第1章半导体器件1

1、21.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体1.1.3 1.1.3 载流子的运动方式及形成的电流载流子的运动方式及形成的电流31. 1. 半导体及其材料半导体及其材料 导体导体 : : 电阻率电阻率小于小于1010-3-3cmcm绝缘体绝缘体: : 大于大于10108 8cmcm半导体半导体: : 介于导体和绝缘体之间。介于导体和绝缘体之间。常用半导体材料有常用半导体材料有: : 硅（硅（SiSi）、锗（锗（GeGe）等）等1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体4掺杂性：在纯净的半导体中掺入某些

2、杂质，其电阻掺杂性：在纯净的半导体中掺入某些杂质，其电阻 率大大下降而导电能力显著增强。率大大下降而导电能力显著增强。据此可据此可 制作各种半导体器件，如二极管和三极管制作各种半导体器件，如二极管和三极管 等。等。2. 2. 半导体特性半导体特性 1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体5光敏性：当受到光照时，半导体的电阻率随着光照增强而下光敏性：当受到光照时，半导体的电阻率随着光照增强而下降，其导电能力增强。降，其导电能力增强。据此可制作各种光敏元件，据此可制作各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。 2. 2. 半导体的特性半导体的特性

3、 热敏性：半导体的电阻率随着温度的上升而明显下降，其导热敏性：半导体的电阻率随着温度的上升而明显下降，其导电能力增强。电能力增强。据此可制作温度敏感元件，如热敏电据此可制作温度敏感元件，如热敏电阻。阻。1.1.1 本征半导体6半导体的原子结构半导体的原子结构: :化学成分纯净的半导体。在物理结构上呈化学成分纯净的半导体。在物理结构上呈单晶体形态。单晶体形态。 硅硅(Si) 锗锗(Ge)3. 3. 本征半导体概念本征半导体概念 1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体7半导体的共价键结构半导体的共价键结构4 共价键共价键共价键中的共价键中的两个价电子两个价电子原子核原子核3. 3. 本征半导

4、体概念本征半导体概念 1.1.1 本征半导体84 4. 4. 本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体本征激发产生的本征激发产生的 价电子受热或受光照价电子受热或受光照（即获得一定能量）后，可挣（即获得一定能量）后，可挣脱原子核的束缚，成为脱原子核的束缚，成为自由电自由电子子（带负电），同时共价键中（带负电），同时共价键中留下一个带正电的留下一个带正电的空穴空穴。本征激发产生的本征激发产生的94 4. 4. 本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体在本征激发下，本征半导体中在本征激发下，本征半导体中存在

5、两种能参与导电的载运电存在两种能参与导电的载运电荷的粒子荷的粒子( (载流子载流子) )：自由电子回到共自由电子回到共价键结构中的现象。此时电价键结构中的现象。此时电子空穴成对消失。子空穴成对消失。104. 4. 本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体自由电子和自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。11 1.1.1 本征半导体 小结小结（1） 半导体及其

6、材料（2） 半导体特性（3） 本征半导体概念（4） 本征半导体的导电机理12 在本征半导体中掺入微量其它元素而得到在本征半导体中掺入微量其它元素而得到的半导体。的半导体。杂质半导体可分为：杂质半导体可分为： N N型型( (电子电子) )半导体和半导体和P P型型( (空穴空穴) )半导体两类。半导体两类。1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体13 1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体1.N1.N型半导体型半导体 在本征半导体中掺入微量在本征半导体中掺入微量物质（磷、砷等）而得到物质（磷、砷等）而得到的杂质半导体。的杂质半导体。 结构图结构图141.1.2 1.1.2 杂质半导体

7、杂质半导体 掺杂后，某些位置上的掺杂后，某些位置上的硅原子被硅原子被5 5价杂质原子（如磷价杂质原子（如磷原子）取代。磷原子的原子）取代。磷原子的5 5个价个价电子中，电子中，4 4个价电子与邻近硅个价电子与邻近硅原子的价电子形成共价键，剩原子的价电子形成共价键，剩余价电子只要获取较小能量即余价电子只要获取较小能量即可成为可成为。同时，提供电子的磷原子因带正电荷而成为。同时，提供电子的磷原子因带正电荷而成为。电子和正离子成对产生。上述过程称为。电子和正离子成对产生。上述过程称为称为称为1. N 1. N 型半导体型半导体15这种电子为多数载流子的杂质半导体称为这种电子为多数载流子的杂质半导体称

8、为N N型半导体。型半导体。1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体可见：在可见：在N N型半导体中型半导体中（简称（简称）；）；（简称（简称）。）。N N型半导体中还存在来自于热激发的电子型半导体中还存在来自于热激发的电子- -空穴对。空穴对。1.N 1.N 型半导体型半导体16 在本征半导体中掺入微量在本征半导体中掺入微量物质（硼、铝等）而得到物质（硼、铝等）而得到的杂质半导体的杂质半导体。结构图结构图1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体2.P2.P型半导体型半导体171.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体 掺杂后，某些位置上的掺杂后，某些位置上的硅原子被硅原子被3 3价

