1、電子線路基礎模擬電路部分第1章基本半導體器件概述第1章 基本半導體器件1.1 PN結導 體：導電能力很強的物質。 電阻率109 cm， 如高價惰性氣體和橡膠、陶瓷、塑料等高 分子材料.半導體：導電能力介于導體和絕緣體之間的物質。 如硅、鍺等四價元素。 1. 價電子：原子外層軌道上的電子。2共價鍵：兩個相鄰原子共有的一對價電子。3本征半導體：純凈且呈現晶體結構的半導體，叫本征半導體。第1章 基本半導體器件1.1 PN結 1自由電子：獲得足夠能量，以克服共價鍵束縛的價電子。 2空穴：價電子脫離共價鍵束縛成為自由電子后在共價鍵中留下的空位。 第1章 基本半導體器件1.1 PN結 在常溫下，由于熱能的

2、激發，產生自由電子和空穴對的現象，叫本征激發。溫度一定，自由電子和空穴對的濃度也一定。由于本征激發而在本征半導體中存在一定濃度的自由電子（帶負電荷）和空穴（帶正電荷）對，故其具有導電能力，但其導電能力有限。 第1章 基本半導體器件1.1 PN結（1）(Negtive)型半導體： 在硅或鍺本征半導體中摻入適量的五價元素（如磷），則磷原子與其周圍相鄰的四個硅或鍺原子之間形成共價鍵后，還多出一個自由電子參與導電。結果，自由電子成為多數載流子(稱多子)，空穴成為少數載流子(稱少子)。 第1章 基本半導體器件1.1 PN結（2）P(Positive)型半導體： 在硅或鍺本征半導體中，摻入適量的三價元素（

3、如硼），則硼原子與周圍的四個硅或鍺原子形成共價鍵后，還留有一個空穴。結果，空穴成為多子，自由電子成為少子。這種主要依靠多子空穴導電的雜質半導體，叫P型半導體。 第1章 基本半導體器件1.1 PN結 無外電場作用時，本征半導體和雜質半導體對外均呈現電中性，其內部無電流。 在雜質半導體中，多子濃度取決于摻雜濃度；少子濃度取決于溫度。 摻雜的目的不是提高導電能力，而是得到多種半導體特性，滿足實際需要 。 第1章 基本半導體器件1.1 PN結 1. PN結中載流子的運動（1）多數載流子的擴散運動：在交界面兩側,電子和空穴的濃度差很大， P區中的多子空穴向N區擴散，在P區一側留下雜質負離子,在N區一側集

4、中正電荷；同時，N區中的多子自由電子向P區擴散，在N區一側留下雜質正離子，在P區一側集中負電荷。第1章 基本半導體器件1.1 PN結 擴散的結果，在P型和N型半導體交界面處形成空間電荷區，空間電荷區無載流子停留，故稱為耗盡層.自建內電場（從N區指向P區）。該電場阻止多子擴散運動，又稱為阻擋層。但有利于少子運動.第1章 基本半導體器件1.1 PN結（2）少數載流子的漂移 在內電場的作用下，P區中的少子自由電子向N區漂移，而N區中的少子空穴向P區飄移，使內電場削弱。 第1章 基本半導體器件1.1 PN結 擴散與漂移的動態平衡擴散：多子的運動，產生擴散電流。漂移：少子的運動，產生漂移電流。 當內電場

5、達到一定值時，多子的擴散運動與少子的漂移運動達到動態平衡時，空間電荷區不再變化，這個空間電荷區，就稱為PN結。 無外電場作用時，PN結內部雖有載流子運動，但無定向電流形成。第1章 基本半導體器件1.1 PN結 2PN結的單向導電特性 （1）PN結加正向電壓（正偏） 外電場與內電場反方向 空間電荷區附近多子與其中離子復合 空間電荷區變窄 多子的擴散運動遠大于少子的漂移運動 由濃度大的多子擴散形成較大的正向電流 PN結處于導通狀態。 此時，其正向電阻很小，正向壓降也很小。 第1章 基本半導體器件1.1 PN結（2）PN結加反向電壓（反偏） 外電場與內電場同方向 使空間電荷區變寬 多子擴散運動大大減

