半導(dǎo)體和半導(dǎo)體器件1.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)

在物理學(xué)中，根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，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(14)和鍺Ge(32)硅原子鍺原子硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱(chēng)為價(jià)電子。它們都是4價(jià)元素慣性核價(jià)電子原子結(jié)構(gòu)模型硅和鍺的慣性核模型

本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)——共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)：束縛電子在絕對(duì)溫度T=0K時(shí)，所有的價(jià)電子都緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱(chēng)為束縛電子，因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近于絕緣體。1.1.1.本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈單一的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱(chēng)為“9個(gè)9”。

這一現(xiàn)象稱(chēng)為本征激發(fā)，也稱(chēng)熱激發(fā)。

當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，束縛電子能量增高，有的可以擺脫共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子，從而可以參與導(dǎo)電。自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4

自由電子產(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(chēng)為空穴?？昭ㄊ菐д姾傻??？昭梢?jiàn)，本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對(duì)。而且外加能量越高（溫度越高，光照越強(qiáng)），產(chǎn)生的電子空穴對(duì)濃度越高。與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象——復(fù)合在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。電子空穴對(duì)的濃度一定，為：

常溫T=300K時(shí)：電子空穴對(duì)的濃度硅：鍺：自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴電子空穴對(duì)動(dòng)畫(huà)演示自由電子—帶負(fù)電荷—逆電場(chǎng)運(yùn)動(dòng):電子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子E＋－＋總電流兩種載流子空穴—帶正電荷—順電場(chǎng)運(yùn)動(dòng):空穴流載流子電子空穴對(duì)的濃度取決于外加能量：溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。本征半導(dǎo)體導(dǎo)電機(jī)制1.1.2.P型半導(dǎo)體和N型半導(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(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體。按摻入雜質(zhì)的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為N型和P型兩種。1.

N型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，如磷、砷、銻等，使自由電子濃度大大增加，稱(chēng)為N型或電子型半導(dǎo)體。

N型半導(dǎo)體多余電子磷原子硅原子多數(shù)載流子:自由電子少數(shù)載流子:

空穴++++++++++++N型半導(dǎo)體施主離子自由電子電子空穴對(duì)雜質(zhì)電離雜質(zhì)電離本征激發(fā)本征激發(fā)

在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦、鋁等，使空穴濃度大大增加，稱(chēng)為P型或空穴型半導(dǎo)體?？昭ㄅ鹪庸柙佣鄶?shù)載流子：空穴少數(shù)載流子：自由電子－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體受主離子空穴電子空穴對(duì)2.

P型半導(dǎo)體雜質(zhì)電離本征激發(fā)本征激發(fā)雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖++++++++++++N型半導(dǎo)體多子—電子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體多子—空穴少子—電子少子濃度——本征激發(fā)產(chǎn)生，與溫度有關(guān)多子濃度——雜質(zhì)電離產(chǎn)生，與雜質(zhì)濃度有關(guān)，與溫度無(wú)關(guān)內(nèi)電場(chǎng)E

因多子濃度差

形成內(nèi)電場(chǎng)E

多子的擴(kuò)散、復(fù)合

空間電荷區(qū)

阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體結(jié)合空間電荷區(qū)多子擴(kuò)散電流少子漂移電流耗盡區(qū)1.2.PN結(jié)及其特性

1.PN結(jié)的形成：多子擴(kuò)散、少子漂移

空間電荷可以移動(dòng)嗎？

動(dòng)畫(huà)演示少子漂移補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴(kuò)散

耗盡層又失去多子，耗盡層寬，E內(nèi)電場(chǎng)E多子擴(kuò)散電流少子漂移電流耗盡層動(dòng)態(tài)平衡：擴(kuò)散電流＝漂移電流總電流＝0勢(shì)壘UO硅0.5V鍺0.1V2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1)加正向電壓（正偏）——電源正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)

外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相反。

外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)→耗盡層變窄→擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)>>漂移運(yùn)動(dòng)→多子擴(kuò)散形成正向電流IF正向電流

(2)加反向電壓——電源正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)

外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相同。

外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)→耗盡層變寬→漂移運(yùn)動(dòng)＞擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)→少子漂移形成反向電流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基本上與外加反壓的大小無(wú)關(guān)，只與溫度有關(guān)，所以稱(chēng)為反向飽和電流IS

。(2)加反向電壓——電源正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)

外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相同。

外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)→耗盡層變寬→漂移運(yùn)動(dòng)＞擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)→少子漂移形成反向電流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基本上與外加反壓的大小無(wú)關(guān)，只與溫度有關(guān)，所以稱(chēng)為反向飽和電流IS

。

1.

