第一章半导体器件基础知识课件.ppt

1、制制 作作 黎小桃黎小桃第一章 半导体器件基础知识 江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 2第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述 半导体器件是电子线路的核心器件。只有掌握半导体器半导体器件是电子线路的核心器件。只有掌握半导体器件的结构、性能、工作原理和特点，才能正确分析电子电路件的结构、性能、工作原理和特点，才能正确分析电子电路工作原理，正确选择和合理使用半导体器件。工作原理，正确选择和合理使用半导体器件。本章主要介绍二极管、三极管、场效应管、晶闸管的结本章主要介绍二极管、三极管、场效应管、晶闸管的结构、性能、主要参数以及常

2、用器件的识别与性能测试等。构、性能、主要参数以及常用器件的识别与性能测试等。本章重点本章重点：PN 结的特性、晶体三极管、场效应管的工结的特性、晶体三极管、场效应管的工作原理、主要参数和外特性。作原理、主要参数和外特性。本章难点本章难点：PN 结的形成、三极管电流放大作用结的形成、三极管电流放大作用 本 章 概 述第一节第一节本 章 概 述第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 3第一节 半导体的基本知识 一、半导体的概念一、半导体的概念 半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。常用的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、硒（Se）和砷化镓（GaAs）等。二、二、半导体的特性半导

3、体的特性 （1）热敏特性和光敏特性：温度升高或受到光照，半导体材料的导电能力增强。（2）掺杂特性：本征半导体中掺入某种微量元素(杂质)后，它的导电能力增强，利用该特性可形成杂质半导体。第一节 半导体的基本知识 第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 4第一节 半导体的基本知识 图图1-1 共价健结构与空穴产生示意图共价健结构与空穴产生示意图第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节

4、三、本征半导体三、本征半导体 纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体。共价键：共价键：相邻原子共有价电子所形成的束缚。半导体中有自由电子和空穴两种载流子参与导电。空穴产生：空穴产生：价电子获得能量挣脱原子核吸引和共价键束缚后留下的空位，空穴带正电。江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 5 四、四、N型和型和P型半导体型半导体 (1)N型半导体型半导体(N-type semiconductor)在四价的本征半导体(硅)中掺入微量五价元素磷，就形成了N型半导体。(2)P型半导体型半导体(P-type semiconductor)：在四价的本征半导体(硅)中掺入微量三价元素(硼)就形成P型半

5、导体。a)N型半导体 b)P型半导体第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第一节 半导体的基本知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 6 五、五、PN结结 1PN结的形成 第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第一节 半导体的基本知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节PN结P区N区内电场电子空穴PN结的形成 在一块纯净的半导体晶体上，采用特殊掺杂工艺，在两侧分别掺入三价元素和五价元素。一侧形成P型半导体，另一侧形成N型半导体如图所示。江 西

6、应 用 技 术 职 业 学 院 7第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第一节 半导体的基本知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节 2 PN结的单向导电性结的单向导电性 当PN结的两端加上正向电压，即P区接电源的正极，N区接电源的负极，称为PN结正偏，如图所示。ER变窄P区N区内电场外电场IPN结正偏 江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 8第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第一节 半导体的基本知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节PN结反偏 如果给PN外加反向电压，即P区

7、接电源的负极，N区接电源的正极，称为PN结反偏，如图所示。外加电压在PN结上所形成的外电场与PN结内电场的方向相同，增强了内电场的作用，破坏了原有的动态平衡，使PN结变厚，加强了少数载流子的漂移运动，由于少数载流子的数量很少，所以只有很小的反向电流，一般情况下可以忽略不计。这时称PN结为反向截止状态。ER变宽P区N区内电场外电场I=0 PN结正偏时导通，反偏时截止，因此它具有单向导电性，这也是PN结的重要特性 江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 9第二节 半导体二极管一、二极管的结构、类型、电路符号一、二极管的结构、类型、电路符号 通过一定的生产工艺把半导体的P区和N区部分结合在一起，则它

8、们的交界处就会形成一个具有单向导电性的薄层，称为PN结。以PN结为管芯，在P区和N区均接上电极引线，并以外壳封装，就制成了半导体二极管，简称二极管。1、二极管电路符号、二极管电路符号：箭头方向表示二极管导通时的电流方向。a)内部结构内部结构 b)电路符号电路符号第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 10 2 2、二极管的分类、二极管的分类 (1)按所用材料不同划分：硅管和锗管 (2)按制造工艺不同划分 点接触型：结电容很小，允许通过的电流也很小（

