第1章常用半导体器件

1、第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-1)第一章第一章常用半导体器件常用半导体器件模拟电子技术基础模拟电子技术基础第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-2)第一章第一章 常用半导体器件常用半导体器件 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识 1.2 半导体二极管半导体二极管 1.3双极型晶体管双极型晶体管 1.4场效应管场效应管第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-3)1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属一，金属一般都是导

2、体（电阻率般都是导体（电阻率1010-6-61010-3-3）。）。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡皮、，如橡皮、陶瓷、塑料和石英（电阻率陶瓷、塑料和石英（电阻率10109 910102020） 。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和一，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等（电阻率些硫化物、氧化物等（电阻率1010-3-310109 9） 。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-4)半导体半导体的导电机理不同于其它物质，

3、所以它具有的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时，它的导电能当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化热敏性或光敏性。力明显变化热敏性或光敏性。 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变掺杂性。它的导电能力明显改变掺杂性。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-5)1.1.1 本征半导体本征半导体一、本征半导体的结构特点一、本征半导体的结构特点GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。现代电子学中，用的

4、最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。的最外层电子（价电子）都是四个。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-6)本征半导体：本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价，共用一对价电子

5、。电子。硅和锗的晶硅和锗的晶体结构：体结构：第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-7)硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-8)共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自自由电子由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。本征半导体的导

6、电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。则排列，形成晶体。+4+4+4+4第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-9)二、本征半导体的导电机理二、本征半导体的导电机理在绝对在绝对0度度（T=0K）和没有外界激发时和没有外界激发时, ,价价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即可以运动的带电粒子（即载流子载流子），它的导电），它的导电能力为能力为 0，相当于绝

7、缘体。，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由自由电子电子，同时共价键上留下一个空位，称为，同时共价键上留下一个空位，称为空穴空穴。1.1.载流子、自由电子和空穴载流子、自由电子和空穴第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-10)+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-11)2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子空

8、穴吸引附近的电子来填补，这样的结果来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流可以认为空穴是载流子。子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-12)温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一能的一个重要的外部因素，这是半导体的

9、一大特点。大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电子电流。自由电子移动产生的电子电流。 2. 空穴移动产生的空穴电流。空穴移动产生的空穴电流。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-13)1.1.2 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质（在本征半导体中掺入某些微量的杂质（元素元素），），就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。掺杂半导体的某种载流子

10、浓度大大增加。P 型半导体：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。称为（空穴半导体）。N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。也称为（电子半导体）。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-14)一、一、N 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素五价元素磷磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻

11、的半导体原子形成共价键，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为子给出一个电子，称为施主原子施主原子。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-15)+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子N 型半导体中型半导体中的载流子是什的载流子是什么？么？1 1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子

12、相同。2 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。、本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流多数载流子子（多子多子），空穴称为），空穴称为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-16)二、二、P 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素三价元素，如硼，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼

13、原子的最外层有三个价电子，与相邻的取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为原子接受电子，所以称为受主原子受主原子。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-17)三、杂质半导体的示意表示法三、杂质半导体的示意表示法P 型半导体型半

14、导体+N 型半导体型半导体杂质杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。近似认为多子与杂质浓度相等。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-18)1.1.3 PN1.1.3 PN结结一、一、 PN PN 结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导型半导体和体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了交界面处就形成了PN 结。结。第第1 1章

15、章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-19)P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E漂移运动漂移运动扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。荷区越宽。内电场越强，就使漂移内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。间电荷区变薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-20)漂移运动漂移运动P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，所以扩散和漂移这一对相反

16、的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-21)+空间电空间电荷区荷区N型区型区P型区型区电位电位VV0第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-22)1 1、空间电荷区中没有载流子。、空间电荷区中没有载流子。2 2、空间电荷区中内电场阻碍、空间电荷区中内电场阻碍P P中的空穴、中的空穴、N区区 中的电子（中的电子（都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩散扩散运动运动）。）。3 3、P 区中的电子和区中的电子和 N区中的空穴（区中的

17、空穴（都是少都是少），），数量有限，因此由它们形成的电流很小。数量有限，因此由它们形成的电流很小。注意注意: :第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-23)二、二、 PNPN结的单向导电性结的单向导电性 PN 结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意思都是的意思都是： P 区区加正、加正、N 区加负电压。区加负电压。 PN 结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是： P区区加负、加负、N 区加正电压。区加正电压。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-24)+RE1 1、PN 结正向偏置结正向偏置内电场内电场外电场外电场变薄变