9、杂质原子（如硼价杂质原子（如硼原子）取代。硼原子有原子）取代。硼原子有3 3个价个价电子，与邻近硅原子的价电子电子，与邻近硅原子的价电子构成共价键时会形成构成共价键时会形成，导致共价键中的电子很容易导致共价键中的电子很容易运动到这里来。同时，接受一个电子的硼原子因带负电荷而成为运动到这里来。同时，接受一个电子的硼原子因带负电荷而成为不能移动的不能移动的。空穴和负离子成对产生。空穴和负离子成对产生。上述过程称为上述过程称为接受电子的杂质称为接受电子的杂质称为2. P2. P型半导体型半导体18这种空穴为多数载流子的杂质半导体称为这种空穴为多数载流子的杂质半导体称为P P型半导体。型半导体。1.1

10、.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体可见：在可见：在P P型半导体中型半导体中( (简称简称) ,) ,（简称（简称）。）。P P型半导体中还存在来自于热激发的电子型半导体中还存在来自于热激发的电子- -空穴对。空穴对。2.P2.P型半导体型半导体19载流子受扩散力的作用所作的运动称为扩散运动。载流子受扩散力的作用所作的运动称为扩散运动。载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。 扩散电流大小与载流子浓度梯度成正比扩散电流大小与载流子浓度梯度成正比1.1.3 1.1.3 载流子运动方式及形成电流载流子运动方式及形成电流1.1.扩散运动及扩散电流扩散运动及

11、扩散电流20载流子在电场力作用下所作的运动称为漂移运动。载流子在电场力作用下所作的运动称为漂移运动。载流子漂移运动所形成的电流称为漂移电流。载流子漂移运动所形成的电流称为漂移电流。 漂移电流大小与电场强度成正比漂移电流大小与电场强度成正比1.1.3 1.1.3 载流子运动方式及形成电流载流子运动方式及形成电流2.2.漂移运动及漂移电流漂移运动及漂移电流211.2 PN1.2 PN结与晶体二极管结与晶体二极管1.2.1 PN1.2.1 PN结的基本原理结的基本原理1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管1.2.3 1.2.3 晶体二极管应用电路举例晶体二极管应用电路举例221. PN1. P

12、N结的形成结的形成 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理 在一块本征半导体的两在一块本征半导体的两边掺以不同的杂质，使其一边掺以不同的杂质，使其一边形成边形成P P型半导体，另一边型半导体，另一边形成形成N N型半导体，则在它们型半导体，则在它们交界处就出现了电子和空穴交界处就出现了电子和空穴的浓度差，于是的浓度差，于是P P区空穴向区空穴向N N区扩散，区扩散，N N区电子向区电子向P P区扩散。区扩散。 另一方面，随着扩散运动的进行，另一方面，随着扩散运动的进行，P P区一边失去空穴留下负区一边失去空穴留下负离子，离子，N N区一边失去电子留下正离子，形成空间电荷区，产生区

13、一边失去电子留下正离子，形成空间电荷区，产生内建电场。电场方向由内建电场。电场方向由N N区指向区指向P P区，有利于区，有利于P P区和区和N N区的少子漂区的少子漂移运动，而阻止多子扩散运动。移运动，而阻止多子扩散运动。231.PN1.PN结的形成结的形成 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理扩散交界处的浓度差P区的一些空穴向N区扩散N区的一些电子向P区扩散P区留下带负电的受主离子N区留下带正电的施主离子内建电场漂移电流扩散电流PN 结动态平衡24U：势垒电压U= 0.60.8V （硅）或 0.20.3V （锗）PNPN结平衡结平衡空间电荷区空间电荷区/ /耗尽层耗尽层U内

14、建电场内建电场1. PN1. PN结的形成结的形成 1.2.1 PN结基本原理25小结小结n 载流子的扩散运动和漂移运动既互相联系又互相矛盾。载流子的扩散运动和漂移运动既互相联系又互相矛盾。n 漂移运动漂移运动= =扩散运动时，扩散运动时，PNPN结形成且处于动态平衡状态。结形成且处于动态平衡状态。 PNPN结没有电流通过。结没有电流通过。1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理262. PN2. PN结的特性结的特性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理27(1)(1)单向导电性单向导电性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理2. PN2. PN结

