1、第1章 常用半導(dǎo)體器件,1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí),1.2 半導(dǎo)體二極管,1.3 晶體三極管,1.4 場(chǎng)效應(yīng)管,1.5 單結(jié)晶體管和晶閘管,1.6 集成電路中的元件,1.7 Multisim二極管特性的研究,1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí),本節(jié)的內(nèi)容：,1、半導(dǎo)體材料的原子結(jié)構(gòu)。,2、半導(dǎo)體材料中的載流子。,3、本征激發(fā)與復(fù)合，本征激發(fā)與溫度的關(guān)系。,4、N型半導(dǎo)體所摻入雜質(zhì)，多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱多子），少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱少子）。,5、P型半導(dǎo)體所摻入雜質(zhì)，多子，少子。,6、擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)。,7、PN結(jié)的形成過(guò)程。,8、對(duì)稱PN結(jié)和不對(duì)稱PN結(jié)。,9、PN結(jié)的正向偏置（簡(jiǎn)稱正偏）和反向偏置（簡(jiǎn)稱反偏）。,1

2、0、PN結(jié)的導(dǎo)電特性。,11、PN結(jié)寬度與外加電壓的關(guān)系。,12、PN結(jié)的電流方程。,13、PN結(jié)的伏安特性。,14、PN結(jié)的擊穿。,15、PN結(jié)的電容效應(yīng)。,1.1.1 本征半導(dǎo)體,純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。,半導(dǎo)體具有熱敏特性、光敏特性和摻雜特性。,常用的半導(dǎo)體材料是硅（Si）和鍺（Ge），它們均為四價(jià)元素。,Si,+4,慣性核,+4,+4,+4,+4,+4,共價(jià)鍵,共價(jià)鍵較為牢固，使原子規(guī)則排列，形成晶體。,價(jià)電子,在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子。,束縛電子,同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴。,自由電子,空穴,原子因失去

3、電子而成為帶正電的離子。,自由電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的。,自由電子,空穴,在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來(lái)填補(bǔ)，結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移。,而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是帶正電的粒子。,若在本征半導(dǎo)體兩端外加一電場(chǎng)，則一方面自由電子將產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電子電流；,另一方面，由于空穴的存在，價(jià)電子將按一定的方向依次填補(bǔ)空穴，使空穴定向移動(dòng)，形成空穴電流。,本征半導(dǎo)體中的電流是電子電流和空穴電流之和。,參與導(dǎo)電的帶電粒子稱為載流子。,半導(dǎo)體中有自由電子和空穴兩種載流子。,本征半導(dǎo)體在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴對(duì)的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。,自由電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中如果與空穴相遇就會(huì)填補(bǔ)空穴

4、，使兩者同時(shí)消失，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。,在一定溫度下，本征激發(fā)所產(chǎn)生的自由電子和空穴對(duì)，與復(fù)合的自由電子和空穴對(duì)數(shù)目相等，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。,即在一定溫度下，本征半導(dǎo)體中載流子的濃度是一定的，并且自由電子與空穴的濃度相等。,當(dāng)溫度升高或有光照時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)加劇，掙脫共價(jià)鍵束縛的自由電子增多，空穴也增多，即載流子的濃度升高，導(dǎo)電能力增強(qiáng)。,T為熱力學(xué)溫度。,本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能很差，且與環(huán)境溫度密切相關(guān)。,1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體,一、N型半導(dǎo)體,+5,磷原子,自由電子,自由電子的濃度大于空穴的濃度。,自由電子為多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱多子；空穴為少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱少子。,施主原子,變?yōu)檎x子,二、P型半導(dǎo)體,空穴,

