单元1 半导体器件

1、电子技术选讲教案第一单元 半导体器件（P1P5）第一单元 半导体器件（3学时第13学时）主要内容：半导体器件、PN结、二极管、三极管、场效应管。教学重点：二极管、三极管、场效应管。教学难点：三极管、场效应管特性。教学方法：复习总结式。启发式教学、探究式教学。教学手段：理论、实际应用相结合，必要时采用对媒体辅助教学。第一部分 知识点一半导体知识1、半导体分类分为本征半导体、杂质半导体两大类，其中杂志半导体又分为N型半导体和P型半导体两类。2、半导体内载流子半导体具有电子和空穴两种载流子，本征半导体内电子和空穴数目相同（均较少），杂志半导体内某种载流子较多（掺杂形成）、另一种载流子较少（N型半导体

2、内部有大量电子、少量空穴，主要靠电子导电；P型半导体内部有大量空穴、少量电子，主要靠空穴导电）二PN结1、PN结的形成多子扩散（在P、N结合部形成内电场EI）、少子漂移，内电场阻碍多子扩散、利于少子漂移，当扩散与漂移相对平衡，形成PN结。PN结别名：耗尽层、势垒区、电位壁垒、阻挡层、内电场、空间电荷区等。2、PN结性质单向导电性（1）正向导通PN结外加正向电压（正向偏置）P接 +、N接 - ，内电场被削弱，多子扩散容易进行，形成较大正向电流（正向电阻较小）。正偏电压为0.7V（Si管）或0.2V（Ge管）不要超过！（2）反向截止 PN结外加反向电压（反向偏置）P接 -、N接 +，内电场被加强，

3、多子扩散难以进行，利于少子漂移，形成较小反向电流（反向电阻较大）。当电压超过某个值（约零点几伏），全部少子参与导电，形成“反向饱和电流IS”。反偏电压最高可达几千伏。三二极管1、二极管结构用外壳将PN结封闭，引出2根极线，就构成了二极管。2、二极管伏安特性即i=f（u）。正向电流较大（正向电阻较小），反向电流较小（反向电阻较大）。门限电压（死区电压）U(Si管约为0.5V、Ge管约为0.1V)反向击穿电压UBR（可高达几千伏）二极管所加正向电压为0.7V（Si管）或0.2V（Ge管）当作已知量！过大则烧坏管子。二极管电压电流方程（近似）：I=IS（eqU/KT-1）= IS（eU/UT-1）其

4、中，UT26mV3、理想二极管正偏时视为短路、反偏时视为开路。4、二极管参数 最大整流（正向）电流 IF、最大反向电压UR (通常规定UR = UBR /2)、反向饱和电流IS等。5、特殊二极管稳压二极管工作于反向击穿状态的二极管。稳压管中电流变化较大时，其电压基本不变。主要参数：稳压值Uz、最高工作电流Izmax、最低工作电流Izmin等。四、三极管1、三极管结构及符号由三块半导体构成，分为NPN型和PNP型两种。三极管含有三极、两结、三区。其中，发射区高掺杂，基区较薄且低掺杂，集电区一般掺杂。2、三极管的三种组态（三种接法）共发射极组态 共基极组态 共集电极组态3、三极管各极电流关系在保证

5、三极管的发射结正偏、集电结反偏。IEIC+IB ICIB+(1+)ICBOIB+ICEOIB4、伏安特性曲线（以共发射极NPN管为例）（1）输入特性曲线uBE = f（iB，uCE）（2）输出特性曲线iC = g（iB，uCE）5、三极管三种状态放大状态发射结正偏、集电结反偏饱和状态两结均正偏（存在饱和压降UCES）截止状态两结均反偏6、三极管主要参数四场效应管（Field Effect Transistor）场效应管的输入端PN结处于反偏或绝缘状态，具有很高的输入电阻（这一点与三极管相反），同时，还具有噪声低、热稳定性好、抗辐射性强、便于集成等优点。1、场效应管结构与分类场效应管利用导电沟道

6、进行工作，利用栅源电压控制漏极电流。场效应管分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管两大类。2、场效应管与三极管区别1场效应管的栅极B、源极S、漏极D分别与三极管的基极b、发射极e、集电极c相对应。2三极管输入PN结正偏，出入电阻较小；场效应管输入PN结反偏或栅极绝缘，输入电阻远大于三极管（栅极电流基本为0）；3三极管为双极型管（电子、空穴两种载流子参与导电）；场效应管为单极型管（只有电子或空穴一种载流子参与导电）。4三极管是电流电流控制器件（基极电流iB控制集电极电流iC，即iC=iB）；场效应管是电压电流控制器件（栅源电压uGS控制漏极电流iD，即iD=gmuGS）；漏极无电流。5场效应管的源极

7、和漏极是对称的，可交换使用使用时比三极管灵活。6场效应管除和三极管一样可作为放大器件、可控开关等以外，还可作为压控可变线性电阻。3、场效应管主要参数开启电压UGS（th）、夹断电压UGS（off）或Up、饱和漏极电流ID（sat）、低频跨导gm等。第二部分 题目分析题1：判断下列二极管处于导通还是截止状态，并求出A点电位（设两管均为理想二极管）。（中科院2007年试题）解：假设D1、D2均不导通，使得设D1反偏截止、D2正偏导通。D2导通，则UA0V要点：二极管优先导通。题2：图示电路中，稳压管UDZ15V、UDZ27V，二者正向压降均为0.7V。试根据ui波形，作出uo波形。（中山大学200

8、5年试题）解：若0ui10V，则uM5V，两稳压管均反向截止，uoui/2；若ui10V，则uM5V，使稳压管DZ1处于稳压状态，uoUDZ15V；若1.4Vui0V，则|uM|0.7V，两稳压管均反向截止，uoui/2；若ui1.4V，则|uM|0.7V，两稳压管均正向导通，uo0.7V.uo波形对应如图。要点：稳压管处于正偏，相当于正偏二极管；稳压管反偏电压小于稳压值，相当于反向截止二极管；只有稳压管反偏电压高于稳压值时，其处于稳压状态。题3：设图示三极管均为硅管，试判断各三极管工作状态。（浙江大学2004年试题）解：（a）：若b、e间导通，UB至少需要0.70.70.41.8V，故b、e

9、间处于截止状态，三极管处于截止状态。（b）：假设b、e间导通，UE60.75.3V，则IEIC5.3mA，UC125.3×33.9VUB，故三极管处于饱和状态。（c）：假设b、e间导通，UB0.73.64.3V，则UBUC，故三极管处于饱和状态。要点：根据三极管各极电位判断其工作状态。 （a） （b） （c）题4：简述场效应管与双极性三极管的电极相对关系，并计较二者的性能和应用（中科院2003年试题）。（1）极性对应关系：场效应管S、G、D极分别于三极管e、b、c极对应；（2）性能和应用：场效应管栅极电流基本为零、三极管基极有一定电流；三极管适用于电流选取大小不等的场合，且三极管适合于放大倍数较大的场所。场效应管是多子导电