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1、第一章 常用半导体器件1Q&A:11.1 半导体基础知识11.1.1 本征半导体11.1.2 杂质半导体21.1.3 PN结21.2 半导体二极管41.2.1 二极管常见结构41.2.3 二极管的主要参数51.2.5 稳压二极管51.2.6 其他类型二极管51.3 晶体三极管61.3.1 晶体管的结构和类型61.3.2 晶体管的放大作用61.3.3 晶体管的共射特性曲线71.3.4 晶体管的主要参数71.4 场效应管81.4.1结型场效应管81.4.2 绝缘栅型场效应管10第二章 基本放大电路132.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标132.3 放大电路的分析方法14第一章 常用半导体器件
2、Q&A:?1.1 半导体基础知识1.1.1 本征半导体导体形成电流：导体一般为低价元素，最外层的点子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子，在外电场的作用下产生定向移动而产生电流。高价元素对电子的束缚力强，外层电子很难挣脱，所以是绝缘体。半导体用的硅和锗属于4价元素，介于导体和绝缘体中间。共价键：共价键中的电子跑出来之后就成为自由电子，在原位置形成空穴。空穴电流和电子电流，自由电子的定向移动形成电子电流，电子的移动过程中，电子将以一定的方向依次的填补空穴导致空穴也定向产生移动，故而产生空穴电流，半导体相比导体的一个特殊性就是半导体有两种载流子，空穴和电子，而导体只有电子。本征半导体载流子的浓度公式：
3、ni=pi=K1T32e-EG02kT其中：ni和pi为电子和空穴的浓度k为波尔兹曼常数（8.63*10-5eV/K）EG0为热力学零度时破坏共价键所需的能量，又称禁断宽度（硅为1.21eV，锗为0.785eV）K1是与半导体材料载流子有效质量，有效能级密度有关的常量（硅为1.87*1016cm-3*k-3/2, 锗为1.76*）常温时（T=300K），硅材料ni=pi=1.43*1010cm-3， 锗材料ni=pi=2.38*1013cm-3本征半导体对温度敏感，既可以用来做热敏和光敏器件，有是造成半导体温度稳定性差的原因。从浓度公式可以看出，本征半导体的载流子浓度只和温度有关，温度越高，浓
4、度越大。1.1.2 杂质半导体N型半导体：参杂5价元素（如磷），则在共价键之外形成了自由电子。P型半导体：参杂3价元素（如硼），则共价键上形成空穴。参杂的浓度越高，则多子的浓度越高，导电能力越强。1.1.3 PN结PN结：将P型半导体和N型半导体制作在同一硅片上，就形成了PN结。PN结的平衡：PN结合在一起的时候，电子用N扩散到P，空穴相反。同时会形成空间电荷区（耗尽层），此电荷区的方向正好和电子扩散的方向相反，会使载流子形成漂移运动，当漂移运动和扩散运动一样的时候，就形成了平衡。PN结正偏：正电压加到P，加大了扩散运动，削弱了内电场，所以PN结导通，靠电子的运动形成电流。PN结反偏：正电压加
5、到N，加大了内电场从而加大了漂移运动，削弱了扩散运动，但是少子的数量极少（本征半导体激发，又被参杂的综合），所以漂移电流极少，所以PN结截止。PN结电流方程：i = Is(equkT-1)其中 Is 为反向饱和电流 q为电子电量 k为波尔兹曼常数如果将kT/q 用UT代替，则i = Is(euUT-1)室温的时候，T=300K，UT=26mVu为正，即PN正偏的时候，u UT，则i = IseuUT, 即i和u成指数变化。u为负，即PN结反偏的时候，u UT，则I = - IsPN结伏安特性图：反向击穿电压（UBR）：反向击穿有两种，1. 齐纳击穿：高浓度参杂时，耗尽区窄，不大的反向电压就可以
