模拟电子技术PPT电子课件教案第一章 常用半导体器件.ppt

模拟电子技术模拟电子技术 第一章第一章 常用半导体器件常用半导体器件1.1 1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.3 1.3 双极型晶体管双极型晶体管1.4 1.4 场效应管场效应管主要内容1.1 1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识所有物质按导电能力的强弱可分为导体、绝缘体、半导体三大类所有物质按导电能力的强弱可分为导体、绝缘体、半导体三大类 典型的半导体：典型的半导体： 硅硅Si 、、锗锗Ge，，都是都是4价元素价元素硅原子硅原子锗原子锗原子硅硅和和锗锗最最外外层层轨轨道道上上的的四个电子称为四个电子称为价电子价电子把把内内层层电电子子和和原原子子核核作作为一个整体称为为一个整体称为惯性核惯性核半导体器件：用半导体材料制成的电子器件半导体器件：用半导体材料制成的电子器件分类：双极型与单极型半导体器件分类：双极型与单极型半导体器件半导体器件导电性能特点：半导体器件导电性能特点：具有光敏性和热敏性具有光敏性和热敏性具有掺杂性具有掺杂性 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，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1.1.1 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（单晶体）化学成分纯净的半导体晶体（单晶体）制制造造半半导导体体器器件件的的半半导导体体材材料料的的纯纯度度要要达达到到99.9999999%，，常常称为称为“九个九个9”     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 当当温温度度升升高高或或受受到到光光的的照照射射时时，，束束缚缚电电子子能能量量增增高高，，有有的的电电子子可可以以挣挣脱脱原原子子核核的的束束缚缚，，而而参参与与导导电电，，成成为为自自由由电电子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 本征激发同时产生电本征激发同时产生电子空穴对子空穴对 外加能量越高（外加能量越高（温温度越高），产生的电子度越高），产生的电子空穴对越多空穴对越多与与本征激发本征激发相反的现相反的现象象——复合复合自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴空穴电子空穴对电子空穴对自由电子自由电子 带负电荷带负电荷 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 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热平衡载流子浓度热平衡载流子浓度在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达到动在一定温度下，本征激发和复合同时进行，达到动态平衡电子空穴对的浓度一定电子空穴对的浓度一定常温常温300K时：时：硅：硅：锗：锗：电子空穴对的浓度电子空穴对的浓度 A A为常数，为常数，k k是波尔兹曼常数，是波尔兹曼常数，E Eg0g0是是T=0KT=0K时的禁带宽度时的禁带宽度 （（P4P4）由 的大小和原子密度相比较，可知 仅为原子密度的三万亿分之一故本征半导体的导电能力很弱1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体     在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为半导体称为杂质半导体杂质半导体1.1. N型半导体型半导体         在本征半导体中掺入五价杂质元素，例在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，砷等，称为如磷，砷等，称为N型半导体型半导体 N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子硅原子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 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、镓等空空穴穴硼原子硼原子硅原子硅原子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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——与温度有关与温度有关多子浓度多子浓度——与温度无关与温度无关多子和少子热平衡浓度多子和少子热平衡浓度N型半导体中：P型半导体中：1.1.3 1.1.3 两种导电机理两种导电机理------漂移和扩散漂移和扩散一、一、漂移和漂移电流漂移和漂移电流 在外加电场的作用下，载流子产生定向运动，形成电流二、扩散与扩散电流二、扩散与扩散电流 由浓度差引起载流子的由浓度差引起载流子的定向运动定向运动运动运动方式方式产生原因产生原因载流子运动方向载流子运动方向电流方向电流方向扩散扩散浓度不均浓度不均浓浓  低低漂移漂移电场力作电场力作用用同电场方向同电场方向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1.1.4 1.1.4 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  动画PN结形成少子飘移少子飘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，E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 0.1V当扩散和漂移达到平衡时，由内建电场当扩散和漂移达到平衡时，由内建电场E产生的产生的电位差称为内建电位差电位差称为内建电位差VB：：-xpxnVBP+NV0T=300KT=300K时，时，V VT T≈26mV≈26mV在室温时：在室温时： 锗锗的的VB ≈0.2≈0.2～～0.3V0.3V 硅硅的的VB ≈0.5≈0.5～～0.7V0.7V阻挡层宽度向低掺杂一方扩展阻挡层宽度向低掺杂一方扩展2. PN结的伏安特性结的伏安特性(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 D D正向电流正向电流 正正向向特特性性(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 T TPN      在一定的温度下，由本在一定的温度下，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IT基本上与外加基本上与外加反压的大小无关反压的大小无关，，所以称所以称为为反向饱和电流反向饱和电流但IT与温与温度有关 反反向向特特性性 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 结论：结论：PN结具有单向导电性结具有单向导电性3. PN结结的伏安特性曲线及表达式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ID（多子扩散）（多子扩散）IT（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热击穿热击穿——烧坏烧坏PN结结电击穿电击穿——可逆可逆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 其中其中k为玻耳兹曼常数为玻耳兹曼常数 1.38×10－－23q 为电子电荷量为电子电荷量1.6×10－－9T 为热力学温度为热力学温度当当 u>0 u>>UT时时当当 u<0 |u|>>|U T |时时4.4.温度特性温度特性温度升高时，温度升高时，PN结两边的热平衡少子浓度相结两边的热平衡少子浓度相应增加，从而导致应增加，从而导致PN结的反向饱和电流结的反向饱和电流IS增增大温度每增加大温度每增加10℃，，IS约增加一倍约增加一倍。