5、硼原子,受主原子,多子：空穴,少子：自由電子。,多子的濃度約等于所摻雜質(zhì)原子的濃度，幾乎與溫度無(wú)關(guān)；少子對(duì)溫度非常敏感。,雜質(zhì)半導(dǎo)體還是電中性。,變?yōu)樨?fù)離子,1.1.3 PN結(jié),一、PN結(jié)的形成,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：由于濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)。,漂移運(yùn)動(dòng)：在電場(chǎng)力作用下，載流子的運(yùn)動(dòng)。,P型半導(dǎo)體,N型半導(dǎo)體,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),界面兩側(cè)留下不能移動(dòng)的正負(fù)離子,內(nèi)電場(chǎng),漂移運(yùn)動(dòng),隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，空間電荷區(qū)加寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)。,內(nèi)電場(chǎng)阻礙多子的擴(kuò)散，而有利于少子的漂移,最終擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)達(dá)到平衡，形成具有一定寬度的PN結(jié)。,無(wú)外電場(chǎng)時(shí)PN結(jié)兩側(cè)有電位差Uho，但PN結(jié)中的電流為零。,正負(fù)離子區(qū)稱為PN結(jié)，

6、也稱為空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。,當(dāng)P區(qū)和N區(qū)的雜質(zhì)濃度相等時(shí)，正負(fù)離子區(qū)的寬度也相等，稱為對(duì)稱PN結(jié)。,當(dāng)P區(qū)和N區(qū)的雜質(zhì)濃度不相等時(shí)，濃度高一側(cè)的離子區(qū)寬度小于濃度低的一側(cè)，稱為不對(duì)稱PN結(jié)。,二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1、PN結(jié)外加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài),PN 結(jié)加正向電壓、處于正向偏置（簡(jiǎn)稱正偏）：,PN結(jié)的P 區(qū)電位高于N 區(qū)，即UPUN。,PN結(jié),內(nèi)電場(chǎng),+ V -,R（限流電阻）,外電場(chǎng),PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)減弱，外電場(chǎng)將多子推向PN結(jié)，PN結(jié)變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)減弱。,在電源作用下，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)將源源不斷地進(jìn)行，從而形成較大的正向電流，PN結(jié)導(dǎo)通。,2、PN結(jié)外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)

7、,PN 結(jié)加反向電壓、處于反向偏置（簡(jiǎn)稱反偏）： PN結(jié)的P區(qū)電位低于N 區(qū)，即UPUN。,PN結(jié),內(nèi)電場(chǎng),- V +,R（限流電阻）,外電場(chǎng),PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行、而漂移運(yùn)動(dòng)加劇，形成反向電流；空間電荷區(qū)變寬。,但少子的數(shù)目極少，即使所有少子都參與漂移運(yùn)動(dòng)，反向電流也非常小，認(rèn)為PN結(jié)加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)。,PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?三、PN結(jié)的電流方程,PN結(jié)所加端電壓u與流過(guò)它的電流i的關(guān)系為,反向飽和電流,電子的電量,玻爾茲曼常數(shù),熱力學(xué)溫度,UT=kT/q。常溫下，即T=300K時(shí)，UT26mV。,四、PN結(jié)的伏安特性,i與u的關(guān)系曲線稱為伏安特性。,1、PN結(jié)正偏

8、，且uUT時(shí)，,即i隨u按指數(shù)規(guī)律變化。,2、PN結(jié)反偏，且uUT時(shí)，i-IS。,3、當(dāng)反向電壓較大時(shí)，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。,（1）齊納擊穿,耗盡層很窄，反向電壓較小，但耗盡層中的電場(chǎng)很強(qiáng)，直接將共價(jià)鍵中的電子拉出，形成電子空穴對(duì)，使電流急劇增大。,（2）雪崩擊穿,摻雜濃度低，耗盡層較寬，反向電壓較大，少子的漂移速度加快，將共價(jià)鍵中的價(jià)電子撞出，產(chǎn)生電子空穴對(duì)。,新產(chǎn)生的電子空穴對(duì)被電場(chǎng)加速后又撞出其它價(jià)電子，載流子雪崩式地倍增，使電流急劇增大。,五、PN結(jié)的電容效應(yīng),1、勢(shì)壘電容：,當(dāng)PN結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度將隨之變化，即耗盡層的電荷量隨外加電壓而變化，這種

