1、17.1 7.1 半导体基础知识半导体基础知识7 7.2.2 晶体二极管晶体二极管.7 7.3.3 晶体三极管晶体三极管7 7.4.4 场效应管场效应管 重要知识点重要知识点 本章小结本章小结第第 7 7 章章 半导体器件半导体器件2 2本章要点本章要点1.1.半导体基础知识半导体基础知识2.2.晶体二极管晶体二极管3.3.晶体二极管晶体二极管本章重点难点本章重点难点 1.1.杂质半导体杂质半导体 2.PN 2.PN结的单向导电性结的单向导电性 3.3.二极管的结构、符号、伏安特性及主要参二极管的结构、符号、伏安特性及主要参数数4.4.三极管的结构、符号、伏安特性及主要参数三极管的结构、符号、
2、伏安特性及主要参数3 3概述概述 自然界的物质，按其导电性能不同可以分为导自然界的物质，按其导电性能不同可以分为导体、绝缘体和体、绝缘体和半导体半导体3 3大类。大类。导电性能介于导体与绝缘体之间的物体称为半导电性能介于导体与绝缘体之间的物体称为半导体，如导体，如硅硅、锗锗、硒等。、硒等。半导体是制作晶体二极管、晶体三极管、场效应半导体是制作晶体二极管、晶体三极管、场效应管和集成电路的材料，这并不是因为半导体的导电管和集成电路的材料，这并不是因为半导体的导电性能介于导体与绝缘体之间，是因为半导体有性能介于导体与绝缘体之间，是因为半导体有特殊特殊的导电性能的导电性能。返回返回7.1 7.1 半导
3、体基础知识半导体基础知识4 4半导体具有如下导电特性：半导体具有如下导电特性：（1 1）热敏特性热敏特性：半导体的电阻率随着温度的升：半导体的电阻率随着温度的升高而降低，即温度升高，半导体的导电能力增强。高而降低，即温度升高，半导体的导电能力增强。（2 2）光敏特性光敏特性：半导体受到光照时，电阻率：半导体受到光照时，电阻率降低，其导电能力随着光照强度的增强而增强。降低，其导电能力随着光照强度的增强而增强。（3 3）杂敏特性杂敏特性：半导体的导电能力受掺入杂：半导体的导电能力受掺入杂质的影响显著，即在半导体材料中掺入微量杂质质的影响显著，即在半导体材料中掺入微量杂质（特定的元素），电阻率下降，
4、导电能力增强。（特定的元素），电阻率下降，导电能力增强。7.1 7.1 半导体基础知识5 57.1.17.1.1本征半导体本征半导体 1 1、具有晶体结构的纯净半导体称为、具有晶体结构的纯净半导体称为本征半导体本征半导体。2 2、最常见的半导体材料为硅和锗、最常见的半导体材料为硅和锗 。3 3、本征半导体为、本征半导体为共价键结构共价键结构。硅元素和锗元素的。硅元素和锗元素的单个原子都是单个原子都是4 4价元素，每个原子的价电子都和周围价元素，每个原子的价电子都和周围4 4个原子的价电子形成个原子的价电子形成4 4个共价键，是相对稳定的结构。个共价键，是相对稳定的结构。+4+4+4+4+4+4
5、+4+4+4+4+4+46 6 4、本征半导体常温下导电能力较差。本征半导体常温下导电能力较差。本征半导体的共价键结构，在常温下只有少数的本征半导体的共价键结构，在常温下只有少数的价电子，所以常温下导电能力较差。价电子，所以常温下导电能力较差。5 5、本征半导体两种载流子。、本征半导体两种载流子。可以从原子的热运动中获得能量，挣脱共价键的可以从原子的热运动中获得能量，挣脱共价键的束缚，成为带负电荷的束缚，成为带负电荷的自由电子自由电子，这种现象称为，这种现象称为本征本征激发激发。价电子成为自由电子后，在原来的位置上留下。价电子成为自由电子后，在原来的位置上留下一个空位，称为一个空位，称为空穴空
6、穴。本征激发时电子和空穴成对产生，称为本征激发时电子和空穴成对产生，称为电子电子空穴对。空穴对。返回返回7本征激发本征激发电子电子-空穴对复合空穴对复合 注意注意：本征半导体导电粒子，一种是带负电荷：本征半导体导电粒子，一种是带负电荷的自由电子，另一种是带正电荷的空穴。的自由电子，另一种是带正电荷的空穴。8 8 在外加电场的作用下，会形成带负电荷的电子在外加电场的作用下，会形成带负电荷的电子流和带正电荷的空穴流，电子流与空穴流的运动方向流和带正电荷的空穴流，电子流与空穴流的运动方向相反，由自由电子流和空穴流两部分形成电流，通常相反，由自由电子流和空穴流两部分形成电流，通常将参与导电的粒子称为将
