1、一一 半导体的基础知识半导体的基础知识三三 晶体三极管晶体三极管 四四 场效应管场效应管二二 晶体二极管晶体二极管 一一 半导体的基础知识半导体的基础知识 在物理学中，在物理学中，根据材料的导电能力根据材料的导电能力，可以将他们划分，可以将他们划分导导体、绝缘体和半导体体、绝缘体和半导体。： 导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅(Si)、 锗锗(Ge)、金属氧化物等。硅和锗是金属氧化物等。硅和锗是4价元素，原子的价元素，原子的 最外层轨道上有最外层轨道上有4个价电子个价电子。一一 半导体的基础知识半导体的基础知识 掺杂性：掺杂性：往纯净的半导体中掺入
2、某些杂质，使其导电能力往纯净的半导体中掺入某些杂质，使其导电能力 明显改变。明显改变。光敏性：光敏性：当受到光照时，其导电能力明显变化。当受到光照时，其导电能力明显变化。( (可制成可制成 各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏 三极管、光电池等三极管、光电池等) )。热敏性：热敏性：当环境温度升高时，导电能力明显増强。当环境温度升高时，导电能力明显増强。 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+4+4+4在绝对温度在绝对温度T=0K时，时，所有的价电子都被共价键所有的价电子都被共价键紧紧束缚在共价键中
3、，不紧紧束缚在共价键中，不会成为会成为自由电子自由电子，因此本因此本征半导体的导电能力很弱征半导体的导电能力很弱，接近绝缘体。，接近绝缘体。 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”。一一 半导体的基础知识半导体的基础知识 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。 当温度升高或受到光的当温度升高或受到光的照射时，束缚电子能量增照射时，束缚电子能量增高，有的电子可以挣脱原高，有的电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电子
4、核的束缚，而参与导电，成为，成为自由电子自由电子。自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴 自由电子产生的同自由电子产生的同时，在其原来的共价键时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，中就出现了一个空位，称为称为空穴空穴。一一 半导体的基础知识半导体的基础知识 自由电子，带负电荷，电子流自由电子，带负电荷，电子流载流子载流子空穴空穴 ，带正电荷，空穴流，带正电荷，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；光照变化，导电性变化。温度变化，导电性变化；光照变化，导电性变化。一一 半导体的基础知识半导体的基础知识 在中掺入某些
5、微量杂质元素后的半导体称为在中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为杂质半导体杂质半导体。N型半导体型半导体在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为N型半导体型半导体。 一一 半导体的基础知识半导体的基础知识 在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等在本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓等，称为，称为P P型半导体型半导体。 P型半导体型半导体在纯净半导体在纯净半导体硅或锗硅或锗（4价）中掺入价）中掺入磷、砷磷、砷等等5价元素价元素，由于这类元素，由于这类元素的原子最外层有的原子最外层有5个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在一个
6、价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在一个多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主要个多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子导靠自由电子导电电，称为，称为电子半导体电子半导体或或N型半导体型半导体（其中自由电子为多数载流子，热（其中自由电子为多数载流子，热激发形成的空穴为少数载流子）。激发形成的空穴为少数载流子）。自由电子自由电子 多数载流子（简称多子）多数载流子（简称多子）空空 穴穴少数载流子（简称少子）少数载流子（简称少子）一一 半导体的基础知识半导体的基础知识 在纯净半导体在纯净半导体硅或锗硅或锗（4价）中掺入价）中掺入硼、铝硼、铝等等3价元素价元素，由于这类元素
