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第一章第一章　　半导体器件半导体器件1.1　半导体的特性　半导体的特性1.2　半导体二极管　半导体二极管1.3　双极型三极管　双极型三极管( (BJT) )1.4　场效应三极管　场效应三极管1.1　半导体的特性　半导体的特性半半导导体体：：导导电电性性能能介介于于导导体体和和半半导导体体之之间间的的物物质质大大多数半导体器件所用的主要材料是硅多数半导体器件所用的主要材料是硅( (Si) )和锗和锗( (Ge) )图图 1.1.1　硅原子结构　硅原子结构( (a) )硅的原子结构图硅的原子结构图 价电子价电子+4( (b) )简化模型简化模型1.1.1　　本征半导体本征半导体 +4+4+4+4+4+4+4+4+4　　　　完完全全纯纯净净的的、、不不含含其其他他杂杂质质且且具具有有晶晶体体结结构构的的半半导导体称为本征半导体体称为本征半导体 　　　　将将硅硅或或锗锗材材料料提提纯纯便便形形成成单单晶晶体体，，它它的的原原子子结结构构为为共共价价键键结结构价价电电子子共共价价键键图图 1.1.2　单晶体中的共价键结构　单晶体中的共价键结构　　　　当当温温度度 T = 0 K 时时，，半半导体不导电，如同绝缘体。

导体不导电，如同绝缘体+4+4+4+4+4+4+4+4+4图图 1.1.3　本征半导体中的　本征半导体中的 　　　　　　　　 自由电子和空穴自由电子和空穴自由电子自由电子空穴空穴 若若 T   ，，将将有有少少数数价价电电子子克克服服共共价价键键的的束束缚缚成成为为自自由由电电子子，，在在原原来来的的共共价价键键中中留留下下一一个个空空位位——空穴T   自自由由电电子子和和空空穴穴使使本本征征半半导导体体具具有有导导电电能能力力，，但很微弱但很微弱　　　　空空穴穴可可看看成成带带正正电电的的载流子1. 半导体中两种载流子半导体中两种载流子带带负电的负电的自由电子自由电子带带正电的正电的空穴空穴 　　　　2. 本本征征半半导导体体中中，，自自由由电电子子和和空空穴穴总总是是成成对对出出现现，，称为称为 电子电子 - 空穴对　　　　3. 本本征征半半导导体体中中自自由由电电子子和和空空穴穴的的浓浓度度用用 ni 和和 pi 表示，显然表示，显然 ni = pi 　　　　4. 由由于于物物质质的的运运动动，，自自由由电电子子和和空空穴穴不不断断的的产产生生又又不不断断的的复复合合。

在在一一定定的的温温度度下下，，产产生生与与复复合合运运动动会会达达到到平衡，载流子的浓度就一定了平衡，载流子的浓度就一定了　　　　5. 载载流流子子的的浓浓度度与与温温度度密密切切相相关关，，它它随随着着温温度度的的升升高，基本按指数规律增加高，基本按指数规律增加1.1.2　杂质半导体　杂质半导体N 型半导体型半导体P 型半导体型半导体一、一、 N 型半导体型半导体掺入少量的掺入少量的 5 价价杂质元素，如磷、锑、砷等杂质元素，如磷、锑、砷等　　电电子子浓浓度度多多于于空空穴穴浓浓度度，，即即 n >> p 电电子子为为多多数数载载流流子子，，空穴为少数载流子空穴为少数载流子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+4二、二、 P 型半导体型半导体　　掺入少量的　　掺入少量的 3 价价杂质元素，如硼、镓、铟等杂质元素，如硼、镓、铟等+3　　　　空空穴穴浓浓度度多多于于电电子子浓浓度度，，即即 p >> n空空穴穴为为多多数数载载流流子子，，电电子子为为少数载流子少数载流子受主受主原子原子空穴空穴图图 1.1.5　　P 型型半导体的晶体结构半导体的晶体结构1.2　半导体二极管　半导体二极管1.2.1　　PN 结及其单向导电性结及其单向导电性 在在一一块块半半导导体体单单晶晶上上一一侧侧掺掺杂杂成成为为 P 型型半半导导体体，，另另一一侧侧掺掺杂杂成成为为 N 型型半半导导体体，，两两个个区区域域的的交交界界处处就就形形成成了了一个特殊的薄层，一个特殊的薄层，称为称为 PN 结结。