9、現(xiàn)象與電容的充放電過(guò)程相同。,耗盡層寬窄變化所等效的電容稱為勢(shì)壘電容(Cb)。,2、擴(kuò)散電容：,當(dāng)PN結(jié)的正向電壓增大時(shí)，載流子的濃度增大，且濃度差也增大，擴(kuò)散電流增大。,擴(kuò)散過(guò)程中載流子濃度的變化是電荷的積累和釋放的過(guò)程，與電容器的充放電過(guò)程相同，這種電容效應(yīng)稱為擴(kuò)散電容（Cd）。,PN結(jié)的總電容：C=Cb+Cd。,通常PN結(jié)電容是很小的。,1.2 半導(dǎo)體二極管,本節(jié)的內(nèi)容：,1、二極管的結(jié)構(gòu)，電路符號(hào)。,2、二極管的伏安特性，導(dǎo)通壓降。,3、溫度對(duì)二極管伏安特性的影響。,4、二極管的主要參數(shù)。,5、二極管的直流等效電路。,6、二極管的交流等效電路。,7、穩(wěn)壓二極管的結(jié)構(gòu)，電路符號(hào)，伏安特性

10、，主要參數(shù)，正常工作狀態(tài)。,二極管的符號(hào)：,陰極（負(fù)極）,陽(yáng)極（正極）,D,電流的方向,1.2.1 半導(dǎo)體二極管的幾種常見結(jié)構(gòu),在PN結(jié)兩端加上電極引線，并用外殼封裝起來(lái)就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡(jiǎn)稱二極管。,點(diǎn)接觸型,面接觸型,N型鍺,P型鍺,觸絲,鋁合金小球,P型硅,N型硅,金銻合金,底座,由P區(qū)引出的電極稱為陽(yáng)極，也稱正極；由N區(qū)引出的電極稱為陰極，也稱負(fù)極。,正極,正極,負(fù)極,負(fù)極,適用于高頻電路。,作為整流管,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,二極管也具有單向?qū)щ娦浴?二極管的伏安特性與PN結(jié)的相似。,二極管存在半導(dǎo)體體電阻和引線電阻，在電流相同的情況下，二

11、極管的端電壓大于PN結(jié)上的壓降。,或者說(shuō)，在外加正向電壓相同的情況下，二極管的正向電流小于PN結(jié)的電流。,二極管存在表面漏電流，外加反向電壓時(shí)的反向電流增大。,正向特性,Uon,開啟電壓,iD = 0,Uon= 0.5 V（硅）,= 0.1 V（鍺）,1、0 U Uon，,2、U Uon，,iD 急劇上升，二極管導(dǎo)通。,硅二極管的導(dǎo)通壓降為0.60.8V；,鍺二極管的導(dǎo)通壓降為0.10.3V。,Uon,U (BR),正向特性,反向特性,開啟電壓,3、U（BR) uD 0 ，,iD 0.1 A(Si)，,幾十A (Ge)。,4、U U(BR)，,反向電流急劇增大，二極管擊穿。,通常忽略不計(jì)，即二

12、極管截止。,若對(duì)電流不加限制，就會(huì)造成二極管永久性損壞。,二、溫度對(duì)二極管伏安特性的影響,Uon,U (BR),溫度升高時(shí)，二極管的正向特性將左移；,反向特性將下移。,即溫度升高，二極管的導(dǎo)通壓降下降、反向飽和電流增大，單向?qū)щ娦宰儾睢?1.2.3 二極管的主要參數(shù),一、 最大整流電流 IF,二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。,其值與PN結(jié)面積及外部散熱條件等有關(guān)。,二、 反向擊穿電壓UBR,二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。,手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓UR一般是UBR的一半。,三、 反向電流 IR,IR是二極管未擊穿時(shí)的反向電流。,四、 最高工作頻率fM,fM是二極管工作的上限頻

