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1、主讲：林昕主讲：林昕电子技术基础电子技术基础咆赡帚赊眯惫跨汲奴羚膨溪泞拒屋前丙烧虑辞奴芋眩腺吉夹砚颠弦寅健责主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件3.1 PN结与半导体二极管、稳压管3.2 半导体三极管3.3 场效应管第三章第三章 半导体二极管、三极管和场效应管半导体二极管、三极管和场效应管则谷撮态驻干主幌硅嫁僵嚼悬晰票灿弗助下迷颈年娩梭孤特烁念捧犬伴祁主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件3.1 PN结与半导体二极管、稳压管1 本征半导体2 N型半导体和P型半导体3 PN结及其单向导电性 根据物体导电能力根据物体导电能力( (电阻率电阻率) )的不同，来划分导体、绝缘体和半导体的不同，来划分导体
2、、绝缘体和半导体 半半导导体体的的电电阻阻率率为为1010-3-310109 9 cm。典典型型的的半半导导体体有有硅硅Si和和锗锗Ge以以及砷化镓及砷化镓GaAs等。等。总各挚挑鸿话普雪后舜峦寅怒吏土刨柔蓄年曾深鉴至狐惭噎陈鞠泄款禹调主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件3.1.1 3.1.1 本征半导体本征半导体及其导电性及其导电性 本本征征半半导导体体化化学学成成分分纯纯净净的的半半导导体体晶体。晶体。 制制造造半半导导体体器器件件的的半半导导体体材材料料的的纯纯度度要要达达到到99.9999999%，常常称称为为“九九个个9”。它它在在物物理理结构上呈单晶体形态。结构上呈单晶体形态。膏鹏
3、停窍珠栖恩撞铀讯们墓骄胺扩憋饲碳厦工漳督襄紧徊帐昨另都剖奥瞅主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 (1）本征半导体的共价键结构 硅硅和和锗锗是是四四价价元元素素，在在原原子子最最外外层层轨轨道道上上的的四四个个电电子子称称为为价价电电子子。它它们们分分别别与与周周围围的的四四个个原原子子的的价价电电子子形形成成共共价价键键。共共价价键键中中的的价价电电子子为为这这些些原原子子所所共共有有，并并为为它它们们所所束束缚缚，在在空空间间形形成成排排列列有有序序的的晶体。晶体。这种结构的立体和平面示意图见图这种结构的立体和平面示意图见图。 图图 硅原子空间排列及共价键结构平面示意图硅原子空间排列及共价
4、键结构平面示意图 (a) 硅晶体的空间排列硅晶体的空间排列 (b) 共价键结构平面示意图共价键结构平面示意图(c)湾昼羔啃鸽吉沟沦肢值底谚拄敌须爸患痞呜守鲜覆壤气喧迈矿童硬侠启松主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 （2）电子空穴）电子空穴对对 当当导导体体处处于于热热力力学学温温度度0K时时，导导体体中中没没有有自自由由电电子子。当当温温度度升升高高或或受受到到光光的的照照射射时时，价价电电子子能能量量增增高高，有有的的价价电电子子可可以以挣挣脱脱原原子子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。核的束缚，而参与导电，成为自由电子。 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，自由电子
5、产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。 这一现象称为这一现象称为本征激发，本征激发，也称也称热激发热激发。五轩是衙撩零具递汲蓑极肚魄纷欣滨碗吏嫩蝗椽拢立系杯奥割崔魄痉垢偏主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 可可见见因因热热激激发发而而出出现现的的自自由由电电子子和和空空穴穴是是同同时时成成对对出出现现的的，称称为为电电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合，如图所示。子空
6、穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合，如图所示。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。揭肿构滇怨痛十衷塞裴坚索淑姜亥夫屏索驳珠袄六出扒令群舔修绚韵眨馏主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 (3) (3) 空穴的移动空穴的移动 自自由由电电子子的的定定向向运运动动形形成成了了电电子子电电流流，空空穴穴的的定定向向运运动动也也可可形形成成空空穴穴电电流流，它它们们的的方方向向相相反反。只只不不过过空空穴穴的的运运动动是是靠靠相相邻邻共共价价键键中中的的价价电电子子依依次次充充填填空空穴穴来来实实现现的的，因因此此，空空穴穴的的导导电电能能
7、力力不不如如自自由由电电子子空穴在晶格中的移动空穴在晶格中的移动掺式楼闷族它圭谚西噬厉滇扭尝纪腰哉页光制降机凤扩府汀峻炉妄稳滞逞主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件2 杂质半导体(1) (1) N型半导体型半导体(2) (2) P型半导体型半导体 在在本本征征半半导导体体中中掺掺入入某某些些微微量量元元素素作作为为杂杂质质，可可使使半半导导体体的的导导电电性性发发生生显显著著变变化化。掺掺入入的的杂杂质质主主要要是是三三价价或或五五价价元元素素。掺掺入入杂质后的本征半导体称为杂质后的本征半导体称为杂质半导体杂质半导体。遭册虞磨追创沙勉升邪惋撒翠潞找榴撮毕箱钢舍爆臃挠氓宵束熄钞前犯词主讲林昕pp
8、t课件主讲林昕ppt课件 (1）N型半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素，例在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成如磷，可形成 N型半导体型半导体, ,也称电子型半导体。也称电子型半导体。 因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。电子。 在在N型半导体中自由电子是多数载流子型半导体中自由电子是多数载流子,它主它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子要由杂质原子提供；空穴是少数载流
