半导体器件基础

1、1、二极管的伏安特性曲线I = f (V),(1) 正向特性,OA段： 二极管电流较小，二极管未导通。,AB段：当 uD Uth时，二极管导通 。正向电阻很小. Uth ：硅0.5V 锗0.1V 导通电压：硅0.60.8V 锗0.1 0.3V,（2） 反向特性,OC段： 反向饱和电流小，反向电阻很大。,复习,(3)击穿特性,CD段：外加反向电压超过击穿电压UBR时，反向电流会突然增大。（击穿时，二极管失去单向导电性）,复习,2、二极管的等效模型 理想模型 UD+UD0，二极管导通，等效为导线； UD+UD0，二极管截止，等效为断路。 恒压降模型 UD+UDUF，二极管导通，等效为UF恒压源；

2、UD+UDUF，二极管截止，等效为断路。 折线模型 UD+UDUth，二极管导通，等效为Uth恒压源串联电阻； UD+UDUth，二极管截止，等效为断路。,3、二极管的工作状态判定方法 假设二极管断开，然后求得二极管正极和负极之间的电压。如该电压大于导通电压，则说明该二极管导通，两端的实际电压为二极管的导通电压；如果该电压小于导通电压，则说明该二极管截止。然后进一步计算所要求的各物理量。,第2章 半导体器件基础（3） 2.3 特殊二极管 2.5 双极型晶体管 第3章 晶体管放大电路基础（1） 3.1 放大电路的基本概念,教学要求,1、了解稳压二极管的工作区域。 2、理解三极管各极电流间的关系和

3、电流 放大作用。掌握三极管用于放大时的加电原则， 并会判断电压极性加得对不对。 3、理解三极管的特性曲线，掌握输出特 性曲线三个区域的特点。 4、了解放大电路的主要性能指标,2.3 特殊半导体二极管,2.3.1 稳压管及其应用,稳压管是一种由特殊工艺制成的点接触型硅二极管，与普通二极管相比，其正向特性相似，而反向特性比较陡。 稳压管工作在反向击穿区，并且在一定电流范围内（IZ），稳压管不会损坏。由于稳压管的击穿是齐纳击穿，故稳压管也称为齐纳二极管。,1. 符号及稳压特性,利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。在正常稳压状态时，IZmax IZIZmin,当IZI

4、Zmin时，稳压 管进入反向截止状 态，稳压特性消失；,当IZIZmax时，稳压 管可能被销毁。,稳压管应用电路,在负载变化不大的场合，稳压管常用来做稳压电源，由于负载和稳压管并联，又称为并联稳压电源。稳压管在实际工作时要和电阻相配合使用。,2.3.2 发光二极管,发光二极管通过电流时将发出光来，又叫LED。 应用：1、很多大型显示屏都是由矩阵式的LED构成的。 2、作为将电信号变为光信号的元件。,双极型三极管通常简称为晶体三极管，也称为晶体管或三极管。,2.5.1 双极型三极管的分类及结构,2.5 双极型晶体管,2.5.1 双极型三极管的分类及结构,BJT按照制造材料分为锗管和硅管；按照工作

5、频率分为低频管和高频管；按照允许耗散的功率大小分为小功率管、中功率管和大功率管。,小功率管,中功率管,大功率管,双极型三极管的结构示意图及其符号,1、三个区、两个结、三个电极,下图是NPN管的结构及符号,2、符号中的箭头表示三极管导通时的电流方向,集电区,集电结,基区,发射区,发射结,双极型三极管的结构示意图及其符号,1、三个区、两个结、三个电极,下图是PNP管的结构及符号,2、符号中的箭头表示三极管导通时的电流方向,集电区,集电结,基区,发射区,发射结,初学者可以根据三极管符号中的箭头,1）分清电极：带箭头是发射极，箭头方向就是电流方向。,2）分清类型：箭头向外为NPN，向里为PNP 。,N

6、PN管,PNP管,2.5.2 双极型晶体管的工作原理,1、放大的条件：,内部条件：,(1)发射区掺杂浓度高 (2)基区薄且掺杂浓度低 (3)集电区面积大,外部条件：,(1)发射结正偏； (2)集电结反偏。,外部条件：,(1)发射结正偏； (2)集电结反偏。,NPN型： UCUB UE,PNP型： UE UB UC,(1)发射区向基区注入“多子”电子形成发射极电流IE,2、载流子运动情况与各极电流的形成(NPN),发射区：发射载流子 集电区：收集载流子 基区：传送和控制载流子,(2)扩散及一小部分电子在基区复合形成基极电流IB,(3)绝大部分电子被集电极收集，形成集电极电流IC,(1)发射区向基