5.PN5.PN结击穿特性结击穿特性一一.雪崩击穿：雪崩击穿： 发生在发生在低低掺杂的掺杂的PN结中，结中， V（（BR））>6V应用应用------稳压二极管：根据稳压二极管：根据PNPN结击穿后，结击穿后，两端电压几乎不变，只要限制反向电流，两端电压几乎不变，只要限制反向电流，使使PNPN结不被烧坏，可的一稳定电压结不被烧坏，可的一稳定电压二二.齐纳击穿：齐纳击穿： 发生在发生在高高掺杂的掺杂的PN结中，结中，V（（BR））<6V高掺杂时的阻挡层很薄，高掺杂时的阻挡层很薄，内建电场很强，足以把阻挡层内中性原内建电场很强，足以把阻挡层内中性原子的价电子直接从共价键中拉出来，产子的价电子直接从共价键中拉出来，产生自由电子空穴对生自由电子空穴对----场致激发，产生大场致激发，产生大量的载流子，而反向击穿量的载流子，而反向击穿4. 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CT =CT（（0））/（（1-V/VB））n(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。

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）应用应用------变容二极管：变容二极管：PN结外加反向电压时反向结外加反向电压时反向电流很小，近似开路，成为由势垒电容电流很小，近似开路，成为由势垒电容CT构成的构成的较理想的电容器件，其增量电容值随外加反向电较理想的电容器件，其增量电容值随外加反向电压而变化压而变化PN结电容结电容 Cj=CT+CD外加正向电压时，外加正向电压时，CD很大，且很大，且CD>>CT，，Cj≈CD外外加反向电压时，加反向电压时，CD趋于零，趋于零，Cj≈CTCV V01.2 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-二极管按结构分三大类：二极管按结构分三大类：(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和变频等高频电路1. 二极管分类：二极管分类：(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，用于工频大电流整流电路于工频大电流整流电路二极管的几种外形二极管的几种外形2. 半导体二极管的型号半导体二极管的型号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 1.2.2  二极管的二极管的V—A特性曲线特性曲线         硅：硅：0.5 V 锗：锗： 0.1 V导通压降导通压降反向饱和电流反向饱和电流死区死区电压电压击穿电压击穿电压UBR实验曲线实验曲线锗锗硅：硅：0.7V 0.7V 锗：锗：0.25V0.25V(2) (2) 反向特性反向特性uEiVuA(1) (1) 正向特性正向特性uEiVmA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正向极管的最大正向电流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)最高反向工作电压最高反向工作电压UR R——       指保证二极管不被反向击穿指保证二极管不被反向击穿所给出的最高反向工作电压通所给出的最高反向工作电压通常为反向击穿电压的一半常为反向击穿电压的一半1.2.3. 二极管的主要参数二极管的主要参数 (4) 最高工作频率最高工作频率fM—— 保证二极管具有良好导电性能的最高频率保证二极管具有良好导电性能的最高频率 (3) 反向电流反向电流I IR R——       在室温下，在规定的反向电在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值硅二极管的压下的反向电流值硅二极管的反向电流一般在纳安反向电流一般在纳安(nA)级；锗级；锗二极管在微安二极管在微安( A)级级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压近似为常数稳定稳定电压电压1.2.4 特殊二极管特殊二极管        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在反向击穿区的特殊二极管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 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，下，所对应的反向工作电压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小，反映稳压管的击穿特性愈陡愈陡  (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IZ＜＜IZmin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稳压电路稳压电路1. 