9、几十毫安以下），适用于高频检波、变频、高频振荡等场合。2AP系列和2AK系列；面接触型：允许通过的电流较大，结电容也大，工作频率较低，用作整流器件。如国产硅二极管2CP和2CZ系列；硅平面型，2CK系列开关管。第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 11图 二极管结构 a)点接触型 b)硅面接触型 c)硅平面型 第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第

10、五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 12二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性 1 1、二极管的单向导电性、二极管的单向导电性 如图，(a)中的开关闭合，灯亮，大电流；图(b)开关闭合，灯不亮，电流几乎为零。半导体二极管单向导电性实验 a)二极管正向偏置 b)二极管反向偏置 二极管正偏导通，反偏截止的这种特性称为单向导电性二极管正偏导通，反偏截止的这种特性称为单向导电性 第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 132 2、二极管的伏

11、安特性、二极管的伏安特性 在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流，I=f(U)之间的关系曲线。硅管的伏安特性硅管的伏安特性604020 0.002 0.00400.5 1.02550I/mAU/V正向特性正向特性死区电压死区电压击穿电压击穿电压U(BR)反向特性反向特性第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 14（1 1）正向特性）正向特性 当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。相应的电压叫死区电压。范围称死区。死区电压与材料和温度有关，

12、硅管约 0.5 V 左右，锗管约 0.1 V 左右。当正向电压超过死区电压后，随着电压的升高，正向电流迅速增大。正向特性正向特性60402000.4 0.8I/mAU/V第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 15(2)(2)反向特性反向特性 0.02 0.0402550I/mAU/V反向特性反向特性当电压超过零点几伏后，反向电流不随电压增加而增大，即饱和；二极管加反向电压，反向电流很小,如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电流会突然增大,反

13、向饱反向饱和电流和电流这种现象称击穿击穿，对应电压叫反向击穿电压击穿电压。击穿并不意味管子损坏，若控制击穿电流，电击穿并不意味管子损坏，若控制击穿电流，电压降低后，还可恢复正常。压降低后，还可恢复正常。击穿击穿电压电压U(BR)第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 16三、温度对二级管特性的影响三、温度对二级管特性的影响 1温度升高1，硅和锗二极管导通时的正向压降UF将减小2.5mv左右。2温度每升高10，反向电流增加约一倍。3温度升高UBR下降

14、。二极管的特性对温度很敏感，具有负温度系数。二极管的特性对温度很敏感，具有负温度系数。四、二级管的主要参数四、二级管的主要参数 1 1最大整流电流最大整流电流I IF F IF为指二极管长期运行时允许通过的最大正向直流电流。IF与PN结的材料、面积及散热条件有关。大功率二极管使用时，一般要加散热片。在实际使用时，流过二极管最大平均电流不能超过IF，否则二极管会因过热而损坏。第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 172.2.最高反向工作电压最高反向

15、工作电压 U UR R工作时允许加在二极管两端的反向电压值。通常将击穿电压 UBR 的一半定义为 UR。3.3.反向电流反向电流 I IR R通常希望 IR 值愈小愈好。4.4.最高工作频率最高工作频率 f fM MfM 值主要 决定于 PN 结结电容的大小。结电容愈大，二极管允许的最高工作频率愈低。第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 18五、二极管的应用五、二极管的应用 第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管

16、第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节 1、整流电路 整流电路是利用二极管的单向导电作用，将交流电变成脉动直流电的电路。具体电路将在第章节中介绍。2限幅电路 限幅电路又称削波电路，是用来限制输入信号电压范围的电路。(1)单向限幅电路 单向限幅电路如图所示。输入电压和输出电压波形如图所示。+RVDUsui+uo+OOttuiuosUsU图1 单向限幅电路 江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 19第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节 (2)双向限

17、幅电路 通常将具有上、下门限的限幅电路称为双向限幅电路，电路及其输入波形如图1-所示。图中电源电压U1、U2用来控制它的上、下门限值。+RVDUui+VDU2uo+121OOttuiuoIHU1U1UILU图1-双向限幅电路 江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 20第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节 3钳位电路 钳位电路是使输出电位钳制在某一数值上保持不变的电路。钳位电路在数字电子技术中的应用最广。如图110所示是数字电路中最基本的与门电路，也是钳位电路的一种形式。设二极管为理