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流IF，呈現(xiàn)低電阻，PN結(jié)導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)閉合；

2.PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流IR

，呈現(xiàn)高電阻，PN結(jié)截止，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。

由此可以得出結(jié)論：

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。綜上所述：

動(dòng)畫(huà)演示3.PN結(jié)的結(jié)電容

當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時(shí)，耗盡層的寬度要相應(yīng)地隨之改變，即PN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量要隨之變化，就像電容充放電一樣。

(1)勢(shì)壘電容CB從等效觀點(diǎn)上看，勢(shì)壘電容CB與PN結(jié)電阻是并聯(lián)的。主要在PN結(jié)反偏時(shí)起作用

勢(shì)壘區(qū)中正負(fù)離子的數(shù)量隨外加電壓變化而變化的效應(yīng)稱(chēng)為勢(shì)壘電容。(2)擴(kuò)散電容CD

當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，PN結(jié)兩側(cè)堆積的少子的數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過(guò)程。電容效應(yīng)在交流信號(hào)作用下才會(huì)明顯表現(xiàn)出來(lái)極間電容（結(jié)電容）擴(kuò)散電容CD主要在PN結(jié)正偏時(shí)起作用

當(dāng)外加正向電壓變化時(shí)，載流子的數(shù)量和濃度梯度都要變化，這種電容效應(yīng)稱(chēng)為擴(kuò)散電容。C=CD+CD1.3半導(dǎo)體二極管

二極管=PN結(jié)+管殼+引線NP結(jié)構(gòu)符號(hào)陽(yáng)極+陰極-1.3.1二極管的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型

二極管按結(jié)構(gòu)工藝分三大類(lèi)：(1)點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于小電流和變頻等高頻電路。(3)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PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。半導(dǎo)體二極管分類(lèi)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：2AP9A用字母代表器件規(guī)格。代表器件的類(lèi)型，P為普通管，Z為整流管，K為開(kāi)關(guān)管，W穩(wěn)壓管，L整流堆，N阻尼管，U光電管。用字母代表器件的材料，A為N型Ge，B為P型Ge，C為N型Si，D為P型Si。用數(shù)字代數(shù)產(chǎn)品的極性，2代表二極管，3代表三極管。用數(shù)字代表產(chǎn)品的序號(hào)。

根據(jù)理論分析：U為PN結(jié)兩端的電壓降I為流過(guò)PN結(jié)的電流IS為反向飽和電流UT=kT/q

稱(chēng)為溫度的電壓當(dāng)量其中k為玻耳茲曼常數(shù)

1.38×10－23q

為電子電荷量1.6×10－9T為熱力學(xué)溫度對(duì)于室溫（相當(dāng)T=300K）則有UT=26mV。當(dāng)U>0U>>UT時(shí)當(dāng)U<0|U|>>|UT

|時(shí)1.3.2二極管的伏安特性1.PN結(jié)的伏安特性方程2.二極管的伏安特性根據(jù)理論推導(dǎo)，PN結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏I(xiàn)F（多子擴(kuò)散）IR（少子漂移）反偏反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿熱擊穿——燒壞PN結(jié)電擊穿——可逆反向擊穿:齊納擊穿，雪崩擊穿

