第1章-常用半导体器件课件.ppt

1、2022-12-162022-12-16非纯理论性课程非纯理论性课程实践性很强实践性很强,定量计算多定量计算多 以工程的观点来处理电路中的一些问题以工程的观点来处理电路中的一些问题,抓主抓主要矛盾，忽略次要矛盾，要矛盾，忽略次要矛盾，采用工程近似的方法简化采用工程近似的方法简化实际问题实际问题，允许有一定的误差（，允许有一定的误差（1010工程误差）工程误差）是一门电气类专业基础课，为后续课程打基础。是一门电气类专业基础课，为后续课程打基础。特点：特点：性质性质：2022-12-16 基本放大电路基本放大电路差分放大电路差分放大电路集成运算放大电路集成运算放大电路负反馈放大电路负反馈放大电路功

2、率放大电路功率放大电路二极管二极管三极管三极管2022-12-163、器件、器件 电路电路 应用系统应用系统1 1、掌握各种功能电路的组成原理及其性能特、掌握各种功能电路的组成原理及其性能特点，点，能够对一般性的、常用的电子电路进行分能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对简单的单元电路进行设计。析，同时对简单的单元电路进行设计。2 2、掌握电子技术的基本理论、基本知识、掌握电子技术的基本理论、基本知识、基本技能，为后续课程打好基础。基本技能，为后续课程打好基础。2022-12-16n建立新概念。建立新概念。n确立新的分析方法。确立新的分析方法。n重点在于课堂听讲。重点在于课堂听讲。n注

3、重实验环节，先理论分析，后实践，注重实验环节，先理论分析，后实践，然后再对实验的结果进行探讨。然后再对实验的结果进行探讨。n认真复习、练习。认真复习、练习。2022-12-161.模拟电子技术基础模拟电子技术基础（第四版）（第四版）清华大学清华大学 童诗白、华成英主编童诗白、华成英主编 2.电子技术基础电子技术基础（模拟部分第四版）（模拟部分第四版）华中理工大学华中理工大学 康华光康华光 主编主编 3.3.模拟电子技术基础模拟电子技术基础 华中理工大学华中理工大学 陈大钦陈大钦 主编主编2022-12-164 4 集成运算放大电路集成运算放大电路2 2 基本放大电路基本放大电路1 1 常用半导

4、体器件常用半导体器件3 3 多级放大电路多级放大电路5 5 放大电路的频率响应放大电路的频率响应6 6 放大电路中的反馈放大电路中的反馈7 7 信号的运算与处理电路信号的运算与处理电路8 8 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换9 9 功率放大电路功率放大电路10 10 直流稳压电源直流稳压电源2022-12-16第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.3 1.3 半导体三极管半导体三极管1.4 1.4 场效应管场效应管1.5 单结晶体管和晶闸管单结晶体管和晶闸管2022-12-161.1 1.1

5、 半导体的基本知识半导体的基本知识 在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导在物理学中。根据材料的导电能力，可以将他们划分导体、绝缘体和半导体。体、绝缘体和半导体。典型的半导体是典型的半导体是硅硅Si和和锗锗Ge，它们都是它们都是4价元素价元素。sisi硅原子硅原子Ge锗原子锗原子Ge+4+4硅和锗最外层轨道上的硅和锗最外层轨道上的四个电子称为四个电子称为价电子价电子。2022-12-16 硅原子空间排列及共价键结构平面示意图 (a)硅晶体的空间排列 (b)共价键结构平面示意图(c)2022-12-16本征半导体的共价键结构本征半导体的共价键结构束缚电子束缚电子+4+4+4+4+4+4

6、+4+4+4在绝对温度在绝对温度T=0K时，时，所有的价电子都紧紧束缚所有的价电子都紧紧束缚在共价键中，不会成为在共价键中，不会成为自自由电子由电子，因此本征半导体因此本征半导体的导电能力接近绝缘体。的导电能力接近绝缘体。一.本征半导体本征半导体本征半导体化学成分纯净的半导体晶体。化学成分纯净的半导体晶体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为，常称为“九个九个9”。物理结构呈单晶体形态。物理结构呈单晶体形态。2022-12-16 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。当温度升高或受到当温度升高或受到

