2022年2022年半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)教案

1、精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載學(xué)習(xí)必備歡迎下載第一章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1. 明白 pn結(jié)的單向?qū)щ娦裕?. 熟識(shí)二極管的伏安特性3. 明白開關(guān)二極管.整流二極管.穩(wěn)壓二極管的基本用途；4. 把握三極管輸出特性曲線中的截止區(qū).放大區(qū)和飽和區(qū)等概念；5. 熟識(shí)三極管共發(fā)射極電流放大系數(shù) 的含義；6. 熟識(shí)對(duì)三極管開關(guān)電路工作狀態(tài)的分析方法；7. 熟識(shí)三極管的主要參數(shù)；8. 熟識(shí) mos場(chǎng)效應(yīng)管的分類及符號(hào)；9. 熟識(shí)增強(qiáng)型 nmos管的特性曲線；10. 明白 mos場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)；【內(nèi)容提要】本章介紹三種常用的半導(dǎo)體器件,即半導(dǎo)體二極管.三極管及mos場(chǎng)效應(yīng)管；重點(diǎn)介紹這些器件的外

2、部特性曲線.主要參數(shù)及電路實(shí)例；一.教學(xué)內(nèi)容（一）半導(dǎo)體二極管1pn結(jié)的伏安特性 pn結(jié)的伏安特性描述了pn結(jié)兩端電壓 u 和流過 pn結(jié)電流 i 之間的關(guān)系；圖為pn結(jié)的伏 - 安特性曲線；可以看出 :精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載學(xué)習(xí)必備歡迎下載（1）當(dāng)外加正向電壓較?。?uiuon）時(shí),外電場(chǎng)不足以克服pn結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散所造成的阻力,電流i幾乎為 0,pn結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)；（2）當(dāng)外加正向電壓ui 大于 uon時(shí),正向電流 i隨 u 的增加按指數(shù)規(guī)律上升且 i曲線很陡；（ 3）當(dāng)外加反向電壓（u<0）時(shí),反向電流很小、 幾乎為 0,用 i r 表示；（ 4）當(dāng) u

3、u br時(shí)、二極管發(fā)生電擊穿、 u稍有增加 、 i 急劇增大 、 uu br ；把 pn 結(jié)外加正向電壓導(dǎo)通.外加反向電壓截止的性能稱作單向?qū)щ娞匦?u on 稱作 導(dǎo)通電壓 ,也叫 開啟電壓 、 ubr稱作 反向擊穿電壓, i r 稱作 反向電流 ；2半導(dǎo)體二極管應(yīng)用舉例半導(dǎo)體二極管為將pn 結(jié)用外殼封裝. 加上電極引線構(gòu)成；可以用作限幅電路.開關(guān)電路等；（1）用作限幅電路圖 2.2（ a）為二極管電路； 假設(shè)輸入電壓 u i 為一周期性矩形脈沖, 輸入高電平 u ih=+5v .低電平 uil =-5v ,見圖（ b）；可以知道,當(dāng)輸入信號(hào)的正半周時(shí),二極管導(dǎo)通, uo =ui=+5v ,

4、負(fù)半周時(shí),二極管截止, id 0, uo 0,對(duì)應(yīng)波形見圖中（ c）所示；通過二極管電路,使輸出電壓負(fù)半周的幅度受到了限制；精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載學(xué)習(xí)必備歡迎下載2 用作開關(guān)電路在圖 2.2（ a）所示的二極管電路中,假設(shè)二極管為抱負(fù)二極管；可以知道,當(dāng)輸入信號(hào)的正半周時(shí),二極管導(dǎo)通,二極管可以看作只有很?。?）壓降的閉合開關(guān),負(fù)半周時(shí),二極管截止, i d 0,二極管可以看作斷開的開關(guān)；在數(shù)字電路中,二極管常被當(dāng)做開關(guān)使用；（二） 雙極型三極管1 雙極型三極管及其三種工作狀態(tài)npn 硅三極管的共射輸出特性如圖2.3 所示；把 i b=0 這條曲線以下部分稱為 截止區(qū)

