《模拟电子技术》1半导体器件基础0319二34节

1、电子技术模拟电子技术数字电子技术模拟电子技术任课老师： 李赋进联系电话：_mail: QQ： 245603911第1章 半导体器件基础一、物质分类（按导电性）二、本征半导体目录一、物质分类（按导电性） 2、绝缘体：导电性极差的物质。其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，外力很难撼动。只有在外电场强大到相当程度时才可能导电（击穿：物质结构被破坏！）。如：惰性气体、橡胶、干燥的木材等。 1、 导体：导电性良好的物质。其原子的最外层电子（自由电子）受原子核的束缚力很弱，处于剧烈的无规则热运动状态，在外电场作用下极易产生定向移动，形成电流。如：铁、铝、铜等金属元素。1.1

2、半导体 3、半导体：导电性介于导体与绝缘体之间的物质。一、物质分类（按导电性）其原子的最外层电子受原子核的束缚力大小介于导体与绝缘体之间。其最外层电子受所属原子（核）的束缚力较小，受相邻原子核的作用力不可忽视被相邻原子所共有称价电子形成共价键晶体结构。如：硅（Si）、锗（Ge）（均为四价元素：含四个价电子）本征半导体： 纯净晶体结构的半导体。无杂质结构稳定1.1.1 本征半导体本征半导体的结构特点GeSi将半导体制成“单晶硅”、“多晶硅”，作为半导体电子器件的制作材料。半导体电子元件多用硅和锗为原料，它们的最外层电子（价电子）都是四个。原子结构硅 锗简化模型惯性核硅(锗)的共价键结构价电子自由

3、电子(束缚电子)空穴空穴空穴可在共价键内移动四价元素：硅（Si）、锗（Ge）+4+4+4+4空穴-电子对总是成对出现称：本证激发半导体中的可自由移动的电荷称为载流子（载荷电流的粒子）本征激发：空穴电子对复 合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。漂 移：自由电子和空穴（电子空穴对）在电场作用下可以产生定向运动。在室温或光照下，价电子获得足够能量，摆脱共价键的束缚，成为自由电子，并在共价键中留下一个空位(空穴)的过程。本证激发：本征半导体有关概念、特点本征半导体:纯净的半导体载流子:自由运动的带电粒子共价键:相邻原子共有价电子所形成的束缚“键”本征半导体有关概念、特点导电能力介于导

4、体与绝缘体之间受热或被光照时,导电能力会有显著变化在纯净半导体（本征半导体）中加入微量元素导电能力会有显著变化为什么？问题本征半导体中空穴数量多？电子数量多？本征半导体带正电？带负电？1.1.2 杂质半导体1. N 型半导体N 型+5+4+4+4+4+4核外多一个：自由电子N型半导体中：电子为多数载流子空穴为少数载流子载流子总数 多数载流子数 电子数在本征半导体中参入高价元素5价元素：磷原子（施主原子）正离子（原子核内多一个正电荷）P 型+3+4+4+4+4+4核外多一个：空穴P型半导体中：空穴 多子电子 少子1. P 型半导体3价元素：硼原子（受主原子）负离子（原子核内少一个正电荷）在本征半

5、导体中参入低价元素载流子数 多数载流子空穴数1.1.3 PN 结及其单向导电性1. PN 结(PN Junction)的形成载流子的浓度差引起多子的扩散复合使交界面形成空间电荷区(耗尽层) 空间电荷区特点:内电场：阻止多子扩散，利于少子漂移。内建电场（势垒）P区N区负离子正离子P区的多子空穴向N区扩散，留下负离子；N区的多子电子扩散到P区，留下正离子。空穴和电子在交界面复合无载流子，+-扩散和漂移达到动态平衡扩散电流 等于漂移电流， 总电流 I = 0。 PN结形成P 区N 区内电场外电场外电场使多子扩散继续进行,在PN结交界面中和部分离子使空间电荷区变窄。 IF限流电阻扩散运动加强形成正向电

