第1章 常用半导体器件课件

第1章常用半导体器件1.1

概述1.2

半导体二极管小结1.3

双极型晶体三极管1.4

场效应管第1章常用半导体器件1.1

概述1.1.1半导体的导电特性1.1.2杂质半导体1.1.3

PN结第1章常用半导体器件1.1.1

半导体的导电特性半导体—导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体—纯净的具有晶体结构的半导体。如硅、锗单晶体。载流子

—自由运动的带电粒子。共价键—相邻原子共有价电子所形成的束缚。第1章常用半导体器件硅(锗)的原子结构简化模型惯性核硅(锗)的共价键结构价电子自由电子(束缚电子)空穴空穴空穴可在共价键内移动第1章常用半导体器件本征激发：复合：自由电子在运动的过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。漂移：自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象称为本征激发。第1章常用半导体器件两种载流子电子(自由电子)空穴两种载流子的运动自由电子(在共价键以外)的运动空穴(在共价键以内)的运动

结论：1.本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；

2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；

3.本征半导体导电能力弱，并与温度有关。第1章常用半导体器件1.1.2杂质半导体一、N型半导体和P型半导体N型+5+4+4+4+4+4磷原子自由电子电子为多数载流子空穴为少数载流子载流子数

电子数第1章常用半导体器件P型+3+4+4+4+4+4硼原子空穴空穴

—

多子电子

—

少子载流子数

空穴数第1章常用半导体器件二、杂质半导体的导电作用IIPINI=IP+INN型半导体I

INP型半导体I

IP第1章常用半导体器件三、P型与N型半导体的简化示意图负离子多数载流子少数载流子正离子多数载流子少数载流子P型N型第1章常用半导体器件1.1.3PN结一、PN结(PNJunction)的形成1.载流子的浓度差引起多子的扩散2.复合使交界面形成空间电荷区(耗尽层)

空间电荷区特点:无载流子，阻止扩散进行，利于少子的漂移。内建电场第1章常用半导体器件3.扩散和漂移达到动态平衡扩散电流等于漂移电流，

总电流

I=0第1章常用半导体器件P区N区内电场外电场外电场使多子向PN结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄。IF限流电阻扩散运动加强形成正向电流IFIF=I多子

I少子

I多子二、PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)—forwardbias第1章常用半导体器件2.外加反向电压(反向偏置)

—reversebias

P

区N

区内电场外电场外电场使少子背离PN结移动，空间电荷区变宽。IRPN结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;

反偏截止，电阻很大，电流近似为零。漂移运动加强形成反向电流IRIR=I少子

0第1章常用半导体器件三、PN结的伏安特性反向饱和电流温度的电压当量电子电量玻尔兹曼常数当T=300(27

C)：UT

=26mVOu

/VI

/mA正向特性反向击穿加正向电压时加反向电压时i≈–IS第1章常用半导体器件1.2

半导体二极管1.2.1二极管的结构和类型1.2.2二极管的伏安特性1.2.3二极管的主要参数1.2.4二极管常用电路模型1.2.5稳压二极管1.2.6二极管的应用举例第1章常用半导体器件1.2.1二极管的结构和类型构成：PN结+引线+管壳=二极管(Diode)符号：A(anode)C(cathode)分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型平面型第1章常用半导体器件点接触型正极引线触丝N型锗片外壳负极引线负极引线

面接触型N型锗PN结

正极引线铝合金小球底座金锑合金正极

引线负极

引线集成电路中平面型PNP型支持衬底第1章常用半导体器件第1章常用半导体器件1.2.2二极管的伏安特性一、PN结的伏安方程反向饱和电流温度的电压当量电子电量玻尔兹曼常数当T=300K(27

C)：UT

=26mV第1章常用半导体器件二、二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性Uth死区电压iD

=0Uth=

0.5V

0.1V(硅管)(锗管)U

UthiD急剧上升0

U

Uth

UD(on)

=(0.6

0.8)V硅管0.7V(0.2

0.4)V锗管0.3V反向特性ISU(BR)反向击穿︱U(BR)

︱>︱U︱

>0

iD=－IS

<0.1

A(硅)

几十

A(锗)︱U︱>︱U(BR)︱反向电流急剧增大(反向击穿)第1章常用半导体器件反向击穿类型：电击穿热击穿反向击穿原因：齐纳击穿：(Zener)反向电场太强，将电子强行拉出共价键。