PNPN结结图图 1.2.1　　PN 结的形成结的形成一、一、 PN 结中载流子的运动结中载流子的运动耗尽层耗尽层空间电荷区空间电荷区PN1. 扩散运动扩散运动　　　　2. 扩扩散散运运动动形成空间电荷区形成空间电荷区　　　　电电子子和和空空穴穴浓浓度度差差形形成成多多数数载载流流子子的的扩扩散散运运动—— PN 结结，，耗耗尽层图图 1.2.1PN3. 空间电荷区产生内电场空间电荷区产生内电场PN空间电荷区空间电荷区内电场内电场UD　　空间电荷区正负离子之间电位差　　空间电荷区正负离子之间电位差 UD —— 电位壁垒电位壁垒；；—— 内电场内电场；内电场阻止多子的扩散；内电场阻止多子的扩散 —— 阻挡层阻挡层　　　　4. 漂移运动漂移运动　　　　内内电电场场有有利利于于少少子子运运动动—漂漂移 少少子子的的运运动动与与多多子子运运动动方方向向相反相反 阻挡层阻挡层图图 1.2.1( (b) )5. 扩散与漂移的动态平衡扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；当扩散电流与漂移电流相等时，当扩散电流与漂移电流相等时，PN 结总的电流结总的电流空间电荷区的宽度约为几微米空间电荷区的宽度约为几微米 ~ 几十微米；几十微米；等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。

即等于零，空间电荷区的宽度达到稳定即扩散运动与扩散运动与漂移运动达到动态平衡漂移运动达到动态平衡电压壁垒电压壁垒 UD，，硅材料约为硅材料约为( (0.6 ~ 0.8) ) V, 锗材料约为锗材料约为( (0.2 ~ 0.3) ) V二、二、二、二、 PN PN 结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性结的单向导电性1. PN PN 外加正向电压外加正向电压又称正向偏置，简称正偏又称正向偏置，简称正偏外电场方向外电场方向内电场方向内电场方向空间电荷区空间电荷区VRI空间电荷区变窄，有利空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有于扩散运动，电路中有较大的正向电流较大的正向电流图图 1.2.2PN2. PN PN 结结结结外加反向电压外加反向电压( (反偏反偏) )　　　　不不利利于于扩扩散散运运动动，，有有利利于于漂漂移移运运动动，，漂漂移移电电流流大大于于扩扩散电流，电路中产生非常小的反向电流散电流，电路中产生非常小的反向电流 IS ；；空间电荷区空间电荷区　　　　反反向向电电流流又又称称反反向向饱饱和和电电流流对对温温度度十十分分敏敏感感，，随随着温度升高，着温度升高， IS 将急剧增大将急剧增大。

PN外电场方向外电场方向内电场方向内电场方向VRIS　　综上所述：　　综上所述：　　　　当当 PN 结结正正向向偏偏置置时时，，回回路路中中将将产产生生一一个个较较大大的的正正向向电电流流，， PN 结结处处于于 导导通通状状态态；；当当 PN 结结反反向向偏偏置置时时，，回回路路中中反反向向电电流流非非常常小小，，几几乎乎等等于于零零，， PN 结结处处于于截截止止状态状态　　可见，　　可见， PN 结具有结具有单向导电性单向导电性1.2.2　　二极管的伏安特性二极管的伏安特性　　　　将将 PN 结结封封装装在在塑塑料料、、玻玻璃璃或或金金属属外外壳壳里里，，再再从从 P 区和区和 N 区分别焊出两根引线作正、负极区分别焊出两根引线作正、负极二极管的结构：二极管的结构：( (a) )外形图外形图半导体二极管又称晶体二极管半导体二极管又称晶体二极管 (b) )符号符号图图 1.2.4　二极管的外形和符号　二极管的外形和符号半导体二极管的类型：半导体二极管的类型：　　按　　按 PN 结结构结结构分：分：有点接触型和面接触型二极管　有点接触型和面接触型二极管　　　　　按按用用途途划划分分：：有有整整流流二二极极管管、、检检波波二二极极管管、、稳稳压压二二极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等。

