關于常用半導體器復習提問：模擬電路的特點

模擬電路與數字電路的區別模擬電路：處理的信號是時間上連續的信號數字電路：處理的信號是離散的信號第2頁,共105頁，2024年2月25日，星期天集成電路補充二、電子器件的發展電子管晶體管分立元件（（SSI（100以下）MSI（〈103）LSI（〈104）超大規模VLSI（105以上）1906年，福雷斯特等發明了電子管；電子管體積大、重量重、耗電大、壽命短。世界上第一臺計算機用了1.8萬只電子管，占地170平方米，重30噸，耗電150W。目前在一些大功率發射裝置中使用。1948年，肖克利等發明了晶體管，其性能在體積、重量方面明顯優于電子管，但器件較多時由分立元件組成的分立電路體積大、焊點多、電路的可靠性差。1960年集成電路出現，成千上萬個器件集成在一塊芯片，大大促進了電子學的發展，尤其促進數字電路和微型計算機的飛速發展。芯片中集成上萬個等效門，目前高的已達上億門。（摩爾定律）第3頁,共105頁，2024年2月25日，星期天學習方法

深入理解模擬電路的基本概念

掌握典型電路的結構及分析方法第4頁,共105頁，2024年2月25日，星期天考核標準：總評成績=平時成績

50%+期中考試20%+期末考試30%平時成績：出勤10分，筆記20分，作業20分每次講新課要檢查筆記，每次課有課后作業和課堂作業為大專四科統考課程之一，最終考試時有30分為本校老師給的平時分。第5頁,共105頁，2024年2月25日，星期天第1章半導體器件

一、半導體基礎知識二、晶體二極管三、特殊二極管四、雙極型晶體管五、場效應管

第6頁,共105頁，2024年2月25日，星期天§1.1半導體基礎知識半導體的特性本征半導體雜質半導體第7頁,共105頁，2024年2月25日，星期天一、半導體特性1、何謂半導體物體分類導體—

導電率為105s.cm-1，量級，如金屬絕緣體—

導電率為10-22-10-14s.cm-1量級，如：橡膠、云母、塑料等。—

導電能力介于導體和絕緣體之間。如：硅、鍺、砷化鎵等。半導體2、

半導體特性摻入雜質則導電率急劇增加摻雜特性半導體器件溫度增加使導電率大為增加溫度特性熱敏器件光照不僅使導電率大為增加還可以產生電動勢光照特性光敏器件光電器件第8頁,共105頁，2024年2月25日，星期天二、本征半導體本征半導體完全純凈、結構完整的半導體晶體。純度：99.9999999%，“九個9”它在物理結構上呈單晶體形態。常用的本征半導體Si+14284Ge+3228184+4第9頁,共105頁，2024年2月25日，星期天本征半導體

+4+4+4+4+4+4+4+4+4

完全純凈的、不含其他雜質且具有晶體結構的半導體稱為本征半導體。將硅或鍺材料提純便形成單晶體，它的原子結構為共價鍵結構。價電子共價鍵圖1.1.2單晶體中的共價鍵結構當溫度T=0

K時，半導體不導電，如同絕緣體。第10頁,共105頁，2024年2月25日，星期天本征半導體

本征半導體的原子結構和共價鍵共價鍵內的電子稱為束縛電子掙脫原子核束縛的電子稱為自由電子價帶中留下的空位稱為空穴外電場E自由電子定向移動形成電子流束縛電子填補空穴的定向移動形成空穴流12第11頁,共105頁，2024年2月25日，星期天+4+4+4+4+4+4+4+4+4圖1.1.3本征半導體中的自由電子和空穴自由電子空穴

若T

，將有少數價電子克服共價鍵的束縛成為自由電子，在原來的共價鍵中留下一個空位——空穴。T

自由電子和空穴使本征半導體具有導電能力，但很微弱。空穴可看成帶正電的載流子。第12頁,共105頁，2024年2月25日，星期天本征半導體1.本征半導體中有兩種載流子—自由電子和空穴它們是成對出現的2.在外電場的作用下，產生電流—電子流和空穴流電子流自由電子作定向運動形成的與外電場方向相反空穴流價電子遞補空穴形成的與外電場方向相同由此我們可以看出：第13頁,共105頁，2024年2月25日，星期天本征半導體