6、流 IFIF = I多子 I少子 I多子2. PN 结的单向导电性(1) 外加正向电压(正向偏置) forward bias+-极小漂移电流(2) 外加反向电压(反向偏置) reverse bias P 区N 区内电场外电场反向电压不利于多子扩散，有利于少子漂移，少子漂移空间电荷区变宽。IRPN 结的单向导电性：正偏导通：电阻极小，电流较大;反偏截止：电阻极大，电流近似为零。数量极少的少数载流子漂移，形成极小的反向电流 IR 反向饱和电流IS：由于少子数量有限，反向电压大到一定程度时，不会再随着反向电压的升高而变大，此时的电流称：反向饱和电流IR = I少子 01.2.1 晶体二极管的结构、符

7、号、类型构成：PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管(Diode)1.2 晶体二极管Dironde1.2.1 晶体二极管的结构、符号、类型构成：PN 结 + 引线 + 管壳 = 二极管(Diode)符号：A(anode)C(cathode)分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型平面型1.2 晶体二极管点接触型正极引线触丝N 型锗片外壳负极引线负极引线 面接触型N型锗PN 结 正极引线铝合金小球底座金锑合金正极引线负极引线集成电路中平面型PNP 型支持衬底通过电流大通过电流小1.2.2 晶体二极管的伏安特性1. PN 结的伏安特性反向饱和电流温度的电压当量电子电量玻尔兹曼常数当

8、 T = 300(27C)：UT = 26 mV通过二极管的电流iD与其两端的电压uD和反向饱和电流IS及温度有关Boltzmann（奥地利） constant（k 或 kB）关于温度及能量的一个物理常数OuD /ViD /mA其中：工程设计常用！PN 结的伏安特性呈指数曲线1.2.2 晶体二极管的伏安特性1. PN 结的伏安特性反向饱和电流温度的电压当量电子电量玻尔兹曼常数当 T = 300(27C)：UT = 26 mV通过二极管的电流iD与其两端的电压uD和反向饱和电流IS及温度有关Boltzmann（奥地利） constant（k 或 kB）关于温度及能量的一个物理常数OuD /ViD

9、 /mA其中：工程设计常用！PN 结的伏安特性呈指数曲线OuD /ViD /mAPN 结的伏安特性呈指数曲线反向饱和电流正向特性二极管的伏安特性OuD /ViD /mA正向特性UthiD = 0Uth = 0.5 V 0.1 V(硅管)(锗管)U UthiD 急剧上升0 U Uth UD(on) = (0.6 0.8) V硅管 0.7 V(0.2 0.4) V锗管 0.3 V反向特性ISU (BR)反向击穿电压U(BR) U 0 iD = IS U(BR) 反向电流急剧增大，频临损毁！反向击穿：导通电压电击穿热击穿死区电压正向特性二极管的伏安特性OuD /ViD /mA正向特性Uth死区电压i

10、D = 0Uth = 0.5 V 0.1 V(硅管)(锗管)U UthiD 急剧上升0 U Uth UD(on) = (0.6 0.8) V硅管 0.7 V(0.2 0.4) V锗管 0.3 V反向特性ISU (BR)反向击穿U(BR) U 0 iD = IS U(BR) 反向电流急剧增大(反向击穿)导通电压反向击穿类型：电击穿热击穿反向击穿原因： 齐纳击穿：(Zener)反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 (硅管齐纳击穿电压 6 V，正温度系数)温度升高时击穿电压有所下降温度升高时击穿电压有所上升击穿电压在 6 V 左右时，温度系数趋近零。当需要获得不随温度变化的基准电压时，可以将一只齐纳

11、击穿二极管和一只雪崩击穿二极管串联起来，只要选材适当，可以使这两个二极管的总电压在相当大的温度变化范围内维持稳定。 硅管雪崩击穿电压 6 V，正温度系数,温度升高时击穿电压有所上升硅管齐纳击穿电压 6 V，负温度系数),温度升高时击穿电压有所下降硅管的伏安特性锗管的伏安特性604020 0.02 0.0400.40.82550iD / mAuD / ViD / mAuD / V0.20.4 25 50510150.010.020硅管和锗管：导通电压uON有何不同？反向饱和电流iS有何不同？授课结束20130319周二34节温度对二极管特性的影响604020 0.0200.42550iD / m