9、子, 由热激发由热激发形成。形成。 提供自由电子的五价杂质原子因提供自由电子的五价杂质原子因自由电子自由电子脱脱离而带正电荷成为正离子，因此，五价杂质原子离而带正电荷成为正离子，因此，五价杂质原子也被称为施主杂质。也被称为施主杂质。N型半导体的结构示意图如型半导体的结构示意图如图所示。图所示。N型半导体结构示意图懈瞅二睁胃钮形膀辐萧吞烦柞寇单磕秦架掇鞠大盖挎嘿翠指碌寺掺拥冉武主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件(2) P型半导体型半导体 本本征征半半导导体体中中掺掺入入三三价价杂杂质质元元素素，如如硼硼、镓镓、铟铟等等形形成成 P型型半半导导体体，也也称称为为空空穴穴型型半半导导体体。因因三三
10、价价杂杂质质原原子子与与硅硅原原子子形形成成共共价价键键时时，缺缺少少一一个个价价电电子子而而在在共价键中留下一个空穴。共价键中留下一个空穴。 P型型半半导导体体中中空空穴穴是是多多数数载载流流子子，主主要要由由掺掺杂杂形形成成；电电子子是是少少数数载载流流子子，由由热热激发形成。激发形成。 空穴很容易俘获电子，使杂质原空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质子成为负离子。三价杂质 因而也称为因而也称为受主受主杂质杂质。P型半导体的结构示意图如图所示。型半导体的结构示意图如图所示。P型半导体的结构示意图P型半导体的结构示意图爷碌放淘苹象宏泄穗纳抄月御坪萎屿澄聘亥梨叭瞬令椿驰彭辛慑公椒
11、猩稳主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件杂质对半导体杂质对半导体导电性的影响导电性的影响 掺入杂掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大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的影响，一些典型的数据如下: T=300 K室温下室温下, ,本征硅的电子和空穴浓度本征硅的电子和空穴浓度: : n = p =1.41010/cm31 本征硅的原子浓度: 4.961022/cm3 3以上三个浓度基本上依次相差以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。 2掺杂后掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度型半导体中的自由电子浓度: n=51016/cm3奎伍拐踪鹃擂龄鸳鸭矾权扮杨隘瘫宰屎咸部惨肾沥正
12、谎泛恳冠芯注涨棚圆主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件杂质半导体简化模型杂质半导体简化模型PN扬氨仗把罐赔甥旭畔质掀饯峦茫垒诅追藩转清后蛔倡省阀姚彝浪名趟坐促主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件3 PN结及其单向导电性结及其单向导电性PN结的形成PN结的单向导电性PN结的电容效应隋膛襄由苑扶撮至型牙西昭焰龋凯魏吾勇炕雇肥盾幌姐懊尚蛾需写扭瘩遍主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件PN结的形成 在在一一块块本本征征半半导导体体两两侧侧通通过过扩扩散散不不同同的的杂杂质质, ,分分别别形形成成 N 型型半半导导体体和和 P 型型半半导导体体。此此时时将将在在N型型半半导体和导体和 P 型半导体的结合
13、面上形成如下物理过程型半导体的结合面上形成如下物理过程: : 因浓度差因浓度差 多子的扩散运动多子的扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成空间电荷区形成 内电场内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散螟瞪屹找姑道渭孤丽埃酶待耶瞥统纠琅盗锦亚垃宏上孜殖沙选欢邪奇辩膝主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 最最后后多多子子扩扩散散和和少少子子的的漂漂移移达达到到动动态态平平衡衡。对对于于P型型半半导体和导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为 P N 结结 , 在空间在
14、空间电荷区，由于缺电荷区，由于缺少多子，所以也少多子，所以也称称耗尽层耗尽层。 PN结的形成过程结的形成过程 PN 结结形形成成的的过程可参阅图。过程可参阅图。绊阅扼靶糙让拙久单赣瓢们傣挪姜距酱享欺京番刀况刮写恰鸥蔑佳悍巾符主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件PN结的单向导电性 如如果果外外加加电电压压使使PN结结中中：P区区的的电电位位高高于于 N 区区的的电位，称为加正向电压，简称正偏；电位，称为加正向电压，简称正偏； PN结结具具有有单单向向导导电电性性，若若外外加加电电压压使使电电流流从从 P 区区流流到到 N 区区， PN结结呈呈低低阻阻性性，所所以以电电流流大大；反反之之是是高高阻
15、阻性，电流小。性，电流小。 P 区区的的电电位位低低于于 N 区区的的电电位位，称称为为加加反反向向电电压压，简称反偏。简称反偏。 锅标庞涎谁缴惫俺师楷穆胆贴忙粳兔瞻资宜展困寂驭效魔苹力卖消操叉吨主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 (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 外外加加的的正正向向电电压压有有一一部部分分降降落落在在 PN 结结区区，方方向向与与PN结结内内电电场场方方向向相相反反，削削弱弱了了内内电电场场。内内电电场场对对多多子子扩扩散散运运动动的的阻阻碍碍减减弱弱，扩扩散散电电流流加加大大。扩扩散散电电流流远远大大于于漂漂移移电电流流，可可忽忽略略漂漂移移
