)導(dǎo)電 N 溝道PN結(jié)N型襯底一. N 溝道 JFET 的結(jié)構(gòu)和工作原理結(jié)構(gòu)S(源極)N工作原理在 VDS = 0 的條件下， 導(dǎo)電溝道隨 VGS ，的變化情況 :SNGDVGSVDS.PP

36、工作原理在 VDS = 0 的條件下，SNGDVGSVDS當(dāng) VGS 0 時， PN 結(jié)反偏變寬，溝道變窄；VGS 越負(fù)，PN 結(jié)越寬，溝道越窄；當(dāng) VGS負(fù)到某一值時， PN 結(jié)變寬碰在一起，溝道被全夾斷。SNGDPPVGS.溝道被夾斷VDS = 0 VGS = Voff夾 斷電壓 Voff當(dāng) VGS 0 時， PN 結(jié)反偏變寬，溝道變窄；VGS溝道剛好被全夾斷對應(yīng)的 VGS 稱為 夾 斷電壓 Voff 2. VGS 應(yīng)滿足： Voff VGS 03. 當(dāng) VGS 0 時， PN結(jié)正偏，PN結(jié)變窄， 溝道變寬；進而如 VGS + 0.5V，則 PN 結(jié) 導(dǎo) 通，喪失 JFET 的功能溝道剛好

37、被全夾斷對應(yīng)的 VGS 稱為2. VGS 應(yīng)滿足： VGS = 0 ， 導(dǎo)電溝道 與 iD 隨VDS 變化情況 ：為保證 VDS 加入后 PN 結(jié)仍然反偏，應(yīng)滿足 VDS0 SNGDPPVDS.VGS = 0 iDVGS = 0 ，為保證 VDS 加入后 PN 結(jié)仍然反偏由于 VDS 的存在，使溝道產(chǎn)生電位梯度，進而使PN結(jié)的反偏電壓也沿溝道產(chǎn)生梯度，形成非均勻溝道 ；SNGDPPVGS = 0VDS非均勻溝道.iD由于 VDS 的存在，使溝道產(chǎn)生電位梯度，SNGDPPV溝道電位梯度產(chǎn)生溝道漂移電流 iD = vDS / RDS RDS 為溝道電阻VDS 越大，PN 結(jié)的反偏電壓越大，PN結(jié)越

38、寬，溝道越窄，相應(yīng)溝道電阻 RDS 越大；因此 iD 隨 VDS 的變化呈飽和增長趨勢。SNGDPPvGS = 0vDS.iD溝道電位梯度產(chǎn)生溝道漂移電流VDS 越大，PN 結(jié)的反偏電壓當(dāng) VDS = Voff（即VGD = VDS = Voff）時，PN 結(jié)最寬處 碰在一起，溝道被預(yù)夾斷；此時的 iD 稱為飽和漏極電流，記為 IDSS （VGS = 0時的飽和 iD ）SNGDPPvDS溝道被預(yù)夾斷.vGS = 0iD當(dāng) VDS = Voff（即VGD = VDS = VSNGDPPVDS.VGS = 0溝道部分夾斷VDS繼續(xù)增大（VDS Voff）, 溝道變短，稱為部分夾斷；夾斷部分是高阻

39、區(qū)， VDS增大部分加在高阻區(qū)，溝道上電壓并未增加，iD 基本保持為 IDSS iDSNGDPPVDS.VGS = 0溝道部分夾斷VDS繼續(xù)增大部分夾斷時溝道隨 VDS 的增大逐步變短，相應(yīng)溝道電阻 RDS 逐步減小，故 iD 隨 VDS 的增大而略有增大，這種現(xiàn)象稱為VDS 再增大，會使 PN 結(jié)反向擊穿SNGDPPVDS.VGS = 0溝道部分夾斷iD溝道調(diào)制效應(yīng)部分夾斷時溝道隨 VDS 的增大逐步變短，相應(yīng)溝道電阻 RD 在 VGS 和 VDS 同時 作用下，導(dǎo)電溝道 與 iD 的變化情況SNGDPPVGSVDS.將 VGS固定在大于 Voff 的各值， 分別討論溝道與 iD 隨 VDS

