第一章常用半導體器件及其特征

第一章常用半導體器件及其特征第1頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月課題：第一節(jié)半導體二極管（2學時）

目的要求：1、掌握常用的半導體工作原理2、了解二極管的工作特性

重點、難點和突破方法：

半導體材料、PN結、二極管，的特性和主要參數(shù)

復習提問：

作業(yè)：

見課件。使用班級電子081電子082總第次課第2頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)半導體的基礎知識1本征半導體2雜質半導體3PN結第3頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月一、常用半導體材料及其導電性能自然界中的物質按照導電能力可分為導體、絕緣體與半導體。Next典型的元素半導體有硅Si和鍺Ge，此外，還有化合物半導體砷化鎵GaAs等。導

體：導電能力良好的物體，如銀、銅、鐵等。

絕緣體：不能導電或導電能力很差的物體，如橡膠、陶瓷、玻璃、塑料等。

半導體：導電性能介于導體和絕緣體之間的物體。

半導體簡介第4頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月半導體的導電特性：(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質，導電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：當受到光照時，導電能力明顯變化(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當環(huán)境溫度升高時，導電能力顯著增強第5頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.本征半導體完全純凈的、具有晶體結構的半導體，稱為本征半導體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價健結構共價健共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。

Si

Si

Si

Si價電子第6頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

Si

Si

Si

Si價電子

價電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵中留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導體的導電機理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。空穴溫度愈高，晶體中產(chǎn)生的自由電子便愈多。自由電子在外電場的作用下，空穴吸引相鄰原子的價電子來填補，而在該原子中出現(xiàn)一個空穴，其結果相當于空穴的運動（相當于正電荷的移動）。第7頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月本征半導體的導電機理

當半導體兩端加上外電壓時，在半導體中將出現(xiàn)兩部分電流

(1)自由電子作定向運動

電子電流

(2)價電子遞補空穴空穴電流

(1)本征半導體中載流子數(shù)目極少,其導電性能很差；(2)溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多,半導體的導電性能也就愈好。所以，溫度對半導體器件性能影響很大。自由電子和空穴都稱為載流子。自由電子和空穴成對地產(chǎn)生的同時，又不斷復合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復合達到動態(tài)平衡，半導體中載流子便維持一定的數(shù)目。

注意：第8頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月2.雜質半導體（N型半導體）

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為電子半導體或N型半導體。摻入五價元素

Si

Si

Si

Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€電子變?yōu)檎x子在本征半導體中摻入微量的雜質（某種元素）,形成雜質半導體。

在N

型半導體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。動畫第9頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月2.雜質半導體（P型半導體）

摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為空穴半導體或P型半導體。摻入三價元素

Si

Si

Si

Si

在P型半導體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個電子變?yōu)樨撾x子空穴動畫無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。第10頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.在雜質半導體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。2.在雜質半導體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關。3.當溫度升高時，少子的數(shù)量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc4.在外加電壓的作用下，P型半導體中的電流主要是

，N型半導體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba思考題：第11頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.PN結的形成多子的擴散運動內電場少子的漂移運動濃度差P型半導體N型半導體內電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。擴散的結果使空間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱PN結擴散和漂移這一對相反的運動最終達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－動畫形成空間電荷區(qū)二、PN結第12頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月2.PN結的單向導電性2.1PN結加正向電壓（正向偏置）PN結變窄P接正、N接負外電場IF內電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流。

PN結加正向電壓時，PN結變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結處于導通狀態(tài)。內電場PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–第13頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2PN結加反向電壓（反向偏置）外電場P接負、N接正內電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－–+第14頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月PN結變寬2.2PN結加反向電壓（反向偏置）外電場內電場被加強，少子的漂移加強，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IRP接負、N接正溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。–+PN結加反向電壓時，PN結變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結處于截止狀態(tài)。內電場PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－第15頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2半導體二極管1.2.1半導體二極管的結構和類型1.2.2二極管的伏安特性1.2.3二極管的主要參數(shù)第16頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.1半導體二極管的結構和類型構成：PN結+引線+管殼=二極管(Diode)符號：A(anode)C(cathode)分類：按材料分硅二極管鍺二極管按結構分點接觸型面接觸型平面型第17頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月

