第1章半导体器件

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1、返回目录返回目录1.1 半导体基半导体基础知识础知识1.2半导体半导体二极管二极管1.3 双极型三极管双极型三极管1.4 场效应管场效应管返回返回首页首页1.1 半导体基半导体基础知识础知识1.1.1 1.1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性1.1.2 1.1.2 半导体的种类及其内部结构半导体的种类及其内部结构返回返回1.1.3 PN1.1.3 PN结结3 3、掺杂特性掺杂特性：在纯净的半导体材料中，掺杂微量：在纯净的半导体材料中，掺杂微量杂质，其导电能力大大增强。杂质，其导电能力大大增强。（可增加几十万至几百（可增加几十万至几百万倍）万倍）1.1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性1

2、、热敏性热敏性：半导体受热时，其导电能力增强。：半导体受热时，其导电能力增强。利用利用这种特性，有些对温度反应特别灵敏的半导体可做成这种特性，有些对温度反应特别灵敏的半导体可做成热电传感器热电传感器2、光敏性光敏性：半导体光照时，其导电能力增强。：半导体光照时，其导电能力增强。利用利用这种特性，有些对光特别敏感的半导体可做成各种光这种特性，有些对光特别敏感的半导体可做成各种光敏元件。敏元件。 返回返回1.1.2半导体的种类及其内部结构：半导体的种类及其内部结构：1.种类种类半导体半导体P型半导体型半导体(空穴型）空穴型）杂质半导体杂质半导体N型半导体（电子型）型半导体（电子型）本征半导体本征半

3、导体价电子价电子：最外层的电子受原子核的束缚最最外层的电子受原子核的束缚最小，最为活跃，故称之为价电子。小，最为活跃，故称之为价电子。 最外层有几个价电子就叫几价元素，最外层有几个价电子就叫几价元素，半导体材料硅和锗都是半导体材料硅和锗都是四价元素四价元素。常用半导体材料硅和锗的原子结构常用半导体材料硅和锗的原子结构本征半导体本征半导体对半导体提纯，使之成为单对半导体提纯，使之成为单晶体结构。这种纯净的晶体叫本征半导体。晶体结构。这种纯净的晶体叫本征半导体。晶体管就是由此而来的。晶体管就是由此而来的。2.半导体的内部结构及导电方式半导体的内部结构及导电方式：SiSiSiSiSiSi共价键结构共

4、价键结构每个价电子为每个价电子为两个相邻原子两个相邻原子核所共有。核所共有。l l内部结构：内部结构：本征激发本征激发价电子获得一定的能价电子获得一定的能量后挣脱共价键的束缚成为自由电子的现量后挣脱共价键的束缚成为自由电子的现象叫本征激发。象叫本征激发。SiSiSiSiSiSi自由电子自由电子当当温度升高时，一温度升高时，一些价电子获得一些价电子获得一定的能量后，挣定的能量后，挣脱共价键的束缚，脱共价键的束缚，成为自由电子。成为自由电子。空穴空穴:留下的空位留下的空位自由电子数自由电子数=空穴数空穴数自由电子和空穴统称为载流子自由电子和空穴统称为载流子本征半导体的特点本征半导体的特点l导电方式

5、导电方式SiSiSiSiSiSi电子电流电子电流空穴电流空穴电流共价健中的价电共价健中的价电子在外电场的力子在外电场的力的作用下挣脱共的作用下挣脱共价键的束缚，沿价键的束缚，沿与外电场方向相与外电场方向相反方向填补空穴，反方向填补空穴，就好像空穴沿与就好像空穴沿与外电场方向相同外电场方向相同的方向作定向运的方向作定向运动，形成电流，动，形成电流，这个电流称为空这个电流称为空穴电流。穴电流。外电场外电场所以，所以， 本征半导体中有两种电流：电子电流和空穴电流，本征半导体中有两种电流：电子电流和空穴电流，他们的方向一致，总电流为电子电流与空穴电流之和。他们的方向一致，总电流为电子电流与空穴电流之和

6、。在半导体上加电场时在半导体上加电场时 本征半导体中电流的大小取本征半导体中电流的大小取决于决于自由电子和空穴的数量自由电子和空穴的数量，数，数量越多，电流越大。即本征半导量越多，电流越大。即本征半导体的导电能力与载流子的数量有体的导电能力与载流子的数量有关，而当光照和加热时，载流子关，而当光照和加热时，载流子的数量都会增加，这就说明了光的数量都会增加，这就说明了光敏性和热敏性。敏性和热敏性。在在本征半导体中掺入五价杂质元素，本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成例如磷，可形成 N N型半导体型半导体, ,也称也称电子电子型半导体型半导体。3 3 杂质半导体：杂质半导体：N N型半导体（

7、电子型半导体）型半导体（电子型半导体）SiSiSiSiSiSiSiSiSiSiSiP热激发产生热激发产生的自由电子的自由电子掺杂磷产生掺杂磷产生的自由电子的自由电子掺杂磷产生的自由电子数掺杂磷产生的自由电子数热激发产生的自由电子数热激发产生的自由电子数N型半导体中自由电子数型半导体中自由电子数空穴数空穴数自由电子自由电子为为N型半导体的型半导体的多数载流子（简称多）多数载流子（简称多），空穴空穴为为N型型半导体的半导体的少数载流子（简称少子）少数载流子（简称少子）因五价杂质原子中四因五价杂质原子中四个价电子与周围四个个价电子与周围四个半导体原子中的价电半导体原子中的价电子形成共价键，多余子形成

8、共价键，多余的一个价电子因无共的一个价电子因无共价键束缚而很容易形价键束缚而很容易形成自由电子。成自由电子。N N型半导体简化图型半导体简化图SiSiSiSiSiP空空间间电电荷荷多多子子SiSiSiSiSiBlP P型半导体：型半导体：往本征半导体中掺杂往本征半导体中掺杂三价杂质三价杂质硼形成的杂质半导体硼形成的杂质半导体, , P P型半导体中型半导体中空穴是多数载流子空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；主要由掺杂形成；电电子是少数载流子，子是少数载流子，由热激发形成。由热激发形成。空穴很容易俘获电空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为子，使杂质原子成为负离子负离子。因而也称为。因而也称为受主杂

9、质受主杂质。SiSiSiSiSiB热激发产生热激发产生的空穴的空穴掺杂磷产生的掺杂磷产生的空穴空穴自由电子为自由电子为P P型半导体的少数载流子，空穴为型半导体的少数载流子，空穴为P P型半导型半导体的多数载流子体的多数载流子掺杂硼产生的空穴数掺杂硼产生的空穴数热激发产生的空穴数热激发产生的空穴数P P型半导体中空穴数型半导体中空穴数自由电子数自由电子数P型半导体简化图型半导体简化图SiSiSiSiSiB掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响。掺入杂质对本征半导体的导电性有很大的影响。一些典型的数据如下: T=300K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.41010/cm3掺杂