40、 的變化情況iD 在 VGS 和 VDS SNGDPPVGSVDS.將 SNGDVGSVDS.當(dāng): vGD = vGS + vSD = vGS vDS = voff 時 PPvDS = vGS voff 預(yù)夾斷方程iDSNGDVGSVDS.當(dāng): vGD = vGS + vS輸出特性曲線iD(mA)VDS 0VGS=0VGS=Voff 0VDS =VGSVoff可變電阻區(qū)壓控電阻特性控制電壓VGS恒流區(qū)(放大區(qū)) 壓控電流源特性控制電壓VGS截止區(qū)擊穿區(qū) N溝道 JFET 的特性曲線.輸出特性曲線iD(mA)VDS 0VGS=0VGS=VofiD(mA)VDS0VGS=0VGS=VoffVDS

41、=VGSVoff可變電阻區(qū)壓控電阻特性控制電壓VGS可變電阻區(qū)： Voff VGS 0，VDS VGS VoffN 溝道 JFET 各工作區(qū)的條件：.iD(mA)VDS0VGS=0VGS=VoffVDS =VG恒流區(qū)(放大區(qū)) 壓控電流源特性控制電壓vGSiD(mA)VDS0VGS=0VGS=VoffVDS =VGSVoff恒流區(qū)(放大區(qū)) : Voff VGS VGS Voff.恒流區(qū)(放大區(qū)) 壓控電流源特性iD(mA)VDS0VGSiD(mA)VDS0VGS=0VGS=VoffVDS = VGSVoff截止區(qū)截止區(qū): VGS 0iD(mA)VDS0VGS=0VGS=VoffVDS = V

42、iD(mA)VDS0VGS=0VGS=Voff轉(zhuǎn)移特性曲線IDSS放大區(qū)IDiD(mA)VDS0VGS=0VGS=Voff轉(zhuǎn)移特性曲線也稱為 JFET 放大區(qū)的平方率公式JFET 的轉(zhuǎn)移特性曲線滿足：IDSS （VGS = 0時的飽和 iD ）iD(mA)VGS0VoffIDSS-13.也稱為 JFET 放大區(qū)的平方率公式JFET 的轉(zhuǎn)移特性曲線iD(mA)VDS0VGS=0VGS=VoffVDS = VGSVoffiD(mA)VDS0VGS=0VGS=VoffVDS = V JFET的小信號模型 gm - 跨導(dǎo) JFET的小信號模型 gm - 跨導(dǎo)相應(yīng)的小信號模型：vgsvdsid gmvg

43、srdsGSDiD(mA)VDS0VGS=0VGS=VoffVDS=VGSVoff相應(yīng)的小信號模型：vgsvdsid gmvgsrds2. 轉(zhuǎn)移特性 Voff1. 輸出特性 恒流區(qū)(放大區(qū)) : 2. 轉(zhuǎn)移特性 Voff1. 輸出特性 SNGDVGSVDS.PP溝道部分夾斷 JFET 在正常放大作用時，溝道處于什么狀態(tài)？SNGDVGSVDS.PP溝道部 JFET 在正常放大作用時PN +N +B二、N 溝道增強型 MOSFET 的結(jié)構(gòu)和工作原理P型襯底N區(qū)金屬(鋁)PN結(jié)SiO2絕緣層GSD柵極漏極源極PN +N +B二、N 溝道增強型 MOSFET P型襯底N導(dǎo)電溝道的形成當(dāng) vGS = 0

44、 時，沒有導(dǎo)電溝道存在PNNVDSVGS.DSG雖 vDS 0 DS 也沒有電流導(dǎo)電溝道的形成當(dāng) vGS = 0 時，沒有導(dǎo)電溝道存在PNVDS = 0，VGS0 時, 產(chǎn)生垂直電場，襯底表面形成耗盡層P N NDSG.VDS = 0VGSN溝道開始 形成 當(dāng) VGS = Vth 時，開始形成反型層，形成耗盡層當(dāng) VGS Vth 時，形成均勻的導(dǎo)電溝道N溝道形成VDS = 0，VGS0 時, 產(chǎn)生垂直電場，P N ND反型層剛形成所對應(yīng)的 VGS 稱為開啟電壓 Vth P N NN 溝道剛開始形成DSG.VDS = 0VGSVGS = Vth反型層剛形成所對應(yīng)的 VGS 稱為開啟電壓 Vth

