模電課件1常用半導(dǎo)體器件

1、第第1 1章章 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 作作 業(yè)業(yè) 1.2 1.3 1.8 1.9(2,6) 1.12(b,c) 1.14 1.15 常用半導(dǎo)體器件常用半導(dǎo)體器件 1.1.1 1.1.1 半導(dǎo)體基本知識半導(dǎo)體基本知識 * *1.1.2 1.1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 1.1.3 1.1.3 晶體三極管晶體三極管 1.1.4 1.1.4 場效應(yīng)管場效應(yīng)管 1.1.5 1.1.5 單結(jié)晶體管和晶閘管單結(jié)晶體管和晶閘管( (自學(xué)）自學(xué)） 1.1.6 1.1.6 集成電路中的元件（自學(xué)）集成電路中的元件（自學(xué)） 1.1.0 1.1.0 半導(dǎo)體特性半導(dǎo)體特性 1.1.1 1.1.1 本征半導(dǎo)

2、體本征半導(dǎo)體 1.1.2 1.1.2 摻雜半導(dǎo)體摻雜半導(dǎo)體 1.1.3 1.1.3 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?1.1 1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 1.1.0 物體分類物體分類 導(dǎo)體導(dǎo)體如：金屬如：金屬 絕緣體絕緣體如：橡膠、云母、塑料等。如：橡膠、云母、塑料等。 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。半導(dǎo)體半導(dǎo)體 半導(dǎo)體特性半導(dǎo)體特性 摻入雜質(zhì)則導(dǎo)電率增加幾百倍摻入雜質(zhì)則導(dǎo)電率增加幾百倍摻雜特性摻雜特性半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件 溫度增加使導(dǎo)電率大為增加溫度增加使導(dǎo)電率大為增加熱敏特性熱敏特性 熱敏器件熱敏器件 光照不僅使導(dǎo)電率大為增加還可以產(chǎn)生電動勢光照

3、不僅使導(dǎo)電率大為增加還可以產(chǎn)生電動勢光敏特性光敏特性 常用的半導(dǎo)體材料有常用的半導(dǎo)體材料有： 元素半導(dǎo)體元素半導(dǎo)體：硅（硅（SiSi）、鍺（）、鍺（GeGe） 化合物半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體：砷化鎵（砷化鎵（GaAsGaAs） 摻雜材料摻雜材料：硼：硼(B)(B)、銦、銦(In)(In)；磷；磷(P)(P)、銻、銻(Sb)(Sb)。 光敏器件光敏器件 光電器件光電器件 硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu) 簡化模型及晶體結(jié)構(gòu)簡化模型及晶體結(jié)構(gòu) 價(jià)電子是我們要研究的對象價(jià)電子是我們要研究的對象 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 硅晶體的硅晶體的 空間排列空間排列 硅和鍺都是四價(jià)元素，它們的原子硅和鍺都

4、是四價(jià)元素，它們的原子 結(jié)構(gòu)外層電子結(jié)構(gòu)外層電子( (價(jià)電子價(jià)電子) )數(shù)均為數(shù)均為4 4個(gè)，個(gè)， 價(jià)電子受原子核的束縛力最小，決價(jià)電子受原子核的束縛力最小，決 定其化學(xué)性質(zhì)和導(dǎo)電性能定其化學(xué)性質(zhì)和導(dǎo)電性能 共價(jià)鍵表示兩個(gè)共價(jià)鍵表示兩個(gè) 共有價(jià)電子所形共有價(jià)電子所形 成的束縛作用。成的束縛作用。 T=0K T=0K 且無外界激發(fā)，只有束縛電子，沒有自由電子，本征且無外界激發(fā)，只有束縛電子，沒有自由電子，本征 半導(dǎo)體相當(dāng)于絕緣體；半導(dǎo)體相當(dāng)于絕緣體；T=300KT=300K，本征激發(fā)，少量束縛電子擺，本征激發(fā)，少量束縛電子擺 脫共價(jià)鍵成為自由電子，這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。脫共價(jià)鍵成為自由電子，這種

5、現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。 1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。 純度：純度：99.9999999%99.9999999%，“九個(gè)九個(gè)9”9” 它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。 常用的本征半導(dǎo)體常用的本征半導(dǎo)體 Si+14 2 8 4Ge +32 2 8 18 4 +4 共價(jià)鍵內(nèi)的電子共價(jià)鍵內(nèi)的電子 稱為稱為束縛電子束縛電子 價(jià)帶價(jià)帶 導(dǎo)帶導(dǎo)帶 掙脫原子核束縛的掙脫原子核束縛的 電子稱為電子稱為自由電子自由電子 價(jià)帶中留下的價(jià)帶中留下的 空位稱為空位稱為空穴空穴 禁帶禁帶E EG G 外電場外電場E E 自由電子定向

6、移自由電子定向移 動形成動形成電子流電子流 束縛電子填補(bǔ)空穴的束縛電子填補(bǔ)空穴的 定向移動形成定向移動形成空穴流空穴流 1. 1. 本征半導(dǎo)體中有兩種載流子本征半導(dǎo)體中有兩種載流子 自由電子和空穴自由電子和空穴 2. 2. 在外電場的作用下，產(chǎn)生電流在外電場的作用下，產(chǎn)生電流 電子流和空穴流電子流和空穴流 電子流電子流 自由電子作定向運(yùn)動形成的自由電子作定向運(yùn)動形成的 與外電場方向相反與外電場方向相反 自由電子始終在自由電子始終在導(dǎo)帶內(nèi)導(dǎo)帶內(nèi)運(yùn)動運(yùn)動 空穴流空穴流 價(jià)電子遞補(bǔ)空穴形成的價(jià)電子遞補(bǔ)空穴形成的 與外電場方向相同與外電場方向相同 始終在始終在價(jià)帶內(nèi)價(jià)帶內(nèi)運(yùn)動運(yùn)動 空穴的出現(xiàn)是半導(dǎo)體區(qū)

7、別于導(dǎo)體的一個(gè)重要特點(diǎn)?？昭ǖ某霈F(xiàn)是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一個(gè)重要特點(diǎn)。 用空穴移動產(chǎn) 生的電流代表束縛電 子移動產(chǎn)生的電流 電子濃度電子濃度n ni i = = 空穴濃度空穴濃度p pi i 1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體。 摻雜后半導(dǎo)體的導(dǎo)電率大為提高摻雜后半導(dǎo)體的導(dǎo)電率大為提高 摻入三價(jià)元素如摻入三價(jià)元素如B、Al、In等，等， 形成形成P型半導(dǎo)體，也稱空穴型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體，也稱空穴型半導(dǎo)體 摻入五價(jià)元素如摻入五價(jià)元素如P、Sb等，等， 形成形成N型半導(dǎo)體，也稱電子型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體，也稱電子型半導(dǎo)體 P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元

