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1、第第1 1章章 半导体二极管、三极管和场效应管半导体二极管、三极管和场效应管1.2 1.2 PNPN结结 1.3 1.3 半导体二极管半导体二极管1.41.4 稳压管稳压管 1.5 1.5 半导体三极管半导体三极管1.61.6 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管第1章 目录1.1 1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性在热力学温度零度 和没有外界激发时,本征半导体不导电。把纯净的没有结 构缺陷的半导体单晶 称为本征半导体。它是共价键结构。 本征半导体的共价键结构硅原子价电子第1章 1.11.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体 +4+4+4+4+4+4+4+4+41.1 1.1 半导体的导电特
2、性半导体的导电特性+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空 穴本征激发复合在常温下自由电子和空穴的形成成对出现成对消失第1章 1.1+4+4+4+4+4+4+4+4+4外电场方向外电场方向空穴导电的 实质是共价 键中的束缚 电子依次填 补空穴形成 电流。故半 导体中有电 子和空穴两 种载流子。 空穴移动方向 电子移动方向 在外电场作用下 ， 电子和空穴均能 参与导电。 价电子填补空穴第1章 1.1+4+4+4+4+4+4+4+41.1.2 1.1.2 P P半导体和半导体和N N型半导体型半导体1 . N 型半导体在硅或锗的晶体中 掺入少量的五价元 素,如磷,则形成N型半导体。 磷原子+
3、4+5多余价电子自由电子正离子第1章 1.1N 型半导体结构示意图少数载流子多数载流子正离子在N型半导中,电子是多数载流子, 空穴是少数载流子。第1章 1.1+4+4+4+4+4+4+4空穴2. P型半导体在硅或锗的晶体中 掺入少量的三价元 素,如硼,则形成P 型半导体。 +4+4硼原子填补空位+3负离子第1章 1.1P 型半导体结构示意图电子是少数载流子负离子空穴是多数载流子第1章 1.1P 区N 区1.2.1 1.2.1 PN PN 结的形成结的形成用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上,形成 P型半导体区域和 N型半导体区域,在这两个区域的交界处就形成了一个PN 结。N区的电子向P区扩散并
4、与空穴复合P区的空穴向N区扩散并与电子复合空间电荷区内电场方向1.2 1.2 PNPN 结结第1章 1.2多子扩散少子漂移内电场方向空间电荷区 P 区N 区在一定的条件下，多子扩散与少子漂移达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本上稳定下来。 第1章 1.2内电场方向E外电场方向RI1.2.2 1.2.2 PN PN 结的单向导电性结的单向导电性P 区N 区外电场驱使P区的空穴进入空间 电荷区抵消一部分负空间电荷N区电子进入空间电荷区 抵消一部分正空间电荷空间电荷区变窄 扩散运动增强，形 成较大的正向电流1. 外加正向电压第1章 1.2P 区N 区内电场方向ER空间电荷区变宽 外电场方向IR2. 外
5、加反向电压 外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走少数载流子越过PN结 形成很小的反向电流 多数载流子的扩散运动难于进行第1章 1.21.2.3 1.2.3 PNPN结电容结电容PN结电容势垒电容 扩散电容1. 势垒电容PN结中空间电荷的数量随外加电压变化所形 成的电容称为势垒电容，用 Cb 来表示。势垒电 容不是常数，与PN结的面积、空间电荷区的宽度 和外加电压的大小有关。载流子在扩散过程中积累的电荷量随外加电压 变化所形成的电容称为扩散电容，用 Cd 与来示。 PN正偏时，扩散电容较大，反偏时，扩散电容可 以忽略不计。2. 扩散电容 第1章 1.2正极引线触丝N型锗支架外壳负极引线点
6、接触型二极管1.3.1 1.3.1 二极管的结构和符号二极管的结构和符号二极管的符号正极负极1.3 1.3 半导体二极管半导体二极管正极引线二氧化硅保护层P型区负极引线 面接触型二极管N型硅PN结PN结第1章 1.3600400200 0.1 0.200.4 0.850100I / mAU / V正向特性反向击 穿特性硅管的伏安特性1.3.2 1.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性反向特性死区电压I / mAU / V0.40.8 40 802460.1 0.2锗管的伏安特性正向特性反向特性0第1章 1.31.3.3 1.3.3 二极管的主要参数二极管的主要参数1. 最大整流电流IOM
7、2. 反向工作峰值电压URM 3. 反向峰值电流IRM例1：下图中，已知VA=3V， VB=0V， DA 、DB为锗管， 求输出端Y的电位并说明二极管的作用。 解： DA优先导通，则 VY=30.3=2.7VDA导通后, DB因反偏而截止, 起隔离作用, DA起钳位作用, 将Y端的电位钳制在+2.7V 。 DA12VYAB DBR二极管的应用范围很广,它可用与整流、检波、限幅 、 元件保护以及在数字电路中作为开关元件。 第1章 1.3DE 3VRuiuouRuD例2：下图是二极管限幅电路，D为理想二极管，ui = 6 sin t V, E= 3V,试画出 uo波形 。 t t ui / Vuo