极管、开关二极管、发光二极管、变容二极管等按半导体材料分：按半导体材料分：有硅二极管、锗二极管等有硅二极管、锗二极管等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Si2代表二极管，代表二极管，3代表三极管代表三极管二极管的伏安特性二极管的伏安特性　　　　在在二二极极管管的的两两端端加加上上电电压压，，测测量量流流过过管管子子的的电电流流，，I = f ( (U ) )之间的关系曲线之间的关系曲线604020– 0.002– 0.00400.5 1.0–25–50I / mAU / V正向特性正向特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性死区电压死区电压击穿电压击穿电压U(BR)反反向向特特性性图图 1.2.5　二极管的伏安特性　二极管的伏安特性1. 正向特性正向特性当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。

当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零　　　　相相应应的的电电压压叫叫死死区区电电压压范范围围称称死死区区死死区区电电压压与与材材料料和和温温度度有有关关，，硅硅管管约约 0.5 V 左左右右，，锗锗管约管约 0.1 V 左右左右正向特性正向特性死区死区电压电压60402000.4 0.8I / mAU / V　　　　当当正正向向电电压压超超过过死死区区电电压压后后，，随随着着电电压压的的升升高高，，正正向向电电流流迅迅速速增大2. 反向特性反向特性– 0.02– 0.040–25–50I / mAU / V反向特性反向特性　　　　当当电电压压超超过过零零点点几几伏伏后后，，反反向向电电流流不不随随电电压压增增加加而而增增大，即饱和；大，即饱和；　　　　二二极极管管加加反反向向电电压压，，反反向电流很小；向电流很小；　　　　如如果果反反向向电电压压继继续续升升高高，，大大到到一一定定数数值值时时，，反反向向电电流会突然增大；流会突然增大；反向饱反向饱和电流和电流 这种现象称这种现象称击穿击穿，对应电压叫，对应电压叫反向击穿电压反向击穿电压　　　　击击穿穿并并不不意意味味管管子子损损坏坏，，若若控控制制击击穿穿电电流流，，电电压压降降低后，还可恢复正常。

低后，还可恢复正常击穿击穿电压电压U(BR)结论：结论：　　　　二二极极管管具具有有单单向向导导电电性性加加正正向向电电压压时时导导通通，，呈呈现现很很小小的的正正向向电电阻阻，，如如同同开开关关闭闭合合；；加加反反向向电电压压时时截截止止，，呈现很大的反向电阻，如同开关断开呈现很大的反向电阻，如同开关断开　　　　从从二二极极管管伏伏安安特特性性曲曲线线可可以以看看出出，，二二极极管管的的电电压压与与电电流流变变化化不不呈呈线线性性关关系系，，其其内内阻阻不不是是常常数数，，所所以以二二极极管管属于非线性器件属于非线性器件1.2.3　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 二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流2. 最高反向工作电压最高反向工作电压 UR　　　　工工作作时时允允许许加加在在二二极极管管两两端端的的反反向向电电压压值值通通常常将将击穿电压击穿电压 UBR 的一半定义为的一半定义为 UR 3. 反向电流反向电流 IR通常希望通常希望 IR 值愈小愈好值愈小愈好4. 最高工作频率最高工作频率 fM　　　　fM 值值主主要要 决决定定于于 PN 结结结结电电容容的的大大小小。

结结电电容容愈愈大大，，二极管允许的最高工作频率愈低二极管允许的最高工作频率愈低1.2.4　稳压管　稳压管　　　　一一种种特特殊殊的的面面接接触触型型半半导体硅二极管导体硅二极管　　　　稳稳压压管管用用于于稳稳压压时时工工作作于反向击穿区于反向击穿区 I/mAU/VO+  正向正向  +反向反向 U( (b) )稳压管符号稳压管符号( (a) )稳压管伏安特性稳压管伏安特性 I图图 1.2.6　稳压管的伏安特性和符号　稳压管的伏安特性和符号 稳压管的参数主要有以下几项：稳压管的参数主要有以下几项：1. 稳定电压稳定电压 UZ3. 动态内阻动态内阻 rZ2. 稳定电流稳定电流 IZ稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压 正正常常工工作作的的参参考考电电流流I < IZ 时时 ，，管管子子的的稳稳压压性性能能差差；； I > IZ ，，只要不超过额定功耗即可只要不超过额定功耗即可　　　　rZ 愈愈小小愈愈好好对对于于同同一一个个稳稳压压管管，，工工作作电电流愈大，流愈大， rZ 值值愈小。