7、，由于这类元素的原子最外层只有的原子最外层只有3个价电子，故在构成的共价键结构中，由于缺少价个价电子，故在构成的共价键结构中，由于缺少价电子而形成大量空穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要电子而形成大量空穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运靠空穴运动，动，称为称为空穴半导体空穴半导体或或P型半导体型半导体（其中空穴为多数载流子，热激发形（其中空穴为多数载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子）。成的自由电子是少数载流子）。自由电子自由电子 多数载流子（简称多子）多数载流子（简称多子）空空 穴穴少数载流子（简称少子）少数载流子（简称少子）一一 半导体的基础知识半导体的基础知识 掺入的杂质
8、元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。只有将两种杂质半导体做成只有将两种杂质半导体做成PN结后才能成为半导体器件。结后才能成为半导体器件。一一 半导体的基础知识半导体的基础知识 无论是无论是P型半导体还是型半导体还是N型半导体都是中性的，通常对外不显电性。型半导体都是中性的，通常对外不显电性。+N N型半导体型半导体多子多子电子电子少子少子空穴空穴P P型半导体型半导体多子多子空穴空穴少子少子电子电子半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为载流子在电场作用下的
9、定向运动称为。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为。将一块半导体的一侧掺杂成将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成型半导体，另一侧掺杂成N型半导型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层 一一 半导体的基础知识半导体的基础知识 P 区 空间电荷区 N 区PN 结及其内电场内电场方向P 区 N 区载流子的扩散运动多子扩散多子扩散 形成空间电荷形成空间电荷区产
10、生内电场区产生内电场 少子漂移少子漂移扩散与漂移达到动态平衡扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的形成一定宽度的PN结结一一 半导体的基础知识半导体的基础知识 外加正向电压（也叫正向偏置）外加正向电压（也叫正向偏置）电源正极接电源正极接P区，负极接区，负极接N区区 空间电荷区变窄E R内电场外电场PNI一一 半导体的基础知识半导体的基础知识 外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大超过漂移运动，外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大超过漂移运动，N N区电子不断扩散到区电子不断扩散到P P区，区，P P区空穴不断扩散到区空穴不断扩散到N N区，形成较大的区，形成较大的正向电
11、流正向电流，这，这时称时称PNPN结处于低阻结处于低阻状态。状态。+一一 半导体的基础知识半导体的基础知识 外加电场加强内电场，漂移运动超过扩散运动，外加电场加强内电场，漂移运动超过扩散运动，N N区空穴飘移到区空穴飘移到P P区，区，P P区电区电子漂移到子漂移到N N区，形成很小的反向漂移电流，称为区，形成很小的反向漂移电流，称为反向饱和电流反向饱和电流，这时称，这时称PNPN结结处于高阻处于高阻截止截止状态。状态。外加反向电压（也叫反向偏置）外加反向电压（也叫反向偏置）电源正极接电源正极接N区，负极接区，负极接P区区PN结加正向电压时结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，具