15、的特性结的特性 28加偏压时加偏压时的耗尽层的耗尽层UUU合成电场合成电场(1)(1)单向导电性单向导电性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理2. PN2. PN结的特性结的特性 PNPN外加正向电压时，内建外加正向电压时，内建电场被削弱，势垒高度下电场被削弱，势垒高度下降，空间电荷区宽度变窄，降，空间电荷区宽度变窄，这使得这使得P P区和区和N N区能越过这区能越过这个势垒的个势垒的数量数量大大增加，形成较大的大大增加，形成较大的。 未加偏压时的耗尽层未加偏压时的耗尽层29流过流过PNPN结的电流随外加电结的电流随外加电压压U U的增加而迅速上升，的增加而迅速上升，PNPN

16、结呈现为小电阻。该状态结呈现为小电阻。该状态称：称：加正向偏压加正向偏压时的耗尽层时的耗尽层UUU合成电场合成电场1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理未加偏压时的耗尽层未加偏压时的耗尽层30加反向偏压加反向偏压时的耗尽层时的耗尽层UU+U合成电场合成电场(1)(1)单向导电性单向导电性 2. PN2. PN结的特性结的特性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理PNPN外加反向电压时，内建外加反向电压时，内建电场被增强，势垒高度升电场被增强，势垒高度升高，空间电荷区宽度变宽。高，空间电荷区宽度变宽。这就使得多子扩散运动很这就使得多子扩散运动很难进行，扩散电流趋于零

17、，难进行，扩散电流趋于零，而而更容易产生更容易产生 。 未加偏压时的耗尽层未加偏压时的耗尽层31加反向偏压加反向偏压时的耗尽层时的耗尽层UU+U合成电场合成电场流过流过PNPN结的电流称为反结的电流称为反向饱和电流向饱和电流( (即即I IS S) )，PNPN结结呈现为大电阻。该状态呈现为大电阻。该状态称：称：1.2.1 PN结基本原理未加偏压时的耗尽层未加偏压时的耗尽层32小结小结n PNPN结加正向电压时结加正向电压时，正向扩散电流远大于漂移电流，正向扩散电流远大于漂移电流，PNPN结结导通导通；PNPN结加反向电压时结加反向电压时，仅有很小的反向饱和电流，仅有很小的反向饱和电流I IS

18、 S，考虑到考虑到I IS S 0 0，则认为，则认为PNPN结截止结截止。n PNPN结正向导通、反向截止的特性称结正向导通、反向截止的特性称PNPN结的结的。1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理33PNPN结外加反向电压且电压值超过一定限度时，反向结外加反向电压且电压值超过一定限度时，反向电流急剧增加而结两端电压基本不变的现象。电流急剧增加而结两端电压基本不变的现象。(2)(2)击穿特性击穿特性 2. PN2. PN结的特性结的特性 1.2.1 1.2.1 PNPN结基本原理结基本原理击穿不一定导致损坏。击穿不一定导致损坏。利用利用PNPN结击穿特性可以制作稳压管。结击穿特

19、性可以制作稳压管。34雪崩击穿雪崩击穿击穿分类击穿分类(2)(2)击穿特性击穿特性 2. PN2. PN结的特性结的特性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理 齐纳击穿齐纳击穿35雪崩击穿雪崩击穿( (碰撞击穿碰撞击穿) )时，空间电荷区的合成电场较强，通过空间时，空间电荷区的合成电场较强，通过空间电荷区的电子在强电场的作用下加速获得很大的动能，于是电荷区的电子在强电场的作用下加速获得很大的动能，于是有可能和晶体结构中的外层电子碰撞而使其脱离原子核的束有可能和晶体结构中的外层电子碰撞而使其脱离原子核的束缚。被撞出来的载流子在电场作用下获得能量之后，又可以缚。被撞出来的载流子在电

20、场作用下获得能量之后，又可以去碰撞其它的外层电子，这种连锁反应就造成了载流子突然去碰撞其它的外层电子，这种连锁反应就造成了载流子突然剧增的现象，犹如雪山发生雪崩那样，所以这种剧增的现象，犹如雪山发生雪崩那样，所以这种 。(2)(2)击穿特性击穿特性 2. PN2. PN结的特性结的特性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理36齐纳击穿齐纳击穿( (电场击穿电场击穿) )当当，空间电荷区中的电场强度达到，空间电荷区中的电场强度达到10105 5V Vcmcm以以上时，可把共价键中的电子拉出来，产生电子上时，可把共价键中的电子拉出来，产生电子- -空穴对，使载空穴对，使载流子突然增

21、多，产生击穿现象，称为齐纳击穿。流子突然增多，产生击穿现象，称为齐纳击穿。掺入杂质浓度小的掺入杂质浓度小的PNPN结中，结中，雪崩击穿雪崩击穿是主要的，击穿电压一般是主要的，击穿电压一般在在6V6V以上以上；在掺杂很重的；在掺杂很重的PNPN结中，结中，齐纳击穿齐纳击穿是主要的，击穿电是主要的，击穿电压一般在压一般在6V6V以下以下。击穿电压在。击穿电压在6V6V左右左右的的PNPN结常兼有结常兼有两种击穿现两种击穿现象象。(2)(2)击穿特性击穿特性 2. PN2. PN结的特性结的特性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理37PNPN结存在电容效应。这将限制器件工作频率。结