(击穿电压<4V，负温度系数)雪崩击穿：反向电场使电子加速，动能增大，撞击使自由电子数突增。—PN结未损坏，断电即恢复。—PN结烧毁。(击穿电压>7V，正温度系数)击穿电压在6V左右时，温度系数趋近零。第1章常用半导体器件硅管的伏安特性锗管的伏安特性604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD

/mAuD/ViD

/mAuD

/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.020第1章常用半导体器件温度对二极管特性的影响604020–0.0200.4–25–50iD

/mAuD/V20

C90

C在室温附近，温度每升高1

C，正向压降减小(2

2.5)mV。温度每升高10

C，反向电流约增大一倍。可见，二极管的特性对温度很敏感。第1章常用半导体器件1.2.3二极管的主要参数1.

IF—

最大整流电流(最大正向平均电流)2.

URM—

最高反向工作电压，为U(BR)/2

3.

IR

—

反向电流(越小单向导电性越好)4.

fM—

最高工作频率(超过时单向导电性变差)iDuDU(BR)IFURMO第1章常用半导体器件影响工作频率的原因—PN结的电容效应

结论：1.低频时，因结电容很小，对PN结影响很小。高频时，因容抗减小，使结电容分流，导致单向导电性变差。2.结面积小时结电容小，工作频率高。第1章常用半导体器件1.2.4二极管的常用电路模型一、理想二极管模型特性uDiD符号及等效模型SS表明二极管导通时正向压降为零，截止时反向电流为零。第1章常用半导体器件二、二极管的恒压降模型uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7V(Si)0.3V(Ge)表明二极管导通时正向压降为一个常量，截止时反向电流为零。第1章常用半导体器件三、二极管的折线近似模型uDiDUD(on)

U

I斜率1/rDrDUD(on)第1章常用半导体器件例：电路如图所示，二极管导通电压UD约为0.7V。试分别估算开关断开和闭合时输出电压的数值。第1章常用半导体器件半导体二极管的型号(补充)

国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：

2AP9

用数字代表同类型器件的不同型号

用字母代表器件的类型，P代表普通管

用字母代表器件的材料，A代表N型Ge

B代表P型Ge，C代表N型Si，D代表N型Si2代表二极管，3代表三极管第1章常用半导体器件1.2.5稳压二极管一、伏安特性符号工作条件：反向击穿iZ/mAuZ/VO

UZ

IZmin

IZmax

UZ

IZ

IZ特性稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内，端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛用于稳压电源与限幅电路之中。第1章常用半导体器件二、主要参数1.

稳定电压UZ

流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。2.稳定电流IZ

越大稳压效果越好，小于Imin时不稳压。3.

最大工作电流IZM

最大耗散功率PZMPZM=UZ

IZM4.动态电阻rZrZ=

UZ/

IZ

越小稳压效果越好。几

几十

第1章常用半导体器件5.稳定电压温度系数CT一般，UZ<4V，CTV<0(为齐纳击穿)具有负温度系数；UZ>7V，CTV>0(为雪崩击穿)具有正温度系数；4V<UZ<7V，CTV很小。第1章常用半导体器件例：在图示稳压管稳压电路中，已知稳压管的稳定电压UZ=6V，最小稳定电流Izmin=5mA，最大稳定电流Izmax=25mA；负载电阻RL=600Ω。求解限流电阻R的取值范围。

分析：由KCL而故第1章常用半导体器件补充：发光二极管与光敏二极管一、发光二极管LED(LightEmittingDiode)1.符号和特性工作条件：正向偏置一般工作电流几十mA，导通电压(1

2)V符号u/Vi/mAO2特性第1章常用半导体器件2.主要参数电学参数：IFM

，U(BR)

，IR光学参数：峰值波长

P，亮度

L，光通量

发光类型：可见光：红、黄、绿显示类型：普通LED，不可见光：红外光点阵LED七段LED,第1章常用半导体器件第1章常用半导体器件二、光敏二极管1．符号和特性符号特性uiO暗电流E=200lxE=400lx工作条件：反向偏置2.主要参数电学参数：暗电流，光电流，最高工作范围光学参数：光谱范围，灵敏度，峰值波长实物照片第1章常用半导体器件例1：已知ui是幅值为10V的正弦信号，试画出ui和uo的波形。设二极管正向导通电压可忽略不计。1.2.6二极管应用举例第1章常用半导体器件例1分析第1章常用半导体器件例2：已知ui是幅值为5V的正弦信号，试画出ui和uo的波形。设二极管正向导通电压UD=0.7V。第1章常用半导体器件例2分析第1章常用半导体器件例3：电路如图所示，其输入电压uI1和uI2的波形如图，二极管导通电压UD=0.7V。试画出输出电压uo的波形，并标出幅值。第1章常用半导体器件例3分析第1章常用半导体器件思考1：已知电路中稳压管的稳定电压UZ=6V，最小稳定电流IZmin=5mA，最大稳定电流Izmax=25mA。