半導體二極管1.基本結構(a)點接觸型(b)面接觸型

結面積小、結電容小、正向電流小。適用于小電流高頻電路。結面積大、正向電流大、結電容大，用于低頻大電流電路。(c)平面型

用于集成電路制作工藝中。PN結結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。第18頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月點接觸型正極引線觸絲N型鍺片外殼負極引線負極引線

面接觸型N型鍺PN結

正極引線鋁合金小球底座金銻合金正極

引線負極

引線集成電路中平面型PNP型支持襯底第19頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月半導體二極管圖片點接觸型面接觸型平面型第20頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第21頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月2.伏安特性硅管0.5V,鍺0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導通。外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向導電性。正向特性反向特性特點：非線性硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+反向電流在一定電壓范圍內保持常數(shù)。硅管0.7V鍺管0.2V第22頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿反向擊穿原因：齊納擊穿：(Zener)反向電場太強，將電子強行拉出共價鍵。

(擊穿電壓<6V，負溫度系數(shù))雪崩擊穿：反向電場使電子加速，動能增大，撞擊使自由電子數(shù)突增。—PN結未損壞，斷電即恢復。—PN結燒毀。(擊穿電壓>6V，正溫度系數(shù))擊穿電壓在6V左右時，溫度系數(shù)趨近零。第23頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月3.主要參數(shù)3.1最大整流電流

IFM指允許長期流過二極管的最大正向平均電流。3.2反向擊穿電壓UBR指管子擊穿時的電壓，一旦超過，管子將被擊穿而損壞。3.3最高反向工作電壓UBM指管子允許的最高反向工作電壓，通常取反向擊穿電壓的一半。3.4反向電流IR指常溫下反向電壓一定時流過管子的反向電流。第24頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月二極管的單向導電性1.二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰極接負）時，二極管處于正向導通狀態(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。2.二極管加反向電壓（反向偏置，陽極接負、陰極接正）時，二極管處于反向截止狀態(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。

3.外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向導電性。4.二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。第25頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月二極管電路分析舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導通截止否則，正向管壓降硅0.7V鍺0.2V分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負。若V陽>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導通若V陽<V陰或UD為負(反向偏置)，二極管截止若二極管是理想的，正向導通時正向管壓降為零，反向截止時二極管相當于斷開。第26頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月電路如圖，求：UABU陽=－6VU陰=－10VU陽>U陰二極管導通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1：

取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。在這里，二極管起鉗位作用。D6V10V3k

BAUAB+–第27頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月ui>8V，二極管導通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二極管截止，可看作開路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫出uo

波形。8V例2：二極管的用途：

整流、檢波、限幅、鉗位、開關、元件保護、溫度補償?shù)取i18V參考點二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––動畫第28頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4特殊二極管1.4.1穩(wěn)壓二極管1.4.2光電二極管第29頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1.4穩(wěn)壓二極管1.符號

UZIZIZM

UZ

IZ2.伏安特性穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓使用時要加限流電阻穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。_+UIO第30頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.1穩(wěn)壓二極管一、伏安特性符號工作條件：反向擊穿iZ/mAuZ/VO

UZ

IZmin

IZmax

UZ

IZ

IZ特性第31頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月二、主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓UZ流過規(guī)定電流時穩(wěn)壓管兩端的反向電壓值。2.穩(wěn)定電流IZ越大穩(wěn)壓效果越好，小于Imin時不穩(wěn)壓。3.最大工作電流IZM最大耗散功率PZMPZM=UZIZM4.動態(tài)電阻rZrZ=

UZ/

IZ越小穩(wěn)壓效果越好。幾

幾十

第32頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月5.穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)CT一般，UZ<5V，CTV<0(為齊納擊穿)具有負溫度系數(shù)；UZ>8V，CTV>0(為雪崩擊穿)具有正溫度系數(shù)；5V<UZ<8V，CTV很小。第33頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月例1.4.1