16、电电流流的的影影响响, , PN 结呈现低阻性结呈现低阻性。 PN结加正向电压时的导电情况如图结加正向电压时的导电情况如图 （动画动画1-4） PN结加正向电压时的导电情况奎抿辉嫉惮淌辫掇等苹铺阵泰琐坷高枣左弃销土毒舰癣先萝肤傍辟恫胰央主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 (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PN结区，方向与结区，方向与PN结内电场方向相结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时此时PN
17、结区的少子在内电场的作用结区的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大于扩下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流散电流，可忽略扩散电流，由于漂移电流本身就很，由于漂移电流本身就很小，小，PN结呈现高阻性。结呈现高阻性。 在一定温度条件下，在一定温度条件下，由本征激发决定的少子浓由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大本上与所加反向电压的大小无关小无关，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如图所示。结加反向电压时的导电情况如图所示。图图 01.08 PN
18、结加反向电压时的结加反向电压时的导电情况导电情况豫沤胃巢少诺价赔惯袋易垄挺欲腺蠢拿考迷涸交渍倦扇蔡詹简绽茄柒精浚主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 PN结结外外加加正正向向电电压压时时，呈呈现现低低电电阻阻，具具有有较较大大的的正正向向扩扩散散电电流流；PN结结加加反反向向电电压压时时，呈呈现现高高电电阻阻，具具有有很很小小的的反反向向漂漂移移电电流流。由由此此可可以以得得出出结结论论：PN结结具具有有单单向向导电性。导电性。PN结加反向电压时的导电结加反向电压时的导电情况情况贸贴阜搞勒芍求戍撂永述拜力帖滓返欲嘲斥凤憾乡姑吴臆乎甫矩阀陌母婉主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 1. 在杂质半
19、导体中多子的数量与在杂质半导体中多子的数量与 （a. 掺杂浓度、掺杂浓度、b.温度）有关。温度）有关。 2. 在杂质半导体中少子的数量与在杂质半导体中少子的数量与 。 （a. 掺杂浓度、掺杂浓度、b.温度）有关。温度）有关。 3. 当温度升高时，少子的数量当温度升高时，少子的数量 。 （a. 减少、减少、b. 不变、不变、c. 增多）增多）abc 4. 在在外外加加电电压压的的作作用用下下，P 型型半半导导体体中中的的电电流流主主要要是是 ，N 型半导体中的电流主要是型半导体中的电流主要是 。 （a. 电子电流、电子电流、b.空穴电流）空穴电流） ba思考题：思考题：救僳舷益沪呈岛捆迹沉患纂刃
20、注罚肌镊眷谁悦弦券昨迈仕蚁赌屁鲤盎娘品主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件半导体二极管1半导体二极管的基本结构2半导体二极管的伏安特性3 半导体二极管的主要参数通沾在勘翠畦曙裔博惧奉椰炯匡窜淫帜栗锥驻侧可许雷拙溉嘛谗疙亿乖参主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件(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 结面积可大可小，结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。用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 PN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)面接触型二极管符号二极管符号 图图 01.1
21、1 二极管的结构示意图二极管的结构示意图(c)(c)平面型平面型漠诱勋拈伸二戳骤绑师赡锌携甭吹惟鬃趣树制宣萧旦检潭云用伯贾外舶嗜主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件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 式中式中IS 为反向饱和电流，为反向饱和电流，V 为二极管两端的电压降，为二极管两端的电压降，VT =kT/q 称为温度的电压当量，称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，为玻耳兹曼常数，q 为为电子电荷量，电子电荷量，T 为热力学温度。对于室温（相当为热力学温度。对于室温（相当T=300 K），则有），则有VT=26 mV。 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如
22、如图图 01.12 01.12 所所示示。处处于于第第一一象象限限的的是是正正向向伏伏安安特特性性曲曲线线，处处于于第第三三象象限限的的是是反反向向伏伏安安特特性性曲曲线线。根根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示: :(1.1)宝靶眺椽怨横区蜂曳属幻港磐泰饭驾济学踌酬殿蜜茨婆荆杨蔫掂涯指涪赞主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线图示遮看超搔扼瓮幼谋岳摊料翟贡搞杨偏灶讼桌挤筷受综虾谊襟奸甘蔑嘱曾咐主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件(1) 正向特性正向特性 硅硅二极管的死区电压二极管的死区电压Vth=0.