（1）分别计算UI为10V、15V、35V三种情况下输出电压UO的值。

（2）若UI=35V时负载开路，则会出现什么现象？为什么？第1章常用半导体器件UD(on)思考2：下图电路中，硅二极管，R=2k

，分别用二极管理想模型和恒压降模型求出VDD=2V和VDD=10V时IO和UO的值。理想模型恒压降模型实际电路第1章常用半导体器件[解]1.VDD=2V

理想IO=VDD/R=2/2=1(mA)UO=VDD=2V恒压降UO=VDD–UD(on)=2

0.7=1.3(V)IO=UO/R=1.3/2=0.65(mA)2.VDD=10V

理想IO=VDD/R=10/2=5(mA)恒压降UO=10

0.7=9.3(V)IO=9.3/2=4.65(mA)VDD大，

采用理想模型VDD小，

采用恒压降模型第1章常用半导体器件思考3：

试求电路中电流I1、I2、IO和输出电压

UO的值。解：假设二极管断开UP=15VUP>UN二极管导通等效为0.7V的恒压源PN第1章常用半导体器件UO=VDD1

UD(on)=15

0.7=14.3(V)IO=UO/RL=14.3/3

=4.8(mA)I2=(UO

VDD2)/R=(14.3

12)/1

=2.3(mA)I1=IO+I2=4.8+2.3=7.1(mA)第1章常用半导体器件思考4：二极管构成“门”电路，设D1、D2均为理想二极管，当输入电压UA、UB为低电压0V和高电压5V的不同组合时，求输出电压UO的值。0V正偏导通5V正偏导通第1章常用半导体器件输入电压理想二极管输出电压UAUBD1D20V0V正偏导通正偏导通0V0V5V正偏导通反偏截止0V5V0V反偏截止正偏导通0V5V5V正偏导通正偏导通5V真值表ABY000010100111第1章常用半导体器件思考5：画出硅二极管构成的桥式整流电路在ui

=15sin

t(V)作用下输出uO的波形。(按理想模型)Otui

/V15RLD1D2D3D4uiBAuO第1章常用半导体器件OtuO/V15第1章常用半导体器件思考6：ui=2sin

t(V)，分析二极管的限幅作用。ui较小，宜采用恒压降模型

0.7V<ui<0.7VD1、D2均截止uO=uiuO=0.7Vui

0.7VD2导通D１截止ui<

0.7VD1导通D2截止uO=

0.7V第1章常用半导体器件思考题:D1、D2支路各串联恒压源，输出波形如何？OtuO/V0.7Otui

/V2

0.7第1章常用半导体器件思考7：分析简单稳压电路的工作原理，

R为限流电阻。IR=IZ+ILUO=UI

–IRRUIUORRLILIRIZ第1章常用半导体器件练习：已知ui=4sin

t(V)，二极管为理想二极管，画出uo的波形。

第1章常用半导体器件补充：选择二极管限流电阻步骤：1.设定工作电压(如0.7V；2V(LED)；UZ)2.确定工作电流(如1mA；10mA；5mA)3.根据欧姆定律求电阻R=(UI

UD)/ID(R要选择标称值)第1章常用半导体器件补充：图解法和微变等效电路法一、二极管电路的直流图解分析

uD=VDD

iDRiD=f(uD)1.2V100

iD

/mA128400.30.6uD/V1.20.9MN直流负载线斜率

1/R静态工作点iDQIQUQ第1章常用半导体器件也可取UQ=0.7VIQ=(VDD

UQ)/R=5(mA)二极管直流电阻RD第1章常用半导体器件iD

/mAuD/VO二、交流图解法电路中含直流和小信号交流电源时,二极管中含交、直流成分C隔直流

通交流当ui=0时iD=IQUQ=0.7V(硅)，0.3V(锗)设ui=sin

wtVDDVDD/RQIQwtOuiUQ斜率1/rd第1章常用半导体器件iD

/mAuD/VOVDDVDD/RQIQwtOuiUQiD

/mAwtOid斜率1/rdrd=UT/IQ=26mV/IQ当ui幅度较小时，二极管伏安特性在Q点附近近似为直线第1章常用半导体器件uiudRidrd三、微变等效电路分析法对于交流信号电路可等效为例：ui