18、薄PN+_内电场被削弱，多子内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成的扩散加强能够形成较大的扩散电流。较大的扩散电流。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-25)2 2、PN 结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被被加强，多子内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反限，只能形成较小的反向电流。向电流。RE第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-26)三、三、 PNPN结的电流方程结的电流方程) 1() 1(TUuSkTquSeIeIi其中：其中：mVqkTU

19、T26称为称为温度电压当量温度电压当量。理论分析表明：理论分析表明：SI称为称为反向饱和电流反向饱和电流。TUuSeIiu 0SIiu 0称为称为正向特性正向特性。称为称为反向特性反向特性。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-27) 四、伏安特性四、伏安特性图1.1.10 PN结的伏安特性第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-28)五、五、 二极管的极间电容二极管的极间电容PNPN结存在有电容，此电容由两部分组成：结存在有电容，此电容由两部分组成：势垒电势垒电容容Cb和和扩散电容扩散电容Cd。势垒电容：势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，势垒区

20、是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是的电容是势垒电容势垒电容。扩散电容：扩散电容：为了形成正向电流为了形成正向电流（扩散电流），注入（扩散电流），注入P 区的少子区的少子（电子）在（电子）在P 区有浓度差，越靠区有浓度差，越靠近近PN结浓度越大，即在结浓度越大，即在P 区有电区有电子的积累。同理，在子的积累。同理，在N区有空穴的区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷积累。正向电流大，积累的电荷多。多。这样所产生的电容就是扩散这样所产生的电容就是扩散电容电容CD。P+-N第第1 1章章 常

21、用半导体器件常用半导体器件结束(1-29)CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。PN结高频小信号时的等效电路：结高频小信号时的等效电路：势垒电容和扩散电势垒电容和扩散电容的综合效应容的综合效应rd第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-30)1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.11.2.1半导体二极管的几种常见结构半导体二极管的几种常见结构PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。图1.2.1 二极管的几种外形第

22、第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-31)图图1.2.2 二极管的几种常见结构二极管的几种常见结构第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-32)1.2.21.2.2二极管的伏安特性二极管的伏安特性一、二极管和一、二极管和PNPN结伏安特性的区别结伏安特性的区别图图1.2.3 二极管的伏安特性二极管的伏安特性开启电压开启电压第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-33)二、温度对二极管伏安特性的影响二、温度对二极管伏安特性的影响1.1.温度每升高温度每升高11，正向压降减小，正向压降减小2 22.5mV2.5mV；2.2.温度每升高温度每升高1010，

23、反向电流约增大一倍；，反向电流约增大一倍；第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-34)1.2.3二极管的主要参数二极管的主要参数1. 最大整流电流最大整流电流 IF 二极管长期使用时，允许流过二极管的最二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。大正向平均电流。2. 反向击穿电压反向击穿电压U(BR) 二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压最高反向工作电压UR一般是一般是U(BR)的一半。的一半

24、。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-35)3. 反向电流反向电流 IR 指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。4. 最高工作频率最高工作频率fM二极管的上限频率二极管的上限频率第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器

25、件结束(1-36)1.2.4二极管的等效电路二极管的等效电路 在一定的条件下，用线性元件所构成的电在一定的条件下，用线性元件所构成的电路来近似模拟二极管的特性，并用之取代电路路来近似模拟二极管的特性，并用之取代电路中的二极管。能够模拟二极管特性的电路称为中的二极管。能够模拟二极管特性的电路称为二极管的二极管的等效电路等效电路，也称为二极管的，也称为二极管的等效模型等效模型。一、由伏安特性折线化得到的等效电路一、由伏安特性折线化得到的等效电路1.理想二极管等效电路理想二极管等效电路2.理想二极管与恒压源串联的等效电路理想二极管与恒压源串联的等效电路3.折线等效电路折线等效电路第第1 1章章 常用

26、半导体器件常用半导体器件结束(1-37)图1.2.4 由伏安特性折线化得到的等效电路二极管：二极管：死区电压死区电压=0 .5V；正向压降；正向压降 0.10.3V(锗二锗二极管极管) ；正向压降；正向压降 0.60.8V(硅二极管硅二极管)理想二极管：理想二极管：死区电压死区电压=0 ，正向压降，正向压降=0 第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-38)iDuDIDUDQ iD uDrd 是二极管特性曲线上工是二极管特性曲线上工作点作点Q 附近电压的变化与附近电压的变化与电流的变化之比：电流的变化之比：DDdiur显然，显然，rd是对是对Q附近的微小附近的微小变化区域内的电阻