12、有较大的正向扩散电流，呈现低电阻， PN结导通；结导通；PN结加反向电压时，结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流，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结具有单向导电性。结具有单向导电性。二二 晶体晶体二极管二极管 晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件晶体管泛指一切以半导体材料为基础的单一元件，包括各种半导体材料制，包括各种半导体材料制成的二极管、三极管、场效应管、可控硅等，不过从国内的习惯上讲，晶成的二极管、三极管、场效应管、可控硅等，不过从国内的习惯上讲，晶体管有时多指晶体三极管。体管有时多指晶体三极管。二极管
13、二极管 = PN结结 + 管壳管壳 + 引线引线结构结构 一个一个PN结加上相应的电极引线并结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。符号一般用二极管，简称二极管。符号一般用VD表示。表示。符号符号阳极阳极+阴极阴极-图片图片二二 晶体晶体二极管二极管 半导体二极管按其结构不同可分为半导体二极管按其结构不同可分为点接触型点接触型、面接触型面接触型、平面型二极管平面型二极管等三类。等三类。PN结面积很小，结电容很小，结面积很小，结电容很小，多用于高频检波及脉冲数字多用于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件。电路中的开关元件。N型 锗正 极
14、 引 线负 极 引 线外 壳金 属 触 丝(1) 点接触型二极管点接触型二极管(2) 面接触型二极管面接触型二极管PN结面积大，结面积大，结电容也小，结电容也小，允許通过电流大，多用在允許通过电流大，多用在低频低频整流整流、检波等电路中。、检波等电路中。负 极 引 线正 极 引 线N型 硅P型 硅铝 合 金 小 球底 座二二 晶体晶体二极管二极管 (3) 平面型二极管平面型二极管SiO2正极引线负极引线N型硅P型硅二二 晶体晶体二极管二极管 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。二二 晶体晶体二
15、极管二极管 硅：硅：0.5 V锗：锗： 0.1 V(1) 正向特性（导通）正向特性（导通）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（截止）反向特性（截止）死区死区电压电压击穿电压击穿电压UBRuEiVmAuEiVuA锗锗硅：硅：0.7 V 锗：锗：0.3Viu0硅硅（3 3）反向击穿）反向击穿反向电压大于击穿电压（反向电压大于击穿电压（UBRUBR）时，反向电流急剧增加。原时，反向电流急剧增加。原因为因为电击穿电击穿，强外电场破坏键结构；获得大能量的载流子，强外电场破坏键结构；获得大能量的载流子碰撞原子产生新的电子空穴对。碰撞原子产生新的电子空穴对。电击穿未损坏，若无限流措施，
16、则会造成电击穿未损坏，若无限流措施，则会造成热击穿热击穿而损坏。而损坏。-60 -40 -200.4 0.8 二二 晶体晶体二极管二极管 （1 1）最大整流电流）最大整流电流I IM M：指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。（2 2）反向击穿电压）反向击穿电压U UBRBR：指管子反向击穿时的电压值。指管子反向击穿时的电压值。（3 3）最大反向工作电压）最大反向工作电压U URMRM：二极管运行时允许承受的最大反向电压（约为二极管运行时允许承受的最大反向电压（约为U UBRBR 的一半）。的一半）。（4 4）最大反向电流）最大反向电流I
17、IRMRM：指管子未击穿时的反向电流，其值越小，则管子的单向指管子未击穿时的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。导电性越好。（5 5）最高工作频率）最高工作频率f fm m：主要取决于主要取决于PNPN结结电容的大小。结结电容的大小。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正偏正偏导通导通反偏反偏截止截止-+iu导通压降导通压降二极管的二极管的VA特性特性-+iuiu0二二 晶体晶体二极管二极管 IR10VE1kIR10VE1k例：例：串联电
18、压源模型串联电压源模型mA3 . 9K1V)7 . 010(I万用表测量值万用表测量值 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. 9100.7V二二 晶体晶体二极管二极管 例：例：二极管构成的二极管构成的限幅电路限幅电路如图所示，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、理想二极管串联电压源的直流信号，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模型计