愈小IZ = 5 mA rZ   16  IZ = 20 mA rZ   3  IZ/mA4. 电压温度系数电压温度系数  U　　　　稳稳压压管管电电流流不不变变时时，，环环境境温温度度每每变变化化 1 ℃ 引引起起稳稳定定电压变化的百分比电压变化的百分比 5. 额定功耗额定功耗 PZ额定功率决定于稳压管允许的温升额定功率决定于稳压管允许的温升PZ = UZIZPZ 会转化为热能，使稳压管发热会转化为热能，使稳压管发热电工手册中给出电工手册中给出 IZM，，IZM = PZ/UZ限流电阻限流电阻稳压管电路稳压管电路稳压管可串联使用（较常见），几个稳压管串联后，可获得稳压管可串联使用（较常见），几个稳压管串联后，可获得多个不同的稳压值，多个不同的稳压值，一般不并联使用几个稳压管并联后，稳压值将由最低一般不并联使用几个稳压管并联后，稳压值将由最低(包包括正向导通后的电压值括正向导通后的电压值)的一个来决定的一个来决定讨讨 论论 课课 题（一）题（一）如图所示硅稳压管稳压电路，要求输出直流电压如图所示硅稳压管稳压电路，要求输出直流电压6V1）试找出电路存在的）试找出电路存在的直观直观错误。

错误2）在电路修改正确后，若已知稳压管的）在电路修改正确后，若已知稳压管的IZmax=40mA,限流电阻选的是否合适？限流电阻选的是否合适？＋－UI＋－UORRLVDzUz=5V600Ω12~15V100Ω1.3　双极结型三极管　双极结型三极管( (BJT) )　　又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管　　又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管 (Bipolar Junction Transistor) )三极管的外形如下图所示三极管的外形如下图所示　　　　三三极极管管有有两两种种类类型型：：NPN 和和 PNP 型型主主要要以以 NPN 型为例进行讨论型为例进行讨论图图 1.3.1　三极管的外形　三极管的外形1.3.1　三极管的结构　三极管的结构　　常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型　　常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型图图1.3.2　三极管的结构　三极管的结构( (a) )平面型平面型( (NPN) )NecNPb二氧化硅二氧化硅e 发发射射极极，，b基基极极，， c 集电极图图 1.3.3　三极管结构示意图和符号　三极管结构示意图和符号　　　　( (a) )NPN 型型ecb符号符号集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 eNNP集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c发射极发射极 e基极基极 b　　cbe符号符号NNPPN图图 1.3.3　三极管结构示意图和符号　　　三极管结构示意图和符号　　( (b) )PNP 型型 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和工艺类型用字母表示材料和工艺类型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下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：3DG110B1.3.2　三极管载流子的运动　三极管载流子的运动和电流分配关系和电流分配关系以以 NPN 型三极管为例讨论型三极管为例讨论cNNPebbec表面看表面看　　三极管若实　　三极管若实现放大，必须从现放大，必须从三极管内部结构三极管内部结构和和外部所加电源外部所加电源的极性的极性来保证。

来保证　　不不具具备备放大作用放大作用三极管内部结构要求：三极管内部结构要求：NNPebcN N NP P P　　　　1. 发射区高掺杂发射区高掺杂　　　　2. 基基区区做做得得很很薄薄通通常常只只有有几几微微米米到到几几十十微微米米，，而而且且掺掺杂杂较较少少　　　　三三极极管管放放大大的的外外部部条条件件：：外外加加电电源源的的极极性性应应使使发发射射结处于正向偏置结处于正向偏置状态，而状态，而集电结处于反向偏置集电结处于反向偏置状态3. 集电结面积大集电结面积大三极管中载流子运动过程三极管中载流子运动过程⑴⑴ 发射区向基区注入电发射区向基区注入电子，形成电子电流子，形成电子电流IEn，，同时基区向发射区注入同时基区向发射区注入空穴，形成空穴电流空穴，形成空穴电流IEp，，因为因为IEn>>IEp，，所以发所以发射极电流射极电流IE≈IEn⑵⑵ 注入电子在基区注入电子在基区边扩散边复合，形成边扩散边复合，形成复合电流复合电流IBn⑶⑶ 集电区收集扩散来的电子，集电区收集扩散来的电子，形成集电极电流形成集电极电流IC⑷⑷ 集电结两边少子的漂移，形成集电结漂移电流，集电结两边少子的漂移，形成集电结漂移电流，通常称为反向饱和电流通常称为反向饱和电流ICBO。