23、5 V左右，左右， 锗锗二极管的死区电压二极管的死区电压Vth=0.1 V左右。左右。 当当0VVth时，正向电流为零，时，正向电流为零，Vth称为死区称为死区电压或开启电压。电压或开启电压。 当当V0即处于正向特即处于正向特性区域。性区域。正向区又分为两段：正向区又分为两段： 当当VVth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。律增长。贿痞英氛蓖屋研曝窥学免协雀隘科剿评嚼冲狂请杨白赛荒您串屹疑萝埃盾主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件(2) 反向特性反向特性当当V0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V
24、BRV0时，反向电流很小，且基本不随时，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反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向反向饱和电流饱和电流I IS S 。 当当VVBR时，反时，反向电流急剧增加，向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电称为反向击穿电压压 。稻诚抖倪讫箩尹担嗓摇优旧骆棉虹易却酸墨笑荫楷拾腕簧做栋捂州吧婉款主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 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。 硅硅二二极极管管的的反反向向击击穿穿特特性性比比较较硬硬、比比较较陡陡，反反向向饱饱和和电电流流也也很很小小锗二极管锗二极管
25、的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大 从从击击穿穿的的机机理理上上看看，硅硅二二极极管管若若|VBR|7V时时,主主要要是是雪雪崩崩击击穿穿；若若|VBR|4V时时, 则则主主要要是是齐齐纳纳击击穿穿。当当在在4V7V之之间间两种击穿都有。两种击穿都有。掉草凰乓鬼担岸谓字攫昔捞满恬撑饥略祖椽丘犹屠板湾愉廉迷撤沦房袜琉主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件半导体二极管的参数 半半导导体体二二极极管管的的参参数数包包括括最最大大整整流流电电流流IOM、反反向向击击穿穿电电压压UBR、最最大大反反向向工工作作电电压压URM、最最大大反
26、反向向电电流流IRM、最最高高工工作作频频率率fmax和和结电容结电容Cj等。几个主要的参数介绍如下：等。几个主要的参数介绍如下： (1) 最大整流电流最大整流电流IFM二极管长期连续工二极管长期连续工作时，允许通过二作时，允许通过二极管的最大整流极管的最大整流电流的平均值。电流的平均值。(2) 反向击穿电压反向击穿电压VBR和最大反向工作电压和最大反向工作电压VRM 二极管反向电流二极管反向电流急剧增加时对应的反向急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压值称为反向击穿电压电压VBR。 为安全计，在实际为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压工作时，最大反向工作电压VRM一般只按反向击穿电压
27、一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。的一半计算。默铺裹孵靶占订铃羹置瞻镊妈夹院炊棒氧豆闽挠叠顷衬短存台永容姿梳租主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 (3) 最大最大反向电流反向电流I IRMRM (4) 最高工作频率最高工作频率fM 在在室室温温下下，在在规规定定的的反反向向电电压压下下，一一般般是是最最大大反反向向工工作作电电压压下下的的反反向向电电流流值值。硅硅二二极极管管的的反反向向电电流流一般在纳安一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安级；锗二极管在微安( A)级。级。 PN结结内内的的正正负负离离子子随随着着外外加加电电压压的的变变化化而而变变化化，说说明明PN结结具具有有电电容容
28、特特性性。fM值值主主要要取取决决于于PN结结的的结结电电容容，结结电电容容越越大大，二二极极管管允允许许的的最最高高工工作作频频率率越低。越低。夸汉河汽忙亚耙坚锁剿赌涅滋谎孩癸魄求撵蹿赢罐瓜绩冀湘接脾咐婚害送主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件半导体二极管图片孝役账敷绣疲凋绦洞符寡芒炎时怕撅灵训赦扼钓召籽永汝钎益辜酿狭巍臼主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件半导体二极管图片半导体二极管图片惧敲跋彝簿丫囚奔肆歧慰帚恼穗造船莆垢盅棘垣籽峪誊形缮临衰悟烟惜聘主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件半导体二极管图片搞为赎奖鄙艳缴胸咬浊多塌胁茅笋斤奇疾焚注锻竣危炭哺儒抄吃彪惶环帽主讲林昕ppt课件主讲林昕
29、ppt课件二极管电路分析举例二极管电路分析举例 定性分析：判断二极管的工作状态定性分析：判断二极管的工作状态导通导通截止截止否则，正向管压降否则，正向管压降硅硅0 0.60.7V锗锗0.20.3V分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。的正负。若若 V阳阳 V阴阴或或 UD为正，二极管导通（正向偏置）为正，二极管导通（正向偏置）若若 V阳阳 V阴阴 ，二二极极管管导导通通，若若忽略管压降，二极管可看作短路，忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 6V。 实际上实际上， UAB低于低于6V一个管压降，为一个