本征半導體的載流子的濃度結論1.本征半導體中電子濃度ni=空穴濃度pi

2.載流子的濃度與T等有關

第14頁,共105頁，2024年2月25日，星期天總結：導體：導電性能良好的金屬，如：銅、銀和鋁等；半導體：導電性能介于導體和絕緣體之間的物質，一般為四價元素，如硅、鍺等；本征半導體：完全純凈、結構完整的半導體晶體；共價鍵：原子和原子之間共用的價電子對，讓每個原子都有八個價電子的穩定結構；本征激發：純凈半導體受熱和受光照時，共價鍵的價電子跳出共價鍵成為自由電子，失去價電子的共價鍵空位稱為空穴，也能參與導電。第15頁,共105頁，2024年2月25日，星期天1．半導體中傳導電流的載流子是（

）。

A．電子

B．空穴

C．自由電子和空穴

D．雜質離子2．半導體主要靠空穴導電。（

）3.本征半導體中的載流子由本征激發產生。（）4．制作半導體器件時，使用最多的半導體材料是

和

。5．在熱和光作用下，半導體中同時出現電子流和空穴流．（）6.本征激發產生的電子空穴對的濃度隨溫度的升高而減少.（

）7．半導體主要靠空穴和離子導電。（

）6．半導體中導電的不僅有

，而且還有

，這是半導體區別導體導電的重要特征。7．純凈半導體又稱

半導體，其內部空穴和自由電子數

。第16頁,共105頁，2024年2月25日，星期天1.1.2雜質半導體雜質半導體有兩種N型半導體P型半導體一、N型半導體在硅或鍺的晶體中摻入少量的5價雜質元素，如磷P[15]、銻Sb[51]、砷As[33]等，即構成N型半導體(或稱電子型半導體)。常用的5價雜質元素有磷、銻、砷等。第17頁,共105頁，2024年2月25日，星期天+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由電子施主原子圖1.1.4

N型半導體的晶體結構第18頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

本征半導體摻入5價元素后，原來晶體中的某些硅原子將被雜質原子代替。雜質原子最外層有5個價電子，其中4個與硅構成共價鍵，多余一個電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。

自由電子濃度遠大于空穴的濃度，即n>>p。電子稱為多數載流子(簡稱多子)，空穴稱為少數載流子(簡稱少子)。第19頁,共105頁，2024年2月25日，星期天N型雜質半導體的的簡化表示法第20頁,共105頁，2024年2月25日，星期天二、P型半導體+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或鍺的晶體中摻入少量的3價雜質元素，如硼B[5]、鎵Ga[31]、銦In[49]等，即構成P型半導體。+3空穴濃度多于電子濃度，即p>>n。空穴為多數載流子，電子為少數載流子。3價雜質原子稱為受主原子。受主原子空穴圖1.1.5

P型半導體的晶體結構第21頁,共105頁，2024年2月25日，星期天P型雜質半導體的的簡化表示法第22頁,共105頁，2024年2月25日，星期天雜質半導體雜質半導體有兩種N型半導體P型半導體一、N型半導體在硅或鍺的晶體中摻入少量的5價雜質元素，即構成N型半導體(或稱電子型半導體)。自由電子濃度遠大于空穴的濃度，自由電子稱為多數載流子(簡稱多子)，空穴稱為少數載流子(簡稱少子)。二、P型半導體在硅或鍺的晶體中摻入少量的3價雜質元素，即構成P型半導體（或稱）空穴濃度多于電子濃度，空穴為多數載流子，電子為少數載流子。第23頁,共105頁，2024年2月25日，星期天說明：

1.摻入雜質的濃度決定多數載流子濃度；溫度決定少數載流子的濃度。3.雜質半導體總體上保持電中性。4.雜質半導體的表示方法如下圖所示。

2.雜質半導體載流子的數目要遠遠高于本征半導體，因而其導電能力大大改善。(a)N型半導體(b)P型半導體圖1.1.6雜質半導體的的簡化表示法第24頁,共105頁，2024年2月25日，星期天1．在本征半導體中摻入（