18、想二极管，当输入UA=UB=3V时，二极管VD1、VD2正偏导通，输出电位被钳制在UA和UB上，即UF=3V；当UA=0V，UB=3V，则D1导通，输出被钳制在UF=UA=0V，D2反偏截止。RVD1VD2ABF输入端输出端+12V江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 21第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节 4检波电路 检波电路是把信号从已调波中检出来的电路。检波电路在调幅收音机及电视机中都有应用，电路如图111所示。CVDRui+uo+L江 西 应 用 技 术 职 业 学 院

19、22第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节六、特殊二极管六、特殊二极管 1发光二极管发光二极管（LED）是一种将电能转换成光能的特殊二极管，它的外型和符号如图112所示。在LED的管头上一般都加装了玻璃透镜。图112 发光二极管的外型和符号 通常制成LED的半导体中的掺杂浓度很高，当向管子施加正向电压时，大量的电子和空穴在空间电荷区复合时释放出的能量大部分转换为光能，从而使LED发光。使用时必须正向偏置。它工作时只需1.53V的正向电压和几毫安的电流就能正常发光，由于LED允许的工作电

20、流小，使用时应串联限流电阻。江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 23第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节 2光电二极管 光电二极管又称光敏二极管，是一种将光信号转换为电信号的特殊二极管（受光器件）。光电二极管的符号如图所示。光电二极管工作在反向偏置下，无光照时，流过光电二极管的电流（称暗电流）很小；受光照时，产生电子空穴对（称光生载流子），在反向电压作用下，流过光电二极管的电流（称光电流）明显增强。利用光电二极管可以制成光电传感器，把光信号转变为电信号，从而实现控制或测量等。如果

21、把发光二极管和光电二极管组合并封装在一起，则构成二极管型光电耦合器件，光电耦合器可以实现输入和输出电路的电气隔离和实现信号的单方向传递。它常用在数/模电路或计算机控制系统中做接口电路。受光面受光面江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 24第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节 3变容二极管 变容二极管是利用PN结结电容可变原理制成的半导体器件，它仍工作在反向偏置状态。变容二极管的特点是结电容随反偏电压的变化而变化，它主要用在电视机、录音机、收音机的调谐电路和自动微调电路中，其电路符号

22、如图所示。江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 25第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节4稳压二极管 稳压二极管是一种在规定反向电流范围内可以重复击穿的硅平面二极管。它的伏安特性曲线、图形符号及稳压管电路如图115所示。稳压管符号稳压管符号+I/mAU/VO+正向正向 +反向反向 U I江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 26第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节 半导体二极管第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节 稳压

23、管主要参数如下：1)稳定电压稳定电压Uz Uz是稳压管反向击穿稳定工作的电压。型号不同，Uz值就不同，根据需要查手册确定。2)稳定电流稳定电流Iz Iz是指稳压管工作的最小电流值。如果电流小于Iz，则稳压性能差，甚至失去稳压作用。3)动态电阻动态电阻rz rz是稳压管在反向击穿工作区，电压的变化量与对应的电流变化量的比值，即 rz=Uz/Iz rz越小，稳压性能越好。江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 27第三节 半导体三极管一、三极管的结构、电路符号、分类一、三极管的结构、电路符号、分类（2）三极管的分类）三极管的分类(1)按结构划分：NPN和PNP。(2)按所用半导体材料划分：硅管和锗

24、管。(3)按用途划分：放大管和开关管。(4)按工作频率划分：低频管和高频管。(5)按功率大小划分：小功率管、中功率管、大功率管。（1）三极管的外形如下图所示。）三极管的外形如下图所示。X X：低频小功率管：低频小功率管D D：低频大功率管：低频大功率管G G：高频小功率管：高频小功率管A A：高频大功率管：高频大功率管第三节 半导体三极管第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 28第三节 半导体三极管（3 3）三极管的结构与符号）三极管的结构与符号 NNPecb集电区

25、集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 eNPN 型型第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 29第三节 半导体三极管（3 3）三极管的结构与符号）三极管的结构与符号 PPNecb集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 ePNP 型型第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节

