1.2 晶体三极管 1.3 绝缘栅场效应管 1.1 晶体二极管第一章 半导体二极管、 三极管和MOS管第1章上页下页返回1.1.2 二极管的特性和主要参数 1.1.3 二极管的电路模型1.1.4 稳压二极管 1.1.1 PN结及其单向导电性1.1 晶体二极管第1章上页下页返回1 1. .本征半导体本征半导体 完全纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体 它具有共价键结构 锗和硅的原子结构锗和硅的原子结构单晶硅中的共价键结构单晶硅中的共价键结构价电子硅原子第1章上页下页返回1.1.1 PNPN结及其单向结及其单向导电特性 在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电空穴和自由电子都称为载流子它们成对出现，成对消失在常温下自由电子和空穴的形成复合自由电子本征激发第1章上页下页返回空穴2.2. N N型半导体和型半导体和P P型半导体型半导体原理图P自由电子结构图磷原子正离子P+ 在硅或锗中掺入少量的五价元素，如磷或砷、锑，则形成N型半导体多余价电子少子多子正离子在N型半导体中，电子是多子，空穴是少子第1章上页下页 N型半导体返回 P型半导体 在硅或锗中掺入三价元素，如硼或铝、镓，则形成P型半导体。
原理图BB- 硼原子负离子空穴填补空位结构图在P型半导体中，空穴是多子，电子是少子多子少子负离子第1章上页下页 返回 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一个PN结 P 区N 区P区的空穴向N区扩散并与电子复合N区的电子向P区扩散并与空穴复合空间电荷区内电场方向 3. . PNPN结的形成结的形成第1章上页下页返回空间电荷区内电场方向 在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡P区N区多子扩散少子漂移第1章上页下页返回 在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本上稳定内电场阻挡多子的扩散运动，推动少子的漂移运动空间电荷区内电场方向PN多子扩散少子漂移结 论 ：在PN结中同时存在多子的扩散运动和少子的漂移运动第1章上页下页返回4.4. PN PN结的单向导电性结的单向导电性P区N区内电场外电场EI空间电荷区变窄 P区的空穴进入空间电荷区和一部分负离子中和 N区电子进入空间电荷 区和一部分正 离子中和扩散运动增强，形成较大的正向电流第1章上页下页外加正向电压返回外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走空间电荷区变宽 内电场外电场少子越过PN结形成很小的反向电流IRE第1章上页下页 外加反向电压N区P区返回由上述分析可知：PN结具有单向导电性 即在PN结上加正向电压时，PN结电阻很低，正向电流较大。
PN结处于导通状态） 加反向电压时，PN结电阻很高，反向电流很小PN结处于截止状态）切记第1章上页下页返回1.1.2 二极管的特性和主要参数 1.1.结构结构 表示符号 面接触型点接触型引线触丝外壳N型锗片N型硅阳极引线PN结阴极引线金锑合金底座铝合金小球第1章上页下页阴极阳极D返回第1章上页下页返回几种二极管外观图几种二极管外观图小功率二极管大功率二极管 发光二极管2.二极管的伏安特性-40-20OU/VI/mA604020-50-250.40.8正向反向击穿电压死区电压U(BR)硅管的伏安特性I/A第1章上页下页返回-20-40-250.40.2-5010O155I/mAU/V锗管的伏安特性I/A死区电压死区电压：硅管约为：0.5V,锗管约为：0.1V导通时的正向压降：硅管约为:0.6V0.8V,锗管约为:0.2V0.3V常温下，反向饱和电流很小.当PN结温度升高时，反向电流明显增加注 意:3 3. . 