12、AuD / V20C 90CT 升高时：通过二极管的电流iD上升导通电压 UD(on)下降下降速率：(2 2.5) mV/ C (负温度系数)硅二极管温度每增加8，反向电流将约增加一倍；2.电路模型（1）二极管的理想模型（开关模型）特性uDiD符号及等效模型SS正偏导通理想状态： uD = 0；二极管加反向电压：截止二极管加正向电压：导通反偏截止理想状态： iD = 0 U(BR) = （2）二极管的简化模型（恒压模型）uDiDUD(on)uD = UD(on)0.7 V (Si)0.3 V (Ge)二极管加反向电压：截止二极管加正向电压：导通恒压模型1.2.3 晶体二极管的主要参数1. IF

13、 最大整流电流(最大正向平均电流)2. URM 最高反向工作电压，为 U(BR) / 2 3. IR 反向电流(越小单向导电性越好)4. fM 最高工作频率(超过时单向导电性变差)iDuDU (BR)I FURMO*影响工作频率的原因 PN 结的电容效应 结论：1. 低频时，因结电容很小，容抗很大，对 PN 结影响很小。 高频时，因容抗减小，使信号被分流，导致单向 导电性变差。2. 结面积愈小，结电容愈小，工作频率愈高。半导体二极管的型号 中国国家标准：半导体器件型号命名举例： 2 A P 9 用数字代表同类型器件的不同型号 用字母代表器件的类型，P代表普通管 用字母代表器件的材料，A代表N型

14、Ge B代表P型Ge，C代表N型Si，D代表P型Si 2代表二极管，3代表三极管半导体器件命名的国际标准与各国标准1.2.4 晶体二极管的温度特性硅二极管：温度每增加8，反向电流约增加一倍；锗二极管：温度每增加12，反向电流大约增加一倍温度升高时：二极管的正向压降将减小（负的温度系数）每增加1，正向压降VF(Vd)大约减小2 mV1.2.6 晶体二极管的应用 整流交流转换为直流 检波检出有意义信号 开关逻辑电路（计算机） 稳压稳定电压 限幅令幅度不超过规定值 钳位令幅度固定于规定值例：ui = 2 sin t (V)，分析二极管的限幅作用。ui 0.7 V：不限幅D1、D2 均截止uO = u

15、iuO = 0.7 Vui 0.7 V：正半周期被限幅D2 导通 D截止ui Ic/ ，Ic为最大值（即使Uce很小）。截止区2. 输出特性曲线iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321ICEO在发射极正偏作用下涌入基极的多子，少数在基极复合，形成Ib，多数等待进入集电极。较小的Uce即可将基极的大量多子吸引到集电极，形成Ic。特性曲线不随温度变化而变化时什么是理想晶体管？是常数吗？在放大区内是的为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？进入放大区曲线几乎是横轴的平行线？（1）截止区条件：两个结反偏特点： IB 0 IC = ICE

16、O 0（2） 饱和区条件：两个结正偏特点： IB IC/ 临界饱和时：uCE = uBE 深度饱和时：UCE(SAT)= 0.3 V (硅管) 0.1 V (锗管)（3） 放大区条件：发射结正偏 集电结反偏特点：水平、等间隔三个工作区2. 输出特性是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下 ?对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。 为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？饱和区放大区截止区10 A晶体管的三个工作区域状态uBEiCuCE截止UonICEOVCC放大 UoniB uBE饱和 UoniB uBE在放大状态，输出电流 iC基本仅仅决定于输