分析簡單穩(wěn)壓電路的工作原理，

R為限流電阻。IR=IZ+ILUO=UI–IRRUIUORRLILIRIZ第34頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.2發(fā)光二極管與光敏二極管一、發(fā)光二極管LED(LightEmittingDiode)1.符號和特性工作條件：正向偏置一般工作電流幾十mA，導通電壓(1

2)V符號u/Vi/mAO2特性第35頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月2.主要參數(shù)電學參數(shù)：IFM

，U(BR)，IR光學參數(shù)：峰值波長

P，亮度

L，光通量

發(fā)光類型：可見光：紅、黃、綠顯示類型：普通LED，不可見光：紅外光點陣LED七段LED,第36頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第37頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月二、光敏二極管1．符號和特性符號特性uiO暗電流E=200lxE=400lx工作條件：反向偏置2.主要參數(shù)電學參數(shù)：暗電流，光電流，最高工作范圍光學參數(shù)：光譜范圍，靈敏度，峰值波長實物照片第38頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月補充：選擇二極管限流電阻步驟：1.設定工作電壓(如0.7V；2V(LED)；UZ)2.確定工作電流(如1mA；10mA；5mA)3.根據(jù)歐姆定律求電阻R=(UI

UD)/ID(R要選擇標稱值)第39頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)半導體三極管1.5.1晶體三極管1.5.2晶體三極管的特性曲線1.5.3晶體三極管的主要參數(shù)第40頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月課題：第一節(jié)半導體三極管（2學時）

目的要求：1、掌握三極管工作原理2、了解三極管的工作特性和主要參數(shù)

重點、難點和突破方法：

三極管，的特性和主要參數(shù)

復習提問：半導體的導電機理

作業(yè)：

見課件。使用班級電子081電子082總第次課第41頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月(SemiconductorTransistor)1.5.1晶體三極管一、結構、符號和分類NNP發(fā)射極E基極B集電極C發(fā)射結集電結—基區(qū)—發(fā)射區(qū)—集電區(qū)emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECB第42頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月分類：按材料分：硅管、鍺管按功率分：小功率管<500mW按結構分：NPN、PNP按使用頻率分：低頻管、高頻管大功率管>1W中功率管0.5

1W第43頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電流放大原理1.三極管放大的條件內部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結面積大外部條件發(fā)射結正偏集電結反偏2.滿足放大條件的三種電路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共發(fā)射極共集電極共基極第44頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月ICmA

AVVUCEUBERBIBECEB3.電流分配關系共發(fā)射極電路第45頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月IB(mA)00.010.030.040.05IC(mA)0.010.561.742.332.91IE(mA)0.01O.571.772.372.96三極管電流測量數(shù)據(jù)結論:1.IE=IC+IB第46頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月4.三極管內部載流子的傳輸過程1)發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入多子電子，形成發(fā)射極電流

IE。ICN多數(shù)向BC結方向擴散形成ICN。IE少數(shù)與空穴復合，形成IBN。IBN基區(qū)空穴來源基極電源提供(IB)集電區(qū)少子漂移(ICBO)ICBOIBIBN

IB+ICBO即：IB=IBN–

ICBO2)電子到達基區(qū)后(基區(qū)空穴運動因濃度低而忽略)第47頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月ICNIEIBNICBOIB3)集電區(qū)收集擴散過來的載流子形成集電極電流ICICIC=ICN+ICBO第48頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月4.三極管的電流分配關系當管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集電結面積等確定，故電流的比例關系確定，即：IB=IBN

ICBOIC=ICN+ICBO穿透電流第49頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月IE=IC+IB第50頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5.2晶體三極管的特性曲線一、輸入特性輸入回路輸出回路與二極管特性相似第51頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月UCE1VIB(

A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：硅管UBE0.6~0.7V,鍺管UBE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.1V。第52頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月O特性基本重合(電流分配關系確定)特性右移(因集電結開始吸引電子)導通電壓UBE(on)硅管：(0.6

0.8)V鍺管：(0.2

0.3)V取0.7V取0.2V第53頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月二、輸出特性iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321截止區(qū)：

