可变电阻区：vDS很低，iD随vGS的增大直线上升。 改变vGS，直线斜率改变，阻值改变。 类似一只受vGS控制的可变电阻。 恒流区： 预夹断后，vGS为定值时，iD几乎不随vDS变化， vDS为定值时，iD随vGS的增大而增大， FET具有放大作用，且iD受vGS控制。 击穿区：当vDS增大到一定值以后，反偏的漏源之间的 PN结会发生击穿，漏极电流iD将急剧增大。 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——绝缘栅场效应管 耗尽型管 加正离子 uGS=0时就存在导电沟道。 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——绝缘栅场效应管 1)增强型MOS管 2)耗尽型MOS管 开启电压 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——绝缘栅场效应管 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——绝缘栅场效应管 1.直流参数 (1)开启电压VGS(TH)（增强型FET参数）:当vDS保持一定时，使增强型场效应管导通的最小电压。 (2)夹断电压VGS(off) （耗尽型FET参数）: 当vDS保持一定时，使耗尽型场效应管截止(夹断)的最小栅源电压。 (3)饱和漏极电流ID(sat)(耗尽型FET的参数) vGS=0时管子的漏极电流。 (4)直流输入电阻RGS：漏源短路情况下，栅源电压与栅极电流之比。 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——场效应管的主要参数 2. 交流参数 (1)低频跨导gm：栅源电压vGS对漏极电流iD的控制能力。 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——场效应管的主要参数 (2)极间电容：Cgs,Cgd,Cds 3. 极限参数 (1)漏源击穿电压V(BR)DS vDS增大过程中，使iD急剧增大时的漏源电压。 (6)栅源击穿电压V(BR)GS FET正常工作时的栅源电压的允许最大值。 (7)最大漏极电流IDM IDM为管子正常工作时允许的最大漏极电流。 (8)漏极最大允许耗散功率PDSM PD=IDVDS，为漏极允许耗散功率的最大值。 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——场效应管的主要参数 第1章 基本半导体器件 习题课 解： 当Vi VR时，D1导通， VO= VR； 当Vi- VR时，D2导通， VO= -VR； 当-VR Vi VR时，D1、 D2均不导通， VO= Vi； VR -VR 第1章 基本半导体器件 习题课 第1章 基本半导体器件 习题课 低 高 更高 正偏 反偏 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 1.发射 发射结正偏→发射区中的多子电子大量向基区扩散→形成发射极电流。 2.复合和扩散 从发射区扩散到基区的电子，很少一部分与基区中的空穴相复合，形成基极电流的主要部分IBN（基区复合掉的空穴由电源补充）；绝大部分电子向集电结扩散。（因为基区很薄） 3. 收集 集电结反偏，有利于少子漂移→基区过来的电子迅速漂移过集电结被集电区所收集，形成集电极电流的主要部分。 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 同时，集电区少子空穴在集电结反偏电压的作用下向基区漂移，形成集电结反向饱和电流ICBO，它是集电极电流的极小部分，也是基极电流的一部分。 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 晶体管直流电流传输方程 （1）共基极直流电流传输方程 —共基极直流电流放大系数 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 共基极直流电流传输方程 （2）共发射极直流电流传输方程 —共发射极直流电流放大系数 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 晶体管的共射组态特性曲线时，相当于两个二极管并联的正向特性 （2）随着vce的增大，曲线向右移动。 当vce在1 V以内变化时，曲线移动较明显，这是因为在vce=vbe(约0.7 V)以前，集电结处于正向偏置，集电结收集电子的能力很弱. 