电子注入电子注入复复合合少子漂移少子漂移beceRcRb　三极管的电流分配关系　三极管的电流分配关系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC = ICn + ICBO IE = ICn + IBn + IEp 　　= IEn+ IEp一一般般要要求求 ICn 在在 IE 中中占占的的比比例例尽尽量量大大而而二二者者之之比比称称共共基基直直流流电流放大系数电流放大系数，即，即一般可达一般可达 0.95 ~ 0.99 IB + ICBO = IBn + IEpIE = IC + IB三个极的电流之间满足三个极的电流之间满足节点电流定律，即节点电流定律，即IE = IC + IB代入代入( (1) )式，得式，得其中：其中：共射直流电流放共射直流电流放大系数上式后一项常用穿透电流上式后一项常用穿透电流ICEO 表示当当 ICEO<< IC 时，忽略时，忽略 ICEO，，则由上式可得则由上式可得三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系交交流流放放大大倍倍数数   和和   的的定定义义，，根根据据三三极极管管中中三三个个电电流流的关系，可得的关系，可得故故   与与   两个参数之间满足以下关系：两个参数之间满足以下关系：1.3.3　三极管的特性曲线　三极管的特性曲线1 1 输入特性输入特性2 输出特性输出特性OIB/ AiC / mAuCE /V100 µA80µA60 µA40 µA20 µAiB = 00 2 4 6 8 4321饱饱和和区区放放大大区区截止区截止区IC / mAUCE /V100 µA80µA60 µA40 µA20 µAIB =0O 5 10 154321饱和管压降饱和管压降 UCES < 0.4 V( (硅管硅管) )，，UCES< 0. 2 V( (锗管锗管) )，通常分别取，通常分别取0.3 V和和0.1 V饱饱和和区区放放大大区区截止区截止区发射结正偏发射结正偏放大放大i C=   iB集电结反偏集电结反偏饱和饱和 i C ＜＜   iB两个结正偏两个结正偏I CS=   IBS临界临界截止截止iB ≈ 0, iC ≈ 0电流关系电流关系状态状态 条条 件件两个结反偏两个结反偏Je正偏正偏 Jc零偏零偏或或Je正向电压正向电压<0.5V判断判断BJTBJT工作状态工作状态————电压比较法电压比较法(NPN)(NPN)Je正偏电压小于死区电压，正偏电压小于死区电压，Jc反偏反偏BJT截止截止Je正偏正偏放大还是饱和？放大还是饱和？先求先求IB假设放大，再求假设放大，再求IC求求UCE后与后与UBE比较比较UCE > UBEBJT放大放大UCE < UBEBJT饱和饱和I C =   IBUCE = UBEBJT临界饱和临界饱和若饱和若饱和,则需利用则需利用UCES重新计算重新计算ICVCCVBBRbRc10V2V2KΩ20KΩ+UBE—+UCE—IBICP37 题题1－－14（（a）） ：已知三极管：已知三极管β=50，，UBE  0.7V 。

试估算试估算电路中的电路中的IC 、、UCE，判断工作状态判断工作状态解解: (1)Je正偏导通正偏导通. 求求IB(2)(3) 求求UCEI C ＝＝   IB＝＝3.25mA假设放大，求假设放大，求ICUCE > UBEBJT放大放大1.3.4　三极管的主要参数　三极管的主要参数一、电流放大系数一、电流放大系数是是表征管子放大作用的参数有以下几个：表征管子放大作用的参数有以下几个：1. 共射电流放大系数共射电流放大系数  2. 共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数3. 共基电流放大系数共基电流放大系数  4. 共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数二、反向饱和电流二、反向饱和电流1. 集电极和基极之间的反向饱和电流集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO2.集电极和发射极之间的反向饱和电流集电极和发射极之间的反向饱和电流 ICEO 小小功功率率锗锗管管 ICBO 约约为为几几微微安安；；硅硅管管的的 ICBO 小小，，有的为纳安数量级有的为纳安数量级当当 b 开路时，开路时， c 和和 e 之间的电流之间的电流——穿透电流穿透电流 值值愈大，则该管的愈大，则该管的 ICEO 也愈大。