IB

0

IC=ICEO

0條件：兩個結反偏截止區(qū)ICEO第54頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O246843212.放大區(qū)：放大區(qū)截止區(qū)條件：

發(fā)射結正偏集電結反偏特點：

水平、等間隔ICEO第55頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O246843213.飽和區(qū)：uCE

uBEuCB=uCE

uBE

0條件：兩個結正偏特點：IC

IB臨界飽和時：

uCE=uBE深度飽和時：0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(鍺管)放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)ICEO第56頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月三、溫度對特性曲線的影響1.溫度升高，輸入特性曲線向左移。溫度每升高1

C，UBE(22.5)mV。溫度每升高10

C，ICBO約增大1倍。OT2>T1第57頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月2.溫度升高，輸出特性曲線向上移。iCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0溫度每升高1

C，

(0.51)%。輸出特性曲線間距增大。O第58頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月作業(yè)1某三極管在實驗中測得兩個PN結的電壓分別為可判定它是一只

型的三極管，工作在

區(qū)。2、某三極管可判定它工作在

區(qū)第59頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5.3晶體三極管的主要參數(shù)一、電流放大系數(shù)1.共發(fā)射極電流放大系數(shù)iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321—直流電流放大系數(shù)

—交流電流放大系數(shù)一般為幾十

幾百Q第60頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O246843212.共基極電流放大系數(shù)

1一般在0.98以上。

Q二、極間反向飽和電流CB極間反向飽和電流

ICBO，CE極間反向飽和電流ICEO。第61頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月2.集-基極反向飽和電流ICBO

AICBOICBO是集電結反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。第62頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月BECNNPICBOICEO=

ICB0+ICBO

IBE

ICBOICBO進入N區(qū)，。根據(jù)放大關系，由于ICB0的存在，必有電流

ICBO。集電結反偏有ICBO3.集-射極反向飽和電流ICEOICEO受溫度影響很大，當溫度上升時，ICEO增加很快，所以IC也相應增加。三極管的溫度特性較差。第63頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月三、極限參數(shù)1.ICM

—集電極最大允許電流。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作區(qū)集電極電流IC上升會導致三極管的

值的下降，當

值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。第64頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月必定導致結溫上升，所以PC

有限制。PC

PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)2.PCM—集電極最大允許功率損耗PC=iC

uCE。第65頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月U(BR)CBO—發(fā)射極開路時C、B極間反向擊穿電壓。3.U(BR)CEO—基極開路時C、E極間反向擊穿電壓。U(BR)EBO—集電極極開路時E、B極間反向擊穿電壓。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBO

(P34

2.1.7)已知:ICM=20mA,PCM

=100mW，U(BR)CEO=20V，當UCE=

10V時，IC<

mA當UCE

=

1V，則IC<

mA當IC=

2mA，則UCE<

V

102020第66頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.6場效應管

引言1.6.1結型場效應管1.6.3場效應管的主要參數(shù)1.6.2MOS場效應管第67頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月課題：

第三節(jié)場效應管（2學時）

目的要求：1、掌握場效應管工作原理

2、了解場效應管的工作特性和主要參數(shù)

重點、難點和突破方法：

場效應管的特性和主要參數(shù)

復習提問：復習三極管的基本知識

作業(yè)：

見課件。使用班級電子081電子082總第次課第68頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月引言場效應管FET

(FieldEffectTransistor)類型：絕緣柵型N溝道增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場效應管JFET結型(IGFET)（2）分類P溝道MOSFET第69頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月HomeNext1（1）特點輸入阻抗高（107~1012），噪聲低，熱穩(wěn)定性好，抗輻射能力強，功耗小。第70頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月特點：1.利用輸入回路的電場效應控制輸出回路的電流；僅靠半導體中的多數(shù)載流子導電（單極型晶體管）；3.工藝簡單、易集成、功耗小、

體積小、成本低2.輸入電阻高

(107

1015

，IGFET可高達1015

)第71頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.6.1結型場效應管1.結構與符號N溝道JFETP溝道JFET

源極S柵極G漏極DN型導電溝道第72頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月2.工作原理預夾斷當vGS＜0時，PN結反偏，|vGS|