8、素如在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素如B。 自由電子是少子自由電子是少子空穴是多子空穴是多子 雜質(zhì)原子提供雜質(zhì)原子提供 因留下的空穴很容易俘獲電因留下的空穴很容易俘獲電 子，使雜質(zhì)原子成為子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。負(fù)離子。 三價(jià)雜質(zhì)三價(jià)雜質(zhì) 因而也稱為因而也稱為受主雜受主雜 質(zhì)質(zhì)。 由熱激發(fā)形成由熱激發(fā)形成 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 N N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素如在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素如P。 自由電子是多子自由電子是多子 空穴是少子空穴是少子 雜質(zhì)原子提供雜質(zhì)原子提供 由于五價(jià)元素很容易貢獻(xiàn)電由于五價(jià)元素很容易貢獻(xiàn)電 子，因此將其稱為子，因此將其稱為施主雜質(zhì)。施主雜質(zhì)。 施主雜質(zhì)

9、因提供自由電子而施主雜質(zhì)因提供自由電子而 帶正電荷成為帶正電荷成為正離子正離子 由熱激發(fā)形成由熱激發(fā)形成 1.1.3 1.1.3 P型半導(dǎo)體中含有受主雜質(zhì)，在常溫下，受主雜質(zhì)型半導(dǎo)體中含有受主雜質(zhì)，在常溫下，受主雜質(zhì) 電離為帶正電的空穴和帶負(fù)電的受主離子。電離為帶正電的空穴和帶負(fù)電的受主離子。 N型半導(dǎo)體中含有施主雜質(zhì)，在常溫下，施主雜質(zhì)型半導(dǎo)體中含有施主雜質(zhì)，在常溫下，施主雜質(zhì) 電離為帶負(fù)電的電子和帶正電的施主離子。電離為帶負(fù)電的電子和帶正電的施主離子。 除此之外，除此之外，P型和型和N型型半導(dǎo)體中還有少數(shù)受本征激半導(dǎo)體中還有少數(shù)受本征激 發(fā)產(chǎn)生的電子發(fā)產(chǎn)生的電子- -空穴對，通常本征激發(fā)產(chǎn)

10、生的載流子要空穴對，通常本征激發(fā)產(chǎn)生的載流子要 比摻雜產(chǎn)生的載流子少得多。比摻雜產(chǎn)生的載流子少得多。 半導(dǎo)體中的正負(fù)電荷數(shù)相等半導(dǎo)體中的正負(fù)電荷數(shù)相等 保持電中性保持電中性 P區(qū)區(qū) N區(qū)區(qū) P區(qū)區(qū) N區(qū)區(qū)擴(kuò)散運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動 載流子載流子從從濃度濃度大大向濃度向濃度小小 的區(qū)域的區(qū)域擴(kuò)散擴(kuò)散,稱稱擴(kuò)散運(yùn)動。擴(kuò)散運(yùn)動。 形成的電流成為形成的電流成為擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流 內(nèi)電場內(nèi)電場 內(nèi)電場內(nèi)電場阻礙多子阻礙多子向?qū)Ψ降南驅(qū)Ψ降臄U(kuò)散擴(kuò)散 即即阻礙擴(kuò)散運(yùn)動；阻礙擴(kuò)散運(yùn)動；同時(shí)同時(shí)促進(jìn)少促進(jìn)少 子子向?qū)Ψ较驅(qū)Ψ狡破疲?，即促進(jìn)了漂移促進(jìn)了漂移 運(yùn)動運(yùn)動 擴(kuò)散運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動=漂移運(yùn)動時(shí)漂移運(yùn)動時(shí) 達(dá)到達(dá)到動態(tài)

11、平衡動態(tài)平衡 空間電荷區(qū)：由不能移空間電荷區(qū)：由不能移 動的帶電粒子組成，集動的帶電粒子組成，集 中在中在P P區(qū)和區(qū)和N N區(qū)的交界處區(qū)的交界處 內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散 因濃度差因濃度差 多子的擴(kuò)散運(yùn)動多子的擴(kuò)散運(yùn)動 由由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場 內(nèi)電場促使少子漂移內(nèi)電場促使少子漂移 擴(kuò)散運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動 載流子載流子從濃度大向濃度小的區(qū)域擴(kuò)散從濃度大向濃度小的區(qū)域擴(kuò)散,稱擴(kuò)散運(yùn)動稱擴(kuò)散運(yùn)動 擴(kuò)散運(yùn)動產(chǎn)生擴(kuò)散電流擴(kuò)散運(yùn)動產(chǎn)生擴(kuò)散電流 漂移運(yùn)動漂移運(yùn)動 載流子在電場作用下的定向運(yùn)動載流子在電場作用下的定向運(yùn)動,稱漂移運(yùn)動稱

12、漂移運(yùn)動, 漂移運(yùn)動產(chǎn)生漂移電流。漂移運(yùn)動產(chǎn)生漂移電流。 動態(tài)平衡動態(tài)平衡 擴(kuò)散電流擴(kuò)散電流= =漂移電流，漂移電流，PNPN結(jié)內(nèi)總電流結(jié)內(nèi)總電流=0=0。 PN PN 結(jié)結(jié)穩(wěn)定的空間電荷區(qū)穩(wěn)定的空間電荷區(qū)又稱高阻區(qū)又稱高阻區(qū)也稱耗盡層也稱耗盡層 空間電荷區(qū)變窄，內(nèi)電場減弱空間電荷區(qū)變窄，內(nèi)電場減弱擴(kuò)散運(yùn)動加強(qiáng)擴(kuò)散運(yùn)動加強(qiáng) 相等相等 動態(tài)平衡動態(tài)平衡 V V 內(nèi)電場的建立，使內(nèi)電場的建立，使PNPN結(jié)中產(chǎn)結(jié)中產(chǎn) 生電位差。從而形成接觸電位生電位差。從而形成接觸電位V V 接觸電位接觸電位V V 決定于材料及摻雜濃度決定于材料及摻雜濃度 硅：硅： V V =0.7=0.7 鍺：鍺： V V =0