二极管的主要参数二极管的主要参数-40-20OI/mA604020-50-250.40.8正向反向击穿电压死区电压U(BR)I/AU/V第1章上页下页最大整流电流最大整流电流I IFMFM 最高反向电压最高反向电压U URMRM 最高工作频率最高工作频率f fM M 最大反向电流最大反向电流I IRMRM 返回第1章上页返回下页1.1.3 二极管的电路模型 1.二极管的工作点EERUQIQER-D-UQU = E RI工作点：QIUO第1章上页返回下页二极管的静态电阻和动态电阻静态电阻：UQIQRD=动态电阻：rD =UIIUUQIIUO第1章上页返回下页IU2.二极管特性的折线近似及模型QU0NOPU = UON + rD I二极管的电路模型+UONrDDiI稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管。
符号:DZ阴 极阳 极特点:(1)反向特性曲线比较陡(2)工作在反向击穿区1.1.4 稳压二极管第1章上页下页返回I/mAU/V0UZIZIU-稳压管的主要参数稳压管的主要参数: :第1章上页下页稳定电压UZ稳定电流IZ动态电阻rZ最大允许耗散功率PZ M一般情况:高于6V的UZ为负,低于6V的UZ为正 电压温度系数UZrz = UZ / IZ返回I/mAU/V0UZIZ第1章上页下页返回稳压管构成的稳压电路 图中R为限流电阻，用来限制流过稳压管的电流RL为负载电阻UiR-DZRL-UOIILIZUZ 由于稳压管工作在其反向特性端，因而在反向击穿的情况下可以保证负载两端的电压在一定的范围内基本保持不变1.2 晶体三极管1.2.1 基本结构和电流放大作用1.2.2 特性曲线和主要参数1.2.3 简化的小信号模型第1章上页下页返回1.2.1 基本结构和电流放大作用NPN型PNP型CPNNNPPEEBB发射区集电区基区基区基极发射极集电结发射结发射结集电结集电区发射区集电极集电极C发射极基极BETCNPNBETCPNP第1章上页下页返回晶体管的电流放大原理IEIBRBUBBICUCC输入电路输出电路公共端 晶体管具有电流放大作用的外晶体管具有电流放大作用的外部条件：部条件：发射结正向偏置集电结反向偏置NPN 管： UBE0 UBCVBVERCBCE共发射极放大电路第1章上页下页PNP 管： UBE0即VCVBIB 或 ICIB第1章上页下页返回晶体管起电流放大作用，必须满足发射结正偏，集电结反偏的条件。
3当基极电路由于外加电压或电阻改变而引起IB的微小变化时，必定使IC发生较大的变化即三极管的基极电流对集电极电流具有控制作用1.2.2 特性曲线和主要参数1.1.输入特性曲线输入特性曲线IB = f (UBE )UC E = 常数UCE1V第1章上页下页返回IEIBRBUBICUCCRC-UBEUCEUBE/VIB/AOO2.2.晶体管输出特性曲线晶体管输出特性曲线IC = f (UCE ) | IB = 常数IB 减小IB增加UCEICIB = 20AIB =60AIB =40A第1章上页下页返回IEIBRBUBICUCCRC-UBEUCE晶体管输出特性曲线分三个工作区UCE /VIC / mA806040 0 IB= 20 AO24681234截止区饱和区放大区第1章上页下页返回 晶体管三个工作区的特点: :放大区放大区: :截止区截止区: :饱和区饱和区: :发射结正偏,集电结反偏有电流放大作用, IC=IB输出曲线具有恒流特性发射结、集电结处于反偏失去电流放大作用, IC0晶体管C、E之间相当于开路发射结、集电结处于正偏失去放大作用晶体管C、E之间相当于短路第1章上页下页返回 3.主要参数集电极基极间反向饱和电流 ICBO集电极发射极间穿透电流 ICEOICEO=(1+)ICBO交流电流放大系数=IC / IB第1章上页下页直流电流放大系数=IC / IB 电流放大系数电流放大系数 极间反向饱和电流极间反向饱和电流返回ICEOCBEAAICBOCEB集电极最大允许电流 ICM集-射反向击穿电压 U(BR)CEO集电极最大允许耗散功率 PCM过过压压区区过流区过流区安安全全工工作作区区过损区过损区PCM=ICUCEUCE/VU(BR)CEOIC/mAICMO使用时不允许超使用时不允许超过这些极限参数过这些极限参数. .第1章上页下页 极限参数极限参数返回1.2.3 简化的小信号模型 三极管工作在放大状态时可用电路模型来表征它的特性。