5、、 此時(shí)、 三極管各極電流i b i c 0、 對(duì)應(yīng)三極管截止的條件為ube<0.5v；在特性的中間部分 、 曲線為一族近似水平的直線、 這個(gè)區(qū)域稱為 放大區(qū) 、 此時(shí)、i c= i b、對(duì)應(yīng)三極管放大的條件為ube 0.5v. ubc<0v；把輸出特性靠近縱軸的上升部分、 對(duì)應(yīng)不同的 i b 值的各條曲線幾乎重疊 在一起的區(qū)域稱為 飽和區(qū) 、 此時(shí)、uceuces、 對(duì)應(yīng)三極管飽和的條件為ube 0.7v.ubc>0v；精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載學(xué)習(xí)必備歡迎下載2三極管的主要參數(shù)（1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)共發(fā)射極電流放大系數(shù)表示管子做成后, 其收集電流和

6、基區(qū)復(fù)合電流之比,為一個(gè)常數(shù)；（2）集電極 -發(fā)射極飽和電壓uces集電極 -發(fā)射極飽和電壓uces 指管子飽和時(shí), 集電極 -發(fā)射極間的管壓降, 小功率管0.3v ；（3）集電極最大電流i cm集電極最大電流icm 指集電極答應(yīng)流過的最大電流；（4）集電極最大功率損耗pcm集電極最大功率損耗pcm 指集電極答應(yīng)的最大功率；（5）集電極 -發(fā)射極擊穿電壓uceoicm .pcm .u ceo 為極限值,使用管子時(shí),不要超過極限值；（三） mos 場(chǎng)效應(yīng)管1 mos 場(chǎng)效應(yīng)管的分類精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載學(xué)習(xí)必備歡迎下載mos場(chǎng)效應(yīng)管按其溝道和工作類型可分為四種：n溝道增強(qiáng)

7、型. p 溝道增強(qiáng)型. n溝道耗盡型. p 溝道耗盡型；表2.1 列出了四種場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)；2 特性曲線圖 2.4 示出了增強(qiáng)型nmos 管共源電路的轉(zhuǎn)移特性和輸出特性曲線；圖（ a）的轉(zhuǎn)移特性曲線描述mos 管柵源電壓ugs 和漏極電流id 之間的關(guān)系； 由于 ugs為輸入回路的電壓,而i d 為輸出回路的電流,故稱轉(zhuǎn)移特性；可以看出：當(dāng) ugs 很小時(shí)： i d 基本上為0,管子截止；當(dāng)ugs 大于 u tn（ u tn 稱作開啟電壓）時(shí)： id隨 ugs 的增加而增加；圖（ b）的輸出特性曲線描述漏源電壓uds 和漏極電流i d 之間的關(guān)系；可以看出,它分作三個(gè)區(qū)域：夾斷區(qū) : u gs

8、u tn 的區(qū)域；在夾斷區(qū),管子處于截止?fàn)顟B(tài),漏源間的等效電阻極高；精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載學(xué)習(xí)必備歡迎下載漏極電流幾乎為0,輸出回路近似開路；可變電阻區(qū) ： ugs >u tn 且 uds 較小（ udsugs-u tn ）的區(qū)域；在可變電阻區(qū),id 和 uds之間呈線性關(guān)系,ugs 值越大,曲線越陡,漏源間的等效電阻就越?。缓懔鲄^(qū) ：ugs >u tn 且 uds 較大（ uds> ugs-u tn ）的區(qū)域；在恒流區(qū), id 只取決于ugs, 而與 uds 無(wú)關(guān)；表 2. 2 列出了 mos 管工作在截止和導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)的條件及特點(diǎn)；表 2.2nmos