13、.2=0.2 內(nèi)電場內(nèi)電場 由于內(nèi)電場的存在，電子要從由于內(nèi)電場的存在，電子要從N N區(qū)到區(qū)到P P區(qū)必須越過一個(gè)能量區(qū)必須越過一個(gè)能量 高坡，一般稱為勢壘高坡，一般稱為勢壘，所以空間電荷區(qū)又稱所以空間電荷區(qū)又稱勢壘區(qū)勢壘區(qū)。 2.2. 1. PN1. PN結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況結(jié)加正向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 外電場方向與外電場方向與PN結(jié)內(nèi)電結(jié)內(nèi)電 場方向相反，削弱了內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電 場。于是內(nèi)電場對多子擴(kuò)場。于是內(nèi)電場對多子擴(kuò) 散運(yùn)動的阻礙減弱，擴(kuò)散散運(yùn)動的阻礙減弱，擴(kuò)散 電流加大。電流加大。 擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電 流，可忽略漂移電流的影流，可忽略漂移電流的影 響

14、。響。PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。結(jié)呈現(xiàn)低阻性。 P區(qū)的電位高于區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加區(qū)的電位，稱為加正向電壓正向電壓，簡稱，簡稱正偏正偏； 內(nèi)內(nèi) 外外 2. PN2. PN結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況結(jié)加反向電壓時(shí)的導(dǎo)電情況 外電場與外電場與PN結(jié)內(nèi)電場方結(jié)內(nèi)電場方 向相同，增強(qiáng)內(nèi)電場。向相同，增強(qiáng)內(nèi)電場。 內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動阻內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動阻 礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減礙增強(qiáng)，擴(kuò)散電流大大減 小。少子在內(nèi)電場的作用小。少子在內(nèi)電場的作用 下形成的漂移電流加大。下形成的漂移電流加大。 此時(shí)此時(shí)PN結(jié)區(qū)少子漂移電流結(jié)區(qū)少子漂移電流 大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò)大于擴(kuò)散電流，可忽略擴(kuò) 散電流。散電流。

15、PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性結(jié)呈現(xiàn)高阻性 P區(qū)的電位低于區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加區(qū)的電位，稱為加反向電壓反向電壓，簡稱，簡稱反偏反偏； 內(nèi)內(nèi) 外外 2.2. 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)結(jié) 具有單向?qū)щ娦?。具有單向?qū)щ娦浴?PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低 電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電阻，具有較大的正向擴(kuò)散 電流；電流； PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高 電阻，具有很小的反向漂移電阻，具有很小的反向漂移 電流。電流。 2.2. 式中式中 Is 飽和電流飽和電流; UT = kT/q 等效電壓等效電壓 k 波爾茲曼常數(shù)；波爾茲曼常數(shù)； T=300k（室溫）時(shí)

16、（室溫）時(shí) UT26mv 由半導(dǎo)體物理可推出由半導(dǎo)體物理可推出： 1)(eII T UU S PN結(jié)兩端的電壓與結(jié)兩端的電壓與 流過流過PN結(jié)電流的關(guān)系式結(jié)電流的關(guān)系式 4.4. iD/mA 1.0 0.5 0.5 1.00.501.0 D/V PN結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性 iD/mA 1.0 0.5 iD= IS 0.5 1.00.501.0 D/V 當(dāng)加反向電壓時(shí)：當(dāng)加反向電壓時(shí)： 當(dāng)加正向電壓時(shí)：當(dāng)加正向電壓時(shí)： (UUT) T UU Se II S II 正向特性正向特性 反向特性反向特性 1)(eII T UU S 4.4. 反向擊穿反向擊穿 PN結(jié)上所加的反向電壓達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，反

17、向電結(jié)上所加的反向電壓達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，反向電 流激增的現(xiàn)象流激增的現(xiàn)象 雪崩擊穿雪崩擊穿 當(dāng)反向電壓增高時(shí)，當(dāng)反向電壓增高時(shí)，少子獲得能量高速運(yùn)動，在少子獲得能量高速運(yùn)動，在 空間電荷區(qū)與原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生碰撞電離。形空間電荷區(qū)與原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生碰撞電離。形 成連鎖反應(yīng)，象雪崩一樣，使反向電流激增。成連鎖反應(yīng)，象雪崩一樣，使反向電流激增。 齊納擊穿齊納擊穿當(dāng)反向電壓較大時(shí)，當(dāng)反向電壓較大時(shí)，強(qiáng)電場直接從共價(jià)鍵強(qiáng)電場直接從共價(jià)鍵 中將電子拉出來，形成大量載流子中將電子拉出來，形成大量載流子, ,使反向使反向 電流電流激增。激增。 擊穿是可逆。擊穿是可逆。 摻雜濃度摻雜濃度小小的的 PN結(jié)容易發(fā)

18、生結(jié)容易發(fā)生 擊穿是可逆。擊穿是可逆。 摻雜濃度摻雜濃度大大的的 PN結(jié)容易發(fā)生結(jié)容易發(fā)生 不可逆擊穿不可逆擊穿 熱擊穿熱擊穿 PN結(jié)的電流或電壓較大，使結(jié)的電流或電壓較大，使PN 結(jié)耗散功率超過極限值，使結(jié)溫結(jié)耗散功率超過極限值，使結(jié)溫 升高，導(dǎo)致升高，導(dǎo)致PN結(jié)過熱而燒毀。結(jié)過熱而燒毀。 iD O VBR D VBR反向擊穿電壓反向擊穿電壓 勢壘電容勢壘電容Cb 勢壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當(dāng)外加勢壘電容是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。當(dāng)外加 電壓使電壓使PN結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地結(jié)上壓降發(fā)生變化時(shí)，離子薄層的厚度也相應(yīng)地 隨之改變，這相當(dāng)隨之改變，這相當(dāng)P

19、N結(jié)中存儲的電荷量也隨之變化，猶如結(jié)中存儲的電荷量也隨之變化，猶如 電容的充放電。電容的充放電。利用這一特性可以制成變?nèi)荻O管。利用這一特性可以制成變?nèi)荻O管。 5.5.PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò) 散后，在散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面結(jié)的另一側(cè)面 積累而形成的。積累而形成的。 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容Cd 勢壘電容和擴(kuò)散電容均是非線性電容。勢壘電容和擴(kuò)散電容均是非線性電容。 結(jié)電容結(jié)電容 Cj=Cd+ Cb Cd和和Cb一般都比較小，對于低頻信號來一般都比較小，對于低頻信號來 說容抗較大，作用可以忽略；但對于高頻信號說容抗較大，作用可以忽略；但對于高頻信號 就要考慮

20、此容抗的影響。就要考慮此容抗的影響。 1.2.1 半導(dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu) 1.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 1.2.3 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) 1.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 1.2.5 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 *1.2.4 二極管的等效電路二極管的等效電路 1.2.6 其它類型二極管其它類型二極管 1 1、組成、組成 PNPN結(jié)、陽極引線、結(jié)、陽極引線、 陰極引線、管殼；陰極引線、管殼； 2 2、分類、分類 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型( (圖圖a)a)：高：高 頻、工作電流小頻、工作電流小 面接觸型面接觸型( (圖圖b)b)：低：低 頻、工作電流較大