27、。变化区域内的电阻。二、二极管的微变等效电路动态电阻二、二极管的微变等效电路动态电阻第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-39)TDUuTSDUuSDDDDdUIeUIdueIddudiuirTDTD)1(1DTdIUr 由由PN结方程得结方程得则微变等效电阻为则微变等效电阻为第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-40)RLuiuouiuott二极管的应用举例二极管的应用举例1：二极管半波整流二极管半波整流第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-41)二极管的应用举例二极管的应用举例2：tttuiuRuoRRLuiuRuo第第1 1章章 常用半导体

28、器件常用半导体器件结束(1-42)一、一、 稳压二极管的伏安特性稳压二极管的伏安特性UIIZIZmax UZ IZ稳压稳压误差误差曲线越陡，曲线越陡，电压越稳电压越稳定。定。+-UZ动态电阻：动态电阻：ZZIUZrrz越小，稳越小，稳压性能越好。压性能越好。1.2.5稳压二极管稳压二极管第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-43)（4）稳定电流稳定电流IZ、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗）最大允许功耗maxZZZMIUP（1）稳定电压稳定电压 UZ（2）电压温度系数电压温度系数 U（%/） 表示温度每变化表示温度每变化1 稳压值的

29、变化量。稳压值的变化量。（3）动态电阻）动态电阻ZZIUZr二、二、 稳压管的主要参数稳压管的主要参数第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-44)稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用举例uoiZDZRiLiuiRL9mA 24mA, V,10minmaxzzzWIIU稳压管的技术参数稳压管的技术参数:k10LR负载电阻负载电阻 。要求要求当输入电压由正常值发当输入电压由正常值发生生 20%波动时，负载电压基本不变。波动时，负载电压基本不变。解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为流为Izmax 。求：求：电阻电阻R和输入电压和输入电压

30、 ui 的正常值。的正常值。mA25maxLZWzRUIi102521RUiRu.zWi方程方程1第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-45)令输入电压降到下限令输入电压降到下限时，流过稳压管的电时，流过稳压管的电流为流为Izmin 。mA10minLZWzRUIi10108 . 0RUiRuzWi方程方程2uoiZDZRiLiuiRL联立方程联立方程1、2，可解得：，可解得：k50V7518.R,.ui第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-46)一、一、 发光二极管发光二极管有正向电流流过时，发出一定波长范有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可

31、以发出从红外围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似。极管类似。1.2.6 其它类型二极管其它类型二极管第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-47)图1.2.12 发光二极管第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-48)反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。二、二、 光电二极管光电二极管图1.2.13 光电二极管的外形和符号第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-49)图1.2.14 光电二极管的伏安特性第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1

32、-50)1.3 双极型晶体管双极型晶体管图1.3.1 晶体管的几种常见外形第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-51)1.3.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-52)BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高内部条件内部条件第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-53)BECNNP基

33、极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-54)BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-55)1.3.2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用BECNNPVBBRBVCCIEIBE发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基区断向基区扩散，形扩散，形成发射极成发射极电流电流IE。一、晶体管内部载流子的运动一、晶体管内部载流子的运动进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合，形成空穴复合，形成电流电流IB

34、E ，多数，多数扩散到集电结。扩散到集电结。外部条件外部条件基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散可的扩散可忽略。忽略。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-56)BECNNPVBBRBVCCIE集电结反偏，集电结反偏，有少子形成的有少子形成的反向电流反向电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE从基区扩从基区扩散来的电散来的电子作为集子作为集电结的少电结的少子，漂移子，漂移进入集电进入集电结而被收结而被收集，形成集，形成ICE。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-57)IB= IBN +IEP-ICBO IBEIBBECNNPEBRBE

35、CIEICBOICNIC=ICN+ICBO ICNIEP二、晶体管的电流分配关系二、晶体管的电流分配关系IE= IEN +IEP= ICN+ IBN+ IEP IE= IB +IC第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-58)ICN与与IB 之比称为电流放大倍数之比称为电流放大倍数要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。集电结反偏。BCCBOBCBOCBCNIIIIIIII三、晶体管的共射三、晶体管的共射电流放大系数电流放大系数CEOBCBOBCIIIII)1 (BCIIBEII)1 (第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器

36、件结束(1-59)晶体管的共基晶体管的共基电流放大系数电流放大系数ECNIIECBOECIIII11或BCiiECii第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-60)1.3.3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 实验线路实验线路第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-61)一、一、输入特性曲线输入特性曲线UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降： 硅管硅管UBE 0.60.8V,锗锗管管UBE 0.10.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死区电死区电压，硅管压，硅管0.5