7、区注入“多子”电子形成发射极电流IE IE = IE n+ IEp IE n,(2)扩散及一小部分电子在基区复合形成基极电流IB IB=IBn - ICBO IBn,(3)绝大部分电子被集电极收集，形成集电极电流IC IC=ICn+ ICBO ICn,3、电流分配关系,BJT中载流子的运动情况,IC= ICN+ ICBO,IE=IB+ IC,由于三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。,-,-,3.几个重要公式,例1: 在晶体管放大电路中，测得三个晶体管的各个电极的电位如图。试判断各晶体管的类型（是

8、NPN管还是PNP管，是硅管还锗管），并区分e、b、c三个电极。,(1)UB居中， UE与UB相差小(零点几伏)。据此可判断三个电极。同时，又根据 UBE=0.7V(硅管 ) UBE=0.2V(锗管) 据此判断硅管和锗管。 (2)根据UB与UE 的大小或电流流向，可判断NPN型管还是PNP型管。,解：,e b c,NPN硅管,c b e,PNP硅管,c e b,PNP锗管,NPN型：UCUB UE PNP型：UE UB UC,三极管的三种连接方式（组态）：,三极管有三个电极，可视为一个二端口网络，其中两个电极构成输入端口、两个电极构成输出端口，输入、输出端口公用某一个电极。根据公共电极的不同，

9、三极管组成的放大电路有3种连接方式，通常称为放大电路的三种组态，即共基极、共发射极和共集电极电路组态，如图2-36所示。,基极为公共电极,发射极为公共电极,集电极为公共电极,2.5.3 三极管的特性曲线,晶体三极管特性测试电路,重点,1. 输入特性曲线,UCE=0V,UCE 1V,(1) UCE = 0，相当于二极管的正向特性,(3) UCE 1V后， UCE， iC基本不变， iB亦基本不变,(2) UCE = 1V，曲线右移（原因是集电结反偏， iE 大部分被拉到集电区， iB ）, 工程上UCE = 1V的曲线即可代表UCE 1V的情况。,特点：,120(A),160(A),200(A)

10、,放 大 区,截止区,饱和区,放大区（线性区）： 定义：发射结正偏、 集电结反偏 特点： 1. IC = IB ，具有恒流特性。 2. UBE=0.7V(硅)/0.2v(锗),iB=0 (A),40(A),iB= 80(A),饱和区： 定义：发射结正偏 集电结正偏或零偏 特点： 1、失去电流放大作用 2、UCE = UCES = 0.3V(硅) / 0.1V(锗),截止区 定义：发射结反偏或零偏，集电结反偏 特点：1. IB 0，UBE小于死区电压 2.三极管失去放大作用 ， IC = ICEO 0,2. 输出特性曲线,uCE=uBE,小结：三极管处于何种状态的判定方法,三极管结偏置的判定法常

11、用于已知结偏置情况下,1电流放大倍数 1）直流电流放大系数 2）交流电流放大系数 2极间反向电流 1）集电极基极之间的反向饱和电流 2）集电极发射极之间的穿透电流 3集电极发射极之间反向击穿电压,2.5.4 晶体管的主要参数 （自学）,5、 集电极最大允许功率损耗PCM,PCM= ICVCE,4集电极最大允许电流,PCM1W-小功率管,PCM10W-大功率管,10WPCM1W-中功率管,（自学）,温度对BJT参数及特性的影响,(1) 温度对ICBO的影响,温度每升高10，ICBO约增加一倍。,(2) 温度对 的影响,温度每升高1， 值约增大0.5%1%。,(3) 温度对反向击穿电压V(BR)C

12、BO、V(BR)CEO的影响,温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。,2. 温度对BJT特性曲线的影响,1. 温度对BJT参数的影响,第3章 晶体管放大电路基础 3.1 放大电路的基本概念,3.1 放大电路的基本概念,3.1.1放大器的基本概念,(2)放大要求：幅度放大，波形不失真,(3)放大实质：实现能量转换与控制,(1)放大对象：交流量(即变化量),即由一个能量较小的输入信号控制直流电源，使之转换成交流能量输出，驱动负载。,3.1 放大电路的基本概念,电子系统举例:收音机接收广播信号,广播电台,电磁感应,前置放大器,功率放大器,天线,扬声器,属于交流放大！,3.1.2

13、 放大器的主要性能指标,1. 放大倍数：输出量与输入量之比,电压放大倍数是最常被研究和测试的参数,在工程上常用以10为底的对数增益表达，其基本单位为B（贝尔，Bel），平时用它的十分之一单位dB（分贝，decibel的缩写）。,由于功率与电压（或电流）的平方成比例，因此功率增益表示为：,2. 输入电阻和输出电阻,将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。,输入电压与输入电流有效值之比。,从输入端看进去的 等效电阻,输出电阻Ro的另一种求法：,Ro的求法：将信号源短路，即 =0，但保留Rs；且负载RL两端开路，即RL=时,短路,开路,3. 通频带,由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降（中频区的0.707倍），并产生相移。,衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。,4. 最大不失真输出电压Uom：交流有效值。,5. 最大输出功率Pom和效率：功率放大电路