）價元素雜質,就形成P型半導體。A．三

B．五

C．四

D．兩2．N型半導體中多數載流子是（）。

A．正離子B．負離子C．自由電子D．空穴3．在半導體中摻入任何元素就形成稱雜質半導體。（

）4．在P型半導體中，空穴多于電子，所以帶正電。（

）

5．在本征半導體硅中，摻入三價微量元素，就形成

型半導體，它的多子是

。少子是

。第25頁,共105頁，2024年2月25日，星期天三、雜質半導體雜質半導體摻入雜質的本征半導體。摻雜后半導體的導電率大為提高。

摻入三價元素，如B（硼）、Al（鋁）等，形成P型半導體，也稱空穴型半導體。

摻入五價元素，如P（磷）、砷（As）等，形成N型半導體，也稱電子型半導體。第26頁,共105頁，2024年2月25日，星期天§1.2PN結與晶體二極管PN結晶體二極管特殊類型的二極管第27頁,共105頁，2024年2月25日，星期天PN結的形成P區N區擴散運動載流子從濃度大向濃度小的區域擴散,稱擴散運動形成的電流成為擴散電流內電場內電場阻礙多子向對方的擴散即阻礙擴散運動同時促進少子向對方漂移即促進了漂移運動擴散運動=漂移運動時達到動態平衡3第28頁,共105頁，2024年2月25日，星期天PN結的形成內電場阻止多子擴散

因濃度差多子的擴散運動由雜質離子形成空間電荷區空間電荷區形成內電場內電場促使少子漂移擴散運動多子從濃度大向濃度小的區域擴散,稱擴散運動。擴散運動產生擴散電流。漂移運動少子向對方漂移,稱漂移運動。漂移運動產生漂移電流。動態平衡擴散電流=漂移電流，PN結內總電流=0。PN結穩定的空間電荷區，又稱勢壘區，也稱耗盡層。第29頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

V

PN結的接觸電位

內電場的建立，使PN結中產生電位差。從而形成接觸電位V

接觸電位V

決定于材料及摻雜濃度硅：V=0.7鍺：V=0.2第30頁,共105頁，2024年2月25日，星期天PN結的單向導電性1.PN結加正向電壓時的導電情況

外電場方向與PN結內電場方向相反，削弱了內電場。于是內電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響。

PN結呈現低阻性。P區的電位高于N區的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；也就是正偏就是P區接電源的正極，N區接電源的負極內4外第31頁,共105頁，2024年2月25日，星期天PN結的單向導電性2.PN結加反向電壓時的導電情況

外電場與PN結內電場方向相同，增強內電場。內電場對多子擴散運動阻礙增強，擴散電流大大減小。少子在內電場的作用下形成的漂移電流加大。此時PN結區少子漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流。PN結呈現高阻性。P區的電位低于N區的電位，稱為加反向電壓，簡稱反偏；反偏就是P區接電源的負極，N區接電源的正極內5外第32頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

由此可以得出結論：PN結具有單向導電性。PN結的單向導電性PN結加正向電壓時，呈現低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結加反向電壓時，呈現高電阻，具有很小的反向漂移電流。45第33頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

勢壘電容CT

勢壘電容是由空間電荷區的離子薄層形成的。當外加反偏電壓使PN結上壓降發生變化時，離子薄層的厚度也相應地隨之改變，這相當PN結中存儲的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。PN結電容效應（知道了解）第34頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

擴散電容是由多子擴散后，在PN結的另一側面積累而形成的。因PN結正偏時，由N區擴散到P區的電子，與外電源提供的空穴相復合，形成正向電流。剛擴散過來的電子就堆積在P區內緊靠PN結的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。