17、入电流 iB，即可认为输出电流iC仅仅被输入电流iB 所控制iC ：放大区等效状态：三个工作区域的工作状态比较：截止状态 = 开关断开 输入电流 iB=0， 输出电流 iC=0， uCE=VCC饱和状态 = 开关闭合 输入电流 iBIc / 输出电流 iC=Ic(max) 输出电压uCE=0四、温度对晶体管特性的影响少子：电子空穴对 增加温度升高，会使电路不稳定！五、主要参数 直流参数： 、 、ICBO、 ICEOc-e间击穿电压最大集电极电流最大集电极耗散功率，PCMiCuCE安全工作区 交流参数：、fT（使1时的工作信号频率） 极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO共射电路直流电流放大

18、倍数共基电路直流电流放大倍数共射电路交流电流放大倍数共基电路交流电流放大倍数讨论一由图示特性求出：ICM =？ U （BR）CEO =？2.7uCE=1V时的iC就是ICMU（BR）CEOPCM=？ =？ 4mA25V2.7mA*10V=27mW2.7mA/27uA=2700uA/27uA=100补充：判断三极管工作状态的三种方法。发射结集电极截止放大饱和反偏或零偏正偏正偏反偏反偏正偏或零偏1) 三极管结偏置的判定方法结偏置工作状态2) 三极管电流关系判定法IBICIE截止放大饱和00IBIBS(临界饱和基极电流)0IBIB0IB+IC=(1+) IE (1+) IE各极电流电流关系工作状态3

19、) 三极管电位判定法VBVC截止放大饱和Uon(=0.5)0.70.7VCCVCES VC VBVE NPN管 VCVB U(BR)CEO U(BR)EBO*1.3.4 温度对三极管特性曲线的影响1. 温度升高，输入特性曲线向左移。温度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。温度每升高 10C，ICBO 约增大 1 倍。OT2 T12. 温度升高，输出特性曲线向上移。iCuCE T1iB = 0T2 iB = 0iB = 0温度每升高 1C， (0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。O温度升高温度升更高讨论二：利用Multisim测试晶体管的输出特性利用Multisim分析图示电路在V2小

20、于何值时晶体管截止、大于何值时晶体管饱和。讨论三 以V2作为输入、以节点1作为输出，采用直流扫描的方法可得！约小于0.5V时截止约大于1V时饱和 描述输出电压与输出电压之间函数关系的曲线，称为电压传输特性。1.4场效应管 引言：场效应管的特点 1.4.1 场效应管的类型、特点1.4.3 场效应管的特性曲线1.4.2 场效应管的工作原理1.4.4 场效应管的符号表示及主要参数三极管授课结束场效应管 FET (Field Effect Transistor)晶体管：BJTBipolar Junction Transistor 双极(结)型晶体管 场效应管结型 JFET (Junction Fiel

21、d Effect Transistor)绝缘栅型 IGFET(Insulated Gate FET)也称金属氧化物半导体三极管（Metal Oxide Semiconductor FET,简写为MOSFET或MOS）场效应管有两种类型特点场效应管与双极型晶体管不同之处：单极性器件：只有一种载流子：多子导电输入阻抗高：1071015，IGFET达1015 温度稳定性好。工艺简单、体积小、功耗小、成本低特点：1. 单极性器件(每个FET中只有一种载流子导电)3. 工艺简单、易集成、功耗小、 体积小、成本低2. 输入电阻高 (107 1015 ，IGFET 可高达 1015 )N基底 ：N型半导体P

22、P两边是P区G(栅极)S源极D漏极一、结构1.5.1 结型场效应管:导电沟道1.4.1 场效应管的结构N基底 ：N型半导体PP两边是P区G(栅极)S源极D漏极导电沟道NPPG(栅极)S源极D漏极电路符号DGSDGSN沟道结型场效应管PNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管DGSDGS电路符号二、工作原理（以P沟道为例）UDS=0V时PGSDUDSUGSNNNNID栅-源(G-S)反偏放大：输入PN结反偏，反偏压UGS越大耗尽区越宽，导电沟道越窄。PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时NNUGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相