1. 稳压原理稳压原理——利用稳压管的反向击穿特性利用稳压管的反向击穿特性 由由于于反反向向特特性性陡陡直直，，较较大大的的电电流流变变化化，，只只会会引引起起较较小小的电压变化的电压变化稳压原理：稳压原理：(1) (1) 当输入电压变化时当输入电压变化时UiUZUoUoURIIZ(2)(2)当负载电流变化时当负载电流变化时稳压过程：稳压过程： ILUoURUoIZIR稳压二极管光敏二极管发光二极管变容二极管1.2.5 二极管的等效电路二极管的等效电路信号模型：信号模型： (a) 小信号模型   (b) 折线模型   (c) 恒压降模型   (d) 理想模型1.2.6 二极管应用电路二极管应用电路整流整流将交流电转换成直流电的变换称之将交流电转换成直流电的变换称之为为整流整流                 单向半波整流          单向全波整流限幅电路：限幅电路：利用二极管在正向电压超过阈值电压Vth时导通，使信号的幅值电压限制在一定范围内钳位电路：钳位电路：利用二极管在正向电压超过阈值电压Vth时导通，使信号的幅值电压限制在一定范围内 1.3 双极型晶体管 半半导导体体三三极极管管，，也也叫叫晶晶体体三三极极管管。

由由于于工工作作时时，，多多数数载载流流子子和和少少数数载载流流子子都都参参与与运运行行，，因因此此，，还还被被称称为为双双极极型型晶晶体体管管（（Bipolar Junction Transistor,简简称称BJT）） BJT是由两个是由两个PN结组成的结组成的1.3.1 1.3.1 BJT的结构的结构NPN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1.3.2 1.3.2 BJT的三种连接方式的三种连接方式共射极共集电极共基极 三极管在工作时要三极管在工作时要加上适当的直流偏加上适当的直流偏置电压置电压若在放大工作状态：若在放大工作状态：发射结正偏：发射结正偏：+UCE －－＋＋UBE－－＋＋UCB－－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> 0共发射极接法共发射极接法c区区b区区e区区1.3.3 1.3.3 三极管的放大作用三极管的放大作用 （（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 ，，形成了扩形成了扩散电流散电流IEN 。

同时从基区向发射区同时从基区向发射区也有空穴的扩散运动，形成的电流也有空穴的扩散运动，形成的电流为为IEP但其数量小，可忽略但其数量小，可忽略 所所以发射极电流以发射极电流I E ≈ I EN （（2）发射区的电子注）发射区的电子注入基区后，变成了少数载入基区后，变成了少数载流子少部分遇到的空穴流子少部分遇到的空穴复合掉，形成复合掉，形成IBN所以基基极电流极电流I B ≈ I BN 大部分到大部分到达了集电区的边缘达了集电区的边缘1．．BJT内部的载流子传输过程内部的载流子传输过程（（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 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2．电流分配关系．电流分配关系三个电极上的电流关系三个电极上的电流关系:IE =IC+IB定义：定义：(1)(1)IC与与I E之间的关系之间的关系:所以所以:其值的大小约为其值的大小约为0.90.9～～0.990.99 (2)IC与与I B之间的关系：之间的关系：联立以下两式联立以下两式：：得：得：所以所以：：得：得：令令：：(1) (1) 输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE)  uCE=const（（1））uCE=0V时，相当于两个时，相当于两个PN结并联。