26、江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 30第三节 半导体三极管注意：注意：(1)(1)两种管子的电路符号用发射极箭头方向的两种管子的电路符号用发射极箭头方向的不同以示区别，箭头方向表示发射结正偏时不同以示区别，箭头方向表示发射结正偏时发射极电流的实际方向。发射极电流的实际方向。(2)(2)在使用时三极管的发射极和集电极不能互在使用时三极管的发射极和集电极不能互换。换。第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 31第三节 半导体三极管二、三极管的电流放大作用及其放大基本

27、条件二、三极管的电流放大作用及其放大基本条件 1 1三极管各极的电流分配三极管各极的电流分配IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA0.010.561.141.742.332.91IE/mA0.010.571.161.772.372.96三极管电流分配实验电路三极管电流分配实验电路 由下表得出规律：IE=IC+IB即发射极电流等于即发射极电流等于基极电流与集电极基极电流与集电极电流之和。电流之和。第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 32第三节

28、 半导体三极管 2 2三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用 （1）三极管的电流放大作用就是基极电流IB的微小变化控制了集电极电流IC较大的变化。（2）三极管放大电流时，被放大的IC是由电源VCC提供的，并不是三极管自身生成的，放大的实质是小信号对大信号的控制作用。（3）三极管是一种电流控制器件。3 3三极管放大的基本条件三极管放大的基本条件 （1）放大的偏置条件：发射结正偏，集电结反偏。（2）NPN管具有放大作用时的电位关系：UCUBUE；PNP管：UCUBUE。第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节

29、江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 33第三节 半导体三极管三、三极管的输入输出特性曲线三、三极管的输入输出特性曲线 三极管的各个电极上电压和电流之间的关系曲线称为三极管的伏安特性曲线或特性曲线。三极管在电路中的连接方式（组态）不同，其特性曲线也不同。用NPN型管组成的共射特性曲线测试电路如图所示。第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 34第三节 半导体三极管1 1、输入特性曲线、输入特性曲线 共射输入特性曲线方程式：常数常数 CE)(BEBUUfI (1)UC

30、E=0 时的输入特性时的输入特性曲线曲线V/BEUO0CE UIB/A 当当 UCE=0 时，基极和时，基极和发射极之间相当于两个发射极之间相当于两个 PN 结结并联。所以，当并联。所以，当 b、e 之间加之间加正向电压时，应为两个二极管正向电压时，应为两个二极管并联后的正向伏安特性。并联后的正向伏安特性。RbVBBcebIB+UBE_VBBIB+UBE_bce第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 35第三节 半导体三极管(2)(2)U UCECE 0 0 时的输入

31、特性曲线时的输入特性曲线 *特性右移特性右移*UCE 1 V，特性曲线重合。，特性曲线重合。第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 36第三节 半导体三极管例例:三极管工作状态的判断三极管工作状态的判断 测量某硅材料测量某硅材料NPNNPN型型BJTBJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？作在什么区域？正偏正偏反偏反偏反偏反偏集电结正偏正偏正偏正偏反偏反偏发射结饱和饱和放大放大截止截止解：对解：对NPN管而言，放大时

32、管而言，放大时对对PNP管而言，放大时管而言，放大时所以所以（1）放大区）放大区（2）截止区）截止区（3）饱和区）饱和区第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 37第三节 半导体三极管、输出特性、输出特性100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 15划分四个区：截止区、划分四个区：截止区、放大区和饱和区、击穿放大区和饱和区、击穿区。区。饱饱和和区区放放大大区区截止区截止区IB 0 的区域。的区域。两个结都处于反向两个结都处于反向偏置。偏置。IB=0

33、 时，时，IC=ICEO。硅硅管约等于管约等于 1 1 A A，锗管约为，锗管约为几十几十 几百微安。几百微安。常常数数 B)(CECIUfI截止区截止区击穿区击穿区IC/mAUCE /V4321O 5 10 15第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 38第三节 半导体三极管100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 15放放大大区区IC/mAUCE /V4321O 5 10 15放大区放大区条件条件：发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏对对

34、NPN 管管 UBE 0，UBC 0,UBC 0。特点：特点：IC 基本上不随基本上不随 IB 而而变化，在饱和区三极管失去放变化，在饱和区三极管失去放大作用。大作用。I C IB。饱饱和和区区 当当 UCE=UBE，即，即 UCB=0 时，称时，称临界饱和临界饱和，UCE UBE时称为时称为过饱和过饱和。饱和管压降饱和管压降 U UCES CES 0.4 V 0.4 V(硅管硅管)，U UCESCES 0.2 V0.2 V(锗管锗管)第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业