也愈大三、三、 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在在 IC = ICM 时，时，   值下降到额定值的三分之二值下降到额定值的三分之二2. 集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率 PCM过过损损耗耗区区安安全全 工工 作作 区区ICUCE < PCM 为安全工作区为安全工作区ICUCE > PCM 为过损耗区为过损耗区ICUCEOPCM = ICUCE安安全全 工工 作作 区区安安全全 工工 作作 区区过过损损耗耗区区过过损损耗耗区区3. 极间反向击穿电压极间反向击穿电压外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压　　　　U(BR)CEO：： 基基 极极 开开 路路 时时 ，，集集电电极极和和发发射射极极之之间间的的反反向击穿电压向击穿电压　　　　U(BR)CBO：：发发射射极极开开路路时时，，集集电电极极和和基基极极之之间间的的反向击穿电压。

反向击穿电压　　　　安安全全工工作作区区同同时时要要受受 PCM、、ICM 和和U(BR)CEO限制过过压压区区ICU(BR)CEOUCEO过过损损耗耗区区安安全全 工工 作作 区区ICM过流区过流区图图 1.3.10　三极管的安全工作区　三极管的安全工作区+0.7V0V+5V 题题1－－13 判断三极管的工作状态判断三极管的工作状态(a)+2V+12V+12V(b)+0.3V0V-5V(e)+11.7V+12V+8V(h)E结正偏，结正偏，c结反偏结反偏——放大放大E结反偏，结反偏，c结反偏结反偏——截止截止E结反偏，结反偏，c结反偏结反偏——截止截止E结正偏，结正偏，c结反偏结反偏——放大放大 题题1－－15（（a）） 测得放大电路中测得放大电路中BJTBJT的各极电位的各极电位如图所示，试识别管脚，并判断是如图所示，试识别管脚，并判断是NPNNPN型，还型，还是是PNPPNP型，硅管还是锗管型，硅管还是锗管123(+3V)(+9V)(+3.2V)解解: (1) 电位居中的是电位居中的是b极极3：是：是b极极 (2) 与与b极电位差将近极电位差将近0.3V或或0.7V 的是的是e极极1：是：是e极极 电位差将近电位差将近0.3V——锗管锗管 电位差将近电位差将近0.7V ——硅管硅管是锗管是锗管 (3) 2：是：是c极极 c极电位最高极电位最高——NPN型型 c极电位最低极电位最低——PNP型型NPN型型本本 章章 作作 业业•题题1－－13 （（c）） （（d）（）（f）） （（g））•题题1－－14 （（b）） （（c））•题题1－－15 （（b））讨讨 论论 课课 题（二）题（二）•在设计某单管放大电路时，若电路处理的信号在设计某单管放大电路时，若电路处理的信号频率为频率为20KHz，要求三极管的集电极最大允许，要求三极管的集电极最大允许功耗功耗≥5W。

应该选择什么类型的三极管？请从应该选择什么类型的三极管？请从以下三极管中选择一个合适的，说明理由以下三极管中选择一个合适的，说明理由 3DG81A 3DK7B 3DD13001 3AX52A 3DD1531.4　场效应三极管　场效应三极管　　　　只只有有一一种种载载流流子子参参与与导导电电(单单极极型型器器件件)，，且且利利用用电电场场效效应应来来控控制制电电流流的的三三极极管管，，称称为为场场效效应应管管，，也也称称单单极极型三极管型三极管场效应管分类场效应管分类结型结型场效应管场效应管 JFET绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管 MOSFET1.4.2　绝缘栅型场效应管　绝缘栅型场效应管 由由金金属属、、氧氧化化物物和和半半导导体体制制成成称称为为金金属属-氧氧化化物物-半导体场效应管半导体场效应管，或简称，或简称 MOS 场效应管场效应管特点：输入电阻可达特点：输入电阻可达 109   以上类型类型N 沟道沟道P 沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型UGS = 0 时漏源间存在导电沟道称时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管；耗尽型场效应管；UGS = 0 时漏源间不存在导电沟道称时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。