耗盡層加厚

溝道變窄。vGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄，當溝道夾斷時，對應的柵源電壓vGS稱為夾斷電壓VP（或VGS(off)）。對于N溝道的JFET，VP<0。①vDS=0時，

vGS對溝道的控制作用第73頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月2.工作原理預夾斷②vGS=(VGS(off)~0)的某一固定值時，vDS對溝道的控制作用當vDS=0時，iD=0；vDS

iD，同時G、D間PN結的反向電壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從上至下呈楔形分布。當vDS增加到使vGD=VP時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預夾斷。此時vDS

夾斷區(qū)延長

溝道電阻

iD基本不變，表現(xiàn)出恒流特性。第74頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月HomeNextBack③當vGD<VGS(off)時，vGS對iD的控制作用當vGD=vGS-vDS<VGS(off)時，即vDS>vGS-VGS(off)>0，導電溝道夾斷，iD不隨vDS變化；但vGS越小，即|vGS|越大，溝道電阻越大，對同樣的vDS，iD的值越小。所以，此時可以通過改變vGS控制iD的大小，iD與vDS幾乎無關，可以近似看成受vGS控制的電流源。由于漏極電流受柵-源電壓的控制，所以場效應管為電壓控制型元件。綜上分析可知：(a)

JFET溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導電，所以場效應管也稱為單極型三極管；(b)

JFET柵極與溝道間的PN結是反向偏置的，因此輸入電阻很高；(c)

JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制；(d)預夾斷前iD與vDS呈近似線性關系；預夾斷后，iD趨于飽和。第75頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月3.轉移特性和輸出特性UGS(off)uGSiDIDSSuDSiDuGS=–3V–2V–1V0V–3VOO1、UGS必須小于零才能使管子正常工作。2、UGS＝UGS（OFF），導電溝被夾斷，ID＝03、UGS＝0時，ID最大，此時ID＝IDSS，稱為漏極飽和電流。第76頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月二.絕緣柵型場效應管HomeNextBackIGFET（InsulatedGateFieldEffectTransistor）MOS（MetalOxideSemiconductor）vGS=0，iD=0，為增強型管；vGS=0，iD0，為耗盡型管。（一）N溝道增強型MOS管（其結構和符號如圖1.4.4所示）圖1.4.4第77頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月一、增強型N溝道MOSFET

(MentalOxideSemi—FET)1.結構與符號P型襯底(摻雜濃度低)N+N+用擴散的方法制作兩個N區(qū)在硅片表面生一層薄SiO2絕緣層SD用金屬鋁引出源極S和漏極DG在絕緣層上噴金屬鋁引出柵極GB耗盡層S—源極SourceG—柵極Gate

D—漏極DrainSGDB這種管子的導電溝是利用UGS大于夫零時出現(xiàn)反型層來實現(xiàn)的第78頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月7（1）N溝道增強型MOS管的工作原理HomeNextBack①vDS=0時，

vGS對溝道的控制作用當vDS=0且vGS>0時，因SiO2的存在，iG=0。但g極為金屬鋁，因外加正向偏置電壓而聚集正電荷，從而排斥P型襯底靠近g極一側的空穴，使之剩下不能移動的負離子區(qū)，形成耗盡層。如圖1.4.5所示。當vGS=0時，漏-源之間是兩個背靠背的PN結，不存在導電溝道，無論vDS為多少，iD=0。圖1.4.5第79頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月當vGS進一步增加時，一方面耗盡層增寬，另一方面襯底的自由電子被吸引到耗盡層與絕緣層之間，形成一個N型薄層，稱之為反型層，構成了漏-源之間的導電溝道（也稱感生溝道），如圖1.4.6所示。圖1.4.6使溝道剛剛形成的柵-源電壓稱之為開啟電壓VGS(th)。vGS越大，反型層越寬，導電溝道電阻越小。HomeNextBack②vGS>VGS(th)的某一固定值時，vDS對溝道的控制作用當vDS=0時，iD=0；vDS

iD，同時使靠近漏極處的耗盡層變窄。當vDS增加到使vGD=VGS(th)時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預夾斷。此時vDS