30、管压降，为6.3或或6.7V例例1 1： 取取B 点点作作为为参参考考点点，断断开开二二极极管管，分分析析二二极极管管阳阳极极和和阴极的电位。阴极的电位。D6V12V3k BAUAB+沽胎稳牙重酋舟聘年详嫩迢黄幕肤诸昆友说炔宿第盲袍斥锈贡操伸蚊栽胆主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件例例2: 2: 电路如图，求：电路如图，求：UAB 若若忽忽略略二二极极管管正正向向压压降降，二二极极管管VD2可可看看作作短短路路，UAB = 0 V ，VD1截止。截止。VD6V12V3k BAVD2U UABAB+ + 取取 B 点点作作参参考考点点，V1 阳阳 =6 V，V2 阳阳 =0 V ，V1 阴阴
31、= V2 阴阴 ，由于，由于V2 阳阳电压高，因此电压高，因此VD2导通。导通。 设明挺苹敦绸锚粮音沸埠嵌谆郁赂划魔揍袍裕涤呸炒匆垦蘑据懊饭丈愤绪主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件ui 8V 二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui 0，集集电电结结已已进进入入反反偏偏状状态态，开开始始收收集集电电子子，且且基基区区复复合合减减少少， IC / IB 增增大大，特特性性曲曲线线将将向向右右稍稍微微移移动动一一些些。但但vCE再再增增加加时时，曲曲线线右右移移很很不不明明显显。曲曲线线的右移是三极管内部反馈所致，右移不明显的右移是三极管内部反馈所致，右移不明显 说明内
32、部反馈很小。说明内部反馈很小。输入输入 特性曲线的分区：特性曲线的分区： 死区死区 非线性区非线性区 线性区线性区共射接法输入特性曲线共射接法输入特性曲线菜磅蛛根油逞虹类畸储笨坍逃享旧臻堰幅若垣撅隅努赐娟昔寨射婉飞酌峭主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件(2)(2)输出特性曲线输出特性曲线 共共发发射射极极接接法法的的输输出出特特性性曲曲线线如如图图02.0602.06所所示示，它它是是以以iB为为参参变变量量的的一一族族特特性性曲曲线线。现现以以其其中中任任何何一一条条加加以以说说明明，当当UCE=0 V时时，因集电极无收集作用，因集电极无收集作用，iC=0。当。当UCE 稍增大时，发射结稍
33、增大时，发射结 虽处于正向电压之下，虽处于正向电压之下， 但集电结反偏电压很小但集电结反偏电压很小 时，如：时，如： UCE 1 V UBE =0.7 V UCB= UCE- - UBE= 0.7 V 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。 共发射极接法输出特性曲线共发射极接法输出特性曲线啪寿铺称薄纱聋茸量磷师厌疤告讼待喝付滦增搪样氖魂黑总筑形命仟豪陶主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 运运动动到到集集电电结结的的电电子子基基本本上上都都可可以以被被集集电电区区收收集集，此此后后vCE再再增增加加，电电流流也也没没有有明明显显的的增增加加，特
34、特性性曲曲线线进进入入与与 vCE轴轴基基本本平平行行的的区区域域 ( 这这与与输输入入特特性性曲曲线线随随 vCE增增大大而而右右移移的的原原因因是是一一致致的的) 。图图02.06 02.06 共共发发射射极极接接法法输出特性曲线。输出特性曲线。当当vCE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：vCE 1 ， VBE 0.7 V共射极输出特性曲线共射极输出特性曲线舆闸湍戴烙医阁分啡茅盟惫儒臀枕赡驶拆霉斌莽喝敌黑稀责眼采舍愧奢字主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 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iC 受受 UCE 显显著著控控制制
35、的的区区域域，该该区区域域内内UCE 的的数数值值较较小小，一一般般UCE0.7 V(硅管硅管)。此时发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。此时发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。截止区iC接接近近零零的的区区域域，相相当当iB=0的的曲曲线线的的下下方方。此此 时时，发发射射结结反偏，集电结反偏。反偏，集电结反偏。放大区iC平平行行于于UCE轴轴的的区区域域，曲曲线线基基本本平平行行等等距距。此此时时，发发射射结结正正偏偏，集集电电结结反反偏偏，电电压压大大于于0.7 V左右左右(硅管硅管) 。酉束欣橱口侨汾但卢索屿扭杠胳尧桂策跑依咸铡路拜耿萍埔吱台舟滩祷裁主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt
36、课件半导体三极管的参数 半导体三极管的参数分为三大类半导体三极管的参数分为三大类: 直流参数直流参数 交流参数交流参数 极限参数极限参数 (1)(1)直流参数直流参数 直流电流放大系数直流电流放大系数 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 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const剧狙诚韩降尊郊白坎拐裸誉炙识哨捷诈一诲乍彼锋稠袜拳嚣毙赃衣栖校娩主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 在在放放大大区区基基本本不不变变。在在共共发发射射极极输输出出特特性性曲曲线线上上，通通过过垂垂直直于于X轴轴的的直直线线(vCE=const)来来求求取取IC / IB ，如如
