辽宁石油化工大学信息与控制工程学院电工电子系主讲人,穆 克
E-mail,design64@163.com
—多媒体教学课件模拟电子技术基础
Fundamentals of Analog Electronics
童诗白、华成英 主编第一章 半导体器件
1,本课程的性质是一门技术基础课
2,特点
非纯理论性课程
实践性很强
以工程实践的观点来处理电路中的一些问题
3,研究内容以器件为基础、以信号为主线，研究各种模拟电子电路的工作原理、特点及性能指标等。
4,教学目标能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对较简单的单元电路进行设计。
绪 论（第一讲）
第一章 半导体器件
5,学习方法重点掌握基本概念、基本电路的分析、计算及设计方法。
6,成绩评定标准理论,作业、考勤、提问、课外读书论文 30 %
期终考试 70 %
7,教学参考书康华光主编，《电子技术基础,模拟部分 第三版，高教出版社童诗白主编，《模拟电子技术基础,第二版，高教出版社陈大钦主编，《模拟电子技术基础问答：例题? 试题》，华工出版社第一章 半导体器件课外阅读教材：
1.谢自美 电子线路设计,实验,测试 华中理工大学出版社 。
2.毕满清 电子技术实验与课程设计 机械工业出版社 。
3.高伟涛 Pspice8.0电路设计实例精粹 国防工业出版社 。
4.李东生 Protel99SE电路设计技术入门 电子工业出版社 。
5.刘君华 虚拟仪器图形化编程语言 西安电子科技大学出版社 。
6.张易知 虚拟仪器的设计与实现 西安电子科技大学出版社 。
第三版童诗白目录
1 常用半导体器件
2 基本放大电路
3 多级放大电路
4 集成运算放大电路
5 放大电路的频率响应
6 放大电路中的反馈
7 信号的运算和处理
8 波形的发生和信号的转换
9 功率放大电路
10 直流稳压电源
11 模拟电子电路读图第三版童诗白第一章 常用半导体器件
1.1 半导体基础知识
1.2 半导体二极管
1.3 双极型晶体管
1.4 场效应管
1.5 单结晶体管和晶闸管
1.6集成电路中的元件第三版童诗白本章重点和考点：
1,二极管的单向导电性、稳压管的原理。
2,三极管的电流放大原理，
如何判断三极管的管型,管脚和管材。
3,场效应管的分类、工作原理和特性曲线。
本章教学时数,8学时第三版童诗白本章讨论的问题：
2.空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子运动吗？
3.什么是 N型半导体？什么是 P型半导体？
当二种半导体制作在一起时会产生什么现象？
4.PN结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？它为什么具有单向性？在 PN结中另反向电压时真的没有电流吗？
5.晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的？场效应管是通过什么方式来控制漏极电流的？为什么它们都可以用于放大？
1.为什么采用半导体材料制作电子器件？
第一章 半导体器件引子：
电子技术的发展
47年 贝尔实验室制成第一只晶体管
58年 集成电路
69年 大规模集成电路
75年 超大规模集成电路第一片集成电路只有 4个晶体管，而 97年一片集成电路上有 40亿个晶体管。科学家预测集成度按 10倍 /6年的速度还将继续到 2015或 2020年，
将达到饱和。
第一章 半导体器件1.1 半导体的基础知识
1.1.1 本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体导体,自然界中很容易导电的物质称为 导体,金属一般都是导体。
绝缘体,有的物质几乎不导电，称为 绝缘体,如橡皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体,另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为 半导体,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。
一,导体、半导体和绝缘体第一章 半导体器件半导体 的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。
例如：
当受外界热和光的作用时，
它的导电能力明显变化。
往纯净的半导体中掺入某些杂质，
会使它的导电能力明显改变。
光敏器件二极管
+4
+4
+4+4 +4
+4
+4
+4
+4
完全纯净的,不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体将硅或锗材料提纯便形成单晶体,
它的原子结构为共价键结构 。
价电子共价键图 1.1.1 本征半导体结构示意图二,本征半导体的 晶体 结构当温度 T = 0 K 时,半导体不导电,如同绝缘体 。
+4
+4
+4
+4 +4
+4 +4 +4
+4
图 1.1.2 本征半导体中的自由电子和空穴自由电子空穴若 T?,将有少数价电子克服共价键的束缚成为 自由电子,在原来的共价键中留下一个空位 ——
空穴 。
T?
自由电子 和 空穴 使 本征半导体具有导电能力,
但很微弱 。
空穴可看成带正电的载流子 。
三,本征半导体 中的两种载流子
（ 动画 1-1） （ 动画 1-2）
第一章 半导体器件四,本征半导体中 载流子的浓度在一定温度下 本征半导体中 载流子的浓度是一定的，
并且自由电子与空穴的浓度相等。
本征半导体中 载流子的浓度公式：
T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度,
n = p =1.43× 1010/cm3
本征锗的电子和空穴浓度,
n = p =2.38× 1013/cm3
本征激发复合 动态平衡
KT
E
ii
GO
eTKpn 22
3
1
1,半导体中两种载流子 带负电的 自由电子带正电的 空穴
2,本征半导体中,自由电子和空穴总是成对出现,
称为 电子 - 空穴对 。
3,本征半导体中 自由电子 和 空穴 的浓度 用 ni 和 pi
表示，显然 ni = pi 。
4,由于物质的运动,自由电子和空穴不断的产生又不断的复合 。 在一定的温度下,产生与复合运动会达到平衡,载流子的浓度就一定了 。
5,载流子的浓度与温度密切相关,它随着温度的升高,基本按指数规律增加 。
小结：
1.1.2 杂质半导体杂质半导体有两种
N 型半导体
P 型半导体一,N 型半导体 (Negative)
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价 杂质元素,如磷,锑,砷等,即构成 N 型半导体 (或称电子型半导体 )。
常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
本征半导体掺入 5 价元素后,原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替 。 杂质原子最外层有 5 个价电子,其中 4 个与硅构成共价键,多余一个电子只受自身原子核吸引,在室温下即可成为自由电子 。
自由电子浓度远大于空穴的浓度,即 n >> p 。
电子称为多数载流子 (简称多子 )，
空穴称为少数载流子 (简称少子 )。
5 价杂质原子称为 施主原子。
+4
+4
+4
+4 +4
+4 +4 +4
+4+5
自由电子施主原子图 1.1.3 N 型半导体二,P 型半导体
+4
+4
+4
+4 +4
+4 +4 +4
+4
在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价 杂质元素,如硼,镓,铟等,即构成 P 型半导体 。
+3 空穴浓度多于电子浓度,即 p >> n。 空穴为多数载流子,电子为少数载流子 。
3 价杂质原子称为受主原子 。
受主原子空穴图 1.1.4 P 型半导体说明：
1,掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度 。
3,杂质半导体总体上保持电中性。
4,杂质半导体的表示方法如下图所示。
2,杂质半导体 载流子的数目 要远远高于本征半导体,因而其导电能力大大改善 。
(a)N 型半导体 (b) P 型半导体图 杂质半导体的的简化表示法在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体,另一侧掺杂成为 N 型半导体,两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层,称为 PN 结 。
P NPN结图 PN 结的形成一,PN 结的形成
1.1.3 PN结
PN 结中载流子的运动耗尽层空间电荷区
P N
1,扩散运动
2,扩散运动形成空间电荷区电子和空穴浓度差形成 多数载流子的扩散运动 。
—— PN 结,耗尽层 。
P N
（ 动画 1-3）
3,空间电荷区产生内电场
P N空间电荷区内电场
Uho
空间电荷区正负离子之间电位差 Uho —— 电位壁垒 ；
——内电场 ；内电场阻止多子的扩散 ——阻挡层 。
4,漂移运动内电场有利于少子运动 —漂移 。
少子的运动与多子运动方向相反阻挡层
5,扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大,扩散电流逐渐减小；
随着内电场的增强,漂移运动逐渐增加；
当扩散电流与漂移电流相等时,PN 结总的电流等于零,空间电荷区的宽度达到稳定 。
对称结即 扩散运动与漂移运动达到动态平衡 。
P N
不对称结二,PN 结的单向导电性
1,PN结 外加正向电压时处于导通状态又称正向偏置，简称正偏。
外电场方向内电场方向耗尽层
V R
I
空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流。
图 1.1.6
P N什么是 PN结的单向导电性？
有什么作用？
在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。
2,PN 结 外加反向电压时处于截止状态 (反偏 )
反向接法时,外电场与内电场的方向一致,增强了内电场的作用；
外电场使空间电荷区变宽；
不利于扩散运动,有利于漂移运动,漂移电流大于扩散电流,电路中产生反向电流 I ；
由于少数载流子浓度很低,反向电流数值非常小 。
耗尽层图 1.1.7 PN 结加反相电压时截止反向电流又称 反向饱和电流 。 对温度十分敏感,
随着温度升高,IS 将急剧增大 。
P N
外电场方向内电场方向
V R
IS
当 PN 结正向偏置时,回路中将产生一个较大的正向电流,PN 结处于 导通状态 ；
当 PN 结反向偏置时,回路中反向电流非常小,
几乎等于零,PN 结处于 截止状态 。
（动画 1-4） （动画 1-5）
综上所述：
可见,PN 结具有 单向导电性 。
)1e(S TUuIi
IS,反向饱和电流
UT,温度的电压当量在常温 (300 K)下，
UT? 26 mV
三,PN 结的电流方程
PN结所加端电压 u与流过的电流 i的关系为
)1e(S ktquIi
公式推导过程略四,PN结的伏安特性
i = f (u)之间的关系曲线 。
60
40
20
– 0.002
– 0.004
0 0.5 1.0
–25–50
i/ mA
u / V
正向特性死区电压击穿电压
U(BR)
反向特性图 1.1.10 PN结的伏安特性反向击穿齐纳击穿雪崩击穿五,PN结的电容效应当 PN上的电压发生变化时,PN 结中储存的电荷量将随之发生变化，使 PN结具有电容效应。
电容效应包括两部分 势垒电容扩散电容
1,势垒电容 Cb
是由 PN 结的空间电荷区变化形成的。
(a)PN 结加正向电压 （ b) PN 结加反向电压
N
空间电荷区P
V RI + U
N
空间电荷区P
R
I
+? UV
空间电荷区的正负离子数目发生变化,如同电容的放电和充电过程 。
势垒电容的大小可用下式表示：
l
S
U
QC
d
d
b
由于 PN 结 宽度 l 随外加电压 u 而变化,因此 势垒电容
Cb不是一个常数 。 其 Cb = f (U)
曲线如图示 。
：半导体材料的介电比系数；
S,结面积；
l,耗尽层宽度 。
O u
Cb
图 1.1.11（ b)
2,扩散电容 Cd
Q
是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的 。
在某个正向电压下,P 区中的电子浓度 np(或 N 区的空穴浓度
pn)分布曲线如图中曲线 1 所示 。
x = 0 处为 P 与 耗尽层的交界处当电压加大,np (或 pn)会升高,
如曲线 2 所示 (反之浓度会降低 )。
O x
nP
Q 1
2?
当加反向电压时,扩散运动被削弱,
扩散电容的作用可忽略 。
正向电压变化时,变化载流子积累电荷量发生变化,相当于电容器充电和放电的过程 —— 扩散电容效应 。
图 1.1.12
PN
PN 结综上所述：
PN 结总的结电容 Cj 包括势垒电容 Cb 和扩散电容
Cd 两部分。
Cb 和 Cd 值都很小,通常为几个皮法 ~ 几十皮法,
有些结面积大的二极管可达几百皮法 。
当反向偏置时，势垒电容起主要作用，可以认为
Cj? Cb。
一般来说，当二极管正向偏置时，扩散电容起主要作用，即可以认为 Cj? Cd；
在信号频率较高时，须考虑结电容的作用。
第一章 半导体器件
1.2 半导体二极管 （第二讲）
二极管按结构分有 点接触型、面接触型和平面型图 1.2.1二极管的几种 外形第一章 半导体器件
1 点接触型二极管
(a)点接触型二极管的结构示意图
1.2.1半导体二极管的几种常见结构
PN结面积小，结电容小，用于 检波 和变频等高频电路。
第一章 半导体器件
3 平面型二极管往往用于集成电路制造工艺中。 PN 结面积可大可小，
用于高频整流和 开关 电路中。
2 面接触型二极管
PN结面积大，用于 工频 大电流 整流 电路。
(b)面接触型
(c)平面型阴极引线阳极引线
P
N
P 型支持衬底
4 二极管的代表符号
( d ) 代表符号
k 阴极阳极 a
D
第一章 半导体器件
1.2.2二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线可用下式表示
0?
