第3章常用半導(dǎo)體器件3.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)3.2半導(dǎo)體二極管3.3半導(dǎo)體三極管3.4場(chǎng)效應(yīng)管3.1.1本征半導(dǎo)體3.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

純凈的、不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體，硅（Si）和鍺（Ge）是兩種最常用的本征半導(dǎo)體。

但在常溫下，由于熱運(yùn)動(dòng)價(jià)電子被激活，有些獲得足夠能量的價(jià)電子會(huì)征脫共價(jià)鍵成為自由電子，與此同時(shí)共價(jià)鍵中就流下一個(gè)空位，稱為空穴。這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。

能夠運(yùn)動(dòng)的、可以參與導(dǎo)電的帶電粒子稱為載流子。本征半導(dǎo)體有兩種載流子參與導(dǎo)電，即自由電子和空穴。半導(dǎo)體材料具有熱敏性、光敏性、壓敏性、磁敏性和摻雜性。3.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1.N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體硅（或鍺，此處以硅為例）中摻入微量的5價(jià)元素磷（P），如圖（a）所示。這時(shí)的半導(dǎo)體中，自由電子數(shù)遠(yuǎn)超過(guò)空穴數(shù)，因此它是以電子導(dǎo)電為主的雜質(zhì)型半導(dǎo)體。因?yàn)殡娮訋ж?fù)電（negativeelectricity），所以稱為N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體中，自由電子是多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱多子），空穴是少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱少子）。雜質(zhì)離子帶正電。2.P型半導(dǎo)體在本征硅中摻入三價(jià)元素硼（B），如圖（b）所示。這時(shí)半導(dǎo)體中的空穴數(shù)遠(yuǎn)大于自由電子數(shù)，因此它是以空穴導(dǎo)電為主的雜質(zhì)型半導(dǎo)體，因?yàn)榭昭◣д姡╬ositiveelectricity），所以稱為P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子（多子），自由電子是少數(shù)載流子（少子）。雜質(zhì)離子帶負(fù)電。

今后，為簡(jiǎn)單起見，通常只畫出其中的正離子和等量的自由電子來(lái)表示N型半導(dǎo)體；同樣，只畫出負(fù)離子和等量的空穴來(lái)表示P型半導(dǎo)體，分別如下圖（a）和（b）所示。圖3-1雜質(zhì)半導(dǎo)體的簡(jiǎn)化畫法3.1.3PN結(jié)

如果將本征半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成為P型半導(dǎo)體，而另一側(cè)摻雜成為N型半導(dǎo)體，則在二者的交界處將形成一個(gè)PN結(jié)。1.PN結(jié)的形成將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在一起，在兩種半導(dǎo)體的交界面就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差。P區(qū)中的多子（即空穴）將向N區(qū)擴(kuò)散，而N區(qū)中的多子（即自由電子）將向P區(qū)擴(kuò)散。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果就使兩種半導(dǎo)體交界面附近出現(xiàn)了不能移動(dòng)的帶電離子區(qū)，P區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)，N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)，如圖所示。這些帶電離子形成了一個(gè)很薄的空間電荷區(qū)，產(chǎn)生了內(nèi)電場(chǎng)。這個(gè)空間電荷區(qū)就是PN結(jié)。圖3-2PN結(jié)的形成2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦栽赑N結(jié)兩端外加電壓，稱為給PN加上偏置。當(dāng)P區(qū)電位高于N區(qū)時(shí)稱為正向偏置；反之，當(dāng)N區(qū)電位高于P區(qū)時(shí)稱為反向偏置。PN結(jié)最重要的特性就是單向?qū)щ娦浴?/p>

（1）PN結(jié)正向偏置。給PN結(jié)加正向偏置電壓，如圖（a）所示。這時(shí)正向電流I較大，PN結(jié)在正向偏置時(shí)呈現(xiàn)較小電阻，PN結(jié)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。（2）PN結(jié)反向偏置。給PN結(jié)加反向偏置電壓，如圖（b）所示。這時(shí)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，有利于少子的漂移而不利于多子的擴(kuò)散。由于電源的作用，少子的漂移形成了反向電流IS。但是，少子的濃度非常低，使得反向電流很小，一般為微安數(shù)量級(jí)。所以可以認(rèn)為PN結(jié)反向偏置時(shí)基本不導(dǎo)電。圖3-3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.2半導(dǎo)體二極管3.2.1二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)外形圖：圖3-4半導(dǎo)體二極管3.2.2二極管的伏安特性