45、P N VGS Vth ，溝道與 iD 隨 VDS 的變化情況 :為保證 VDS 加入后與襯底間的 PN 結(jié)反偏，應(yīng)滿足 VDS0 DSG.VDSVGSP N NN溝道 VGS Vth ，溝道與 iD 隨 VDS 的變化情況由于 VDS 的存在，沿溝道形成電位梯度，進而使 PN 結(jié)的寬度也沿溝道形成梯度，形成非均勻溝道 ；PNNVDSVGS非均勻溝道DSG.VGS Vth由于 VDS 的存在，沿溝道形成電位梯度，進而使 PN 結(jié)的溝道電位梯度產(chǎn)生溝道漂移電流 ： VDS 越大，PN 結(jié)越寬，溝道越窄，溝道電阻 RDS也越大；因此，iD 隨 VDS的變化呈飽和增長趨勢PNNVDSVGSDSG.i

46、D = VDS / RDS RDS 為溝道電阻iD(mA)VDS(V)0溝道電位梯度產(chǎn)生溝道漂移電流 ： VDS 越大，PNNVDSVGSSGD. VGD = VGS VDS = Vth 時， VDS = VGS Vth 預(yù)夾斷方程D 端反型層消失，導(dǎo)電溝道被預(yù)夾斷；此時的 iD 稱為飽和漏極電流， VDS稱為飽和電壓VDSsat予夾斷iD(mA)VDS(V)0VDSsat.PNNVDSVGSSGD. VVDS 繼續(xù)增大（VDSVGSVth ），溝道變短，稱為部分夾斷；夾斷部分是高阻區(qū)， VDS 增大部分落在高阻區(qū)，溝道上的電壓并未增加，iD 基本保持為 IDSSPNVDSVGSSGD.N部分

47、夾斷iD(mA)VDS(V)0VDSsat. IDSSVDS 繼續(xù)增大（VDSVGSVth ），溝道變短，稱為部分夾斷時溝道電阻RDS 隨 VDS 的增大而略有減小，iD 隨 VDS增大略有增大，這種現(xiàn)象稱為溝道調(diào)制效應(yīng)VDS 再增大，會使與襯底間的 PN 結(jié)反向擊穿PNVDSVGSSGD.NiD(mA)VDS(V)0VDSsat.部分夾斷時溝道電阻RDS 隨 VDS 的增大而略有減小，iDiD(mA)VDS(V)0VGS=VthVDS = VGSVth可變電阻區(qū)壓控電阻特性恒流區(qū)(放大區(qū))壓控電流源特性截止區(qū)擊穿區(qū) N 溝道增強型 MOSFET 的特性曲線輸出特性曲線.VGS1VGS2VGS

48、3VGS4iD(mA)VDS(V)0VGS=VthVDS = VGSN 溝道增強型 MOSFET 各工作區(qū)的條件：可變電阻區(qū)： VGS Vth 0 VDS Vth 0 VDS VGS VthiD(mA)vDS(V)0vGSvGS=VthvDS = v截止區(qū)： VGS 0iD(mA)vDS(V)0vGSVGS=VthvDS = vGSVth截止區(qū) 擊穿區(qū) VDS 過大截止區(qū)： VGS Vth VDS 轉(zhuǎn)移特性曲線也稱為增強型 MOSFET放大區(qū)的平方率公式VTVVTV放大區(qū)的電壓，電流關(guān)系： 轉(zhuǎn)移特性曲線也稱為增強型 MOSFETVTVVTV放大可變電阻區(qū)的電壓，電流關(guān)系：可以利用該區(qū)特性實現(xiàn)壓控電阻 Vth請問: 用哪個量實現(xiàn)壓控?VGS VDSV可變電阻區(qū)的電壓，電流關(guān)系：可以利用該區(qū)特性實現(xiàn)壓控電阻 耗盡型 MOS管 耗盡型MOS管在 uGS0、 uGS 0、 uGS 0時均可導(dǎo)通，且與結(jié)型場效應(yīng)管不同，由于SiO2絕