10、后 N 型半导体中的自由电子浓度: n= 51016/cm3本征硅的原子浓度: 4.961022/cm3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm34杂质对半导体导电性的影响杂质对半导体导电性的影响 返回返回 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质质, ,分别形成分别形成N N型半导体和型半导体和P P型半导体。此时将在型半导体。此时将在N N型半导体和型半导体和P P型半导体的结合面上形成如下物理过型半导体的结合面上形成如下物理过程程: :PN+ +内电场PN+ +1.1.3 PN1.1.3 PN结结1 PN1 PN结的形成结的形成因因浓浓度度差差多子产

11、多子产生扩散生扩散运动运动(PN)形成空形成空间电荷间电荷区区(N(NP)P)形成内形成内电场电场(N(NP)P) 阻止多阻止多子扩散子扩散促使少子漂移（促使少子漂移（N NP P）动态动态平衡平衡 PNPN结的特性结的特性单向导电性单向导电性当外加电压时，当外加电压时，PNPN结就会显示单向导电性结就会显示单向导电性单向导电性单向导电性：PNPN结加结加反向反向电压时，电压时，截止截止。规定规定：P P区接区接电源正，电源正，N N区接电源负为区接电源负为PNPN结加结加正向正向电压电压N N区接电源正，区接电源正，P P区接电源负为区接电源负为PNPN结加结加反向反向电压电压PNPN结加结

12、加正向正向电压时，电压时，导通导通。PN+ + (1)PN(1)PN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况 PNPN结加正向电压时，结加正向电压时，外加的正向电压有一部外加的正向电压有一部分降落在分降落在PNPN结区，方向结区，方向与与PNPN结内电场方向相反，结内电场方向相反，削弱了内电场。于是削弱了内电场。于是, ,内内电场对多子扩散运动的电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电移电流，可忽略漂移电流的影响，流的影响，PNPN结呈现低结呈现低阻性。其理想模型：开阻性。其理想模型：开关闭合关闭合内电场内

13、电场外电场外电场 (2) PN(2) PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 外加的反向电压有一部分降落在外加的反向电压有一部分降落在PNPN结区，方向与结区，方向与PNPN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时扩散电流大大减小。此时PNPN结区的少子在内电场的结区的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散于扩散电流，可忽略扩散电流，由于漂移电流是少子电流，由于漂移电流是少子形成的电流，故反向电流形成的电流，故反向电流非常小，非常

14、小，PNPN结呈现高阻性。结呈现高阻性。 PNPN结加反向电压时结加反向电压时内电场内电场外电场外电场 在一定的温度条件下，由本征激发决定的在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关关，这个电流也称为这个电流也称为反向饱和电流反向饱和电流。 PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 PNPN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。漂移电流。PN结加反向电压时的导电情况图01.07 P

15、N结加正向电压时的导电情况 PNPN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；扩散电流；由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。3 PN结的电容效应 PNPN结具有一定的电容效应，结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定。它由两方面的因素决定。 一是势垒电容一是势垒电容CB 二是扩散电容二是扩散电容CD (1) (1) 势垒电容势垒电容CB 势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使当外加电压使PNPN结上压降发生变化时，离子薄层结上压降发生变化时，离子薄

16、层的厚度也相应地随之改变，这相当的厚度也相应地随之改变，这相当PNPN结中存储的结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。图 01.09 势垒电容示意图 扩散电容是由多子扩散后，在扩散电容是由多子扩散后，在PNPN结的另一结的另一侧面积累而形成的。因侧面积累而形成的。因PNPN结正偏时，由结正偏时，由N N区扩散区扩散到到P P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在过来的电子就堆积在P P 区内紧靠区内紧靠PNPN结的附近，结的附近，形成一定的多子浓度形成一定的多

17、子浓度梯度。梯度。(2)扩散电容扩散电容CD 反之，由反之，由P P区扩散到区扩散到N N区的空穴，在区的空穴，在N N区内也区内也形成类似的浓度梯度分形成类似的浓度梯度分布曲线。布曲线。扩散电容示意图 当外加正向电压当外加正向电压不同时，扩散电流即不同时，扩散电流即外电路电流的大小也外电路电流的大小也就不同。所以就不同。所以PNPN结两结两侧堆积的多子的浓度侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这梯度分布也不同，这就相当电容的充放电就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电散电容均是非线性电容。容。返回返回1.2 半导体二极管1.2.1半半导导体体二二极极管管的的结

18、结构构类类型型1.2.2半半导导体体二二极极管管的的伏伏安安特特性性曲曲线线1.2.3 半半导导体体二二极极管管的的主主要要参参数数1.2.4半半导导体体二二极极管管的的温温度度特特性性1.2.5半半导导体体二二极极管管的的型型号号1.2.6二二极极管管的的等等效效模模型型和和例例题题1.2.8特特殊殊二二极极管管- - - - -稳稳压压二二极极管管1.2.7其其他他类类型型二二极极管管1.2.1 1.2.1 半导体二极管的结构类型半导体二极管的结构类型 在在PNPN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有管按结构分有点接触型、面接触型

19、和平面型点接触型、面接触型和平面型三大类。它们三大类。它们的结构示意图如图所示。的结构示意图如图所示。(1)点接触型二极管点接触型二极管PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。用于检波和变频等高频电路。(a)(a)点接触型结构图点接触型结构图 (c)平面型结构图结构图 (3)平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路制造工往往用于集成电路制造工艺中。艺中。PN PN 结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管面接触型二极管 PNPN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。(b

20、)面接触型结构图结构图返回返回1.2.2 半导体二极管的伏安特性曲线 半导体二极管的伏安特性曲线如图半导体二极管的伏安特性曲线如图01.1201.12所所示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。三象限的是反向伏安特性曲线。U/V 式中式中I IS S 为反向饱和电流，为反向饱和电流，U U 为二极管两端的电压为二极管两端的电压降，降，U UT T = =kT/qkT/q 称为温度的电压当量，称为温度的电压当量，k k为玻耳兹曼常为玻耳兹曼常数，数，q q 为电子电荷量，为电子电荷量，T T 为热力学温度。对于室温为热力

21、学温度。对于室温（相当（相当T T=300 K=300 K），），则有则有U UT T=26 mV=26 mV。根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示U/V(1) (1) 正向特性正向特性硅硅二极管的死区电压约为：二极管的死区电压约为： Uth=0.5V左右左右，锗二极管的死区电压约为：锗二极管的死区电压约为：Uth=0.1V左右。左右。 当当0UUth时，正向电流为零，时，正向电流为零，U Uthth称为死区称为死区电压或开启电压，管子截止。电压或开启电压，管子截止。 当当U U0 0即处于正向特性区域。正向区又分为两段：即处于正向特性区