随着vce的增大，集电结由正偏向反偏过渡，收集电子的能力加强，使得从发射区进入基区的电子更多地流向集电区，因此，对应于相同的vbe，流向基极的电流ib明显减小。 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 输出特性 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 晶体管的三个工作区 发射结 集电结 截止区 反偏 反偏 放大区 正偏 反偏 饱和区 正偏 正偏 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 晶体管的主要参数 1.电流放大系数 （1）共射直流电流放大系数 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 （2）共射交流电流放大系数 （3）共基直流电流放大系数 （4）共基交流电流放大系数 2.极间反向电流 （1）集电极-基极反向饱和电流ICBO （2）穿透电流ICEO 3.频率参数 当频率增加到一定值后， 电流放大倍数将随频率升高而下降。 （1）共射截止频率fβ 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 当β 的模下降到低频β0的0.707倍时，所对应的频率，天行体育app称为共射截止频率fβ 。 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 （2）共基截止频率fα （3）特征频率fT –当β值下降为1时的频率。 4.极限参数 （1）集电极最大允许电流ICM （2）集电极最大允许耗散功率PCM （3）反向击穿特性 V(BR)CBO V(BR)CEO V(BR)EBO 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 温度对三极管参数的影响 1.对VBE有影响 2.对ICBO和ICEO有影响 3.对β有影响 温度升高时，VBE↓,ICBO↑,ICEO↑,β↑ 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管 场效应管的特点： 输入电阻高，107~1015Ω 噪声低 热稳定性好 抗辐射能力强 便于集成 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——结型场效应管 三个区域：一个N型区，两个P型区。 三个电极：源极S，漏极D，栅极G。 两个PN结： 一个导电沟道：N型导电沟道 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——结型场效应管 工作原理： 1. uDS=0时，UGS对导电沟道的控制情况： （1）在D、S之间存在着N型导电沟道。 （2）当在G、S之间加上反向电压UGS时,耗尽层变宽.由于P区高掺杂，N区低掺杂，所以宽度变化主要在N区。 （3）耗尽区不导电，其宽度变化影响导电沟道的宽度，从而控制D、S之间的导电性能。 当uGS= VGS(off)时，耗尽层闭合，沟道消失。 VGS(off) 称为夹断电压。 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——结型场效应管 2.当uGS为固定值时，uDS对iD的影响。 （1）当uDS=0时，iD=0。 （2）当uDS0时，iD由D流向S，沟道上窄下宽，iD随uDS的增大而增大。 （3）当uDS增大至uGD= uGS- uDS= VGS(off)时 漏极一端出现夹断区，称为预夹断。 若uDS继续增大，则完全消耗在夹断区上，iD不再随uDS的增大而增大，仅决定于uGS。 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——结型场效应管 特性曲线.可变电阻区—漏极附近不发生预夹断， uGS不变，iD随uDS升高而增大，电阻随uGS变化而改变，表现为由uGS控制的一个可变电阻。 2.恒流区(饱和区)—漏极附近发生了预夹断， uDS的增加导致漏极附近发生预夹断。此后，uDS增大导致耗尽层继续增长，抵消了uDS的增加，而iD基本不变。 （3）击穿区 当uDS升高到一定值时，PN结被反向击穿，iD突然增大，叫击穿区。 