7、参与导电的粒子称为载流子载流子。有两种载流子参与导电是半导体的导电特点，也有两种载流子参与导电是半导体的导电特点，也是与导体导电最根本的区别。是与导体导电最根本的区别。自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合复合。一定温。一定温度下，度下，电子电子空穴对空穴对的产生与复合达到的产生与复合达到动态平衡动态平衡。常温下，本征半导体中的载流子很少，所以导电常温下，本征半导体中的载流子很少，所以导电能力很差。能力很差。9 9 6、半导体的导电特性、半导体的导电特性 (1)(1)常温下，本
8、征半导体中的载流子很少，所以常温下，本征半导体中的载流子很少，所以导电能力很差；导电能力很差；(2)(2)导电能力受环境温度、光照等影响明显导电能力受环境温度、光照等影响明显;(3)(3)在本征半导体中掺入微量的杂质，它的导电在本征半导体中掺入微量的杂质，它的导电能力会大大提高。掺入杂质后的半导体称为杂质半导能力会大大提高。掺入杂质后的半导体称为杂质半导体，其导电能力与掺杂浓度有关，所以杂质半导体的体，其导电能力与掺杂浓度有关，所以杂质半导体的导电性能是可控的导电性能是可控的。杂质半导体的应用非常广泛，实用半导体器件杂质半导体的应用非常广泛，实用半导体器件都是由杂质半导体构成的。都是由杂质半导
9、体构成的。10107.1.2 杂质半导体 掺入杂质以后的半导体称为杂质半导体。根据掺入杂质以后的半导体称为杂质半导体。根据掺入的杂质不同，分为掺入的杂质不同，分为N N型半导体型半导体和和P P型半导体型半导体两种。两种。1 1N N型半导体型半导体 在硅（或锗）本征半导体中掺入微量在硅（或锗）本征半导体中掺入微量5 5价价元素，元素，如磷，则可以形成如磷，则可以形成N N型半导体。磷原子有型半导体。磷原子有5 5个价电子，个价电子，其中其中4 4个与硅（或锗）原子形成共价键结构，还多余个与硅（或锗）原子形成共价键结构，还多余一个价电子不受共价键束缚，只受磷原子核的吸引，一个价电子不受共价键束
10、缚，只受磷原子核的吸引，吸引力较弱，常温下就可以成为吸引力较弱，常温下就可以成为自由电子自由电子。磷原子由于失去了一个磷原子由于失去了一个价电子而成为带正电荷价电子而成为带正电荷的磷离子。的磷离子。1111+4+4+4+4+4+5+5+4+4+4+4+4多余电子，多余电子，成为自由电子成为自由电子自由电子自由电子 带正电荷的磷离子数目与带负电荷的自由电子带正电荷的磷离子数目与带负电荷的自由电子数目相等、极性相反，对外仍不显电性。正离子是数目相等、极性相反，对外仍不显电性。正离子是不能移动的，所以不能移动的，所以不参与导电不参与导电。掺掺入五价元素形成入五价元素形成N N型半导体型半导体1212
11、 常温下掺入的磷原子越多，则自由电子和正离子常温下掺入的磷原子越多，则自由电子和正离子越多，空穴数不变，所以越多，空穴数不变，所以N N型半导体中自由电子占大型半导体中自由电子占大多数，称为多数载流子（自由电子是多数，称为多数载流子（自由电子是多子多子）；）；而空穴称为少数载流子（空穴是而空穴称为少数载流子（空穴是少子少子）。）。这种以电子导电为主的半导体称为这种以电子导电为主的半导体称为N N型半导体。型半导体。1.N型半导体1313 2 2P P型半导体型半导体 在硅（或锗）本征半导体中掺入微量在硅（或锗）本征半导体中掺入微量3 3价价元素，元素，如硼，则形成如硼，则形成P P型半导体。同
12、样只是在晶格中硅（或型半导体。同样只是在晶格中硅（或锗）原子位置被硼原子所代替。锗）原子位置被硼原子所代替。由于硼原子只有由于硼原子只有3 3个价电子，要与硅（或锗）原个价电子，要与硅（或锗）原子形成子形成4 4个共价键结构，还少一个价电子，就形成一个共价键结构，还少一个价电子，就形成一个个空穴空穴。7.1.2 杂质半导体1414 常温下掺入的硼原子越多，则空穴和负离子越多，常温下掺入的硼原子越多，则空穴和负离子越多，自由电子数不变，自由电子数不变，P型半导体中空穴占大多数，称为多型半导体中空穴占大多数，称为多数载流子（多子）；自由电子而称为少数载流子（少数载流子（多子）；自由电子而称为少数载
13、流子（少子）。这种半导体称为子）。这种半导体称为P型半导体。型半导体。+4+4+4+4+4+3+4+3+4+4+4+4空穴空穴空穴空穴+3+3掺掺入三价元素形成入三价元素形成P P型半导体型半导体15 N N型半导体型半导体：电子电子多数载流子多数载流子 空穴空穴少数载流子（本征激发的空穴）少数载流子（本征激发的空穴）P P型半导体型半导体：多数载流子多数载流子空穴空穴 少数载流子少数载流子电子电子（本征激发的电子）（本征激发的电子）7.1.2 杂质半导体1616 1 1PNPN结的概念结的概念 利用特殊的制造工艺，在一块本征半导体材料利用特殊的制造工艺，在一块本征半导体材料中，一边掺杂成中，
