半导体器件基础

1、模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 本讲主要介绍了以下基本内容：本讲主要介绍了以下基本内容： PN结形成：扩散、复合、空间电荷区（耗尽结形成：扩散、复合、空间电荷区（耗尽 层、势垒区、阻挡层、内建电场）、动态平衡层、势垒区、阻挡层、内建电场）、动态平衡 PN结的单向导电性：正偏导通、反偏截止结的单向导电性：正偏导通、反偏截止 PN结的结的特性曲线特性曲线： 正向特性：死区电压、导通电压正向特性：死区电压、导通电压 反向特性：反向饱和电流、温度影响大反向特性：反向饱和电流、温度影响大 击穿特性：电击穿（雪崩击穿、齐纳击穿）、击穿特性：

2、电击穿（雪崩击穿、齐纳击穿）、 热击穿热击穿 PN结的电容效应：势垒电容、扩散电容结的电容效应：势垒电容、扩散电容 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 1.2.4 1.2.4 半导体二极管及其参数半导体二极管及其参数 二极管二极管(Diode) = PN结结 + 管壳管壳 + 引线引线结构：结构： 分类：分类： 1. 半导体二极管的结构及分类半导体二极管的结构及分类 按材料分：按材料分：硅二极管、锗二极管硅二极管、锗二极管 按结构分：按结构分：点接触型、面接触型和平面型点接触型、面接触型和平面型 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航

3、天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 (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。 N型 锗 正 极 引 线 负 极 引 线 外 壳 金 属 触 丝 (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。 负 极 引 线 正 极 引 线 N型 硅 P型 硅 铝 合 金 小 球 底 座 (3) 平面型二极管平面型二极管 SiO2

4、 正 极 引 线 负 极 引 线 N型 硅 P型 硅 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。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 NP 半导体二极管半导体二极管 的符号：的符号： ak 阳极阳极 阴极阴极 电流方向电流方向 由由P区引出的区引出的 电极称为阳极电极称为阳极 （正极）（正极） 由由N区引出的区引出的 电极称为阴电极称为阴 极（负极）极（负极） +- U 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海

5、霞()2009版 半导体器件基础 二、半导体二极管的伏安特性二、半导体二极管的伏安特性 )1e ( / SD D T UU Ii 反向饱反向饱 和电流和电流 q kT UT 电子电量电子电量 玻尔兹曼玻尔兹曼 常数常数 当当 T = 300K： UT = 26 mv 温度的温度的 电压当量电压当量 PN结两端结两端 的电压降的电压降 流过流过PN结结 的电流的电流 当当 u0 uUT时时 1e T U u T e S U u Ii 当当 u|U T |时时 1e T U u S Ii 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 (1) 正向

6、特性正向特性 (2) 反向特性反向特性 伏安特性曲线：伏安特性曲线： u E i V mA u E i V uA i u 0 硅：硅：0.5 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 硅硅：0.60.8V 典型值为典型值为0.7V 锗锗 硅硅 / /mA / /A 锗：锗：0.10.3V 锗：锗：0.1 V 2.半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性 PN结的伏安特性曲线结的伏安特性曲线 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 在反向区，硅二极管和锗二极管的特性在反向区，硅二极管和

7、锗二极管的特性 有所不同。有所不同。 硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较 陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反陡，反向饱和电流也很小；锗二极管的反 向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向 饱和电流较大。饱和电流较大。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 3. 半导体二极管的主要参数半导体二极管的主要参数 （1）直流电阻）直流电阻R D ：指二极管两端所加直流电指二极管两端所加直流电 压与流过它的直流电流之比。压与流过它的直流电流之比。 D D D I U R RD不

8、是恒定值，在正向工作区域，不是恒定值，在正向工作区域，RD随随UD增大而减增大而减 小，在反向工作区域，小，在反向工作区域，RD随随UD增大而增大。增大而增大。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 （2）交流电阻）交流电阻r d ：指二极管在其工作点指二极管在其工作点Q（ UDQ,IDQ)处的电压微变量与电流微变量之比。处的电压微变量与电流微变量之比。 DQ T Q UU S T Q d I U eI U dI dU r T r d 几何意义：几何意义：指二极管伏安特指二极管伏安特 性曲线上性曲线上Q点处切线斜率的倒数。点处切线斜率

9、的倒数。 DQDQDQDQ I ,UI ,U d I U dI dU r 据伏安特性方程，可得据伏安特性方程，可得 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 (3) 最大整流电流最大整流电流IFM 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 电流的平均值。电流的平均值。 (4) 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。 最大反向工作电压最大反向工作电压URM 为安全计，