7、光的照射时，束缚光的照射时，束缚电子能量增高，有电子能量增高，有的电子可以挣脱原的电子可以挣脱原子核的束缚，而参子核的束缚，而参与导电，成为与导电，成为自由自由电子电子。自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4 自由电子产生的自由电子产生的同时，在其原来的共同时，在其原来的共价键中就出现了一个价键中就出现了一个空位，称为空位，称为空穴空穴。空穴空穴动画演示动画演示1 12022-12-16 电子空穴对的特点：电子空穴对的特点：（1）由）由本征激发本征激发成对成对产生产生 由由复合运动复合运动成对成对消失。消失。（2）数量受）数量受温度温度影响影响。（3）动态平衡时，浓度一定）动态平

8、衡时，浓度一定 与本征激发相反的现象与本征激发相反的现象 复合复合常温常温300K时：时：电子空穴对的浓度电子空穴对的浓度硅：硅：310cm1043.1锗：锗：313cm105.2自由电子自由电子 +4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴电子空穴对电子空穴对2022-12-16自由电子自由电子：带负电荷：带负电荷 -逆电场运动逆电场运动 -电子流电子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子自由电子 E总电流总电流载流子载流子空穴：空穴：带正电荷带正电荷-顺电场运动顺电场运动 -空穴流空穴流本征半导体的导电性取决于外加能量：本征半导体的导电性取决于外加能量：温度变化，导电性变化；光照变

9、化，导电性变化温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。导电机制：导电机制：动画演示22022-12-16多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多数载流子多数载流子自由电子自由电子少数载流子少数载流子 空穴空穴+N型半导体施主离子施主离子自由电子自由电子电子空穴对电子空穴对二二.杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入微量特定元素的半导体称为在本征半导体中掺入微量特定元素的半导体称为杂质半导体杂质半导体。1.N型半导体型半导体（掺入五价杂质元素，例如磷，砷等）（掺入五价杂质元素，例如磷，砷等）2022-12-16 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等

10、。在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等。空穴空穴硼原子硼原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+3+4+4多数载流子多数载流子 空穴空穴少数载流子少数载流子自由电子自由电子P型半导体受主离子受主离子空穴空穴电子空穴对电子空穴对2.2.P型半导体型半导体2022-12-16杂质半导体的示意图杂质半导体的示意图+N型半导体多子多子电子电子少子少子空穴空穴P型半导体多子多子空穴空穴少子少子电子电子 少子浓度少子浓度 本征激发产生，与温度有关本征激发产生，与温度有关多子浓度多子浓度 掺杂产生，与温度无关掺杂产生，与温度无关2022-12-16杂质对半导体导电性的影响：掺入杂 质对本征半导体的导

11、电性有很大 的影响，一些典型的数据如下:T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:n=p=1.41010/cm3 1 本征硅的原子浓度:4.961022/cm3 3 2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:n=51016/cm32022-12-16内电场E因多子浓度差因多子浓度差形成内电场形成内电场多子的扩散多子的扩散 空间电荷区空间电荷区 阻止多子扩散，促使少子漂移。阻止多子扩散，促使少子漂移。PNPN结合结合+P型半导体+N型半导体+空间电荷区空间电荷区多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层三三.PN结及其单向导电性结及其单向导电性 1.PN结的形成结的形成 2

12、022-12-16 动画演示3少子漂移少子漂移补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，补充耗尽层失去的多子，耗尽层窄，E多子扩散多子扩散 又失去多子，耗尽层宽，又失去多子，耗尽层宽，EP型半导体+N型半导体+内电场E多子扩散电流多子扩散电流少子漂移电流少子漂移电流耗尽层耗尽层动态平衡：动态平衡：扩散电流扩散电流 漂移电流漂移电流总电流总电流0势垒势垒 UO硅硅 0.5V锗锗 0.1V2022-12-162.PN2.PN结的单向导电性结的单向导电性(1)加正向电压（正偏）加正向电压（正偏）电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 外电场的方向与内电场方向相反。外电场的方向与内电场方向相反。外电场