23、当于线性电阻。PGSDUDSUGSNNUDS=0时UGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS 0V，漏极电流ID=0A。IDPGSDUDSUGSUGS0、UGDVP时耗尽区的形状NN越靠近漏端，PN结反压越大IDPGSDUDSUGSUGSVp且UDS较大时UGDVP时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。IDGSDUDSUGSUGSVp UGD=VP时NN漏端的沟道被夹断，称为予夹断。UDS增大则被夹断区向下延伸。IDGSDUDSUGSUGS0时UGS足够大时（UGSVT）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。感应出电子

24、VT称为阈值电压UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS 继续增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VT 时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。三、增强型N沟道MOS管的特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT输出特性曲线IDU DS0UGS0四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。转移特性曲线0IDUGSVT输出特性曲线ID

25、U DS0UGS=0UGS0N 沟道 JFETP 沟道 JFET1.4.1 场效应管的类型1）UGS 对沟道的控制作用当UGS0(一定),则漏源电流iDS电流将受UGS的控制, |UGS|增大, iDS减少.1.4.2 场效应管的工作原理2） UDS 对沟道的控制作用uGS 0，uDS 0 此时 uGD = VP； 沟道楔型耗尽层刚相碰时称预夹断。当 uDS ，预夹断点下移。预夹断uGS =0uGS 改变时预夹断预夹断轨迹预夹点N沟道JFET的输出特性输出特性曲线：iD=f(uDS)uGS=const结论: FFET栅极、沟道之间的PN结反向偏置的，iG几乎为零，输入电阻较高JFET是电压控制

26、电流器件，iD受UGS控制预夹断前， iD与UDS呈近似线性关系；预夹断后； iD趋于饱和 四个区：（a）可变电阻区（预夹断前）。 （b）恒流区也称饱和 区（预夹断 后）。 （c）夹断区（截止区）。 （d）击穿区。可变电阻区恒流区截止区击穿区VP当 VP uGS 0 时,uGSiDIDSSuDSiDuGS = 3 V 2 V 1 V0 V 3 VOO转移特性曲线： iD=f (uGS)uDS=const1.4.3 场效应管的特性曲线增强型N 沟道SGDBiD增强型P 沟道SGDBiD2 2 OuGS /ViD /mAVTSGDBiD耗尽型N 沟道iDSGDB耗尽型P 沟道VPIDSSuGS /

27、ViD /mA 5 O51.场效应管的符号表示1.4.4 场效应管的符号表示及主要参数O uDS /ViD /mA5 V2 V0 V2 VuGS = 2 V0 V 2 V 5 VN 沟道结型SGDiDSGDiDP 沟道结型uGS /ViD /mA5 5 OIDSSVPO uDS /ViD /mA5 V2 V0 VuGS = 0 V 2 V 5 V2. 场效应管的主要参数（1）开启电压 VT(增强型) 夹断电压 VP(耗尽型) 指 uDS = 某值，使漏极 电流 iD 为某一小电流时 的 uGS 值。VTVP（2） 饱和漏极电流 IDSS耗尽型场效应管，当 uGS = 0 时所对应的漏极电流。I

28、DSSuGS /ViD /mAOUGS(th)UGS(off)（3） 直流输入电阻 RGS指漏源间短路时，栅、源间加 反向电压呈现的直流电阻。JFET：RGS 107 MOSFET：RGS = 109 1015IDSSuGS /ViD /mAO（4）低频跨导 gm 反映了uGS 对 iD 的控制能力，单位 S(西门子)。一般为几毫西 (mS)uGS /ViD /mAQOPDM = uDS iD，受温度限制。（5） 漏源动态电阻 rds6. 最大漏极功耗 PDM一、两种半导体和两种载流子两种载流子的运动电子 自由电子空穴 价电子两 种半导体N 型 (多电子)P 型 (多空穴)二、二极管1. 特性