D
/ V0,2 0,4 0,6 0,8? 10? 20? 3 0
4 0
5
10
1 5
20
10
20
3 0
40
i
D
/? A
i
D
/ mA
死区
V
thV
BR
硅二极管 2CP10的 伏安 特性
+
i D
v D
-
R
正向特性反向特性反向击穿特性开启电压,0.5V
导通电压,0.7
)1e(S TUuIi
一、伏安特性
0
D
/ V0,2 0,4 0,6
2 0? 4 0? 60
5
10
1 5
20
10
20
3 0
40
i
D
/? A
i
D
/ mA
②
①
③
V
th
V
BR
锗二极管 2AP15的 伏安 特性
Uon
U(BR)
开启电压,0.1V
导通电压,0.2V
第一章 半导体器件二、温度对二极管伏安特性的影响在环境温度升高时，二极管的正向特性将左移，反向特性将下移。
二极管的特性对温度很敏感。
– 50
I / mA
U / V0.2 0.4
– 25
5
10
15
–0.01
–0.02
0
温度增加第一章 半导体器件
1.2.3 二极管的参数
(1) 最大整流电流 IF
(2) 反向击穿电压 U（ BR） 和最高反向工作电压 URM
(3) 反向电流 IR
(4) 最高工作频率 fM
(5) 极间电容 Cj
在实际应用中，应根据管子所用的场合，按其所承受的最高反向电压、最大正向平均电流、工作频率、环境温度等条件，选择满足要求的二极管。
第一章 半导体器件
1.2.4 二极管 等效电路一、由伏安特性折线化得到的等效电路
1,理想模型 2,恒压降模型 3,折线模型第一章 半导体器件二、二极管的微变等效电路二极管工作在正向特性的某一小范围内时，
其正向特性可以等效成一个微变电阻。
D
D
d i
vr
即 )1( /
SD D TVveIi
根据得 Q点处的微变电导
Qdv
dig
D
D
d? Q
Vv
T
Te
V
I /S D?
TV
ID?
d
d
1
gr?
则
DI
VT?
常温下（ T=300K）
)mA(
)mV(26
DD
d II
Vr T
图 1.2.7二极管的微变等效电路第一章 半导体器件应用举例二极管的静态工作情况分析
V 0D?V mA 1/DDD RVI
理想模型
（ R=10k?）VDD=10V 时
mA 93.0/)( DDDD RVVI
恒压模型
V 7.0D?V
（硅二极管典型值）
折线模型
V 5.0th?V
（硅二极管典型值）
mA 9 3 1.0
D
thDD
D
rR
VVI
k 2.0Dr设
V 69.0DDthD rIVV
+
D
iD
V DD
+
D
iD
V DD
V D
+
D
iD
V DD
rD
V th
第一章 半导体器件例 1.2.1
电路如图所示,UD=0.7V,试估算开关断开和闭合输出电压 UO 。
V1=6V
V1=12V
D
S R
第一章 半导体器件应用举例例 1,P66习题 1.3
t
t
u
u
O
O
i
o
/V
/V
10
10解：采用理想电路模型
ui和 uo的波形如图所示例 2,P66习题 1.5
解：采用恒压降电路模型二个二极管共阳极接法输入电压小者先导通
t
u
O
I1
/V
3
0,3
t
u
O
I2
/V
3
0,3
t
u
O
O /V
3,7
1
ui和 uo的波形如图所示第一章 半导体器件
1.2.5 稳压二极管一、稳压管的伏安特性
(a)符号 (b)2CW17 伏安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，反向电压应大于稳压电压。
DZ
第一章 半导体器件
(1) 稳定电压 UZ
(2) 动态电阻 rZ
在规定的稳压管反向工作电流 IZ下，所对应的反向工作电压。
rZ =?VZ /?IZ
(3)最大耗散功率 PZM
(4)最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流 IZmin
(5)温度系数 ——?VZ
二、稳压管的主要参数第一章 半导体器件稳压电路正常稳压时 UO =UZ
# 不加 R可以吗？
（ 1）设电源电压波动 (负载不变 )
UI ↑→UO↑→UZ↑→ IZ↑
↓
UO↓←UR↑ ← IR ↑
如电路参数变化？
+
R
-
I
R
+
-
R
L
I
O
V
OV I
I
Z
D
Z
UOUI
第一章 半导体器件稳压电路正常稳压时 UO =UZ
# 上述电路 UI为正弦波，且幅值大于 UZ,UO的波形是怎样的？
（ 2）设负载变化 (电源不变 )
如电路参数变化？
+
R
-
I
R
+
-
R
L
I
O
V
OV I
I
Z
D
Z
UOUI
RL↓→UO↓→UZ↓→ IZ↓→ IR↓→ Δ IZ=- Δ IL→IR
基本不变
IL↑→ IR ↑
第一章 半导体器件例 1：稳压二极管的应用
RLui uO
R
DZ
i
iz
iL
UZ
稳压二极管技术数据为：稳压值 UZ=10V,Izmax=12mA，
Izmin=2mA,负载电阻 RL=2k?,输入电压 ui=12V,限流电阻
R=200?,求 iZ。
若 负载电阻 变化范围为 1.5 k? -- 4 k?,是否还能稳压？
第一章 半导体器件
RLui uO
R
DZ
i
iz
iL
UZ
UZ=10V ui=12V
R=200?
Izmax=12mA Izmin=2mA
RL=2k? (1.5 k? ~4 k?)
iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（ mA）
i= （ ui - UZ） /R=（ 12-10） /0.2=10 （ mA）
iZ = i - iL=10-5=5 （ mA）
RL=1.5 k?,iL=10/1.5=6.7（ mA）,iZ =10-6.7=3.3（ mA）
RL=4 k?,iL=10/4=2.5（ mA）,iZ =10-2.5=7.5（ mA）
负载变化,但 iZ仍在 12mA和 2mA之间,所以稳压管仍能起 稳压作用第一章 半导体器件例 2：稳压二极管的应用（ P67习题 1.11）
t
u
0
I
/V
6
3
t
u
0
O1
/V
3
t
u
0
O2
/V
3
解,ui和 uo的波形如图所示（ UZ＝ 3V）
ui u
O
DZ
R
(a)
(b)
ui uO
R
DZ
第一章 半导体器件一、发光二极管 LED (Light Emitting Diode)
1,符号和特性工作条件,正向偏置一般工作电流几十 mA，
导通电压 (1? 2) V
符号
u /V
i /mA
O 2
特性
1.2.6其它类型的二极管第一章 半导体器件发光类型,可见光,红、黄、绿显示类型,普通 LED,
不可见光,红外光点阵 LED七段 LED,
第一章 半导体器件二、光电二极管符号和特性符号 特性
u
i
O
E = 200 lx
E = 400 lx
工作原理：
三、变容二极管四、隧道二极管 (请同学们上网查找有关资料，写在作业本上）
五、肖特基二极管 (请同学们上网查找有关资料，写在作业本上）
无光照时，与普通二极管一样。
有光照时，分布在第三、四象限。
1.3 双极型晶体管 (BJT)第三讲又称半导体三极管,晶体三极管,或简称晶体管 。
(Bipolar Junction Transistor)
三极管的外形如下图所示 。
三极管有两种类型,NPN型和 PNP型 。
主要以 NPN 型为例进行讨论 。
图 1.3.1 三极管的外形
X,低频小功率管
D,低频大功率管
G,高频小功率管
A,高频大功率管我国晶体管得型号命名方法
1.3.1 晶体管的结构及类型常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型 。
图 1.3.2a 三极管的结构
(a)平面型 (NPN) (b)合金型 (PNP)
e b b
e cP
N
P
e 发射极，
b基极，
c 集电极。
N
c
N
P
二氧化硅发射区集电区基区基区发射区 集电区图 1.3.2(b) 三极管结构示意图和符号 NPN 型
e
c
b
符号集电区集电结基区发射结发射区集电极 c
基极 b
发射极 e
N
N
P
集电区集电结基区发射结发射区集电极 c
发射极 e
基极 b
c
b
e
符号
N
NP
P
N
图 1.3.2? 三极管结构示意图和符号 (b)PNP 型
1.3.2 晶体管的电流放大作用以 NPN 型三极管为例讨论
c
N
N
P
e
b b
e
c
表面看三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和 外部所加电源的极性 来保证。不具备放大作用三极管内部结构要求：
N
N
P
e
b
c
1,发射区高掺杂 。
2,基区做得很薄 。 通常只有几微米到几十微米,而且 掺杂较少 。
三极管放大的外部条件,外加电源的极性应使 发射结处于正向偏置 状态,而 集电结处于反向偏置 状态 。
3,集电结面积大 。
实验
+
-
b
c
e
共射极放大电路
UBB
UCCuBE
iCi
B +
-
uCE
iE
iB 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
iC <0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95
iE <0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05
表 1-1 电流单位,mA
b
e
c
Rc
Rb
一、晶体管内部载流子的运动
I E
IB
1,发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区 —形成发射极电流 IE (基区多子数目较少，空穴电流可忽略 )。
2,扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流电子到达基区,少数与空穴复合形成基极电流 Ibn,复合掉的空穴由 VBB 补充 。
多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。晶体管内部载流子的运动
b
e
c
I E
I B
Rc
Rb
3.集电结加反向电压,漂移运动形成集电极电流 Ic
集电结反偏,有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流 Icn。
其能量来自外接电源 VCC 。
I C
另外,集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成 反向 饱和电流,用 ICBO表示 。
ICBO
晶体管内部载流子的运动
b
e
c
e
Rc
Rb
二、晶体管的电流分配关系
IEp
ICBO
IC
IB
IEn
IBn
ICn
IC = ICn + ICBO
IE=ICn + IBn + IEp
= IEn+ IEp
IE =IC+IB
图 1.3.4晶体管内部载流子的运动与外部电流
IB=IEP+ IBN－ ICBO
~ IBN－ ICBO~
第一章 半导体器件三、晶体管的共射电流放大系数
C B OB
C B OC
II
II
C EOBCBOBC )1( IIIII
整理可得：
ICBO 称反向饱和电流
ICEO 称穿透电流
1、共射直流电流放大系数
BC II
BE I1I ）（
2、共射交流电流放大系数
B
C
Δ
Δ
I
I
VCC
Rb
+
VBB
C1
T
IC
IB
C2
Rc
+
共发射极接法第一章 半导体器件
3、共基直流电流放大系数
E
Cn
I
I
C B OEC B OCnC IIIII
1?
1
或
4、共基交流电流放大系数
E
C
Δ
Δ
i
i
直流参数 与交流参数?,? 的含义是不同的,
但是,对于大多数三极管来说,? 与,? 与 的数值却差别不大,计算中,可不将它们严格区分 。
、
5,?与?的关系
ICIE +C2+C1
VEE
Re
VCC
Rc
共基极接法第一章 半导体器件
1.3.3 晶体管的共射特性曲线
uCE = 0V
uBE /V
iB=f(uBE)? UCE=const
(2) 当 uCE≥1V时,uCB= uCE - uBE>0,集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，在同样的 uBE下 IB减小，特性曲线右移。
(1) 当 uCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。
一,输入特性曲线
uCE? 1V
uBE /V
+
-
b
c
e
共射极放大电路
UBB
UCCuBE
iCi
B +
-
uCE
第一章 半导体器件饱和区,iC明显受 uCE控制的区域，该区域内，
一般 uCE＜ 0.7V(硅管 )。
此时,发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小 。
iC=f(uCE)? IB=const
二、输出特性曲线输出特性曲线的三个区域,
截止区,iC接近零的区域，相当 iB=0的曲线的下方。此时，
uBE小于死区电压，
集电结反偏 。
放大区,iC平行于 uCE轴的区域，曲线基本平行等距。
此时,发射结正偏，集电结反偏 。
第一章 半导体器件三极管的参数分为三大类,
直流参数、交流参数、极限参数一、直流参数
1.共发射极直流电流放大系数
=（ IC－ ICEO） /IB≈IC / IB? vCE=const
1.3.4晶体管 的主要参数
2.共基直流电流放大系数?