13、率。,超過(guò)此值時(shí)，由于結(jié)電容的作用，二極管將不能很好地體現(xiàn)單向?qū)щ娦浴?由于制造工藝所限，半導(dǎo)體器件參數(shù)具有分散性，同一型號(hào)管子的參數(shù)值會(huì)有相當(dāng)大的差距。,1.2.4 二極管的等效電路,一、由伏安特性折線化得到的等效電路,1、理想二極管,u,i,O,導(dǎo)通時(shí)正向壓降為0、反向截止時(shí)的電流為0，稱為理想二極管。,D,S,正偏時(shí)S閉合，反偏時(shí)S斷開。,2、正向?qū)〞r(shí)端電壓為常量,u,i,O,Uon,D,Uon,3、正向?qū)〞r(shí)端電壓與電流成線性關(guān)系,u,i,O,Uon,D,Uon,rD,分析含有二極管電路時(shí)，先將二極管看成開路，比較二極管兩端的電位，若正極端的電位高于負(fù)極端的電位且大于Uon時(shí)，二極管

14、導(dǎo)通，否則二極管截止。,D,V,+ UD -,R,I,若V遠(yuǎn)大于UD，試求電流I。,（1）二極管為理想二極管時(shí)，,D,V,+ UD -,R,I,（2）二極管導(dǎo)通電壓為常量時(shí)，,D,V,+ UD -,R,I,Uon,D,V,+ UD -,R,I,（3）二極管導(dǎo)通電壓與電流為線性關(guān)系時(shí)，,Uon,rD,二、二極管的微變等效電路,V,D,R,+ uD -,+-,ui,uD,iD,O,UD,ID,Q,uD,rd,uD,iD,+ -,ID不同rd也將不同,V,D,+ uD -,+-,ui,R,+ uR -,t,ui,O,V,D,+ uD -,+-,ui,R,+ uR -,UD,+ UR -,t,uR,O

15、,UR,V,D,+ uD -,+-,ui,R,+ uR -,rd,+ ur -,1.2.5 穩(wěn)壓二極管（簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管）,穩(wěn)壓二極管是一種硅材料制成的面接觸型二極管。,一、穩(wěn)壓管的伏安特性,正極 負(fù)極,DZ,rd,UZ,正偏時(shí)：,反偏時(shí)：,D,rd,UZ,D,DZ,uD,iD,O,正向特性與普通管一樣,擊穿段很陡,IZ,IZM,工作范圍,UZ,正常工作在反向擊穿狀態(tài)。,二、穩(wěn)壓管的主要參數(shù),（1） 穩(wěn)定電壓 UZ,流過(guò)規(guī)定電流時(shí)穩(wěn)壓管兩端的反向電壓值。,（2）穩(wěn)定電流 IZ,穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)的參考電流。,越大穩(wěn)壓效果越好，小于 Imin 時(shí)不穩(wěn)壓。,（3）最大工作電流 IZM,穩(wěn)壓管允許通過(guò)

16、的最大反向電流。,（4）最大耗散功率 PZM,PZM = UZ IZM,（5）動(dòng)態(tài)電阻 rZ,rZ = UZ / IZ,越小穩(wěn)壓效果越好。,（6）溫度系數(shù),表示溫度每變化1穩(wěn)壓值的變化量，即,=Uz/T,在穩(wěn)壓管電路中必須串聯(lián)一個(gè)電阻來(lái)限制電流，以保證穩(wěn)壓管正常工作，這個(gè)電阻稱為限流電阻。,1.3 晶體三極管,本節(jié)的內(nèi)容：,1、三極管的結(jié)構(gòu)，類型，電路符號(hào)，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及作用。,2、輸入回路和輸出回路。,3、三極管的三種接法。,4、三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)及電流分配關(guān)系。,5、ICBO和ICEO。,6、三極管的和。,7、輸入特性曲線及其形狀。,8、輸入特性曲線與uCE的關(guān)系。,9、輸出特性曲線及其形