29、 单向导电正向电阻小(理想为 0)，反向电阻大()。第2章 小 结iDO uDU (BR)I FURM2. 主要参数正向 最大平均电流 IF反向 最大反向工作电压 U(BR)(超过则击穿)反向饱和电流 IR (IS)(受温度影响)IS3. 二极管的等效模型理想模型 (大信号状态采用)uDiD正偏导通 电压降为零 相当于理想开关闭合反偏截止 电流为零 相当于理想开关断开恒压降模型UD(on)正偏电压 UD(on) 时导通 等效为恒压源UD(on)否则截止，相当于二极管支路断开UD(on) = (0.6 0.8) V估算时取 0.7 V硅管：锗管：(0.2 0.4) V0.3 V折线近似模型相当于

30、有内阻的恒压源 UD(on)4. 二极管的分析方法图解法微变等效电路法5. 特殊二极管工作条件主要用途稳压二极管反 偏稳 压发光二极管正 偏发 光光敏二极管反 偏光电转换三、两种半导体放大器件双极型半导体三极管(晶体三极管 BJT)单极型半导体三极管(场效应管 FET)两种载流子导电多数载流子导电晶体三极管1. 形式与结构NPNPNP三区、三极、两结2. 特点基极电流控制集电极电流并实现放大放大条件内因：发射区载流子浓度高、 基区薄、集电区面积大外因：发射结正偏、集电结反偏3. 电流关系IE = IC + IBIC = IB + ICEO IE = (1 + ) IB + ICEOIE = I

31、C + IBIC = IB IE = (1 + ) IB 4. 特性iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321O0.40.8iB / AuBE / V60402080死区电压(Uth)：0.5 V (硅管) 0.1 V (锗管)工作电压(UBE(on) ) ：0.6 0.8 V 取 0.7 V (硅管) 0.2 0.4 V 取 0.3 V (锗管)饱和区截止区iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321放大区饱和区截止区放大区特点：1)iB 决定 iC2)曲线水平表

32、示恒流3)曲线间隔表示受控5. 参数特性参数电流放大倍数 = /(1 ) = /(1 + )极间反向电流ICBOICEO极限参数ICMPCMU(BR)CEOuCEOICEOiCICMU(BR)CEOPCM安 全 工 作 区= (1 + ) ICBO场效应管1. 分类按导电沟道分 N 沟道P 沟道按结构分 绝缘栅型(MOS)结型按特性分 增强型耗尽型uGS = 0 时， iD = 0uGS = 0 时， iD 0增强型耗尽型(耗尽型)2. 特点栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流输入电阻高，工艺简单，易集成由于 FET 无栅极电流，故采用转移特性和输出特性描述3. 特性BJT与 FET 的比较参

33、见 表1.12 第 51页不同类型 FET 转移特性比较结型N 沟道uGS /ViD /mAO增强型耗尽型MOS 管(耗尽型)IDSS开启电压VT夹断电压VPIDO 是 uGS = 2UT 时的 iD 值四、晶体管电路的基本问题和分析方法三种工作状态状态电流关系 条 件放大I C = IB发射结正偏集电结反偏饱和 I C IB两个结正偏ICS = IBS 集电结零偏临界截止IB U(th) 则导通以 NPN为 例：UBE U(th) 则截止授课结束2、输出特性iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（1）截止区： IB 0 IC

34、 = ICEO 0条件：两个结反偏截止区ICEOiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（2） 饱和区：uCE u BEuCB = uCE u BE 0条件：两个结正偏特点：IC IB临界饱和时： uCE = uBE深度饱和时：0.3 V (硅管)UCE(SAT)=0.1 V (锗管)放大区截止区饱和区ICEOiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（3） 放大区：放大区截止区条件： 发射结正偏 集电结反偏特点： 水平、等间隔ICEO1.3半导体三极管1.3.1

35、三极管的结构及类型1.3.2 三极管的电流放大作用1.3.3 三极管的特性曲线1.3.4 三极管的主要参数1.3.5 温度对三极管的特性及参数的影响(Semiconductor Transistor)1.3.1 三极管的结构及类型一、结构与符号NNP发射极 E基极 B集电极 C发射结集电结 基区 发射区 集电区emitterbasecollectorNPN 型PPNEBCPNP 型ECBECB1.3.1 三极管的结构及类型一、结构与符号NNP发射极 E基极 B集电极 C发射结集电结 基区 发射区 集电区emitterbasecollectorNPN 型PPNEBCPNP 型ECBECB二、分类

