半导体二极管、三极管和场效应管H讲解

1、第1章目录第1章 半导体二极管、三极管和场效应管L1半导体的导电将性L 2 PN 第1.3 半导体二极管1.4 稳压管1.5 半导体三极管L6鲍嫌栅场效应管EJE1.1半导体的导电特性1.1.1本征半导体把纯净的没有结 构缺陷的半导体单晶 称为本征半导体。它是共价键结构。在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。第1章1.1本征半导体的共价键结构L L 2 N型半导体和P型半导体第1章1.1LHJ 31 E二。二豆复合成对消失I /o/o/o 6；o；|成出现kof 二£。二豆二豆至二互二/7在外电场作用下, 电子和空穴均能. 参与导电。Lffi 31 EE第空穴导电的 实

2、质是共价 键中的束缚 电子依次填 补空穴形成 电流。故半 导体中有电 子和空穴两 种载流子。二。二。二。二。二。二硬。过 / I/ I9/o o O，o电子移动方向，oi价电子填补空穴j -；上穴侈切万闻/ :宜:豆二篁豆二篁Gx二/ I / 。外电场方向HI 国 EE1. N 型半导体 O!O/O/；在硅或错的晶体:京。近二立二亘Cx二/ 1/ I/ I中掺入少量的五价元素,如磷,则形成N型半导U/i二。二。二/ I/ X/Oc/oi体。o/O!自由电子二O” 为 二。一3；亘IE 廓1章1.1N型半导体结构示意图少数载流子e®e©.©.© P一一正离

3、子载流子在N型半导中,电子是多数载流子,空穴是少数载流子。第1章1.2Lffi a LE2型半导体1。在硅或错的晶体中掺入少量的三价元素，如硼，则形成p型 半导体。o/填补空位io/Lffi 31 EE第i章1.1空穴是多数载流子负离子°©°0<°O：0WP型半导体结构示意图电子是少数载流子第1章1.41 2 PN 结121 PN结前形成用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上，形成p型半导体区域 和N型半导体区域，在这两个区域的交界处就形成了一个PN结。空间电荷区0.® n 1 I n 1 n I O00 e。 °o°o

4、°ooIHJ 3 E内电场方向rwi r3TLOEL第1章1.2在一定的条件下，多子扩散与少子漂移达到动态平衡， 空间电荷区的宽度基本上稳定下来。I空间电荷区I0©后0O多子扩散内电场方向少子漂移1.2.2 PN结的单向导电性第1章1.21.外加正向电压I空间电荷区变窄P区，/RI。0® B. © Q eQ 30°©°0扩散运动增强，形成较大的正向电流内电场方向外电场方向 Eg国 EE第1章1.22.外加反向电压RLffi 33 LE第1章1.2123 PN结电容PN结电容,势垒电容 .扩散电容1 .势垒电容PN结中空间电荷

5、的数量随外加电压变化所形 成的电容称为势垒电容，用4来表示。势垒电 容不是常数，与PN结的面积、空间电荷区的宽度 和外加电压的大小有关。2 .扩散电容载流子在扩散过程中积累的电荷量随外加电压 变化所形成的电容称为扩散电容，用Cd与来示。 PN正偏时，扩散电容较大，反偏时，扩散电容可以忽略不计。1.3半导体二极管131二极管的结构和符号正极引线触丝-PN结N型错 一支架 外壳负极引线 点接触型二极管面接触型二极管二极管的符号正极引线ffi E132二极管的伏安特性第1章1.3133二极管的主要参数1 .最大整流电流/OM2 .反向工作峰值电压Urm3 .反向电流/rHl 3J rFI第1章1.3

6、二极管的应用范围很广，它可用与整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中作为开关元件O例1：下图中，已知Va=3V, Vb=0V, Da、Dr为错管,求输出端Y的电位并说明二极管的作用o解：Da优先导通，则Vy=3-0.3=2.7VDa导通后,Db因反偏而截止,以Db起隔离作用,Da起钳位作用, 将Y端的电位钳制在+2.7 V oR-12VEK DE第1章1.4稳压管的主要参数1 .稳定电压Uy2 .最小稳定电流/min3 .最大稳定电流/zmax4.动态电阻Kz5.电压温度彖数aVZT6.最大允许耗散功率P耳 33 E1. 5半导体三极管第1章1.5第1章1.52. PNP型三极管集电区集电