17、狀。,10、輸出特性曲線的三個(gè)工作區(qū)域（三種工作狀態(tài)）及其條件。,11、三種工作狀態(tài)的判斷方法。,12、放大狀態(tài)時(shí)電極電位的關(guān)系。,13、溫度對(duì)三極管特性和參數(shù)的影響。,14、晶體管的主要參數(shù)。,三極管的主要作用一是放大電信號(hào)，二是起開關(guān)作用。,晶體三極管又稱雙極型晶體管、半導(dǎo)體三極管，簡(jiǎn)稱為晶體管。,325,1.3.1 晶體管的結(jié)構(gòu)及類型,在同一硅（鍺）片上制造出三個(gè)摻雜區(qū)域，并形成兩個(gè)PN結(jié)，就構(gòu)成晶體管。,本征半導(dǎo)體硅（鍺）,P型硅（鍺）,N硅（鍺）,N硅（鍺）,發(fā)射極（E）,基極（B）,集電極（C）,二氧化硅保護(hù)膜,NPN型管,若三個(gè)區(qū)域分別為P、N、P，則稱為PNP型管。,發(fā)射極 E

18、,基極 B,集電極 C,N,P,N,集電區(qū),基區(qū),發(fā)射區(qū),集電結(jié),集電結(jié),C,B,E,NPN 型,E極電流的實(shí)際方向,C,B,E,PNP 型,各區(qū)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和作用,發(fā)射區(qū)：摻雜濃度高；,發(fā)射載流子。,基區(qū)：薄、摻雜濃度低；,傳輸載流子。,集電區(qū)：結(jié)面積大；,接收載流子。,1.3.2 晶體管的電流放大作用,晶體管工作在放大狀態(tài)的條件是：發(fā)射結(jié)正向偏置，而集電結(jié)反向偏置。,RB,RC,VBB,VCC,uo,T,ui,+,-,ui是輸入電壓信號(hào)，接在基極發(fā)射極回路，稱為輸入回路。,放大后的輸出信號(hào)uo 在集電極發(fā)射極回路，稱為輸出回路。,發(fā)射極是兩回路的公共端，所以稱為共發(fā)射極放大電路。,晶體管的放

19、大作用表現(xiàn)為小的基極電流可以控制大的集電極電流。,三極管的三種連接方式,一、 內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)及電流分配關(guān)系,B,C,E,RB,VBB,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。,IEN,VCC,IEP,IE=IEN+IEP,擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴復(fù)合形成電流IBN。,IBN,集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流IC。,ICN,ICBO,IC=ICN+ICBO,EB的作用下，電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)源源不斷地進(jìn)行，形成基極電流IB。,IB=IBN+IEP-ICBO,ICBO稱為反向飽和電流。,IEN=IBN+ICN,二、晶體管共射電流放大系數(shù),稱為共射直流電流放大倍數(shù)。,ICEO的物理

20、意義是：當(dāng)基極開路（IB=0）時(shí)，在EC作用下的集電極與發(fā)射極之間形成的電流。,ICBO是IE=0時(shí)集電極的反向飽和電流。,RB,RC,VBB,VCC,uo,T,ui,+,-,若有輸入電壓作用，則,稱為共射交流電流放大系數(shù)。,小功率管的值為幾百，而大功率管的則只有幾十。,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),1.3.3 晶體管的共射特性曲線,一、 輸入特性曲線,當(dāng)uCE為常數(shù)時(shí)iB與uBE的關(guān)系曲線稱為輸入特性曲線。,uBE（V）,0.4,0.8,iB（A）,20,40,60,u CE=0V,u CE=0.5V,u CE1V,曲線的形狀

21、與二極管的正向特性相似。,uCE增大，曲線右移；uCE增大到一定值后，曲線不再明顯右移而基本重合。,（1）uCE=0時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)和集電結(jié)并聯(lián)。,特性曲線與PN結(jié)的伏安特性相似，呈指數(shù)關(guān)系。,（2）uCE增大時(shí)，發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子，在基區(qū)與空穴復(fù)合的電子將隨uCE的增大而減少，大部分漂移到集電區(qū)形成iC。,要獲得同樣的iB，就必須增大uBE。,（3）當(dāng)uCE增大到一定值以后，集電結(jié)的電場(chǎng)已足夠強(qiáng)，可以將發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的絕大部分電子都收集到集電區(qū)，因而再增大uCE，iC也沒明顯增大，即iB基本不變。,二、 輸出特性曲線（以NPN管介紹）,iB為一常量時(shí)，集電極電流iC與管壓降uCE之間的關(guān)系