實(shí)際的二極管的伏安特性

硅：0.5V

鍺：

0.1V(1)正向特性導(dǎo)通壓降反向飽和電流(2)反向特性死區(qū)電壓擊穿電壓UBR實(shí)驗(yàn)曲線uEiVmAuEiVuA鍺

硅：0.7V鍺：0.3V

溫度對(duì)二極管特性的影響90度20度3.二極管的模型及近似分析計(jì)算例：IR10VE1kΩD—非線性器件iuRLC—線性器件二極管的模型DU串聯(lián)電壓源模型UD二極管的導(dǎo)通壓降。硅管0.7V；鍺管0.3V。理想二極管模型正偏反偏導(dǎo)通壓降二極管的V—A特性二極管的近似分析計(jì)算IR10VE1kΩIR10VE1kΩ例：串聯(lián)電壓源模型測(cè)量值9.32mA相對(duì)誤差理想二極管模型RI10VE1kΩ相對(duì)誤差0.7V例2:二極管VD為硅管，求電流ID例3討論二極管的導(dǎo)通情況，并求UAO1.3.3二極管的使用常識(shí)1.二極管的主要參數(shù)

(1)最大整流電流IF(2)最高反向工作電壓URM二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)，允許通過(guò)二極管的最大整流電流的平均值。(3)反向擊穿電壓UBR

二極管反向電流急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓值稱(chēng)為反向擊穿電壓UBR。

(4)反向飽和電流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一般在納安(nA)級(jí)；鍺二極管在微安(

A)級(jí)。(1)整流電路二極管導(dǎo)通，uL=u2二極管截止,uL=0+–io+–u2>0時(shí):u2<0時(shí):u2uLuD

t

23402.二極管管應(yīng)用如下圖所示，輸入信號(hào)三角波信號(hào)ui幅值大于直流電源E1,E2的正弦波信號(hào)，二極管為理想器件，畫(huà)出輸出uo的電壓波形。0-E2uit+E1uot+--+Eu2RiuOE1VD1VD2+E1-E2(2)限幅電路當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下,工作電流IZ在Izmax和Izmin之間變化時(shí),其兩端電壓近似為常數(shù)穩(wěn)定電壓1.4特殊二極管1.4.1穩(wěn)壓二極管1.穩(wěn)壓管的伏安特性

穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管正向同二極管反偏電壓≥UZ

反向擊穿＋UZ－限流電阻

2.穩(wěn)壓管的主要參數(shù)

(1)穩(wěn)定電壓UZ(3)動(dòng)態(tài)電阻rZ

在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。

rZ=

UZ

/

I

Z

rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡,穩(wěn)壓性能越好。

(2)穩(wěn)定電流IZ

保證穩(wěn)壓管擊穿所對(duì)應(yīng)的電流，若IZ＜IZmin則不能穩(wěn)壓。

(4)最大工作電流IZM，最大耗散功率PZM

IZM

管子允許流過(guò)最大電流;

PZM管子允許耗散的最大功率;

PZM=UZIZM(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)aZ:

3.簡(jiǎn)單的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路要求：例發(fā)光二極管是一種能將電能轉(zhuǎn)換為光能的電子器件，簡(jiǎn)稱(chēng)LED(LightEmittingDiode).采用砷化鎵、磷化鎵、氮化鎵等化合物半導(dǎo)體材料制造耐用。伏安特性與普通二極管類(lèi)似，其正向?qū)▔航递^大，為1~4V左右，工作電流較為6~30mA,體積小，具有發(fā)光均勻穩(wěn)定，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，現(xiàn)已應(yīng)用于數(shù)碼顯示、大屏幕顯示、交通信號(hào)燈、汽車(chē)尾燈、照明等方面。1.4.2發(fā)光二極管LED燈光效高、耗電少,壽命長(zhǎng)、易控制、免維護(hù)、安全環(huán)保;是新一代固體冷光源,光色柔和、艷麗、豐富多彩、低損耗、低能耗,耐震，可頻繁開(kāi)關(guān)而不影響其壽命，綠色環(huán)保不含汞。

將LED與普通白熾燈、螺旋節(jié)能燈及T5三基色熒光燈進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示：普通白熾燈的光效為12lm／W，壽命小于2000小時(shí)，螺旋節(jié)能燈的光效為60lm／W，壽命小于8000小時(shí)，T5三基色熒光燈則為96lm／W，壽命大約為1萬(wàn)小時(shí)，而直徑為5毫米的白光LED光效可以超過(guò)150lm／W，壽命十萬(wàn)小時(shí)。數(shù)碼顯示用七只發(fā)光二極管分別顯示數(shù)字的七個(gè)段，不同的亮暗組合構(gòu)成不同的數(shù)字顯示。八段數(shù)碼管：七段發(fā)光二極管