36、按材料分： 硅管、锗管按功率分： 小功率管 1 W中功率管 0.5 1 W中国半导体器件型号与符号的意义（GB-249-74）第二位：A表示锗PNP管、B表示锗NPN管、C表示硅PNP管、D表示硅NPN管第三位：X表示低频小功率管、D表示低频大功率管、G表示高频小功率管、A表示高频小功率管、K表示开关管。场效应器件、半导体特殊器件、复合管、PIN管、激光器件的型号命名只有第三、四、五部分第一部分 阿拉伯数字器件的电极数目 第二部分 汉语拼音字母器件的材料和极性 第三部分 汉语拼音字母 器件的类型 第四部分 阿拉伯数字 序号 第五部分 汉语拼音字母 规格号 半导体器件型号命名方法中国半导体器件型

37、号与符号的意义（GB-249-74）第二位：A表示锗PNP管、B表示锗NPN管、C表示硅PNP管、D表示硅NPN管第三位：X表示低频小功率管、D表示低频大功率管、G表示高频小功率管、A表示高频小功率管、K表示开关管。场效应器件、半导体特殊器件、复合管、PIN管、激光器件的型号命名只有第三、四、五部分第一部分 阿拉伯数字器件的电极数目 第二部分 汉语拼音字母器件的材料和极性 第三部分 汉语拼音字母 器件的类型 第四部分 阿拉伯数字 序号 第五部分 汉语拼音字母 规格号 半导体器件型号命名方法三、应用开关： 利用晶体管的饱和截止状态作为可控的无触点开关。放大工作在放大状态，用作信号放大。1.3.2

38、 晶体三极管的电流分配及放大作用1. 三极管处于放大状态的工作条件内部条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电结面积大外部条件发射结正偏集电结反偏2. 三极管在电路中的的3种接法uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共集电极共基极3. 晶体三极管的电流分配及放大作用1) 发射区向基区注入多子(电子)， 形成发射极电流 IE。I CN多数电子向 BC 结方向扩散形成 ICN。IE少数电子与空穴复合，形成 IBN 。I BNIB 来源基极电源提供(IB)集电区少子漂移(ICBO)I CBOIB即：IB = IBN ICBO 2)电子到达基区后：基区少子空穴因浓度低而忽略即：基区的空穴

39、（注：电流与电子流方向相反）发射结正偏置集电结负偏置放大条件多数电子向 BC 结方向扩散形成 ICN。I CNIEI BNI CBOIB 3) 集电区收集扩散而来的载流子ICN形成集电极电流 ICICI C = ICN + ICBO 见上页：IB = IBN ICBO I E = IC + IB 显见：I E IC因为IB极小，故：极小I E ICN又：见下页：4. 三极管的电流分配关系定义：其值的大小约为0.90.99。 IE = IC + IB三极管的电流分配关系1.3.3 晶体三极管的伏安特性与等效电路1、输入特性输入回路输出回路与二极管特性相似O特性基本重合(电流分配关系确定)特性右移

40、(因集电结开始吸引电子)导通电压 UBE(on)硅管： (0.6 0.8) V锗管： (0.2 0.4) V取 0.7 V取 0.3 V2、输出特性iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（1）截止区： IB 0 IC = ICEO 0条件：两个结反偏截止区ICEOiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（2） 饱和区：uCE u BEuCB = uCE u BE 0条件：两个结正偏特点：IC IB临界饱和时： uCE = uBE深度饱和时：0.3 V (硅管)U

41、CE(SAT)=0.1 V (锗管)放大区截止区饱和区ICEOiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（3） 放大区：放大区截止区条件： 发射结正偏 集电结反偏特点： 水平、等间隔ICEO补充：判断三极管工作状态的三种方法。发射结集电极截止放大饱和反偏或零偏正偏正偏反偏反偏正偏或零偏1) 三极管结偏置的判定方法结偏置工作状态2) 三极管电流关系判定法IBICIE截止放大饱和00IBIBS(临界饱和基极电流)0IBIB0IB+IC=(1+) IE (1+) IE各极电流电流关系工作状态3) 三极管电位判定法VBVC截止放大饱和Uo