22、曲線稱為輸出特性曲線。,uCE(V),3,6,iC(mA),1,2,3,9,12,4,iB=40A,iB=0A,20A,60A,80A,曲線的形狀特點(diǎn)：,當(dāng)uCE從0逐漸增大時(shí)，iC隨uCE的增大而增大；當(dāng)uCE達(dá)到一定數(shù)值后，曲線幾乎與橫軸平行。,（1）當(dāng)uCE從0逐漸增大時(shí)，集電結(jié)電場(chǎng)隨之增強(qiáng)，收集電子的能力逐漸增強(qiáng)，iC逐漸增大。,（2）當(dāng)uCE增大到一定數(shù)值后，集電結(jié)電場(chǎng)足以將發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的絕大部分電子收集到集電區(qū)，iC基本不變，即iC只取決于 iB，曲線幾乎與橫軸平行。,iC只與iB有關(guān)，iC=iB。,（3）由于發(fā)射結(jié)正偏而變寬、基區(qū)變窄，在基區(qū)復(fù)合的載流子減少，所以iC略有增大

23、。,輸出特性曲線可分為截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。,uCE(V),3,6,iC(mA),1,2,3,9,12,4,iB=40A,iB=0A,20A,60A,80A,截止區(qū),飽和區(qū),放大區(qū),（1）截止區(qū),uCE(V),3,6,iC(mA),1,2,3,9,12,4,iB=40A,iB=0A,20A,60A,80A,截止區(qū),iB=0,iC=ICEO,uBE Uon,即發(fā)射結(jié)反偏或零偏。,（2）放大區(qū),uCE(V),3,6,iC(mA),1,2,3,9,12,4,iB=40A,iB=0A,20A,60A,80A,放大區(qū),iC=iB。,uBEUon、,uCEuBE，,即發(fā)射結(jié)正偏且大于開啟電壓，集電結(jié)反偏

24、。,曲線等間距排列。,（3）飽和區(qū),uCE(V),3,6,iC(mA),1,2,3,9,12,4,iB=40A,iB=0A,20A,60A,80A,飽和區(qū),iBiC,uBEUon、,uCEuBE，,即集電結(jié)和發(fā)射結(jié)都正偏。,uCE=uBE，稱為臨界狀態(tài),iC隨uCE的增大而增大,飽和時(shí)管電壓和電流加下標(biāo)S表示。,如何判斷管子是工作在放大狀態(tài)還是工作在飽和狀態(tài)？,1、計(jì)算管子的基極電流IB。,2、計(jì)算管子的臨界飽和電流IBS（UCE=0）。,3、比較IB和IBS的大?。?若IB大于IBS，則管子工作在飽和狀態(tài)；,若IB小于IBS，則管子工作在放大狀態(tài)；,1.3.4 晶體管的主要參數(shù),一、 直流參

25、數(shù),（1）共射直流電流放大系數(shù),（2）共基直流電流放大系數(shù),（3）極間反向電流ICBO和ICEO,同一型號(hào)的管子反向電流越小，性能越穩(wěn)定。,硅管的極間反向電流小，溫度穩(wěn)定性比鍺管好。,二、 交流參數(shù),（1）共射交流電流放大系數(shù),（2）共基直流電流放大系數(shù),（3）特征頻率fT,由于PN結(jié)結(jié)電容的存在，共射電流放大系數(shù)是所加信號(hào)頻率的函數(shù)。,三、 極限參數(shù),（1）最大集電極耗散功率PCM,PCM = IC UCE。,（2）最大集電極電流ICM,集電極電流超過(guò)ICM時(shí) 值明顯降低。,（3）極間反向擊穿電壓,U(BR)CEO B極開路時(shí) C、E極間反向擊穿電壓。,U(BR)CBO E極開路時(shí) C、B極