37、图图所所示示。在在IC较较小小时时和和IC较较大大时时， 会会有有所所减减小，这一关系见图。小，这一关系见图。值与值与IC的关系的关系 在输出特性曲线上决定在输出特性曲线上决定永展厘晦拱摹寞赢烃上衅仁洞柳方埂滞谚椅后旬梭遵碘虑灶俐韵托车济满主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 极间反向电流极间反向电流 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ICBO ICBO的的下下标标CB代代表表集集电电极极和和基基极极，O是是open的的字字头头，代表第三个电极代表第三个电极E开开路。它相当于集电结的反向饱和电流。路。它相当于集电结的反向饱和电流。 2.集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极
38、间的反向饱和电流ICEO ICEO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饱和电流，相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应的那条曲线所对应的Y坐标的数值。如图所坐标的数值。如图所示。示。匝堡籍欢顽蔬体鹿插麻咳赛坡懊郡铺舒痔要靠碘侈蕉晓表吨遭葡鸳满傣雁主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 图图 ICEO在输在输出特性曲线上的位置出特性曲线上的位置烦做晓葵经舍禁闪疲甲誉泣端齐扇傅遗颅诡弗啦搁掺耳连咯歉胁桑峡临进主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 (2) 极限参数极限参数 集电
39、极最大允许电流集电极最大允许电流ICM 如如图图所所示示，集集电电极极电电流流增增加加时时， 就就要要下下降降，当当 值值下下降降到到线线性性放放大大区区 值值的的三三分分之之二二时时，所所对对应应的的集集电电极极电流称为集电极最大允许电电流称为集电极最大允许电流流ICM 。至至于于 值值下下降降多多少少不不同同型型号号的的三三极极管管，不不同同厂厂家家的的规规定定有有所所差差别别。可可见见，当当ICICM时时，并并不不表表示示三三极极管管会损坏。会损坏。杖样眯寸谢垛详约悔拘爆少萍么滨软壹衍捕瞒拜唤超鲤聪憋癸屿系砍蚌条主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率
40、损耗PCM 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= ICVCBICVCE， 因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用在集电结上。在计算时往往用VCE取代取代VCB。肆盐栈功凳门芽氖愚秤议洽坤扬押垣张社击燥狐穗较痔跳悸胁宾晤初疗阁主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件反向击穿电压反向击穿电压 反反向向击击穿穿电电压压表表示示三三极极管管电电极极间间承承受受反反向向电电压压的能力。的能力。三极管击穿电压的测试电路三极管击穿电压的测试电路琶率髓尔透乎酬述才钓衷荤藉咨癣莉雾糊币矽瘟戎援旋蛋绚航札蹭滁
41、镶村主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 1.V(BR)CBO发发射射极极开开路路时时集集电电结结击击穿穿电电压压。下下标标BR代代表表击击穿穿之之意意，是是Breakdown的的字字头头，CB代表集电极和基极，代表集电极和基极，O代表第三个电极代表第三个电极E开路。开路。 2.V(BR) EBO集电极开路时发射结的击穿电压。集电极开路时发射结的击穿电压。 3.V(BR)CEO基基极极开开路路时时集集电电极极和和发发射射极极间间的的 击穿电压。击穿电压。 对对于于V(BR)CER表表示示 BE 间间接接有有电电阻阻，V(BR)CES 表表示示 BE 间间是是短短路路的的。几几个个击击穿穿电电压
42、压在在大大小小上上有如下关系：有如下关系： V(BR)CBOV(BR)CESV(BR)CERV(BR)CEOV(BR) EBO雅岛拟佑刹第斟汛轧监访人踊跃岭锭刽鸵滓滤患括毒绷郁搽渴磐厢糠现达主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 由由PCM、 ICM和和V(BR)CEO 在在输输出出特特性性曲曲线线上上可可以以确确定定过过损损耗耗区、过电流区和击穿区，见图区、过电流区和击穿区，见图02.12。输出特性曲线上的过损耗区和击穿区输出特性曲线上的过损耗区和击穿区抱骏敖噶篷眶钟蛔怪涝搪穗礁徒兜叔分豹铡截输阂策母漓暗嫡脆控嚏砌方主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关
43、系1、硅管温度每增加、硅管温度每增加8 C（锗管每（锗管每12 C )， ICBO增大一倍。增大一倍。2、温度每升高、温度每升高 1 C，UBE将减小约将减小约 2 mV， 即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。3、温度每升高、温度每升高 1 C， 增加增加 0.5%1.0%。愤膛貌识癸摇朝袜臀月甘欺侣汤回伴披脚脂蔚蛾捉双嵌眩皑邦虫敞窄戮哲主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件半导体器件型号命名方法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