22、存在电容效应。这将限制器件工作频率。 势垒电容势垒电容TC 扩散电容扩散电容DC(3)(3)电容特性电容特性 2. PN2. PN结的特性结的特性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理38 )/(0UUCCTT 由势垒区内电荷存储效应引起。势垒区相当于介质，它两边的由势垒区内电荷存储效应引起。势垒区相当于介质，它两边的P P区和区和N N区相当于金属。当外加电压改变时，势垒区的电荷量改区相当于金属。当外加电压改变时，势垒区的电荷量改变引起的电容效应，称为势垒电容。变引起的电容效应，称为势垒电容。C CT T值随外加电压的改变而改变，为非线性电容。值随外加电压的改变而改变，为非线

23、性电容。(3)(3)电容特性电容特性 2. PN2. PN结的特性结的特性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理39C CD D 值与值与PNPN结的正向电流结的正向电流I I成正比成正比 。由势垒区两侧的由势垒区两侧的P P区和区和N N区正负电荷混合贮存所产生。区正负电荷混合贮存所产生。PNPN结加正向结加正向电压时电压时P P区的空穴注入到区的空穴注入到N N区，吸引区，吸引N N区带负电的电子到其附近；区带负电的电子到其附近； 同时，同时，N N区的电子注入到区的电子注入到P P区，吸引区，吸引P P区里带正电的空穴到其附近。区里带正电的空穴到其附近。它们不会立即复合，

24、而有一定的寿命，从而形成势垒区两侧正负它们不会立即复合，而有一定的寿命，从而形成势垒区两侧正负电荷混合贮存的现象。呈现出的电容效应称为扩散电容。电荷混合贮存的现象。呈现出的电容效应称为扩散电容。(3)(3)电容特性电容特性 2. PN2. PN结的特性结的特性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理 p p ：空穴寿命：空穴寿命 n n ：电子寿命：电子寿命U UT T ：热电压：热电压I: :正向电流正向电流40小结小结n PNPN结正向运用时结正向运用时 C CT T、C CD D同时存在，同时存在，C CD D起主要作用起主要作用n PNPN结反向运用时，只有结反向运用时，

25、只有C CT T 。(3)(3)电容特性电容特性 2. PN2. PN结的特性结的特性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理41点接触型点接触型 面结合型面结合型平面型平面型 符号符号 1. 1. 结构与符号结构与符号 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管42伏安特性图伏安特性图 2. 2. 伏安特性伏安特性 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管小电流范围近似呈指数规律，小电流范围近似呈指数规律，大电流时接近直线。大电流时接近直线。 存在门限电压存在门限电压UrUr 锗管锗管 Ur Ur 0.2V0.2V 硅管硅管 Ur Ur 0.6V0.6V 43伏安特性图伏

26、安特性图 2. 2. 伏安特性伏安特性 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管存在反向饱和电流存在反向饱和电流 I IS S曲线近似呈水平线，曲线近似呈水平线，略有倾斜略有倾斜44伏安特性图伏安特性图 2. 2. 伏安特性伏安特性 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管重要参数：重要参数：U UZ Z反向电流急剧增加而二反向电流急剧增加而二极管端压近似不变。极管端压近似不变。（） 45(c)(c)击穿特性击穿特性 (b)(b)反向特性反向特性(a)(a)正向特性正向特性T T 则则U Ur r T T 则则I IS S T T 则则U UZ Z ( (雪崩击穿雪崩击穿) )T T

27、则则U UZ Z ( (齐纳击穿齐纳击穿) )2. 2. 伏安特性伏安特性 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管46正向特性近似正向特性近似 ; 时时 sIi1/TUue反向特性近似反向特性近似 ; 时时TUuseIi/1/TUue2. 2. 伏安特性伏安特性 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管26 qkTUT式中式中：mV T=300K时时47表征性能表征性能性能参数性能参数表征安全工作范围表征安全工作范围极限参数极限参数3. 3. 主要参数主要参数 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管参数参数48定义定义 R RD D = U / I = U / I | |Q Q

28、点处点处 R RD D是是 u u 或或 i i 的函数的函数 3. 3. 主要参数主要参数 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管49定义定义 r rd d = d= du / u / d di i | |Q Q点处点处计算计算 r rd d = = U UT T / I/ IQ Q mVI26Q 3. 3. 主要参数主要参数 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管 ：影响器件最高工作频率影响器件最高工作频率50工作电流工作电流 I IOMOM易导致二极管过热失效或烧毁易导致二极管过热失效或烧毁允许加到二极管允许加到二极管( (非稳压管非稳压管) )的最高反向电压的最高反向电压实