共陽(yáng)極：

共陰極：光敏二極管是一種能夠?qū)⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的二極管。光敏二極管無(wú)光照射時(shí)，工作在反偏狀態(tài)，反向電流很小，稱(chēng)為暗電流。有光照射時(shí)，電流隨光照強(qiáng)度的增加而增加，稱(chēng)為光電流?？梢?jiàn)光走廊聲控?zé)舻目刂?，白天不亮光電耦合電路圖1-241.4.3光敏二極管（光電二極管）變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)的結(jié)電容的特殊二極管在反偏狀態(tài)下，PN結(jié)的結(jié)電容隨外加電壓的變化而變化，圖1-251.4.4變?nèi)荻O管

1.5雙極型晶體管

雙極型晶體管，也叫晶體三極管,半導(dǎo)體三極管等，簡(jiǎn)稱(chēng)晶體管。由于工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，因此，被稱(chēng)為雙極型晶體管（BipolarJunctionTransistor,簡(jiǎn)稱(chēng)BJT）。

BJT是由兩個(gè)PN結(jié)組成的。1.5.1雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)和類(lèi)型NPN型PNP型

三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):（1）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。--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)射極集電極基極符號(hào):cebbec2025/3/18BJT的內(nèi)部工作原理（NPN管）

三極管在工作時(shí)要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏：+UCE

－＋UBE－＋UCB－集電結(jié)反偏：由VBB保證由VCC、

VBB保證UCB=UCE-UBE>0共發(fā)射極接法c區(qū)b區(qū)e區(qū)(1).BJT內(nèi)部的載流子傳輸過(guò)程（a）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子：

因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成了擴(kuò)散電流IEN

。同時(shí)從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成的電流為IEP,但其數(shù)量小，可忽略。所以發(fā)射極電流IE=

IEP

+I

EN

≈

IEN（b）電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合：

發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。少部分遇到空穴復(fù)合掉，形成IBN。它是基極電流IB的一部分。由于基區(qū)很薄，大部分電子到達(dá)了集電區(qū)的邊緣。IBN

(d)集電結(jié)的反向飽和電流：集電結(jié)區(qū)的少數(shù)載流子形成漂移電流ICBO。

（c）集電區(qū)收集電子:

因?yàn)榧娊Y(jié)反偏，收集擴(kuò)散到集電區(qū)邊緣的電子，形成電流ICN

，ICN

=I

EN–

I

BN

IBN(a)IC與IE之間的關(guān)系:所以:(2).電流分配關(guān)系三個(gè)電極上的電流：IB

=I

BN+I

EP–

I

CBO=IB’

–I

CBOIC

=I

CN+

I

CBO

IE

=I

EN+I

EP

=I

CN+I

BN+I

EP

=IB+IC

IBN定義：（≈0.9～0.99）稱(chēng)為共基極直流電流放大系數(shù)

動(dòng)畫(huà)演示(b)IC與IB之間的關(guān)系：聯(lián)立以下兩式：得：

所以：令：共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)晶體管的分類(lèi)按照材料分：硅、鍺晶體管按照工作頻率分：高頻、低頻晶體管按照功率分：小功率、大功率晶體管，大功率晶體管要考慮散熱的問(wèn)題,散熱多數(shù)是在集電極上面，因?yàn)榧姌O的電壓和電流都很大，其乘積即功率也就很大。2025/3/18

