半导体晶体管和场效应管

1、1会计学半导体晶体管和场效应管半导体晶体管和场效应管本章小结本章小结第第3节节 绝缘栅场效应晶体管绝缘栅场效应晶体管第第2节节 晶体三极管与交流放大法电路晶体三极管与交流放大法电路第第1节节 半导体的基础知识半导体的基础知识第第1 1章章 半导体晶体管和场效应管半导体晶体管和场效应管 1.1.1 物理基础物理基础1.1.2 本征半导体本征半导体1.1.3 杂质半导体杂质半导体1.1.4 PN结结1.1.1 1.1.1 物理基础物理基础 1.1.2 1.1.2 本征半导体本征半导体+4+4+4+4硅硅( (锗锗) )的原子结构的原子结构Si2 8 4Ge2 8 18 4简化简化模型模型+4惯性核

2、惯性核硅硅( (锗锗) )的共价键结构的共价键结构价电子价电子自自由由电电子子( (束缚电子束缚电子) )空空穴穴空穴空穴空穴可在共空穴可在共价键内移动价键内移动1.1.2 1.1.2 本征半导体本征半导体IIPINI = IP + IN+ 电子和空穴两种电子和空穴两种载流子参与导电载流子参与导电1.1.2 1.1.2 本征半导体本征半导体1.1.3 1.1.3 杂质半导体杂质半导体 结论结论1 1、N N 型半导体型半导体N 型型磷原子磷原子自由电子自由电子电子为电子为多多数载流数载流子子空穴为空穴为少少数载流数载流子子载流子数载流子数 电子数电子数+5+4+4+4+4+4正离子正离子多数载

3、流多数载流子子少数载流少数载流子子P 型型硼原子硼原子空穴空穴空穴空穴 多子多子电子电子 少子少子载流子数载流子数 空穴数空穴数2 2、P P 型半导体型半导体+4+4+4+4+4+3P型半导体的简化图示型半导体的简化图示多数载流多数载流子子少数载流少数载流子子负离子负离子1.1.4 PN1.1.4 PN结结( (耗尽层耗尽层) )内电场内电场。P 区区N 区区内电场内电场+ UR外电场外电场I限流电阻限流电阻I = I多子多子 I少子少子 I多子多子P 区区N 区区 +UR内电场内电场外电场外电场IPN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大

4、; 反偏截止，电阻很大，电流近似为零。反偏截止，电阻很大，电流近似为零。I = I少子少子 02 PN2 PN结的单向导电性结的单向导电性 SI) 1(/TUUseII3 PN3 PN结方程结方程1.2 1.2 晶体二极管晶体二极管1.2.1 1.2.1 基本结构基本结构构成：构成： PN结结 + 引线引线 + 管壳管壳 = 二极管二极管 (Diode)符号：符号：分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型点接触型点接触型正极正极引线引线触丝触丝N型锗片型锗片外壳外壳负极负极引线引线负极引线负极引线 面接触型面接触型N型锗型锗P

5、N结结 正极引线正极引线铝合金铝合金小球小球底座底座金锑金锑合金合金平面型平面型正极正极引线引线负极负极引线引线集成电路中平面型集成电路中平面型pNP型支持衬底型支持衬底1.2.2 1.2.2 伏安特性伏安特性OuD /ViD /mA正向特性正向特性Uth死区死区电压电压iD = 0Uth = 0.5 V 0.1 V(硅管硅管)(锗管锗管)U UthiD 急剧上升急剧上升0 U Uth 反向特性反向特性U (BR)反向击穿反向击穿U（BR) U 0 iD 0.1 A(硅硅) 几十几十 A (锗锗)U U（BR）反向电流急剧增大反向电流急剧增大(反向击穿反向击穿)击穿击穿电压电压反向击穿类型：反

6、向击穿类型：电击穿电击穿热击穿热击穿反向击穿原因反向击穿原因： 齐纳击穿齐纳击穿：雪崩击穿：雪崩击穿： 。 1. IOM 2. URM 3. IRM 1.2.3 1.2.3 主要参数主要参数1.2.4特殊二极管特殊二极管1稳压二极管稳压二极管 I/mAUZ /VOUZIZIZM+ 正向正向 +反向反向 UZ IZ符号符号主要参数主要参数1. 稳定电压稳定电压 UZ和稳定电流和稳定电流 IZ 3. 最大工作电流最大工作电流 IZMax 和最大耗散功率和最大耗散功率 PZM 4. 动态电阻动态电阻 rZrZ = UZ / IZ 2.2.发光二极管发光二极管 LED (Light Emitting