29、际功耗实际功耗PD=IU,若PD大于大于P PDM DM 时易导致二极管过热损坏时易导致二极管过热损坏 3. 3. 主要参数主要参数 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管51V-AV-A特性及符号特性及符号4. 4. 特殊二极管特殊二极管 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管52稳压管主要参数稳压管主要参数稳定电压稳定电压U UZ Z：即即PNPN结击穿电压结击穿电压稳定电流稳定电流I IZ Z ： I Izminzmin I IZ Z I IZmaxZmax动态电阻动态电阻r rZ Z ：定义定义r rZ Z = =u/u/i i r rZ Z越小，则稳压性能越好越小，则稳压

30、性能越好额定功耗额定功耗P PZ Z ：实际功耗超过实际功耗超过P PZ Z易使稳压易使稳压管损坏管损坏4. 4. 特殊二极管特殊二极管 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管53Ur为门限电压为门限电压稳压管等效电路稳压管等效电路4. 4. 特殊二极管特殊二极管 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管这时稳压管这时稳压管就是一只二极管就是一只二极管54(a)符号 (b)特性 变容二极管变容二极管利用利用PNPN结的结的势垒电容势垒电容效应制作效应制作 变容二极管必须工作于反偏状态。变容二极管必须工作于反偏状态。4. 4. 特殊二极管特殊二极管 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶

31、体二极管55 光电二极管工作于光电二极管工作于。其反。其反向电流与光照度向电流与光照度E E成正比关系。成正比关系。 光电二极管可用作光测量或做成光光电二极管可用作光测量或做成光电池。电池。 发光二极管工作于发光二极管工作于。其发。其发光强度随正向电流增大而增大。光强度随正向电流增大而增大。 发光二极管主要用作显示器件。发光二极管主要用作显示器件。4. 4. 特殊二极管特殊二极管 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管561. 1. 晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法 1.2.3 1.2.3 晶体二极管电路晶体二极管电路57iRUu i = f (u )电路 图解 1.1.晶体

32、二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法 1.2.3 1.2.3 晶体二极管电路晶体二极管电路58)()()()()()1(KKKKxfxfxxRUUIIIUUDDsDTD)/(1)/(ln据电路列方程组据电路列方程组采用牛顿采用牛顿- -拉夫森迭代算法拉夫森迭代算法迭代公式：迭代公式：1. 1. 晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法 1.2.3 1.2.3 晶体二极管电路晶体二极管电路59 将实际二极管的将实际二极管的V-AV-A特性曲线作折线化近似。特性曲线作折线化近似。1. 1. 晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法 1.2.3 1.2.3 晶体二极管电路晶体二极管电路理

33、想特性曲线理想特性曲线只考虑门限只考虑门限的特性曲线的特性曲线V-A特性特性符号符号60考虑门限电压和考虑门限电压和正向导通电阻的正向导通电阻的特性曲线特性曲线V-A特性特性符号符号r rd d：工作点处的动态电阻：工作点处的动态电阻1. 1. 晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法 1.2.3 1.2.3 晶体二极管电路晶体二极管电路仅考虑正、反向仅考虑正、反向导通电阻的特性导通电阻的特性曲线曲线61例例1-11-1：半波整流电路中：半波整流电路中VDVD 理想，画出理想，画出u uO O ( (t t) )波形。波形。 输出输出uO(t) 取决于取决于VD 的工作状态是通还是断。的工

34、作状态是通还是断。2. 2. 晶体二极管电路应用举例晶体二极管电路应用举例 1.2.3 1.2.3 晶体二极管电路晶体二极管电路解解：62 1.2.3 1.2.3 晶体二极管电路晶体二极管电路 )(0)(tutuiO；VD截止截止 ui 0V63结合图中给定的参数分析：结合图中给定的参数分析： VD1、VD2开路时，阳极对地电位为开路时，阳极对地电位为+5V，阴极对，阴极对地电位分别为地电位分别为+1V、0V，是判断电路中二极管的通断。采用的方法是判断电路中二极管的通断。采用的方法是比较各二极管的正向开路电压，正向开是比较各二极管的正向开路电压，正向开路电压最大的一只二极管抢先导通。路电压最大

35、的一只二极管抢先导通。例例1-21-2： 图图a a所示二极管所示二极管门电路（门电路（VDVD 理想）理想）求：求：u uO O 解：解：2. 2. 晶体二极管电路应用举例晶体二极管电路应用举例 1.2.3 1.2.3 晶体二极管电路晶体二极管电路门电路的分析关键门电路的分析关键可见可见VD2导通导通。64uO ( t ) 取决于取决于VD 是否导通。是否导通。 例例1 1-3 3: : 限幅电路中限幅电路中VDVD 理想，求理想，求u uO O( (t t) )并画出波形。并画出波形。 电路电路2. 2. 晶体二极管电路应用举例晶体二极管电路应用举例 1.2.3 1.2.3 晶体二极管电路