二極管電流i與其外加電壓u之間的關(guān)系為：式中IS為反向飽和電流；UT為溫度電壓當(dāng)量，常溫下，UT

≈26mV。1.正向特性當(dāng)外加正向電壓時(shí)，二極管內(nèi)有正向電流通過(guò)。正向電壓較小，且小于Uon時(shí)，二極管的正向電流很小，此時(shí)二極管工作于死區(qū)，稱Uon為死區(qū)的開啟電壓。硅管的Uon約為0.5V，鍺管約為0.2V。當(dāng)正向電壓超過(guò)Uon后，電流將隨正向電壓的增大按指數(shù)規(guī)律增大，二極管呈現(xiàn)出很小的電阻。硅管的正向?qū)妷篣D為0.6V～0.8V（常取0.7V），鍺管為0.1V～0.3V。正向?qū)妷和ǔＲ卜Q為二極管的正向鉗位電壓。圖3-5二極管的伏安特性2.反向特性當(dāng)外加反向電壓時(shí)，二極管中由少子形成反向電流。反向電壓增大時(shí)，反向電流稍有增加，當(dāng)反向電壓增大到一定程度時(shí)，反向電流將基本不變，即達(dá)到飽和，因而稱該反向電流為反向飽和電流，用IS表示。反向飽和電流越小，管子的單向?qū)щ娦栽胶谩．?dāng)反向電壓增大到圖中的UBR時(shí)，在外部強(qiáng)電場(chǎng)作用下，少子的數(shù)目會(huì)急劇增加，因而使得反向電流急劇增大。這種現(xiàn)象稱為反向擊穿，電壓UBR稱為反向擊穿電壓。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)溫度升高時(shí)，正向特性曲線向左平移，反向特性曲線向下平移，如圖（b）所示。3.2.3二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流IF。指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過(guò)管子的最大正向平均電流。使用時(shí)，管子的平均電流不得超過(guò)此值，否則可能使二極管過(guò)熱而損壞。（2）最高反向工作電壓UR。工作時(shí)加在二極管兩端的反向電壓不得超過(guò)此值，否則二極管可能被擊穿。為了留有余地，通常將擊穿電壓UBR的一半定為UR。（3）反向電流IR。IR是指在室溫條件下，在二極管兩端加上規(guī)定的反向電壓時(shí)，流過(guò)管子的反向電流。通常希望IR值越小越好。反向電流越小，說(shuō)明二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩４藭r(shí)，由于反向電流是由少數(shù)載流子形成，所以IR受溫度的影響很大。（4）最高工作頻率fM。當(dāng)二極管在高頻條件下工作時(shí)，將受到極間電容的影響。fM主要決定于極間電容的大小。極間電容越大，則二極管允許的最高工作頻率越低。當(dāng)工作頻率超過(guò)fM時(shí)，二極管將失去單向?qū)щ娦浴?.2.4特殊二極管1.穩(wěn)壓二極管二極管工作在反向擊穿區(qū)時(shí)，反向電流的變化量

I較大時(shí)，管子兩端相應(yīng)的電壓變化量

U卻很小，說(shuō)明其具有“穩(wěn)壓”特性。利用這種特性可以做成穩(wěn)壓二極管，簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管。所以，穩(wěn)壓管實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)二極管，但它通常工作在反向擊穿區(qū)。但要注意：必須在電路中串接一個(gè)限流電阻。圖3-6穩(wěn)壓管穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)如下：（1）穩(wěn)定電壓UZ。當(dāng)穩(wěn)壓管反向擊穿，且使流過(guò)的電流為規(guī)定的測(cè)試電流時(shí)，穩(wěn)壓管兩端的電壓值即為穩(wěn)定電壓UZ。對(duì)于同一種型號(hào)的穩(wěn)壓管，UZ有一定的分散性，因此一般都給出其范圍。如型號(hào)為2CW14的穩(wěn)壓管的UZ為6V～7.5V，但對(duì)于某一只穩(wěn)壓管，UZ為一個(gè)確定值。圖2-14穩(wěn)壓二極管（2）最小穩(wěn)定電流IZmin。最小穩(wěn)定電流IZmin是保證穩(wěn)壓管正常穩(wěn)壓的最小工作電流，電流低于此值時(shí)穩(wěn)壓效果不好。IZmin一般為毫安數(shù)量級(jí)，如5mA或10mA。（3）最大耗散功率PZM和最大穩(wěn)定電流IZM。當(dāng)穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，管子消耗的功率等于穩(wěn)定電壓UZ與流過(guò)穩(wěn)壓管電流的乘積，該功率將轉(zhuǎn)化為PN結(jié)的溫升。最大耗散功率PZM是在結(jié)溫升允許的情況下的最大功率，一般為幾十毫瓦至幾百毫瓦。因?yàn)镻ZM=UZ