14、一边掺杂成N N型半导体，一边掺杂成型半导体，一边掺杂成P P型半导体，型半导体，这样在两种半导体的交界面就会形成一个不可移动这样在两种半导体的交界面就会形成一个不可移动的空间电荷区，这就是的空间电荷区，这就是PNPN结。结。2 2PNPN结的形成结的形成7.1.3 PN结 扩散运动扩散运动：由于浓度差异引起的载流子运动。：由于浓度差异引起的载流子运动。漂移运动漂移运动：载流子在内电场的作用下的运动。：载流子在内电场的作用下的运动。17177.1.3 PN结因浓度差因浓度差由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少
15、子漂移内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 多子的扩散运动多子的扩散运动1818 3.PN3.PN结的单向导电性结的单向导电性（3）扩散运动与漂移运动达到动态平衡扩散运动与漂移运动达到动态平衡 (1)PN(1)PN结加正向电压结加正向电压-导通导通 将将PNPN结的结的P P区接电源的正极，区接电源的正极，N N区结接电源的负极称区结接电源的负极称为加正向电压，简称正偏。为加正向电压，简称正偏。加正向电压时，使空间加正向电压时，使空间 电荷层（电荷层（PNPN结）变窄，结）变窄，电阻变小，电流增大，电阻变小，电流增大，称称PNPN结处于导通状态。结处于导通状态。PNPN结正偏时呈现低阻性。结正
16、偏时呈现低阻性。1919 (2)PN(2)PN结加反向电压结加反向电压-截止截止 将将PNPN结的结的N N区接电源的正极，区接电源的正极，P P区结接电源的负极称区结接电源的负极称为加反向电压，简称为加反向电压，简称反反偏。偏。加加反反向电压时，使空间向电压时，使空间 电荷层（电荷层（PNPN结）变宽，结）变宽，电阻变大，电流增小，电阻变大，电流增小，称称PNPN结处于截止状态。结处于截止状态。PNPN结正偏时呈现低阻性。结正偏时呈现低阻性。207.1.3 PN结 在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，浓度
17、是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称这个电流也称为为反向饱和电流反向饱和电流。（该电流很小。）。（该电流很小。）结论：结论：PN结正向电阻小，反向电阻结正向电阻小，反向电阻大大单向导电性单向导电性。21 7.2 7.2 晶体二极管晶体二极管 7.2.1 7.2.1 二极管的结构与符号二极管的结构与符号 由一个由一个PNPN结加上电极引线和外壳封装，就构成一结加上电极引线和外壳封装，就构成一个半导体二极管（晶体二极管、二极管），用个半导体二极管（晶体二极管、二极管），用VDVD表示。表示。二极管有两根电极引线，从二极管
18、有两根电极引线，从P P区引出的电极为正区引出的电极为正极，从极，从N N区引出的电极为负极。区引出的电极为负极。晶体二极管的结构及符号晶体二极管的结构及符号返回返回22 分类分类 二极管种类很多。二极管种类很多。（1 1）按照）按照半导体材料半导体材料的不同分为硅二极管和锗二的不同分为硅二极管和锗二极管；极管；（2 2）按照）按照用途用途分为整流二极管、检波二极管、稳分为整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管、发光二极管等；压二极管、开关二极管、发光二极管等；（3 3）按）按PNPN结的结构结的结构分为点接触型、面接触型、平分为点接触型、面接触型、平面型等。面型等。7.2.1 7.2
19、.1 晶体二极管的结构晶体二极管的结构23 常见的二极管符号与实物图常见的二极管符号与实物图（a）普通二极管（）普通二极管（b）稳压二极管稳压二极管（c）发光二极管）发光二极管（d）玻璃封装小电流二极管）玻璃封装小电流二极管（e）稳压二极管）稳压二极管（f）整流二极管）整流二极管+-+-+-24 二极管的伏安特性可以用方程二极管的伏安特性可以用方程表示，也可以用特性曲线来表示。表示，也可以用特性曲线来表示。伏安特性伏安特性曲线是指流过曲线是指流过二极管的电流随加在二极管二极管的电流随加在二极管两端的电压变化的关系曲线。两端的电压变化的关系曲线。二极管的伏安特性曲线二极管的伏安特性曲线,可以用实