6、弱，而少子的漂移運動相對加強， 由濃度很小的少子漂移形成很小的反向飽和電流IS，PN結處于截止狀態。此時，反向電阻很大。 PN結正偏時導通，反偏時截止，故具有單向導電特性。 第1章 基本半導體器件1.1 PN結 二極管的類型：從管子結構來分，有點接觸型和面接觸性和平面型第1章 基本半導體器件1.2 二極管 二極管的類型：從制造材料來分，有硅二極管、鍺二極管此外還有一種開關型二極管，適用于在脈加數宇電路中作為開關管。第1章 基本半導體器件1.2 二極管第1章 基本半導體器件1.2 二極管第1章 基本半導體器件1.2 二極管第1章 基本半導體器件1.2 二極管二極管的伏安特性正向特性： 死區電壓

7、硅：左右 鍺：左右反向特性： 反向飽和電流IS 反向擊穿電壓UBR第1章 基本半導體器件1.2 二極管二極管方程UT：溫度的電壓當量，26mV實際二極管的伏安特性正向特性：開啟電壓Vth 硅：左右 鍺：左右反向特性：反向飽和電流IR(sat) 硅A 鍺:0.1mA saturation 第1章 基本半導體器件1.2 二極管理想二極管的伏安特性正向特性：開啟電壓Vth=0反向特性：反向飽和電流IR(sat)=0第1章 基本半導體器件1.2 二極管穩定電壓：UZ穩定電流： IZ動態內阻：rZ額定功耗： PZ電壓的溫度系數：U穩壓管第1章 基本半導體器件1.2 二極管 使用穩壓管組成穩壓電路時，需要

8、注意1. 應反偏連接2. 穩壓管應與負載電阻 并聯3. 必須限制流過穩壓管的電流，使其不超過規定值，以免因過熱而燒毀管子。第1章 基本半導體器件1.2 二極管二極管參數最大正向直流電流IFM：平均電流反向峰值電壓VRM：瞬時值反向直流電流IR： 是對溫度很敏感的參數最高工作頻率fM：結電容作用的結果第1章 基本半導體器件1.2 二極管二極管應用-限幅第1章 基本半導體器件1.2 二極管+VRVRVRVR 通=Vi= VR二極管應用-半波整流第1章 基本半導體器件1.2 二極管二極管應用-全波整流第1章 基本半導體器件1.2 二極管二極管應用-橋式整流第1章 基本半導體器件1.2 二極管第1章

9、基本半導體器件1.2 二極管 例 穩壓電路。穩壓管VZ=6V，Izmax=33mA,Izmin=5mA，輸入電壓VI=15V，負載RL在0.5k 至2k 之間變化，試計算限流電阻R的大小。 解 電路的輸出電壓就是穩壓管的穩定電壓，即VZ=VO=6V。由于負載電阻的變化造成電壓的不穩定。而穩壓管穩壓在于利用穩定電流Iz來調整負載上的電壓。+-15V+-Vz=6V第1章 基本半導體器件1.2 二極管第1章 基本半導體器件雙極型三極管第1章 基本半導體器件雙極型三極管 三個極： 發射極(e) 基極(b) 集電極(c) 三個區： 發射區 基區 集電區。 兩個結： 發射結 集電結。第1章 基本半導體器件

10、雙極型三極管第1章 基本半導體器件雙極型三極管第1章 基本半導體器件雙極型三極管 三極管有電流放大作用的內部條件。 發射區：摻雜濃度大 基 區：很薄，摻雜濃度很小。 集電區：摻雜濃度小，但面積大。 三極管有電流放大作用的外部條件。 1.NPN型三極管：VCVBVE型三極管：VCVB0時，iD由D流向S，溝道上窄下寬，iD隨uDS的增大而增大。（3）當uDS增大至uGD= uGS- uDS= VGS(off)時漏極一端出現夾斷區，稱為預夾斷。 若uDS繼續增大，則完全消耗在夾斷區上，iD不再隨uDS的增大而增大，僅決定于uGS。第1章 基本半導體器件1.4 場效應管結型場效應管特性曲線輸出特性曲