=5sin

t(mV)，VDD=4V，R=1k

，求iD和uD。[解]1.静态分析令ui

=0，取UQ

0.7VIQ=(VDD

UQ)/R=3.3mA第1章常用半导体器件2.动态分析rd=26/IQ=26/3.3

8(

)id

=ui/rd=0.625sin

t(mA)3.总电压、电流=(0.7+0.005sin

t)V=(3.3+0.625sin

t)mAud=5sin

t(mV)第1章常用半导体器件1.3双极型半导体晶体管1.3.1BJT的结构及类型1.3.2BJT的电流放大作用1.3.3BJT的特性曲线1.3.4BJT的主要参数1.3.5温度对BJT的特性及参数的影响(SemiconductorTransistor)晶体管的应用举例第1章常用半导体器件1.3.1BJT的结构及类型（BipolarJunctionTransistor）一、结构与符号NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECB第1章常用半导体器件二、分类按材料分：硅管、锗管按功率分：小功率管<500mW按结构分：NPN、PNP按使用频率分：低频管、高频管大功率管>1W中功率管0.5

1W第1章常用半导体器件1.3.2BJT的电流放大作用1.晶体管放大的条件内部条件发射区掺杂浓度很高基区很薄且掺杂浓度很低集电结面积大外部条件发射结正偏集电结反偏2.晶体管放大电路的三种接法uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共射共集共基第1章常用半导体器件实现电路:第1章常用半导体器件3.晶体管内部载流子的运动1)

发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流

IEICN多数被集电结收集形成ICNIE少数与空穴复合，形成IBN

IBN基区空穴来源基极电源提供(IB)集电区少子漂移(ICBO)I

CBOIBIBN

IB+ICBO即：IB

IBN–ICBO2)扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流IB第1章常用半导体器件ICNIEIBNI

CBOIB3)

集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流ICICIC=ICN+ICBO由于集电结加反向电压且其结面积较大，基区的非平衡少子在外电场作用下越过集电结到达集电区，形成漂移电流。与此同时，集电区与基区的平衡少子也参与漂移运动，但它的数量很小，近似分析中可忽略不计。可见，在集电极电源VCC的作用下，漂移运动形成集电极电流IC。第1章常用半导体器件4.晶体管的电流分配关系

当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：IB

I

BN

ICBOIC=ICN+ICBO穿透电流第1章常用半导体器件IE=IC+IB如果忽略ICEO第1章常用半导体器件1.3.3晶体管的特性曲线一、输入特性输入回路输出回路与二极管特性相似第1章常用半导体器件O曲线基本重合(电流分配关系确定)曲线右移(因集电结开始吸引电子)发射结压降UBE(on)硅管：(0.6

0.8)V锗管：

(0.2

0.4)V取0.7V取0.3V第1章常用半导体器件二、输出特性iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321截止区：

IB

0

IC=ICEO

0特征：发射结电压小于开启电压且集电结反向偏置。截止区ICEO第1章常用半导体器件iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O246843212.放大区：放大区截止区特征：

发射结正偏集电结反偏

曲线水平、等间隔ICEOiC几乎仅仅决定于IB，而与管压降uCE无关，表现出IB对iC的控制作用。第1章常用半导体器件iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O246843213.饱和区：uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0特征：两个结正偏此时，IC

IB临界饱和时：

uCE

=uBE深度饱和时：0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(锗管)放大区截止区饱和区ICEO第1章常用半导体器件1.3.4晶体管的主要参数一、电流放大系数1.共发射极电流放大系数iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321—直流电流放大系数

—交流电流放大系数一般为几十

几百Q第1章常用半导体器件iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O246843212.共基极电流放大系数

1一般在0.98以上。

Q二、极间反向饱和电流CB极间反向饱和电流

ICBO，CE极间反向饱和电流ICEO。1.3.4晶体三极管的主要参数（2）第1章常用半导体器件三、极限参数1.ICM

—集电极最大允许电流，超过时

值明显降低。2.PCM—集电极最大允许功率损耗PC=iC

uCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作区第1章常用半导体器件U(BR)CBO

—发射极开路时C、B极间反向击穿电压。3.U(BR)CEO

—基极开路时C、E极间反向击穿电压。U(BR)EBO

—集电极极开路时E、B极间反向击穿电压。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBO第1章常用半导体器件1.3.4温度对BJT特性曲线的影响1.温度升高，输入特性曲线向左移。温度每升高1