E
C
I
I
3.集电极基极间反向饱和电流 ICBO
集电极发射极间的反向饱和电流 ICEO
ICEO=（ 1+ ） ICBO?
第一章 半导体器件二、交流参数
1.共发射极交流电流放大系数?
=?iC/?iB?UCE=const
2,共基极交流电流放大系数 α
α =?iC/?iE? UCB=const
3.特征频率 fT
值下降到 1的信号频率第一章 半导体器件
1.最大集电极耗散功率 PCM PCM= iCuCE
三,极限参数
2.最大集电极电流 ICM
3,反向击穿电压
UCBO——发射极开路时的集电结反向击穿电压。
U EBO——集电极开路时发射结的反向击穿电压。
UCEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。
几个击穿电压有如下关系 UCBO＞ UCEO＞ UEBO
第一章 半导体器件由 PCM,ICM和 UCEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。
输出特性曲线上的过损耗区和击穿区
PCM= iCuCE
U (BR) CEO UCE/V
第一章 半导体器件
1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响一、温度对 ICBO的影响温度每升高 100C,ICBO增加约一倍。
反之，当温度降低时 ICBO减少。
硅管的 ICBO比锗管的小得多。
二、温度对输入特性的影响温度升高时正向特性左移，
反之右移
60
40
20
0 0.4 0.8
I / mA
U / V
温度对输入特性的影响
200600
三、温度对输出特性的影响温度升高将导致 IC 增大
iC
uCEO
iB
200
600
温度对输出特性的影响第一章 半导体器件三极管工作状态的判断
[例 1],测量某 NPN型 BJT各电极对地的电压值如下，
试判别管子工作在什么区域？
（ 1） VC ＝ 6V VB ＝ 0.7V VE ＝ 0V
（ 2） VC ＝ 6V VB ＝ 4V VE ＝ 3.6V
（ 3） VC ＝ 3.6V VB ＝ 4V VE ＝ 3.4V
解：
原则：
正偏反偏反偏集电结正偏正偏反偏发射结饱和放大截止对 NPN管而言，放大时 VC ＞ VB ＞ VE
对 PNP管而言，放大时 VC ＜ VB ＜ VE
（ 1）放大区
（ 2）截止区
（ 3）饱和区第一章 半导体器件
[例 2] 某放大电路中 BJT三个电极的电流如图所示。
IA＝ -2mA,IB＝ -0.04mA,IC＝ +2.04mA,试判断管脚、管型。
解：电流判断法。
电流的正方向和 KCL。 IE=IB+ IC
A
B C
IA
IB
IC
C为发射极
B为基极
A为集电极。
管型为 NPN管。
管 脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。
第一章 半导体器件例 [3],测得工作在 放大电路中 几个晶体管三个电极的电位 U1,U2、
U3分别为：
（ 1） U1=3.5V,U2=2.8V,U3=12V
（ 2） U1=3V,U2=2.8V,U3=12V
（ 3） U1=6V,U2=11.3V,U3=12V
（ 4） U1=6V,U2=11.8V,U3=12V
判断它们是 NPN型还是 PNP型？ 是硅管还是锗管？ 并确定 e,b,c。
（ 1） U1 b,U2 e,U3 c NPN 硅
（ 2） U1 b,U2 e,U3 c NPN 锗
（ 3） U1 c,U2 b,U3 e PNP 硅
（ 4） U1 c,U2 b,U3 e PNP 锗原则：先求 UBE,若等于 0.6-0.7V,为硅管；若等于 0.2-0.3V,为锗管。
发射结正偏，集电结反偏。
NPN管 UBE＞ 0,UBC＜ 0,即 UC ＞ UB ＞ UE 。
PNP管 UBE＜ 0,UBC＜ 0,即 UC ＜ UB ＜ UE 。
解：
第一章 半导体器件
1.3.6 光电三极管一、等效电路、符号二、光电三极管的输出特性曲线
c
e
c
e
iC
uCEO
图 1.3.11光电三极管的输出特性
E1
E2
E3
E4
E＝ 0
第一章 半导体器件复习
1.BJT放大电路三个 电流关系？ IE =IC+IB
BC II
BE I1I ）（
2.BJT的输入、输出特性曲线？
uCE = 0V uCE? 1V
uBE /V
3.BJT工作状态如何判断？
1.4 场效应三极管 （第四讲）
场效应管,一种载流子参与导电,利用 输入回路的电场效应来控制 输出回路电流 的三极管,又称 单极型三极管 。
场效应管分类 结型场效应管绝缘栅场效应管特点单极型器件 (一种载流子导电 )；
输入电阻高；
工艺简单,易集成,功耗小,体积小,
成本低 。
第一章 半导体器件
N沟道
P沟道增强型耗尽型
N沟道
P沟道
N沟道
P沟道
（耗尽型）
FET
场效应管
JFET
结型
MOSFET
绝缘栅型
(IGFET)
场效应管 分类：
D
S
G
N
符号
1.4.1 结型场效应管 Junction Field Effect Transistor
结构图 1.4.1 N 沟道结型场效应管结构图
N
型沟道
N型硅棒栅极源极漏极
P+ P+
P 型区耗尽层
(PN 结 )
在漏极和源极之间加上一个正向电压,N 型半导体中多数载流子 电子 可以导电 。
导电沟道是 N 型的,
称 N 沟道结型场效应管 。
P 沟道场效应管
P 沟道结型场效应管结构图
N+ N+
P
型沟道
G
S
D
P 沟道场效应管是在
P 型硅棒的两侧做成高掺杂的 N 型区 (N+),导电沟道为 P 型,多数载流子为空穴 。
符号
G
D
S
一、结型场效应管工作原理
N 沟道结型场效应管 用改变 UGS 大小来控制漏极电流 ID 的 。 (VCCS)
G
D
S
N
N
型沟道栅极源极漏极
P+ P+
耗尽层 *在栅极和源极之间加反向电压,耗尽层会变宽,导电沟道宽度减小,
使沟道本身的电阻值增大,
漏极电流 ID 减小,反之,
漏极 ID 电流将增加 。
*耗尽层的宽度改变主要在沟道区 。
1,当 UDS = 0 时,uGS 对导电沟道的控制作用
ID = 0
G
D
S
N
型沟道
P+ P+
(a) UGS = 0
UGS = 0 时,耗尽层比较窄,导电沟比较宽
UGS 由零逐渐减小,耗尽层逐渐加宽,导电沟相应变窄 。
当 UGS = UGS（ Off),耗尽层合拢,导电沟被夹断,
ID = 0
G
D
S
P+ P+
N
型沟道
(b) UGS(off) < UGS < 0
VGG
ID = 0
G
D
S
P+ P+
(c) UGS ＜ UGS(off)
VGG
UGS(off)为夹断电压,为负值。 UGS(off) 也可用 UP表示
2,当 uGS 为 UGS（ Off)~0中一固定值时,uDS对漏极电流 iD的影响 。
uGS = 0,uGD > UGS（ Off),iD 较大 。
G
D
S
P+ N
iS
iD
P+ P+ VDD
VGG
uGS < 0,uGD > UGS（ Off),iD 更小。
G
D
S
N
iS
iD
P+ P+ VDD
注意：当 uDS > 0 时,耗尽层呈现楔形 。
(a) (b)
uGD ＝ uGS － uDS
G
D
S
P+
N
iS
iD
P+ P+ V
DD
VGG
uGS < 0,uGD = UGS(off),,沟道变窄预夹断 uGS < 0,uGD < uGS(off),夹断,iD几乎不变
G
D
S
iS
iD
P+ VDD
VGG
P+P+
(1) 改变 uGS,改变了 PN 结中电场,控制了 iD,故称场效应管；
(2)结型场效应管栅源之间加反向偏置电压,使 PN 反偏,栅极基本不取电流,因此,场效应管输入电阻很高 。
(c) (d)
第一章 半导体器件
3.当 uGD < uGS(off),时，,uGS 对漏极电流 iD的控制作用场效应管用 低频跨导 gm的大小描述栅源电压对漏极电流的控制作用。
场效应管为电压控制元件 (VCCS)。
在 uGD ＝ uGS － uDS < uGS(off),当 uDS为一常量时，对应于确定的 uGS,就有确定的 iD。
gm=?iD/?uGS (单位 mS)
第一章 半导体器件小结
(1)在 uGD ＝ uGS － uDS > uGS(off)情况下,即当 uDS < uGS -uGS(off)
对应于不同的 uGS,d-s间等效成不同阻值的电阻。
(2)当 uDS使 uGD ＝ uGS(off)时,d-s之间预夹断
(3)当 uDS使 uGD < uGS(off)时,iD几乎仅仅决定于 uGS,
而与 uDS 无关。此时,可以把 iD近似看成 uGS控制的电流源。
二、结型场效应管的特性曲线
1,转移特性 (N 沟道结型场效应管为例 )
常数 DS)( GSD Uufi
O uGS
iD
IDSS
UGS(off)
图 1.4.6 转移特性
uGS = 0,iD 最大；
uGS 愈负,iD 愈小；
uGS = UGS(off),iD? 0。
两个重要参数 饱和漏极电流 I
DSS(UGS = 0 时的 ID)
夹断电压 UGS(off) (ID = 0 时的 UGS)
UDS
iD
VDD
VGG
D
S
G
V
V?
uGS
特性曲线测试电路
mA
转移特性
O uGS/V
ID/mA
IDSS
UP
图 1.4.6 转移特性
2,输出特性曲线当栅源 之间的电压 UGS 不变时,漏极电流 iD 与漏源之间电压 uDS 的关系,即结型场效应管转移特性曲线的近似公式：
常数 GS)( DSD Uufi
)0(
)1(
GSG S ( o f f )
2
G S ( o f f )
GS
D S SD
uU
U
u
Ii
≤ ≤
IDSS/V
PGSDS UUU
iD/mA
uDS /VO
UGS = 0V
-1
-2
-3
-4
-5 -6
-7
V8P?U
预夹断轨迹 恒流区可变电阻区漏极特性也有三个区,可变电阻区,恒流区和夹断区 。
图 1.4.5(b) 漏极特性输出特性 （ 漏极特性） 曲线夹断区
UDS
iD
VDD
VGG
D
S
G
V
V?