35、学 院 40第三节 半导体三极管100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 15IC/mAUCE /V4321O 5 10 15击穿区击穿区击击穿穿区区当三极管uCE增大到某一值时，iC将急剧增加，特性曲线迅速上翘，这时三极管发生击穿。工作时应避免管子击穿。第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 41第三节 半导体三极管四、三极管的主要参数及温度对特性的影响四、三极管的主要参数及温度对特性的影响 1.电流放大系数电流放大系数（1）共射电流放大系数 B

36、CII （2）共射直流电流放大系数 忽略穿透电流 ICEO 时，BCII 第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 42第三节 半导体三极管（3 3）共基电流放大系数）共基电流放大系数 ECII （4 4）共基直流电流放大系数）共基直流电流放大系数 忽略反向饱和电流忽略反向饱和电流 I ICBO CBO 时，时，ECII 和和 这两个参数不是独立的，而是互相这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：联系，关系为：1 1或或第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础

37、知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 43第三节 半导体三极管与温度的关系：与温度的关系：温度升高，值增大。每升高1，值增加0.5%1%，反映在输出特性曲线上就是各条曲线的间距增大。2.极间反向电流极间反向电流(1).集电极集电极-基极反向饱和电流基极反向饱和电流 ICBOICBOceb A 小功率锗管 ICBO 约为几微安；硅管的 ICBO 小，有的为纳安数量级。第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技

38、术 职 业 学 院 44第三节 半导体三极管(2).(2).集电极集电极-发射极反向饱和电流发射极反向饱和电流(穿透电流穿透电流)I ICEOCEOICEO Aceb当当 b 开路时，开路时，c 和和 e 之间的电流。之间的电流。CBOCEO)1(II 值愈大，则该管的值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。也愈大。第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 45第三节 半导体三极管3.3.极限参数极限参数它是表征三极管能安全工作的参数。它是表征三极管能安全工作的参数。(1)

39、.(1).集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICMCM 当 IC 过大时，三极管的 值要减小。在 IC=ICM 时，值下降到额定值的三分之二。当超过这个值时，放大性能下降或损坏管子。第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 46第三节 半导体三极管（2 2）反向击穿电压）反向击穿电压U(BR)CBO 发射极开路时，集电极基极之间允许施加的最高反向电压，超过此值，集电结发生反向击穿。过过电电压压ICU(BR)CEOUCEO过过损损耗耗区区安安全全 工工 作作 区区

40、过流区过流区ICMU(BR)EBO 集电极开路时，发射极基极之间允许施加的最高反向电压。U(BR)CEO 基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反向电压。为可靠工作，使用时VCC取U(BR)CEO的1/2或2/3。在输出特性曲线中，iB0的曲线开始急剧上翘所对应的电压即为U(BR)CEO，其值比U(BR)CBO小。T，U(BR)。第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 47第三节 半导体三极管(3)(3)集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率 P PCMC

41、M 将将 IC 与与 UCE 乘积等于规乘积等于规定的定的 PCM 值各点连接起来，可值各点连接起来，可得一条双曲线。得一条双曲线。ICUCE PCM 为过损为过损耗区耗区ICUCEOPCM=ICUCE安安全全 工工 作作 区区过过损损耗耗区区第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 48第三节 半导体三极管 解解:发射结正偏，集电结反偏。对于发射结正偏，集电结反偏。对于NPNNPN管管U UBEBE0 0，U UBCBC0 0。先先求求U UBEBE，若等于，若等于0

42、.6-0.7V0.6-0.7V，为硅管；若等于，为硅管；若等于0.2-0.3V0.2-0.3V，为，为锗管。锗管。第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 49第四节 场效应管场效应管是仅由多数载流子参与导电的半导体有源场效应管是仅由多数载流子参与导电的半导体有源器件器件,它是一种由输入信号电压来控制其输出电流大小的半它是一种由输入信号电压来控制其输出电流大小的半导体三极管导体三极管,为电压控制器件。只有一种载流子参与导电，为电压控制器件。只有一种载流子参与导电，也称也