42、n(=0.5)0.70.7VCCVCES VC VBVE NPN管 VCVB U(BR)CEO U(BR)EBO*1.3.4 温度对三极管特性曲线的影响1. 温度升高，输入特性曲线向左移。温度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。温度每升高 10C，ICBO 约增大 1 倍。OT2 T12. 温度升高，输出特性曲线向上移。iCuCE T1iB = 0T2 iB = 0iB = 0温度每升高 1C， (0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。O1.4场效应管 引言1.4.1 场效应管的结构、类型1.4.3 场效应管的特性曲线1.4.2 场效应管的工作原理1.4.4 场效应管的符号表示及主要参

43、数引 言场效应管 FET (Field Effect Transistor)类型：结型 JFET (Junction Field Effect Transistor)绝缘栅型 IGFET(Insulated Gate FET)特点：1. 单极性器件(每个FET中只有一种载流子导电)3. 工艺简单、易集成、功耗小、 体积小、成本低2. 输入电阻高 (107 1015 ，IGFET 可高达 1015 )N 沟道 JFETP 沟道 JFET1.4.1 场效应管的结构、类型1）UGS 对沟道的控制作用当UGS0(一定),则漏源电流iDS电流将受UGS的控制, |UGS|增大, iDS减少.1.4.2

44、场效应管的工作原理2） UDS 对沟道的控制作用uGS 0，uDS 0 此时 uGD = VP； 沟道楔型耗尽层刚相碰时称预夹断。当 uDS ，预夹断点下移。预夹断uGS =0uGS 改变时预夹断预夹断轨迹预夹点N沟道JFET的输出特性输出特性曲线：iD=f(uDS)uGS=const结论: FFET栅极、沟道之间的PN结反向偏置的，iG几乎为零，输入电阻较高JFET是电压控制电流器件，iD受UGS控制预夹断前， iD与UDS呈近似线性关系；预夹断后； iD趋于饱和 四个区：（a）可变电阻区（预夹断前）。 （b）恒流区也称饱和 区（预夹断 后）。 （c）夹断区（截止区）。 （d）击穿区。可变电

45、阻区恒流区截止区击穿区VP当 VP uGS 0 时,uGSiDIDSSuDSiDuGS = 3 V 2 V 1 V0 V 3 VOO转移特性曲线： iD=f(uGS)uDS=const1.4.3 场效应管的特性曲线增强型N 沟道SGDBiD增强型P 沟道SGDBiD2 2 OuGS /ViD /mAVTSGDBiD耗尽型N 沟道iDSGDB耗尽型P 沟道VPIDSSuGS /ViD /mA 5 O51.场效应管的符号表示1.4.4 场效应管的符号表示及主要参数O uDS /ViD /mA5 V2 V0 V2 VuGS = 2 V0 V 2 V 5 VN 沟道结型SGDiDSGDiDP 沟道结型

46、uGS /ViD /mA5 5 OIDSSVPO uDS /ViD /mA5 V2 V0 VuGS = 0 V 2 V 5 V2. 场效应管的主要参数（1）开启电压 VT(增强型) 夹断电压 VP(耗尽型) 指 uDS = 某值，使漏极 电流 iD 为某一小电流时 的 uGS 值。VTVP（2） 饱和漏极电流 IDSS耗尽型场效应管，当 uGS = 0 时所对应的漏极电流。IDSSuGS /ViD /mAOUGS(th)UGS(off)（3） 直流输入电阻 RGS指漏源间短路时，栅、源间加 反向电压呈现的直流电阻。JFET：RGS 107 MOSFET：RGS = 109 1015IDSSuGS /ViD /mAO（4）低频跨导 gm 反映了uGS 对 iD 的控制能力，单位 S(西门子)。一般为几毫西 (mS)uGS /ViD