增强型场效应管一、一、N 沟道增强型沟道增强型 MOS 场效应管场效应管1. 结构结构P 型衬底型衬底N+N+BGSDSiO2源极源极 S漏极漏极 D衬底引线衬底引线 B栅极栅极 G图图 1.4.6　　N 沟道增强型沟道增强型MOS 场效应管的结构示意图场效应管的结构示意图2. 工作原理工作原理 绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管利利用用 UGS 来来控控制制““感感应应电电荷荷””的的多多少少，，改改变变由由这这些些““感感应应电电荷荷””形形成成的的导导电电沟沟道道的的状状况况，，以以控制漏极电流控制漏极电流 ID工作原理分析工作原理分析( (1) )UGS = 0 漏漏源源之之间间相相当当于于两两个个背背靠靠背背的的 PN 结结，，无无论论漏漏源源之之间间加加何何种极性电压，种极性电压，总是不导电总是不导电SBD( (2) ) UDS = 0，，0 < UGS < UTP 型衬底型衬底N+N+BGSD P 型型衬衬底底中中的的电电子子被被吸吸引引靠靠近近 SiO2 与与空空穴穴复复合合，，产产生生由由负负离离子子组组成成的的耗耗尽尽层层。

增大增大 UGS 耗尽层变宽耗尽层变宽VGG               ( (3) ) UDS = 0，，UGS ≥ UT　　由于吸引了足够多的电子，　　由于吸引了足够多的电子，会在耗尽层和会在耗尽层和 SiO2 之间形成可移动的表面电荷层之间形成可移动的表面电荷层 ——     N 型沟道型沟道反反型型层层、、N 型型导导电电沟沟道道 UGS 升升高高，，N 沟沟道道变变宽宽因因为为 UDS = 0 ，，所以所以 ID = 0UT 为开始形成反型层所需的为开始形成反型层所需的 UGS，，称称开启电压开启电压( (4) ) UDS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响 ( (UGS > UT) )　　　　导导电电沟沟道道呈呈现现一一个个楔楔形形漏极形成电流漏极形成电流 ID b. UDS= UGS – UT，， UGD = UT　　　　靠靠近近漏漏极极沟沟道道达达到到临临界界开开启程度，出现预夹断启程度，出现预夹断c. UDS > UGS – UT，， UGD < UT　　　　由由于于夹夹断断区区的的沟沟道道电电阻阻很很大大，，UDS 逐逐渐渐增增大大时时，，导导电电沟道两端电压基本不变，沟道两端电压基本不变，ID 因而基本不变。

因而基本不变a. UDS < UGS – UT ，，即即 UGD = UGS – UDS > UTP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区夹断区DP型衬底型衬底N+N+BGSVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区夹断区图图 1.4.8　　UDS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响( (a) ) UGD > UT( (b) ) UGD = UT( (c) ) UGD < UT3. 特性曲线特性曲线( (a) )转移特性转移特性( (b) )漏极特性漏极特性UGS < UT ，，ID = 0；；　　UGS ≥ UT，，形形成成导导电电沟沟道道若若UDS > 0，，随随着着 UGS 增增加加，，ID 逐渐增大逐渐增大 (当当 UGS ≥ UT 时时) )三三个个区区：：可可变变电电阻阻区区、、恒恒流流区区( (或饱和区或饱和区) )、、击穿区UT 2UTIDOUGS /VID /mAO图图 1.4.9 ( (a) )图图 1.4.9 ( (b) )ID/mAUDS /VO预夹断轨迹预夹断轨迹恒流区恒流区击穿区击穿区 可变可变电阻区电阻区截止区截止区恒恒流流区区工工作作条条件件：：UGS > UT,UDS > UGS – UT二、二、N 沟道耗尽型沟道耗尽型 MOS 场效应管场效应管P型衬底型衬底N+N+BGSD++++++　　　　制制造造过过程程中中预预先先在在二二氧氧化化硅硅的的绝绝缘缘层层中中掺掺入入正正离离子子，，这这些些正正离离子子电电场场在在 P 型型衬衬底底中中““感感应应””负负电电荷荷，，形形成成““反反型层型层””。