22、域。正向区又分为两段： 当当UUth时，开始出现正向电流，并按指数规时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。管子导通。律增长。管子导通。U/VU(2) (2) 反向特性反向特性当当U0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域： 当当UBRU0时，时，反向电流很小，且基本不随反向反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电反向饱和电流流IS ， IS0。管子截止。管子截止。 当当UUBR时，反向时，反向电流急剧增加，管子击电流急剧增加，管子击穿穿。UBR称为称为反向击穿反向击穿电压电压

23、 。U/VUBR 从击穿的机理上看，硅二极管若从击穿的机理上看，硅二极管若| |VBR|7V|7V时时, ,主要是雪崩击穿；若主要是雪崩击穿；若|UBR|4V时时, , 则主要则主要是齐纳击穿。当在是齐纳击穿。当在4V4V7V7V之间两种击穿之间两种击穿都有，有可能获得零都有，有可能获得零温度系数点。温度系数点。 在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。 硅二极管硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小；流也很小；锗二极管锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较的反向击穿特性比较软，过渡比较圆

24、滑，反向饱和电流较大。圆滑，反向饱和电流较大。 返回返回UBR1.2.3 半导体二极管的主要参数主要参数主要参数极限参数极限参数：使器件损坏的参数：使器件损坏的参数特征参数特征参数：使器件的某个特性：使器件的某个特性消失的参数消失的参数（1）.最大整流电流最大整流电流IF 在测试温度下，二极管允许通过在测试温度下，二极管允许通过的最大平均电流的最大平均电流（2 2）. .最高反向工作电压最高反向工作电压UR二极管允许承受的最大反向电压二极管允许承受的最大反向电压（3 3）. .反向电流反向电流IR在室温下，二极管未击穿时的反向电流在室温下，二极管未击穿时的反向电流（4 4）. .最高工作频率最

25、高工作频率fM 二极管工作的上限频率二极管工作的上限频率返回返回1.2.4 1.2.4 半导体二极管的温度特性半导体二极管的温度特性 温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，反向电流将呈指数规律增加，如硅二极管温度每增加反向电流将呈指数规律增加，如硅二极管温度每增加88，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加22，反，反向电流大约增加一倍。向电流大约增加一倍。 另外，温度升高时，二另外，温度升高时，二极管的正向压降将减小，每极管的正向压降将减小，每增加增加11，正向压降，正向压降U UF F( (U U

26、D D) )大大约减小约减小2mV2mV，即具有负的温即具有负的温度系数。这些可以从图度系数。这些可以从图01.1301.13所示二极管的伏安特所示二极管的伏安特性曲线上看出性曲线上看出。返回uD1.2.5 1.2.5 半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片返回返回1.2.6 1.2.6 二极管的等效模型和例题二极管的等效模型和例题（1 1）二极管的等效模型）二极管的等效模型 理想二极管的等效模型理想二极管的等效模型 考虑

27、导通电压考虑导通电压Uon的等效模型的等效模型 考虑导通内阻的等效模型考虑导通内阻的等效模型 二极管的单向导电性应用很广，可用于：检波、二极管的单向导电性应用很广，可用于：检波、整流、限幅、钳位、开关、元件保护等。整流、限幅、钳位、开关、元件保护等。n例例1 1：设二极管得导通电压为：设二极管得导通电压为0.6V0.6V，求求UO-6V-12V解：解：D D导通，导通， UO = = - - 6.6V（2 2）二极管的例题）二极管的例题假设假设D断开，求其两端电断开，求其两端电势：正向导通，反向截止势：正向导通，反向截止例例2 2：设二极管的导通电压忽略：设二极管的导通电压忽略，已知已知ui=

28、Asinwt(V)，画出画出uO的的波形。波形。tuituo这是将交流电变为直这是将交流电变为直流电的第一步流电的第一步例3：设二极管的导通电压忽略，已知设二极管的导通电压忽略，已知ui=10sinwt(V)，E=5V，画画uo的波形的波形。tui10v5vtuo5v该电路可防止输出该电路可防止输出电压过大电压过大 例例4 4：电路如下图，已知：电路如下图，已知u=10sin( t)(V V)，E=5V=5V，试画出试画出uo的波形的波形解：uuot u uot 例例5 5：UA=3V,UB=0V，求求UF (二极管的导通二极管的导通电压忽略电压忽略)A、B输入，输入，F输出，输出，此为与门此

29、为与门ABF0000101001111.2.7 特殊的二极管特殊的二极管稳压二极管稳压二极管 稳压二极管是应稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊用在反向击穿区的特殊硅二极管。稳压二极管硅二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完极管的伏安特性曲线完全一样，稳压二极管伏全一样，稳压二极管伏安特性曲线的反向区、安特性曲线的反向区、符号和典型应用电路如符号和典型应用电路如图所示。图所示。一、稳压二极管的伏安特一、稳压二极管的伏安特性曲线及稳压原理：性曲线及稳压原理：(a)符号 (b) 伏安特性 (c)应用电路(c)(a)(b)U/VUZ从稳压二极管的伏安特性曲线从稳

30、压二极管的伏安特性曲线上可以确定稳压二极管的参数上可以确定稳压二极管的参数 (1)稳定电压稳定电压UZ 在规定的稳压管反向工在规定的稳压管反向工作电流作电流I IZ Z下，所对应的反向下，所对应的反向工作电压。工作电压。二、主要参数二、主要参数 (2)(2)最大稳定电流最大稳定电流 I IZmaxZmax 和和最小稳定电流最小稳定电流I IZ Z 稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax=UZIZmax。 若若IDZIZmin则不能稳压。则不能稳压。UZUZU (3) (3) 额定功耗额定功耗 P PZMZM 稳压管的最大功率损耗稳

31、压管的最大功率损耗取决于取决于PNPN结的面积和散热等结的面积和散热等条件。反向工作时条件。反向工作时PNPN结的功结的功率损耗为率损耗为 PZ= UZIZ，由由 PZM和和UZ可以决定可以决定IZmax。(4)(4) 动态电阻动态电阻r rZ Z_-_- 其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。rZ愈小，愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。反映稳压管的击穿特性愈陡。 rZ = UZ / IZUZ(5) (5) 温度系数温度系数 温度的变化将使温度的变化将使V VZ

32、Z改变，在稳压管中当改变，在稳压管中当 UZ 7V时，时，UZ具有正温度系数，反向击穿是雪具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿。崩击穿。 当当 UZ 4V时，时，UZ具有负温度系数，具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。反向击穿是齐纳击穿。 当当4V UZ 7V时，稳压管可以获得时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。为标准稳压管使用。稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。 电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负

33、载电流变化时，通过该电阻上电压降是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。起到稳压作用。三、应用三、应用n例例1 1：电路如图，求流过稳压管的电流：电路如图，求流过稳压管的电流IZ，R是是否合适？否合适？解：解：假设稳压管在工作范围内假设稳压管在工作范围内即其上电压降为即其上电压降为12V故，故，R是合适的。是合适的。例例2 2：电路如图，电路如图，IZmax=50mA，R=0.15K, ,UI=24V,IZ=5mA, , UZ=12V，问当问当 RL=0.2K 时，时，电路能否