IZM，所以可確定最大穩(wěn)定電流IZM。在使用穩(wěn)壓管組成穩(wěn)壓電路時(shí)，需要注意幾個(gè)問(wèn)題：首先，穩(wěn)壓二極管正常工作是在反向擊穿狀態(tài)，即外加電源正極接二極管的陰極，負(fù)極接陽(yáng)極；其次，穩(wěn)壓管應(yīng)與負(fù)載并聯(lián)，由于穩(wěn)壓管兩端電壓變化量很小，因此使得輸出電壓比較穩(wěn)定；最后，必須給穩(wěn)壓管加一個(gè)限流電阻，限制流過(guò)穩(wěn)壓管的電流，保證流過(guò)穩(wěn)壓管的電流在IZmin和IZM之間，以確保穩(wěn)壓管有良好的穩(wěn)壓特性。下圖所示為穩(wěn)壓管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)圖。圖3-7穩(wěn)壓管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路

【補(bǔ)充例題】在下圖所示電路中，已知輸入電壓Ui=12V，穩(wěn)壓管VDZ的穩(wěn)定電壓UZ=6V，穩(wěn)定電流IZmin=5mA，額定功耗PZM=90mW，試問(wèn)輸出電壓Uo能否等于6V？

解：穩(wěn)壓管正常穩(wěn)壓時(shí)，工作電流IDZ應(yīng)滿足IZmin＜IDZ＜IZM，而即5mA＜IDZ＜15mA。

設(shè)電路中VDZ能正常穩(wěn)壓，則Uo=UZ=6V?？汕蟪?/p>

可見IDZ不在正常工作電流的范圍內(nèi)，因此不能正常穩(wěn)壓，Uo將小于UZ。若要電路能夠穩(wěn)壓，則應(yīng)減小R的阻值。2.發(fā)光二極管

發(fā)光二極管，縮寫為L(zhǎng)ED（LightEmittingDiode），它是一種將電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件。其基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)PN結(jié)，采用砷化鎵、磷化鎵等半導(dǎo)體材料制造而成。它的伏安特性與普通二極管類似，但由于材料特殊，其正向?qū)妷狠^大，約為1V～2V，當(dāng)管子正向?qū)〞r(shí)將會(huì)發(fā)光。發(fā)光二極管具有工作電壓低、工作電流小（10mA～30mA）、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，常用作顯示器件，如指示燈、七段顯示器、矩陣顯示器等。常見的LED發(fā)光顏色有紅、黃、綠等，還有發(fā)出不可見光的紅外發(fā)光二極管。下圖所示為發(fā)光二極管的電路符號(hào)。3.光電二極管

光電二極管又叫光敏二極管，它是一種能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件。光電二極管的基本結(jié)構(gòu)也是一個(gè)PN結(jié)，但管殼上有一個(gè)窗口，使光線可以照射到PN結(jié)上。光電二極管工作在反偏狀態(tài)下，當(dāng)無(wú)光照時(shí)，與普通二極管一樣，反向電流很小，稱為暗電流；當(dāng)有光照時(shí)，其反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而增加，稱為光電流。光電二極管與發(fā)光二極管可用于構(gòu)成紅外線遙控電路。圖（b）所示為光電二極管的電路符號(hào)。4.變?nèi)荻O管利用PN結(jié)的勢(shì)壘電容隨外加反向電壓變化的特性可制成變?nèi)荻O管。變?nèi)荻O管工作在反偏狀態(tài)下，此時(shí)，PN結(jié)結(jié)電容的數(shù)值隨外加電壓的大小而變化。因此，變?nèi)荻O管可做可變電容使用。圖（c）所示為變?nèi)荻O管的電路符號(hào)。3.2.5二極管應(yīng)用舉例1．二極管整流電路整流：就是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電壓變成單方向的脈動(dòng)直流電壓。整流電路是直流穩(wěn)壓電源的重要組成部分。整流電路分類：小功率整流電路形式有單相半波整流電路和單相全波整流電路。（1）單相半波整流電路如圖3-9（a）所示為單相半波整流電路圖。u1是變壓器初級(jí)線圈的輸入電壓，即市電電壓，u2是變壓器次級(jí)的輸出電壓（也稱副邊電壓）。圖3-9單相半波整流電路（2）單相橋式全波整流電路圖3-10單相全波橋式整流電路2.限幅電路當(dāng)輸入信號(hào)電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓隨輸入電壓做相應(yīng)變化；而當(dāng)輸入電壓超出該范圍時(shí)，輸出電壓保持不變，這種電路就是限幅電路。圖（a）所示是一個(gè)雙限幅電路的例子，圖（b）是uo?ui電壓傳輸特性。二極管限幅電路有串聯(lián)、并聯(lián)、雙向限幅電路。圖3-11二極管的雙向限幅電路*檢波電路