36、晶体二极管电路解：解：65限幅电路限幅电路 1.2.3 1.2.3 晶体二极管电路晶体二极管电路传输特性传输特性输出波形输出波形 V5) t (u) t (uiO；VD截止截止 ui 0V0V时，特性曲线右移直至时，特性曲线右移直至u uCE CE 3V3V时曲线基本重合时曲线基本重合 1.3.4 1.3.4 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线1. 1. 共射接法输入特性曲线共射接法输入特性曲线78 1.3.4 1.3.4 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线2. 2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线指iB为参变量，iC随uCE变化的关系曲线),(2CEBCuifi 79曲线分为四

37、区：曲线分为四区： 放大区放大区 饱和区饱和区 击穿区击穿区 1.3.4 1.3.4 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线截止区：截止区： 对应截止状态对应截止状态:E结结C结反偏结反偏 特点：特点：iE =0 iC =ICBO = iB80曲线分为四区：截止区曲线分为四区：截止区 饱和区饱和区 击穿区击穿区 1.3.4 1.3.4 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线2. 2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线放大区：放大区： 对应放大状态对应放大状态: : E E结正偏结正偏C C结反偏结反偏 特点：特点：放大效应放大效应 - 定义定义

38、CuiiCEBC81 1.3.4 1.3.4 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线2. 2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线 特点：特点：基调基调( (厄立厄立) )效应效应-U UA A 表现表现: :曲线略微上斜曲线略微上斜82 特点：特点：穿透电流穿透电流-I ICEO CEO 计算计算: :I ICEOCEO=(1+ )=(1+ )I ICBOCBO曲线分为四区：截止区曲线分为四区：截止区 饱和区饱和区 击穿区击穿区 1.3.4 1.3.4 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线2. 2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线83曲线分为四区：截止区曲线分为四区：截止区 放

39、大区放大区 击穿区击穿区 1.3.4 1.3.4 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线2. 2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线饱和状态饱和状态: : E E结正偏结正偏C C结正偏结正偏 特点：特点：饱和现象：饱和现象：固定uCE ,iC基本不随iB变化u uCECE控制控制i iC C ：固定iB,iC随uCE剧烈变化84曲线分为四区：截止区曲线分为四区：截止区 放大区放大区 击穿区击穿区 1.3.4 1.3.4 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线2. 2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线注意注意：临界饱和：临界饱和：U UBCBC=0=0 即即 U UCE=CE=U

40、 UBE BE 时时临界饱和电压：临界饱和电压：U UCESCES考虑到发射结导通存在考虑到发射结导通存在门限电压的作用，则：门限电压的作用，则： U UCECE= U= UBEOBEO （门限电压门限电压）85,1关系 集电极集电极- -基极间反向饱和电流基极间反向饱和电流ICBO 集电极集电极-发射极穿透电流发射极穿透电流ICEO 关系：关系：ICEO=(1+ ) ICBO 1.3.5 1.3.5 晶体三极管主要参数晶体三极管主要参数1. 1. 放大参数放大参数2. 2. 极间反向电流极间反向电流极限电流极限电流-集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM极限电压极限电压-U(BR)CBO

41、，U(BR)CEO3. 3. 极限参数极限参数86极限功率极限功率-集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 1.3.5 1.3.5 晶体三极管主要参数晶体三极管主要参数3. 3. 极限参数极限参数安安 全全 工工 作作 区区87 I ICBO CBO 的温度特性的温度特性 T T 10100 0C C则则I ICBO CBO 约约1 1倍倍 U UBEOBEO的温度特性的温度特性 T T 1 10 0C C则则U UBEO BEO （ U UEBOEBO，对于，对于PNPPNP管）管） (2(2 3)mV3)mV 的温度特性的温度特性 T T 10100 0C C则则 (0.5(0.5 1

42、)%1)% 1.3.5 1.3.5 晶体三极管主要参数晶体三极管主要参数4. 4. 晶体管参数的温度特性晶体管参数的温度特性881.4 1.4 场效应晶体管场效应晶体管1.4.1 1.4.1 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFETJFET）1.4.2 1.4.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET）1.4.3 1.4.3 场效应管的参数及特点场效应管的参数及特点89 1.4.1 1.4.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 1. JFETJFET结构与符号结构与符号P-JFETP-JFETN-JFETN-JFET90两个两个P P+ +区与区与N N区形成