34、稳定，为什么？当电路能否稳定，为什么？当 RL =0.8K 时，电时，电路能否稳定，为什么？路能否稳定，为什么？解：解：例例3 3、电路如图，、电路如图，UI =12V ，UZ=6V ，R=0.15K ，IZ=5mA，IZMAX=30mA, ,问保证电路正常工作时问保证电路正常工作时RL 的的取值范围取值范围解：解：例：已知例：已知u=10sin(t)V ,UZ= +6V, IZ=10mA ， Izmax=30mA, , 画出画出uo的波形，并求限流电阻的波形，并求限流电阻R R的的最小值。最小值。1.2.8 其它类型二极管发光二极管光电二极管发光二极管 当发光二极管外当发光二极管外加正向电压

35、，且正向加正向电压，且正向电流足够大时，发光电流足够大时，发光二极管发光。二极管发光。 正向电流越大亮正向电流越大亮度越大。度越大。 发光二极管的外形结构和符号发光二极管的外形结构和符号光电二极管光电二极管的外形和符号光电二极管的外形和符号 光电二极管是远红外线接受管，它是利用光电二极管是远红外线接受管，它是利用PN结的结的光敏特光敏特性制成的将光能转换为电能的器件性制成的将光能转换为电能的器件返回返回光电二极管的伏安特性 光电二极管加反光电二极管加反向偏置时，光线对反向偏置时，光线对反向电流的影响较大，向电流的影响较大，照度越大光电流越大。照度越大光电流越大。 光电二极管加正向光电二极管加正

36、向偏置时，光线对正向电偏置时，光线对正向电流的影响较小。流的影响较小。 光电二极管的这种特性广泛用于遥控、光电二极管的这种特性广泛用于遥控、报警、光电传感器中。报警、光电传感器中。返回返回7/20/20241.3.1 晶体管的结构及其特点1.3.2 晶体管的电流放大作用1.3.3 晶体管的共射特性曲线1.3.4 晶体管的主要参数1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响1.3.6 光电三极管END7/20/2024半导体三极管是由两种载流子参半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两个与导电的半导体器件，它由两个 PN PN 结组合而成，是一种结组合而成，是一种电流控制电流控制电流电

37、流器件。器件。1 1） 晶体管的结构晶体管的结构1.3.1 1.3.1 晶体管的结构及其特点 双极型半导体三极管有两种类型双极型半导体三极管有两种类型: NPN型和型和PNP型。其结型。其结构示意图如下图所示。构示意图如下图所示。e-b间的间的PN结称为结称为发射结发射结(Je)c-b间的间的PN结称为结称为集电结集电结(Jc)中间部分称为基区，连上电极称为中间部分称为基区，连上电极称为基极基极，用用B或或b表示（表示（Base）；）；一侧称为发射区，电极称为一侧称为发射区，电极称为发射极发射极，用用E或或e表示（表示（Emitter）；）；另一侧称为集电区和另一侧称为集电区和集电极集电极，用

38、用C或或c表示（表示（Collector）。）。7/20/2024 双极型三极管的符号在图的下方给出，发双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。射极的箭头代表发射极电流的实际方向。 从外表上看两个从外表上看两个N N区区,(,(或两个或两个P P区区) )是对称的，是对称的，实际上实际上发射区的掺杂浓度大发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度集电区掺杂浓度低低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。厚度一般在几个微米至几十个微米。2）结构特点）结构特点基区很薄，掺杂浓度很低基区很薄，掺杂浓度很低集电

39、结面积大，集电区集电结面积大，集电区 掺杂掺杂浓度低浓度低发射区发射区 掺杂浓度高掺杂浓度高返回1.3.1.3.2 2 晶体管的电流放晶体管的电流放大作用大作用半导体三极管工作在半导体三极管工作在放大工作状态放大工作状态时一定要时一定要加上适当的直流偏置电压加上适当的直流偏置电压：发射结发射结加正向加正向电压电压集电结集电结加反向加反向电压电压7/20/2024 发射结加正偏时，从发发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向射区将有大量的电子向基区扩散，进入基区的基区扩散，进入基区的电子流因基区的空穴浓电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在少。又因基区很

40、薄，在集电结反偏电压的作用集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的下，电子在基区停留的时间很短，很快就运动时间很短，很快就运动到了集电结的边上，进到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成被集电极所收集，形成集电极电流集电极电流I ICECE。 从基区向发射区也有空从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为量小，形成的电流为I IBEBE。这是因为发射区的掺杂这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。浓度。基区和集电区的少子在集电结的作用基区和集电区的少子在集电结的作用下，产生漂移运动，形成电

41、流下，产生漂移运动，形成电流I ICBOCBO EB ECNNPECB ICE ICBO IBE以以NPN型三极管的放大状态为例来说明三极管内部的电流关系型三极管的放大状态为例来说明三极管内部的电流关系 EB ECNNPECB ICEICBO IBE IB IE IC(1)(2)(3)(4)(2)+(3):由由(1)得得:上式代入（上式代入（2）式：）式：由由(3)得得:代入上式：代入上式：动画动画 由以上分析可知，由以上分析可知，发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高，基区很薄基区很薄，是保证三极管能够实现电流放大，是保证三极管能够实现电流放大的关键。若两个的关键。若两个PNPN结对接，相当基区很

42、厚，结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个个PNPN结演变为三极管，这是量变引起质变的结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。又一个实例。问题问题1：除了从三极管的电流分配关系可以：除了从三极管的电流分配关系可以证明证明IE=IC+IB。还可以通过什么方还可以通过什么方法加以说明？法加以说明？返回返回1.3.31.3.3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线iB是输入电流是输入电流，uBE是输入电压是输入电压。iC是输出电流是输出电流，uCE是输出电压。是输出电压。 输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE) uCE=c

43、onst 输出特性曲线输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线，即本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线，即7/20/2024 简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性曲线，现讨论曲线，现讨论iB和和uBE之间的函数关系。因为有集电结电之间的函数关系。因为有集电结电压的影响，它与一个单独的压的影响，它与一个单独的PNPN结的伏安特性曲线不同。结的伏安特性曲线不同。为了排除为了排除uCE的影响，在讨论输入特性曲线时，应使的影响，在讨论输入特性曲线时，应使uCE=const( (常数常数) )。(1) (1

44、) 输入特性曲线输入特性曲线UBE/VUCE=0 共发射极接法的输入特性曲线见下图。其中共发射极接法的输入特性曲线见下图。其中uCE=0V的的那一条相当于发射结的正向特性曲线。当那一条相当于发射结的正向特性曲线。当uCE1V时，时，uCB=uCE-uBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少，子，且基区复合减少，IC/IB 增大，特性曲线将向右稍增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但微移动一些。但uCE再增加时，曲线右移很不明显。曲再增加时，曲线右移很不明显。曲线的右移是三极管内部反馈所致，右移不明显说明内部线的右移是三极管内部反馈所致，右移不明显