21、頻、工作電流較大 3 3、符號：、符號：( (圖圖c)c) 1.2.1 1.2.1 半導(dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu) U I I=f（U） 1 1、正向特性、正向特性 死區(qū)電壓：死區(qū)電壓： 硅：硅：0.5V0.5V 鍺：鍺：0.1V0.1V 正常工作時(shí)的管壓降：正常工作時(shí)的管壓降： 硅：硅：0.7V0.7V 鍺：鍺：0.3V 0.3V 1.2.2 1.2.2 半導(dǎo)體二極管的伏安特性半導(dǎo)體二極管的伏安特性 反向電流由少子形成，反向電流由少子形成， 因此反向電流一般很小；因此反向電流一般很??； 小功率硅管：小于小功率硅管：小于1 1微安；微安； 小功率鍺管：幾十微安；小功率鍺管：幾十微

22、安； 3 3、反向擊穿特性、反向擊穿特性 外加電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，在外加電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，在PNPN結(jié)中形成強(qiáng)大的結(jié)中形成強(qiáng)大的 電場，強(qiáng)制產(chǎn)生大量的電子和空穴，使反向電流劇增；電場，強(qiáng)制產(chǎn)生大量的電子和空穴，使反向電流劇增； 4 4、溫度對、溫度對VAVA特性的影響（了解）特性的影響（了解） 當(dāng)溫度升高時(shí)正向特性曲線左移，反向特性曲線當(dāng)溫度升高時(shí)正向特性曲線左移，反向特性曲線 下移。下移。 1 1、最大整流電流、最大整流電流IF 二極管長期工作時(shí)允許通過的最大正向平均電流。二極管長期工作時(shí)允許通過的最大正向平均電流。 2 2、最高反向工作電壓、最高反向工作電壓URM 二極管工作時(shí)允許施加的

23、最大反向電壓；二極管工作時(shí)允許施加的最大反向電壓；URM通通 常取反向擊穿電壓的一半。常取反向擊穿電壓的一半。 3 3、反向電流、反向電流IR 室溫下二極管未擊穿時(shí)的反向電流；室溫下二極管未擊穿時(shí)的反向電流；IR越小，二極越小，二極 管的單向?qū)щ娦阅茉胶?。管的單向?qū)щ娦阅茉胶谩?4 4、最高工作頻率、最高工作頻率fM 二極管正常工作時(shí)所加電壓的最大頻率；二極管正常工作時(shí)所加電壓的最大頻率；fM受受PNPN結(jié)結(jié) 的結(jié)電容限制，與結(jié)電容成反比。的結(jié)電容限制，與結(jié)電容成反比。 用于描述二極管的導(dǎo)電特性，是選擇和使用二極管用于描述二極管的導(dǎo)電特性，是選擇和使用二極管 的依據(jù)。的依據(jù)。 1.2.3 1.

24、2.3 半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù) 一、一、二極管二極管伏安特性的建模伏安特性的建模 二、應(yīng)用舉例二、應(yīng)用舉例 理想模型理想模型 恒壓降模型恒壓降模型 折線模型折線模型 指數(shù)模型指數(shù)模型 模型越來越準(zhǔn)確，但模型越來越準(zhǔn)確，但 是計(jì)算越來越復(fù)雜是計(jì)算越來越復(fù)雜 直流模型用在直流電源作用的電路中直流模型用在直流電源作用的電路中 交流模型用在交流電源作用的電路中交流模型用在交流電源作用的電路中 小信號模型小信號模型 直流模型：直流模型： 交流模型：交流模型： 1.2.4 1.2.4 半導(dǎo)體二極管的等效電路半導(dǎo)體二極管的等效電路 管子導(dǎo)通后管子導(dǎo)通后,管壓管壓 降認(rèn)為是恒定的降認(rèn)為是

25、恒定的, 典型值為典型值為0.7V。 一、一、二極管伏安二極管伏安特性的建模特性的建模 管壓降不是恒定的管壓降不是恒定的, , 而是隨電流的增加而是隨電流的增加 而增加。而增加。 正偏時(shí)導(dǎo)通，管正偏時(shí)導(dǎo)通，管 壓降為壓降為0V;反偏時(shí)反偏時(shí) 截止，電流為截止，電流為0。 5. 小信號模型小信號模型 二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時(shí)，二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時(shí)， 其正向特性可以等效成一個(gè)微變電阻。其正向特性可以等效成一個(gè)微變電阻。 D D d i u r 即即 )e(Ii TD U/u SD 1 根據(jù)根據(jù) 得得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)點(diǎn)處的微變電導(dǎo) Q D D d ud di g Q T

26、T e U I U/u S D T U ID d d 1 g r 則則 D T I U 常溫下（常溫下（T=300K） )mA(I )mV( I U r DD T d 26 )e(Ii TD U/u SD 1 4. 指數(shù)模型指數(shù)模型 較完整且較準(zhǔn)確較完整且較準(zhǔn)確 一、一、二極管伏安二極管伏安特性的建模特性的建模 已知已知R =10K，若，若VDD =10V求電路的求電路的ID和和UD。 例例1.1.二極管電路的靜態(tài)工作情況分析二極管電路的靜態(tài)工作情況分析 二、應(yīng)用舉例二、應(yīng)用舉例 V U D 0 理想模型理想模型 恒壓模型恒壓模型 V .U D 70 （硅二極管典型值）（硅二極管典型值） 折線

27、模型折線模型 V .Uon50 （硅二極管典型值）（硅二極管典型值） mA 931. 0 rR UV I D onDD D k 2 . 0 D r 設(shè)設(shè) V 69. 0rIUU DDonD + UD iD VDD + UD iD VDD UD + UD iD VDD rD Uon N mA R/VI DDD 1 mA 93. 0R/ )UV(I DDDD 首先：首先：將原始電路中的二極管用它的將原始電路中的二極管用它的 直流模型代替，得到如下電路。直流模型代替，得到如下電路。 然后：然后：判斷理想判斷理想二極管二極管的狀態(tài)（導(dǎo)通的狀態(tài)（導(dǎo)通 或截止）?；蚪刂梗?。 方法：將理想二極管斷開，求陽極