11、線1.可變電阻區漏極附近不發生預夾斷， uGS不變，iD隨uDS升高而增大，電阻隨uGS變化而改變，表現為由uGS控制的一個可變電阻。2.恒流區(飽和區)漏極附近發生了預夾斷， uDS的增加導致漏極附近發生預夾斷。此后，uDS增大導致耗盡層繼續增長，抵消了uDS的增加，而iD基本不變。（3）擊穿區 當uDS升高到一定值時，PN結被反向擊穿，iD突然增大，叫擊穿區。 第1章 基本半導體器件1.4 場效應管結型場效應管特性曲線轉移特性曲線uGS=0時的漏極電流稱為飽和漏極電流，ID(sat) uGS=0時，漏源間為兩個背靠背的PN結，不導電。 N溝道增強型MOS管第1章 基本半導體器件1.4 場效

12、應管絕緣柵場效應管 uDS 不變，uGS增大，反型層（導電溝道）將變厚變長。當反型層將兩個N區相接時，管子導通。此時的uGS稱為開啟電壓VGS(th) 。第1章 基本半導體器件1.4 場效應管絕緣柵場效應管第1章 基本半導體器件1.4 場效應管絕緣柵場效應管1. UGS對導電溝道的控制情況：（1）當UGS=0時，在D、S為背靠背二極管，不存在導電溝道。（2）當UGSUT，會感應出電子層。因此，UGS的變化會使反型層的寬度變化，達到控制ID的目的。2當UGS VGS(th)時，uDS對iD的影響。（1）當uDS=0時，iD=0 （2）當uDS0時，iD隨uDS的增大而增大（3）當uDS增大至uG

13、D= uGS- uDS= VGS(th)時,漏極一端出現夾斷區，稱為預夾斷。 若uDS繼續增大，則完全消耗在夾斷區上，iD不再隨uDS的增大而增大，僅決定于uGS。進入恒流區。 第1章 基本半導體器件1.4 場效應管絕緣柵場效應管輸入特性：vGS VGS(th) ，才有漏極電流iD。vGS控制iD。第1章 基本半導體器件1.4 場效應管絕緣柵場效應管可變電阻區：vDS很低，iD隨vGS的增大直線上升。 改變vGS，直線斜率改變，阻值改變。 類似一只受vGS控制的可變電阻。 恒流區： 預夾斷后，vGS為定值時，iD幾乎不隨vDS變化， vDS為定值時，iD隨vGS的增大而增大， FET具有放大作

14、用，且iD受vGS控制。 擊穿區：當vDS增大到一定值以后，反偏的漏源之間的 PN結會發生擊穿，漏極電流iD將急劇增大。 第1章 基本半導體器件1.4 場效應管絕緣柵場效應管耗盡型管加正離子 uGS=0時就存在導電溝道。第1章 基本半導體器件1.4 場效應管絕緣柵場效應管1)增強型MOS管2)耗盡型MOS管開啟電壓第1章 基本半導體器件1.4 場效應管絕緣柵場效應管第1章 基本半導體器件1.4 場效應管絕緣柵場效應管1.直流參數(1)開啟電壓VGS(TH)（增強型FET參數）:當vDS保持一定時，使增強型場效應管導通的最小電壓。(2)夾斷電壓VGS(off) （耗盡型FET參數）: 當vDS保持一定時，使耗盡型場效應管截止(夾斷)的最小柵源電壓。(3)飽和漏極電流ID(sat)(耗盡型FET的參數) vGS=0時管子的漏極電流。(4)直流輸入電阻RGS：漏源短路情況下，柵源電壓與柵極電流之比。第1章 基本半導體器件1.4 場效應管場效應管的主要參數2. 交流參數(1)低頻跨導gm：柵源電壓vGS對漏極電流iD的控制能力。第1章 基本半導體器件1.4 場效應管場效應管的主要參數(2)極間電容：Cgs,Cgd,Cds3. 極限參數(1)漏源擊穿電壓V(BR)DS vDS增大過程中，使iD急劇增大時的漏源電壓。(6)柵源擊穿電壓V(BR)GS FET正常工作時的柵源電