45、说明内部反馈很小。输入特性曲线的分区：反馈很小。输入特性曲线的分区： 死区死区非线性非线性区区 线性区线性区UCE=0(2)(2)输出特性曲线输出特性曲线 共发射极接法的输出特性曲线如图所示，它是以共发射极接法的输出特性曲线如图所示，它是以iB为为参变量的一族特性曲线。现以其中任何一条加以说明，参变量的一族特性曲线。现以其中任何一条加以说明，当当uCE=0V时，因集电极无收集作用，时，因集电极无收集作用，iC=0。当当uCE稍稍增大时，发射结虽处于正向电压之下，增大时，发射结虽处于正向电压之下，但集电结反偏电压很小，如但集电结反偏电压很小，如 uCE1VuBE=0.7VuCB=uCE- -uB

46、E=0.7V集电区收集电子的能力集电区收集电子的能力很弱很弱，iC主要由主要由uCE决定。决定。 动画1-7三极管输出特性UCE/V 当当uCE增加到使集电结反偏电压较大时，如增加到使集电结反偏电压较大时，如 uCE1VuBE0.7V运动到集电结的电子运动到集电结的电子基本上都可以被集电基本上都可以被集电区收集，此后区收集，此后uCE再增再增加，电流也没有明显加，电流也没有明显的增加，特性曲线进的增加，特性曲线进入与入与uCE轴基本平行的轴基本平行的区域区域 ( (这与输入特性曲这与输入特性曲线随线随uCE增大而右移的增大而右移的 图图02.06 02.06 共发射极接法输出特性曲线共发射极接

47、法输出特性曲线原因是一致的原因是一致的) ) 。 UCE/VUCE/V 输出特性曲线可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域: :饱和区饱和区iC受受uCE显著控制的区域，该区域内显著控制的区域，该区域内uCE的的数值较数值较小，一般小，一般uCE0.7V(硅管硅管)。又叫饱和导通，即发射极和极电。又叫饱和导通，即发射极和极电集近似开关闭合，此时集近似开关闭合，此时发射结正偏，发射结正偏，集电结正偏集电结正偏或反偏电压很或反偏电压很小小。截止区截止区iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。的曲线的下方。此时，此时，发射结反偏，发射结反偏，集电结反偏。集电结反偏。发射极

48、和极电集近似开关断开。发射极和极电集近似开关断开。放大区放大区iC平行于平行于uCE轴的区域，轴的区域，曲线基本平行等距。曲线基本平行等距。此时，此时，发发射结正偏，射结正偏，集电结反偏，集电结反偏，电压大于电压大于0.7V左右左右(硅管硅管)。例例1 1：测量三极管三个电极对地电位如图：测量三极管三个电极对地电位如图 03.0903.09所示，试判断三极管的工作状。所示，试判断三极管的工作状。 图 03.09 三极管工作状态判断 放大截止饱和例2：用数字电压表测得VB =4.5 V 、VE = 3.8 V 、VC =8 V，试判断三极管的工作状态。图03.10 例3.2电路图返回返回1.3.

49、4 1.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数一、直流参数一、直流参数 1 1 共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 在放大区基本不变。在共发射极输出特性在放大区基本不变。在共发射极输出特性曲线上，通过垂直于曲线上，通过垂直于X X轴的直线轴的直线( (U UCECE=const)=const)来求来求取取I IC C / / I IB B ，如图如图02.0702.07所示所示。在。在I IC C较小时和较小时和I IC C较大较大时，时， 会有所减小，这一关系见图会有所减小，这一关系见图02.0802.08。图图02.08 02.08 值与值与I IC C的关系的关系图图 0

50、2.07 02.07 在输出特性在输出特性曲线上决定曲线上决定UCE=7V2 2 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数3 3 极间反向电流极间反向电流ICBO 集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO ICBO的下标的下标CB代表集电极和基极，代表集电极和基极，O是是Open的字头，代表第的字头，代表第三个电极三个电极E开路。它相当于集电结的反向饱和电流。开路。它相当于集电结的反向饱和电流。 集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEOICEO和和ICBO的关系的关系ICEO=（1+）ICBO相当基极开路时，集相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱

51、和电流，即输出特性曲线电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线I IB B=0=0那条曲线所那条曲线所对应的对应的Y坐标的数值。坐标的数值。图图02.09 ICEO在输在输出特性曲线上的位置出特性曲线上的位置UCE/V二、交流参数二、交流参数(1)(1)共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 = IC/ IB uCE=const在放大区在放大区 值基本不变，可在共射接法输出值基本不变，可在共射接法输出特性曲线上，通过垂特性曲线上，通过垂直于直于X 轴的直线求取轴的直线求取 IC/ IB。或在图或在图02.08上通过求某一点的上通过求某一点的斜率得到斜率得到 。具体方具体方法如图所

52、示。法如图所示。 UCE/VUCE在输出特性曲线上求在输出特性曲线上求当当I ICBOCBO和和I ICEOCEO很小时，很小时， 、 ，可以不加区分。，可以不加区分。(3) (3) 特征频率特征频率f fT T三极管的三极管的 值不仅与工作电流有关，而且与值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的增加时，三极管的 将会下降。将会下降。当当 下降到下降到1 1时所对时所对应的频率称为特征频率，用应的频率称为特征频率，用fT表示。表示。(2) (2) 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数=IC/IE U

53、CB=const集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEOICEO和和ICBO有如下关系有如下关系ICEO=（1+）ICBO相当基极开路时，集电极和发射极间的反向相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线饱和电流，即输出特性曲线I IB B=0=0那条曲线所对应那条曲线所对应的的Y Y坐标的数值。坐标的数值。 1 集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流I ICBOCBO ICBO的下标的下标CBCB代表集电极和基极，代表集电极和基极，O O是是OpenOpen的字头，的字头，代表第三个电极代表第三个电极E E开路。它相当于集电结的反向饱和开路

54、。它相当于集电结的反向饱和电流。电流。 5 5 极间反向电流极间反向电流三、三、极限参数极限参数 最大集电极电流最大集电极电流I ICMCM 如图所示，当集电极电流增加时，如图所示，当集电极电流增加时， 就就要下降，当要下降，当 值值下降到线性放大区下降到线性放大区 值的值的70703030时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流流I ICMCM。至于至于 值值下降多少，不同型号的三极管，下降多少，不同型号的三极管，不同的厂家的规定有不同的厂家的规定有所差别。可见，当所差别。可见，当ICICM时，并不表时，并不表示三极管会损坏。示三极管会损坏。 最