13、削弱内电场外电场削弱内电场 耗尽层变窄耗尽层变窄 扩散运动漂移运动扩散运动漂移运动多子多子扩散形成正向电流扩散形成正向电流I I F F+P型半导体+N型半导体+WER空间电荷区内电场E正向电流正向电流 动画演示动画演示4 42022-12-16(2)加反向电压加反向电压电源正极接电源正极接N区，负极接区，负极接P区区 外电场的方向与内电场方向相同。外电场的方向与内电场方向相同。外电场加强内电场外电场加强内电场 耗尽层变宽耗尽层变宽 漂移运动扩散运动漂移运动扩散运动少子漂移形成反向电流少子漂移形成反向电流I I R R+内电场+E+EW+空 间 电 荷 区+R+IRPN 在一定的温度下，由本在

14、一定的温度下，由本征激发产生的少子浓度是征激发产生的少子浓度是一定的，故一定的，故IR基本上与外基本上与外加反压的大小无关加反压的大小无关，所以所以称为称为反向饱和电流反向饱和电流。但。但IR与温度有关。与温度有关。动画演示动画演示5 52022-12-16 PN结加正向电压时，具有较大的正向结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，扩散电流，呈现低电阻，PN结导通；结导通；PN结加反向电压时，具有很小的反向结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，漂移电流，呈现高电阻，PN结截止。结截止。由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单向导结具有单向导电性。电性。2022

15、-12-163.PN3.PN结的伏安特性曲线及表达式结的伏安特性曲线及表达式 根据理论推导，根据理论推导，PNPN结的伏安特性曲线如图结的伏安特性曲线如图正偏正偏IF（多子扩散）（多子扩散）IR（少子漂移）（少子漂移）反偏反偏反向饱和电流反向饱和电流反向击穿电压反向击穿电压反向击穿反向击穿2022-12-16 PNPN结的反向击穿分类结的反向击穿分类：电击穿电击穿可逆可逆热击穿热击穿烧坏烧坏PN结结击穿机理：击穿机理：雪崩击穿雪崩击穿：碰撞电离碰撞电离倍增效应倍增效应；掺杂浓度低、耗尽层宽；掺杂浓度低、耗尽层宽、击穿电压较高；一般整流管、击穿电压较高；一般整流管齐纳击穿齐纳击穿：强电场破坏共价

16、键强电场破坏共价键-分离价电子为分离价电子为 电子空穴对电子空穴对 （隧道效应）；高掺杂、耗尽层窄、击穿电压较低（隧道效应）；高掺杂、耗尽层窄、击穿电压较低；稳压管（齐纳二极管）稳压管（齐纳二极管）击穿效果：击穿效果：2022-12-16)1(eTSUuIi 根据理论分析：根据理论分析：u 为为PN结两端的电压降结两端的电压降i 为流过为流过PN结的电流结的电流IS 为反向饱和电流为反向饱和电流UT=kT/q 称为温度的电压当量称为温度的电压当量其中其中k为玻耳兹曼常数为玻耳兹曼常数 1.381023q 为电子电荷量为电子电荷量1.6109T 为热力学温度为热力学温度 对于室温（相当对于室温（

17、相当T=300 K）则有则有UT=26 mV。当当 u0 uUT时时1eTUuTeSUuIi 当当 u|U T|时时1eTUuSIi2022-12-164.PN结的电容效应结的电容效应 当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应当外加电压发生变化时，耗尽层的宽度要相应地随之改变，即地随之改变，即PN结中存储的电荷量要随之变化结中存储的电荷量要随之变化，就像电容充放电一样。，就像电容充放电一样。(1)势垒电容势垒电容CB空空间间电电荷荷区区W+R+E+PN2022-12-16(2)扩散电容扩散电容CD 当外加正向电压当外加正向电压不同时，不同时，PN结两结两侧堆积的少子的侧堆积的少子的数量及浓度梯