10、在实际为安全计，在实际 工作时，最大反向工作电压工作时，最大反向工作电压URM 一般只按反向击穿电压一般只按反向击穿电压UBR 的一半计算。的一半计算。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 (5) 反向电流反向电流IS 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。 (6) 最高工作频率最高工作频率fM 由由PN结的结电容大小决定，二极管的工作频率超结的结电容大小决定，二极管的

11、工作频率超 过过fM时，单向导电性变差。时，单向导电性变差。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 1.2.5 1.2.5 二极管的电路模型二极管的电路模型 理想模型是指在正向偏置时，其管压降为零，理想模型是指在正向偏置时，其管压降为零， 相当于开关的闭合。当反向偏置时，其电流为零，相当于开关的闭合。当反向偏置时，其电流为零， 阻抗为无穷，相当于开关的断开。具有这种理想特阻抗为无穷，相当于开关的断开。具有这种理想特 性的二极管也叫做性的二极管也叫做理想二极管理想二极管。 在实际电路中当电源电压远远大于二极管的管压降时，利 用此模型分析

12、是可行的。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 。 。 + + 0 0.2 0.4 0.6 0.8 2 4 6 8 10 UD(on)UD(on)UD(on) 定压降模型是指二极管在正向导通时，其管压降定压降模型是指二极管在正向导通时，其管压降 为恒定值；截止时反向电流为零。硅管的管压降为恒定值；截止时反向电流为零。硅管的管压降 0.7V，锗管的管压降为，锗管的管压降为0.3V。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 + - - /V/V/V 二极管正向电压大于二极管正向电

13、压大于UD(ON)后其电流后其电流I与与U 成线性关系，成线性关系， 直线斜率为直线斜率为1/RD。二极管截止时反向电流为零。二极管截止时反向电流为零。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 二极管的应用举例二极管的应用举例 例例1 钳位电路钳位电路 电路如图所示，若电路如图所示，若UA、UB两点电位分别为两点电位分别为0V、3V不不 同组合时，计算输出电压同组合时，计算输出电压UO值，并分析二极管的工值，并分析二极管的工 作状态。设二极管为硅二极管，导通压降为作状态。设二极管为硅二极管，导通压降为0.7V。 模拟电子技术模拟电子技术

14、 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 (1) UA=0 V UB=0 V VD1、VD2均正向导通均正向导通 UO0.7 V (2) UA=3 V UB=3 V VD1、VD2均正向导通均正向导通 UO3.7 V 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 (3) UA=0V UB=3V VD1正向导通正向导通 VD2截止截止 UO0.7 V 二极管二极管VD1两两 端电位差大端电位差大 而优先导通而优先导通 (4) UA=3V UB=0V VD2正向导通正向导通 VD1截止截止 UO0.7 V 二极管二

15、极管VD2优优 先导通先导通 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 如何判断二极管是否导通：如何判断二极管是否导通： 判断二极管工作状态时，可判断二极管工作状态时，可 先将二极管断开，然后比较先将二极管断开，然后比较 两极电位。如果处于正偏，两极电位。如果处于正偏， 则二极管导通；否则截止。则二极管导通；否则截止。 电位差大的优先导通。电位差大的优先导通。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 例例2：写出图示各电路的输出电压值，设二极管导：写出图示各电路的输出电压值，设二极

16、管导 通电压通电压UD=0.7V。 UO1=1.3V UO2=0V UO3= -1.3V 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 例例3 ui = 2 sin t (V)，画出输出电压，画出输出电压uo的波形的波形 。 ui 较小，宜采用恒压降模型较小，宜采用恒压降模型 0.7 v ui 0.7 v u1、u2 均截止均截止uO = ui uO = 0.7 v ui 0.7 v u2 导通导通 u1截止截止 ui 0.7 v u1 导通导通 u2 截止截止uO = 0.7 v 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-

17、朱海霞()2009版 半导体器件基础 Ot uO/ v 0.7 Ot ui / v 2 0.7 思考题思考题: v1、v2 支路各串联恒压源，支路各串联恒压源， 输出波形如何？输出波形如何？ 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 ui =5sin t (V)，画出输出电压，画出输出电压uo的波形的波形 。 二极管是理想的。二极管是理想的。 + - ui uo R D1D2 2V2V 练习练习 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 估算图示电路中流过二极管的电流估算图示电路中流