55、大集电极耗散功率最大集电极耗散功率P PCMCM集电极电流通过集电结时所产生的功耗，集电极电流通过集电结时所产生的功耗， PCM= ICUCBICUCE，因发射结正偏，呈低因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用时往往用UCE取代取代UCB。集电极发射极最大反向电压集电极发射极最大反向电压V(BR)CEOV(BR)CEO基极开路时的集电极穿透电压。基极开路时的集电极穿透电压。 由由PCM、ICM和和U(BR)CEO在输出特性曲线上可以在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区，见图确定过损耗区、过电流区和击穿区，见图UCE/

56、VPCM=IcUCEU(BR)CEO半导体三极管的型号半导体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下国家标准对半导体三极管的命名如下: :3 D G 110 B 第二位：第二位：A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管、管、C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管第三位：第三位：X低频小功率管、低频小功率管、D低频大功率管、低频大功率管、G高频小功率管、高频小功率管、A高频大功率管、高频大功率管、K开关管开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三

57、极管7/20/2024 表02.01 三极管的参数 参 数型 号 PCM mW ICM mAVR CBO VVR CEO VVR EBO V IC BO A f T MHz3AX31D 125 125 20 126* 83BX31C 125 125 40 246* 83CG101C3CG101C 100 30 450.1 1003DG123C3DG123C 500 50 40 300.353DD101D3DD101D 5A 5A 300 25042mA3DK100B3DK100B 100 30 25 150.1 3003DKG23 250W 30A 400 325 8注：*为 f 7/20/2

58、024半导体三极管图片半导体三极管图片半导体三极管图片半导体三极管图片返回返回例例 电路如图所示，已知电路如图所示，已知U UCCCC=6=6V V， U UBEBE=0.6=0.6V, V, R RC C=3=3k k, , R RB B= =10k10k, , 当当U UI I= = 3V3V，1V1V，-1V-1V时，晶体管处于何种工时，晶体管处于何种工作区？设三极管饱和时的管压降作区？设三极管饱和时的管压降U UCESCES=0=0V, V, =25=25 。 先求出三极管饱和时的集电极电流：先求出三极管饱和时的集电极电流：利用三极管饱和时集电极和发射极之间的电压利用三极管饱和时集电极

59、和发射极之间的电压U UCESCES= =0 0V，有：有：求出临界饱和时的基极电流为求出临界饱和时的基极电流为三极管工作在饱和区三极管工作在饱和区三极管工作在放大区三极管工作在放大区三极管工作在截止区。三极管工作在截止区。一、温度对一、温度对ICBO的影响的影响1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响温度每升高温度每升高10度，度，ICBO约增加一倍。当约增加一倍。当温度降低时温度降低时ICBO减小。减小。二、温度对输入特性的影响二、温度对输入特性的影响三、温度对输出特性的影响三、温度对输出特性的影响1.3.6 光电三极管光电三极管光电三极管的集电极电流的大小与关照强度成比例光电三极管的集电

60、极电流的大小与关照强度成比例光电三极管的等效电路光电三极管的等效电路光电三极管的符号光电三极管的符号1.4 1.4 场效应半导体三极管场效应半导体三极管1.4.1 1.4.1 场效应管场效应管的特点及分类的特点及分类1.4.2 1.4.2 结型场效应三极管结型场效应三极管1.4.3 1.4.3 绝缘栅场效应三极管的工作原理绝缘栅场效应三极管的工作原理1.4.4 1.4.4 伏安特性曲线伏安特性曲线1.4.5 1.4.5 场效应三极管的参数和型号场效应三极管的参数和型号1.4.6 1.4.6 双极型和场效应型三极管的比较双极型和场效应型三极管的比较返回场效应管场效应管的特点的特点 1.4.1场效

61、应管场效应管的特点及分类的特点及分类1）压控器件：输入电压控制输出电流的半导体器件。）压控器件：输入电压控制输出电流的半导体器件。3）抗辐射能力强：因为是单极型器件（由一种载流子参与）抗辐射能力强：因为是单极型器件（由一种载流子参与导电的半导体器件）导电的半导体器件）2）输入阻抗高）输入阻抗高4）结构简单，便于集成）结构简单，便于集成1 1）结型场效应三极管）结型场效应三极管JFETJFET (Junction type Field Effect (Junction type Field Effect TransisterTransister) ) 2 2）绝缘栅型场效应三极管）绝缘栅型场效应

62、三极管IGFETIGFET ( Insulated Gate Field Effect ( Insulated Gate Field Effect TransisterTransister) ) IGFET也称金属氧化物半导体三极管MOSFETMOSFET （Metal Oxide Semiconductor FET）l场效应管场效应管的的分类及符号分类及符号 绝缘栅型场效应三极管（MOSFET）分为 增强型 N N沟道、沟道、P P沟道沟道 耗尽型耗尽型 N N沟道、沟道、P P沟道沟道结型场效应三极管结型场效应三极管JFETJFET又分为又分为 N N沟道、沟道、P P沟道沟道符号符号结型

63、场效应管结型场效应管 P P沟道沟道N N沟道沟道绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管增强型耗尽型N N沟道沟道P P沟道沟道D(Drain)D(Drain)为漏极，相当为漏极，相当c c G(Gate)G(Gate)为栅极，相当为栅极，相当b b S(Source)S(Source)为源极，相当为源极，相当e e 1.4.2 1.4.2 结型场效应管结型场效应管 JFETJFET的结构与的结构与MOSFETMOSFET相似，工作机理则相同。相似，工作机理则相同。JFETJFET的结构如图所示，它是在的结构如图所示，它是在N N型半导体硅片的两侧各制造型半导体硅片的两侧各制造一个一个PNPN结，形

64、成两个结，形成两个PNPN结夹着一个结夹着一个N N型沟道的结构。一型沟道的结构。一个个P P区即为区即为栅极栅极，N N型硅的一端是型硅的一端是漏极漏极，另一端是另一端是源极源极。 (1)(1)结型场效应管的结构结型场效应管的结构结型场效应三极管的结构结型场效应三极管的结构(动画动画2-8） (2) 结型场效应三极管的工作原理 根据结型场效应三极管的结构，因它没根据结型场效应三极管的结构，因它没有绝缘层，只能工作在反偏的条件下，对于有绝缘层，只能工作在反偏的条件下，对于N N沟道结型场效应三极管只能工作在负栅压区，沟道结型场效应三极管只能工作在负栅压区，P P沟道的只能工作在正栅压区，否则将

65、会出现沟道的只能工作在正栅压区，否则将会出现栅流。现以栅流。现以N N沟道为例说明其工作原理。沟道为例说明其工作原理。 栅源电压对沟道的控制作用栅源电压对沟道的控制作用 当当UGS=0时，在漏、源时，在漏、源之间加有一定电压时，在漏、之间加有一定电压时，在漏、源间将形成多子的漂移运动，源间将形成多子的漂移运动，产生漏极电流。当产生漏极电流。当UGS0时，时，PNPN结反偏，形成耗尽层，漏、结反偏，形成耗尽层，漏、源间的沟道将变窄，源间的沟道将变窄，ID将减将减小，小，UGS继续减小，沟道继继续减小，沟道继续变窄，续变窄，ID继续减小直至为继续减小直至为0 0。当漏极电流为零时所对。当漏极电流为