擴散電容CDPN結電容效應

當外加正向電壓不同時，擴散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結兩側堆積的多子的濃度梯度分布也不同，這就相當電容的充放電過程。第35頁,共105頁，2024年2月25日，星期天結電容=勢壘電容+擴散電容勢壘電容和擴散電容均是非線性電容，并同時存在結電容與PN結的結面積成正比PN結正偏時，以擴散電容為主PN結反偏時，以勢壘電容為主PN結電容效應第36頁,共105頁，2024年2月25日，星期天PN結的反向擊穿反向擊穿PN結上所加的反向電壓達到某一數值時，反向電流激增的現象。

雪崩擊穿當反向電壓增高時，少子獲得能量高速運動，在空間電荷區與原子發生碰撞，產生碰撞電離。形成連鎖反應，象雪崩一樣。使反向電流激增。

齊納擊穿當反向電壓較大時，強電場直接從共價鍵中將電子拉出來，形成大量載流子,使反向電流激增。擊穿是可逆。摻雜濃度小的二極管容易發生擊穿是可逆。摻雜濃度大的二極管容易發生不可逆擊穿—熱擊穿PN結的電流或電壓較大，使PN結耗散功率超過極限值，使結溫升高，導致PN結過熱而燒毀。第37頁,共105頁，2024年2月25日，星期天總結第38頁,共105頁，2024年2月25日，星期天1．PN結形成后，它的最大特點是具有（

）。

A．導電性

B．絕緣性

C．單向導電性

D．線性2．硅二極管的導通電壓為（

）伏。A．0.7B．0.5C．0.2D．0.1

3．.PN結反偏時，反向電流主要由少子的（

）運動形成。.A．漂移

B．擴散

C.定向

D．直線第39頁,共105頁，2024年2月25日，星期天4．二極管在正向導通時，管壓降為0．7V左右。（

）5.PN結正偏時電阻小，反偏時電阻大。（

）6．PN結正偏是指P區接電源

極，N區接電源

極。7.PN結加正向電壓時

，加反向電壓時

。8．PN結反偏是指P區接電源

極，N區接電源

極。第40頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

晶體二極管的結構類型晶體二極管在PN結上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結構分點接觸型面接觸型平面型PN結面積小，結電容小，用于檢波和變頻等高頻電路PN結面積大，用于工頻大電流整流電路往往用于集成電路制造工藝中。PN結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。第41頁,共105頁，2024年2月25日，星期天晶體二極管

晶體二極管的伏安特性是指二極管兩端電壓和流過二極管電流之間的關系。由PN結電流方程求出理想的伏安特性曲線，IU1.當加正向電壓時PN結電流方程為：2.當加反向電壓時I

隨U↑，呈指數規率↑I=-Is

基本不變第42頁,共105頁，2024年2月25日，星期天晶體二極管

晶體二極管的伏安特性1.正向起始部分存在一個門檻或閾值，稱為門限電壓。硅：Ur=0.5-0.6V;鍺：Ur=0.1-0.2V。2.加反向電壓時，反向電流很小即Is硅(nA)<Is鍺(A)

硅管比鍺管穩定3.當反壓增大到UB時再增加，反向激增，發生反向擊穿，UB稱為反向擊穿電壓。實測伏安特性IU①②③第43頁,共105頁，2024年2月25日，星期天晶體二極管

晶體二極管的電阻非線性電阻直流電阻R(也稱靜態電阻）交流電阻r（又稱動態電阻或微變電阻）一、直流電阻及求解方法定義二極管兩端的直流電壓UD與電流ID之比IDIUUDD第44頁,共105頁，2024年2月25日，星期天晶體二極管

晶體二極管的電阻直流電阻的求解方法：借助于靜態工作點來求1.首先確定電路的靜態工作點Q：借助于圖解法來求IDEDDRLUDIU由電路可列出方程：UD=ED-IDRL直流負載線UD=0ID=ED/RLID=0UD=EDED/RLEDQIDUD2.直流負載線與伏安特性曲線的交點由Q得ID和UD，從而求出直流電阻R第45頁,共105頁，2024年2月25日，星期天晶體二極管