6、在耗尽层形成大电场，直接破坏共价键，产生电子空穴对，导致电流极具增大。2. 雪崩击穿：低浓度参杂是，耗尽层宽，但当电压加到一定的程度是，电场使少数电子加速漂移，与共价键中的价电子碰撞，产生电子空穴对，新产生的电子空穴对又去碰撞其他价电子，引起雪崩效应，导致电流大大增加。从以上分析可知，高浓度参杂的击穿电压比较低。PN结的结电容：一种是势垒电容，一种是扩散电容。势垒电容是耗尽层根据偏置电压的变化而变化产生的。扩散电容是耗尽层电容浓度梯队变化产生的。1.2 半导体二极管1.2.1 二极管常见结构二极管就是PN结+引线PN结面积越大，允许通过的电流越大。二极管的伏安特性： 温度升高，正向特性左移，反
7、向特性下移硅的导通电压为0.60.8，锗的导通电压为0.10.31.2.3 二极管的主要参数最大整流电流：长期运行时允许通过的最大正向平均电流，和PN结面积有关最高反向工作电压UR：二极管工作中允许的最大反向电压，一般为UBR的一半反向电流IR：二极管未击穿时的反向电流。IR越小，二极管的单向导电性越好截止频率FM： 二极管上限截止频率，超过此值时，由于结电容的作用，二极管不能体现单向导通性1.2.5 稳压二极管稳压二极管工作在击穿区，在一定的功耗范围内，电流的变化几乎不会引起电压的变化。当然需要限制电流，比如加限流电阻，否则电流太大会烧坏管子。主要参数有：稳定电流IZ：小与IZ将没有限流作用
8、。大没关系，只要不烧坏管子。额定功耗PZM：稳定电压与最大稳定电流的沉积。动态电阻rZ：rZ越小，稳压管稳压性能越好，因为电流的变化引起的电压变动小。温度系数a：UZ7V的管子属于雪崩击穿，温度越高，UZ越大，4VUZUON），发射区参杂浓度高，所以大量自由电子扩散运动到达基区。扩散运动形成了发射极电流IE。其中空穴从基极往发射极移动，但是因为基极参杂浓度低，这个电流可以忽略。基极电流IB：基区很薄，杂质浓度很低，集电极又加了反向电压，所以电子偏向于往集电极移动。只有极少部分和空穴复合产生基极电流IB。集电极电流IC：集电结反偏，反偏的作用就是吸引从发射区扩散到基极的电子（漂移运动），形成了集
9、电极电流ICB = iCiB, a = iCiE = BB+11.3.3 晶体管的共射特性曲线输入特性曲线：UCE一定的情况下，iB和uBE直接的关系。UCE=0是，和PN结的伏安特性类似。UCE增大，伏安特性右移，即相同的UBE，iB减少，因为UCE变大，集电区收集电子能力加强，导致一部分电子越过基区到集电区，导致基区电流变小。另外当UCE达到一定程度，收集电子能力饱和之后，UCE再增大就不会使特性曲线右移了。（UCE得比UBE大吧，这样才能算是集电结反偏吧？）输出特性曲线：IB为常量时， iC和uCE之间的关系。1. 截止区：uBEuBE 。认为iC=0。2. 放大区：uBEuon且uCE
10、uBE, uCE足够大，集电区收集电子能力饱和，iC只和iB有关，这个有个概念不能混淆，工作在放大区反而是集电区收集电子能力饱和，而工作在饱和区反而是集电区收集电子能力没饱和，要注意。3. 饱和区：uBEuon且uCEUGS（off）,注意，此处UGS为负的。UGDUGS，表面负的少。测试电流和UDS成线性关系。恒流区：UDSUGS-UGS(off)(UGDUGS(off)，此时，ID基本受UGS控制，场效应管做放大器用时，应工作在恒流区。夹断区：s端相比g端高太多（UGSUGS(off)），导致夹断了沟道，iD为0，转移特性：UDS为常量时，漏极电流iD于UGS的关系。iD=IDSS（1-
11、-uGSUGS(off)）, (UGS(off)uGS0)1.4.2 绝缘栅型场效应管一共有4种：N沟道增强型管，N沟道耗尽型管，P沟道增强型管，P沟道耗尽型管。UGS加正电压，吸引正离子靠近绝缘层，正离子排斥空穴从而加宽耗尽层，而正离子吸引电子从而形成反型层，成为导电沟道。UGS达到一定程度（UGS（th），则会形成导电沟道。然后再加UDS电压，则电子从S到D，电流从D到S，而且，越靠近D端，反偏电压越高，则耗尽层越宽，UDS高到使UGD=UGS(th)时沟道关闭，这是管子进入恒流去，因为继续增大UDS，不会让电流增加，因为加大的电压和沟道关闭导致的阻力抵消，电流不变。此时，电流的大小仅和UGS相关三个工作区：夹断区，可变电阻区和恒流区。