18、度数量及浓度梯度也不同，这就相也不同，这就相当电容的充放电当电容的充放电过程过程。+NPpLx浓浓度度分分布布耗耗尽尽层层NP区区区区中中空空穴穴区区中中电电子子区区浓浓度度分分布布nL电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来极间电容（结电容）极间电容（结电容）2022-12-161.2 1.2 半导体二极管半导体二极管 二极管二极管=PN结结+管壳管壳+引线引线NP结构：结构：符号：符号：阳极阳极+阴极阴极-2022-12-16分类：分类：(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

19、和变频等高频电路。N型 锗正 极 引 线负 极 引 线外 壳金 属 触 丝2022-12-16(3)平面型二极管平面型二极管 用于集成电路制造工艺中。用于集成电路制造工艺中。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 PN结面积大，用结面积大，用于低频大电流整流电路。于低频大电流整流电路。SiO2正 极 引 线负 极 引 线N型 硅P型 硅负 极 引 线正 极 引 线N型 硅P型 硅铝 合 金 小 球底 座2022-12-16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

20、导体器件型号的命名举例如下：2AP9用数字代表同类器件的不同规格。用数字代表同类器件的不同规格。代表器件的类型，代表器件的类型，P为普通管，为普通管，Z为整流管，为整流管，K为开关管。为开关管。代表器件的材料，代表器件的材料，A为为N型型Ge，B为为P型型Ge，C为为N型型Si，D为为P型型Si。2代表二极管，代表二极管，3代表三极管。代表三极管。2022-12-162022-12-162022-12-16 一一、半导体二极管的、半导体二极管的VA特性曲线特性曲线 硅：硅：0.5 V 锗：锗：0.1 V(1)正向特性正向特性导通压降导通压降反向饱和电流反向饱和电流(2)反向特性反向特性死区死区

21、电压电压iu0击穿电压击穿电压UBR实验曲线：实验曲线：uEiVmAuEiVuA锗锗 硅：硅：0.7 V 锗：锗：0.3V2022-12-16二、二、二极管的模型及近似分析计算二极管的模型及近似分析计算例：例：IR10VE1k)1(eTSUuIiD非线性器件非线性器件iu0iuRLC线性器件线性器件Riu 2022-12-16二极管的模型二极管的模型iuDU+-uiDUDU串联电压源模型串联电压源模型DUu DUu U D 二极管的导通压降。硅管二极管的导通压降。硅管 0.7V；锗管；锗管 0.3V。理想二极管模型理想二极管模型ui正偏正偏反偏反偏-+iu导通压降导通压降二极管的二极管的VA特

22、性特性-+iuiu02022-12-16二极管的近似分析计算：二极管的近似分析计算：IR10VE1kIR10VE1k例：例：串联电压源模型串联电压源模型mA3.9K1V)7.010(I测量值测量值 9.32mA相对误差相对误差00002.010032.99.332.9理想二极管模型理想二极管模型RI10VE1kmA10K1V10I相对误差相对误差0000710032.932.9100.7V2022-12-16例：例：二极管构成的限幅电路如图所示，二极管构成的限幅电路如图所示，R1k，UREF=2V，输入信号为，输入信号为ui。(1)若若 ui为为4V的直流信号，分别采用理想二极管模型、的直流信

23、号，分别采用理想二极管模型、理想二极管串联电压源模型计算电流理想二极管串联电压源模型计算电流I和输出电压和输出电压uo+-+UIuREFRiuO解解：（1）采用理想模型分析。）采用理想模型分析。采用理想二极管串联电压源模型分析。采用理想二极管串联电压源模型分析。mA2k12VV4REFiRUuIV2REFoUumA31k1V702VV4DREFi.RUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu2022-12-16（2）如果）如果ui为幅度为幅度4V的交流三角波，波形如图（的交流三角波，波形如图（b）所）所示，分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模示，分别采用理想二极管模型和理想二极管串