夾斷區(qū)延長

溝道電阻

iD基本不變，表現(xiàn)出恒流特性。如圖1.4.7所示。第80頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月2)

uDS對iD的影響(uGS>UGS(th))DS間的電位差使溝道呈楔形，uDS

，靠近漏極端的溝道厚度變薄。預夾斷(UGD=UGS(th))：漏極附近反型層消失。預夾斷發(fā)生之前：uDS

iD。預夾斷發(fā)生之后：uDS

iD不變。第81頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月圖1.4.71.4場效應管9HomeNextBack（2）N溝道增強型MOS管的特性曲線與電流方程N溝道增強型MOS管的轉移特性曲線與輸出特性曲線如圖1.4.8所示，與JFET一樣，可分為四個區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、夾斷區(qū)和擊穿區(qū)。第82頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4場效應管10HomeNextBack②轉移特性①輸出特性VGS(th)圖1.4.8夾斷區(qū)2VGS(th)第83頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4場效應管HomeNextBack（二）N溝道耗盡型MOS管（其結構和符號如圖1.4.9所示）圖1.4.9與N溝道增強型MOS管不同的是，N溝道耗盡型MOS管的絕緣層中參入了大量的正離子，所以，即使在vGS=0時，耗盡層與絕緣層之間仍然可以形成反型層，只要在漏-源之間加正向電壓，就會產(chǎn)生iD。11第84頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4場效應管HomeNextBack若vDS為定值，而vGS>0，vGS

iD；若vGS<0，vGS

iD，當vGS減小到一定值時，反型層消失，導電溝道被夾斷，iD=0。此時的vGS稱為夾斷電壓VGS(off)。若vGS>VGS(off)，且為定值，則iD隨vDS的變化與N溝道增強型MOS管的相同。但因VGS(off)<0，所以vGS在正、負方向一定范圍內都可以實現(xiàn)對iD的控制。其轉移特性曲線與輸出特性曲線見教材P44。12（三）P溝道MOS管P溝道MOS管與N溝道MOS管的結構相同，只是摻雜的類型剛好相反，所以其電壓和電流的極性與N溝道MOS管的相反。其轉移特性曲線與輸出特性曲線見教材P44。第85頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4場效應管HomeNextBackVMOS管與普通MOS管只是制造工藝上的差別，原理上并沒什么不同。但其性能與普通MOS管相比，VMOS管的漏區(qū)散熱面積大，耗散功率可達kW以上；其漏-源擊穿電壓高，上限工作頻率高，線性好。13（四）VMOS管4.場效應管的主要參數(shù)（一）直流參數(shù)①開啟電壓VGS(th)：對增強型MOS管，當VDS為定值時，使iD剛好大于0時對應的VGS值。②夾斷電壓VGS(off)（或VP）：對耗盡型MOS管或JFET，當VDS為定值時，使iD剛好大于0時對應的VGS值。第86頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月③飽和漏極電流IDSS：對耗盡型MOS管或JFET，VGS=0時對應的漏極電流。1.4場效應管HomeNextBack14④直流輸入電阻RGS：對于結型場效應三極管，RGS大于107Ω，MOS管的RGS大于109Ω，。（二）交流參數(shù)①低頻跨導gm：低頻跨導反映了vGS對iD的控制作用。gm可以在轉移特性曲線上求得。第87頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4場效應管HomeNextBack

極間電容：Cgs和Cgd約為1~3pF，和Cds約為0.1~1pF。高頻應用時，應考慮極間電容的影響。（三）極限參數(shù)①最大漏極電流IDM：管子正常工作時漏極電流的上限值。