晶體二極管的電阻二、交流電阻rRLEDDUIQU

U

I或實質是特性曲線靜態工作點處的斜率交流電導：g=dI/dU=I/nUT交流電阻：r=1/g=nUT/I若n=1,室溫下：UT=26mv交流電阻：r=26mv/ID(mA)晶體二極管的正向交流電阻可由PN結電流方程求出：由此可得：第46頁,共105頁，2024年2月25日，星期天特殊類型的二極管

穩壓二極管是應用在反向擊穿區的特殊二極管穩壓特性：在反向擊穿時，電流急劇增加而PN結兩端的電壓基本保持不變正向部分與普通二極管相同工作區在反向擊穿區RZUZ特性參數：1.穩定電壓VZ:反向擊穿電壓。2.最大工作電流Izmax:受耗散功率的限制，使用時必須加限流電阻。第47頁,共105頁，2024年2月25日，星期天特殊類型的二極管

穩壓二極管特性參數：1.穩定電壓VZ:2.最大工作電流Izmax:3.動態電阻RZ很小，十幾歐姆~幾十歐姆

穩壓二極管在工作時應反接，并串入一只電阻。電阻的作用一是起限流作用，以保護穩壓管。其次是當輸入電壓或負載電流變化時，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號以調節穩壓管的工作電流，從而起到穩壓作用。第48頁,共105頁，2024年2月25日，星期天特殊類型的二極管

變容二極管

利用結勢壘電容CT隨外電壓U的變化而變化的特點制成的二極管。符號：注意：使用時，應加反向電壓。第49頁,共105頁，2024年2月25日，星期天光電二極管與發光二極管光電二極管發光二極管第50頁,共105頁，2024年2月25日，星期天光電二極管

定義：有光照射時，將有電流產生的二極管。

類型：PIN型、PN型、雪崩型

結構：和普通的二極管基本相同

工作原理：利用光電導效應工作，PN結工作在反偏態，當光照射在PN結上時，束縛電子獲得光能變成自由電子，形成光生電子—空穴對，在外電場的作用下形成光生電流。DEDDRLUDIP注意：應在反壓狀態工作UD=-IPRL第51頁,共105頁，2024年2月25日，星期天發光二極管

定義：將電能轉換成光能的特殊半導體器件，當管子加正向電壓時，在正向電流激發下，管子發光，屬電致發光。

常用驅動電路：直流驅動電路交流驅動電路注：在交流驅動電路中，為了避免發光二極管發生反向擊穿，通常要加入串聯或并聯的保護二極管。發光二極管只有在加正向電壓時才發光。第52頁,共105頁，2024年2月25日，星期天二極管的應用整流電路濾波電路顯示電路第53頁,共105頁，2024年2月25日，星期天~220Ve2iDuL二極管應用

整流電路整流電路是最基本的將交流轉換為直流的電路，半波整流e2E2m+-iDuL整流電路中的二極管是作為開關運用，具有單向導電性。~220Ve2iDuL+-Udc≈0.45E2第54頁,共105頁，2024年2月25日，星期天二極管應用

整流電路全波整流~220VuLioRLe2e2’+--+~220VuLioRLe2’e2e2uLUdc≈0.9E2第55頁,共105頁，2024年2月25日，星期天二極管應用

整流電路橋式整流~220Ve2uL+-~220Ve2uL+-e2uLUdc≈0.9E2第56頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

依靠電容的沖放電作用可減小紋波：當電壓小于電容兩端電壓時，由電容向負載放電。當電壓大于電容兩端電壓時，由電壓向電容充電，并向負載提供電壓。二極管應用

電容濾波電路直流信號電容相當于開路交流信號第57頁,共105頁，2024年2月25日，星期天二極管應用

LED顯示器abcdfgabcdefgabcdefg+5V共陽極電路共陰極電路控制端為高電平對應二極管發光控制端為低電平對應二極管發光e第58頁,共105頁，2024年2月25日，星期天小結

半導體是導電能力介于導體和絕緣體之間的一種物體。具有一系列特殊的性能，如摻雜、光照和溫度都可以改變半導體的導電性能。利用這些性能可制作成具有各種特性的半導體器件。