28、和方法：將理想二極管斷開，求陽極和 陰極的電位差，若陰極的電位差，若0,0,則理想二極管正則理想二極管正 向?qū)?，用理想的?dǎo)線代替二極管；向?qū)?，用理想的?dǎo)線代替二極管； 若若0 ICBO E C I I 則則有有 、 為電流放大系數(shù)，為電流放大系數(shù)，只只 與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜 濃度有關(guān)，與外加電壓無濃度有關(guān)，與外加電壓無 關(guān)關(guān)。一般。一般 = 0.9 0.99， 1 IE=IB+ IC 1 B C I I 基區(qū)少子漂移到集電區(qū)所形成的電流基區(qū)少子漂移到集電區(qū)所形成的電流 基區(qū)內(nèi)復(fù)合運(yùn)動形成的電流基區(qū)內(nèi)復(fù)合運(yùn)動形成的電流 以上看出，三極管內(nèi)有兩種載流以上看出，三極管內(nèi)有

29、兩種載流 子子(自由電子和空穴自由電子和空穴)參與導(dǎo)電，參與導(dǎo)電， 故稱為雙極型三極管或故稱為雙極型三極管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電 流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。 實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的兩個(gè)條件是：實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的兩個(gè)條件是： （1）內(nèi)部條件：內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；集電發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；集電 區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；基區(qū)很薄，且區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；基區(qū)很薄，且 摻雜濃度最低。摻雜

30、濃度最低。 （2）外部條件：外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向 偏置。偏置。 BJT的電流分配與放大原理的電流分配與放大原理 共集電極接法共集電極接法：集電極作為公共電極，用：集電極作為公共電極，用CC表示。表示。 共基極接法共基極接法：基極作為公共電極，用：基極作為公共電極，用CB表示。表示。 共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法：發(fā)射極作為公共電極，用：發(fā)射極作為公共電極，用CE表示。表示。 BJTBJT的三種組態(tài)的三種組態(tài) 1.3.3 1.3.3 晶體管的共射特性曲線晶體管的共射特性曲線 vCE = 0V + - b c e 共射極放大電路 VBB VCC vBE iC

31、iB+ - vCE iB=f(uBE) uCE=const (2) (2) 當(dāng)當(dāng)uCE1V時(shí)，時(shí)， uCB= uCE - uBE0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀 態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的uBE下下iB減小，減小， 特性曲線右移。特性曲線右移。 uCE = 0V uCE 1V (1) (1) 當(dāng)當(dāng)uCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。 1.1.輸入特性曲線輸入特性曲線 死區(qū)死區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)線性區(qū) 1.3.3 1.3.3 晶體管的共射特性曲線晶體管的共射特性曲線 iC=f(uCE)

32、 iB=const 2. 2. 輸出特性曲線輸出特性曲線 + - b c e 共射極放大電路 VBB VCC uBE iC iB + - uCE 曲線特點(diǎn)：曲線特點(diǎn)： 1 1、起始部分很陡，起始部分很陡，uCE略有增加，略有增加，iC增加很快；增加很快； 2 2、當(dāng)當(dāng)uCE超過某一數(shù)值超過某一數(shù)值(約約1V)后，特性曲線變的比后，特性曲線變的比 較平坦。較平坦。 1.3.3 1.3.3 晶體管的共射特性曲線晶體管的共射特性曲線 BJTBJT的三個(gè)工作區(qū)域的三個(gè)工作區(qū)域 Q Q1 Q2 uCE/V iC/mA 放大區(qū)放大區(qū) 0 iB=40uA 80uA 120uA 160uA 200uA 飽和區(qū)

33、飽和區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) 飽和區(qū)特點(diǎn)：飽和區(qū)特點(diǎn)： iC不再隨不再隨iB的增加而線性增加，即的增加而線性增加，即 BC ii 此時(shí)此時(shí) CB ii 截止區(qū)特點(diǎn)：截止區(qū)特點(diǎn)：iB=0， iC= ICEO。當(dāng)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)時(shí)，將產(chǎn)生。當(dāng)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)時(shí)，將產(chǎn)生 非線性失真非線性失真。 uCE= UCES ，典型值為，典型值為0.3V。 放大區(qū)特點(diǎn)：放大區(qū)特點(diǎn)：BJT輸出特性比較平坦，接近于恒流特性，在這個(gè)區(qū)域符合輸出特性比較平坦，接近于恒流特性，在這個(gè)區(qū)域符合 iB=iC的規(guī)律，是放大器的工作部分的規(guī)律，是放大器的工作部分。 判斷三極管工作狀態(tài)的依據(jù)：判斷三極管工作狀態(tài)的依據(jù)： 飽

34、和區(qū)飽和區(qū): : 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏 截止區(qū)：截止區(qū)： 發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏 或：或：UBE 0.5V（Si) |UBE | 0.2V（Ge) 放大區(qū)放大區(qū): : 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏 BJTBJT的三個(gè)工作區(qū)域的三個(gè)工作區(qū)域 判斷三極管工作狀態(tài)的解題思路：判斷三極管工作狀態(tài)的解題思路： （1）把三極管從電路中拿走，在此電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下求三極管）把三極管從電路中拿走，在此電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)下求三極管 的發(fā)射結(jié)電壓，若發(fā)射結(jié)反偏或零偏或小于死區(qū)電壓值，則三的發(fā)射結(jié)電壓，若發(fā)射結(jié)反偏或零偏或小于死區(qū)電壓值，則三 極管截止。若發(fā)射結(jié)正

35、偏，則三極管可能處于放大狀態(tài)或處于極管截止。若發(fā)射結(jié)正偏，則三極管可能處于放大狀態(tài)或處于 飽和狀態(tài)，需要進(jìn)一步判斷。進(jìn)入步驟（飽和狀態(tài)，需要進(jìn)一步判斷。進(jìn)入步驟（2）。）。 （2）把三極管放入電路中，電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)回到從前。假設(shè)）把三極管放入電路中，電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)回到從前。假設(shè) 三極管處于臨界飽和狀態(tài)（三極管既可以認(rèn)為是處于飽和狀態(tài)三極管處于臨界飽和狀態(tài)（三極管既可以認(rèn)為是處于飽和狀態(tài) 也可以認(rèn)為是處于放大狀態(tài)，在放大區(qū)和飽和區(qū)的交界區(qū)域，也可以認(rèn)為是處于放大狀態(tài)，在放大區(qū)和飽和區(qū)的交界區(qū)域， 此時(shí)三極管既有飽和狀態(tài)時(shí)的特征此時(shí)三極管既有飽和狀態(tài)時(shí)的特征UCES =0.3V，又有放大狀態(tài)，又有

36、放大狀態(tài) 時(shí)的特征時(shí)的特征IC=IB），求此時(shí)三極管的集電極臨界飽和電流），求此時(shí)三極管的集電極臨界飽和電流 ICS ，進(jìn)而求出基極臨界飽和電流，進(jìn)而求出基極臨界飽和電流IBS 。集電極臨界飽和電流。集電極臨界飽和電流ICS 是三極管的集電極可能流過的最大電流。是三極管的集電極可能流過的最大電流。 （3）在原始電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，求出三極管的基極支路中）在原始電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，求出三極管的基極支路中 實(shí)際流動的電流實(shí)際流動的電流iB。 （4）比較）比較iB和和IBS的大小：的大?。?若若iB IBS（或者（或者 iB ICS），則三極管處于飽和狀態(tài)。），則三極管處于飽和狀態(tài)。 若若iB IB