半導(dǎo)體三極管的型號(hào)第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、

G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開(kāi)關(guān)管用字母表示材料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)用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格三極管?chē)?guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：3DG110B1.5.2BJT的特性曲線（共發(fā)射極接法）1.輸入特性曲線

iB=f(uBE)

uCE=const發(fā)射結(jié)的特性類(lèi)似于一個(gè)PN結(jié)。如圖1-33死區(qū)電壓硅0.5V鍺0.1V導(dǎo)通壓降硅0.7V鍺0.3V圖1-36BJT的電流放大作用VccVBBibicΔic/Δib≈ic/ib=常數(shù)2輸出特性曲線iC=f(uCE)

iB=const

1）當(dāng)發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，iE=0

，iC=ICBO。2）當(dāng)基極開(kāi)路時(shí)，iB=0

，iC=ICEO=(1+β)ICBO。輸出特性曲線iC=f(uCE)

iB=const

3）在近原點(diǎn)，uCE

很小時(shí),ic

??；

uCE↑→ic

↑

。4）當(dāng)uCE

＞1V后，收集電子的能力足夠強(qiáng)。這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極收集，形成iC。所以u(píng)CE再增加，iC基本保持不變。同理，可作出iB=其他值的曲線。

以iB=60uA一條加以說(shuō)明。基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)

輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域:飽和區(qū)——iC受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE＜0.7

V。此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。Ic<βIb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(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)——

曲線基本平行等距。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。該區(qū)中有：飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止?fàn)顟B(tài)ecb放大狀態(tài)UDβIBICIBecb發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降UD硅管0.7V鍺管0.3V飽和狀態(tài)ecbUDUCES飽和壓降UCES硅管0.3V鍺管0.1V直流模型VCCVBBRbRc12V6V4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC例：模型分析法（近似估算法）共射電路如圖，已知三極管為硅管，β=40，試求電路中的直流量IB、

IC、UBE、UCE。+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC0.7VβIBecbIC+VCCRc(+12V)4KΩ+UBE—IB+VBBRb(+6V)150KΩ+UCE—解：設(shè)三極管工作在放大狀態(tài)，用放大模型代替三極管。UBE=0.7V例1-3下圖中BJT的β=60,試分析S分別位于1，位置時(shí)，晶體管的工作狀態(tài)。例：判定下面BJT是否正常工作狀態(tài)？如果不正常，是短路還是燒斷？例1-4圖1-41，一只晶體管不足以推動(dòng)繼電器，故采用復(fù)合晶體管的連接方式，注意續(xù)流二極管的使用電路中的復(fù)合管復(fù)合管的目的：實(shí)現(xiàn)管子參數(shù)的配對(duì),擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。

1

2復(fù)合NPN型V1V2NPN+NPNNPNV1V2PNP+PNPPNPV1V2NPN+PNPNPNV1V2PNP+NPNPNP構(gòu)成復(fù)合管的規(guī)則：1)

應(yīng)保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；2)

復(fù)合管類(lèi)型與第一只管子相同。1.5.3BJT的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)β（2）共基極電流放大系數(shù)：

iCE△=5uA(mA)B=10uAICu=0(V)=20uAI△BBBIBiIBI=25uACBI=15uAi一般為20~200之間1.51（1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)：

基極開(kāi)路時(shí)，集電極到發(fā)射極間的電流——穿透電流。該電流越小越好，其大小與溫度有關(guān)。

一般情況下，穿透電流可以忽略不計(jì)++ICBOecbICEO2.穿透電流ICEO3.飽和壓降UCE(sat)

飽和壓降越小，晶體管導(dǎo)通時(shí)的損耗越小，小功率管的飽和壓降的典型值為0.3V。特征頻率是指β值下降到1時(shí)，所對(duì)應(yīng)的工作頻率。fT應(yīng)當(dāng)比其工作頻率高出100倍以上。極間電容4.特征頻率fT

5.晶體管的極限參數(shù)（1）集電極最大允許耗散功率PCM

集電極電流通過(guò)集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗，

PC=ICUCE

PCM<PCM

（2）反向擊穿電壓

U（BR）CEO——基極開(kāi)路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓。（3）集電極最大允許電流ICM

Ic增加時(shí)，

要下降。當(dāng)

值下降到線性放大區(qū)

值的70％時(shí)，所對(duì)應(yīng)的集電極電流稱(chēng)為集電極最大允許電流ICM。

1.6場(chǎng)效應(yīng)管

BJT是一種電流控制元件(iB~iC)，工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，所以被稱(chēng)為雙極型器件。增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道N溝道P溝道FET分類(lèi)：

絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

場(chǎng)效應(yīng)管（FieldEffectTransistor簡(jiǎn)稱(chēng)FET）是一種電壓控制器件(uGS~iD)，工作時(shí)，只有一種載流子參與導(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，輸入電阻極高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。1.6.1結(jié)型FET的結(jié)構(gòu)和工作原理兩個(gè)PN結(jié)夾著一個(gè)N型溝道。三個(gè)電極：

g：柵極

d：漏極

s：源極符號(hào)：1.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)（以N溝為例）：DGDSGSN溝道P溝道VGGiG=0DSGiDVDDuDS+-+-uGSJFET的工作原理以N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例

2.N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理

（1）柵源電壓對(duì)溝道的控制作用②當(dāng)│uGS│↑時(shí)，PN結(jié)反偏，耗盡層變寬，導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大。③當(dāng)│uGS│↑到一定值時(shí)，溝道會(huì)完全合攏。定義：夾斷電壓UP——使導(dǎo)電溝道完全合攏（消失）所需要的柵源電壓uGS。

在柵源間加負(fù)電壓uGS

，令uDS=0

①當(dāng)uGS=0時(shí)，為平衡PN結(jié)，導(dǎo)電溝道最寬。（2）漏源電壓對(duì)溝道的控制作用

在漏源間加電壓uDS

，令uGS=0

由于uGS=0，所以導(dǎo)電溝道最寬。

①當(dāng)uDS=0時(shí)，iD=0。②uDS↑→iD↑

→靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，呈楔形分布。③當(dāng)uDS↑，使uGD=uGS-

uDS=UP時(shí)，在靠漏極處夾斷——預(yù)夾斷。預(yù)夾斷前，uDS↑→iD↑。預(yù)夾斷后，iDS↑→iD幾乎不變。④uDS再↑，預(yù)夾斷點(diǎn)下移。

（3）柵源電壓uGS和漏源電壓uDS共同作用

iD=f（uGS、uDS）,可用兩組特性曲線來(lái)描繪。

1.輸出特性曲線：iD=f（uDS）│uGS=常數(shù)

1.6.2JFET的特性曲線uGS=0VuGS=-1V設(shè)：UP=

-3V四個(gè)區(qū)：放大區(qū)的特點(diǎn)：△iD/△uGS=gm≈常數(shù)

即：△iD=gm△uGS

（放大原理）

（a）可變電阻區(qū)（預(yù)夾斷前）。

（b）放大區(qū)也稱(chēng)為恒流區(qū)、飽和區(qū)（預(yù)夾斷后）。

（c）截止區(qū)（夾斷區(qū)）。

（d）擊穿區(qū)?？勺冸娮鑵^(qū)放大區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)2.JFET的轉(zhuǎn)移特性

iD=f（uGS）│uDS=常數(shù)

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：

恒流區(qū)中iD的表達(dá)式為：例：已知有一結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)為IDSS=1.5mA，Up=-2V，求它在UGS=-1V時(shí)的跨導(dǎo)gm=?

恒流區(qū)中iD的表達(dá)式為：1.絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)

絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(MetalOxide

SemiconductorFET)，簡(jiǎn)稱(chēng)MOSFET。分為：

增強(qiáng)型

N溝道、P溝道耗盡型N溝道、P溝道

1.N溝道增強(qiáng)型MOS管

（1）結(jié)構(gòu)

4個(gè)電極：漏極D，源極S，柵極G和襯底B。符號(hào)：1.6.3絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和工作原理2工作原理(a)

當(dāng)uGS=0V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的二極管，在漏源之間加上電壓uDS也不會(huì)形成電流，漏極電流id=0，管子截止。①柵源電壓uGS的控制作用---P襯底sgN+bdSiO2+N(b)當(dāng)uGS＞0V,uDS=0V時(shí)→縱向電場(chǎng)→(1)將兩個(gè)N+區(qū)和襯底中電子吸引向襯底表面，并與襯底中空穴相遇復(fù)合掉；(2)排斥襯底中的多子空穴?！r底表面的薄層中留下了以負(fù)離子為主的空間電荷區(qū)(耗盡層)，并與兩個(gè)PN結(jié)的空間電荷區(qū)相通。(c)