20、验测得可以用实验测得,伏安特伏安特性曲线分为性曲线分为正向正向特性、特性、反向反向特性和特性和击穿击穿特性特性3 3部分。部分。7.2.2 7.2.2 晶体二极管伏安特性晶体二极管伏安特性+iDvD-R25 1 1正向特性正向特性 晶体二极管伏安特性曲线晶体二极管伏安特性曲线 正向特性正向特性oaoa段，只有当正向电压超过某一数值时，段，只有当正向电压超过某一数值时，才有明显的正向电流，这个电压称为才有明显的正向电流，这个电压称为导通电压导通电压或开启电或开启电压，用压，用Uon表示。表示。正向正向特性特性反向反向特性特性击穿击穿特性特性导通电压导通电压26 开启电压开启电压与二极管的材料和工
21、作温度有关，常温与二极管的材料和工作温度有关，常温下硅管的下硅管的Uon为为0.50.6V；锗管；锗管Uon为为0.10.2V。当外加电压超过当外加电压超过Uon后，正向电流迅速增大，这时后，正向电流迅速增大，这时二极管处于正向导通状态，随着电压二极管处于正向导通状态，随着电压u的增加，电流的增加，电流i按照指数的规律增加，当电流较大时，电流随着电压按照指数的规律增加，当电流较大时，电流随着电压的增加几乎直线上升。的增加几乎直线上升。二极管二极管导通后硅管的正向压降导通后硅管的正向压降为为0.60.8V（通（通常取常取0.7V），锗管的正向压降为），锗管的正向压降为0.20.3V（通常取（通常
22、取0.2V），用），用UT表示。表示。2反向特性反向特性 反向电流基本不随反向电压的变化而变化，这个反向电流基本不随反向电压的变化而变化，这个电流称为电流称为反向饱和电流反向饱和电流，用，用IS表示表示。27 反向饱和电流反向饱和电流IS很很小，而且相同温度下，硅管比小，而且相同温度下，硅管比锗管的反向电流更小。锗管的反向电流更小。IS随着温度升高迅速增大随着温度升高迅速增大 3 3反向击穿特性反向击穿特性 在一定温度下，当二极管加的反向电压超过某一在一定温度下，当二极管加的反向电压超过某一数值时，反向电流将急剧增加，这种现象称为二极管数值时，反向电流将急剧增加，这种现象称为二极管反向击穿。二
23、极管击穿时的电压称为反向击穿。二极管击穿时的电压称为反向击穿电压反向击穿电压，用用UBR表示。表示。二极管在正常使用时应避免出现反向击穿，管二极管在正常使用时应避免出现反向击穿，管子击穿后并不一定损坏，只有在没有限流措施时，反子击穿后并不一定损坏，只有在没有限流措施时，反向电流超过一定限度，才会烧毁，造成永久性损坏。向电流超过一定限度，才会烧毁，造成永久性损坏。28 例例【7-1】电路如图所示，电路如图所示，US=2V，设二极管的，设二极管的导通电压导通电压UD=0.7V,则输出电压则输出电压UO是多少？是多少？解：解：V3.17.02DS0UUU思考思考 电源正负电源正负极互换？极互换？+U
24、D -+-29 二极管的伏安特性是二极管的伏安特性是非线性非线性的，因此二极管是的，因此二极管是非非线性元件线性元件。注意注意：使用二极管时不论是硅管还是锗管，即：使用二极管时不论是硅管还是锗管，即使工作在最大允许电流下，管子两端的电压降一般也使工作在最大允许电流下，管子两端的电压降一般也不会超过不会超过1.5V。所以在使用二极管时电路中应该串联限流电阻，所以在使用二极管时电路中应该串联限流电阻，以免因电流过大而损坏管子。以免因电流过大而损坏管子。7.2.2 7.2.2 晶体二极管伏安特性晶体二极管伏安特性30 1最大整流电流（最大整流电流（IF）IF是二极管长期工作允许通过的最大正向平均电是
25、二极管长期工作允许通过的最大正向平均电流，正常工作时流，正常工作时IDIF。2最高反向工作电压（最高反向工作电压（UR）UR允许加在二极管两端反向电压的最大值。一般允许加在二极管两端反向电压的最大值。一般情况下取情况下取UR为为UBR（手册值（手册值UBR）的一半。）的一半。7.2.3 7.2.3 晶体二极管的主要参数晶体二极管的主要参数31 3反向电流（反向电流（IR）IR是指二极管未击穿时的反向电流。是指二极管未击穿时的反向电流。IR越小，二越小，二极管单向导电性越好。极管单向导电性越好。4最高工作频率（最高工作频率（fM）指二极管工作频率的上限值。当外加信号的频指二极管工作频率的上限值。