37、V，锗，锗管管0.2V。常数CEUBEBufi)(第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-62)二、二、输出特性曲线输出特性曲线IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满足此区域满足IC= IB称为称为线性区（放线性区（放大区）。大区）。当当UCE大于一大于一定的数值时，定的数值时，IC只与只与IB有关，有关，IC= IB。常数BICECufi)(第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-63)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE

38、 UBE,集电结正偏，集电结正偏， IBIC，UCE0.5V称为饱和区。称为饱和区。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-64)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止区：截止区：发射结反偏，集电结反偏。发射结反偏，集电结反偏。即：即：UBE 死区电压，死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-66)例：例： =50， U =12V， RB =70k ， RC =6k 当当USB

39、 = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？当当USB = -2V时：时：ICUCEIBURBUSBCBERCUBEmA2612maxCCCRUIIB=0 ， IC=0IC最大饱和电流：最大饱和电流：Q位于截止区位于截止区 第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-67)例：例： =50， U=12V， RB =70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？IC Icmax(=2 mA)， Q位于饱和区。位于饱和区。(实际上，此时实际上，此时IC和和

40、IB 已不是已不是 的关系的关系）mA061070705.RUUIBBESBB5mA03mA061050.IIBC第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-69)前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：BCII_工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为直流上的交流信号。基极电流的变化量为 IB，相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化

41、为 IC，则则交流电流放交流电流放大倍数大倍数为：为：BIIC1. 电流放大倍数电流放大倍数和和 _1.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-70)例：例：UCE=6V时时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。5 .3704. 05 . 1_BCII4004. 006. 05 . 13 . 2BCII在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理： =第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-71)2.集集- -基极反向截止电流基极反向截止电流ICBO AI

42、CBOICBO是集是集电结反偏电结反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流，受温流，受温度的变化度的变化影响。影响。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-72)BECNNPICBOICEO= (1+ ) ICBO IEP ICBOICBO进入进入N区，形成区，形成IEP根据放大关系，根据放大关系，由于由于ICBO的存的存在，必有电流在，必有电流 ICBO 。集电结反集电结反偏有偏有ICBO3. 集集- -射极反向截止电流射极反向截止电流ICEOICEO受温度影响受温度影响很大，当温度上很大，当温度上升时，升时，ICEO增加增加很快，所以很快，所以IC也也相应增加。

43、相应增加。三极三极管的温度特性较管的温度特性较差差。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-73)4.集电极最大电流集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，值的下降，当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为流即为ICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCE超过一定的数值超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25 C、基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。VuCE

44、1CECCMuiP第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-74)6. 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管， 所发出的焦耳所发出的焦耳 热为：热为：PC =ICUCE 必定导致结温必定导致结温 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-75)7. 特征频率特征频率fT 电流放大系数下降到电流放大系数下降到1时的信号频率称为时的信号频率称为特征频率。特征频率。第第1 1章章 常用半导体器件常用

45、半导体器件结束(1-76)1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响温度对晶体管特性及参数的影响 一、温度对一、温度对ICBO的影响的影响 实验证明，温度每升高实验证明，温度每升高10， ICBO增加约一倍；增加约一倍；反之，当温度降低时反之，当温度降低时ICBO减小。另外，硅管比锗减小。另外，硅管比锗管受温度的影响要小得多。管受温度的影响要小得多。 二、温度对输入特性的影响二、温度对输入特性的影响 实验证明，温度每升高实验证明，温度每升高1， uBE大约下降大约下降22.5mV。对特性曲线的影响如。对特性曲线的影响如图图1.3.8所示。所示。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1

46、-77)图1.3.8 温度对晶体管输入特性的影响第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-78)三、温度对输出特性的影响三、温度对输出特性的影响图1.3.9 温度对晶体管输出特性的影响温度升高温度升高1，增加增加0.51。第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-79)1.3.6 光电三极管光电三极管图1.3.10 光电三极管的等效电路、符号和外形第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-80)图1.3.11 光电三极管的输出特性曲线第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-81)1.4 场效应管场效应管场效应管与双极型晶体管不同，它是多子场效应

47、管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种场效应管有两种:耗尽型场效应管和增强型场效应管耗尽型场效应管和增强型场效应管第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-82)N基底基底 ：N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极一、结型场效应管的工作原理一、结型场效应管的工作原理1.4.1 结型场效应管结型场效应管导电沟道导电沟道第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-83)实际结构实际结构第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-84)NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-85)PNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件结束(1-86)UDS=0V时时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，结反偏，UGS越大则耗尽区越越大则耗尽区越宽，导电沟道越宽，导电沟道越窄。窄。以以P沟道为例分析