建立简化小信号模型的条件：1）三极管工作在放大状态;2) 输入信号非常小（一般A数量级）上页下页第1章返回 rbe = 200+ （1+）26（mv）IE（mA）三极管微变等效模型的建立步骤：iB0uBEUce1VIBIBUBE第1章上页下页Q 输入回路微变等效电路返回berbeUBEIBubeib=rbe =ibec+-+-uceubeicb输出回路微变等效电路iC 0uCEICQUCEI CUCE = IBIC rce = I CUCE第1章上页下页iC= ib 返回ic=ib受控恒流源ICIBCeibrcee第1章上页下页返回ibec+-+-uceubeicbebibicrceib等效模型cuceuberbe+bibiCcib简化模型ubeucerbe+1.3 绝缘栅场效应晶体管1.3.1 基本结构和工作原理第1章上页下页返回1.3.2 特性曲线和主要参数1.3.3 简化的小信号模型概述第1章上页下页返回 场效应晶体管是利用电场效应来控制电流的一种半导体器件，绝缘栅型场效应管的应用最为广泛，这种场效应管又称为金属氧化物半导体场效应晶体管（MOS）P沟道增强型耗尽型N沟道增强型耗尽型 按其导电类型可将场效应晶体管分为N沟道和P沟道两种，按其导电沟道的形成过程可分为耗尽型和增强型两种。
因而就出现了四种不同形式的场效应晶体管，它们是：1.3.1 基本结构和工作原理1.1.结构结构BG栅极D漏极SiO2BDGSP型硅衬底S源极N沟道增强型结构示意图图形符号第1章上页下页返回N+N+2.2.工作原理工作原理 D与S之间是两个PN结反向串联，无论D与S之间加什么极性的电压，漏极电流均接近于零1) UGS =0结构示意图衬底引线BUDSID = 0GDSP型硅衬底SiO2栅源电压对导电沟道的控制作用第1章上页下页N+N+返回(2) 0 UGS UGS(th) 栅极下P型半导体表面形成N型导电沟道 当D、S加上正向电压后可产生漏极电流ID N+N+SiO2GDS耗尽层BP型硅衬底UGSN型导电沟道ID第1章上页下页返回UDS由上述讨论可知由上述讨论可知: : UGS愈大，导电沟道愈厚,在UDS电压作用下,电流ID愈 大即通过改变电压UGS的大小可以改变漏极电流ID的 大小 随着栅极电压UGS的增加，导电沟道不断增加的场效 管称为增强型场效应管 场效应管只有一种载流子参与导电,故称为单极型晶 体管普通晶体管中空穴和电子两种载流子参与导电 称之为双极型晶体管上页第1章返回下页上页第1章返回下页 0UDS/v10201234ID / mAUGS = 0 VUGS = -1 VUGS = -2 VUGS = 1 V可变电阻区 线性放大区N沟道耗尽型MOS管的特性曲线ID/mA0UGS/V-212UDS = 10 VIDSS输出特性转移特性1.3.2 特性曲线和主要参数上页第1章返回下页增强型MOS管的转移特性NMOS管PMOS管UGS 0IDUGS（th）UGS 0IDUGS（th）主要参数上页第1章返回下页夹断电压UGS(off)：是耗尽型场效应管当ID为一微小电流时的栅源电压。
最大漏源击穿电压U(BR)DS:漏极和源极之间的击穿电压最大漏极电流IDM，最大耗散功率PDM 低频跨导gm：在UDS为某一固定值时，漏极电流的微小变化和相应的栅源输入电压变化量之比栅源直流输入电阻RGS：栅源电压和栅极电流的比值开启电压UGS(th)：是增强型场效应管当漏源之间出现导电沟道时的栅源电压饱和漏电流IDSS：耗尽型场效应管在UGS=0的情况下，当漏源电压大于夹断电压时的漏极电流第1章上页返回简化模型BGSD1.3.3 简化的小信号模型SDUGS+GgmUGS ID由于MOS管的栅源输入电阻很大，故可认为G、S间是开路的。