2022年2022年半导体器件基础教案

1、精选学习资料 - - - 欢迎下载学习必备欢迎下载第一章半导体器件基础【学习目标】1. 明白 pn结的单向导电性；2. 熟识二极管的伏安特性3. 明白开关二极管.整流二极管.稳压二极管的基本用途；4. 把握三极管输出特性曲线中的截止区.放大区和饱和区等概念；5. 熟识三极管共发射极电流放大系数 的含义；6. 熟识对三极管开关电路工作状态的分析方法；7. 熟识三极管的主要参数；8. 熟识 mos场效应管的分类及符号；9. 熟识增强型 nmos管的特性曲线；10. 明白 mos场效应管的主要参数；【内容提要】本章介绍三种常用的半导体器件,即半导体二极管.三极管及mos场效应管；重点介绍这些器件的外

2、部特性曲线.主要参数及电路实例；一.教学内容（一）半导体二极管1pn结的伏安特性 pn结的伏安特性描述了pn结两端电压 u 和流过 pn结电流 i 之间的关系；图为pn结的伏 - 安特性曲线；可以看出 :精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载学习必备欢迎下载（1）当外加正向电压较小（ uiuon）时,外电场不足以克服pn结内电场对多子扩散所造成的阻力,电流i几乎为 0,pn结处于截止状态；（2）当外加正向电压ui 大于 uon时,正向电流 i随 u 的增加按指数规律上升且 i曲线很陡；（ 3）当外加反向电压（u<0）时,反向电流很小、 几乎为 0,用 i r 表示；（ 4）当 u

3、u br时、二极管发生电击穿、 u稍有增加 、 i 急剧增大 、 uu br ；把 pn 结外加正向电压导通.外加反向电压截止的性能称作单向导电特性.u on 称作 导通电压 ,也叫 开启电压 、 ubr称作 反向击穿电压, i r 称作 反向电流 ；2半导体二极管应用举例半导体二极管为将pn 结用外壳封装. 加上电极引线构成；可以用作限幅电路.开关电路等；（1）用作限幅电路图 2.2（ a）为二极管电路； 假设输入电压 u i 为一周期性矩形脉冲, 输入高电平 u ih=+5v .低电平 uil =-5v ,见图（ b）；可以知道,当输入信号的正半周时,二极管导通, uo =ui=+5v ,

4、负半周时,二极管截止, id 0, uo 0,对应波形见图中（ c）所示；通过二极管电路,使输出电压负半周的幅度受到了限制；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载学习必备欢迎下载2 用作开关电路在图 2.2（ a）所示的二极管电路中,假设二极管为抱负二极管；可以知道,当输入信号的正半周时,二极管导通,二极管可以看作只有很小（0）压降的闭合开关,负半周时,二极管截止, i d 0,二极管可以看作断开的开关；在数字电路中,二极管常被当做开关使用；（二） 双极型三极管1 双极型三极管及其三种工作状态npn 硅三极管的共射输出特性如图2.3 所示；把 i b=0 这条曲线以下部分称为 截止区

5、、 此时、 三极管各极电流i b i c 0、 对应三极管截止的条件为ube<0.5v；在特性的中间部分 、 曲线为一族近似水平的直线、 这个区域称为 放大区 、 此时、i c= i b、对应三极管放大的条件为ube 0.5v. ubc<0v；把输出特性靠近纵轴的上升部分、 对应不同的 i b 值的各条曲线几乎重叠 在一起的区域称为 饱和区 、 此时、uceuces、 对应三极管饱和的条件为ube 0.7v.ubc>0v；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载学习必备欢迎下载2三极管的主要参数（1）共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数表示管子做成后, 其收集电流和

6、基区复合电流之比,为一个常数；（2）集电极 -发射极饱和电压uces集电极 -发射极饱和电压uces 指管子饱和时, 集电极 -发射极间的管压降, 小功率管0.3v ；（3）集电极最大电流i cm集电极最大电流icm 指集电极答应流过的最大电流；（4）集电极最大功率损耗pcm集电极最大功率损耗pcm 指集电极答应的最大功率；（5）集电极 -发射极击穿电压uceoicm .pcm .u ceo 为极限值,使用管子时,不要超过极限值；（三） mos 场效应管1 mos 场效应管的分类精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载学习必备欢迎下载mos场效应管按其沟道和工作类型可分为四种：n沟道增强