擊穿電壓V(BR)DS、V(BR)GS：管子漏-源、柵-源擊穿電壓。③

最大耗散功率PDM：決定于管子允許的溫升。注意：對于MOS管，柵-襯之間的電容容量很小，RGS很大，感生電荷的高壓容易使很薄的絕緣層擊穿，造成管子的損壞。因此，無論是工作中還是存放的MOS管，都應為柵-源之間提供直流通路，避免柵極懸空；同時，在焊接時，要將烙鐵良好接地。15③輸出電阻rd：第88頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4場效應管HomeNextBack165.場效應管與晶體管的比較①場效應管的漏極d、柵極g和源極s分別對應晶體管的集電極c、基極b和發(fā)射極e，其作用類似。②場效應管以柵-源電壓控制漏極電流，是電壓控制型器件，且只有多子參與導電，是單極性晶體管；三極管以基極電流控制集電極電流，是電流控制型器件，晶體管內既有多子又有少子參與導電，是雙極性晶體管。

場效應管的輸入電阻遠大于晶體管的輸入電阻，其溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強、噪聲系數(shù)小。

場效應管的漏極和源極可以互換，而互換后特性變化不大；晶體管的集電極和發(fā)射極互換后特性相差很大，只有在特殊情況下才互換使用。但要注意的是，場效應管的某些產(chǎn)品在出廠時，已將襯底和源極連接在一起，此時，漏極和源極不可以互換使用。第89頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4場效應管HomeNextBack16

場效應管的種類多，柵-源電壓可正、可負，使用更靈活。

場效應管集成工藝更簡單、功耗小、工作電源電壓范圍寬，使之更多地應用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中。

一般情況下，由晶體管構成的放大電路具有更高的電壓放大倍數(shù)和輸出功率。第90頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4場效應管HomeNextBack17例題

例1.4.1已知各場效應管的輸出特性曲線如圖1.4.10所示。試分析各管子的類型。圖1.4.10例1.4.1圖第91頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4場效應管HomeNextBack18解:(a)iD>0（或vDS>0），則該管為N溝道；vGS0，故為JFET（耗盡型）。(b)iD<0（或vDS<0），則該管為P溝道；vGS<0，故為增強型MOS管。(c)iD>0（或vDS>0），則該管為N溝道；vGS可正、可負，故為耗盡型MOS管。提示：場效應管工作于恒流區(qū)：（1）N溝道增強型MOS管：VDS>0,VGS>VGS(th)>0；P溝道反之。（2）N溝道耗盡型MOS管：VDS>0,VGS可正、可負，也可為0；P溝道反之。（3）N溝道JFET：VDS>0,VGS<0；P溝道反之。第92頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4場效應管HomeNextBack19圖1.4.11例1.4.2圖

例1.4.2電路如圖1.4.11(a)所示，場效應管的輸出特性如圖1.4.11(b)所示。試分析當uI=2V、8V、12V三種情況下，場效應管分別工作于什么區(qū)域。第93頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月HomeNextBack

(c)當uI=10V時，假設管子工作于恒流區(qū)，此時iD=2mA，故uO=uDS=VDD-iDRd=18-28=2V，uDS-VGS(th)=2-6=-4V，顯然小于uGS=10V時的預夾斷電壓，故假設不成立，管子工作于可變電阻區(qū)。此時，RdsuDS/iD=3V/1mA=3k，故解:(a)當uI=2V時，uI=uGS<VGS(th)，場效應管工作于夾斷區(qū)，iD=0，故uO=VDD-iDRd=VDD=18V。

(b)當uI=8V時，假設管子工作于恒流區(qū)，此時iD=1mA，故uO=uDS=VDD-iDRd=18-18=10V，uDS-VGS(th)=10-4=6V，大于uDS=10V時的預夾斷電壓，故假設成立。第94頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4場效應管HomeNextBack21圖1.4.12解：由圖中得N溝道JFET的vGS=0，此時，iD=IDSS=4mA。而uDS>|VGS(off)|=4V，所以

vOmax=VDD-4V=12–4=8V，故

RL=vO/IDSS=(0~8V)/4mA=(0~2)k。

例1.4.3電路如圖1.4.12所示，場效應管的夾斷電壓VGS(off)=-4V，飽和漏極電流IDSS=4mA。為使場效應管工作于恒流區(qū)，求RL的取值范圍。第95頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4場效應管22HomeBack作業(yè)：P69—70：1.20,1.22—1.24小結本講主要介紹了以下基本內容：場效應管的結構和類型場效應管的工作原理場效應管的特性曲線場效應管的主要參數(shù)場效應管與晶體管的比較第96頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月3.轉移特性曲線2464321uGS/ViD/mAUDS=10VUGS(th)當uGS>UGS(th)