43、称单极型三极管。单极型三极管。场效应管分类场效应管分类结型场效应管结型场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管特点特点单极型器件单极型器件(一种载流子导电一种载流子导电)；输入电阻高；输入电阻高；工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。第四节 场效应管第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 50第四节 场效应管N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝

44、缘栅型增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 51第四节 场效应管一、增强型绝缘栅场效应管的结构及其工作原理一、增强型绝缘栅场效应管的结构及其工作原理1.结构和符号结构和符号P 型衬底型衬底N+N+BGSDSiO2源极源极 S衬底引线衬底引线 B栅极栅极 G图图 1-26N 沟道增强型沟道增强型MOS 管的结构管的结构GSDSiO2漏极漏极 DGSDSiO2SGDBN沟道符号沟道符号SGDBIDP沟道符号沟道符号第一章第一章

45、 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 52第四节 场效应管2.2.工作原理与特性曲线工作原理与特性曲线以N沟道增强型MOS管为例进行讨论 (1)工作原理工作原理 工作时,N沟道增强MOS管的栅源电压 和漏源电压 均为正向电压。当当UGS=0时时SBDGSuDSu 漏源之间相当于两个背靠背的PN结,漏极与源极之间无导电沟道，即使加上 ,也无漏极电流,。DSu0Di第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第

46、五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 53 UDS=0，0 UGS UT)导电沟道呈现一个楔形。漏极形成电流 ID。b.b.U UDSDS=U UGSGS U UT T，U UGDGD=U UT T靠近漏极沟道达到临界开启程度，出现预夹断。c.c.U UDS DS U UGSGS U UT T，U UGDGD U UT T由于夹断区的沟道电阻很大，UDS 逐渐增大时，导电沟道两端电压基本不变，ID 因而基本不变。a.UDS UTP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区夹断区第四节 场效应管第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第

47、四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 55第四节 场效应管（2）特性曲线）特性曲线 场效应管的特性曲线常用的有输出特性曲线和转移特性曲线两种。场效应管的输出特性又称为漏极特性，关系式为：常数DSuGSDufi)(当漏源电压为某一定值时，漏极电流与栅源电压之间的关系式为转移特性关系式，即常数GSuDSDufi)(转移特性转移特性UGS 0 0；U UGSGS 正、负、零均可。正、负、零均可。iDsgdBN沟道符号沟道符号iDsgdBP沟道符号沟道符号第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概

48、述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 59第四节 场效应管三、结型场效应管的简介三、结型场效应管的简介 图图1-30 结型场效应管结型场效应管a）N沟道管的结构示意图沟道管的结构示意图 b）平面结构示意图）平面结构示意图c）N沟道管的沟道管的电路符号电路符号 d)P沟道管的符号沟道管的符号第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 60第四节 场效应管1 1结型场效应管也分为结型场效应管也分为N N沟道和沟道和P P沟道两种。沟道两种。2 2结

49、型场效应管中存在原始沟道，故属于耗结型场效应管中存在原始沟道，故属于耗尽型。尽型。3 3N N沟道结型场效应管正常工作时，栅源之间沟道结型场效应管正常工作时，栅源之间加反向电压，即加反向电压，即u uGSGS0 0，使两个，使两个PNPN结反偏；漏源之间结反偏；漏源之间加正向电压，即加正向电压，即u uDSDS0 0，形成漏极电流，形成漏极电流i iD D。4 4N N沟道结型场效应管工作在各个区域的条件：沟道结型场效应管工作在各个区域的条件：当满足当满足u uGSGS U UGS(offGS(off)(夹断电压夹断电压)，u uDSDS u uGSGSU UGS(offGS(off)时工作在

50、时工作在可变电阻区；当满足可变电阻区；当满足u uGSGSU UGS(offGS(off)且且u uDSDSu uGSGSU UGS(offGS(off)时工时工作在恒流区；当满足作在恒流区；当满足u uGSGS U UGS(offGS(off)时工作在夹断区。时工作在夹断区。第一章第一章 半导体器件基础知识半导体器件基础知识 第二节第二节第三节第三节第四节第四节本章概述本章概述第一节第一节第五节第五节江 西 应 用 技 术 职 业 学 院 61第四节 场效应管四、场效应管的主要参数四、场效应管的主要参数 1 1性能参数性能参数 （1 1）开启电压）开启电压U UGS(thGS(th)和夹断电