7、型. p 沟道增强型. n沟道耗尽型. p 沟道耗尽型；表2.1 列出了四种场效应管的特点；2 特性曲线图 2.4 示出了增强型nmos 管共源电路的转移特性和输出特性曲线；图（ a）的转移特性曲线描述mos 管栅源电压ugs 和漏极电流id 之间的关系； 由于 ugs为输入回路的电压,而i d 为输出回路的电流,故称转移特性；可以看出：当 ugs 很小时： i d 基本上为0,管子截止；当ugs 大于 u tn（ u tn 称作开启电压）时： id随 ugs 的增加而增加；图（ b）的输出特性曲线描述漏源电压uds 和漏极电流i d 之间的关系；可以看出,它分作三个区域：夹断区 : u gs

8、u tn 的区域；在夹断区,管子处于截止状态,漏源间的等效电阻极高；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载学习必备欢迎下载漏极电流几乎为0,输出回路近似开路；可变电阻区 ： ugs >u tn 且 uds 较小（ udsugs-u tn ）的区域；在可变电阻区,id 和 uds之间呈线性关系,ugs 值越大,曲线越陡,漏源间的等效电阻就越小；恒流区 ：ugs >u tn 且 uds 较大（ uds> ugs-u tn ）的区域；在恒流区, id 只取决于ugs, 而与 uds 无关；表 2. 2 列出了 mos 管工作在截止和导通状态时的条件及特点；表 2.2nmos

9、 管pmos 管特点截止ugs <u tnugs >u tprds 特别大 、相当于开关断开导通ugsutnugsutpron 特别小 、相当于开关闭合二.例题解析（答案供参考）例2.1在图p2.1（ a）（ b）（ c ）所示的电路中,设二极管为抱负二极管,输入电压解：分析二极管电路,要抓住二极管导通和截止的条件和特点；设抱负二极管的导通电 压为 0v ,导通时,管压降为0v（非抱负状态一般为0.7v ）；二极管两端的正向电压小于0.5v 时,管子截止,i d 0；抓住这些要点,可以知道在输入图（d）所示波形的情形下,精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载学习必备欢迎下载

10、图（ a）电路中,在输入信号的正半周,二极管导通,输出电压等于管压降,约为0v ,在输入信号的负半周,二极管截止, id0,电阻上的压降0,输出电压等于输入电压,uo ui ；图（ b）电路中,在输入信号的正半周,二极管导通,管压降约为 0v ,输出电压约等于输入电压, uo ui ；在输入信号的负半周,二极管截止, i d 0 ,电阻上的压降 0,输出电压等于 0；图（ c）电路中,在输入信号的正半周,二极管因反向偏置而截止,i d 0,电阻上的压降 0,输出电压等于0；在输入信号的负半周,二极管导通,管压降约为0v ,输出电压约等于输入电压；相应波形见答图p2.1；答图 2.5例 2.2在

11、图 p2.2 中,如已知管子的导通电压u on =0.6v , =80 ,管子导通后u be =0.7v , uces =0.3v ,如输入电压ui 幅值为 5v .频率为1khz 的脉冲电压源,试分析：（ 1）当 ui = u il=0v 和 ui = u ih =5v 时三极管的工作状态（放大.饱和.截止）；（ 2）如 rb 值不变,求电路工作在临界饱和区时rc 的最小值；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载学习必备欢迎下载如 rc 值不变,求电路工作在临界饱和区时rb 的最大值；解：分析三极管电路；同样要抓住三极管三种工作状态的条件和特点；（ 1）当 u i =u il =0

12、时：由于 u iu on =0.6v 时,管子工作在截止状态；当 u i =u ih =5v 时：三极管导通i b =（ 5 0.7） /40=0.1075ma ,i c =80 0.1075=8.6 ma ,uce = u cci c rc =12 8.62=5.2v ,故可判定出管子工作在饱和状态 i cs =（u ccu ces） /rc= （ 12 0.3） /2=5.85ma , i bs = i cs /= 0.073ma , i bi bs（ 2）固定 rb 值不变,求临界饱和时的rcmin可得 rcmin=1.4k；（ 3）固定 rc 值不变,求临界饱和时的rbmax可得 r bmax=61k；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载学习必备欢迎下载一.内容总结二.学习要求三个元件： 二极管.三极管和 mos 管两个重点：1.元件的外特性2.作开关元件的应用本章基础部分自学为主,不苛求元件内部工作原理的把握,学会运用“ 黑箱”的方法懂得元件的外特性及开关特性；精品学习资料精选学习资料 - - - 欢迎下载学习必备欢迎下载三.摸索题1.共价键结构, 本征半导体,