uGS
图 1.4.5(a)特性曲线测试电路
mA
击穿区第一章 半导体器件
＊ 结型 P 沟道的特性曲线
SG
D
转移特性曲线
iD U
GS（ Off）
IDSS
O
uGS
输出特性曲线
o
栅源加正偏电压,(PN结反偏 )
漏源加反偏电压。
1.4.2 绝缘栅型场效应管 MOSFE(第四讲 )
Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
由金属,氧化物和半导体制成 。 称为 金属 -氧化物 -半导体场效应管,或简称 MOS 场效应管 。
特点：输入电阻可达 1010?(有资料介绍可达 1014?） 以上 。
类型
N 沟道
P沟道增强型耗尽型增强型耗尽型
UGS = 0 时漏源间存在导电沟道称 耗尽型场效应管；
UGS = 0 时漏源间不存在导电沟道称 增强型场效应管 。
一,N 沟道增强型 MOS 场效应管结构
P 型衬底
N+ N+
B
GS DSiO2源极 S 漏极 D
衬底引线 B
栅极 G
图 1.4.7 N 沟道增强型 MOS 场效应管的结构示意图
S
G
D
B
1,工作原理绝缘栅场效应管利用 UGS 来控制,感应电荷,的多少,改变由这些,感应电荷,形成的导电沟道的状况,
以控制漏极电流 ID。
2.工作原理分析
(1)UGS = 0
漏源之间相当于两个背靠背的 PN 结,无论漏源之间加何种极性电压,总是不导电 。
S
B
D
(2)UDS = 0,0 < UGS < UGS(th)
D栅极金属层将聚集正电荷,
它们排斥 P型衬底靠近 SiO2 一侧的空穴,形成由负离子组成的耗尽层 。 增大 UGS 耗尽层变宽 。
(3)UDS = 0,UGS ≥ UGS(th)
由于吸引了足够多 P型衬底的电子,
会在耗尽层和 SiO2 之间形成可移动的表面电荷层 ——
P 型衬底
N+ N+
B
GS
VGG
N 型沟道反 型 层,N 型 导 电 沟 道 。
UGS 升高,N沟道变宽 。 因为 UDS = 0,所以 ID = 0。
UGS(th) 或 UT为开始形成反型层所需的 UGS,称 开启电压 。
(4)UDS对导电沟道的影响 (UGS > UT)
导电沟道呈现一个楔形 。
漏极形成电流 ID 。
b,UDS= UGS – UT,UGD = UT
靠近漏极沟道达到临界开启程度,出现预夹断 。
c,UDS > UGS – UT,UGD < UT
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 < UGS – UT,即 UGD = UGS – UDS > UT
P 型衬底
N+ N+
B
GS D
VGG
VDD
P 型衬底
N+ N+
B
S D
VGG
VDD
P 型衬底
N+ N+
B
GS D
VGG
VDD
夹断区
D
P型衬底
N+ N+
B
GS
VGG
VDD
P型衬底
N+ N+
B
GS D
VGG
VDD
P型衬底
N+ N+
B
GS D
VGG
VDD
夹断区图 1.4.9 UDS 对导电沟道的影响
(a) UGD > UT (b) UGD = UT (c) UGD < UT
在 UDS > UGS – UT时，对应于不同的 uGS就有一个确定的 iD 。
此时,可以把 iD近似看成是 uGS控制的电流源。
3,特性曲线与电流方程
(a)转移特性
(b)输出特性
UGS < UT,iD = 0；
UGS ≥ UT,形成导电沟道,随着 UGS 的增加,
ID 逐渐增大 。
2
T
GS
DOD )1( U
uIi
(当 UGS > UT 时 )
三个区：可变电阻区,
恒流区 (或饱和区 ),夹断区 。
UT 2UT
IDO
uGS /V
iD /mA
O 图 1.4.10 (a) 图 1.4.10 (b)
iD/mA
uDS /VO TGS UU?
预夹断轨迹恒流区可变电阻区夹断区。
UGS增加二,N 沟道耗尽型 MOS 场效应管
P型衬底
N+ N+
B
GS D
++++++
制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子,
这些正离子电场在 P 型衬底中,感应,负电荷,形成,反型层,。 即使 UGS = 0 也会形成 N 型导电沟道 。
++++++
UGS = 0,UDS > 0,产生较大的漏极电流；
UGS < 0,绝缘层中正离子感应的负电荷减少,导电沟道变窄,iD减小；
UGS = UP,感应电荷被
,耗尽,,iD? 0。
UP或 UGS(off)称为夹断电压 图 1.4.11
N 沟道耗尽型 MOS 管特性工作条件：
UDS > 0；
UGS 正、负、
零均可。
iD/mA
uGS /VOUP
(a)转移特性
IDSS
耗尽型 MOS
管的符号
S
G
D
B
(b)输出特性
iD/mA
uDS /VO
+1V
UGS=0
3 V
1 V
2 V
4
3
2
1
5 10 15 20
N 沟道耗尽型 MOSFET
第一章 半导体器件三,P沟道 MOS管
1.P沟道增强型 MOS管 的开启电压 UGS(th)< 0
当 UGS < UGS(th),
漏 -源之间应加负电源电压管子才导通,空穴导电 。
2.P沟道耗尽型 MOS管 的夹断电压 UGS(off)＞ 0
UGS 可在正、负值的一定范围内实现对 iD的控制,
漏 -源之间应加负电源电压。
S
G
D
B P沟道
S
G
D
B P沟道四,VMOS管
VMOS管漏区散热面积大，
可制成大功率管。
种 类 符 号 转移特性曲线 输出特性曲线结型
N 沟道耗尽型结型
P 沟道耗尽型绝缘栅型
N 沟道增强型
SG
D
SG
D
o
S
G
D
B
uGS
iD
O UT
各类场效应管的符号和特性曲线
+
UGS = UT u
DS
iD
+
+
+
O
iD UGS= 0V
uDSO
uGSiD UP
IDSS
O
uGS
iD /mA
UP
IDSS
O
种 类 符 号 转移特性曲线 输出特性曲线绝缘栅型
N 沟道耗尽型绝缘栅型
P 沟道增强型耗尽型
ID
S
G
D
B
UDS
ID
_
UGS=0
+
_
O
ID
UGS
UP
IDSS
O
S
G
D
B
ID
S
G
D
B
ID
ID
UGS
UT O
ID
UGS
UP
IDSS
O
_
_
o
_
_
o
1.4.3 场效应管的主要参数一、直流参数
1,饱和漏极电流 IDSS
2,夹断电压 UP 或 UGS(off)
3,开启电压 UT 或 UGS(th)
4,直流输入电阻 RGS
为耗尽型场效应管的一个重要参数。
为增强型场效应管的一个重要参数。
为耗尽型场效应管的一个重要参数。
输入电阻很高。结型场效应管一般在 107?以上，
绝缘栅场效应管更高，一般大于 109?。
二、交流参数
1,低频跨导 gm
2,极间电容用以描述栅源之间的电压 uGS 对漏极电流 iD 的控制作用。
常数?
DSGS
D
m Δ
Δ
Uu
ig
单位,iD 毫安 (mA)； uGS 伏 (V)； gm 毫西门子 (mS)
这是场效应管三个电极之间的等效电容,包括 Cgs、
Cgd,Cds。 极间电容愈小,则管子的高频性能愈好 。
一般为几个皮法 。
三、极限参数
3,漏极最大允许耗散功率 PDM
2.漏源击穿电压 U(BR)DS
4,栅源击穿电压 U(BR)GS
由场效应管允许的温升决定 。 漏极耗散功率转化为热能使管子的温度升高 。
当漏极电流 ID 急剧上升产生雪崩击穿时的 UDS 。
场效应管工作时,栅源间 PN 结处于反偏状态,若
UGS > U(BR)GS,PN 将被击穿,这种击穿与电容击穿的情况类似,属于破坏性击穿 。
1.最大漏极电流 IDM
第一章 半导体器件例 1.4.1 已知某管子的输出特性曲线如图所示。试分析该管是什么类型的场效应管（结型、绝缘栅型,N沟道,P沟道、增强型、耗尽型）。
分析,N沟道增强型 MOS管，开启电压 UGS(th) ＝ 4V
第一章 半导体器件例 1.4.2 电路如左图所示，其中管子 T的输出特性曲线如右图所示。试分析 ui为 0V,8V和 10V三种情况下 uo分别为多少伏？
分析,N沟道增强型 MOS管，开启电压 UGS(th) ＝ 4V
第一章 半导体器件解,(1) ui为 0V,即 uGS＝ ui＝ 0,管子处于夹断状态所以 u0＝ VDD ＝ 15V
(2) uGS＝ ui＝ 8V时,从输出特性曲线可知，管子工作在恒流区,iD＝ 1mA,u0＝ uDS ＝ VDD - iD RD ＝ 10V
第一章 半导体器件
(3) uGS＝ ui＝ 10V时，
若工作在恒流区,iD＝ 2.2mA。 因而 u0＝ 15- 2.2*5 ＝ 4V
但是,uGS ＝ 10V时的预夹断电压为
uDS= uGS – UT=(10-4)V=6V
可见，此时管子工作在可变电阻区第一章 半导体器件从输出特性曲线可得
uGS ＝ 10V时 d-s之间的等效电阻
(D在可变电阻区，任选一点，如图 )
K
i
uR
D
ds
ds 3)101
3(
3
所以输出电压为
VV
RR
Ru
DD
dds
ds 6.5
0
第一章 半导体器件晶体管 场效应管结构 NPN型,PNP型 结型耗尽型 N沟道 P沟道绝缘栅增强型 N沟道 P沟道绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道
C与 E一般不可倒置使用 D与 S有的型号可倒置使用载流子 多子扩散少子漂移 多子运动输入量 电流输入 电压输入控制 电流控制电流源
CCCS(β)
电压控制电流源
VCCS(gm)
1.4.4 场效应管与晶体管的比较第一章 半导体器件噪声 较大 较小温度特性 受温度影响较大 较小，可有零温度系数点输入电阻 几十到几千欧姆 几兆欧姆以上静电影响 不受静电影响 易受静电影响集成工艺 不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成晶体管 场效应管一、单结晶体管的结构和等效电路
N 型硅片
P 区
PN 结
e
b1
b2
单结晶体管 又称为 双基极晶体管 。
(a)结构
(b)符号
(C)等效电路图 1.5.1 单结管的结构及符号
*1.5 单结晶体管和晶闸管 （自学）
1.5.1单结晶体管第一章 半导体器件特性：
+
UA
+?UD
+
UEB1
+
UBB
BBBB
b2b1
b1
A UUrr
rU
b2b1
b1
rr
r
——分压比
O UEB1
IE
A
P
V
B
IP
UP
截止区负阻区饱和区峰点
UP,峰点电压
IP,峰点电流谷点
UV,谷点电压
IV,谷点电流图 10.9.11(a) 图 10.9.11(b)
第一章 半导体器件二、单结管的脉冲发生电路图 10.9.12 单结管的脉冲发生电路第一章 半导体器件三、单结管的触发电路图 10.9.14
图 10.9.15
第一章 半导体器件三、应用举例：单结管的脉冲发生电路图 1.5.3 单结管的脉冲发生电路第一章 半导体器件
1.5.2 晶闸管一、结构和等效模型图 1.5.5 晶闸管的结构和符号
C C
C
阳极阴极控制极第一章 半导体器件二、工作原理图 1.5.6
1,控制极不加电压,无论在阳极与阴极之间加正向或反向电压,晶闸管都不导通 。 ——称为阻断
2,控制极与阴极间加正向电压,阳极与阴极之间加正向电压,晶闸管 导通 。
P
N
P
IG
β1 β2IG
β1IG
图 1.5.5
C
N
P
N
C
C
第一章 半导体器件结论：
晶闸管由阻断变为 导通的条件是在阳极和阴极之间加正向电压时,再在控制极加一个正的触发脉冲；
