电工电子技术第4章

1、4.1 半导体二极管半导体二极管共价健共价健 Si Si Si Si价电子价电子 Si Si Si Si价电子价电子这一现象称为本征激发。这一现象称为本征激发。空穴空穴自由电子自由电子 Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可变为自在常温下即可变为自由电子由电子失去一个电子变失去一个电子变为正离子为正离子 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴多子的扩散运动多子的扩散运动内电场内电场少子的漂移运动少子的漂移运动浓度差浓度差 扩散的结果使空间扩散的结果使空间电荷区变宽。电荷区变宽。+动画动画形成空间电荷区形成空间电荷区PN 结变窄结变窄 P接正、接正、N接负接负

2、外电场外电场IF内电场内电场PN+ 内电场被加内电场被加强，少子的漂强，少子的漂移加强，由于移加强，由于少子数量很少，少子数量很少，形成很小的反形成很小的反向电流。向电流。IR+阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N 型硅型硅( c ) 平面型平面型金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N 型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳( a ) 点接触型点接触型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN 结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线( b ) 面接触型面接触型阴极阴极阳极阳极( d ) 符号符号D反向击穿反向击穿电压电压U(BR)反向特性反向特性UI

3、PN+PN+定性分析：定性分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止 若二极管是理想的，若二极管是理想的，例例1：D6V12V3k BAUAB+例例2:mA43122DIBD16V12V3k AD2UAB+V sin18itu t UZIZIZM UZ IZ_+UIOZZ ZIUrNNPBECBECIBIEICBECIBIEICEEBRBRCBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIIICEOBCBOBC)(1 IIIII BC CEO III ，有有忽忽略略 即管子各电极

4、电压与电流的关系曲线，是管子内部载流即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。的依据。 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+常数CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VOIB=020 A40 A60 A80 A100 A常数B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)91

5、2O放大区放大区O BCII_ BCII 5 .3704. 05 . 1BCII4004. 006. 05 . 13 . 2BCII ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区ICUCEO4.3 场效应晶体管场效应晶体管 (FET)场效应晶体管与双极型晶体管不同，它是场效应晶体管与双极型晶体管不同，它是电压控制元件电压控制元件，输出电流取决于输入电压，不需要信号源提供电流；输出电流取决于输入电压，不需要信号源提供电流；输入电阻输入电阻高高（可达（可达1091015 ），），温度稳定性好温度稳定性好。耗尽型耗尽型增强型增强型（PMOS管）管）（NMOS管）

6、管）P沟道沟道N沟道沟道绝缘栅型绝缘栅型MOS管管 结型结型JFET管管P沟道沟道N沟道沟道（PMOS管）管）（NMOS管）管）分类分类:（六种类型）（六种类型） P沟道沟道N沟道沟道4.3.1 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管结构和符号结构和符号P型衬底型衬底 绝缘栅场效应管是一种金属绝缘栅场效应管是一种金属(M)-氧化物氧化物(O)-半导体半导体(S)结构结构的场效应管，简称为的场效应管，简称为MOS（Metal Oxide Semiconductor）管）管 金属铝电极金属铝电极 两个两个N+区区PN+ N+G(栅极栅极)S(源极源极)D(漏极漏极)1.沟道增强型沟道增强型MOS管管 SiO

7、2绝缘层绝缘层沟道沟道 GSD增强型增强型NMOS管管栅极栅极 漏极漏极 源极源极 b衬底衬底P沟道增强型沟道增强型MOS管结构图管结构图GSD增强型增强型PMOS管管栅极栅极 漏极漏极 源极源极 b衬底衬底NP+ P+GSDUGS 0 感应出电子，出现以电子感应出电子，出现以电子导电的导电的N型导电沟道型导电沟道 工作原理工作原理 UDSUGSPN+ N+GSDUGS=0时时ID=0UGSUTID0当当UGS = 0时时 , UDS0， 但但ID = 0。 UDS一定，一定，UGS值越大，值越大，电场作用越强，导电的电场作用越强，导电的沟道越宽，沟道电阻越沟道越宽，沟道电阻越小，小，ID就越