PN結是構成半導體器件的基礎，具有單向導電性、非線性電阻特性、電容效應、擊穿穩壓特性。當PN結加正向電壓時，PN結導通，呈現低阻特性。當PN結加反向電壓時，PN結截止，呈現高阻特性。第59頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

晶體二極管實際上就是一個PN結，描述二極管的性能常用二極管的伏安特性，可用二極管的電流方程來描述。即二極管兩端的電壓和流過的電流滿足I=Is(eU/UT-1)。硅管：當UD>0.7V時，二極管導通，導通后，UD=0.7V鍺管：當UD>0.3V時，二極管導通，導通后，UD=0.3V

穩壓管是一種應用很廣的特殊類型的二極管，工作區在反向擊穿區。可以提供一個穩定的電壓。使用時注意加限流電阻。

晶體二極管基本用途是整流穩壓和限幅。

半導體光電器件分光敏器件和發光器件，可實現光—電、電—光轉換。光電二極管應在反壓下工作，而發光二極管應在正偏電壓下工作。小結第60頁,共105頁，2024年2月25日，星期天重點：晶體二極管的原理、伏安特性及電流方程。難點：1.兩種載流子

2.PN結的形成3.單向導電性

4.載流子的運動重點難點第61頁,共105頁，2024年2月25日，星期天半導體二極管的型號國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：附錄第62頁,共105頁，2024年2月25日，星期天半導體二極管圖片附錄第63頁,共105頁，2024年2月25日，星期天半導體二極管圖片附錄第64頁,共105頁，2024年2月25日，星期天半導體二極管圖片附錄第65頁,共105頁，2024年2月25日，星期天雙極型晶體三極管晶體三極管的工作原理三極管的伏安特性曲線三極管的特性參數第66頁,共105頁，2024年2月25日，星期天晶體三極管的工作原理

三極管的結構E-B間的PN結稱為發射結(Je)C-B間的PN結成為集電結(Jc)從結構上看主要有兩種類型：NPN型PNP型發射區集電區基區發射極E基極B集電極C第67頁,共105頁，2024年2月25日，星期天晶體三極管的工作原理

三極管的結構1.由三層半導體組成，有三個區、三個極、兩個結2.發射區摻雜濃度比集電區高得多基區摻雜低,且很薄。BECBEC第68頁,共105頁，2024年2月25日，星期天工作原理

三極管內部載流子的傳輸規律三極管各區的作用:發射區向基區提供載流子基區傳送和控制載流子集電區收集載流子發射結加正向電壓集電結加反向電壓

三極管在工作時一定要加上適當的直流偏置電壓才能起放大作用。放大作用的外部條件發射結加正向電壓即發射結正偏集電結加反向電壓即集電結反偏第69頁,共105頁，2024年2月25日，星期天PNPebcIEIB’IPCICBOIBIC工作原理載流子的傳輸規律1.發射區向基區擴散空穴，形成發射極電流。2.空穴在基區擴散和復合，形成了基區復合電流IB’。3.集電極收集從發射區擴散到基區的空穴，形成了電流IPC。同時由于集電結反偏，少子在電場的作用下形成了漂移電流ICBO，影響IB和IC。可得電流之間的分配關系IB=IB’-ICBOIC=IPC+ICBOIE=IB+IC共基極電路第70頁,共105頁，2024年2月25日，星期天工作原理共基極直流放大系數從發射區注入的載流子到達集電極部分所占的百分比由前面得到的電流之間的分配關系IC=IPC+ICBO可得：的數值一般在0.9~0.99之間。說明從發射區注入的載流子絕大部分到達集電區，只有一小部分在基區復合。第71頁,共105頁，2024年2月25日，星期天工作原理EBECRbRcIBICIEEC>EB