19、算电流I和输出电压和输出电压uo+-+UIuREFRiuO解解：采用理想二极管模型分析：采用理想二极管模型分析： 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.RUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu二二 晶体晶体二极管二极管 二二 晶体晶体二极管二极管 （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）所示，分别采用理想二）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型分析电路并画出相应的输出电压波形。极管模型和理想二极管串联电压源
20、模型分析电路并画出相应的输出电压波形。+-+UIuREFRiuO解：解：采用理想二极管模型分析，采用理想二极管模型分析，波形如图所示。波形如图所示。0-4V4Vuit2V2Vuotuott限幅限幅2V二二 晶体晶体二极管二极管 02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用理想二极管串联电压源模采用理想二极管串联电压源模型分析，波形如图所示。型分析，波形如图所示。+-+UIuREFRiuOuott限幅限幅2.7Vt二二 晶体晶体二极管二极管 稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳压管的稳定电压就是反稳压管的稳定电压就是反向击穿电压。向击穿电压。
21、稳压管的稳压作用在于：稳压管的稳压作用在于：电流增量很大，只引起很小的电压变化。稳压管电流增量很大，只引起很小的电压变化。稳压管的反向击穿应是可逆的，工作电流能控制在一定范围内。的反向击穿应是可逆的，工作电流能控制在一定范围内。稳压管的主要参数：稳压管的主要参数：（1）稳定电压稳定电压UZ：反向击穿后稳定工作的电压。：反向击穿后稳定工作的电压。（2）稳定电流稳定电流IZ：工作电压等于稳定电压时的电流。：工作电压等于稳定电压时的电流。（3）动态电阻动态电阻rZ。稳定工作范围内，管子两端电压的变化量与相应电流的变稳定工作范围内，管子两端电压的变化量与相应电流的变化量之比。即：化量之比。即：rZ=U
22、Z/IZ（4）额定功率额定功率PZ：额定功率：额定功率PZ是在稳压管允许结温下的最大功率损耗。是在稳压管允许结温下的最大功率损耗。（5）最大稳定电流最大稳定电流IZM ：指稳压管允许通过的最大电流。它们之间的关系是：指稳压管允许通过的最大电流。它们之间的关系是： PZ=UZIZM插件稳压二极管贴片稳压二极管当稳压二极管工作在反向击当稳压二极管工作在反向击穿状态下穿状态下, ,工作电流工作电流I IZ Z在在I Izmaxzmax和和I Izminzmin之间变化时之间变化时, ,其两端电其两端电压近似为常数压近似为常数稳定稳定电压电压 稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管。稳压二极管是应用
23、在反向击穿区的特殊二极管。+-DZiuUZIUIzminIzmax正向同二正向同二极管极管反偏电压反偏电压UZ 反向击穿反向击穿UZ限流电阻限流电阻二二 晶体晶体二极管二极管 当发光二极管的当发光二极管的PN结加上正向电压时，电子与空穴复合过程以光的形式结加上正向电压时，电子与空穴复合过程以光的形式放出能量，发光二极管是一种新型冷光源。放出能量，发光二极管是一种新型冷光源。发光二极管（简称发光二极管（简称LEDLED）是一种光发射器件，它是由砷化镓、磷化镓等材）是一种光发射器件，它是由砷化镓、磷化镓等材料制成。当这种管子通以电流时将发出光来。光的颜色主要取决于制造料制成。当这种管子通以电流时将
24、发出光来。光的颜色主要取决于制造所用的材料。所用的材料。发光二极管具有发光二极管具有亮度高、清晰度高、电压低（亮度高、清晰度高、电压低（1.53V）、）、反应快、体积反应快、体积小、可靠性高、寿命长小、可靠性高、寿命长等特点，是一种很有用的半导体器件，常用于信等特点，是一种很有用的半导体器件，常用于信号指示、数字、照明、彩灯、字符显示等。号指示、数字、照明、彩灯、字符显示等。阳极 阴极 (a) (b)LEDLEDRE二二 晶体晶体二极管二极管 二二 晶体晶体二极管二极管 光电二极管的结构与一般的二极管类似，在它的PN结处，通过管壳上的一个玻璃管窗口能接收外部的光照。这种器件的PN结在反向偏置状