8、大。就越大。开启电压开启电压UT (UGS(th) 当当UGSUT , UDS0时时 , UGS ID 。SD 输出特性输出特性 I D(mA) 区区 区区 区区UGS=5V4.5V4V3.5V3V2.5V (UT)0 2 4 6 8 UDS(V)25413常数常数 GS)(DSDUUfI恒流区（恒流区（ 区）：区）：UGSUT，UDS较大时，较大时， UGS一定，则一定，则ID不变（不变（恒流恒流）。用跨导）。用跨导gm来表示来表示UGS对对ID的控制作用。的控制作用。 可 变 电 阻 区 （可 变 电 阻 区 （ 区 ） ：区 ） ： UGSUT，UDS很小很小场效应管相当于一个压控电阻场

9、效应管相当于一个压控电阻 UGD=UGSVDSUT 时时常常数数 DSGSDUmUIg截止区：截止区：UGSUT 电流电流ID=0管子处于截止状态。管子处于截止状态。击穿区（击穿区（区）区）:当当UDS太大时，太大时，PN结反向击穿，结反向击穿， 使使ID急急剧增加，会造成管子损坏。剧增加，会造成管子损坏。12ID(mA) 4UT0 2 4 6 8 UGS(V)826UDS=常数常数 转移转移特性特性 常常数数 DS)(GSDUUfI2TGSDSSD1）（UUII 其中其中IDSS是是UGS=2UT 时的时的ID值值 2.沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管 GSD耗尽耗尽型型NMOS管管栅极栅极

10、漏极漏极 源极源极 b衬底衬底GSPN+ N+D预埋了导电沟道预埋了导电沟道 I D(mA)3V2V1VUGS= 0V-1V-2V0 4 8 12 14 UDS(V)410 826区区区区区区-4 -2 0 2 4 UGS(V)ID(mA) 4UP826UDS=常数常数 耗尽型耗尽型NMOS管输出特性管输出特性耗尽型耗尽型NMOS管转移特性管转移特性UP (UGS(off)夹断电压夹断电压 UGS = UP (UGS(off) 时，导电沟道消失，时，导电沟道消失，ID0 UGS沟道沟道加宽加宽ID， UGS沟道变窄沟道变窄ID1. 场效应管的特点场效应管的特点 （1）在场效应管中，沟道是唯一的

11、导电通道，导电过程只）在场效应管中，沟道是唯一的导电通道，导电过程只有一种极性的多数载流子，为有一种极性的多数载流子，为单极型管单极型管； （2）场效应管是通过栅源）场效应管是通过栅源UGS电压来控制电流电压来控制电流ID，为，为压控压控元件元件； （3）场效应管）场效应管输入电阻大输入电阻大，输出电阻输出电阻； （4）场效应管的跨导）场效应管的跨导gm的值小；的值小； （5）漏源极可互换使用；）漏源极可互换使用； （6）有较高的热稳定性。）有较高的热稳定性。4.3.2 场效应管的特点和主要参数场效应管的特点和主要参数 2.场效应管的主要参数场效应管的主要参数 直流参数直流参数输入电阻输入电阻

12、RGS 耗尽型耗尽型MOS管的夹断电压管的夹断电压UP (UGS(off) )，增强型增强型MOS管的开启电压管的开启电压UT (UGS(th) )， 漏极饱和电流漏极饱和电流IDSS。 极限参数极限参数 最大漏极电流最大漏极电流IDM、最大耗散功率、最大耗散功率PDM 、漏源击穿电压、漏源击穿电压U（BR）DS。栅、源击穿电压。栅、源击穿电压U（BR）GS。极间电容极间电容：Cgs和和Cgd为为13pF，Cds约为约为0.11pF。极间电容的。极间电容的存在决定了管子的最高工作频率和工作速度存在决定了管子的最高工作频率和工作速度 单位：单位： mS 交流参数交流参数低频跨导低频跨导gm：当当UDS=常数，常数，常常数数 DSGSDmUdudig20020 ms51mg4210101471010对应电极对应电极