9、 管pmos 管特點(diǎn)截止ugs <u tnugs >u tprds 特別大 、相當(dāng)于開關(guān)斷開導(dǎo)通ugsutnugsutpron 特別小 、相當(dāng)于開關(guān)閉合二.例題解析（答案供參考）例2.1在圖p2.1（ a）（ b）（ c ）所示的電路中,設(shè)二極管為抱負(fù)二極管,輸入電壓解：分析二極管電路,要抓住二極管導(dǎo)通和截止的條件和特點(diǎn)；設(shè)抱負(fù)二極管的導(dǎo)通電 壓為 0v ,導(dǎo)通時(shí),管壓降為0v（非抱負(fù)狀態(tài)一般為0.7v ）；二極管兩端的正向電壓小于0.5v 時(shí),管子截止,i d 0；抓住這些要點(diǎn),可以知道在輸入圖（d）所示波形的情形下,精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載學(xué)習(xí)必備歡迎下載

10、圖（ a）電路中,在輸入信號(hào)的正半周,二極管導(dǎo)通,輸出電壓等于管壓降,約為0v ,在輸入信號(hào)的負(fù)半周,二極管截止, id0,電阻上的壓降0,輸出電壓等于輸入電壓,uo ui ；圖（ b）電路中,在輸入信號(hào)的正半周,二極管導(dǎo)通,管壓降約為 0v ,輸出電壓約等于輸入電壓, uo ui ；在輸入信號(hào)的負(fù)半周,二極管截止, i d 0 ,電阻上的壓降 0,輸出電壓等于 0；圖（ c）電路中,在輸入信號(hào)的正半周,二極管因反向偏置而截止,i d 0,電阻上的壓降 0,輸出電壓等于0；在輸入信號(hào)的負(fù)半周,二極管導(dǎo)通,管壓降約為0v ,輸出電壓約等于輸入電壓；相應(yīng)波形見答圖p2.1；答圖 2.5例 2.2在

11、圖 p2.2 中,如已知管子的導(dǎo)通電壓u on =0.6v , =80 ,管子導(dǎo)通后u be =0.7v , uces =0.3v ,如輸入電壓ui 幅值為 5v .頻率為1khz 的脈沖電壓源,試分析：（ 1）當(dāng) ui = u il=0v 和 ui = u ih =5v 時(shí)三極管的工作狀態(tài)（放大.飽和.截止）；（ 2）如 rb 值不變,求電路工作在臨界飽和區(qū)時(shí)rc 的最小值；精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載學(xué)習(xí)必備歡迎下載如 rc 值不變,求電路工作在臨界飽和區(qū)時(shí)rb 的最大值；解：分析三極管電路；同樣要抓住三極管三種工作狀態(tài)的條件和特點(diǎn)；（ 1）當(dāng) u i =u il =0

12、時(shí)：由于 u iu on =0.6v 時(shí),管子工作在截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng) u i =u ih =5v 時(shí)：三極管導(dǎo)通i b =（ 5 0.7） /40=0.1075ma ,i c =80 0.1075=8.6 ma ,uce = u cci c rc =12 8.62=5.2v ,故可判定出管子工作在飽和狀態(tài) i cs =（u ccu ces） /rc= （ 12 0.3） /2=5.85ma , i bs = i cs /= 0.073ma , i bi bs（ 2）固定 rb 值不變,求臨界飽和時(shí)的rcmin可得 rcmin=1.4k；（ 3）固定 rc 值不變,求臨界飽和時(shí)的rbmax可得 r bmax=61k；精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載學(xué)習(xí)必備歡迎下載一.內(nèi)容總結(jié)二.學(xué)習(xí)要求三個(gè)元件： 二極管.三極管和 mos 管兩個(gè)重點(diǎn)：1.元件的外特性2.作開關(guān)元件的應(yīng)用本章基礎(chǔ)部分自學(xué)為主,不苛求元件內(nèi)部工作原理的把握,學(xué)會(huì)運(yùn)用“ 黑箱”的方法懂得元件的外特性及開關(guān)特性；精品學(xué)習(xí)資料精選學(xué)習(xí)資料 - - - 歡迎下載學(xué)習(xí)必備歡迎下載三.摸索題1.共價(jià)鍵結(jié)構(gòu), 本征半導(dǎo)體,