共發射極連接的工作原理IB=IB’-ICBOIC=IPC+ICBOIE=IB+IC輸入電流輸出電流共射直流放大系數

當IB=0時穿透電流由IB>>ICBO第72頁,共105頁，2024年2月25日，星期天工作原理

共發射極連接的工作原理EBECRbRcibicie+-

Ui

Uo共基交流電流放大系數

共射交流電流放大系數

=

IC/

IB

UCE=Cα=

IC/

IE

UCB=C共射電路的電壓放大倍數第73頁,共105頁，2024年2月25日，星期天三極管的特性參數

電流放大系數共基直流電流放大系數共基交流電流放大系數

共射交流電流放大系數

=

Ic/

Ib（

Uce=0）α=

Ic/

Ie

（

Ucb=0）共射直流電流放大系數第74頁,共105頁，2024年2月25日，星期天工作原理

三極管的三種組態

雙極型三極管有三個電極，其中兩個可以作為輸入,兩個可以作為輸出，這樣必然有一個電極是公共電極。三種接法也稱三種組態：

共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示;共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。共發射極接法，發射極作為公共電極，用CE表示；第75頁,共105頁，2024年2月25日，星期天三極管的伏安特性曲線三極管的伏安特性指管子各電極的電壓與電流的關系曲線B是輸入電極，C是輸出電極，E是公共電極。Ib是輸入電流，Ube是輸入電壓，加在B、E兩電極之間。IC是輸出電流，Uce是輸出電壓，從C、E兩電極取出。輸入特性曲線:

Ib=f(Ube)

Uce=C輸出特性曲線:IC=f(Uce)

Ib=C本節介紹共發射極接法三極管的特性曲線：第76頁,共105頁，2024年2月25日，星期天特性曲線

三極管輸入特性曲線1.Uce=0V時，發射極與集電極短路，發射結與集電結均正偏。2.當Uce

≥1V時，Ucb=Uce

-Ube

>0，集電結已進入反偏狀態，開始收集載流子，且基區復合減少，IC/IB

增大，特性曲線將向右稍微移動一些。但Uce再增加時，曲線右移很不明顯。通常只畫一條。輸入特性曲線分三個區②非線性區①死區③線性區①②③正常工作區，發射極正偏NPNSi:Ube=0.6~0.7VPNPGe:Ube=0.2~0.3V第77頁,共105頁，2024年2月25日，星期天特性曲線

三極管輸出特性曲線IC=f(Uce)

Ib=C2-2飽和區:(1)

IC受Uce顯著控制的區域，該區域內Uce的數值較小，一般Uce＜0.7V(硅管)。發射結正偏，集電結正偏(2)Uces=0.3V左右截止區：——Ib=0的曲線的下方的區域Ib=0Ic=IceoNPN：Ube0.5V,管子就處于截止態通常該區：發射結反偏，集電結反偏。輸出特性曲線可以分為三個區域:第78頁,共105頁，2024年2月25日，星期天特性曲線

三極管輸出特性曲線放大區—IC平行于Uce軸的區域，曲線基本平行等距。(1)

發射結正偏，集電結反偏，電壓Ube大約0.7V左右(硅管)。(2)Ic=Ib,即Ic主要受Ib的控制。2-2判斷三極管工作狀態的依據：飽和區:發射結正偏，集電結正偏截止區：發射結反偏，集電結反偏或：Ube0.5V（Si)Ube0.2V（Ge)放大區:發射結正偏，集電結反偏。第79頁,共105頁，2024年2月25日，星期天①集電極最大允許電流ICM

當集電極電流增加時，

就要下降，當

值下降到線性放大區

值的2/3時所對應的最大集電極電流。

極限參數特性參數

當IC＞ICM時，并不表示三極管會損壞。只是管子的放大倍數降低。②集電極最大允許功率損耗PCM集電極電流通過集電結時所產生的功耗，

PCM=ICUce

因發射結正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集電結上。在計算時往往用Uce取代Ucb。第80頁,共105頁，2024年2月25日，星期天小結

晶體三極管是電流控制元件，通過控制基極電流或射極電流可以控制集電極電流。要使三極管正常工作并有放大作用，管子的發射結必須正向偏置，集電結必須反向偏置。

三極管的特性可用輸入和輸出特性曲線來表示，也可用特性參數來表示。主要的特性參數有：電流放大系數

、

，極間反向電流Icbo、Iceo，極限參數ICM、PCM和BUCEO。第81頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