26、間反向擊穿電壓。,U(BR)EBO C極開路時(shí) E、B極間反向擊穿電壓。,U(BR)CBO, U(BR)CEO, U(BR)EBO,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,當(dāng)溫度升高時(shí)，ICBO將增大。,溫度每升高10，ICBO增加約一倍。,硅管的ICBO比鍺管的小得多，硅管比鍺管受溫度的影響要小得多。,二、 溫度對(duì)輸入特性的影響,當(dāng)溫度升高時(shí)，輸入特性將左移。,當(dāng)溫度變化1時(shí)，UBE變化22.5mV，并且有負(fù)溫度系數(shù)。,若UBE不變，則當(dāng)溫度升高時(shí)IB將增大。,三、 溫度對(duì)輸出特性的影響,當(dāng)溫度升高時(shí)，輸出曲線將上移。,當(dāng)溫度升高時(shí)，曲線還保持等間隔排列，但曲線

27、的間距增大，即管子的值增大。,溫度升高時(shí)，ICEO、增大，且輸入特性左移。,溫度升高時(shí)，最終導(dǎo)致集電極電流增大。,本節(jié)的內(nèi)容：,1、場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)，類型，電路符號(hào)。,2、場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理。,3、輸出特性曲線及其形狀。,4、輸出特性曲線的三個(gè)工作區(qū)域（三種工作狀態(tài)）及其條件。,5、場(chǎng)效應(yīng)管的電流方程。,6、場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)。,1.4 場(chǎng)效應(yīng)管,場(chǎng)效應(yīng)管的主要作用是放大電信號(hào)和起開關(guān)作用。,場(chǎng)效應(yīng)管幾乎僅靠半導(dǎo)體中的多子導(dǎo)電，所以又稱為單極型晶體管。,場(chǎng)效應(yīng)管是利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路的電流。,1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及類型,結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管有N溝道和P溝道兩種

28、類型。,柵極G,漏極D,源極S,導(dǎo)電溝道,PN結(jié),N溝道管,G,D,S,P溝道管,G（柵極）,D（漏極）,S（源極）,漏極和源極是可以對(duì)調(diào)的。,N型硅片,P,P,摻雜濃度低,兩邊是高摻雜的P區(qū),導(dǎo)電溝道,二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理,N型硅片,uGS,1、uDS=0V時(shí)，uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用,PN結(jié)反偏，耗盡層均勻變寬。,若存在導(dǎo)電溝道，DS間相當(dāng)于一段導(dǎo)體，即相當(dāng)于一個(gè)電阻。,uSG越大，反偏電壓越大，,D,G,S,耗盡層越寬，,導(dǎo)電溝道越窄，,電阻越大。,由于此時(shí)的uDS=0V，所以漏極電流iD=0。,uSG達(dá)到一定值時(shí)，耗盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，溝道電阻趨于無(wú)窮大。,N型硅片,u

29、GS,此時(shí)的uGS稱為夾斷電壓UGS(off)（VP）。,N型硅片,uGS,uDS,2、當(dāng)uGS為UGS(off)0V中某一固定值時(shí)，uDS對(duì)漏極電流iD的影響,由于uDS的存在，則有電流iD從漏極流向源極。,iD,溝道中各點(diǎn)的電位不再相等：沿溝道從源極到漏極逐漸升高。,靠近漏極端的PN結(jié)的反偏電壓高，源極端的反偏電壓低。,耗盡層產(chǎn)生不均勻的變寬：,漏極端寬、源極端窄。,若柵漏極間不出現(xiàn)夾斷區(qū)域，溝道電阻基本上決定于柵源電壓uGS。,電流iD將隨uDS的增大而線性增大，DS間呈現(xiàn)電阻特性。,N型硅片,uGS,uDS,uDS的增大使uGD等于UGS(off)時(shí)，漏極端的耗盡層就出現(xiàn)夾斷區(qū)。,稱u