24、联电压源模型分析电路并画出相应的输出电压波形。型分析电路并画出相应的输出电压波形。+-+UIuREFRiuO解：解：采用理想二极管采用理想二极管模型分析。波形如图所示。模型分析。波形如图所示。0-4V4Vuit2V2Vuot2022-12-1602.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用理想二极管串联采用理想二极管串联电压源模型分析，波形电压源模型分析，波形如图所示。如图所示。+-+UIuREFRiuO2022-12-16三、三、二极管的主要参数二极管的主要参数(1)最大整流电流最大整流电流IF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

25、的平均值。电流的平均值。(2)反向击穿电压反向击穿电压UBR 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UBR。(3)反向电流反向电流I IR R 在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极级；锗二极管在微安管在微安(A)级。级。2022-12-16当稳压二极管工作在当稳压二极管工作在反向击穿状态下反向击穿状态下,工作工作电流电流IZ在在Izmax和和Izmin之间变化时之间变化时,其两端电其两端电压近似为常数

26、压近似为常数稳定稳定电压电压四、稳压二极管四、稳压二极管稳压管是工作在反向击穿区的特殊二极管稳压管是工作在反向击穿区的特殊二极管（面结型、硅、高掺杂）（面结型、硅、高掺杂）+-DZiuUZIUIzminIzmax正向同正向同二极管二极管反偏电压反偏电压UZ 反向击穿反向击穿UZ限流电阻限流电阻2022-12-16 稳压二极管的主要稳压二极管的主要 参数参数(1)稳定电压稳定电压UZ(2)动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向工作电流在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。下，所对应的反向工作电压。rZ=U/I rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡

27、。(3)(3)最小稳定工作最小稳定工作 电流电流IZmin 保证稳压管击穿所对应的电流，若保证稳压管击穿所对应的电流，若IZIZmin则不能稳压。则不能稳压。(4)(4)最大稳定工作电流最大稳定工作电流IZmax 超过超过Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏。稳压管会因功耗过大而烧坏。iuUZIUIzminIzmax2022-12-16特殊二极管：特殊二极管：1、变容二极管、变容二极管：利用其结电容效应，其电容量与本身结构、工艺、外加反向电压有利用其结电容效应，其电容量与本身结构、工艺、外加反向电压有关，随外加反向电压增大而减少。关，随外加反向电压增大而减少。C：5300pF，Cmax ：Cmi

28、n=5 ：1 高频技术（调谐、调制等）应用较多高频技术（调谐、调制等）应用较多2、光电二极管：、光电二极管：需光照、反偏压、其反向电流与光照度成正比。用于光测量，将光信需光照、反偏压、其反向电流与光照度成正比。用于光测量，将光信号电信号，光电传感器、遥控、报警电路中。号电信号，光电传感器、遥控、报警电路中。3、发光二极管：发光二极管：正偏压（正偏压（12.5V），发光颜色与所用材料有关。常作为显示器件），发光颜色与所用材料有关。常作为显示器件、电光转换器件与光电二极管合用于光电传输系统。、电光转换器件与光电二极管合用于光电传输系统。4、激光二极管、激光二极管：产生相干的单色光信号（红外线），利

29、于光缆有效传输。用于产生相干的单色光信号（红外线），利于光缆有效传输。用于小功率的光电设备，如光驱、激光打印头。小功率的光电设备，如光驱、激光打印头。2022-12-16 1.3 1.3 双极型三极管双极型三极管 半导体双极型三极管，俗称晶体三极半导体双极型三极管，俗称晶体三极管。由于工作时，多数载流子和少数载流管。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，被称为子都参与运行，因此，被称为双极型晶体双极型晶体管管（Bipolar Junction Transistor,简称简称BJT）。）。BJT是由两个是由两个PN结组成的。结组成的。2022-12-16一一.BJT的结构的结构NP