25、态下工作，它的反向电流随光照强度的增加而上升。 光电二极管的符号及其特性曲线光电二极管的符号及其特性曲线 光电二极管可用于光的测量，是将光信号转换为电信号的常用器件。光电二极管可用于光的测量，是将光信号转换为电信号的常用器件。光电二极管插件光电二极管插件光电二极管贴片光电二极管贴片二二 晶体晶体二极管二极管 PN PN结具有电容效应，二极管存在结电容。二极管结电容的大结具有电容效应，二极管存在结电容。二极管结电容的大小除了与本身结构工艺有关，还与外加电压有关。小除了与本身结构工艺有关，还与外加电压有关。 变容二极管的结电容Cj与反偏电压uD的关系曲线 变容二极管常用于高频电路中，例如，电调谐电
26、路和自动频率控制电路变容二极管常用于高频电路中，例如，电调谐电路和自动频率控制电路。 PN PN结具有电容效应，二极管存在结电容。二极管结电容的大结具有电容效应，二极管存在结电容。二极管结电容的大小除了与本身结构工艺有关，还与外加电压有关。小除了与本身结构工艺有关，还与外加电压有关。 小小 技技 巧巧 6 二极管的简易测量二极管的简易测量根据二极管的单向导电性可知，根据二极管的单向导电性可知，二极管正向电阻小，反向电阻大。二极管正向电阻小，反向电阻大。利用这一特点，利用这一特点，可以用万用表的电阻挡大致测量出二极管的好坏和正负极性可以用万用表的电阻挡大致测量出二极管的好坏和正负极性 。二二 晶
27、体晶体二极管二极管 普通二极管实物普通二极管实物1 三三 晶体晶体三极管三极管 半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为双极型晶体管（与运行，因此，还被称为双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor,简称简称BJT）。）。 BJT是由两个是由两个PN结组成。结组成。简称简称晶体管或三极管晶体管或三极管。 半导体三极管是由两个背靠背的半导体三极管是由两个背靠背的PN结构成的。结构成的。重要特性是具有电流放大作用重要特性是具有电流放大作用和开关作用和开关作
28、用，常见的有平面型和合金型两类。，常见的有平面型和合金型两类。两个两个PN结，把半导体分成三个区域（三区二结）。这三个区域的排列，可以结，把半导体分成三个区域（三区二结）。这三个区域的排列，可以是是N-P-N，也可以是也可以是P-N-P。因此，三极管有两种类型：因此，三极管有两种类型：和和。NPNNPN型型PNPPNP型型-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-bce-ebc符号符号:（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
29、。1 三三 晶体晶体三极管三极管 按材料分：按材料分： 硅管、锗管硅管、锗管按功率分：按功率分： 小功率管小功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W1 三三 晶体晶体三极管三极管 三三极极管管分分类类2 电流分配关系与放大作用电流分配关系与放大作用三三 晶体晶体三极管三极管 （1 1）放大的概念）放大的概念电子电路中所说的放大，有两方面含义：电子电路中所说的放大，有两方面含义：一是放大的对象是变化量，不是一个恒定量。一是放大的对象是变化量，不是一个恒定量。例如，扩音机是把人讲话时声音例如，扩音机是把人讲话时声音的轻重和高低放大出来；的轻重和高低放大出来；二是指对能量的控制作用二是指对能量
30、的控制作用，即在输入端用一个小的变化量去控制能源，使输出，即在输入端用一个小的变化量去控制能源，使输出端产生一个与输入变化量相应的大的变化量，体现了对能量的控制作用端产生一个与输入变化量相应的大的变化量，体现了对能量的控制作用 （2 2）三极管实现放大作用的条件）三极管实现放大作用的条件 三极管实现放大作用的外部条件：三极管实现放大作用的外部条件： 发射结加正向电压（正向偏置），在集电结加反向电压（反向偏置）。发射结加正向电压（正向偏置），在集电结加反向电压（反向偏置）。 对于对于NPNNPN管，要求管，要求U UC C U UB B U UE E；PNPPNP型管的情况正好相反，即型管的情况
31、正好相反，即U UE E U UB B U UC C。 2 电流分配关系与放大作用电流分配关系与放大作用三三 晶体晶体三极管三极管 放大条件：发射结正偏，集电结反偏放大条件：发射结正偏，集电结反偏若在放大工作态：若在放大工作态： 发射结正偏：发射结正偏：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共共发发射射极极接接法法 0三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系IE =IC+IBIC =IBBCiiBCii2 电流分配关系与放大作用电流分配关系与放大作用三三 晶体晶体三极管三极管 实验表明实验表明IC比比IB大数十至数百倍，因而有大数十至数