37、S（或者（或者 iB ICS），則三極管處于放大狀態(tài)。），則三極管處于放大狀態(tài)。 例例 電路及參數(shù)如圖所示，三極管的電路及參數(shù)如圖所示，三極管的UBE=0.7V，60，輸入，輸入 電壓電壓ui取值取值3V和和-2V。 （1）當(dāng)）當(dāng)ui3V時(shí)判斷三極管的狀態(tài)，并求出時(shí)判斷三極管的狀態(tài)，并求出iC和和uo的值。的值。 （2）當(dāng)）當(dāng)ui-2V時(shí)判斷三極管的狀態(tài)，并求出時(shí)判斷三極管的狀態(tài)，并求出iC和和uo的值。的值。 解：（解：（1）ui3V 因?yàn)橐驗(yàn)閕BIBS 所以三極所以三極 管處于飽和狀態(tài)，如右圖管處于飽和狀態(tài)，如右圖 中的中的E點(diǎn)所示。點(diǎn)所示。 )mA(23.0 10 7 .03 iB 00

38、83(mA). 0 1060 5 R V I C CC BS V.Uu CESo 30 )mA(4 .0 10 3 .05 iC7 ( (1)1)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) IC/IB 1. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) (2) 共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) = iC/ iB uCE=const (3) 共基極直流電流放大系數(shù)共基極直流電流放大系數(shù) IC/IE ( (4)4)共基極交流電流放大系數(shù)共基極交流電流放大系數(shù)= iC/ iE uCB=const 1.3.4 1.3.4 晶體管的主要參數(shù)晶體管的主要參數(shù) (2) 集電極集電極-發(fā)射極間的反向飽和電流

39、發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 2. 極間反向電流極間反向電流 (1) 集電極集電極-基極間反向飽和電流基極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。 ICEO也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流。也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流。 ICBO和和ICEO都是衡量都是衡量BJT 質(zhì)量的重要參數(shù)，由質(zhì)量的重要參數(shù)，由 于于ICEO比比ICBO大的多，比較容易測量，常把測大的多，比較容易測量，常把測 量量ICEO作為判斷管子質(zhì)量的重要依據(jù)。作為判斷管子質(zhì)量的重要依據(jù)。 另外在使用時(shí)還要注意，另外在使用時(shí)還要注意， ICEO和和I

40、CBO都受都受 溫度的影響。溫度的影響。 + b c e - uA Ie=0 VCC ICBO + b c e - VCC ICEO uA 1.3.4 1.3.4 晶體管的主要參數(shù)晶體管的主要參數(shù) (1)(1)集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM (2)(2)集電極最大允許功率損耗集電極最大允許功率損耗PCM PCM= ICUCE 3. 極限參數(shù)極限參數(shù) 當(dāng)集電極電流增加時(shí)，當(dāng)集電極電流增加時(shí)， 就要就要 下降，當(dāng)下降，當(dāng) 值值下降到線性放大區(qū)下降到線性放大區(qū) 值的值的 2/3時(shí)所對應(yīng)的最大集電極電流。時(shí)所對應(yīng)的最大集電極電流。 ICICM時(shí)，并不表示三極管會損壞。只是管時(shí)，并不表示三極

41、管會損壞。只是管 子的放大倍數(shù)降低。子的放大倍數(shù)降低。 ( (3)3)反向擊穿電壓反向擊穿電壓 U(BR)CBOU(BR)CEOU(BR) EBO 1.3.4 1.3.4 晶體管的主要參數(shù)晶體管的主要參數(shù) 由由PCM、 、 ICM和 和U(BR)CEO在輸出特性曲線上可在輸出特性曲線上可 以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。 輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū)輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū) 1.3.4 1.3.4 晶體管的主要參數(shù)晶體管的主要參數(shù) 飽和區(qū)飽和區(qū) 截止區(qū)截止區(qū) 放大區(qū)放大區(qū) 討論 由圖示特性求出由圖示特性求出PCM、ICM、U （ （BR）CEO

42、、 、。 CECCM uiP 2.7 iC CE B C U i i uCE=1V時(shí)的時(shí)的iC就是就是ICM U（ （BR）CEO Q vCE/V iC/mA iB =0 IB Q1 1. 溫度變化對溫度變化對ICBO的影響的影響 2. 溫度變化對輸入特性曲線的影響溫度變化對輸入特性曲線的影響 溫度溫度T 輸出特性曲線上移輸出特性曲線上移 )( )C25CBO(CBO 0 0 TTk T eII V.)TT(UU )CTBE(BE 0 3 025 1022 溫度溫度T 輸入特性曲線左移輸入特性曲線左移 3. 溫度變化對溫度變化對 的影響的影響 溫度每升高溫度每升高1 C ， 要增加要增加0.5

43、% 1.0% 溫度溫度T 輸出特性曲線族間距增大輸出特性曲線族間距增大 Q uCE/V iC/mA iB =0 IB Q1 總之總之 ： ICBO ICEO T UBE IB IC 1.3.5 1.3.5 溫度對晶體管性能參數(shù)的影響溫度對晶體管性能參數(shù)的影響 1.3.6 1.3.6 光電三極管光電三極管 D c e 等效電路等效電路 c e 符號符號 光電三極管輸出特性曲線光電三極管輸出特性曲線 E=0 E1 E2 E3 入射光入射光 照度增加照度增加 最大允許功耗線最大允許功耗線 場效應(yīng)管是通過改變外加電壓產(chǎn)生的電場強(qiáng) 度來控制其導(dǎo)電能力的半導(dǎo)體器件。 它不僅具有雙極型三極管的體積小、重量輕

44、、 耗電少、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，而且還具有輸入電阻高、 熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、噪聲低、制造工藝 簡單、便于集成等特點(diǎn)。因而，在大規(guī)模及超大 規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。 根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理不同,場效應(yīng)管可分為 兩大類:結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)和絕緣柵型場效應(yīng) 管(IGFET). 1.4 1.4 場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管 1.4.1 1.4.1 結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管 1.4.2 1.4.2 絕緣柵場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管 1.4.3 1.4.3 場效應(yīng)管的主要參數(shù)場效應(yīng)管的主要參數(shù) 1.4.4 1.4.4 場效應(yīng)管與晶體管的比較場效應(yīng)管與晶體管的比較 1.4 1.4 場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)晶體管