43、两个区形成两个PNPN结，结，夹夹在其中的在其中的N N区区是电子由源极流向是电子由源极流向漏极的通道，称为导电沟道。漏极的通道，称为导电沟道。 1.4.1 1.4.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 2. JFET2. JFET工作原理（以工作原理（以NJFETNJFET为例）为例）91通过改变加在通过改变加在PNPN结上的反结上的反向偏压向偏压( (栅源电压栅源电压uGS) )的大的大小来改变耗尽层的宽度，小来改变耗尽层的宽度，进而改变导电沟道的宽度，进而改变导电沟道的宽度，以达到控制沟道漏极电流以达到控制沟道漏极电流的目的，漏极电流的目的，漏极电流i iD D 受控受控于

44、于u uGSGS。 1.4.1 1.4.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 2. JFET2. JFET工作原理（以工作原理（以NJFETNJFET为例）为例）92 u uGS GS 增大时，沟道变窄，沟道电阻增增大时，沟道变窄，沟道电阻增大则大则 i iD D 减小。沟道被夹断时管子截减小。沟道被夹断时管子截止，止， i iD D =0=0。 1.4.1 1.4.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 2. JFET工作原理（以工作原理（以NJFET为例）为例） 管子刚好截止时的栅极电压称为管子刚好截止时的栅极电压称为，用，用 表示。表示。 93uDS增大时，沟道

45、变窄，增大时，沟道变窄，沟道电阻增大。以预沟道电阻增大。以预夹断为分界线，预夹夹断为分界线，预夹断前断前iD 增大，预夹断增大，预夹断后后iD 近似近似恒定。恒定。 1.4.1 1.4.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 2. JFET2. JFET工作原理（以工作原理（以NJFETNJFET为例）为例）94 1.4.1 1.4.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 2. JFET2. JFET工作原理（以工作原理（以NJFETNJFET为例）为例）小结：小结： i iD D 受控于受控于u uGSGS : : u uGS GS 则则 i iD D 直至直至i i

46、D D =0=0 i iD D 受受u uDSDS影响影响 : : u uDSDS 则则i iD D 先增随后近似不变先增随后近似不变 预夹断前预夹断前u uDSDS 则则i iD D 以预夹断状态为分界线以预夹断状态为分界线 预夹断后预夹断后u uDSDS 则则i iD D 不变不变95 区别夹断与预夹断：区别夹断与预夹断： 夹断时：夹断时： u uGS GS U UGSGS( (off) off) ，i iD D = =0 0 预夹断时：预夹断时：u uGDGD = U UGSGS( (off) off) (或u uGS GS - u- uDSDS = U UGS(off)GS(off)

47、) i iD D 0 0 预夹断前：预夹断前：u uGDGD U UGSGS( (off) off) (或u uGS GS - u- uDSDS U UGS(off)GS(off) ) 预夹断后：预夹断后：u uGDGD U UGSGS( (off) off) (或u uGS GS - u- uDSDS U UGS(off)GS(off) ) 1.4.1 1.4.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 2. JFET2. JFET工作原理（以工作原理（以NJFETNJFET为例）为例）96指uGS为参变量，iD随uDS变化的关系曲线),(1DSGSDuufi 1.4.1 1.4.1

48、 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 3. JFET3. JFET特性曲线（以特性曲线（以NJFETNJFET为例）为例）97输出曲线分四区：输出曲线分四区： 放大区放大区 可变电阻区可变电阻区 击穿区击穿区截止区：截止区： 对应夹断状态对应夹断状态 特点：特点：u uGSGS U UGSGS ( (off) off) i iD D=0=0 1.4.1 1.4.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 截止区截止区98放大区：放大区： 对应管子预夹断后的状态对应管子预夹断后的状态 特点：受控放大，特点：受控放大， iD 只受只受uGS控制控制 u uGS GS 则则i i

49、D D 放大区放大区输出曲线分四区：输出曲线分四区： 可变电阻区可变电阻区 击穿区击穿区 1.4.1 1.4.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 99可变电阻区：可变电阻区： 对应预夹断前状态对应预夹断前状态 特点：特点：固定固定uGS，uDS 则则iD近似线性近似线性 - 固定固定uDS，变化变化uGS则阻值变化则阻值变化 - 输出曲线分四区：输出曲线分四区： 可变电阻区可变电阻区 击穿区击穿区 1.4.1 1.4.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 可可变变电电阻阻区区100击穿区：击穿区： 对应对应PN结击穿状态结击穿状态 特点：特点：uDS 很大很大 i

50、D急剧增加急剧增加 输出曲线分四区：输出曲线分四区： 1.4.1 1.4.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 击击穿穿区区101指指uDS 为参变量，为参变量，iD随随uGS变化的关系曲线变化的关系曲线),(2GSDSDuufi 1.4.1 1.4.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 3. JFET3. JFET特性曲线（以特性曲线（以NJFETNJFET为例）为例）指指uDS 为参变量，为参变量，iD随随uGS变化的关系曲线变化的关系曲线),(2GSDSDuufi 102 预夹断后转移特性曲线重合预夹断后转移特性曲线重合 曲线方程曲线方程 条件条件 DSoff