晶闸管由导通变为 阻断的条件是减小阳极电流 IA,
或改变 A-C电压极性的方法实现 。
晶闸管导通后,管压降很小,约为 0.6~1.2 V 左右 。
第一章 半导体器件三、晶闸管的伏安特性
1,伏安特性
O UAK
IA
UBO
AB
C
IH
IG= 0
正向阻断特性,当 IG= 0,而阳极电压不超过一定值时,管子处于阻断状态 。
UBO ——正向转折电压正向导通特性,管子导通后,伏安特性与二极管的正向特性相似 。
IH ——维持电流当控制极电流 IG? 0 时,使晶闸管由阻断变为导通所需的阳极电压减小 。
IG 增大反向特性,与二极管的反向特性相似。
UBR
图 1.5.7晶闸管的伏安特性曲线第一章 半导体器件四、晶闸管的 主要参数
1.额定正向平均电流 IF
2.维持电流 IH
3.触发电压 UG和触发电流 IG
4.正向重复峰值电压 UDRM
5.反向重复峰值电压 URRM
其它：正向平均电压、控制极反向电压等。
第一章 半导体器件例：单相桥式可控整流电路
+
-uG
在 u2 正半周,当控制极加触发脉冲,VT1和 VD2 导通；
在 u2 负半周,当控制极加触发脉冲,VT2和 VD1导通；
α θ
：控制角；?：导电角图 1.5.8
第一章 半导体器件第一章 半导体器件小 结第 1 章第一章 半导体器件一、两种半导体和两种载流子两种载流子的运动电子空穴两 种半导体
N 型 (多电子 )
P 型 (多空穴 )
二,二极管
1,特性 — 单向 导电正向电阻小 (理想为 0),反向电阻大 (?)。
)1e(
D
SD T
U
u
Ii
)1e(,0
D
SDD
TU
u
Iiu
0,0 SD IIu
第一章 半导体器件
iD
O uD
U (BR)
I F
URM
2,主要参数正向 — 最大平均电流 IF
反向 —
最大反向工作电压 U(BR)(超过则击穿 )
反向饱和电流 IR (IS)(受温度影响 )
IS
第一章 半导体器件
3,二极管的等效模型理想模型 (大信号状态采用 )
uD
iD正偏导通 电压降为零 相当于理想开关闭合反偏截止 电流为零 相当于理想开关断开恒压降模型 U
D(on)正偏电压? U
D(on) 时导通 等效为恒压源 UD(on)
否则截止，相当于二极管支路断开
UD(on) = (0.6? 0.8) V 估算时取 0.7 V硅管：
锗管,(0.1? 0.3) V 0.2 V
折线近似模型相当于有内阻的恒压源 UD(on)
第一章 半导体器件
4,二极管的分析方法图解法微变等效电路法
5,特殊二极管工作条件 主要用途稳压二极管 反 偏 稳 压发光二极管 正 偏 发 光光电二极管 反 偏 光电转换第一章 半导体器件三、两种半导体放大器件双极型半导体三极管 (晶体三极管 BJT)
单极型半导体三极管 (场效应管 FET)
两种载流子导电多数载流子导电晶体三极管
1,形式与结构 NPNPNP 三区、三极、两结
2,特点基极电流控制集电极电流并实现 放大第一章 半导体器件放大条件内因：发射区载流子浓度高、
基区薄、集电区面积大外因,发射结正偏、集电结反偏
3,电流关系
IE = IC + IB
IC =? IB + ICEO
IE = (1 +?) IB + ICEO
IE = IC + IB
IC =? IB
IE = (1 +? ) IB
第一章 半导体器件
4,特性
iC / mA
uCE /V
100 μA
80 μA
60 μA
40 μA
20 μA
IB = 0
O 3 6 9 12
4
3
2
1
O 0.4 0.8
iB /?A
uBE / V
60
40
20
80
死区电压 (Uth),0.5 V (硅管 ) 0.1 V (锗管 )
工作电压 (UBE(on) ),0.6? 0.8 V 取 0.7 V (硅管 )
0.2? 0.3 V 取 0.3 V (锗管 )
饱和区截止区第一章 半导体器件
iC / mA
uCE /V
100 μA
80 μA
60 μA
40 μA
20 μA
IB = 0
O 3 6 9 12
4
3
2
1
放大区饱和区截止区放大区特点：
1)iB 决定 iC
2)曲线水平表示恒流
3)曲线间隔表示受控第一章 半导体器件
5,参数特性参数电流放大倍数 =? /(1 )? =? /(1 +? )
极间反向电流 ICBO
ICEO
极限参数
ICM
PCM
U(BR)CEO
uCEOICEO
iC
ICM
U(BR)CEO
PCM安 全工作区
= (1 +?) ICBO
第一章 半导体器件场效应管
1,分类按导电沟道分
N 沟道
P 沟道按结构分绝缘栅型
(MOS)
结型按特性分 增强型耗尽型 uGS = 0 时,iD = 0u
GS = 0 时,iD? 0
增强型耗尽型
(耗尽型 )
第一章 半导体器件
2,特点栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流输入电阻高，工艺简单，易集成由于 FET 无栅极电流，故采用 转移特性 和输出特性 描述
3,特性不同类型 FET 的特性比较参见 图 1.4.13 第 43-44页。
第一章 半导体器件不同类型 FET 转移特性比较结型
N 沟道
uGS /V
iD /mA
O
增强型耗尽型
MOS 管
(耗尽型 )
2
G S ( t h )
GS
DOD )1( U
uIi
IDSS 开启电压U
GS(th)
夹断电压 U
GS(off)
2
G S ( o f f )
GS
D S SD )1( U
uIi
IDO 是 uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值第一章 半导体器件四、晶体管电路的基本问题和分析方法三种工作状态状态 电流关系 条 件放大 I C =? IB 发射结正偏集电结反偏饱和 I C IB 两个结正偏
ICS =? IBS 集电结零偏临界截止 IB < 0,IC = 0 两个结反偏判断导通还是截止：
UBE > U(th) 则 导通以 NPN为 例：
UBE < U(th) 则 截止第一章 半导体器件判断饱和还是放大：
1,电位判别法
NPN 管 UC > UB > UE 放大
UE < UC? UB 饱和
PNP 管 UC < UB < UE 放大
UE > UC? U B 饱和
2,电流判别法
IB > IBS 则 饱和 IB < IBS 则 放大
)( EC
C E ( s a t )CCCS
BS RR
UVII
E-mail,design64@163.com
—多媒体教学课件模拟电子技术基础
Fundamentals of Analog Electronics
童诗白、华成英 主编第一章 半导体器件
1,本课程的性质是一门技术基础课
2,特点
非纯理论性课程
实践性很强
以工程实践的观点来处理电路中的一些问题
3,研究内容以器件为基础、以信号为主线，研究各种模拟电子电路的工作原理、特点及性能指标等。
4,教学目标能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对较简单的单元电路进行设计。
绪 论（第一讲）
第一章 半导体器件
5,学习方法重点掌握基本概念、基本电路的分析、计算及设计方法。
6,成绩评定标准理论,作业、考勤、提问、课外读书论文 30 %
期终考试 70 %
7,教学参考书康华光主编，《电子技术基础,模拟部分 第三版，高教出版社童诗白主编，《模拟电子技术基础,第二版，高教出版社陈大钦主编，《模拟电子技术基础问答：例题? 试题》，华工出版社第一章 半导体器件课外阅读教材：
1.谢自美 电子线路设计,实验,测试 华中理工大学出版社 。
2.毕满清 电子技术实验与课程设计 机械工业出版社 。
3.高伟涛 Pspice8.0电路设计实例精粹 国防工业出版社 。
4.李东生 Protel99SE电路设计技术入门 电子工业出版社 。
5.刘君华 虚拟仪器图形化编程语言 西安电子科技大学出版社 。
6.张易知 虚拟仪器的设计与实现 西安电子科技大学出版社 。
第三版童诗白目录
1 常用半导体器件
2 基本放大电路
3 多级放大电路
4 集成运算放大电路
5 放大电路的频率响应
6 放大电路中的反馈
7 信号的运算和处理
8 波形的发生和信号的转换
9 功率放大电路
10 直流稳压电源
11 模拟电子电路读图第三版童诗白第一章 常用半导体器件
1.1 半导体基础知识
1.2 半导体二极管
1.3 双极型晶体管
1.4 场效应管
1.5 单结晶体管和晶闸管
1.6集成电路中的元件第三版童诗白本章重点和考点：
1,二极管的单向导电性、稳压管的原理。
2,三极管的电流放大原理，
如何判断三极管的管型,管脚和管材。
3,场效应管的分类、工作原理和特性曲线。
本章教学时数,8学时第三版童诗白本章讨论的问题：
2.空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子运动吗？
3.什么是 N型半导体？什么是 P型半导体？
当二种半导体制作在一起时会产生什么现象？
4.PN结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？它为什么具有单向性？在 PN结中另反向电压时真的没有电流吗？
5.晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的？场效应管是通过什么方式来控制漏极电流的？为什么它们都可以用于放大？
1.为什么采用半导体材料制作电子器件？
第一章 半导体器件引子：
电子技术的发展
47年 贝尔实验室制成第一只晶体管
58年 集成电路
69年 大规模集成电路
75年 超大规模集成电路第一片集成电路只有 4个晶体管，而 97年一片集成电路上有 40亿个晶体管。科学家预测集成度按 10倍 /6年的速度还将继续到 2015或 2020年，
将达到饱和。
第一章 半导体器件1.1 半导体的基础知识
1.1.1 本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体导体,自然界中很容易导电的物质称为 导体,金属一般都是导体。
绝缘体,有的物质几乎不导电，称为 绝缘体,如橡皮、陶瓷、塑料和石英。
半导体,另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为 半导体,如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。
一,导体、半导体和绝缘体第一章 半导体器件半导体 的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。
例如：
当受外界热和光的作用时，
它的导电能力明显变化。
往纯净的半导体中掺入某些杂质，
会使它的导电能力明显改变。
光敏器件二极管
+4
+4
+4+4 +4
+4
+4
+4
+4
完全纯净的,不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体将硅或锗材料提纯便形成单晶体,
它的原子结构为共价键结构 。
价电子共价键图 1.1.1 本征半导体结构示意图二,本征半导体的 晶体 结构当温度 T = 0 K 时,半导体不导电,如同绝缘体 。
+4
+4
+4
+4 +4
+4 +4 +4
+4
图 1.1.2 本征半导体中的自由电子和空穴自由电子空穴若 T?,将有少数价电子克服共价键的束缚成为 自由电子,在原来的共价键中留下一个空位 ——
空穴 。
T?