增大uGS,uDS=0V時(shí)→縱向電場(chǎng)↑→N+區(qū)和襯底P區(qū)的電子進(jìn)一步被吸引到襯底表面的薄層，繼續(xù)排斥該薄層中的空穴→薄層中自由電子濃度大于空穴濃度→形成反型層，并與兩個(gè)N+區(qū)相通，成為導(dǎo)電溝道(感生溝道)。---s二氧化硅P襯底g+Nd+bNVGGid(d)形成導(dǎo)電溝道后，加漏源電壓uDS>0V，源區(qū)多子電子將沿導(dǎo)電溝道漂移到漏區(qū)，形成自漏極流向源極的漏極電流id。顯然：uGS越大，反型層中的自由電子濃度越大，溝道的導(dǎo)電能力就越強(qiáng)，從而uDS作用下的漏極電流id也就越大，就相當(dāng)于漏源極之間的等效電阻RDS越小。即：uGS–RDS(c)

增大uGS,uDS=0V時(shí)→縱向電場(chǎng)↑→N+區(qū)和襯底P區(qū)的電子進(jìn)一步被吸引到襯底表面的薄層，繼續(xù)排斥該薄層中的空穴→薄層中自由電子濃度大于空穴濃度→形成反型層，并與兩個(gè)N+區(qū)相通，成為導(dǎo)電溝道(感生溝道)。---s二氧化硅P襯底g+Nd+bNVGGid(d)形成導(dǎo)電溝道后，加漏源電壓uDS>0V，源區(qū)多子電子將沿導(dǎo)電溝道漂移到漏區(qū)，形成自漏極流向源極的漏極電流id。顯然：uGS越大，反型層中的自由電子濃度越大，溝道的導(dǎo)電能力就越強(qiáng)，從而uDS作用下的漏極電流id也就越大，就相當(dāng)于漏源極之間的等效電阻RDS越小。即：uGS–RDS定義：開(kāi)啟電壓（UT）——?jiǎng)倓偖a(chǎn)生溝道所需的柵源電壓UGS。

N溝道增強(qiáng)型MOS管的基本特性：

uGS

＜UT，管子截止，

uGS

＞UT，管子導(dǎo)通。

uGS

越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓uDS作用下，漏極電流id越大。②漏源電壓uDS對(duì)漏極電流id的控制作用當(dāng)uGS＞UT(導(dǎo)電溝道已經(jīng)形成)

，且固定為某一值時(shí)，來(lái)分析漏源電壓uDS對(duì)漏極電流id的影響。（設(shè)UT=2V，uGS=4V）

(a)uDS=0時(shí)，id=0；(b)uDS↑→id↑，uGD=uGS-uDS，溝道靠漏區(qū)變窄(c)當(dāng)uDS增大使uGD=UT時(shí)，溝道靠漏極端（A點(diǎn)）消失，稱(chēng)為預(yù)夾斷。(d)uDS再增大，夾斷點(diǎn)A向源極延伸，在漏區(qū)附近出現(xiàn)夾斷區(qū)。由于uGA恒為UT,uAS也恒為uGS–UT

，uDS增大的多余電壓uDS–(uGS-UT)基本都降落在夾斷區(qū)。id基本不變，或略有增大---GGbVd二氧化硅siNgDD+dP襯底VN+AuDS>0后，有id產(chǎn)生。1.6.4MOS場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線

四個(gè)區(qū)：（a）可變電阻區(qū)（預(yù)夾斷前）。

①輸出特性曲線：iD=f(uDS)

uGS=const（b）放大區(qū)也稱(chēng)為恒流區(qū)、飽和區(qū)（預(yù)夾斷后）。

（c）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。

（d）擊穿區(qū)?？勺冸娮鑵^(qū)恒流區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)

②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：UT

一個(gè)重要參數(shù)——跨導(dǎo)gm：gm=

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