8、 /V6 3300226第1章 1.3 t 6 302例3：双向限幅电路 t 033DE 3VRDE 3V第1章 1.3uiuouRuDui / Vuo /V1.4 1.4 稳压管稳压管IFUF0正向特性反向击穿区UZ IminIZmaxDZ正极正极负极符号符号伏安特性稳压管是一种特殊的 面接触型半导体二极管。 第1章 1.40稳压管的主要参数1. 稳定电压UZ 2. 最小稳定电流 Imin 3. 最大稳定电流 IZmax4. 动态电阻 RZIZUZRZ = IZ UZ5. 电压温度系数 VZT6. 最大允许耗散功率PM第1章 1.4IFUFIminIZmaxN型硅二氧化硅保护膜BECN+P型
9、硅1.5.1 1.5.1 半导体三极管的结构半导体三极管的结构（a） 平面型N型锗ECB铟球铟球PP+（b）合金型1. 5 1. 5 半导体三极管半导体三极管第1章 1.51. NPN 型三极管集电区集电结基区发射结发射区NN集电极C基极B发射极E三极管的结构 分类和符号P ECB符号第1章 1.5集电区集电结基区发射结发射区CBEN集电极C发射极E基极BNPPN2. PNP型三极管第1章 1.5ECRCICUCECEBUBE共发射极接法放大电路1.5.2 1.5.2 三极管的电流控制作用三极管的电流控制作用三极管具有电流控 制作用的外部条件 :（1）发射结正向偏置； （2）集电结反向偏置。对
10、于NPN型三极管应满足: UBE 0 UBC VB VE对于PNP型三极管应满足: UEB 0 UCB IB同样有: IC IB 所以说三极管具有电流控制作用,也称之为电流放大作用。IBUBE0UCE 1V死区电压1. 三极管的输入特性IB = f (UBE )UC E = 常数1.5.3 1.5.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线第1章 1.5IB =40AIB =60AUCE 0IC IB增加IB 减小IB = 20AIB = 常数IC = f (UCE )2. 三极管的输出特性第1章 1.5IC / mAUCE /V0放大区三极管输出特性上的三个工作区 IB= 0 A20A40 A截止
11、区饱和区60 A80 A第1章 1.51.5.4 1.5.4 三极管的主要参数三极管的主要参数 1. 电流放大系数 (1) (1) 直流电流放大系数直流电流放大系数(2) (2) 交流电流放大系数交流电流放大系数 = IC IB 2. 穿透电流 ICEO 3. 集电极最大允许电流 ICM4. 集-射反相击穿电压 U(BR)CEO5. 集电极最大允许耗散功率 PCM极限参数使用时不允许超过!第1章 1.5 = IC IB60A020A1.52.3在输出特性上求 , = IC IB =1.5mA 40A = 37.5 =IC IB =2.31.5(mA) 60 40(A) = 40设UCE=6V,
12、 IB由40A加为60A 。第1章 1.5IC / mAUCE /VIB =40A60IB= 0 A20A40 A60 A80 A由三极管的极限参数确定安全工作区安全工作 区过损耗区PCM曲线第1章 1.5IC / mAUCE /VICEOICMU(BR)CEOSiO2结构示意图1.1.6.6.1 1 N N沟道增强型绝缘栅场效应管沟道增强型绝缘栅场效应管P型硅衬底源极S栅极G漏极D 1.6 1.6 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管衬底引线BN+N+DBSG符号1. 结构和符号第1章 1.6SiO2结构示意图P型硅衬底耗尽层衬底引线BN+N+SGDUDSID = 0D与S之间是两个 PN结反向串联
13、， 无论D与S之间加 什么极性的电压， 漏极电流均接近 于零。2. 工作原理(1) (1) U UGSGS =0=0第1章 1.6P型硅衬底N+BSGD。耗尽层ID = 0(2) 0(2) 0 U UGS(GS(thth) )N型导电沟道N+N+第1章 1.6UGS4321051015UGS =5V6V4V3V2VID /mAUDS =10V增强型 NMOS 管的特性曲线 0123饱和区击穿区可变电阻区246UGS / V3. 特性曲线UGs(th)输出特性转移特性UDS / V第1章 1.6ID /mA结构示意图1.1.6.6.2 2 N N沟道耗尽型绝缘栅场效应管沟道耗尽型绝缘栅场效应管P
14、型硅衬底源极S漏极D 栅极G衬底引线B耗尽层1. 结构特点和工作原理N+N+正离子N型沟道SiO2DBSG符号制造时,在二氧化硅绝缘层中掺入大量的正离子。第1章 1.6432104812UGS =1V2V3V输出特性转移特性耗尽型NMOS管的特性曲线 1230V1012123UGS / V2. 特性曲线IDUGSUGs(off)UDS / VUDS =10V第1章 1.6ID /mAID /mAN型硅衬底N+BSGD。耗尽层PMOS管结构示意图P沟道1.6.3 1.6.3 P P沟道绝缘栅场效应管（沟道绝缘栅场效应管（PMOSPMOS）PMOS管与NMOS管 互为对偶关系，使用 时UGS 、UDS的极性 也与NMOS管相反。 P+P+第1章 1.6UGSUDSID1. P沟道增强型绝缘栅场效应管开启电压UGS(th)为 负值，UGS UGS(th) 时导通。 SGDB符号ID /mAUGS / V0UGS(th) 转移特性2. P沟道耗尽型绝