44、 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极管歇卢新腾歪溉赂绽蜗煤蛆毋屹惑粉勿衣呢赏老计揪揉伙蒂钧修豺借旱拆阔主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件3.3 3.3 场效应管场效应管结型场效应管结型场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管3.3.1 3.3.1 场效应管场效应管章譬土思楚直撬吵继拓宏俺惠
45、刽赋撂锥抗闯踌渊宇唆货师再搭爷铰歇措掺主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 场效应管是利用电场效应来控制场效应管是利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。将控制其电流大小的半导体器件。将控制电压转换为漏电流电压转换为漏电流互导放大器互导放大器件。件。 菩妨差倡诀吮猿那玖赴活蒋慷早傀态褒翰锁酗蛛钩掂巩移顽砌孺钉逐岳堂主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件特点：特点：体积小，重量轻，耗电省，寿命长。体积小，重量轻，耗电省，寿命长。 具有输入阻抗高、热稳定性好、噪声小、抗辐射、具有输入阻抗高、热稳定性好、噪声小、抗辐射、制造工艺简单等优点。制造工艺简单等优点。 分类：分类： 结型场效应管结型场效应管
46、（JFETJFET） 金属金属氧化物氧化物半导体场效应管半导体场效应管（MOSFETMOSFET）刚拂湛躺排废钳颁株印胡农啃边坐哲丑肿美芬私共太丁倍噎龄春皑攀互猎主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件场效应管 三三极极管管是是一一种种电电流流控控制制元元件件(iB iC)，工工作作时时，多多数数载载流流子子和和少少数数载载流流子子都都参与运行，所以被称为双极型器件。参与运行，所以被称为双极型器件。 场场效效应应管管（Field Effect Transistor简简称称FET）是是一一种种电电压压控控制制器器件件(uGS iD) ，工作时，只有一种载流子参与导电，因此它是单极型器件。，工作时，只
47、有一种载流子参与导电，因此它是单极型器件。 FET因因其其制制造造工工艺艺简简单单，功功耗耗小小，温温度度特特性性好好，输输入入电电阻阻极极高高等等优优点点，得得到到了广泛应用。了广泛应用。FET分类：分类： 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管结型场效应管结型场效应管增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道轮楞啡篙敲贱吐亢兢社挫仿吴魄乡管亦彤耸匈岸浓蜡呸斯掣棱赁喀瘴异扬主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件结型场效应管结型场效应管 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 掂偿雀泅袱腕韩众饿逃数贡龚诬睦痛裤斟蚕彼时蹦衷亢蠢践尘董流杏铭吏主讲林昕ppt课件主讲
48、林昕ppt课件灰脑抖胚液蚁逐糕宋虐办揣彭化诵咒委成别打线差吝焚太选婪椅郎傲制置主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件籍挽坞绅具苛徒润揉霖竖灰毁摆谚耘算木张仰漫设乙为鞋突漳搪殉寞危摆主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件牺盛暇辗延催加淑痒香臂辆桩骆裔瞪注膀益夹废燎亥苯砰捡菇乾评陛汛警主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件酷思澎荧燃旁罚铲窗釜炯膏馏家锑数醇敝剧五哟葫悉找哗培赘烯谩艳寐亏主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件二、二、 工作原理工作原理栅极与N沟道构成PN结，在N沟道栅极周围形成耗尽层。 稍荔滋坡客赴惫郧贞痕谍醉镍趁袁挂锌级颧抨谋灰壁捕词蹄撮陷浦晶来潞主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件(1)
49、 VGS对对i D的影响的影响当VGG 0，即反向偏置，PN结耗尽层加宽，N沟道变窄；当VGG 加大到一定值VGGVP，N沟道被夹断，i D =0， 此时漏-源极间电阻。VP夹断电压。 光句锗向禾袋颂絮玉禾坑坤培圣颂拷挞宦豪簧蜀螺熟斋翁吩政意痪逗版峨主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件(2) VDS对对i D的的影响影响 VGD = VG S - VD S = VP ，预夹断 ！ VGS =0，g连s。d,s加电压，此时g,d反偏。 踌横端稍秋性酬挎驮环侯句地躇丁丽诉岂乒战休肢防认丈磐馒墓烈胖俱恐主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件绝缘栅场效应管 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 ( Meta
50、l Oxide Semiconductor FET)，简称，简称MOSFET。分为：分为： 增强型增强型 N沟道、沟道、P沟道沟道 耗尽型耗尽型 N沟道、沟道、P沟道沟道N沟道增强型沟道增强型MOS管管 （1 1）结构结构 4个电极：漏极个电极：漏极D，源极源极S，栅极，栅极G和和 衬底衬底B。符号：符号：栗胰敢吠三累腋澎自板蛮妈导溃堂斋浩思贸呵骇彝孽啦租请剔赐俩壶疮味主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 当当uGS0V时时纵向电场纵向电场将靠近将靠近栅极下方的空穴向下排斥栅极下方的空穴向下排斥耗尽耗尽层。层。（2 2）工作原理）工作原理 当当uGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的时，漏源之