结并联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 减小特性曲线将向右稍微移动一些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 0.3V1.3.4 1.3.4 三极管的特性曲线三极管的特性曲线 (2)输出特性曲线输出特性曲线 iC=f(uCE)  iB=const 现以现以iB=60uA一条加以说明一条加以说明 （（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=02）） 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=其他值的曲线其他值的曲线                                                             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: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uCE＜＜0.7 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 此时，发此时，发 射结正偏，集电射结正偏，集电 结反偏 该区中有：该区中有：饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区1.电流放大系数电流放大系数（（2 2）共基极电流放大系数：）共基极电流放大系数： iCE△=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAI△BBBIBiIBI =100uACBI=60uAi一般取一般取20~200之间之间2.31.5（（1 1）共发射极电流放大系数：）共发射极电流放大系数：1.3.5 1.3.5 三极管的主要参数三极管的主要参数 2.极间反向电流极间反向电流 （（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 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ICBOecbICEO 3.极限参数极限参数 Ic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 值值的的70％时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许％时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流电流ICM1）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 PCM< PCM （（3）反向击穿电压）反向击穿电压 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： ①① 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 ②② 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③③ U（（BR））CEO——基基极极开开路路时时，，集集电电极极与与发发射射极极之之间间允许的最大反向电压允许的最大反向电压 在实际使用时，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1.3.6 1.3.6 温度对三极管参数的影响温度对三极管参数的影响 1.4 场效应管 BJT是是一一种种电电流流控控制制元元件件(iB~ iC)，，工工作作时时，，多多数数载载流流子子和和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件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结型场效应管结型场效应管 场场效效应应管管（（Field Effect Transistor简简称称FET））是是一一种种电电压压控控制制器器件件(uGS~ iD) ，，工工作作时时，，只只有有一一种种载载流流子子参参与与导导电电，，因因此此它它是是单极型器件。

单极型器件 FET因因其其制制造造工工艺艺简简单单，，功功耗耗小小，，温温度度特特性性好好，，输输入入电电阻阻极极高等优点，得到了广泛应用高等优点，得到了广泛应用1.4.1 结型场效应管的工作原理结构和符号N沟道P沟道 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   在栅源间加负电压在栅源间加负电压uGS ，令，令uDS =0 ①①当当uGS=0时，为平衡时，为平衡PN结，导电结，导电沟道最宽沟道最宽②②当当│uGS│↑时，时，PN结反偏，耗尽层变宽，导电沟道结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大变窄，沟道电阻增大③③当当│uGS│↑到一定值时到一定值时 ，沟道会完全合拢沟道会完全合拢定义：定义： 夹断电压夹断电压UP——使导电沟道完全合拢（消失）所需使导电沟道完全合拢（消失）所需要的栅源电压要的栅源电压uGS                         （（2 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 ①①当当uDS=0时，时， iD=0②②uDS↑→iD ↑ →靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布呈楔形分布③③当当uDS ↑，使，使uGD=uG S- uDS=UP时，在靠漏极处夹时，在靠漏极处夹断断——预夹断预夹断前，预夹断前， uDS↑→iD ↑预夹断后，预夹断后， iDS↑→iD 几乎不变几乎不变④④uDS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 结型场效应管JFET的特性曲线3.特性曲线①可变电阻区：当漏源电压uDS很小时，场效应管工作于该区此时，导电沟道畅通，场效应管的漏源之间相当于一个电阻一在栅、源电压uGS一定时，沟道电阻也一定，iD随uGS增大而线性增大但当栅源电压变化时，特性曲线的斜率也随之发生变化可以看出，栅源电压uDS无关，我们称这个区域为恒流区，也称为放大区在恒流区，iD主要由栅源电压uGS决定②恒流区：随着uDS增大到一定程度，iD的增加变慢，以后iD基本恒定，而与漏源电压uDS无关，我们称这个区域为恒流区，也称为放大区。