無(wú)線電技術(shù)中經(jīng)常要進(jìn)行信號(hào)的遠(yuǎn)距離輸送，這就需要把低頻信號(hào)（如聲頻信號(hào)）裝載到高頻振蕩信號(hào)上并由天線發(fā)射出去。電路分析中，將低頻信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)，高頻振蕩信號(hào)稱為載波，受低頻信號(hào)控制的高頻振蕩稱為已調(diào)波，控制的過(guò)程稱為調(diào)制。在接收地點(diǎn)，接收機(jī)天線接收到的已調(diào)波信號(hào)，經(jīng)放大后再設(shè)法還原成原來(lái)的低頻信號(hào)，這一過(guò)程稱為解調(diào)或檢波。圖（a）所示為已調(diào)波，圖（b）為由二極管組成的檢波器，其中VD用于檢波，稱為檢波二極管；C為檢波器負(fù)載電容，用來(lái)濾除檢波后的高頻成分；RL為檢波器負(fù)載，用來(lái)獲取檢波后所需的低頻信號(hào)。由于二極管的單向?qū)щ娮饔?，已調(diào)波經(jīng)二極管檢波后，負(fù)半波被截去，如圖（c）所示。檢波器負(fù)載電容將高頻成分濾除，在RL兩端得到的輸出電壓就是原來(lái)的低頻信號(hào)，如圖（d）所示。3.二極管“續(xù)流”保護(hù)電路二極管也可用作保護(hù)器件，如圖所示。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，直流電壓源US接通大電感L，二極管VD因反偏而截止，全部電流流過(guò)電感線圈。當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電感線圈中的電流將迅速降到零，大電感兩端會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)瞬時(shí)電壓。4.邏輯運(yùn)算（開關(guān)）電路在開關(guān)電路中，一般把二極管看成理想模型。在如圖（a）所示的電路中只要有一路輸入信號(hào)為低電平，輸出即為低電平，僅當(dāng)全部輸入為高電平時(shí)，輸出才為高電平，這在邏輯運(yùn)算中稱為“與”邏輯運(yùn)算。如圖（b）所示電路中，只要有一路輸入信號(hào)為高電平，輸出即為高電平，僅當(dāng)全部輸入為低電平時(shí)，輸出才為低電平，這種運(yùn)算稱為“或”邏輯運(yùn)算。

圖3-13開關(guān)電路

圖3-12續(xù)流保護(hù)電路3.3半導(dǎo)體三極管

名稱：半導(dǎo)體三極管又稱為晶體三極管、雙極型晶體管（BipolarJunctionTransistor，BJT），簡(jiǎn)稱三極管或晶體管。它具有電流放大作用，是構(gòu)成各種電子電路的基本元件。3.3.1三極管的結(jié)構(gòu)及外形

圖3-14三極管的結(jié)構(gòu)示意圖

實(shí)際三極管外形圖3.3.2三極管的電流放大原理

當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏時(shí)，三極管工作于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時(shí)，工作于放大狀態(tài)；當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏時(shí)，工作于飽和狀態(tài)。當(dāng)三極管處于放大狀態(tài)時(shí)，能將輸入的小電流放大為輸出端的大電流。1.三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)上圖所示電路中，電源電壓VCC＞VBB且各電阻取值合適時(shí)，能保證發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，即保證三極管處于放大狀態(tài)。（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流IE。（2）電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合，形成基極電流IB。（3）集電區(qū)收集電子，形成集電極電流IC