26、当外加信号的频率超过最高工作频率时，单向导电性能变差。率超过最高工作频率时，单向导电性能变差。7.2.3 7.2.3 晶体二极管的主要参数晶体二极管的主要参数32二极管的简单测试二极管的简单测试+-两次测量两次测量电阻小的那次电阻小的那次黑表笔所接为二黑表笔所接为二极管正极极管正极33判断二极管的质量判断二极管的质量 二次测得的正、反向电阻很小或二次测得的正、反向电阻很小或接近于零接近于零管子已击穿；管子已击穿；如正、反向电阻值均很大或接近于如正、反向电阻值均很大或接近于无穷无穷大大管子内部已断路；管子内部已断路；反向电阻值比正向电阻值反向电阻值比正向电阻值大几百倍以上大几百倍以上性能好。性能
27、好。如正、反向电阻值如正、反向电阻值相差不大相差不大性能性能变坏或已失效；变坏或已失效；34 7.3.1 7.3.1 三极管的结构三极管的结构 半导体三极管也称晶体三极管，简称三极管，用半导体三极管也称晶体三极管，简称三极管，用VTVT表示。表示。它采用光刻、扩散等工艺在同一块半导体硅（或它采用光刻、扩散等工艺在同一块半导体硅（或锗）片上掺杂形成锗）片上掺杂形成3 3个区、个区、2 2个个PNPN结，并从结，并从3 3个区各引出个区各引出一根导线，作为一根导线，作为3 3个电极就组成一个三极管。个电极就组成一个三极管。由由2 2个个N N区夹一个区夹一个P P区的三极管称为区的三极管称为NPN
28、NPN型三极管；型三极管；由由2 2个个P P区夹一个区夹一个N N区的三极管称为区的三极管称为PNP型三极管。型三极管。7.3 7.3 晶体三极管晶体三极管返回返回35基区基区集电区集电区发射区发射区发射极发射极基极基极集电极集电极 三极管有三个极；两个三极管有三个极；两个结；三个区。结；三个区。三极管的符号三极管的符号 NPN NPN型三极管发射型三极管发射极箭头的极箭头的方向向外方向向外；PNPPNP型三极管发射型三极管发射极箭头的极箭头的方向向内方向向内。发射极箭头的方向发射极箭头的方向表示正常工作时发射表示正常工作时发射极电流的方向。极电流的方向。符号符号结构结构3636 4.4.种
29、类种类 三极管的种类很多。三极管的种类很多。（1 1）按照）按照半导体材料半导体材料分为硅管和锗管两种；分为硅管和锗管两种；（2 2）按照）按照内部结构内部结构分为分为NPNNPN型和型和PNPPNP型型,（3 3）按照）按照用途用途分为放大管和开关管等；分为放大管和开关管等；（4 4）按照）按照工作频率工作频率分为低频管和高频管；分为低频管和高频管；（5 5）按照）按照功率功率分为小功率管、中功率管和大功率管等。分为小功率管、中功率管和大功率管等。37 常见的三极管实物图常见的三极管实物图 （a）中功率三极管）中功率三极管（b）带阻尼三极管（）带阻尼三极管（c）小功率三极管）小功率三极管 （
30、d）贴片三极管（）贴片三极管（e）贴片三极管（）贴片三极管（f）小功率三极管）小功率三极管38 三极管是两种载流子同时参与导电的半导体器三极管是两种载流子同时参与导电的半导体器件，也称为双极型晶体管。它的件，也称为双极型晶体管。它的主要功能主要功能是具有是具有电电流放大流放大作用，是放大电路中的作用，是放大电路中的核心元件核心元件。欲使三极管有电流放大作用不但对内部结构有严欲使三极管有电流放大作用不但对内部结构有严格的要求，还必须具备合适的外部条件。格的要求，还必须具备合适的外部条件。NPN型和型和PNP型三极管的结构不同，使用时外加型三极管的结构不同，使用时外加电源也不同，但放大原理一样。电
31、源也不同，但放大原理一样。本节以本节以NPN型三极管为例，讨论型三极管为例，讨论的基本放大原理。的基本放大原理。7.3.2 7.3.2 晶体三极管的放大原理晶体三极管的放大原理39 1.三极管放大交流信号三极管放大交流信号内部条件内部条件 (1)(1)发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高 (2)(2)集电区掺杂浓度比发射区低，且集电区的面集电区掺杂浓度比发射区低，且集电区的面积比发射区大积比发射区大 (3)(3)基区很薄基区很薄,一般在几个微米至几十个微米，且一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。掺杂浓度最低。这些要求是保证三极管具有放大作这些要求是保证三极管具有放大作用的内部条件。用的内部