在恒流区，iD主要由栅源电压uGS决定③击穿区：如果继续增大uDS到一定值后，漏、源极之间会发生击穿，漏极电流iD急剧上升，若不加以限制，管子就会损坏④夹断区：当uGS负值增加到夹断电压uGS（off）后，iD≈0，场效应管截止 转移特性曲线：转移特性曲线： iD=f（ uGS ）│uDS=常数常数 可根据输出特性曲线作出可根据输出特性曲线作出移特性曲线移特性曲线例：作例：作uDS=10V的一条的一条转移特性曲线：转移特性曲线：1.4.2 绝缘栅场效应管 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 ( Metal Oxide Semiconductor 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 1.1.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和和 衬底衬底B符号：符号：    当当uGS＞＞0V时时→纵向电场纵向电场→将靠近栅极下方的空穴向将靠近栅极下方的空穴向下排斥下排斥→耗尽层。

耗尽层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之间加上电压也不会形成电流，即管子截止之间加上电压也不会形成电流，即管子截止    再增加再增加uGS→纵向电场纵向电场↑→将将P区少子电子聚集到区少子电子聚集到P区表面区表面→形成导电沟道，形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流就可以形成漏极电流id①①栅源电压栅源电压uGS的控制作用的控制作用     定义：定义： 开启电压（开启电压（ UT））——刚刚产生沟道所需的刚刚产生沟道所需的栅源电压栅源电压UGS   N沟道增强型沟道增强型MOS管的基本特性：管的基本特性： uGS ＜＜ UT，管子截止，，管子截止， uGS ＞＞UT，管子导通管子导通 uGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压越大，沟道越宽，在相同的漏源电压uDS作作用下，漏极电流用下，漏极电流ID越大 ②②漏源电压漏源电压uDS对漏极电流对漏极电流id的控制作用的控制作用    当当uGS＞＞UT，且固定为某一值时，来分析漏源电，且固定为某一值时，来分析漏源电压压VDS对漏极电流对漏极电流ID的影响。

的影响设（设UT=2V，， uGS=4V）） （（a））uds=0时，时， id=0b））uds ↑→id↑；； 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=UT时，时，沟道靠漏区夹断，称为沟道靠漏区夹断，称为预夹断预夹断d））uds再增加，预夹断区再增加，预夹断区加长，加长， uds增加的部分基本降增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，落在随之加长的夹断沟道上， id基本不变基本不变（（3 3）特性曲线）特性曲线   四个区：四个区：（（a）可变电阻区）可变电阻区（预夹断前）预夹断前） ①①输出特性曲线：输出特性曲线：iD=f(uDS) uGS=const（（b）恒流区也称饱和）恒流区也称饱和 区（预夹断区（预夹断 后） （（c）夹断区（截止区）夹断区（截止区） （（d）击穿区可变电阻区可变电阻区恒流区恒流区截止区截止区击穿区击穿区 ②②转移特性曲线转移特性曲线：： iD=f(uGS) uDS=const 可根据输出特性曲线作出可根据输出特性曲线作出移特性曲线移特性曲线。

例：作例：作uDS=10V的一条的一条转移特性曲线：转移特性曲线：UT     一个重要参数一个重要参数——跨导跨导gm：： gm= iD/ uGS  uDS=const (单位单位mS) gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用 在转移特性曲线上，在转移特性曲线上， gm为的曲线的斜率为的曲线的斜率 在输出特性曲线上也可求出在输出特性曲线上也可求出gm 2.N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET特点：特点： 当当uGS=0时，就有沟道，时，就有沟道，加入加入uDS，，就有就有iD 当当uGS＞＞0时，沟道增宽，时，沟道增宽，iD进一步增加进一步增加 当当uGS＜＜0时，沟道变窄，时，沟道变窄，iD减小    在栅极下方的在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子所以当层中掺入了大量的金属正离子所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道  定义：定义： 夹断电压（夹断电压（ UP））——沟道刚刚消失所需的栅源电压沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。