。集電區(qū)的少子（空穴）將在結(jié)電場(chǎng)的作用下形成漂移電流，即反向飽和電流，稱為ICBO。ICBO數(shù)值很小，可以忽略不計(jì)，但由于它受溫度影響大，將影響三極管的性能。圖3-15三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)2.各電極電流之間的關(guān)系共射放大電路中，三個(gè)電極電流的大小關(guān)系為：發(fā)射極電流IE最大，其方向是流出三極管；其次是集電極電流IC，其方向是流入三極管；基極電流IB最小，其方向與集電極電流一樣，也是流入三極管，且滿足IC≈βIB。三極管共射放大電路中的三個(gè)電極電流關(guān)系可完整表示為：

在放大電路的近似估算中，有時(shí)常將IB忽略。于是可得：

對(duì)于由PNP型三極管構(gòu)成的共射放大電路，如下圖所示，其工作原理與NPN型近似，區(qū)別主要有以下兩點(diǎn)。（1）三個(gè)電極電流的實(shí)際方向正好相反：對(duì)于PNP型三極管，電流從發(fā)射極流入，從基極和集電極流出?？梢钥闯?，無(wú)論NPN型還是PNP型三極管，其三個(gè)電極電流方向的特點(diǎn)是，基極和集電極電流方向始終一致，要么都流入三極管，要么都流出三極管；并且其二者方向始終與發(fā)射極電流方向相反。（2）外加電源的極性和NPN電路也相反。在PNP型三極管構(gòu)成的放大電路中，發(fā)射極電位VE最高，基極電位VB次之，集電極電位VC最低。圖3-16PNP管構(gòu)成的放大電路3.3.3三極管的伏安特性1.輸入特性曲線輸入特性是指當(dāng)UCE一定時(shí)，iB與uBE之間的關(guān)系曲線，即iB=f(uBE)∣UCE=常數(shù)，如下圖所示。2.輸出特性曲線輸出特性是指當(dāng)IB一定時(shí)，iC與uCE之間的關(guān)系曲線，即iC=f(uCE)∣IB=常數(shù)。由于三極管的基極輸入電流IB對(duì)輸出電流iC的控制作用，因此不同的IB，將有不同的iC-uCE關(guān)系，由此可得下圖所示的一簇曲線。圖3-17三極管的輸入特性曲線

圖3-18三極管的輸出特性曲線

從輸出特性曲線可以看出，三極管有三個(gè)不同的工作區(qū)域：（1）截止區(qū)截止區(qū)指曲線上IB≤0的區(qū)域，此時(shí)，集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均反偏，三極管為截止?fàn)顟B(tài)，iC很小，集電極與發(fā)射極之間相當(dāng)于斷開的開關(guān)。（2）放大區(qū)放大區(qū)內(nèi)，對(duì)于NPN型三極管來(lái)說(shuō)，滿足UBE＞0，UBC＜0，對(duì)應(yīng)的各電極電位關(guān)系為VC＞VB＞VE；對(duì)于PNP型三極管來(lái)說(shuō)，滿足UBE＜0，UBC＞0，各電極電位關(guān)系為VC＜VB＜VE。在放大區(qū)時(shí)，滿足

IC=β

IB，這就是三極管的電流放大作用。（3）飽和區(qū)飽和區(qū)內(nèi)，

IC＜β

IB。一般稱UCE=UBE時(shí)三極管的工作狀態(tài)為臨界狀態(tài)，即臨界飽和或臨界放大狀態(tài)。臨界狀態(tài)時(shí)的UCE稱為臨界飽和電壓，記作UCES，一般小功率硅三極管的UCES＜0.4V，此時(shí)c-e間相近似認(rèn)為短路，相當(dāng)于閉合的開關(guān)。3.3.4三極管的主要參數(shù)

（1）電流放大系數(shù)。三極管的電流放大系數(shù)是表征管子放大作用大小的參數(shù)。主要有：共射直流電流放大系數(shù)：共射交流電流放大系數(shù)：共基直流電流放大系數(shù)：共基交流電流放大系數(shù)：

它們滿足：或（2）極間反向飽和電流。集電極-基極反向飽和電流ICBO：一般小功率鍺管的ICBO約為幾微安至幾十微安；硅三極管的ICBO要小得多，有的可以達(dá)到納安數(shù)量級(jí)。集電極-發(fā)射極間的穿透電流ICEO：ICEO=(1+)ICBO。因?yàn)镮CBO和ICEO都是少數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)形成的，所以對(duì)溫度非常敏感。ICBO和ICEO越小，表明三極管的質(zhì)量越高。（3）極限參數(shù)。三極管的極限參數(shù)是指使用時(shí)不得超過(guò)的限度。