32、条件。2.三极管放大交流信号的外部条件三极管放大交流信号的外部条件 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。通过载流子传输体现出来的。外部条件：外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。40 给发射结加正给发射结加正向电压，即向电压，即P P区接电区接电源的正极，源的正极，N N区接电区接电源的负极；源的负极；给集电结加反给集电结加反向电压，即向电压，即P P区接电区接电源的负极，源的负极，N N区接电区接电源的正极。源的正极。晶体三极管放大条件晶体三极管放大条件4141 （1）发射结正偏：）发射结正偏：UB
33、E0，放大时对于硅三极，放大时对于硅三极管管UBE=0.60.8V；对于锗三极管；对于锗三极管UBE=0.20.3V。（2）集电结反偏：）集电结反偏：UBC0，通常用，通常用UCEUBE来表来表示。示。显然，显然，3个电极的电位关系为个电极的电位关系为VEVB0）集电结加反向电压。此时，）集电结加反向电压。此时，UCB0，3个个电极的电位为电极的电位为VCVB 1 IB对的对的IC控制作用。控制作用。454.4.三极管的三种组态三极管的三种组态 三极管组成的放大电路有三极管组成的放大电路有3 3种连接方式，通常种连接方式，通常称为放大电路的称为放大电路的3 3种组态，即共发射极、共基极和种组态
34、，即共发射极、共基极和共集电极电路组态。共集电极电路组态。三极管的三种连接方式三极管的三种连接方式46 7.3.3 7.3.3 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线 三极管的特性曲线是指其各电极间的电压和电流之三极管的特性曲线是指其各电极间的电压和电流之间的关系曲线。间的关系曲线。1.输入特性曲线输入特性曲线（1）在）在UCE一定，输入回路的基极与发射极之间的电压一定，输入回路的基极与发射极之间的电压uBE与基极电流与基极电流iB之间的关系曲线。之间的关系曲线。（2）输入特性曲线与二极管）输入特性曲线与二极管的正向特性曲线很相似。的正向特性曲线很相似。（3）当）当UBE大于导通电压大于导通
35、电压Uon以后，以后，iB随着随着UBE的增的增加而增加。当加而增加。当UCE0时，时，随着随着UCE的增加输入特性的增加输入特性曲线右移。曲线右移。472 2输出特性曲线输出特性曲线 三极管输出特性曲线是指在基极电流三极管输出特性曲线是指在基极电流I IB B一定时，一定时，输出回路中集电极电流输出回路中集电极电流i iC C与集电极和发射极之间的与集电极和发射极之间的电压电压UCE之间的关系曲线。之间的关系曲线。三极管的三种工作状态与条件：三极管的三种工作状态与条件：（1）截止区：发射结、集电结均反偏。）截止区：发射结、集电结均反偏。UBE 0.7V UBCUbUe放大放大UcUbUe正偏
36、正偏反偏反偏正偏正偏反偏反偏+-+52 7.3.4 7.3.4 晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数 1共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数 集电极电流的变化量与相应的基极电流的变化集电极电流的变化量与相应的基极电流的变化量的比值，称为共发射极交流电流放大系数，用量的比值，称为共发射极交流电流放大系数，用 表表示，它表明基极电流对集电极电流的控制能力。示，它表明基极电流对集电极电流的控制能力。2极间反向饱和电流极间反向饱和电流 集电极集电极基极反向饱和电流（基极反向饱和电流（ICBO）。当发射极）。当发射极开路时，集电结加反向偏置电压，集电极和基极间开路时，集电结加反向偏置电压，集电极
37、和基极间的电流称为集电极的电流称为集电极基极反向饱和电流，用基极反向饱和电流，用ICBO表示。表示。533极限参数极限参数 极限参数是指三极管正常工作时不能超过的值，极限参数是指三极管正常工作时不能超过的值，否则有可能损坏管子。否则有可能损坏管子。（1）集电极最大允许电流（）集电极最大允许电流（ICM）。）。集电极电流集电极电流IC达到一定的数值以后达到一定的数值以后 会下降，当会下降，当 下降到正常值的时，所允许的最大集电极电流称下降到正常值的时，所允许的最大集电极电流称为集电极最大允许电流。为集电极最大允许电流。（2）集电极）集电极发射极反向击穿电压（发射极反向击穿电压（U(BR)CEO）