7、结基区发射结发射区L5.2三极管的电流控制作用三极管具有电流控制作用的外部条件：(1)发射结正向偏置；(2)集电结反向偏置。对于NPN型三极管应满足:Ube >0Ubc v °即%>%>相对于PNP型三极管应满足:eb> °UCB < 0即 Vc< VB< VE共发射极接法放大电路由于基区很薄，掺杂浓度又很小，电子在基区扩散的数量 远远大于复合的数量。所以：同样有：/c»A，b所以说三极管具有电流控制作用，也称之为电流放大作用O1.53三极管的特性曲线1.三极管的输入特性= ""BE)E=常数2-三极管

8、的输出特性第1章1.5Ml 3D GE第三极管输出特性上的三个工作区M E1.54三极管的主要参数第1章1.51 .电流放大系数 /(1)直流电流放大系数(2)交流电流放大系数 月=名心2 .穿透电流7ceo3.4.5.极限参数集电极最大允许电流/cm 集射反向击穿电压U(br)ceo 集电极最大允许耗散功率PCM使用时不允许超迂!在输出特性上求B，b第设必=6乂6由40|nA力口为60|iA。M）亘 EE第1章1.5由三极管的极限参数确定安全工作区曲线80 pACM60 gA全40 jiA耗20pA 区XCEO作区安/B= 0 pAU(BR)&O “CE NL6艳绿栅场效应管1.6.

9、1 N沟道增强型绝缘栅场效应管第1章1.6源极S 栅极G漏极DO1.结构和符号SiO2N+N+P型硅衬底Fd*底引线b 结构示意图符号第1章1.62.工作原理(1)。人=。D与S之间是两个 PN结反向串联， 无论D与S之间加 什么极性的电压, 漏极电流均接近 于零。D| /D= 0SiO24衬底引线B 结构示意图(2) 0 << 附由栅极指向衬底方 向的电场使空穴向 下移动，电子向上移- 动，在P型硅衬底的 上表面形成耗尽层。 仍然没有漏极电流。DS|，D =。D第1章1.7栅极下P型半导“dD耗尽层P型硅衬底体表面形成N型导电 沟道，当D、S加上 正向电压后可产生 漏极电流/d。

10、3JLE3.特性曲线增强型NMOS管的特性曲线可变电阻区H 32 LE1.6.2 N沟道耗尽型绝缘栅场效应管第1章1.61.结构特点和工作原理制造时，在二氧化硅绝缘层中掺入大量的正离子。D符号LS 33 EELS 33 EE第1章1.71.6.3 P沟道绝缘栅场效应管(PMOS)Udsl-kG DPMOS管与NMOS管 互为对偶关系，使用 时GS、UDS的极性"dUtPMOS管结构示意图也与NMOS管相反。1. P沟道增强型绝缘栅场效应管tffi 亘 CE第1章1.6Id /mA开启电压负值，Ugs< U、 时导通。)为GS(th)| D GS(th)G | i B符号S转移特

11、性0 Gs/V2. P沟道耗尽型绝缘栅场效应管夹断电压UGS(off)为正值，U时导通。GS V GS(off)GJD -BId /mA GS(off)符号转移特性H 3J E164维缘栅场效应管的主要参数第1章1.61 .开启电压UgS(Ui)指在一定的DS下，开始出现漏极电流所需的栅源电 压。它是增强型MOS管的参数，NMOS为正，PMOS为负c2 .夹断电压UGS(off)指在一定的Uds下，使漏极电流近似等于零时所需的 栅源电压。是耗尽型MOS管的参数，NMOS管是负值,PMOS管是正值。3 .直流输入电阻Rgs(DC)在Uds=O时，栅源电压与栅极电流的比值，其值很高。4 .低频跨导gm