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——结型场效应管 特性曲线—转移特性曲线时的漏极电流称为饱和漏极电流，ID(sat) uGS=0时，漏源间为两个背靠背的PN结，不导电。 N沟道增强型MOS管 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——绝缘栅场效应管 uDS 不变，uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个N区相接时，管子导通。 此时的uGS称为开启电压VGS(th) 。 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——绝缘栅场效应管 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——绝缘栅场效应管 1. UGS对导电沟道的控制情况： （1）当UGS=0时，在D、S为背靠背二极管，不存在导电沟道。 （2）当UGSUT，会感应出电子层。因此，UGS的变化会使反型层的宽度变化，达到控制ID的目的。 2．当UGS VGS(th)时，uDS对iD的影响。 （1）当uDS=0时，iD=0 （2）当uDS0时，iD随uDS的增大而增大 （3）当uDS增大至uGD= uGS- uDS= VGS(th)时,漏极一端出现夹断区，称为预夹断。 若uDS继续增大，则完全消耗在夹断区上，iD不再随uDS的增大而增大，仅决定于uGS。进入恒流区。 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——绝缘栅场效应管 输入特性：vGS VGS(th) ，ID=0;vGS VGS(th) ，才有漏极电流iD。vGS控制iD。 第1章 基本半导体器件 1.4 场效应管——绝缘栅场效应管 第1章 基本半导体器件 1.1 PN结 导 体：导电能力很强的物质。 电阻率10-4 Ω·cm， 如低价元素铜、铁、铝等。 绝缘体：导电能力很弱，基本上不导电的物质。 电阻率109 Ω·cm， 如高价惰性气体和橡胶、陶瓷、塑料等高 分子材料. 半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。 如硅、锗等四价元素。 1. 价电子：原子外层轨道上的电子。 2．共价键：两个相邻原子共有的一对价电子。 3．本征半导体：纯净且呈现晶体结构的半导体，叫本征半导体。 第1章 基本半导体器件 1.1 PN结 1．自由电子：获得足够能量，以克服共价键束缚的价电子。 2．空穴：价电子脱离共价键束缚成为自由电子后在共价键中留下的空位。 第1章 基本半导体器件 1.1 PN结 在常温下，由于热能的激发，产生自由电子和空穴对的现象，叫本征激发。温度一定，自由电子和空穴对的浓度也一定。由于本征激发而在本征半导体中存在一定浓度的自由电子（带负电荷）和空穴（带正电荷）对，故其具有导电能力，但其导电能力有限。 第1章 基本半导体器件 1.1 PN结 （1）Ｎ(Negtive)型半导体： 在硅或锗本征半导体中掺入适量的五价元素（如磷），则磷原子与其周围相邻的四个硅或锗原子之间形成共价键后，还多出一个自由电子参与导电。结果，自由电子成为多数载流子(称多子)，空穴成为少数载流子(称少子)。 第1章 基本半导体器件 1.1 PN结 （2）P(Positive)型半导体： 在硅或锗本征半导体中，摻入适量的三价元素（如硼），则硼原子与周围的四个硅或锗原子形成共价键后，还留有一个空穴。结果，空穴成为多子，自由电子成为少子。这种主要依靠多子空穴导电的杂质半导体，叫P型半导体。 第1章 基本半导体器件 1.1 PN结 无外电场作用时，本征半导体和杂质半导体对外均呈现电中性，其内部无电流。 在杂质半导体中，多子浓度取决于掺杂浓度；少子浓度取决于温度。 掺杂的目的不是提高导电能力，而是得到多种半导体特性，满足实际需要 。 第1章 基本半导体器件 1.1 PN结 1. PN结中载流子的运动 （1）多数载流子的扩散运动：在交界面两侧,电子和空穴的浓度差很大， P区中的多子空穴向N区扩散，在P区一侧留下杂质负离子,在N区一侧集中正电荷；同时，N区中的多子自由电子向P区扩散，在N区一侧留下杂质正离子，在P区一侧集中负电荷。 第1章 基本半导体器件 1.1 PN结 扩散的结果，在P型和N型半导体交界面处形成空间电荷区，空间电荷区无载流子停留，故称为耗尽层.自建内电场（从N区指向P区）。该电场阻止多子扩散运动，又称为阻挡层。但有利于少子运动. 