時：uGS=2UGS(th)

時的

iD值開啟電壓O第97頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月課題：

第五節(jié)晶閘管(可控硅SCR)（2學時）目的要求：

1、掌握晶閘管的工作原理及其結構；

重點、難點和突破方法：

晶閘管的應用復習提問：

場效應管的構成及工作原理？作業(yè)：見課件。使用班級電子081電子082總第次課第98頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月一種大功率半導體器件，出現(xiàn)于70年代。它的出現(xiàn)使半導體器件由弱電領域擴展到強電領域。體積小、重量輕、無噪聲、壽命長、容量大（正向平均電流達千安、正向耐壓達數(shù)千伏）。

特點第五節(jié)晶閘管(可控硅SCR)

第99頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月應用領域：逆變整流（交流直流）斬波（直流交流）變頻（交流交流）（直流直流）此外還可作無觸點開關等第100頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月一、基本結構A（陽極）四層半導

體K（陰極）G（控制極）P1P2N1三個

PN結N2第101頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月符號AKG二、工作原理GKP1P2N1N2APPNNNPAGK示意圖第102頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月APPNNNPGKi

g?i

g??ig工作原理分析KAGT1T2第103頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月工作原理說明UAK

>0

、UGK>0時T1導通ib1

=i

giC1=ig=ib2ic2=?ib2=

ig=ib1T2導通形成正反饋晶閘管迅速導通；T1進一步導通第104頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月晶閘管開始工作時，UAK加反向電壓，或不加觸發(fā)信號（即UGK=0）；晶閘管導通后，UGK，去掉依靠正反饋，晶閘管仍維持導通狀態(tài)；晶閘管截止的條件：（1）（2）晶閘管正向導通后，令其截止，必須減小UAK，或加大回路電阻，使晶閘管中電流的正反饋效應不能維持。第105頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月晶閘管具有單向導電性（正向導通條件：A、K間加正向電壓，G、K間加觸發(fā)信號）；2.晶閘管一旦導通，控制極失去作用若使其關斷，必須降低UAK或加大回路電阻，把陽極電流減小到維持電流以下。

結論第106頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月三、伏安特性UIURSMUDSMURRMIHUDRMIFIG1=0AIG2IG3IG3IG2IG1>>正向反向第107頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月UDRM：斷態(tài)重復峰值電壓。（晶閘管耐壓值。一般取UDRM=80%UDSM。普通晶閘管UDRM為100V---3000V）URRM：反向重復峰值電壓。（控制極斷路時，可以重復作用在晶閘管上的反向重復電壓。一般取URRM=80%URSM。普通晶閘管URRM為100V--3000V）ITAV：通態(tài)平均電流。（環(huán)境溫度為40OC時,在電阻性負載、單相工頻正弦半波、導電角不小于170o的電路中，晶閘管允許的最大通態(tài)平均電流。普通晶閘管ITAV為1A---1000A。）四、主要參數(shù)第108頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月IH：維持電流。(在室溫下，控制極開路、晶閘管被觸發(fā)導通后，維持導通狀態(tài)所必須的最小電流。一般為幾十到一百多毫安。）UG、IG：控制極觸發(fā)電壓和電流。（在室溫下，陽極電壓為直流6V時，使晶閘管完全導通所必須的最小控制極直流電壓、電流。一般UG為1到5V，IG為幾十到幾百毫安。）第109頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月小結第1章第110頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月一、兩種半導體和兩種載流子兩種載流子的運動電子—自由電子空穴—價電子兩種半導體N型(多電子)P型(多空穴)二、二極管1.特性—單向導電正向電阻小(理想為0)，反向電阻大(

)。第111頁，課件共124頁，創(chuàng)作于2023年2月iDO

uDU(BR)IFURM2.主要參數(shù)正向—最大平均電流IF反向—最大反向工作電壓U(BR)(超過則擊穿)反向飽和電流IR(IS)(受溫度影響)IS第112頁，課