7、Diode)LED (Light Emitting Diode)特点：驱动电压低、功耗小特点：驱动电压低、功耗小、寿命长、可靠性高、寿命长、可靠性高. .用途：用途：(1).(1).用于显示电路；用于显示电路；(2).(2).将电信号变为光信号，将电信号变为光信号，通过光电缆传输，再用光电通过光电缆传输，再用光电二极管接收，还原成电信号二极管接收，还原成电信号。发光类型：发光类型： 可见光：可见光：红、黄、绿红、黄、绿显示类型：显示类型： 普通普通LED ，七段七段 LED ，点阵，点阵 LED不可见光：不可见光：红外光红外光符号符号3.3.光电二极管光电二极管1.3 1.3 晶体三极管与交流

8、放大电路晶体三极管与交流放大电路1.3.1 1.3.1 晶体管的基本结构晶体管的基本结构一、结构一、结构N型硅型硅BECN型硅型硅P型硅型硅（a） 平面型平面型二氧化硅保护二氧化硅保护膜膜N型锗型锗ECBPP（b）合金型）合金型铟球铟球铟球铟球三层半导体材料构成三层半导体材料构成NPNNPN型、型、PNPPNP型型NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C发射结发射结集电结集电结 基区基区 发射区发射区 集电区集电区emitterbasecollectorNPN 型型ECBPPNEBCECBPNP 型型二、类型二、类型1.3.2 1.3.2 电流放大作用电流放大作用实验电路实验电路mA

9、mAICECIBIERBEBCEB3DG6 AmAmAICECIBIERBEBCEB3DG6 A1.1.测量结果测量结果IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA 0.0010.501.001.602.202.90IE/mA 0.0010.511.021.632.242.95IC/ IB5050535558IC/ IB50606070(1)BCEIII 符合符合KCL定律定律(2) IC和和IE比比IB大得多大得多(3) IB 很小的变化可以引起很小的变化可以引起 IC很很大的变化。大的变化。 2.2.晶体管内部载流子的运动规律晶体管内部载流子的运动规律I CEIEI BE

10、I CBOIBIBE IB + ICBOICI C = ICE + ICBO 3. 3. 晶体管的电流分配关系晶体管的电流分配关系IB = I BN ICBO IC = ICN + ICBOBNCNII BCEIII BC II BE )1(II CBOBCBOCIIII BCII (直流电流放大倍数）直流电流放大倍数）1.3.3 1.3.3 特性曲线特性曲线输入输入回路回路输出输出回路回路常数常数 CE)(BEBuufi0CE uRCECiBIERB+uBE +uCE EBCEBiC+ + + iBRB+uBE EB+ BEuBiO0CE uV 1CE u0CE uV 1CE u取取 0.7

11、 V取取 0.2 VEB+ RB2.2.输出特性输出特性常数常数 B)(CECiufi50 A40 A30 A10 AIB = 020 AuCE /VO 2 4 6 8 4321iC / mAmAICECIBRBEBCEB3DG6 ARCV+uCE iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（1）截止区：）截止区： IB 0 IC = ICEO 0条件：条件：两个结反偏两个结反偏BCII uCE u BEuCB = uCE u BE 00.3 V ( (硅管硅管) )0.1 V ( (锗管锗管) )放大区放大区截止区截止区饱饱和和

12、区区ICEO输出特性曲线输出特性曲线iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 00 2 4 6 8 4321 BC一般为几十一般为几十 几百几百Q1.3.4 1.3.4 主要参数主要参数 BCII PC = IC UCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 区区 1.4 1.4 场效应管场效应管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1.4.1 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管符号：符号：（2 2）工作原理）工作原理-P衬底sgN+bdVDD二氧化硅+N-s二氧化硅P衬底gDDV+Nd+bNVGG

13、id-P衬底d+dDDVs+二氧化硅NNbiGGVg输出特性曲线输出特性曲线 一个重要参数一个重要参数跨导跨导gmgm：1(mA)DSu=6V=3VuuGS(V)1D624i43=5V(mA)243iDGS210V(V)uGSiDGSuiD 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 N沟道耗尽型场效应管的特性曲线沟道耗尽型场效应管的特性曲线DSD|mUGSIgU常 数跨导跨导本章小结本章小结1.1.1 1.1.1 物理基础物理基础 SI) 1(/TUUseII3 PN3 PN结方程结方程1. IOM 2. URM 3. IRM 1.2.3 1.2.3 主要参数主要参数1.2.4特殊二极管特殊二极管1稳压二极管稳压二极管1.3.3 1.3.3 特性曲线特性曲线输入输入回路回路输出输出回路回路常数常数 CE)(BEBuufi0CE uRCECiBIERB+uBE +u