C，UBE

(2

2.5)mV。温度每升高10

C，ICBO

约增大1倍。OT2>T1第1章常用半导体器件2.温度升高，输出特性曲线向上移。iCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0温度每升高1

C，

(0.5

1)%。输出特性曲线间距增大O综合，温度升高时，由于ICEO、

增大，且输入特性左移，所以导致集电极电流iC增大。第1章常用半导体器件半导体三极管的型号（补充）国家标准对半导体三极管的命名如下：3DG110B

用字母表示同一型号中的不同规格用数字表示同种器件型号的序号用字母表示器件的种类用字母表示材料三极管第二位：A表示锗PNP管、B表示锗NPN管、C表示硅PNP管、D表示硅NPN管第三位：X表示低频小功率管、D表示低频大功率管、G表示高频小功率管、A表示高频小功率管、K表示开关管。第1章常用半导体器件例一：现已测得某电路中几只晶体管三个极的直流电位如表所示，各晶体管b-e间开启电压Uon均为0.5V。试分别说明各管子的工作状态。放大放大饱和截止第1章常用半导体器件例二：在一个单管放大电路中，电源电压为30V，已知三只管子的参数如表所示，请选用一只管子，并简述理由。T2管的ICBO较小，β较大，且UCEO大于电源电压，所以T2最合适。第1章常用半导体器件例三：分别判断图示各电路中晶体管是否有可能工作在放大状态。可能可能不能不能可能能否将1.5V的干电池以正向接法接到二极管两端？为什么？第1章常用半导体器件例四：已知两只晶体管的电流放大系数β分别为100和50，现测得放大电路中这两只管子两个电极的电流如图所示。分别求另一电极的电流，标出其实际方向，并在圆圈中画出管子。1.01mA5mA第1章常用半导体器件例五：测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图所示。在圆圈中画出管子，并分别说明它们是硅管还是锗管。BEC硅管BEC锗管BEC硅管BEC硅管BEC锗管BEC锗管第1章常用半导体器件例六：电路如图所示，晶体管导通时UBE=0.7V，β=50。试分析uI为0、1V、1.85V三种情况下晶体管的工作状态及输出电压uo的值。IBIC第1章常用半导体器件方法二（常用于解题）晶体管放大晶体管饱和第1章常用半导体器件思考：判断下图各三极管的工作状态。第1章常用半导体器件1.4场效应管

引言1.4.1结型场效应管1.4.3场效应管的主要参数1.4.2MOS场效应管

举例第1章常用半导体器件引言场效应管FET

(FieldEffectTransistor)类型：结型JFET

(JunctionFieldEffectTransistor)绝缘栅型IGFET(InsulatedGateFET)第1章常用半导体器件特点：单极型器件(它仅靠半导体中的多子导电)工艺简单、易集成、功耗小、

体积小、成本低输入电阻高

(107

1015

，绝缘栅型可高达1015

)第1章常用半导体器件1.4.1结型场效应管1.结构与符号N沟道JFETP沟道JFET结型管是利用外加电压uGS控制半导体内的电场效应，通过改变PN结耗尽层的宽窄，从而改变导电沟道的电阻来控制漏极电流iD。第1章常用半导体器件2.工作原理1）当uDS=0（即d、s短路）时，uGS对导电沟道的控制作用虽然在图（a）存在由uGS所确定的一定宽度的导电沟道，但由于d-s间电压为零，多子不会产生定向移动，因而漏极电流iD为零。当uDS=0且uGS=0时，耗尽层很窄，导电沟道很宽。当UGS<0，PN结反偏，耗尽层加宽，沟道均匀变窄，沟道电阻增大。图(a)当UGS数值增大到某一数值时，耗尽层闭合，沟道消失，沟道电阻趋于无穷大，称此时uGS的值为夹断电压UGS(off)。图(b)第1章常用半导体器件2）当uGS为UGS(off)~0中某一固定值时，uDS对漏极电流iD的影响uGS

0，uDS

>0

此时

uGD=UGS(off)