場效應管及其基本放大電路MOS場效應管結型場效應管第82頁,共105頁，2024年2月25日，星期天概述場效應管與三極管的區別1.三極管是電流控制元件；場效應管是電壓控制元件。2.三極管參與導電的是電子—空穴，因此稱其為雙極型器件；場效應管是電壓控制元件，參與導電的只有一種載流子，因此稱其為單級型器件。3.三極管的輸入電阻較低，一般102~104

；場效應管的輸入電阻高，可達109~1014

場效應管的分類結型場效應管JFETMOS型場效應管第83頁,共105頁，2024年2月25日，星期天MOS場效應管增強型MOS場效應管耗盡型MOS場效應管MOS場效應管分類第84頁,共105頁，2024年2月25日，星期天MOS場效應管N溝道增強型的MOS管P溝道增強型的MOS管N溝道耗盡型的MOS管P溝道耗盡型的MOS管第85頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

N溝道增強型MOS場效應管結構增強型MOS場效應管漏極D→集電極C源極S→發射極E柵極G→基極B襯底B電極—金屬絕緣層—氧化物基體—半導體因此稱之為MOS管第86頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

當UGS較小時，雖然在P型襯底表面形成一層耗盡層，但負離子不能導電。當UGS=UT時,在P型襯底表面形成一層電子層，形成N型導電溝道，在UDS的作用下形成ID。

N溝道增強型MOS場效應管工作原理增強型MOS管UDSID++--++--++++----UGS反型層

當UGS=0V時，漏源之間相當兩個背靠背的PN結，無論UDS之間加上電壓不會在D、S間形成電流ID,即ID≈0.

當UGS>UT時,溝道加厚，溝道電阻減少，在相同UDS的作用下，ID將進一步增加開始無導電溝道，當在UGS

UT時才形成溝道,這種類型的管子稱為增強型MOS管。第87頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

N溝道增強型MOS場效應管特性曲線增強型MOS管UDS一定時，UGS對漏極電流ID的控制關系曲線

ID=f(UGS)

UDS=C轉移特性曲線UDS>UGS-UTUGS(V)ID(mA)UT第88頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

N溝道增強型MOS場效應管特性曲線增強型MOS管UGS一定時，ID與UDS的變化曲線，是一族曲線

ID=f(UDS)

UGS=C輸出特性曲線UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUDS(V)ID(mA)

當UDS較小時，MOS管可以看做受UGS控制的可變電阻，稱之為可變電阻區當UDS較大時，當UGS一定時，ID基本不隨UDS變化，因此又稱之為恒流區第89頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

N溝道增強型MOS場效應管特性曲線增強型MOS管輸出特性曲線2.恒流區：該區內，UGS一定，ID基本不隨UDS變化而變。3.擊穿區：

UDS

增加到某一值時，ID開始劇增而出現擊穿。當UDS

增加到某一臨界值時，ID開始劇增時UDS稱為漏源擊穿電壓。UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUDS(V)ID(mA)第90頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

漏源電壓UDS對漏極電流ID的控制作用

當UGS＞UT，且固定為某一值時，來分析漏源電壓UDS對漏極電流ID的影響。UDS的不同變化對溝道的影響。UGD=UGS－UDS

當UDS為0或較小時，相當UGD＞UT。

此時UDS

基本均勻降落在溝道中，溝道呈斜線分布。在UDS作用下形成ID。增強型MOS管第91頁,共105頁，2024年2月25日，星期天

當UDS增加到使UGD=UT時，

當UDS增加到UGD

UT時，增強型MOS管

漏源電壓UDS對漏極電流ID的控制作用

這相當于UDS增加使漏極處溝道縮減到剛剛開啟的情況，稱為預夾斷。此時的漏極電流ID

基本飽和。

此時預夾斷區域加長，伸向S極。UDS增加的部分基本降落在隨之加長的夾斷溝道上，ID基本趨于不變。第92頁,共105頁，2024年2月25日，星期天增強型MOS管

MOS管襯底的處理

保證兩個PN結反偏，源極—溝道—漏極之間處于絕緣態。NMOS管：UB