32、百倍，因而有IC 近似等于近似等于IE。IB虽然很小，但对虽然很小，但对IC有控制作用，有控制作用，IC随随IB的改变而改变，即基极电的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大对集电极具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。作用。三三 晶体晶体三极管三极管 共射直流电共射直流电流放大系数流放大系数: :BCBCEOCIIIII共射交流电共射交流电流放大系数流放大系数: =iC/iB共基直流电共基直流电流放大系数流放大系数: :共基交流电共基交
33、流电流放大系数流放大系数: =iC/iBECII在近似分析中在近似分析中,可认为：可认为： 三三 晶体晶体三极管三极管 +i-uBE+-uBTCE+Ci1）uCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。3 3）u uCE CE 1V1V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 2）当）当u uCECE=1V=1V时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，在同一少，在同一u uBEBE电压下电压下, ,i iB B 减小。特性曲线将向右稍微移动一些。减小。特性曲线将向右稍
34、微移动一些。0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE 1VCEuucE=0.5V死区死区非线性区非线性区线性区线性区死区死区电压电压硅硅 0.5V锗锗 0.1V导通导通压降压降硅硅 0.7V锗锗 0.3V三三 晶体晶体三极管三极管 iC=f(uCE) IB=constiCIBIB=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1）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置2）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置
35、 3）饱和区：发射结正向偏置，）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置集电结正向偏置硅管：硅管：0.50.50.7V,0.7V,锗管：锗管：0.10.10.3V0.3Vu uBEBE U Uon on ，u uCECEuuBEBE三三 晶体晶体三极管三极管 +i-uBE+-uBCE+Cibeec截截止止状状态态ecb放放大大状状态态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0.3V饱饱和和状状态态ecbUDUCES饱和压降饱和压降UCES硅管硅管0.3V锗管锗管0.1V直流模型直流模型三三 晶体晶体三极管三极管 VCCVBBRbRc12V6V4K150K+U
36、BE+UCEIBIC+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4K150K+UBE+UCEIBIC例：共射电路如下图，已知三极管为硅管，例：共射电路如下图，已知三极管为硅管，=40，试求电路中的直流量，试求电路中的直流量IB、 IC 、UBE 、UCE。三三 晶体晶体三极管三极管 IC+UBEIB0.7VIBecb+VCCRc(+12V)4K+VBBRb(+6V)150K+UCE解：解：设三极管工作在放大状态，设三极管工作在放大状态，用放大模型代替三极管。用放大模型代替三极管。三极管为硅管：三极管为硅管：UBE=0.7VA40K150V6K150V)7 .06(bBEBBBRUVI mA6
37、 . 1A4040BCII V6 . 546 . 112CCCCCERIVU 三三 晶体晶体三极管三极管 解：解：VCCVBBRbRc12V6V4K150K+uCEIB=40AiC非线性部分非线性部分线性部分线性部分IB=40AIC=1.6mAUCEQ=5.6V静态静态工作点工作点M(VCC,0）(12 , 0)UCEQ6V(0 , 3), 0(CCCRVNiCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI =40uAB=80uAI=100uAIBICQ1.6mAQ直流负载线斜率：直流负载线斜率：CCCCCC1RVRVtgKUce=Vcc-IcRcIc=0，Uce=12; Uce