自由电子 和 空穴 使 本征半导体具有导电能力,
但很微弱 。
空穴可看成带正电的载流子 。
三,本征半导体 中的两种载流子
（ 动画 1-1） （ 动画 1-2）
第一章 半导体器件四,本征半导体中 载流子的浓度在一定温度下 本征半导体中 载流子的浓度是一定的，
并且自由电子与空穴的浓度相等。
本征半导体中 载流子的浓度公式：
T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度,
n = p =1.43× 1010/cm3
本征锗的电子和空穴浓度,
n = p =2.38× 1013/cm3
本征激发复合 动态平衡
KT
E
ii
GO
eTKpn 22
3
1
1,半导体中两种载流子 带负电的 自由电子带正电的 空穴
2,本征半导体中,自由电子和空穴总是成对出现,
称为 电子 - 空穴对 。
3,本征半导体中 自由电子 和 空穴 的浓度 用 ni 和 pi
表示，显然 ni = pi 。
4,由于物质的运动,自由电子和空穴不断的产生又不断的复合 。 在一定的温度下,产生与复合运动会达到平衡,载流子的浓度就一定了 。
5,载流子的浓度与温度密切相关,它随着温度的升高,基本按指数规律增加 。
小结：
1.1.2 杂质半导体杂质半导体有两种
N 型半导体
P 型半导体一,N 型半导体 (Negative)
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价 杂质元素,如磷,锑,砷等,即构成 N 型半导体 (或称电子型半导体 )。
常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
本征半导体掺入 5 价元素后,原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替 。 杂质原子最外层有 5 个价电子,其中 4 个与硅构成共价键,多余一个电子只受自身原子核吸引,在室温下即可成为自由电子 。
自由电子浓度远大于空穴的浓度,即 n >> p 。
电子称为多数载流子 (简称多子 )，
空穴称为少数载流子 (简称少子 )。
5 价杂质原子称为 施主原子。
+4
+4
+4
+4 +4
+4 +4 +4
+4+5
自由电子施主原子图 1.1.3 N 型半导体二,P 型半导体
+4
+4
+4
+4 +4
+4 +4 +4
+4
在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价 杂质元素,如硼,镓,铟等,即构成 P 型半导体 。
+3 空穴浓度多于电子浓度,即 p >> n。 空穴为多数载流子,电子为少数载流子 。
3 价杂质原子称为受主原子 。
受主原子空穴图 1.1.4 P 型半导体说明：
1,掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度 。
3,杂质半导体总体上保持电中性。
4,杂质半导体的表示方法如下图所示。
2,杂质半导体 载流子的数目 要远远高于本征半导体,因而其导电能力大大改善 。
(a)N 型半导体 (b) P 型半导体图 杂质半导体的的简化表示法在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体,另一侧掺杂成为 N 型半导体,两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层,称为 PN 结 。
P NPN结图 PN 结的形成一,PN 结的形成
1.1.3 PN结
PN 结中载流子的运动耗尽层空间电荷区
P N
1,扩散运动
2,扩散运动形成空间电荷区电子和空穴浓度差形成 多数载流子的扩散运动 。
—— PN 结,耗尽层 。
P N
（ 动画 1-3）
3,空间电荷区产生内电场
P N空间电荷区内电场
Uho
空间电荷区正负离子之间电位差 Uho —— 电位壁垒 ；
——内电场 ；内电场阻止多子的扩散 ——阻挡层 。
4,漂移运动内电场有利于少子运动 —漂移 。
少子的运动与多子运动方向相反阻挡层
5,扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大,扩散电流逐渐减小；
随着内电场的增强,漂移运动逐渐增加；
当扩散电流与漂移电流相等时,PN 结总的电流等于零,空间电荷区的宽度达到稳定 。
对称结即 扩散运动与漂移运动达到动态平衡 。
P N
不对称结二,PN 结的单向导电性
1,PN结 外加正向电压时处于导通状态又称正向偏置，简称正偏。
外电场方向内电场方向耗尽层
V R
I
空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流。
图 1.1.6
P N什么是 PN结的单向导电性？
有什么作用？
在 PN 结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻 R。
2,PN 结 外加反向电压时处于截止状态 (反偏 )
反向接法时,外电场与内电场的方向一致,增强了内电场的作用；
外电场使空间电荷区变宽；
不利于扩散运动,有利于漂移运动,漂移电流大于扩散电流,电路中产生反向电流 I ；
由于少数载流子浓度很低,反向电流数值非常小 。
耗尽层图 1.1.7 PN 结加反相电压时截止反向电流又称 反向饱和电流 。 对温度十分敏感,
随着温度升高,IS 将急剧增大 。
P N
外电场方向内电场方向
V R
IS
当 PN 结正向偏置时,回路中将产生一个较大的正向电流,PN 结处于 导通状态 ；
当 PN 结反向偏置时,回路中反向电流非常小,
几乎等于零,PN 结处于 截止状态 。
（动画 1-4） （动画 1-5）
综上所述：
可见,PN 结具有 单向导电性 。
)1e(S TUuIi
IS,反向饱和电流
UT,温度的电压当量在常温 (300 K)下，
UT? 26 mV
三,PN 结的电流方程
PN结所加端电压 u与流过的电流 i的关系为
)1e(S ktquIi
公式推导过程略四,PN结的伏安特性
i = f (u)之间的关系曲线 。
60
40
20
– 0.002
– 0.004
0 0.5 1.0
–25–50
i/ mA
u / V
正向特性死区电压击穿电压
U(BR)
反向特性图 1.1.10 PN结的伏安特性反向击穿齐纳击穿雪崩击穿五,PN结的电容效应当 PN上的电压发生变化时,PN 结中储存的电荷量将随之发生变化，使 PN结具有电容效应。
电容效应包括两部分 势垒电容扩散电容
1,势垒电容 Cb
是由 PN 结的空间电荷区变化形成的。
(a)PN 结加正向电压 （ b) PN 结加反向电压
N
空间电荷区P
V RI + U
N
空间电荷区P
R
I
+? UV
空间电荷区的正负离子数目发生变化,如同电容的放电和充电过程 。
势垒电容的大小可用下式表示：
l
S
U
QC
d
d
b
由于 PN 结 宽度 l 随外加电压 u 而变化,因此 势垒电容
Cb不是一个常数 。 其 Cb = f (U)
曲线如图示 。
：半导体材料的介电比系数；
S,结面积；
l,耗尽层宽度 。
O u
Cb
图 1.1.11（ b)
2,扩散电容 Cd
Q
是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的 。
在某个正向电压下,P 区中的电子浓度 np(或 N 区的空穴浓度
pn)分布曲线如图中曲线 1 所示 。
x = 0 处为 P 与 耗尽层的交界处当电压加大,np (或 pn)会升高,
如曲线 2 所示 (反之浓度会降低 )。
O x
nP
Q 1
2?
当加反向电压时,扩散运动被削弱,
扩散电容的作用可忽略 。
正向电压变化时,变化载流子积累电荷量发生变化,相当于电容器充电和放电的过程 —— 扩散电容效应 。
图 1.1.12
PN
PN 结综上所述：
PN 结总的结电容 Cj 包括势垒电容 Cb 和扩散电容
Cd 两部分。
Cb 和 Cd 值都很小,通常为几个皮法 ~ 几十皮法,
有些结面积大的二极管可达几百皮法 。
当反向偏置时，势垒电容起主要作用，可以认为
Cj? Cb。
一般来说，当二极管正向偏置时，扩散电容起主要作用，即可以认为 Cj? Cd；
在信号频率较高时，须考虑结电容的作用。
第一章 半导体器件
1.2 半导体二极管 （第二讲）
二极管按结构分有 点接触型、面接触型和平面型图 1.2.1二极管的几种 外形第一章 半导体器件
1 点接触型二极管
(a)点接触型二极管的结构示意图
1.2.1半导体二极管的几种常见结构
PN结面积小，结电容小，用于 检波 和变频等高频电路。
第一章 半导体器件
3 平面型二极管往往用于集成电路制造工艺中。 PN 结面积可大可小，
用于高频整流和 开关 电路中。
2 面接触型二极管
PN结面积大，用于 工频 大电流 整流 电路。
(b)面接触型
(c)平面型阴极引线阳极引线
P
N
P 型支持衬底
4 二极管的代表符号
( d ) 代表符号
k 阴极阳极 a
D
第一章 半导体器件
1.2.2二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线可用下式表示
0?
D
/ V0,2 0,4 0,6 0,8? 10? 20? 3 0
4 0
5
10
1 5
20
10
20
3 0
40
i
D
/? A
i
D
/ mA
死区
V
thV
BR
硅二极管 2CP10的 伏安 特性
+
i D
v D
-
R
正向特性反向特性反向击穿特性开启电压,0.5V
导通电压,0.7
)1e(S TUuIi
一、伏安特性
0
D
/ V0,2 0,4 0,6
2 0? 4 0? 60
5
10
1 5
20
10
20
3 0
40
i
D
/? A
i
D
/ mA
②
①
③
V
th
V
BR
锗二极管 2AP15的 伏安 特性
Uon
U(BR)
开启电压,0.1V
导通电压,0.2V
第一章 半导体器件二、温度对二极管伏安特性的影响在环境温度升高时，二极管的正向特性将左移，反向特性将下移。
二极管的特性对温度很敏感。
– 50
I / mA
U / V0.2 0.4
– 25
5
10
15
–0.01
–0.02
0
温度增加第一章 半导体器件
1.2.3 二极管的参数
(1) 最大整流电流 IF
(2) 反向击穿电压 U（ BR） 和最高反向工作电压 URM
(3) 反向电流 IR
(4) 最高工作频率 fM
(5) 极间电容 Cj
在实际应用中，应根据管子所用的场合，按其所承受的最高反向电压、最大正向平均电流、工作频率、环境温度等条件，选择满足要求的二极管。
第一章 半导体器件
1.2.4 二极管 等效电路一、由伏安特性折线化得到的等效电路
1,理想模型 2,恒压降模型 3,折线模型第一章 半导体器件二、二极管的微变等效电路二极管工作在正向特性的某一小范围内时，
其正向特性可以等效成一个微变电阻。
D
D
d i
vr
即 )1( /
SD D TVveIi
根据得 Q点处的微变电导
Qdv
dig
D
D
d? Q
Vv
T
Te
V
I /S D?
TV
ID?
d
d
1
gr?
则
DI
VT?
常温下（ T=300K）
)mA(
)mV(26
DD
d II
Vr T
图 1.2.7二极管的微变等效电路第一章 半导体器件应用举例二极管的静态工作情况分析
V 0D?V mA 1/DDD RVI
理想模型
（ R=10k?）VDD=10V 时
mA 93.0/)( DDDD RVVI
恒压模型
V 7.0D?V
（硅二极管典型值）
折线模型
V 5.0th?V
（硅二极管典型值）
mA 9 3 1.0
D
thDD
D
rR
VVI
k 2.0Dr设
V 69.0DDthD rIVV
+
D
iD
V DD
+
D
iD
V DD
V D
+
D
iD
V DD
rD
V th
第一章 半导体器件例 1.2.1
电路如图所示,UD=0.7V,试估算开关断开和闭合输出电压 UO 。
V1=6V
V1=12V
D
S R
第一章 半导体器件应用举例例 1,P66习题 1.3
t
t
u
u
O
O
i
o
/V
/V
10
10解：采用理想电路模型
ui和 uo的波形如图所示例 2,P66习题 1.5
解：采用恒压降电路模型二个二极管共阳极接法输入电压小者先导通
t
u
O
I1
/V
3
0,3
t
u
O
I2
/V
3
0,3
t
u
O
O /V
3,7
1
ui和 uo的波形如图所示第一章 半导体器件
1.2.5 稳压二极管一、稳压管的伏安特性
(a)符号 (b)2CW17 伏安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，反向电压应大于稳压电压。
DZ
第一章 半导体器件
(1) 稳定电压 UZ
(2) 动态电阻 rZ
在规定的稳压管反向工作电流 IZ下，所对应的反向工作电压。
rZ =?VZ /?IZ
(3)最大耗散功率 PZM
(4)最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流 IZmin
(5)温度系数 ——?VZ
二、稳压管的主要参数第一章 半导体器件稳压电路正常稳压时 UO =UZ
# 不加 R可以吗？
（ 1）设电源电压波动 (负载不变 )
UI ↑→UO↑→UZ↑→ IZ↑
↓
UO↓←UR↑ ← IR ↑
如电路参数变化？
+
R
-
I
R
+
-
R
L
I
O
V
OV I
I
Z
D
Z
UOUI
第一章 半导体器件稳压电路正常稳压时 UO =UZ
# 上述电路 UI为正弦波，且幅值大于 UZ,UO的波形是怎样的？
（ 2）设负载变化 (电源不变 )
如电路参数变化？
+
R
-
I
R
+
-
R
L
I
O
V
OV I
I
Z
D
Z
UOUI
RL↓→UO↓→UZ↓→ IZ↓→ IR↓→ Δ IZ=- Δ IL→IR
基本不变
IL↑→ IR ↑
第一章 半导体器件例 1：稳压二极管的应用
RLui uO
R
DZ
i
iz
iL
UZ
稳压二极管技术数据为：稳压值 UZ=10V,Izmax=12mA，
Izmin=2mA,负载电阻 RL=2k?,输入电压 ui=12V,限流电阻
R=200?,求 iZ。
若 负载电阻 变化范围为 1.5 k? -- 4 k?,是否还能稳压？
第一章 半导体器件
RLui uO
R
DZ
i
iz
iL
UZ
UZ=10V ui=12V
R=200?