①集電極最大允許電流ICM。當(dāng)集電極電流過(guò)大，超過(guò)一定值時(shí)，三極管的值就要減小，且三極管有損壞的危險(xiǎn)，該電流值即為ICM。

②集電極最大允許功耗PCM。三極管的功率損耗大部分消耗在反向偏置的集電結(jié)上，并表現(xiàn)為結(jié)溫升高，PCM是在管子溫升允許的條件下集電極所消耗的最大功率。超過(guò)此值，管子將被燒毀。③反向擊穿電壓。三極管的兩個(gè)結(jié)上所加反向電壓超過(guò)一定值時(shí)都將被擊穿，因此，必須了解三極管的反向擊穿電壓。極間反向擊穿電壓主要有以下兩項(xiàng)。

U(BR)CEO：基極開路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。

U(BR)CBO：發(fā)射極開路時(shí)，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。

【例3-1】

現(xiàn)測(cè)得放大電路中兩只三極管的各電極電流及直流電位如下圖所示。（1）判斷圖（a）中，標(biāo)有“？”的是三極管的哪個(gè)電極，該電極電流大小等于多少，電流方向如何，是何種類型管，并求其值；（2）確定圖（b）中三極管的類型、材料、各個(gè)電極。

解：（1）圖（a）中已知的兩個(gè)電極電流方向均為流入三極管，故可斷定這兩個(gè)電極是基極b和集電極c，所以標(biāo)有“？”的是三極管的發(fā)射極e，故可求得IE=IB+IC=2.02mA，方向?yàn)榱鞒鋈龢O管。根據(jù)電流方向可知，該管為NPN型三極管，其電流放大系數(shù)IC/IB=2000μA/20μA=100。

（2）已知三極管工作在放大狀態(tài)，所以其發(fā)射結(jié)（即b-e之間的PN結(jié)）正偏導(dǎo)通，導(dǎo)通電壓│UBE│等于0.6V左右（硅管）或0.3V左右（鍺管）。很明顯，圖（b）中①、②兩電極的直流電位之差為0.7V，于是可判斷③是集電極c，又因集電極電位VC最低，所以該管為PNP型三極管，繼而可斷定電位最高的①為發(fā)射極e，②為基極b，且發(fā)射結(jié)兩端電壓UBE=VB–VE=5.3V?6V=?0.7V，所以該管為硅管。

【例3-2】已知由三極管構(gòu)成的基本放大電路中，電源電壓VCC=15V。今有三只管子，其參數(shù)列于表3-1中，請(qǐng)從中選用一只管子，并簡(jiǎn)述理由。

解：VT2管ICBO很小，表明其溫度穩(wěn)定性好，但其β值太小，放大能力差，故不宜選用。VT3管雖然ICBO較小且β值較大，但其U(BR)CEO只有10V，小于電源電壓15V，工作中有被擊穿的危險(xiǎn)，所以也不能選用。VT1管的ICBO也不大，且β值較大，U(BR)CEO等于30V，大于電源電壓，所以選用VT1管最合適。3.4場(chǎng)效應(yīng)管

名稱及分類：場(chǎng)效應(yīng)管是另一種類型的半導(dǎo)體器件，它的內(nèi)部只有一種載流子（多子）參與導(dǎo)電，故稱其為單極型晶體管。又因?yàn)檫@種管子是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流的，所以也稱為場(chǎng)效應(yīng)管，可縮寫為FET（FieldEffectTransistor）。場(chǎng)效應(yīng)管分為兩大類：一類是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET（JunctionFET），另一類是絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管IGFET（InsutatedGateFET）。每一類中又有N溝道和P溝道之分。3.4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)在N型半導(dǎo)體兩邊用擴(kuò)散法或其他工藝形成兩個(gè)高濃度的P型區(qū)（用P+）表示，并將它們連接在一起，所引出的電極稱為柵極G；在N型半導(dǎo)體的兩端各引出一個(gè)電極，分別稱為源極S和漏極D。兩個(gè)P+區(qū)與N型半導(dǎo)體之間形成了兩個(gè)PN結(jié)，PN結(jié)中間的N型區(qū)域稱為導(dǎo)電溝道。