38、=0， Ic=Vcc/Rc=3mA选择合适的选择合适的Rb，UBQ=0.7V,IB=40A三三 晶体晶体三极管三极管 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
39、下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：3DG110B四四 场效应场效应管管 三极管是一种电流控制元件三极管是一种电流控制元件(iB iC)，工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，所以被称为所以被称为双极型器件双极型器件(简称简称BJT)。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FET分类：分类： 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管(IGFET)结型场效应管结型场效应管(JFET) 场效应管是一种电压控制器件场效应管是一种电压控制器件(uGS iD) ，工作时，只有一种载流子参与导电，因此，工作时，只有一种
40、载流子参与导电，因此它是它是单极型器件单极型器件（简称（简称FET）。FET因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。也是一种由也是一种由PN结组成的半导体，利用结组成的半导体，利用电场效应来控制电流电场效应来控制电流的故称为场效应管的故称为场效应管最常用的绝缘栅型场效应管最常用的绝缘栅型场效应管是由金属是由金属-氧化物氧化物-半导体材料构成，简称半导体材料构成，简称MOS管。管。由由P沟道、沟道、N沟道构造的沟道构造的PMOS和和NMOS二种类型。其中每一类型又分二种类型。其中每一类型又
41、分增强型增强型和耗尽型两种和耗尽型两种。(CMOS是由是由PMOS和和NMOS管组成的互补对称的集成电路）管组成的互补对称的集成电路） 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 (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、衬底、衬底B。四四 场效应场效应管管 N 沟 道P 型 硅 衬 底N +N +源 极S栅 极G漏 极DSiO2绝 缘 层金 属 铝N 沟 道 绝 缘 栅 型 场 效 应 管 的 结 构DSG衬
42、 底DSG衬 底N 沟 道 耗 尽 型 场效 应 管 的 符 号N 沟 道 增 强 型 场效 应 管 的 符 号四四 场效应场效应管管 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之间加上电压也之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。不会形成电流，即管子截止。栅源电压栅源电压uGS的控制作用的控制作用-P衬底sgN+bdVDD二氧化硅+N-s二氧化硅P衬底gDDV+Nd+bNVGGid开启电压开启电压UGS(th)刚刚产生沟道所需的栅源电压刚刚产生沟道所需的栅源电压UGS N沟道增强型沟道增强型MOS管的基本特性
43、：管的基本特性： uGS UGS(th) ，管子截止，管子截止， uGS UGS(th) ，管子导通。，管子导通。 uGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源越大，沟道越宽，在相同的漏源电压电压uDS作用下，漏极电流作用下，漏极电流ID越大。越大。 漏源电压uDS对漏极电流id的控制作用 当当uGSUT，且固定为某一值时，来分析漏源电压，且固定为某一值时，来分析漏源电压uDS对漏极电流对漏极电流ID的影响。的影响。 （设设UGS(th)=2V， uGS=4V) )（a）uDS=0时，时， iD=0。（b）uDSiD同时沟道靠漏区变窄。同时沟道靠漏区变窄。（c）当）当uDS增加到使增加到使uGD= U
44、GS(th)时，沟时，沟道靠漏区夹断，称为道靠漏区夹断，称为预夹断预夹断。（d）uDS再增加，预夹断区加长，再增加，预夹断区加长， uDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，沟道上， id基本不变。基本不变。-GGbVd二氧化硅siNgDD+dP衬底VN+-P衬底d+dDDVs+二氧化硅NNbiGGVg四四 场效应场效应管管 总之，场效应管的漏极电流总之，场效应管的漏极电流ID受栅、源电压受栅、源电压UGS的控制，即的控制，即ID随随UGS的变的变化而变化，所以场效应管是一种电压控制器件。化而变化，所以场效应管是一种电压控制器件。 五五 晶闸晶闸管管 G