30、GD=UGS(off)為預(yù)夾斷。,若uDS繼續(xù)增大，耗盡層閉合部分沿溝道方向延伸。,這時(shí)，一方面自由電子從漏極向源極定向移動(dòng)所受阻力加大，從而導(dǎo)致iD減??；,另一方面，隨著uDS的增大，使漏源極間的縱向電場(chǎng)增強(qiáng)，也必然導(dǎo)致iD增大。,實(shí)際上，這兩種趨勢(shì)相抵消，uDS的增大幾乎全部降落在夾斷區(qū)，用于克服夾斷區(qū)對(duì)iD形成的阻力。,在uGDUGS(off)的情況下，即溝道夾斷后，uDS增大時(shí)iD幾乎不變。,即iD幾乎僅僅決定于uGS，表現(xiàn)出iD的恒流特性。,在uGDUGS(off)的情況下，對(duì)應(yīng)于確定的uGS，就有確定的iD。,可以通過(guò)改變uGS來(lái)控制iD的大小。,場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件。,場(chǎng)效應(yīng)管

31、用gm來(lái)描述動(dòng)態(tài)的柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用，稱gm為低頻跨導(dǎo)。,小結(jié)：,（1）在uGD=uGS-uDSUGS(off)的情況下，即溝道沒被夾斷時(shí)，對(duì)應(yīng)于不同的uGS，D-S間等效為不同阻值的電阻。,（2）當(dāng)uDS使uGD=uGS(off)時(shí)，D-S之間預(yù)夾斷。,（3）當(dāng)uDS使uGDUGS(off)時(shí)，漏極電流iD幾乎僅僅決定于柵源電壓uGS。,三、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的伏安特性,1、輸出特性曲線,輸出特性曲線是指當(dāng)uGS為常量時(shí)，iD與uDS之間的關(guān)系曲線，即,對(duì)應(yīng)于一個(gè)uGS，就有一條曲線，因此輸出特性曲線為一族曲線。,uDS(V),iD(mA),-3V,-5V,-4V,-2V,-1V,uGS

32、=0V,預(yù)夾斷線，uGD=UGS(off),1）可變電阻區(qū),uGDUGS(off)，溝道還沒夾斷。,不同的uGS，曲線斜率不同，,D-S間有不同的電阻。,夾斷區(qū),uGSUGS(off)，溝道夾斷,恒流區(qū),uGDUGS(off),利用場(chǎng)效應(yīng)管作放大管時(shí)，應(yīng)使其工作在該區(qū)域。,2、轉(zhuǎn)移特性曲線,轉(zhuǎn)移特性曲線是指當(dāng)uDS為常量時(shí)，iD與uGS之間的關(guān)系曲線，即,在輸出特性曲線的恒流區(qū)中做橫軸的垂線，讀出垂線與各曲線相交的坐標(biāo)值；,建立uGS、iD坐標(biāo)系，描點(diǎn)、連線即為轉(zhuǎn)移特性曲線。,漏極飽和電流,1.4.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（MOS管）,MOS管有四種類型：N溝道增強(qiáng)型管、N溝道耗盡型管，P溝道增強(qiáng)型管、P溝道耗盡型管。,凡uGS=0時(shí)iD =0的管子，均屬于增強(qiáng)型管；,凡uGS=0時(shí)iD0的管子，均屬于耗盡型管。,N溝道,耗盡型,增強(qiáng)型,P溝道,一、N溝道增強(qiáng)型MOS管,1、N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu),P型襯底，摻雜濃度低,兩個(gè)高摻雜N+區(qū),SiO2絕緣層,金屬鋁,基極（B）,P,2、工作原理（以N溝道為例）,兩個(gè)N+區(qū)間截止,UGS=0時(shí),DS間相當(dāng)于兩個(gè)反接的PN結(jié),E,uGS0 且u GS不太大時(shí),空穴,F,SiO2下面