即使即使 UGS = 0 也会形成也会形成 N 型导电沟道型导电沟道　　　　UGS = 0，，UDS > 0，，产产生生较大的漏极电流；较大的漏极电流；　　　　UGS < 0，，绝绝缘缘层层中中正正离离子子感感应应的的负负电电荷荷减减少少，，导导电电沟道变窄，沟道变窄，ID 减小；减小；　　　　UGS =   UP , 感感应应电电荷荷被被““耗尽耗尽””，，ID   0UP 称为夹断电压称为夹断电压图图 1.4.10N 沟道耗尽型沟道耗尽型 MOS 管特性管特性工作条件：工作条件：UDS > 0；；UGS 正、负、正、负、零均可ID/mAUGS /VOUP( (a) )转移特性转移特性IDSSSGDB( (b) )漏极特性漏极特性ID/mAUDS /VO+1VUGS=0 3 V 1 V 2 V43215101520图图 1.4.11　特性曲线　特性曲线1.4.3　场效应管的主要参数　场效应管的主要参数一、直流参数一、直流参数1.饱和漏极电流饱和漏极电流 IDSS2. 夹断电压夹断电压 UP3. 开启电压开启电压 UT4. 直流输入电阻直流输入电阻 RGS为耗尽型场效应管的一个重要参数。

为耗尽型场效应管的一个重要参数为增强型场效应管的一个重要参数为增强型场效应管的一个重要参数为耗尽型场效应管的一个重要参数为耗尽型场效应管的一个重要参数　　输入电阻很高结型场效应管一般在　　输入电阻很高结型场效应管一般在 107   以上，绝以上，绝缘栅场效应管更高，一般大于缘栅场效应管更高，一般大于 109  二、交流参数二、交流参数1. 低频跨导低频跨导 gm2. 极间电容极间电容 用以描述栅源之间的电压用以描述栅源之间的电压 UGS 对漏极电流对漏极电流 ID 的控的控制作用单位：单位：ID 毫安毫安( (mA) )；；UGS 伏伏( (V) )；；gm 毫西门子毫西门子( (mS) ) 这这是是场场效效应应管管三三个个电电极极之之间间的的等等效效电电容容，，包包括括 CGS、、CGD、、CDS 极极间间电电容容愈愈小小，，则则管管子子的的高高频频性性能能愈愈好好一一般为几个皮法般为几个皮法三、极限参数三、极限参数1. 漏极最大允许耗散功率漏极最大允许耗散功率 PDM2. 漏源击穿电压漏源击穿电压 U(BR)DS3. 栅源击穿电压栅源击穿电压U(BR)GS 由由场场效效应应管管允允许许的的温温升升决决定定。

漏漏极极耗耗散散功功率率转转化化为为热能使管子的温度升高热能使管子的温度升高当当漏极电流漏极电流 ID 急剧上升产生雪崩击穿时的急剧上升产生雪崩击穿时的 UDS 场场效效应应管管工工作作时时，，栅栅源源间间 PN 结结处处于于反反偏偏状状态态，，若若UGS > U(BR)GS ，，PN 将将被被击击穿穿，，这这种种击击穿穿与与电电容容击击穿穿的的情情况类似，属于破坏性击穿况类似，属于破坏性击穿种种 类类符符 号号转移特性转移特性漏极特性漏极特性 结型结型N 沟道沟道耗耗尽尽型型 结型结型P 沟道沟道耗耗尽尽型型 绝缘绝缘栅型栅型 N 沟道沟道增增强强型型SGDSGDIDUGS= 0V+ +UDS+ ++ +o oSGDBUGSIDOUT表表 1-1　各类场效应管的符号和特性曲线　各类场效应管的符号和特性曲线+UGS = UTUDSID+++OIDUGS= 0V   UDSOUGSIDUPIDSSOUGSID /mAUPIDSSO种种 类类符符 号号转移特性转移特性漏极特性漏极特性绝缘绝缘栅型栅型N 沟道沟道耗耗尽尽型型绝缘绝缘栅型栅型P 沟道沟道增增强强型型耗耗尽尽型型IDSGDBUDSID_UGS=0+__OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_ _IDUGS=UTUDS_ _o o_ _UGS= 0V+ +_ _IDUDSo o+ +。