38、。）。U(BR)CEO是指基极开路时，允许加在集电极与发射是指基极开路时，允许加在集电极与发射极之间的电压的最大值。极之间的电压的最大值。54 （3 3）集电极允许最大耗散功率（集电极允许最大耗散功率（PCM）。）。正常工作时，正常工作时，IC流过集电结要消耗功率，而流过集电结要消耗功率，而使三极管发热。三极管达到一定温度后，性能使三极管发热。三极管达到一定温度后，性能变差或者损坏。变差或者损坏。使用时应该使集电极消耗的功率使用时应该使集电极消耗的功率PCPCM。55 7.4 7.4 场效应管场效应管 1 1、场效应管（场效应管（FET）是利用输入回路的电压）是利用输入回路的电压在管子内部产生
39、的电场效应来控制输出回路电流大在管子内部产生的电场效应来控制输出回路电流大小的一种半导体器件。小的一种半导体器件。2 2、特点：场效应管具有输入阻抗高（、特点：场效应管具有输入阻抗高（1071012）、噪声低、体积小、耗电少、寿命长、热稳）、噪声低、体积小、耗电少、寿命长、热稳定性好、工艺简单、便于集成化生产等优点，因此定性好、工艺简单、便于集成化生产等优点，因此它在电子电路、逻辑电路，尤其是超大规模集成电它在电子电路、逻辑电路，尤其是超大规模集成电路中得到广泛的应用。路中得到广泛的应用。3 3、分类：场效应管按结构的不同可分为结型和、分类：场效应管按结构的不同可分为结型和绝缘栅型两大类。绝缘
40、栅型两大类。返回返回56 7.4.1 7.4.1 结型场效应管结型场效应管1 1结型场效应管的结构结型场效应管的结构结型场效应管分为结型场效应管分为N N沟道和沟道和P P沟道两种。沟道两种。N N沟道结构沟道结构N N沟道沟道P P沟道沟道572结型场效应管的伏安特性结型场效应管的伏安特性 结型场效应管各电极的电压与电流之间的关系称结型场效应管各电极的电压与电流之间的关系称为伏安特性。下面以为伏安特性。下面以N沟道场效应管为例来讨论。沟道场效应管为例来讨论。（1）转移特性。）转移特性。转移特性是指场效应管漏源电压转移特性是指场效应管漏源电压UDS一定的情况一定的情况下，输出电流下，输出电流i
41、D与输入电压与输入电压UGS的关系曲线。的关系曲线。转移特性曲线反映了栅源电压转移特性曲线反映了栅源电压UGS对漏源电流对漏源电流iD的控制作用。漏极电流的控制作用。漏极电流iD受到栅源电压受到栅源电压UGS控制，当控制，当UGS=0时时iD达到最大称为饱和漏极电流用达到最大称为饱和漏极电流用IDSS表示。表示。iD=0时的电压称为夹断电压用时的电压称为夹断电压用UP表示。表示。7.4.2 7.4.2 结型场效应管伏安特性结型场效应管伏安特性58 7.4.2 7.4.2 结型场效应管伏安特性结型场效应管伏安特性（2）输出特性）输出特性 输出特性是指在栅源电压输出特性是指在栅源电压UGS一定的情
42、况下，一定的情况下，输出电流输出电流iD与输出电压与输出电压UDS之间的关系曲线。之间的关系曲线。59 曲线分为曲线分为4个区域。当个区域。当UDS较小时，随着较小时，随着UDS的增加的增加iD也增加，称为也增加，称为可变电阻区可变电阻区；UDS增加到一定程度后增加到一定程度后iD几乎不随几乎不随UDS的变化而的变化而变化，称为变化，称为恒流区恒流区，要放大交流信号管子就工作在，要放大交流信号管子就工作在这个区域；这个区域；再增加再增加UDS，会使，会使PN结因电压过大而击穿，电结因电压过大而击穿，电流急剧增加，所以称为流急剧增加，所以称为击穿区击穿区；UGSUP时导电沟道完全被夹断，时导电沟
43、道完全被夹断，iD=0，称为，称为截截止区止区（也称夹断区）（也称夹断区）。7.4.2 7.4.2 结型场效应管伏安特性结型场效应管伏安特性603 3结型场效应管的主要参数结型场效应管的主要参数（1）夹断电压夹断电压（UP）。当漏源电压为某一个固定的）。当漏源电压为某一个固定的数值时，使漏极电流为零的栅源电压称为夹断电压。数值时，使漏极电流为零的栅源电压称为夹断电压。（2）漏极饱和电流漏极饱和电流（IDSS）。当）。当UGS=0时的时的ID称为漏极称为漏极饱和电流。饱和电流。（3）漏源击穿电压漏源击穿电压（BUDS）。当）。当UGS一定时，使漏极一定时，使漏极电流急剧增加的漏源电压称为漏源击穿
44、电压。电流急剧增加的漏源电压称为漏源击穿电压。（4）低频小信号跨导低频小信号跨导（gm）。当）。当UDS为常数时，漏极为常数时，漏极电流的变化量与栅源电压的变化量之比称为跨导。电流的变化量与栅源电压的变化量之比称为跨导。7.4.3 7.4.3 结型场效应管特性结型场效应管特性参数参数617.4.2 7.4.2 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 绝缘栅场效应管是由金属、氧化物和半导体制绝缘栅场效应管是由金属、氧化物和半导体制成，故又称为金属成，故又称为金属氧化物氧化物半导体场效应管，简称半导体场效应管，简称MOS管。管。它有它有N沟道和沟道和P沟道两类，其中每类按照工作方式沟道两类，其中每类按照