45、 1 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) P+P+ N G S D 導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道 源極源極，用用S或或s表示表示 N型導(dǎo)電溝道型導(dǎo)電溝道 漏極漏極，用用 D或或d表示表示 P型區(qū)型區(qū)P型區(qū)型區(qū) 柵極柵極，用用G 或或g表示表示 柵極柵極，用用G 或或g表示表示 符號符號符號符號 1.4.1 1.4.1 結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管 D P+P+ N G S VDS ID VGS 電源極性的安排電源極性的安排: D S間間-D接電源正端接電源正端 S接電源負(fù)端接電源負(fù)端 形成漏極電流形成漏極電流iD G S間間-S接電源正端接電源正端 G接電源負(fù)端接電源負(fù)端 柵極電流柵極電流iG0, 輸入電阻高達(dá)輸入電阻高達(dá)107

46、 N溝道管加溝道管加負(fù)柵源電壓負(fù)柵源電壓， P溝道管加溝道管加正柵源電壓正柵源電壓，否則將會出現(xiàn)柵流。，否則將會出現(xiàn)柵流。 2 2、結(jié)型、結(jié)型場效應(yīng)管（場效應(yīng)管（JFET)的工作原理的工作原理 U UGS GS對溝道的控制作用 對溝道的控制作用 當(dāng)當(dāng)UGS0時(shí)時(shí) 當(dāng)溝道夾斷時(shí)當(dāng)溝道夾斷時(shí),ID減小至減小至0 0，此，此 時(shí)時(shí)對應(yīng)的柵源電壓對應(yīng)的柵源電壓UGS稱為稱為夾斷夾斷 電壓電壓UGS(off) 。 對于對于N N溝道的溝道的JFETJFET，UPGS(off) 0。 PNPN結(jié)反偏結(jié)反偏耗盡層加厚耗盡層加厚 溝道變窄溝道變窄 UGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變 窄，窄， ID

47、 D繼續(xù)變小繼續(xù)變小 D P+P+ N G S UDS ID UGS 當(dāng)當(dāng)UGS=0=0時(shí)，時(shí)，溝道最寬溝道最寬，溝道電阻最小，溝道電阻最小， 在在UDS的作用下的作用下N N溝道內(nèi)的電子定向運(yùn)動形溝道內(nèi)的電子定向運(yùn)動形 成漏極電流成漏極電流ID D, ,此時(shí)最大。此時(shí)最大。 溝道電阻變大溝道電阻變大ID D變小變小 2 2、結(jié)型、結(jié)型場效應(yīng)管（場效應(yīng)管（JFET)的工作原理的工作原理 根據(jù)其結(jié)構(gòu)，它只能工作在根據(jù)其結(jié)構(gòu)，它只能工作在反偏反偏條件下，條件下，N N溝道管加溝道管加負(fù)柵負(fù)柵 源電壓源電壓， P P溝道管加溝道管加正柵源電壓正柵源電壓，否則將會出現(xiàn)柵流。，否則將會出現(xiàn)柵流。 U U

48、DS DS對溝道的控制作用 對溝道的控制作用 當(dāng)當(dāng)U UGS GS=0 =0時(shí)時(shí)，UDS ID G G、D D間間PNPN結(jié)的反向電壓結(jié)的反向電壓 增加，使靠近漏極處的耗盡增加，使靠近漏極處的耗盡 層加寬，溝道變窄，從上至層加寬，溝道變窄，從上至 下呈楔形分布。下呈楔形分布。 當(dāng)當(dāng)UDS增加到使增加到使UGD=UGS(off) 時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。 此時(shí)此時(shí)UDS 夾斷區(qū)延長夾斷區(qū)延長 溝道電阻溝道電阻 ID基本不變基本不變 2 2、結(jié)型、結(jié)型場效應(yīng)管（場效應(yīng)管（JFET) )的工作原理的工作原理 D P+P+ N G S UDS ID UGS UGS和和U

49、DS同時(shí)作用時(shí)同時(shí)作用時(shí) 當(dāng)當(dāng)UP UGS0 時(shí)，時(shí)， 導(dǎo)電溝道更容易夾斷，導(dǎo)電溝道更容易夾斷， 對于同樣的對于同樣的UDS ， ID的值比的值比 UGS=0時(shí)的值要小。時(shí)的值要小。 在預(yù)夾斷處在預(yù)夾斷處 UGD=UGS- -UDS =UGS(off) 2 2、結(jié)型、結(jié)型場效應(yīng)管場效應(yīng)管（JFET)的工作原理的工作原理 D P+P+ N G S UDS ID UGS UDSUGS- -UGS(off) , UDS ID 不變不變 綜上分析可知綜上分析可知 溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電， 所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管。所以場效應(yīng)管也稱為單極型三

50、極管。 JFETJFET是電壓控制電流器件，是電壓控制電流器件，iD受受uGS控制控制 預(yù)夾斷前預(yù)夾斷前iD與與uDS S呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。趨于飽和。 JFETJFET柵極與溝道間的柵極與溝道間的PNPN結(jié)是反向偏置的，因結(jié)是反向偏置的，因 此此iG 0 0，輸入電阻很高。輸入電阻很高。 JFET是是利用利用PNPN結(jié)反向電壓對耗盡層厚度的控制，結(jié)反向電壓對耗盡層厚度的控制， 來改變導(dǎo)電溝道的寬窄，從而控制漏極電流的大小。來改變導(dǎo)電溝道的寬窄，從而控制漏極電流的大小。 const.uDSD GS )u(fi (2) 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 const.

51、uGSD DS )u(fi )uU() U u (Ii GSoffGS offGS GS DSSD 01 2 ）（ ）（ UGS(off) (1) 輸出特性輸出特性 二、結(jié)型二、結(jié)型場效應(yīng)管（場效應(yīng)管（JFET) )的特性曲線的特性曲線 預(yù)夾斷軌跡，預(yù)夾斷軌跡，uGDUGS（ （off） 夾斷電壓夾斷電壓 UGS(off) 1.截止區(qū)截止區(qū)UGS UGS(off） ） 2.可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) 3.恒流區(qū)恒流區(qū) UDS UGS- -UGS(off) UGS(off） ） UGS0， ， UGS(off） ） UGS- -UGS(off) 預(yù)夾斷軌跡，預(yù)夾斷軌跡，uGDUGS（ （off） 結(jié)結(jié)