Izmax=12mA Izmin=2mA
RL=2k? (1.5 k? ~4 k?)
iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（ mA）
i= （ ui - UZ） /R=（ 12-10） /0.2=10 （ mA）
iZ = i - iL=10-5=5 （ mA）
RL=1.5 k?,iL=10/1.5=6.7（ mA）,iZ =10-6.7=3.3（ mA）
RL=4 k?,iL=10/4=2.5（ mA）,iZ =10-2.5=7.5（ mA）
负载变化,但 iZ仍在 12mA和 2mA之间,所以稳压管仍能起 稳压作用第一章 半导体器件例 2：稳压二极管的应用（ P67习题 1.11）
t
u
0
I
/V
6
3
t
u
0
O1
/V
3
t
u
0
O2
/V
3
解,ui和 uo的波形如图所示（ UZ＝ 3V）
ui u
O
DZ
R
(a)
(b)
ui uO
R
DZ
第一章 半导体器件一、发光二极管 LED (Light Emitting Diode)
1,符号和特性工作条件,正向偏置一般工作电流几十 mA，
导通电压 (1? 2) V
符号
u /V
i /mA
O 2
特性
1.2.6其它类型的二极管第一章 半导体器件发光类型,可见光,红、黄、绿显示类型,普通 LED,
不可见光,红外光点阵 LED七段 LED,
第一章 半导体器件二、光电二极管符号和特性符号 特性
u
i
O
E = 200 lx
E = 400 lx
工作原理：
三、变容二极管四、隧道二极管 (请同学们上网查找有关资料，写在作业本上）
五、肖特基二极管 (请同学们上网查找有关资料，写在作业本上）
无光照时，与普通二极管一样。
有光照时，分布在第三、四象限。
1.3 双极型晶体管 (BJT)第三讲又称半导体三极管,晶体三极管,或简称晶体管 。
(Bipolar Junction Transistor)
三极管的外形如下图所示 。
三极管有两种类型,NPN型和 PNP型 。
主要以 NPN 型为例进行讨论 。
图 1.3.1 三极管的外形
X,低频小功率管
D,低频大功率管
G,高频小功率管
A,高频大功率管我国晶体管得型号命名方法
1.3.1 晶体管的结构及类型常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型 。
图 1.3.2a 三极管的结构
(a)平面型 (NPN) (b)合金型 (PNP)
e b b
e cP
N
P
e 发射极，
b基极，
c 集电极。
N
c
N
P
二氧化硅发射区集电区基区基区发射区 集电区图 1.3.2(b) 三极管结构示意图和符号 NPN 型
e
c
b
符号集电区集电结基区发射结发射区集电极 c
基极 b
发射极 e
N
N
P
集电区集电结基区发射结发射区集电极 c
发射极 e
基极 b
c
b
e
符号
N
NP
P
N
图 1.3.2? 三极管结构示意图和符号 (b)PNP 型
1.3.2 晶体管的电流放大作用以 NPN 型三极管为例讨论
c
N
N
P
e
b b
e
c
表面看三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和 外部所加电源的极性 来保证。不具备放大作用三极管内部结构要求：
N
N
P
e
b
c
1,发射区高掺杂 。
2,基区做得很薄 。 通常只有几微米到几十微米,而且 掺杂较少 。
三极管放大的外部条件,外加电源的极性应使 发射结处于正向偏置 状态,而 集电结处于反向偏置 状态 。
3,集电结面积大 。
实验
+
-
b
c
e
共射极放大电路
UBB
UCCuBE
iCi
B +
-
uCE
iE
iB 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
iC <0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95
iE <0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05
表 1-1 电流单位,mA
b
e
c
Rc
Rb
一、晶体管内部载流子的运动
I E
IB
1,发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区 —形成发射极电流 IE (基区多子数目较少，空穴电流可忽略 )。
2,扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流电子到达基区,少数与空穴复合形成基极电流 Ibn,复合掉的空穴由 VBB 补充 。
多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。晶体管内部载流子的运动
b
e
c
I E
I B
Rc
Rb
3.集电结加反向电压,漂移运动形成集电极电流 Ic
集电结反偏,有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流 Icn。
其能量来自外接电源 VCC 。
I C
另外,集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成 反向 饱和电流,用 ICBO表示 。
ICBO
晶体管内部载流子的运动
b
e
c
e
Rc
Rb
二、晶体管的电流分配关系
IEp
ICBO
IC
IB
IEn
IBn
ICn
IC = ICn + ICBO
IE=ICn + IBn + IEp
= IEn+ IEp
IE =IC+IB
图 1.3.4晶体管内部载流子的运动与外部电流
IB=IEP+ IBN－ ICBO
~ IBN－ ICBO~
第一章 半导体器件三、晶体管的共射电流放大系数
C B OB
C B OC
II
II
C EOBCBOBC )1( IIIII
整理可得：
ICBO 称反向饱和电流
ICEO 称穿透电流
1、共射直流电流放大系数
BC II
BE I1I ）（
2、共射交流电流放大系数
B
C
Δ
Δ
I
I
VCC
Rb
+
VBB
C1
T
IC
IB
C2
Rc
+
共发射极接法第一章 半导体器件
3、共基直流电流放大系数
E
Cn
I
I
C B OEC B OCnC IIIII
1?
1
或
4、共基交流电流放大系数
E
C
Δ
Δ
i
i
直流参数 与交流参数?,? 的含义是不同的,
但是,对于大多数三极管来说,? 与,? 与 的数值却差别不大,计算中,可不将它们严格区分 。
、
5,?与?的关系
ICIE +C2+C1
VEE
Re
VCC
Rc
共基极接法第一章 半导体器件
1.3.3 晶体管的共射特性曲线
uCE = 0V
uBE /V
iB=f(uBE)? UCE=const
(2) 当 uCE≥1V时,uCB= uCE - uBE>0,集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，在同样的 uBE下 IB减小，特性曲线右移。
(1) 当 uCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。
一,输入特性曲线
uCE? 1V
uBE /V
+
-
b
c
e
共射极放大电路
UBB
UCCuBE
iCi
B +
-
uCE
第一章 半导体器件饱和区,iC明显受 uCE控制的区域，该区域内，
一般 uCE＜ 0.7V(硅管 )。
此时,发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小 。
iC=f(uCE)? IB=const
二、输出特性曲线输出特性曲线的三个区域,
截止区,iC接近零的区域，相当 iB=0的曲线的下方。此时，
uBE小于死区电压，
集电结反偏 。
放大区,iC平行于 uCE轴的区域，曲线基本平行等距。
此时,发射结正偏，集电结反偏 。
第一章 半导体器件三极管的参数分为三大类,
直流参数、交流参数、极限参数一、直流参数
1.共发射极直流电流放大系数
=（ IC－ ICEO） /IB≈IC / IB? vCE=const
1.3.4晶体管 的主要参数
2.共基直流电流放大系数?
E
C
I
I
3.集电极基极间反向饱和电流 ICBO
集电极发射极间的反向饱和电流 ICEO
ICEO=（ 1+ ） ICBO?
第一章 半导体器件二、交流参数
1.共发射极交流电流放大系数?
=?iC/?iB?UCE=const
2,共基极交流电流放大系数 α
α =?iC/?iE? UCB=const
3.特征频率 fT
值下降到 1的信号频率第一章 半导体器件
1.最大集电极耗散功率 PCM PCM= iCuCE
三,极限参数
2.最大集电极电流 ICM
3,反向击穿电压
UCBO——发射极开路时的集电结反向击穿电压。
U EBO——集电极开路时发射结的反向击穿电压。
UCEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。
几个击穿电压有如下关系 UCBO＞ UCEO＞ UEBO
第一章 半导体器件由 PCM,ICM和 UCEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。
输出特性曲线上的过损耗区和击穿区
PCM= iCuCE
U (BR) CEO UCE/V
第一章 半导体器件
1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响一、温度对 ICBO的影响温度每升高 100C,ICBO增加约一倍。
反之，当温度降低时 ICBO减少。
硅管的 ICBO比锗管的小得多。
二、温度对输入特性的影响温度升高时正向特性左移，
反之右移
60
40
20
0 0.4 0.8
I / mA
U / V
温度对输入特性的影响
200600
三、温度对输出特性的影响温度升高将导致 IC 增大
iC
uCEO
iB
200
600
温度对输出特性的影响第一章 半导体器件三极管工作状态的判断
[例 1],测量某 NPN型 BJT各电极对地的电压值如下，
试判别管子工作在什么区域？
（ 1） VC ＝ 6V VB ＝ 0.7V VE ＝ 0V
（ 2） VC ＝ 6V VB ＝ 4V VE ＝ 3.6V
（ 3） VC ＝ 3.6V VB ＝ 4V VE ＝ 3.4V
解：
原则：
正偏反偏反偏集电结正偏正偏反偏发射结饱和放大截止对 NPN管而言，放大时 VC ＞ VB ＞ VE
对 PNP管而言，放大时 VC ＜ VB ＜ VE
（ 1）放大区
（ 2）截止区
（ 3）饱和区第一章 半导体器件
[例 2] 某放大电路中 BJT三个电极的电流如图所示。
IA＝ -2mA,IB＝ -0.04mA,IC＝ +2.04mA,试判断管脚、管型。
解：电流判断法。
电流的正方向和 KCL。 IE=IB+ IC
A
B C
IA
IB
IC
C为发射极
B为基极
A为集电极。
管型为 NPN管。
管 脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。
第一章 半导体器件例 [3],测得工作在 放大电路中 几个晶体管三个电极的电位 U1,U2、
U3分别为：
（ 1） U1=3.5V,U2=2.8V,U3=12V
（ 2） U1=3V,U2=2.8V,U3=12V
（ 3） U1=6V,U2=11.3V,U3=12V
（ 4） U1=6V,U2=11.8V,U3=12V
判断它们是 NPN型还是 PNP型？ 是硅管还是锗管？ 并确定 e,b,c。
（ 1） U1 b,U2 e,U3 c NPN 硅
（ 2） U1 b,U2 e,U3 c NPN 锗
（ 3） U1 c,U2 b,U3 e PNP 硅
（ 4） U1 c,U2 b,U3 e PNP 锗原则：先求 UBE,若等于 0.6-0.7V,为硅管；若等于 0.2-0.3V,为锗管。
发射结正偏，集电结反偏。
NPN管 UBE＞ 0,UBC＜ 0,即 UC ＞ UB ＞ UE 。
PNP管 UBE＜ 0,UBC＜ 0,即 UC ＜ UB ＜ UE 。
解：
第一章 半导体器件
1.3.6 光电三极管一、等效电路、符号二、光电三极管的输出特性曲线
c
e
c
e
iC
uCEO
图 1.3.11光电三极管的输出特性
E1
E2
E3
E4
E＝ 0
第一章 半导体器件复习
1.BJT放大电路三个 电流关系？ IE =IC+IB
BC II
BE I1I ）（
2.BJT的输入、输出特性曲线？
uCE = 0V uCE? 1V
uBE /V
3.BJT工作状态如何判断？
1.4 场效应三极管 （第四讲）
场效应管,一种载流子参与导电,利用 输入回路的电场效应来控制 输出回路电流 的三极管,又称 单极型三极管 。
场效应管分类 结型场效应管绝缘栅场效应管特点单极型器件 (一种载流子导电 )；
输入电阻高；
工艺简单,易集成,功耗小,体积小,
成本低 。
第一章 半导体器件
N沟道
P沟道增强型耗尽型
N沟道
P沟道
N沟道
P沟道
（耗尽型）
FET
场效应管
JFET
结型
MOSFET
绝缘栅型
(IGFET)
场效应管 分类：
D
S
G
N
符号
1.4.1 结型场效应管 Junction Field Effect Transistor
结构图 1.4.1 N 沟道结型场效应管结构图
N
型沟道
N型硅棒栅极源极漏极
P+ P+
P 型区耗尽层
(PN 结 )
在漏极和源极之间加上一个正向电压,N 型半导体中多数载流子 电子 可以导电 。
导电沟道是 N 型的,
称 N 沟道结型场效应管 。
P 沟道场效应管
P 沟道结型场效应管结构图
N+ N+
P
型沟道
G
S
D
P 沟道场效应管是在
P 型硅棒的两侧做成高掺杂的 N 型区 (N+),导电沟道为 P 型,多数载流子为空穴 。
符号
G
D
S
一、结型场效应管工作原理
N 沟道结型场效应管 用改变 UGS 大小来控制漏极电流 ID 的 。 (VCCS)
G
D
S
N
N
型沟道栅极源极漏极
P+ P+
耗尽层 *在栅极和源极之间加反向电压,耗尽层会变宽,导电沟道宽度减小,
使沟道本身的电阻值增大,
漏极电流 ID 减小,反之,
漏极 ID 电流将增加 。
*耗尽层的宽度改变主要在沟道区 。
1,当 UDS = 0 时,uGS 对导电沟道的控制作用
ID = 0
G
D
S
N
型沟道
P+ P+
(a) UGS = 0
UGS = 0 时,耗尽层比较窄,导电沟比较宽
UGS 由零逐渐减小,耗尽层逐渐加宽,导电沟相应变窄 。
当 UGS = UGS（ Off),耗尽层合拢,导电沟被夹断,
ID = 0
G
D
S
P+ P+
N
型沟道
(b) UGS(off) < UGS < 0
VGG
ID = 0
G
D
S
P+ P+
(c) UGS ＜ UGS(off)
VGG
UGS(off)为夹断电压,为负值。 UGS(off) 也可用 UP表示
2,当 uGS 为 UGS（ Off)~0中一固定值时,uDS对漏极电流 iD的影响 。
uGS = 0,uGD > UGS（ Off),iD 较大 。
G
D
S
P+ N
iS
iD
P+ P+ VDD
VGG
uGS < 0,uGD > UGS（ Off),iD 更小。
G
D
S
N
iS
iD
P+ P+ VDD
注意：当 uDS > 0 时,耗尽层呈现楔形 。
(a) (b)
uGD ＝ uGS － uDS
G
D
S
P+
N
iS
iD
P+ P+ V
DD
VGG
uGS < 0,uGD = UGS(off),,沟道变窄预夹断 uGS < 0,uGD < uGS(off),夹断,iD几乎不变
G
D
S
iS
iD
P+ VDD
VGG
P+P+
(1) 改变 uGS,改变了 PN 结中电场,控制了 iD,故称场效应管；
(2)结型场效应管栅源之间加反向偏置电压,使 PN 反偏,栅极基本不取电流,因此,场效应管输入电阻很高 。
(c) (d)
第一章 半导体器件
3.当 uGD < uGS(off),时，,uGS 对漏极电流 iD的控制作用场效应管用 低频跨导 gm的大小描述栅源电压对漏极电流的控制作用。
场效应管为电压控制元件 (VCCS)。
在 uGD ＝ uGS － uDS < uGS(off),当 uDS为一常量时，对应于确定的 uGS,就有确定的 iD。
gm=?iD/?uGS (单位 mS)
第一章 半导体器件小结
(1)在 uGD ＝ uGS － uDS > uGS(off)情况下,即当 uDS < uGS -uGS(off)
对应于不同的 uGS,d-s间等效成不同阻值的电阻。
(2)当 uDS使 uGD ＝ uGS(off)时,d-s之间预夹断
(3)当 uDS使 uGD < uGS(off)时,iD几乎仅仅决定于 uGS,
而与 uDS 无关。此时,可以把 iD近似看成 uGS控制的电流源。
二、结型场效应管的特性曲线
1,转移特性 (N 沟道结型场效应管为例 )
常数 DS)( GSD Uufi
O uGS
iD
IDSS
UGS(off)
图 1.4.6 转移特性
uGS = 0,iD 最大；
uGS 愈负,iD 愈小；
uGS = UGS(off),iD? 0。
两个重要参数 饱和漏极电流 I
DSS(UGS = 0 时的 ID)
夹断电压 UGS(off) (ID = 0 时的 UGS)
UDS
iD
VDD
VGG
D
S
G
V
V?