18、过二极管的电流ID和和U， 二极管是理想的。二极管是理想的。 练习练习 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管 稳压稳压二极二极管管 变容二极管变容二极管 发光二极管发光二极管 光电二极管光电二极管 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 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 反偏电压反偏电压UZ 反向击穿反向击穿 UZ 电路符号：电路符号： U I IZmin IZmax UZ IZ 稳压稳压 误

19、差误差 曲线越陡，曲线越陡， 电压越稳电压越稳 定。定。 UZ 1.3.1 1.3.1 稳压二极管稳压二极管 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 . . . . 稳压原理：稳压原理： 根据电路图可知根据电路图可知 ZLR +=III RIUUUUU RIRIZO = UIUOUZIZIRURUO IR 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 使用稳压管注意事项：在工作时反接，使用稳压管注意事项：在工作时反接， 并串入一只电阻。电阻的作用一是起限并串入一只电阻。电阻的作用一是起

20、限 流作用，保护稳压管；其次是当输入电流作用，保护稳压管；其次是当输入电 压或负载电流变化时，通过该电阻上电压或负载电流变化时，通过该电阻上电 压降的变化，取出误差信号以调节稳压压降的变化，取出误差信号以调节稳压 管的工作电流，从而起到稳压作用。管的工作电流，从而起到稳压作用。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 限流电阻限流电阻R的选择的选择 Im minmax axZ Lz UU II R Im min maxmin axZ zL UU RR II Im maxmin inZ Lz UU II R (2) 在在Ui最低和最低和I

21、L最大时，流过稳压管的电流最小，这时应最大时，流过稳压管的电流最小，这时应 保证保证IZ不小于稳压管最小电流值。不小于稳压管最小电流值。 Im max minmax inZ zL UU RR II L ZZi Z R U R UU I (1) 在在Ui最高和最高和IL最小时，流过稳压管的电流最大，此时电流最小时，流过稳压管的电流最大，此时电流 不能高于稳压管最大稳定电流。不能高于稳压管最大稳定电流。 限流电阻限流电阻R的选择范围为：的选择范围为：RminR Rmax IL 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 1. 稳压管的稳压区是其

22、工作在（稳压管的稳压区是其工作在（ ）。）。 A.正向导通区正向导通区 B. 反向截止区反向截止区 C. 反向击穿区反向击穿区 练习练习 现有两只稳压管，它们的稳定电压分别是现有两只稳压管，它们的稳定电压分别是6V和和8V， 正向导通电压是正向导通电压是0.7V，试问：，试问： (1)若将它们串联连接，可得到几种稳压值？各为多若将它们串联连接，可得到几种稳压值？各为多 少？少？ (2)若将它们并联连接，又可得到几种稳压值？各为若将它们并联连接，又可得到几种稳压值？各为 多少？多少？ 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 例例1、如图，

23、已知、如图，已知UZ=10V，负载电压，负载电压UL（ ） （）（） 5 （）（）10 （）（）15 （）（）20 A VS 20V 15k 5k UL 稳压管的工作条件稳压管的工作条件 （）必须工作在反向击穿状态。（）必须工作在反向击穿状态。 （）电路中应有限流电阻，以保证反向电流不（）电路中应有限流电阻，以保证反向电流不 超过允许范围。超过允许范围。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 例例2、已知、已知ui = 6sint，UZ =3V，画输出波形。，画输出波形。 VS ui uo 6 ui /V t 3 uo t 3 O O

24、 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 1.3.2 变容二极管 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 1.3.3 发光二极管 有正向电流流过时，发有正向电流流过时，发 出一定波长范围的光，目前出一定波长范围的光，目前 的发光管可以从红外到可的发光管可以从红外到可 见波段的光，它的电特性见波段的光，它的电特性 与一般二极管类似。与一般二极管类似。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空

25、航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 1.3.4 光电二极管 反向电流随光照度的增加而增大。反向电流随光照度的增加而增大。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 本讲主要介绍了以下基本内容：本讲主要介绍了以下基本内容： 半导体二极管的构成和类型：点接触型、面接触型、半导体二极管的构成和类型：点接触型、面接触型、 平面型；硅管、锗管等。平面型；硅管、锗管等。 半导体二极管的特性：与半导体二极管的特性：与PN结基本相

26、同。结基本相同。 半导体二极管的参数半导体二极管的参数 半导体二极管的等效模型：理想模型、恒压降模型、半导体二极管的等效模型：理想模型、恒压降模型、 折线模型折线模型 应用二极管等效模型分析和计算半导体二极管电路应用二极管等效模型分析和计算半导体二极管电路 的基本方法的基本方法 简要介绍了其它类型的二极管。简要介绍了其它类型的二极管。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 1.4 1.4 半导体三极管半导体三极管 半导体三极管，也叫晶体三极管。由于半导体三极管，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工作时，多数载流