30、N型PNP型符号符号:三极管的结构特点三极管的结构特点:（1）发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。）发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。（2）基区要制造得很薄且浓度很低。）基区要制造得很薄且浓度很低。-NNP发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极-PPN发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极-ecb-ecb2022-12-16二二 BJT的内部工作原理的内部工作原理（NPN管）管）若在放大工作态：若在放大工作态：发射结正偏：发射结正偏：+UCE UBEUCB集电结反偏：集电结反偏：由由VBB保证保证由由VCC、VBB保证保证UCB=UCE-UBE 0NNPBBVCCVRbR

31、Cebc共发射极接法共发射极接法c区区b区区e区区 三极管在工作时要加上三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。适当的直流偏置电压。2022-12-161BJT内部的载流子传输过程内部的载流子传输过程NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI（1 1）因为发射结正偏，所以发）因为发射结正偏，所以发射区向基区注入电子射区向基区注入电子 ，形成了形成了扩散电流扩散电流IEN。同时从基区向发。同时从基区向发射区也有空穴的扩散运动，形成射区也有空穴的扩散运动，形成的电流为的电流为IEP。但其数量小，可忽但其数量小，可忽略略。所以发射极电流所以发射极电流I E I EN。（2）发射区的电子注入

32、基）发射区的电子注入基区后，变成了少数载流子。区后，变成了少数载流子。少部分遇到的空穴复合掉，少部分遇到的空穴复合掉，形成形成IBN。所以。所以基极电流基极电流I B I BN。大部分到达了集电。大部分到达了集电区的边缘。区的边缘。2022-12-16NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI 另外，集电结区另外，集电结区的少子形成漂移的少子形成漂移电流电流ICBO。（3）因为集电结）因为集电结反偏，收集扩散到反偏，收集扩散到集电区边缘的电子，集电区边缘的电子，形成电流形成电流ICN。2022-12-162电流分配关系电流分配关系IE=IC+IBNNPBBVCCVR

33、bRCebcIENEPIIEBICNICICBOI定义：定义：ECNII ECBOECIIII(1)(1)IC与与I E之间的关系之间的关系:所以所以:ECII其值的大小约为其值的大小约为0.90.90.990.99。三个电极上的电流关系三个电极上的电流关系:2022-12-16(2)IC与与I B之间的关系：之间的关系：NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIECNICICBOI联立以下两式联立以下两式：CBOECIII BCEIII得：得：CBOBCCBOECIIIIII）（所以所以：CBOBC111III BCEOBCIIII 得：得：1令令：CBOCEO11II BI2022-1

34、2-16（1）uCE=0V时，相当于两个时，相当于两个PN结并联。结并联。三三.BJT.BJT的特性曲线（的特性曲线（共发射极接法）共发射极接法）(1)(1)输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE)uCE=const+i-uBE+-uBTCE+Ci0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE 1VCEu（3）uCE 1V再增加时，曲线右移很不明显。再增加时，曲线右移很不明显。（2）当）当uCE=1V时，时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，合减少，在同一在同一uBE 电压下，电压下，iB 减小。特性曲

35、线将向右稍微移动一些。减小。特性曲线将向右稍微移动一些。死区电压死区电压硅硅 0.5V锗锗 0.1V导通压降导通压降硅硅 0.7V锗锗 0.2V2022-12-16(2)输出特性曲线输出特性曲线 iC=f(uCE)iB=const（1）当）当uCE=0 V时，因集电极无收集作用，时，因集电极无收集作用，iC=0。（2）uCE Ic 。（3）当当uCE 1V后，后，收集电子的能力足够强。收集电子的能力足够强。这时，发射到基区的电这时，发射到基区的电子都被集电极收集，形子都被集电极收集，形成成iC。所以。所以uCE再增加，再增加，iC基本保持不变。基本保持不变。同理，可作出同理，可作出iB=其他值

36、的曲线。其他值的曲线。iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB现以现以iB=60uA一条加以说明。一条加以说明。2022-12-16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uCE0.7 V。此时发射结正偏，集电结也正偏。此时发射结正偏，集电结也正偏。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，发射结反偏，集电结反偏。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区放大区 曲线基本平行等曲线基本平行等 距。距。此时，发此时，发 射结正偏，集电射结正偏，集电 结反