45、 P1P2N1N2五五 晶闸晶闸管管 P1P2N1N2K GAKA T2T1_P2N1N2IGIAP1N1P2IKGPPNNNPAGK五五 晶闸晶闸管管 必须使可控硅阳极电流减小必须使可控硅阳极电流减小, ,直到直到正反馈正反馈效应不能维持。效应不能维持。将阳极电源断开或者在晶闸管的将阳极电源断开或者在晶闸管的五五 晶闸晶闸管管 额定电压额定电压, ,用百位或千位数表示用百位或千位数表示取取UFRM或或URRM较小者较小者额定正向平均电流额定正向平均电流( (IF) 晶闸管晶闸管K P普通型普通型如如KP5-7表示表示额定正向平均电流为额定正向平均电流为5A, ,额定电压为额定电压为700V。
46、五五 晶闸晶闸管管 ，一旦发生过电流时，温度急剧上升，可，一旦发生过电流时，温度急剧上升，可能将能将PNPN结烧坏，造成元件内部短路或开路。例如一只结烧坏，造成元件内部短路或开路。例如一只100A的的晶晶闸管闸管过电流为过电流为400A400A时，仅允许持续时，仅允许持续0.020.02秒，否则将因过热而损秒，否则将因过热而损坏；坏； 电压超过其反向击穿电压电压超过其反向击穿电压时，即使时间极短，也容易损坏。若正向电压超过转折电压时，时，即使时间极短，也容易损坏。若正向电压超过转折电压时，则晶闸管误导通，导通后的电流较大，使器件受损。则晶闸管误导通，导通后的电流较大，使器件受损。五五 晶闸晶闸
47、管管 与晶闸与晶闸管串联管串联接在输接在输入端入端接在输接在输出端出端五五 晶闸晶闸管管 五五 晶闸晶闸管管 RCRC晶闸管元件晶闸管元件的阻容保护的阻容保护五五 晶闸晶闸管管 半导体材料中有两种载流子：电子和空穴。电子带负电，空穴带正电。在半导体材料中有两种载流子：电子和空穴。电子带负电，空穴带正电。在纯净半导体中掺入不同的杂质，可以得到纯净半导体中掺入不同的杂质，可以得到N N型半导体和型半导体和P P型半导体。型半导体。采用一定的工艺措施，使采用一定的工艺措施，使P P型和型和N N型半导体结合在一起，就形成了型半导体结合在一起，就形成了PNPN结。结。PNPN结的基本特点是单向导电性。
48、结的基本特点是单向导电性。二极管是由一个二极管是由一个PN结构成的。其特性可以用伏安特性和一系列参数来描述。结构成的。其特性可以用伏安特性和一系列参数来描述。晶体二极管在电路中常用晶体二极管在电路中常用“D”加数字表示，如：加数字表示，如：D5表示编号为表示编号为5的二极管。的二极管。二极管的主要特性是单向导电性，在正向电压的作用下，导通电二极管的主要特性是单向导电性，在正向电压的作用下，导通电 阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。无绳电话机中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护、编码控无绳电话机中常把它用在整流、隔离、稳压、极性保护
49、、编码控 制、调频调制和静噪等电路中。电话机里使用的晶体二极管按作用制、调频调制和静噪等电路中。电话机里使用的晶体二极管按作用 可分为：整流二极管（如可分为：整流二极管（如1N4004）、隔离二极管（如）、隔离二极管（如1N4148）、）、 肖特基二极管（如肖特基二极管（如BAT85）、发光二极管、稳压二极管等）、发光二极管、稳压二极管等。二极管的识别很简单，小功率二极管的二极管的识别很简单，小功率二极管的N极（负极），在二极管外极（负极），在二极管外 表大多采用一种色圈标出来，也有采用符号标志为表大多采用一种色圈标出来，也有采用符号标志为“P”、“N”来来确确 定二极管极性的。发光二极管的正
50、负极可从引脚长短来识别，长脚定二极管极性的。发光二极管的正负极可从引脚长短来识别，长脚 为正，短脚为负。为正，短脚为负。用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正用数字式万用表去测二极管时，红表笔接二极管的正 极，黑表笔接二极管的负极，此时测得的阻值才是二极极，黑表笔接二极管的负极，此时测得的阻值才是二极 管的正向导通阻值，这与指针式万用表的表笔接法刚好管的正向导通阻值，这与指针式万用表的表笔接法刚好 相反。相反。作用：作用：晶体三极管是由两个晶体三极管是由两个PN结构成的半导体器件，在集电结反偏，发结构成的半导体器件，在集电结反偏，发射结正偏的外部条件下，晶体管的基极电流对集电极电流具有