66、零时所对应的栅源电压应的栅源电压UGS称为夹断称为夹断电压电压UGS(off) )。这一过程如图这一过程如图所示。所示。 漏源电压对沟道的控制作用漏源电压对沟道的控制作用 当当U UDSDS增加到使增加到使U UGDGD= =U UGSGS- -U UDSDS= =GS(offGS(off) )时，在紧靠漏极处时，在紧靠漏极处出现预夹断，如图出现预夹断，如图(b)(b)所示。当所示。当U UDSDS继续增加，漏极处的继续增加，漏极处的夹断继续向源极方向生长延长。夹断继续向源极方向生长延长。 以上过程与绝缘栅场效应三极管的十分相似。以上过程与绝缘栅场效应三极管的十分相似。 在栅极加上电压，且在栅

67、极加上电压，且U UGSGSU UGS(offGS(off) )，若漏源电压若漏源电压U UDSDS从从零开始增加，则零开始增加，则U UGDGD= =U UGSGS- -U UDSDS将随之减小。使靠近漏极处的将随之减小。使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从左至右呈楔形分布，如图耗尽层加宽，沟道变窄，从左至右呈楔形分布，如图(a)(a)（动画动画2-9）(3)(3)结型场效应三极管的特性曲线结型场效应三极管的特性曲线JFETJFET的特性曲线有两条，一是转移特性曲线，的特性曲线有两条，一是转移特性曲线，二是输出特性曲线。它与二是输出特性曲线。它与MOSFETMOSFET的特性曲的特性曲线基

68、本相同，只不过线基本相同，只不过MOSFETMOSFET的栅压可正、的栅压可正、可负，而结型场效应三极管的栅压只能是可负，而结型场效应三极管的栅压只能是P P沟道的为正或沟道的为正或N N沟道的为负。沟道的为负。JFETJFET的特性曲的特性曲线如下页图所示。线如下页图所示。(a)漏极输出特性曲线漏极输出特性曲线(b)转移特性曲线转移特性曲线N沟道结型场效应三极管的特性曲线沟道结型场效应三极管的特性曲线动画（动画（2-6）动画（动画（2-7）UGS=0VUGS=- -4VUGS/VUGS/V 在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极栅极G G。P

69、 P型半导体称为型半导体称为衬底衬底，用符号用符号B B表示。表示。 (1)N(1)N沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFET N N沟道增强型沟道增强型MOSFETMOSFET基本上是基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是一种左右对称的拓扑结构，它是在在P P型半导体上生成一层型半导体上生成一层SiOSiO2 2 薄薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N N型区，型区，从从N N型区引出两个电极，型区引出两个电极，一个是一个是漏极漏极D D，一个是一个是源极源极S S。1.4.3 绝缘栅场效应三极管的工作原理 结构结构 当栅极加有电压时，若当栅

70、极加有电压时，若0 0U UGSGSU UGS(thGS(th) )时，通过栅时，通过栅极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的极和衬底间的电容作用，将靠近栅极下方的P P型半导型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层。耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不层。耗尽层中的少子将向表层运动，但数量有限，不足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所以不可能形成足以形成沟道，将漏极和源极沟通，所以不可能形成漏极电流漏极电流I ID D。a a栅源电压栅源电压V VGSGS的控制作用的控制作用 当当u uGSGS=0V=0V时时，漏源之间相当两个漏

71、源之间相当两个背靠背的二极管，在背靠背的二极管，在D D、S S之间加上之间加上电压不会在电压不会在D D、S S间形成电流。间形成电流。工作原理工作原理 进一步增加进一步增加V VGSGS，当当U US SU UGS(thGS(th) )时（时（U UGS(thGS(th) ) 称为开启电压称为开启电压) )，由于，由于此时的栅极电压已经比较强，在靠此时的栅极电压已经比较强，在靠近栅极下方的近栅极下方的P P型半导体表层中聚型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成沟道，集较多的电子，可以形成沟道，将漏极和源极沟通。如果此时加将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电有漏源电压，就

72、可以形成漏极电流流I ID D。在栅极下方形成的导电沟在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与道中的电子，因与P P型半导体的载型半导体的载流子空穴极性相反，故称为流子空穴极性相反，故称为反型层反型层。 随着随着V VGSGS的继续增加，的继续增加，I ID D将不断增加。在将不断增加。在U UGSGS=0V=0V时时I ID D=0=0，只有当只有当U UGSGSU UGS(thGS(th) )后才会出现漏极电流，这种后才会出现漏极电流，这种MOSMOS管称为管称为增强型增强型MOSMOS管管(动画动画2-4） 转移特性曲线的斜率转移特性曲线的斜率g gm m的大小反映了栅源电压对漏极电流的大

73、小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。的控制作用。 g gm m 的量纲为的量纲为mAmA/V/V，所以所以g gm m也称为也称为跨导跨导。跨导的跨导的定义式如下定义式如下 g gm m= = I ID D/ / U UGSGS U UDSDS=const (=const (单位单位mSmS) )U UGSGS对漏极电流的控制关系可用对漏极电流的控制关系可用 I ID D= =f f( (U UGSGS) ) U UDSDS=const=const 这一曲线称为这一曲线称为转移特性曲线转移特性曲线UGS/VUDS=10Vb b漏源电压漏源电压u uDSDS对漏极电流对漏极电流I ID D的控

74、制作用的控制作用 当当U UGSGSU UGS(thGS(th) )，且固定为某一值时，来分析漏源电且固定为某一值时，来分析漏源电压压U UDSDS对漏极电流对漏极电流I ID D的影响。的影响。U UDSDS的不同变化对沟道的影的不同变化对沟道的影响如图所示。根据此图可以有如下关系响如图所示。根据此图可以有如下关系 UDS=UDGUGS=VGDVGSUGD=UGSUDS 当当U UDSDS为为0 0或较小时，或较小时，相当相当U UDGDG U UGS(thGS(th) )时，沟道时，沟道如图如图(c)(c)所示。此时预夹断区域加长，所示。此时预夹断区域加长，伸向伸向S S极。极。 U UD

75、SDS增加的部分基本降落增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，在随之加长的夹断沟道上，I ID D基本基本趋于不变。趋于不变。 当当UGSUGS(th)，且固定为某一值且固定为某一值时，时，V VDSDS对对I ID D的影响，即的影响，即ID=f(UDS) UGS=const这一关系曲线如下图所示。这一曲线这一关系曲线如下图所示。这一曲线称为漏极输出特性曲线。称为漏极输出特性曲线。漏极输出特性曲线UGS=6VUGS=5VUGS=3VUGS(th)=2VUGS/V(2)N(2)N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFET 当当UGS0时，将使时，将使ID进一步进一步增加。增加。UGS0时