37、偏。结反偏。该区中有：该区中有：BCII iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区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:2022-12-16四四.BJTBJT的主要参数的主要参数（2 2）共基极电流放大系数：）共基极电流放大系数：BCII BCii ECII ECii iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI=100uACBI=60uAi一般取一般取20200之间之间2.31.538A60mA3.2BCII40A40)-(60mA)5

38、.13.2(BCii（1 1）共发射极电流放大系数：）共发射极电流放大系数：1.电流放大系数电流放大系数2022-12-16（2）集电极发射极间的穿）集电极发射极间的穿透电流透电流ICEO 基极开路时，集电极到发射基极开路时，集电极到发射极间的电流极间的电流穿透电流穿透电流。其大小与温度有关。其大小与温度有关。（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 发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它实际上就是它实际上就是一个一个PNPN结的反向电流。结的反向电流。其大小与温度有关。其大小与温度有关。锗管：锗管：I

39、 CBO为微安数量级，为微安数量级，硅管：硅管：I CBO为纳安数量级。为纳安数量级。CBOCEO)1(II+ICBOecbICEO2.极间反向电流极间反向电流2022-12-16 3.极限参数极限参数（1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流ICM（2）集电极最大允）集电极最大允许功率损耗许功率损耗PCM 集电极电流通过集集电极电流通过集电结时所产生的功耗，电结时所产生的功耗，PC=ICUCE BICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM PCMIc增加时，增加时，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

40、值的值的70时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。2022-12-16（3）反向击穿电压）反向击穿电压:U（BR）EBO集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般几伏十几伏。反向电压。其值一般几伏十几伏。U（BR）CBO发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般为几十伏几百伏。反向电压。其值一般为几十伏几百伏。U（BR）CEO基极开路基极开路时，集电极与发射极之间时，集电极与发射极之间允许的最大反向电压。允许的最大反向电压。在

41、实际使用时，还有在实际使用时，还有U（BR）CER、U（BR）CES等击穿电压。等击穿电压。-(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU BJT有两个有两个PN结，其反向击穿电压有以下几种：结，其反向击穿电压有以下几种：2022-12-16 半导体三极管的型号半导体三极管的型号第二位：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

42、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：3DG110B2022-12-162022-12-16五、三极管的模型及分析方法0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6BuiCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uABCIIUD=0.7VUCES=0.3ViB0 iC0（一）（一）BJT的模型的模型+i-uBE+-uBCE+Cibeec2022-12-16截止状态截止状

43、态ecb放大状态放大状态UDIBICIBecb发射结导通压降发射结导通压降UD:硅管硅管0.7V锗管锗管0.2V饱和状态饱和状态ecbUDUCES饱和压降饱和压降UCES:硅管硅管0.3V锗管锗管0.1V直流模型直流模型2022-12-16二二.BJT电路的分析方法（直流）电路的分析方法（直流）1.模型分析法（近似估算法、公式法）模型分析法（近似估算法、公式法）VCCVBBRbRc12V6V4K150K+UBE+UCEIBIC例：共射电路如图，已知三极管为硅管，例：共射电路如图，已知三极管为硅管，=40，试，试求电路中的直流量求电路中的直流量IB、IC、UBE、UCE。2022-12-16+V

44、CC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4K150K+UBE+UCEIBIC0.7VIBecbIC+VCCRc(+12V)4K+UBEIB+VBBRb(+6V)150K+UCE解：设三极管工作在放大状态，用放大模型代替三极管。解：设三极管工作在放大状态，用放大模型代替三极管。UBE=0.7VA40K150V6K150V)7.06(bBEBBBRUVI mA6.1A4040BCII V6.546.112CCCCCERIVU 2022-12-162.图解法图解法VCCVBBRbRc12V6V4K150K+uCEIB=40AiC非线性部分非线性部分线性部分线性部分iC=f(uCE)iB=40ACC