52、 型型 場場 效效 應(yīng)應(yīng) 管管 N 溝溝 道道 耗耗 盡盡 型型 P 溝溝 道道 耗耗 盡盡 型型 增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管場效應(yīng)管 耗盡型耗盡型MOS場效應(yīng)管場效應(yīng)管 MOS場效應(yīng)管分類場效應(yīng)管分類 1.4.2 1.4.2 絕緣柵場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管 MOSMOS場效應(yīng)管場效應(yīng)管 N溝道增強(qiáng)型的溝道增強(qiáng)型的MOS管管 P溝道增強(qiáng)型的溝道增強(qiáng)型的MOS管管 N溝道耗盡型的溝道耗盡型的MOS管管 P溝道耗盡型的溝道耗盡型的MOS管管 VGS=0時(shí)時(shí),無導(dǎo)電溝道，無導(dǎo)電溝道， 這種類型的管子稱為這種類型的管子稱為 增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS管管 VGS=0時(shí)時(shí), 有導(dǎo)電溝道，有導(dǎo)電溝道， 這種類型的管

53、子稱為這種類型的管子稱為 耗盡型耗盡型MOS管管 MOS場效應(yīng)管分類場效應(yīng)管分類 1.4.2 1.4.2 絕緣柵場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管 1 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu) 漏極漏極D集電極集電極C 源極源極S發(fā)射極發(fā)射極E絕緣柵極絕緣柵極G基極基極B 襯底襯底B 電極電極金屬金屬 絕緣層絕緣層氧化物氧化物 基體基體半導(dǎo)體半導(dǎo)體 因此稱之為因此稱之為MOS管管 2、N溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管工作原理場效應(yīng)管工作原理 電源極性的安排電源極性的安排: D S間間-D接電源正端接電源正端 S接電源負(fù)端接電源負(fù)端 形成漏極電流形成漏極電流iD G S間間- G接電源正端接電源正端 S接電源負(fù)端接電源負(fù)端 柵極

54、電流柵極電流iG0, 輸入電阻高達(dá)輸入電阻高達(dá)1014 當(dāng)當(dāng)UGS較小較小時(shí)，雖然在時(shí)，雖然在P型襯型襯 底表面形成一層底表面形成一層耗盡層耗盡層，但負(fù)離，但負(fù)離 子不能導(dǎo)電。子不能導(dǎo)電。 當(dāng)當(dāng)UGS=UGS(th)時(shí)時(shí), 在在P型襯底表型襯底表 面形成一層面形成一層電子層電子層，形成，形成N型導(dǎo)型導(dǎo) 電溝道，在電溝道，在UDS的作用下形成的作用下形成iD. 2 2、N溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管工作原理場效應(yīng)管工作原理 UDS iD + + - - + - + + - - - UGS 反型層反型層 當(dāng)當(dāng)UGS=0V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的PN結(jié)，無論結(jié)，

55、無論UDS 之間加什么電壓都不會在之間加什么電壓都不會在D、S間形成電流間形成電流iD，即，即iD0。 當(dāng)當(dāng)UGSUGS(th)時(shí)時(shí), 溝道加厚，溝道加厚， 溝道電阻減少，溝道電阻減少，在相同在相同UDS的作的作 用下，用下，iD將進(jìn)一步增加。將進(jìn)一步增加。 開始時(shí)無導(dǎo)電溝道，當(dāng)在開始時(shí)無導(dǎo)電溝道，當(dāng)在UGS UGS(th)時(shí)才形成溝時(shí)才形成溝 道道, ,這種類型的管子稱為這種類型的管子稱為增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS管管 一一 方方 面面 MOSFET是是利用柵源電利用柵源電 壓的大小，來改變半導(dǎo)體壓的大小，來改變半導(dǎo)體 表面感生電荷的多少，從表面感生電荷的多少，從 而控制漏極電流的大小。而控制漏極電

56、流的大小。 當(dāng)當(dāng)UGSUGS(th)，且固定為某一值時(shí)，來分析漏源電壓，且固定為某一值時(shí)，來分析漏源電壓 UDS的不同變化對導(dǎo)電溝道和漏極電流的不同變化對導(dǎo)電溝道和漏極電流ID的影響。的影響。 UDS=UDGUGS = UGDUGS UGD=UGSUDS (a)當(dāng)當(dāng)UDS為為0或較小時(shí)，或較小時(shí)， 相當(dāng)相當(dāng)UGDUGS(th) ，此時(shí)此時(shí) UDS 基本均勻降落在溝道基本均勻降落在溝道 中，溝道呈斜線分布。在中，溝道呈斜線分布。在 UDS作用下形成作用下形成ID。 另一方面，另一方面，漏源電壓漏源電壓UDS對漏極電流對漏極電流ID的控制作用的控制作用 (b).當(dāng)當(dāng)UDS增加到使增加到使UGD=U

57、GS(th)時(shí)，時(shí)， .當(dāng)當(dāng)UDS增加到增加到UGD UGS(th)時(shí)，時(shí)， 這相當(dāng)于這相當(dāng)于UDS增加使漏極處溝道縮增加使漏極處溝道縮 減到剛剛開啟的情況，稱為減到剛剛開啟的情況，稱為預(yù)夾斷預(yù)夾斷。 此時(shí)的此時(shí)的漏極電流漏極電流ID 基本飽和?；撅柡汀?此時(shí)預(yù)夾斷區(qū)域加長，伸向此時(shí)預(yù)夾斷區(qū)域加長，伸向S S極。極。 UDS增加增加的部分基本降落在隨之加長的的部分基本降落在隨之加長的 夾斷溝道上，夾斷溝道上，ID基本趨于不變。基本趨于不變。 UGD=UGSUDS 用場效應(yīng)管組成放大電路時(shí)應(yīng)使之工作用場效應(yīng)管組成放大電路時(shí)應(yīng)使之工作 在恒流區(qū)。在恒流區(qū)。N N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSMOS管

58、工作在恒流區(qū)管工作在恒流區(qū) 的條件是什么？的條件是什么？ DthGSGSD thGSGS thGS GS DD iUuI )Uu() U u (Ii 時(shí)時(shí)的的是是 ）（ ）（ ）（ 2 1 0 2 0 3 3、N溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSMOS場效應(yīng)管特性曲線場效應(yīng)管特性曲線 iD=f(uGS) uDS=C 轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線 iD=f(uDS) uGS=C 輸出特性曲線輸出特性曲線 uDS(V) iD(mA) 當(dāng)當(dāng)uGS變化時(shí)，變化時(shí)，RON 將隨之變化，因此將隨之變化，因此 稱之為稱之為可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) 恒流區(qū)恒流區(qū)( (飽和區(qū)飽和區(qū)) )：uGS 一定時(shí)，一定時(shí)，iD基本不隨基本不隨 uDS變化而變化變化而變化。 uGS/V 二、二、N N溝道溝道耗盡型耗盡型MOSMOS場效應(yīng)管場效應(yīng)管 + + + + + + + 耗盡型耗盡型MOS管存在管