27、子和少数载流子都参与 运 行 ， 因 此 ， 还 被 称 为 双 极 型 三 极 管运 行 ， 因 此 ， 还 被 称 为 双 极 型 三 极 管 （Bipolar Junction Transistor，简称，简称BJT）。）。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 三极管的分类：三极管的分类： 按照频率：高频管和低频管。按照频率：高频管和低频管。 按结构：按结构：NPN型和型和PNP型；型； 按功率大小：大功率管按功率大小：大功率管1mW; 按所用半导体材料：硅管和锗管按所用半导体材料：硅管和锗管; ; 模拟电子技术模拟电子技术

28、南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 1.4.1 1.4.1 三极管的结构三极管的结构 NPN型型 符号符号: 三极管三极管是由两个是由两个PN结结和三块掺杂半导体和三块掺杂半导体组成。组成。 - - 发射区发射区 集电区集电区 基区基区 发射结发射结 集电结集电结 集电极集电极 发射极发射极 基极基极 N P N b e c e-emitterb-basec-collector E C B ib ic ie 双极型三极管的符号中，发射极的箭头双极型三极管的符号中，发射极的箭头 代表发射极电流的实际方向。代表发射极电流的实际方向。 模拟电子技术模拟电子技术 南

29、京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 两个结：发射结和集电结两个结：发射结和集电结 三个区：基区、集电区、三个区：基区、集电区、 发射区发射区 三个极：基极、集电极、三个极：基极、集电极、 发射极发射极 - - 发射区发射区 集电区集电区 基区基区 发射结发射结 集电结集电结 集电极集电极 发射极发射极 基极基极 N P N b e c 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 PNPPNP型型 - 发射区发射区 集电区集电区 基区基区 发射结发射结 集电结集电结 集电极集电极 发射极发射极 基极基极 P

30、N P b e c - - - E C B 符号符号: : ib ic ie 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 常见三极管的外形结构 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 E EB RB RC BE CNPN VV V CBEPNPVVV 1.4.2 三极管的工作原理 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 1.4.2

31、 三极管的工作原理 1. 三极管放大的条件三极管放大的条件 内部内部 条件条件 发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高 基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低 集电结面积大集电结面积大 外部外部 条件条件 发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏 2. 满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路 ui uo CE BE C B ui uo E C B ui uo 共发射极共发射极 共集电极共集电极 共基极共基极 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器

32、件基础 1) 发射区向基区注入多子电子，发射区向基区注入多子电子， 形成发射极电流形成发射极电流 IE。 I CN 多数向多数向 BC 结方向扩散形成结方向扩散形成 ICN。 IE 少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成 IBN 。 I BN 基区空基区空 穴来源穴来源 基极电源提供基极电源提供(IB) 集电区少子漂移集电区少子漂移(ICBO) I CBO IB IBN + IEP = IB + ICBO 即：即： IB = IBN ICBO 2)电子电子到达基区后到达基区后 ( (基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略) ) 3. 三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的

33、传输过程(以共射电路为例）以共射电路为例） 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 I CN IE I BN I CBO IB 3) 集电区收集扩散过集电区收集扩散过 来的载流子形成集来的载流子形成集 电极电流电极电流 IC IC I C = ICN + ICBO 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 4) 电流分配关系电流分配关系 EPBNCNEPENE IIIIII CBOCNC III CBOEPBNB IIII 从外部看：从外部看： CBE III 模拟电子技术模拟电子

34、技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 定义：直流放大系数定义：直流放大系数 因为因为 CBOB CBOC EPBN CN II II II I CEOBCBOBC )(1IIIII 穿透电流穿透电流 1 CBOB ,II BC II 交流放大系数交流放大系数 B C I I IB的改变控制了的改变控制了IC的变的变 化，体现了三极管的电化，体现了三极管的电 流控制功能。流控制功能。 只与管子的结构只与管子的结构 尺寸和掺杂浓度有尺寸和掺杂浓度有 关，与外加电压无关，与外加电压无 关。一般关。一般 1 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动

35、化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 E CN EN CN I I I I 共基直流电流传输方程：共基直流电流传输方程： CBOEC III 为共基电流传输系数，它只与管子的结构尺寸和为共基电流传输系数，它只与管子的结构尺寸和 掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 = 0.9 0.995。 CBOCNC III IE可控制可控制IC 的变化。的变化。 三极管是一种三极管是一种 电流控制器件。电流控制器件。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 1.4.3 1.4.3 三极管的特性曲线（共发射极接法