沟道呈楔型，电流iD将随uDS增大而线性增大，d-s呈现电阻特性。耗尽层刚相碰时称预夹断在uGD<UGS(off)

的情况下，当uDS增大时，iD几乎不变，，即iD几乎仅仅决定于uGS，表现出iD的恒流特性。预夹断若uDS继续增大，则耗尽层闭合部分将沿沟道方向延伸，即夹断区加长。这时，一方面自由电子从S向D定向移动所受阻力加大（只能从夹断区的窄缝以较高速度通过），从而导致iD减小；另一方面，随着uDS增大，使d-s之间的纵向电场增强，也必然导致iD增大。实际上，上述iD的两种变化趋势相抵消，uDS的增大几乎全部降落在夹断区，用于克服夹断区对iD形成的阻力。因此，从外部看，在uGD<UGS(off)的情况下，当uDS增大时，iD几乎不变，即iD仅仅决定于uGS，表现出iD的恒流特性。当uDS

，预夹断点下移。第1章常用半导体器件

即uDS>uGS

–UGS(off)时，当uDS为一常量时，对应于确定的uGS

，就有确定的iD。此时，可以通过改变uGS来控制iD的大小。由于漏极电流受栅-源电压的控制，故称场效应管为电压控制元件。与晶体管用β来描述动态情况下基极电流对集电极电流的控制作用相类似，场效应管用gm来描述动态的栅-源电压对漏极电流的控制作用，gm称为低频跨导。3）当uGD<UGS(off)时，uGS对iD的控制作用第1章常用半导体器件

由以上分析可知：当uDS<uGS－UGS(off)

（即g-d间未出现夹断）时，对应于不同的uGS，d-s间等效成不同阻值的电阻。当uDS=uGS－UGS(off))时，d-s之间预夹断。当uDS>uGS－UGS(off)时，iD几乎仅仅决定于uGS，而与uDS无关。此时可以把iD近似看成uGS控制的电流源。第1章常用半导体器件转移特性曲线输出特性曲线3.N沟道结型场效应管的输出特性和转移特性当UGS(off)

<

uGS

0时,第1章常用半导体器件一、增强型N沟道MOSFET

(MentalOxideSemiconductor—FET)1.4.2MOS场效应管1.结构与符号P型衬底(掺杂浓度低)N+N+用扩散的方法制作两个N区在硅片表面生一层薄SiO2绝缘层SD用金属铝引出源极S和漏极DG在绝缘层上喷金属铝引出栅极GB耗尽层S—源极SourceG—栅极Gate

D—漏极DrainSGDB第1章常用半导体器件2.工作原理1)uGS对导电沟道的影响

(uDS=0)反型层(沟道)

当UGS=0

，DS间为两个背对背的PN结；当0<uGS<UGS(th)(开启电压)时，栅极金属层将聚集正电荷，它们排斥P型衬底靠近SiO2一侧的空穴，使之剩下不能移动的负离子区，形成耗尽层。（如图a）uGS增大时，一方面耗尽层增宽，另一方面衬底的自由电子吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个N型薄层，称为反型层。（如图b）这个反型层就构成了漏-源之间的导电沟道。使沟道刚刚形成的栅-源电压称为开启电压UGS(th)。uGS愈大，反型层愈厚，导电沟道电阻愈小。第1章常用半导体器件2)

uDS

对iD的影响(uGS>UGS(th))

DS间的电位差使沟道呈楔形，uDS

，靠近漏极端的沟道厚度变薄。预夹断(UGD=

UGS(th))：漏极附近反型层消失预夹断发生之前：

uDS

iD

预夹断发生之后：uDS

iD不变第1章常用半导体器件3.转移特性曲线2464321uGS/ViD/mAUDS=10VUGS(th)当uGS>UGS(th)

时：uGS=2UGS(th)

时的

iD值开启电压O第1章常用半导体器件4.输出特性曲线可变电阻区uDS<uGS

UGS(th)uDS

iD

，直到预夹断恒流区uDS

，iD

不变如果uDS继续增大，夹断区随之延长，而且，uDS的增大部分几乎全部用于克服夹断区对漏极电流的阻力。从外部看，iD几乎不因uDS的增大而变化，管子进入恒流区，iD几乎仅决定于uGS

。夹断区uGS

UGS(th)