45、CCCERiVuM(VCC,0)(12,0)(0,3),0(CCCRVNiCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB直流负载线直流负载线斜率：斜率：CCCCCC1RVRVtgKUCEQ6VICQ1.5mAIB=40AIC=1.5mAUCEQ=6V 直流直流工作点工作点Q2022-12-161.4 1.4 场效应三极管场效应三极管 BJT是一种电流控制电流的元件是一种电流控制电流的元件(iB iC)，俗称流控元件，俗称流控元件.工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，所以被工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件

46、。称为双极型器件。FET分类：分类：绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管结型场效应管结型场效应管N沟道沟道P沟道沟道 场效应管（场效应管（Field Effect Transistor简称简称FET）是一种电压）是一种电压控制电流的器件控制电流的器件(uGS iD)，俗称压控元件，俗称压控元件.工作时，只有工作时，只有一种载流子参与导电，因此称为单极型器件。一种载流子参与导电，因此称为单极型器件。FET因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高，易集成等优点，得到了广泛应用。极高，易集成等优点，得到了广泛应用。增强型增强型耗尽型耗尽型P沟道沟道

47、N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道2022-12-16一、一、结型场效应管结型场效应管两个两个PN结夹着一个结夹着一个N型沟道（型沟道（P区高区高掺杂）。掺杂）。三个电极：三个电极：G：栅极：栅极 D：漏极：漏极 S：源极：源极符号：符号：-p+pd漏极源极s栅极gN-gsdN沟道沟道-gdsP沟道沟道1.1.结型场效应管的结构（以结型场效应管的结构（以N N沟为例）：沟为例）：2022-12-162.结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理（1）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时，时，PN结反偏，耗尽层结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻变宽，导电沟道变窄，

48、沟道电阻增大。增大。当当uGS到一定值时到一定值时，沟道会完，沟道会完全合拢。全合拢。定义：定义：夹断电压夹断电压UP使导电沟道完全使导电沟道完全合拢（消失）所需要的栅源电压合拢（消失）所需要的栅源电压uGS。Ngds+pVGG+ppsd+gGGNV+pNGGg+sdpVp+在栅源间加负电压在栅源间加负电压uGS，令，令uDS=0 当当uGS=0时，为平衡时，为平衡PN结，导电沟结，导电沟道最宽。道最宽。2022-12-16（2）漏源电压对沟道的控制作用）漏源电压对沟道的控制作用 在漏源间加电压在漏源间加电压uDS，令，令uGS=0 由于由于uGS=0，所以导电沟道最宽。，所以导电沟道最宽。当

49、当uDS=0时，时，iD=0。uDSiD 靠近漏极处的耗尽层加宽，靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。沟道变窄，呈楔形分布。当当uDS，使，使uGD=uG S-uDS=UP时，时，在靠漏极处夹断在靠漏极处夹断预夹断。预夹断。预夹断前，预夹断前，uDSiD。预夹断后，预夹断后，uDSiD 几乎不变。几乎不变。uDS再再，预夹断点下移。，预夹断点下移。（3 3）栅源电压）栅源电压uGS和漏源电压和漏源电压uDS共同共同作用作用 iD=f（uGS、uDS）,可用输两组特性曲线来描绘。可用输两组特性曲线来描绘。Ngds+p+pdiVDDdsNgdi+pp+VDDNgsdidDDVp+p+si

50、dgVdDDp+p+2022-12-16（1）输出特性曲线：）输出特性曲线：iD=f（uDS）uGS=常数常数 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sgVdDDdiGGVp+p+u=-3VDSGSuGS=-1VuuuGS(mA)=-2VDiGS=0VuGS=0VuGS=-1V设：设：UP=-3V2022-12-16四个区：四个区：恒流区的特点：恒流区的特点：iD/uGS=gm 常数常数 即：即：iD=gm uGS （放大原理）（放大原理）（a）可变电阻区）可变电阻区（预夹断前）。（预夹断前）。（b）恒流区也称饱和）恒流区也称饱和 区（预夹断区（预夹断 后）。后）。（c）