N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET的的特性曲线特性曲线输出特性曲线输出特性曲线转移特性曲线转移特性曲线1GSu01D(V)-12-2(mA)432i42uu310V=+2V1DSGSD(mA)i= -1VuGSGSGS=0V=+1Vuu(V)= -2V＝＝UPGSuUP 3、、P沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET      P沟道沟道MOSFET的工作原理与的工作原理与N沟道沟道 MOSFET完全相同，只不过导电的载流完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已这如同子不同，供电电压极性不同而已这如同双极型三极管有双极型三极管有NPN型和型和PNP型一样N沟道绝缘栅型场效应管1.N沟道P沟道绝缘栅型场效应管2.P沟道1.4.31.4.3场效应管的主要参数场效应管的主要参数 场效应管使用注意事项场效应管使用注意事项1、    MOS管栅、源极之间的电阻很高，使得栅极的感应电荷不易泄放，因极间电容很小，帮会造成电压过高使绝缘层击穿因此，保存MOS管应使三个电极短接，避免栅极悬空焊接时，电烙铁的外壳应良好地接地，或烧热电烙铁后切断电源再焊2、    有些场效应晶体管将衬底引出，故有4个管脚，这种管子漏极与源极可互换使用。

但有些场效应晶体管在内部已将衬底与源极接在一起，只引出3个电极，这种管子的漏极与源极不能互换3、    使用场效应管时各极必须加正确的工作电压4、    在使用场效应管时，要注意漏、源电压、漏源电流及耗散功率等，不要超过规定的最大允许值本章小结本章小结1．．半半导导体体材材料料中中有有两两种种载载流流子子：：电电子子和和空空穴穴电电子子带带负负电电，，空空穴穴带带正正电电在纯净半导体中掺入不同的杂质，可以得到在纯净半导体中掺入不同的杂质，可以得到N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体2．．采采用用一一定定的的工工艺艺措措施施，，使使P型型和和N型型半半导导体体结结合合在在一一起起，，就就形形成成了了PN结结PN结的基本特点是单向导电性结的基本特点是单向导电性3．．二二极极管管是是由由一一个个PN结结构构成成的的其其特特性性可可以以用用伏伏安安特特性性和和一一系系列列参参数数来来描述在研究二极管电路时，可根据不同情况，使用不同的二极管模型在研究二极管电路时，可根据不同情况，使用不同的二极管模型4．．BJT是是由由两两个个PN结结构构成成的的工工作作时时，，有有两两种种载载流流子子参参与与导导电电，，称称为为双双极极性性晶晶体体管管。

BJT是是一一种种电电流流控控制制电电流流型型的的器器件件，，改改变变基基极极电电流流就就可可以以控控制制集集电电极极电电流流BJT的的特特性性可可用用输输入入特特性性曲曲线线和和输输出出特特性性曲曲线线来来描描述述其其性性能能可可以以用用一一系系列列参参数数来来表表征征BJT有有三三个个工工作作区区：：饱饱和和区区、、放放大大器器和和截截止区6．．FET分分为为JFET和和MOSFET两两种种工工作作时时只只有有一一种种载载流流子子参参与与导导电电，，因因此此称称为为单单极极性性晶晶体体管管FET是是一一种种电电压压控控制制电电流流型型器器件件改改变变其其栅栅源源电电压压就就可可以以改改变变其其漏漏极极电电流流FET的的特特性性可可用用转转移移特特性性曲曲线线和和输输出出特特性性曲曲线线来来描述其性能可以用一系列参数来表征其性能可以用一系列参数来表征。