全夹断iD=0

iD/mAuDS/VuGS=2V4V6V8V夹断区

饱和区可变电阻区放大区恒流区O第1章常用半导体器件二、耗尽型N沟道MOSFETSGDB

在SiO2

绝缘层中掺入大量正离子，那么即使uGS=0，在正离子作用下P型衬底表层也存在反型层，即漏-源之间存在导电沟道，只要在漏-源间加正向电压，就会产生漏极电流iD。uGS为正时，反型层变宽，沟道电阻变小，iD增大；反之，uGS为时，反型层变窄，沟道电阻变大，iD减小。而当uGS从零减小到一定值时，反型层消失，漏-源之间导电沟道消失，iD=0。此时的uGS称为夹断电压UGS(off)

。第1章常用半导体器件输出特性uGS/ViD/mA转移特性IDSSUGS(off)夹断电压饱和漏极电流当uGS

UGS(off)

时，uDS/ViD/mAuGS=

4V

2V0V2VOO第1章常用半导体器件三、P沟道MOSFET增强型耗尽型SGDBSGDB第1章常用半导体器件N沟道增强型SGDBiDP沟道增强型SGDBiD2–2OuGS/ViD/mAUGS(th)SGDBiDN沟道耗尽型iDSGDBP沟道耗尽型UGS(off)IDSSuGS/ViD/mA–5O5FET符号、特性的比较第1章常用半导体器件OuDS/ViD/mA5V2V0V–2VuGS=2V0V–2V–5VN沟道结型SGDiDSGDiDP沟道结型uGS/ViD/mA5–5OIDSSUGS(off)OuDS/ViD/mA5V2V0VuGS=0V–2V–5V第1章常用半导体器件1.4.3场效应管的主要参数开启电压UGS(th)(增强型)

夹断电压

UGS(off)(耗尽型)

指uDS=某值，使漏极电流iD为某一小电流时的uGS

值。UGS(th)UGS(off)2.饱和漏极电流IDSS耗尽型场效应管，当uGS=0时所对应的漏极电流。IDSSuGS/ViD/mAO第1章常用半导体器件UGS(th)UGS(off)3.直流输入电阻RGS指漏源间短路时，栅、源间加

反向电压呈现的直流电阻。JFET：RGS>107

MOSFET：RGS=109

1015

IDSSuGS/ViD/mAO第1章常用半导体器件4.低频跨导gm

反映了uGS对iD的控制能力，单位S(西门子)。一般为几毫西

(mS)uGS/ViD/mAQO第1章常用半导体器件PDM=uDSiD，受温度限制。5.漏源动态电阻rds6.最大漏极功耗PDM第1章常用半导体器件例一：已知某管子的输出特性曲线如图所示。试分析该管是什么类型的场效应管（结型、绝缘栅型、N沟道、P沟道、增强型、耗尽型）。第1章常用半导体器件例二：电路如图所示，其中管子T的输出特性曲线亦如图所示。试分析uI为0、8V和10V三种情况下场效应管分别工作在什么区域，并求出uo值。第1章常用半导体器件例三：电路如图所示，场效应管的夹断电压UGS(off)=－4V，饱和漏极电流IDSS=4mA。试问：为保证负载电阻RL上的电流为恒流，RL的取值范围应为多少？第1章常用半导体器件例四：测得某放大电路中三个MOS管的三个电极的电位如表所示，它们的开启电压也在表中。试分析各管的工作状态（截止区、恒流区、可变电阻区）。

管号UGS（th）/VUS/VUG/VUD/V工作状态T14－513

T2－43310

T3－4605

第1章常用半导体器件例五：分别判断图示各电路中的场效应管是否有可能工作在恒流区。第1章常用半导体器件例六：判断下图各场效应管的工作状态。已知UGS（th）=2V。第1章常用半导体器件一、两种半导体和两种载流子两种载流子的运动电子—自由电子空穴—价电子两种半导体N型(多电子)P型(多空穴)二、二极管1.特性—单向导电正向电阻小(理想为0)，反向电阻大(

)。小结第1章常用半导体器件iDO

uDU(BR)IFURM2.主要参数正向—最大平均电流IF反向—最大反向工作电压U(BR)(超过则击穿)反向饱和电流IR(IS)(受温度影响)IS第1章常用半导体器件3.二极管的等效模型理想模型(大信号状态采用)uDiD正偏导通电压降为零相当于理想开关闭合反偏截止电流为零相当于理想开关断开恒压降模型UD(on)正偏电压

UD(on)

时导通等效为恒压源UD(on)否则截止，相当于二极管支路断开UD(on)