51、间相当两个背靠背的 二极管，在二极管，在d、s之间加上电压之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。也不会形成电流，即管子截止。 再增加再增加uGS纵向电场纵向电场将将P区区少子电子聚集到少子电子聚集到P区表面区表面形成导形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流就可以形成漏极电流id。栅源电压栅源电压uGS的控制作用的控制作用本咎品疥钾闷除焊拥饼萎累坏夷绽哗架脸批辱理毛躲刻癣蝉甸迈枣读窥尹主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 定义：定义： 开启电压（开启电压（ UT）刚刚产生沟道所需的刚刚产生沟道所需的栅源电压栅源电压UGS。 N沟道增强型沟道增强型M
52、OS管的基本特性：管的基本特性： uGS UT，管子截止，管子截止， uGS UT，管子导通。，管子导通。 uGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压越大，沟道越宽，在相同的漏源电压uDS作用下，作用下，漏极电流漏极电流ID越大。越大。寂乘痞跳呛曲始霖衅碰慌衷兑混虾舅盅嘘鳃躁棘捡沸观蛔毗砾索烙唬霄犊主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 转移特性曲线：转移特性曲线： iD=f(uGS) uDS=const 可根据输出特性曲线作出移特性曲线。可根据输出特性曲线作出移特性曲线。例：作例：作uDS=10V的一条转移特性曲线：的一条转移特性曲线：UT蝇篆眠烛描前倡竭贿拇湍雹阳鲸属啄铸吱莫帝冗霓揭丫汾同岿茄
53、颤假货焚主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件 一个重要参数一个重要参数跨导跨导gm： gm= iD/ uGS uDS=const (单位单位mS) gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。 在转移特性曲线上，在转移特性曲线上， gm为的曲线的斜率。为的曲线的斜率。 在输出特性曲线上也可求出在输出特性曲线上也可求出gm。纬帆岛恫鹏权悠示播应刁埃渴坝弦解迈盈戒恩抡切叫舌件鸥碍卖繁题痕俊主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET特点：特点： 当当uGS=0时，就有沟道，加入时，就有沟道，加入uDS，就有就有iD。 当当uGS
54、0时，沟道增宽，时，沟道增宽，iD进进一步增加。一步增加。 当当uGS0时，沟道变窄，时，沟道变窄，iD减减小。小。 在栅极下方的在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。 定义：定义： 夹断电压（夹断电压（ UP）沟道刚刚消失所需的栅源电压沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。砌赛难卓愈蓉恍缩锌闺拽死痢织疤暑敦丈舆峨俺晶尿揉庙御控拔负判蓬饺主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件P沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET P沟道沟道MOSFET的工作原理与的工作原理
55、与N沟道沟道 MOSFET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。这如同双极型三极管供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有有NPN型和型和PNP型一样。型一样。魂泪聘爱妒想腾凶考食其磷翘港缔翰寅捂瘤捶戌销卸馅满捶董炎斤椽蹦靶主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件MOSMOS管的主要参数管的主要参数（1）开启电压）开启电压UT（2）夹断电压）夹断电压UP（3）跨导）跨导gm ：gm= iD/ uGS uDS=const （4）直流输入电阻）直流输入电阻RGS 栅源间的等效栅源间的等效电阻。由于电阻。由于MOS管栅源间有管栅源间有sio2绝缘层，
56、绝缘层，输入电阻可达输入电阻可达1091015。 坟早穴滴飞款障下速恫拧辨床口孝干突蔚迹文熊插廷神茶朗癸植撇蛇艘睡主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件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 单极型场效应管单极型场效应管载流子载流子多子扩散少子漂移多子扩散少子漂移 少子漂移少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电压控制电流源电压控制电流源输入电阻输入电阻几十到几千欧几十到几千欧几兆欧以上几兆欧以上噪声噪声较大较大较小较小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制造工艺制造工艺不宜大规模集成不宜大规模集成适宜大规模和超大适宜大规模和超大规模集成规模集成跟侈驼鞭验决占砖庞钮辱铬甲尸咯嘶嘱碾轧葱涕撬楼构吩弹踪铺纬蒋憎虹主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件谢谢 谢！谢！畅郑铣队坤斤剁凉脚震钟痪茎变墅请酿灸炒摸矩往间箕唯醒灼显陷随端邮主讲林昕ppt课件主讲林昕ppt课件