51、GSGSuUu)(02)()1 (offGSGSDSSDUuIi 1.4.1 1.4.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 103根据栅极绝缘材料分为根据栅极绝缘材料分为: : 金属金属- -氧化物氧化物- -半导体场效应管半导体场效应管(MOSFET(MOSFET或或MOS)MOS) 金属金属- -氮化硅氮化硅- -半导体场效应管半导体场效应管(MNSFET(MNSFET或或MNS) MNS) 金属金属- -氧化铝氧化铝- -半导体场效应管半导体场效应管(MALSFET)(MALSFET)根据导电沟道类型分为根据导电沟道类型分为: N: N沟道和沟道和P P沟道沟道根据是否存在

52、原始导电沟道分为根据是否存在原始导电沟道分为: :增强型和耗尽型增强型和耗尽型 1.4.2 1.4.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET）1. 1. 特点特点104N沟道增强型MOSFET 1.4.21.4.2绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET）2. 2. 结构与符号结构与符号105 u uGSGS=0=0时，无时，无导电沟道导电沟道( (夹断状态夹断状态) ) u uGSGS U UGSGS( (thth) )时，产生时，产生导电沟道导电沟道( (开启开启状态状态) ) 为刚开始出现导电沟道时的栅源电为刚开始出现导电沟道时的栅源电压数值压数值 1.4.2

53、 1.4.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET） 3. 工作原理（以增强型工作原理（以增强型NMOSNMOS管为例）管为例）106受控机理：漏极电流受控机理：漏极电流iD 受控于受控于uGS通过改变加在绝缘层上的电压通过改变加在绝缘层上的电压(栅源电压栅源电压)的大小来改变导电的大小来改变导电沟道的宽度，进而改变沟道电沟道的宽度，进而改变沟道电阻的大小以达到控制漏极电流阻的大小以达到控制漏极电流的目的，漏极电流的目的，漏极电流iD 受控于受控于uGS 。 1.4.2 1.4.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET） 3. 3. 工作原理（以增强型工作原理（

54、以增强型NMOSNMOS管为例）管为例）107uDS0uDS iD 近似不变近似不变uDS=(uGS-UGS(th)预夹断预夹断状态状态uDS iD u uDSDS 影响影响 i iD D ( ( u uGSGS = C = C 0 ) 0 ) 1.4.2 1.4.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET） 3. 3. 工作原理（以增强型工作原理（以增强型NMOSNMOS管为例）管为例）uDS U UGSGS( (thth) ) (或u uGS GS - u- uDSDS U UGS(thGS(th) ) ) 预夹断后：预夹断后：u uGDGD U UGSGS( (thth)

55、) (或u uGS GS - u- uDSDS U UGS(thGS(th) ) ) 1.4.2 1.4.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET） 3. 3. 工作原理（以增强型工作原理（以增强型NMOSNMOS管为例）管为例）110指指uGS 为参变量，为参变量，iD随随uDS变化的关系曲变化的关系曲线线),(1DSGSDuufi 1.4.2 1.4.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET） 4. 4. 特性曲线（以增强型特性曲线（以增强型NMOSNMOS管为例）管为例）111输出特性曲线主要分三区：输出特性曲线主要分三区： 截止区截止区 放大区放大区 可

56、变电阻区可变电阻区 1.4.2 1.4.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET） 可可变变电电阻阻区区放大区放大区截止区截止区112输出特性曲线主要分三区：输出特性曲线主要分三区： 放大区放大区 可变电阻区可变电阻区 1.4.2 1.4.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET） 截止区：截止区： 对应夹断状态对应夹断状态 特点：特点：u uGS GS U UGSGS ( (th) th) i iD D=0=0 113放大区：放大区：对应管子预夹断后的对应管子预夹断后的状态状态 特点：特点： 受控放大受控放大 u uGS GS 则则 i iD D 输出特性曲线主要分三区：输出特性曲线主要分三区： 截止区截止区 可变电阻区可变电阻区 1.4.2 1.4.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET） 114可变电阻区：可变电阻区： 对应预夹断前状态对应预夹断前状态特点：特点： 固定固定u uGSGS，u uDSDS 则则i iD D近似线性近似线性 -电阻特性电阻特性 固定固定u uDSDS，u uGSGS变化则阻值变化变化则阻值变化 -变阻特性变阻特性输出特性曲线主要分三区：输出特性曲线主要分三区： 截止区截止区 放大区放大区 1.4.2 1.4.