45、工作方式又分为增强型和耗尽型两种。又分为增强型和耗尽型两种。1绝缘栅场效应管的结构绝缘栅场效应管的结构62绝缘栅型场效应管的结构与图形符号绝缘栅型场效应管的结构与图形符号N沟道沟道P沟道沟道 结构图结构图632NMOS管的伏安特性管的伏安特性 （1）转移特性。在）转移特性。在UDS一定的情况下，漏极电一定的情况下，漏极电流流iD与栅源电压与栅源电压UGS的关系称为转移特性。它反映了的关系称为转移特性。它反映了栅源电压栅源电压UGS对漏极电流对漏极电流iD的控制作用。的控制作用。（2）输出特性。在一定的情况下，漏极电流）输出特性。在一定的情况下，漏极电流iD与漏源电压与漏源电压UDS的关系称为输
46、出特性。其输出特性的关系称为输出特性。其输出特性曲线与结型场效应管相似，分为可变电阻区、恒流曲线与结型场效应管相似，分为可变电阻区、恒流区（放大区）、击穿区和截止区区（放大区）、击穿区和截止区4个域。个域。绝缘栅型场效应管伏安特性绝缘栅型场效应管伏安特性64 绝缘栅型场效应管伏安特性绝缘栅型场效应管伏安特性653 3MOS管的主要参数管的主要参数（1）跨导）跨导gm：与结型场效应管的相同。：与结型场效应管的相同。（2）开启电压）开启电压Uon：指管子截止与导通的分界点，：指管子截止与导通的分界点，是管子导通的最小电压值。是管子导通的最小电压值。（3）最大漏极电流）最大漏极电流IDM：是指管子正
47、常工作时所允：是指管子正常工作时所允许的漏极最大电流，使用时不要超过这个数值。许的漏极最大电流，使用时不要超过这个数值。（4）漏极最大耗散功率）漏极最大耗散功率PDM：是指正常工作时漏：是指正常工作时漏极耗散功率的最大值，使用时不要超过这个数值。极耗散功率的最大值，使用时不要超过这个数值。绝缘栅型场效应管主要参数绝缘栅型场效应管主要参数66重要知识点重要知识点66 本征半导体本征半导体：具有晶体结构的纯净半导体。具有晶体结构的纯净半导体。杂质半导体：杂质半导体：掺入杂质以后的半导体称为杂质半掺入杂质以后的半导体称为杂质半导体。根据掺入的杂质不同，杂质半导体分为导体。根据掺入的杂质不同，杂质半导
48、体分为N N型半导型半导体和体和P P型半导体型半导体两种。两种。PN PN结结：在在N N型半导体和型半导体和P P型半导体的交界面上形成型半导体的交界面上形成的一个由不能移动的正、负离子组成的空间电荷区。的一个由不能移动的正、负离子组成的空间电荷区。PNPN结具有单向导电性。结具有单向导电性。晶体二极管：晶体二极管：由一个由一个PNPN结加上电极引线和外壳封结加上电极引线和外壳封装，就构成一个半导体二极管，简称二极管，用装，就构成一个半导体二极管，简称二极管，用VDVD表表示。二极管示。二极管具有单向导电性。具有单向导电性。返回返回6767 晶体三极管晶体三极管：半导体三极管也称晶体三极管
49、，：半导体三极管也称晶体三极管，简称三极管，用简称三极管，用VTVT表示。它采用光刻、扩散等工艺在表示。它采用光刻、扩散等工艺在同一块半导体硅（或锗）片上掺杂形成同一块半导体硅（或锗）片上掺杂形成3 3个区、个区、2 2个个PNPN结，并从结，并从3 3个区各引出一根导线，作为个区各引出一根导线，作为3 3个电极就组成个电极就组成一个三极管。一个三极管。它的它的主要功能主要功能是具有是具有电流放大电流放大作用，是放大电路作用，是放大电路中的中的核心元件核心元件。重要知识点重要知识点68本章小结本章小结 电子电路中常用的半导体器件有晶体二极管、电子电路中常用的半导体器件有晶体二极管、晶体三极管及
50、场效应管。制造这些器件的主要材料是晶体三极管及场效应管。制造这些器件的主要材料是半导体。半导体。1 1半导体基础知识半导体基础知识 纯净半导体称为本征半导体，在常温下它的导电纯净半导体称为本征半导体，在常温下它的导电能力很差，本征半导体中有两种载流子，电子和空穴。能力很差，本征半导体中有两种载流子，电子和空穴。在本征半导体中掺入不同的杂质就形成在本征半导体中掺入不同的杂质就形成N N型半导体和型半导体和P P型半导体。型半导体。返回返回6969 N型半导体是在本征半导体中掺入型半导体是在本征半导体中掺入5价元素，多价元素，多数载流子是电子，少数载流子是空穴；数载流子是电子，少数载流子是空穴；P