76、，随着时，随着UGS的减小的减小漏极电流逐渐减小，直至漏极电流逐渐减小，直至ID=0。对应对应ID=0的的VGS称为夹断电压，用称为夹断电压，用符号符号UGS(off)表示，有时也用表示，有时也用UP表表示。示。 N N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFET的结构和符号如图所示，它是的结构和符号如图所示，它是SiOSiO2 2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，时，这些正离子已经在感应出反型层，在漏源之间形成了沟这些正离子已经在感应出反型层，在漏源之间形成了沟道。于是只要有漏源电压，就有漏极电流存在道。于是只要有漏源电压，就有漏极电流

77、存在N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线的转移特性曲线UGS/V (3)P(3)P沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFETMOSFET P P沟道沟道MOSFETMOSFET的工作原理与的工作原理与N N沟道沟道MOSFETMOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有这如同双极型三极管有NPN型和型和PNP型一样。型一样。1.4.4 1.4.4 伏安特性曲线伏安特性曲线场效应三极管的特性曲线类型比较多，根据导电场效应三极管的特性曲线类型比较多，根据导电沟道的不同，以及是增强型还是耗尽型可有四

78、沟道的不同，以及是增强型还是耗尽型可有四种转移特性曲线和输出特性曲线，其电压和电种转移特性曲线和输出特性曲线，其电压和电流方向也有所不同。如果按统一规定正方向，流方向也有所不同。如果按统一规定正方向，特性曲线就要画在不同的象限。为了便于绘制，特性曲线就要画在不同的象限。为了便于绘制，将将P P沟道管子的正方向反过来设定。有关曲线绘沟道管子的正方向反过来设定。有关曲线绘于图于图02.1802.18之中。之中。各类场效应三极管的特性曲线各类场效应三极管的特性曲线绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型UGSUGSUGS- -UDS绝缘栅场效应管 N沟道耗尽型P 沟道耗尽型UGSUGSUGS- -UD

79、S结型场效应管 N沟道耗尽型P沟道耗尽型UGSUGSUGS-UDS1.4.5 1.4.5 场效应三极管的参数和型号场效应三极管的参数和型号(1) (1) 场效应三极管的参数场效应三极管的参数 开启电压开启电压U UGS(thGS(th) ) ( (或或U UT T) ) 开启电压是开启电压是MOSMOS增强型管的参数，栅源电压小于增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值开启电压的绝对值, , 场效应管不能导通。场效应管不能导通。 夹断电压夹断电压U UGS(offGS(off) ) ( (或或U UP P) ) 夹断电压是耗尽型夹断电压是耗尽型FETFET的参数，当的参数，当U UGSGS

80、= =U UGS(offGS(off) ) 时时, ,漏极电流为零。漏极电流为零。 饱和漏极电流饱和漏极电流I IDSSDSS 耗尽型场效应三极管耗尽型场效应三极管, , 当当U UGSGS=0=0时所对应的漏极时所对应的漏极电流。电流。 输入电阻输入电阻R RGSGS 场效应三极管的栅源输入电阻的典型值场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于对于结型场效应三极管，反偏时结型场效应三极管，反偏时R RGSGS约大于约大于10107 7，对于对于绝缘栅型场效应三极管绝缘栅型场效应三极管, , R RGSGS约是约是10109 910101515。 低频跨导低频跨导g gm m 低频跨导反映了栅压

81、对漏极电流的控制作用，低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，这一点与电子管的控制作用相似。这一点与电子管的控制作用相似。g gm m可以在转移特性可以在转移特性曲线上求取，单位是曲线上求取，单位是mSmS( (毫西门子毫西门子) )。 最大漏极电流最大漏极电流I IDMDM和最大漏极功耗和最大漏极功耗P PDMDM 最大漏极电流最大漏极电流I IDMDM是管子正常工作时的漏极电流是管子正常工作时的漏极电流上限值。上限值。 最大漏极功耗可由最大漏极功耗可由P PDMDM= =U UDSDSI IDMDM决定，与双极型决定，与双极型三极管的三极管的P PCMCM相当相当。 (2) (2) 场效应

82、三极管的型号场效应三极管的型号 场效应三极管的型号场效应三极管的型号, , 现行有两种命名方法。现行有两种命名方法。其一是与双极型三极管相同，第三位字母其一是与双极型三极管相同，第三位字母J J代表结代表结型场效应管，型场效应管，O O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，代表材料，D D是是P P型硅，反型层是型硅，反型层是N N沟道；沟道；C C是是N N型硅型硅P P沟道。例如沟道。例如,3DJ6D,3DJ6D是结型是结型N N沟道场效应三极管，沟道场效应三极管，3DO6C3DO6C是绝缘栅型是绝缘栅型N N沟道场效应三极管。沟道场效应三极管。 第二种命名

83、方法是第二种命名方法是CS#CS#，CSCS代表场效应管，代表场效应管，以数字代表型号的序号，以数字代表型号的序号，# #用字母代表同一型号用字母代表同一型号中的不同规格。例如中的不同规格。例如CS14ACS14A、CS45GCS45G等。等。几种常用的场效应三极管的主要参数见表几种常用的场效应三极管的主要参数见表场效应三极管的参数场效应三极管的参数半导体场效应管图片半导体场效应管图片半导体场效应管图片半导体场效应管图片1.4.6 1.4.6 双极型和场效应型三极管的比较双极型和场效应型三极管的比较双极型三极管双极型三极管场效应三极管场效应三极管结构结构NPN型型结型耗尽型结型耗尽型N沟道沟道

84、P沟道沟道PNP型型绝缘栅增强型绝缘栅增强型N沟道沟道P沟道沟道绝缘栅耗尽型绝缘栅耗尽型N沟道沟道P沟道沟道C与与E一般不可倒置使用一般不可倒置使用D与与S有的型号可倒置使用有的型号可倒置使用载流子载流子多子扩散少子漂移多子扩散少子漂移多子漂移多子漂移输入量输入量电流输入电流输入电压输入电压输入控制控制电流控制电流源电流控制电流源CCCS()电压控制电流源电压控制电流源VCCS(gm) 双极型三极管双极型三极管场效应三极管场效应三极管噪声噪声较大较大较小较小温度特性温度特性受温度影响较大受温度影响较大较小，可有零温度系数点较小，可有零温度系数点输入电阻输入电阻几十到几千欧姆几十到几千欧姆几兆欧姆以上几兆欧姆以上静电影响静电影响不受静电影响不受静电影响易受静电影响易受静电影响集成工艺集成工艺不易大规模集成不易大规模集成适宜大规模和超大规模集成适宜大规模和超大规模集成返回第1章 结束返回首页返回首页