N溝道JFET的電路符號(hào)如圖（b）所示。其中箭頭表示柵結(jié)（PN結(jié)）的方向，從P指向N，P溝道JFET的柵結(jié)方向與N溝道的相反。

圖3-20N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

N溝道JFET的電路符號(hào)如圖（b）所示。其中箭頭表示柵結(jié)（PN結(jié)）的方向，從P指向N，P溝道JFET的柵結(jié)方向與N溝道的相反。因此可根據(jù)箭頭方向識(shí)別管子屬于N溝道管還是P溝道管。2.工作原理改變JFET柵極和源極之間的電壓uGS，即可改變導(dǎo)電溝道的寬度，從而改變通過(guò)漏極和源極的電流iD的大小。JFET工作時(shí)，常接成如圖所示的共源接法，以源極為公共端。

圖中VDD為正電源，保證D、S間電壓足夠大，而VGG應(yīng)為負(fù)電源。當(dāng)VGG=0時(shí)，uGS=0，漏極與源極之間存在導(dǎo)電溝道，因此存在漏極電流iD。當(dāng)VGG逐漸增大時(shí)，uGS逐漸減小，使導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大，因此電流iD減小。當(dāng)VGG的數(shù)值繼續(xù)增大到某一個(gè)值時(shí)，兩個(gè)PN結(jié)的耗盡層將彼此相遇，使導(dǎo)電溝道被夾斷，iD=0，此時(shí)的柵-源電壓稱為夾斷電壓UGS(off)。

可見，輸出端漏極電流iD是受輸入電壓UGS的控制，因此，場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制型元件。由于柵極為兩個(gè)反向偏置的PN結(jié)，柵極幾乎沒(méi)有電流，因此JFET的輸入電阻很高，可達(dá)106Ω～109Ω。在使用中，結(jié)型管的漏極D和源極S可以互換。3.特性曲線場(chǎng)效應(yīng)管的伏安特性曲線也有兩種，一種是與三極管的輸入特性曲線相對(duì)應(yīng)的，叫轉(zhuǎn)移特性曲線；另一種是與三極管的輸出特性曲線相對(duì)應(yīng)的叫漏極特性曲線，有時(shí)也稱輸出特性曲線。（1）轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性是指當(dāng)uDS一定時(shí)，iD與uGS之間的關(guān)系曲線。它反映柵-源電壓uGS對(duì)漏極電流iD的控制作用，表示了JFET是一種電壓控制電流的器件。（2）漏極特性漏極特性是指當(dāng)uGS一定時(shí)，iD與uDS之間的關(guān)系曲線。如圖（b）所示為N溝道JFET的漏極特性曲線，與三極管的輸出特性類似，也可分為三個(gè)工作區(qū)?？勺冸娮鑵^(qū)：圖中虛線uDS?uGS=?UGS(off)（稱為預(yù)夾斷軌跡）左邊部分即為可變電阻區(qū)。恒流區(qū)（也稱飽和區(qū)）：圖（b）中虛線右邊曲線近似水平的部分為恒流區(qū)。夾斷區(qū)：圖中靠近橫軸的部分稱為夾斷區(qū)，此時(shí)uGS＜UGS(off)，導(dǎo)電溝道被夾斷，iD=0，此時(shí)JFET的三個(gè)電極均相當(dāng)于開路。3.4.2絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管1.N溝道增強(qiáng)型MOS管（1）結(jié)構(gòu)圖（a）所示為N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)圖。它是用一塊摻雜濃度較低的P型硅片作為襯底，在其上擴(kuò)散出兩個(gè)高摻雜的N型區(qū)，然后在半導(dǎo)體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅絕緣層。從兩個(gè)N區(qū)表面及它們之間的二氧化硅表面分別引出三個(gè)鋁電極：源極S、漏極D和柵極G。因?yàn)闁艠O是和襯底完全絕緣的，所以稱其為絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。襯底B也有引極，通常在管子內(nèi)部和源極相連。圖（b）所示為N溝道增強(qiáng)型MOS管的電路符號(hào)。圖3-23N溝道增強(qiáng)型MOS管（2）工作原理

MOS管工作時(shí)常接成下圖所示的共源接法。與JFET工作原理有所不同，JFET是利用uGS來(lái)控制PN結(jié)耗盡層的寬窄，從而改變導(dǎo)電溝道的寬度，以控