36、）三极管的特性曲线（共发射极接法） 三极管的特性曲线是指三极管各电极电压三极管的特性曲线是指三极管各电极电压 与电流之间的关系曲线，它是三极管内部与电流之间的关系曲线，它是三极管内部 载流子运动的外部表现。载流子运动的外部表现。 由于三极管和二极管一样也是非线性元件，由于三极管和二极管一样也是非线性元件， 不能用一个固定的数值或一个简单的方程式不能用一个固定的数值或一个简单的方程式 来表示各电极电压与电流之间的关系，所以来表示各电极电压与电流之间的关系，所以 要用伏安特性曲线对它进行描述。要用伏安特性曲线对它进行描述。 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()20

37、09版 半导体器件基础 共发射极电路共发射极电路 输入回路输入回路 输出回路输出回路 IC EB mA A V UCE UBE RB IB EC V + + + + 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 1. 输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE) uCE=常数常数 + + + + i - u BE + - u B T CE + C i （1）uCE=0V时，相当于两个时，相当于两个PN结并联。结并联。 0.4 0.2 i (V) (uA) BE 80 40 0.80.6 B u =0V u CE 1V CE u （3）uCE

38、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，开始收集集电结已进入反偏状态，开始收集 电子，所以基区复合减少，电子，所以基区复合减少， 在同一在同一uBE 电压下，电压下，iB 减减 小。特性曲线将向右稍微移动一些。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 0.2V 输入电流输入电流 输入电压输入电压 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 2. 输出特性曲线输出特性曲线 iC=f(u

39、CE) iB=常数 常数 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=0。 （2） uCE IC 。 （3） 当当uCE 1V后，收后，收 集电子的能力足够强。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。 i C CE(V) (mA) =60uA IB u =0 B B I I =20uA B I =40uA B

40、=80uA I =100uA IB 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 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的曲线的的曲线的 下方。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 曲线基本平行曲线基本平行 等距。等距。 此时，发此时，发 射结正偏，集电结射结正

41、偏，集电结 反偏。该区中有：反偏。该区中有： BC II i C IB IB=0 u CE(V) (mA) =20uA B I =40uA B I =60uA B I =80uA B I =100uA 饱和区饱和区 截止区截止区 放大区放大区 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 温度对晶体管特性及参数的影响温度对晶体管特性及参数的影响 一、温度对一、温度对ICBO的影响的影响 温度每升高温度每升高10， ICBO增加约一倍。增加约一倍。

42、 反之，当温度降低时反之，当温度降低时ICBO减少。减少。 硅管的硅管的ICBO比锗管的小得多。比锗管的小得多。 二、温度对输入特性的影响二、温度对输入特性的影响 温度升高时正向特性左移，温度升高时正向特性左移， 反之右移反之右移 60 40 20 00.4 0.8 I / mA U / V 温度对输入特性的影响温度对输入特性的影响 20 60 三、温度对输出特性的影响三、温度对输出特性的影响 温度升高将导致温度升高将导致 IC 增大增大 iC uCE O iB 20 60 温度对输出特性的影响温度对输出特性的影响 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009

43、版 半导体器件基础 1.4.4 三极管的主要参数三极管的主要参数 1.电流放大系数电流放大系数 i CE =20uA (mA) B =40uA I C u =0 (V) =80uA I B B B I B i IB I=100uA C B I =60uA i 一般取一般取20200之间之间 （1）共发射极电流放大系数：）共发射极电流放大系数： E C E CBOC I I I II B C B CEOC I I I II Q E C i i Q B C i i 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 2.极间反向电流极间反向电流 （2

44、2）集电极发射极间的穿透电流）集电极发射极间的穿透电流I ICEO CEO 基极开路时，集电极到发射极间的电基极开路时，集电极到发射极间的电 流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。它实际上就是一个向电流。它实际上就是一个PN结的反向电流。其大小结的反向电流。其大小 与温度有关。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。 CBOCEO 1

45、I )(I + + ICBO e c b ICEO 模拟电子技术模拟电子技术 南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞()2009版 半导体器件基础 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。 （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 许功耗许功耗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 B I CE u i (V) I B C =100uA B=80uA =60uA (mA) I I B =0 B =40uA =20uA B I I PCM PCM （3）反向击穿电压）反向击穿电压 U（ （BR）CE