第1章 基本半导体器件 1.1 PN结 （2）少数载流子的漂移 在内电场的作用下，P区中的少子自由电子向N区漂移，而N区中的少子空穴向P区飘移，使内电场削弱。 第1章 基本半导体器件 1.1 PN结 扩散与漂移的动态平衡 扩散：多子的运动，产生扩散电流。 漂移：少子的运动，产生漂移电流。 当内电场达到一定值时，多子的扩散运动与少子的漂移运动达到动态平衡时，空间电荷区不再变化，这个空间电荷区，就称为PN结。 无外电场作用时，PN结内部虽有载流子运动，但无定向电流形成。 第1章 基本半导体器件 1.1 PN结 2．PN结的单向导电特性 （1）PN结加正向电压（正偏） 外电场与内电场反方向 → 空间电荷区附近多子与其中离子复合 →空间电荷区变窄 → 多子的扩散运动远大于少子的漂移运动 → 由浓度大的多子扩散形成较大的正向电流 → PN结处于导通状态。 此时，其正向电阻很小，正向压降也很小。 第1章 基本半导体器件 1.1 PN结 （2）PN结加反向电压（反偏） 外电场与内电场同方向 → 使空间电荷区变宽 → 多子扩散运动大大减弱，而少子的漂移运动相对加强， → 由浓度很小的少子漂移形成很小的反向饱和电流IS，PN结处于截止状态。此时，反向电阻很大。 PN结正偏时导通，反偏时截止，故具有单向导电特性。 第1章 基本半导体器件 1.1 PN结 二极管的类型： 从管子结构来分，有点接触型和面接触性和平面型 第1章 基本半导体器件 1.2 二极管 二极管的类型： 从制造材料来分，有硅二极管、锗二极管 此外还有一种开关型二极管，适用于在脉加数宇电路中作为开关管。 第1章 基本半导体器件 1.2 二极管 二极管的伏安特性 正向特性： 死区电压 硅：0.5V左右 锗：0.1V左右 反向特性： 反向饱和电流IS 反向击穿电压UBR 第1章 基本半导体器件 1.2 二极管 二极管方程 UT：温度的电压当量，26mV 实际二极管的伏安特性 正向特性：开启电压Vth 硅：0.5V左右 锗：0.1V左右 反向特性：反向饱和电流IR(sat) 硅:0.1μA 锗:0.1mA saturation 第1章 基本半导体器件 1.2 二极管 理想二极管的伏安特性 正向特性：开启电压Vth=0 反向特性：反向饱和电流IR(sat)=0 第1章 基本半导体器件 1.2 二极管 稳定电压：UZ 稳定电流： IZ 动态内阻：rZ 额定功耗： PZ 电压的温度系数：αU 稳压管 第1章 基本半导体器件 1.2 二极管 使用稳压管组成稳压电路时，需要注意 1. 应反偏连接 2. 稳压管应与负载电阻 并联 3. 必须限制流过稳压管的电流，使其不超过规定值，以免因过热而烧毁管子。 第1章 基本半导体器件 1.2 二极管 二极管参数 最大正向直流电流IFM：平均电流 反向峰值电压VRM：瞬时值 反向直流电流IR： 是对温度很敏感的参数 最高工作频率fM：结电容作用的结果 第1章 基本半导体器件 1.2 二极管 二极管应用-限幅 第1章 基本半导体器件 1.2 二极管 +VR VR VR 断 +VR VR VR 通 =Vi = VR 二极管应用-半波整流 第1章 基本半导体器件 1.2 二极管 二极管应用-全波整流 第1章 基本半导体器件 1.2 二极管 二极管应用-桥式整流 第1章 基本半导体器件 1.2 二极管 第1章 基本半导体器件 1.2 二极管 例1.2.1 稳压电路。稳压管VZ=6V，Izmax=33mA,Izmin=5mA，输入电压VI=15V，负载RL在0.5k Ω至2k Ω 之间变化，试计算限流电阻R的大小。 解 电路的输出电压就是稳压管的稳定电压，即VZ=VO=6V。由于负载电阻的变化造成电压的不稳定。而稳压管稳压在于利用稳定电流Iz来调整负载上的电压。 + - 15V + - Vz=6V 第1章 基本半导体器件 1.2 二极管 三个极： 发射极(e) 基极(b) 集电极(c) 三个区： 发射区 基区 集电区。 两个结： 发射结 集电结。 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管 三极管有电流放大作用的内部条件。 发射区：掺杂浓度大 基 区：很薄，掺杂浓度很小。 集电区：掺杂浓度小，但面积大。 三极管有电流放大作用的外部条件。 1.NPN型三极管：VCVBVE 2.PNP型三极管：VCVBVE 无论何型三极管，其外部工作条件为： 发射结正偏，集电结反偏 第1章 基本半导体器件 1.3双极型三极管
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