uGS
特性曲线测试电路
mA
转移特性
O uGS/V
ID/mA
IDSS
UP
图 1.4.6 转移特性
2,输出特性曲线当栅源 之间的电压 UGS 不变时,漏极电流 iD 与漏源之间电压 uDS 的关系,即结型场效应管转移特性曲线的近似公式：
常数 GS)( DSD Uufi
)0(
)1(
GSG S ( o f f )
2
G S ( o f f )
GS
D S SD
uU
U
u
Ii
≤ ≤
IDSS/V
PGSDS UUU
iD/mA
uDS /VO
UGS = 0V
-1
-2
-3
-4
-5 -6
-7
V8P?U
预夹断轨迹 恒流区可变电阻区漏极特性也有三个区,可变电阻区,恒流区和夹断区 。
图 1.4.5(b) 漏极特性输出特性 （ 漏极特性） 曲线夹断区
UDS
iD
VDD
VGG
D
S
G
V
V?
uGS
图 1.4.5(a)特性曲线测试电路
mA
击穿区第一章 半导体器件
＊ 结型 P 沟道的特性曲线
SG
D
转移特性曲线
iD U
GS（ Off）
IDSS
O
uGS
输出特性曲线
o
栅源加正偏电压,(PN结反偏 )
漏源加反偏电压。
1.4.2 绝缘栅型场效应管 MOSFE(第四讲 )
Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
由金属,氧化物和半导体制成 。 称为 金属 -氧化物 -半导体场效应管,或简称 MOS 场效应管 。
特点：输入电阻可达 1010?(有资料介绍可达 1014?） 以上 。
类型
N 沟道
P沟道增强型耗尽型增强型耗尽型
UGS = 0 时漏源间存在导电沟道称 耗尽型场效应管；
UGS = 0 时漏源间不存在导电沟道称 增强型场效应管 。
一,N 沟道增强型 MOS 场效应管结构
P 型衬底
N+ N+
B
GS DSiO2源极 S 漏极 D
衬底引线 B
栅极 G
图 1.4.7 N 沟道增强型 MOS 场效应管的结构示意图
S
G
D
B
1,工作原理绝缘栅场效应管利用 UGS 来控制,感应电荷,的多少,改变由这些,感应电荷,形成的导电沟道的状况,
以控制漏极电流 ID。
2.工作原理分析
(1)UGS = 0
漏源之间相当于两个背靠背的 PN 结,无论漏源之间加何种极性电压,总是不导电 。
S
B
D
(2)UDS = 0,0 < UGS < UGS(th)
D栅极金属层将聚集正电荷,
它们排斥 P型衬底靠近 SiO2 一侧的空穴,形成由负离子组成的耗尽层 。 增大 UGS 耗尽层变宽 。
(3)UDS = 0,UGS ≥ UGS(th)
由于吸引了足够多 P型衬底的电子,
会在耗尽层和 SiO2 之间形成可移动的表面电荷层 ——
P 型衬底
N+ N+
B
GS
VGG
N 型沟道反 型 层,N 型 导 电 沟 道 。
UGS 升高,N沟道变宽 。 因为 UDS = 0,所以 ID = 0。
UGS(th) 或 UT为开始形成反型层所需的 UGS,称 开启电压 。
(4)UDS对导电沟道的影响 (UGS > UT)
导电沟道呈现一个楔形 。
漏极形成电流 ID 。
b,UDS= UGS – UT,UGD = UT
靠近漏极沟道达到临界开启程度,出现预夹断 。
c,UDS > UGS – UT,UGD < UT
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 < UGS – UT,即 UGD = UGS – UDS > UT
P 型衬底
N+ N+
B
GS D
VGG
VDD
P 型衬底
N+ N+
B
S D
VGG
VDD
P 型衬底
N+ N+
B
GS D
VGG
VDD
夹断区
D
P型衬底
N+ N+
B
GS
VGG
VDD
P型衬底
N+ N+
B
GS D
VGG
VDD
P型衬底
N+ N+
B
GS D
VGG
VDD
夹断区图 1.4.9 UDS 对导电沟道的影响
(a) UGD > UT (b) UGD = UT (c) UGD < UT
在 UDS > UGS – UT时，对应于不同的 uGS就有一个确定的 iD 。
此时,可以把 iD近似看成是 uGS控制的电流源。
3,特性曲线与电流方程
(a)转移特性
(b)输出特性
UGS < UT,iD = 0；
UGS ≥ UT,形成导电沟道,随着 UGS 的增加,
ID 逐渐增大 。
2
T
GS
DOD )1( U
uIi
(当 UGS > UT 时 )
三个区：可变电阻区,
恒流区 (或饱和区 ),夹断区 。
UT 2UT
IDO
uGS /V
iD /mA
O 图 1.4.10 (a) 图 1.4.10 (b)
iD/mA
uDS /VO TGS UU?
预夹断轨迹恒流区可变电阻区夹断区。
UGS增加二,N 沟道耗尽型 MOS 场效应管
P型衬底
N+ N+
B
GS D
++++++
制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子,
这些正离子电场在 P 型衬底中,感应,负电荷,形成,反型层,。 即使 UGS = 0 也会形成 N 型导电沟道 。
++++++
UGS = 0,UDS > 0,产生较大的漏极电流；
UGS < 0,绝缘层中正离子感应的负电荷减少,导电沟道变窄,iD减小；
UGS = UP,感应电荷被
,耗尽,,iD? 0。
UP或 UGS(off)称为夹断电压 图 1.4.11
N 沟道耗尽型 MOS 管特性工作条件：
UDS > 0；
UGS 正、负、
零均可。
iD/mA
uGS /VOUP
(a)转移特性
IDSS
耗尽型 MOS
管的符号
S
G
D
B
(b)输出特性
iD/mA
uDS /VO
+1V
UGS=0
3 V
1 V
2 V
4
3
2
1
5 10 15 20
N 沟道耗尽型 MOSFET
第一章 半导体器件三,P沟道 MOS管
1.P沟道增强型 MOS管 的开启电压 UGS(th)< 0
当 UGS < UGS(th),
漏 -源之间应加负电源电压管子才导通,空穴导电 。
2.P沟道耗尽型 MOS管 的夹断电压 UGS(off)＞ 0
UGS 可在正、负值的一定范围内实现对 iD的控制,
漏 -源之间应加负电源电压。
S
G
D
B P沟道
S
G
D
B P沟道四,VMOS管
VMOS管漏区散热面积大，
可制成大功率管。
种 类 符 号 转移特性曲线 输出特性曲线结型
N 沟道耗尽型结型
P 沟道耗尽型绝缘栅型
N 沟道增强型
SG
D
SG
D
o
S
G
D
B
uGS
iD
O UT
各类场效应管的符号和特性曲线
+
UGS = UT u
DS
iD
+
+
+
O
iD UGS= 0V
uDSO
uGSiD UP
IDSS
O
uGS
iD /mA
UP
IDSS
O
种 类 符 号 转移特性曲线 输出特性曲线绝缘栅型
N 沟道耗尽型绝缘栅型
P 沟道增强型耗尽型
ID
S
G
D
B
UDS
ID
_
UGS=0
+
_
O
ID
UGS
UP
IDSS
O
S
G
D
B
ID
S
G
D
B
ID
ID
UGS
UT O
ID
UGS
UP
IDSS
O
_
_
o
_
_
o
1.4.3 场效应管的主要参数一、直流参数
1,饱和漏极电流 IDSS
2,夹断电压 UP 或 UGS(off)
3,开启电压 UT 或 UGS(th)
4,直流输入电阻 RGS
为耗尽型场效应管的一个重要参数。
为增强型场效应管的一个重要参数。
为耗尽型场效应管的一个重要参数。
输入电阻很高。结型场效应管一般在 107?以上，
绝缘栅场效应管更高，一般大于 109?。
二、交流参数
1,低频跨导 gm
2,极间电容用以描述栅源之间的电压 uGS 对漏极电流 iD 的控制作用。
常数?
DSGS
D
m Δ
Δ
Uu
ig
单位,iD 毫安 (mA)； uGS 伏 (V)； gm 毫西门子 (mS)
这是场效应管三个电极之间的等效电容,包括 Cgs、
Cgd,Cds。 极间电容愈小,则管子的高频性能愈好 。
一般为几个皮法 。
三、极限参数
3,漏极最大允许耗散功率 PDM
2.漏源击穿电压 U(BR)DS
4,栅源击穿电压 U(BR)GS
由场效应管允许的温升决定 。 漏极耗散功率转化为热能使管子的温度升高 。
当漏极电流 ID 急剧上升产生雪崩击穿时的 UDS 。
场效应管工作时,栅源间 PN 结处于反偏状态,若
UGS > U(BR)GS,PN 将被击穿,这种击穿与电容击穿的情况类似,属于破坏性击穿 。
1.最大漏极电流 IDM
第一章 半导体器件例 1.4.1 已知某管子的输出特性曲线如图所示。试分析该管是什么类型的场效应管（结型、绝缘栅型,N沟道,P沟道、增强型、耗尽型）。
分析,N沟道增强型 MOS管，开启电压 UGS(th) ＝ 4V
第一章 半导体器件例 1.4.2 电路如左图所示，其中管子 T的输出特性曲线如右图所示。试分析 ui为 0V,8V和 10V三种情况下 uo分别为多少伏？
分析,N沟道增强型 MOS管，开启电压 UGS(th) ＝ 4V
第一章 半导体器件解,(1) ui为 0V,即 uGS＝ ui＝ 0,管子处于夹断状态所以 u0＝ VDD ＝ 15V
(2) uGS＝ ui＝ 8V时,从输出特性曲线可知，管子工作在恒流区,iD＝ 1mA,u0＝ uDS ＝ VDD - iD RD ＝ 10V
第一章 半导体器件
(3) uGS＝ ui＝ 10V时，
若工作在恒流区,iD＝ 2.2mA。 因而 u0＝ 15- 2.2*5 ＝ 4V
但是,uGS ＝ 10V时的预夹断电压为
uDS= uGS – UT=(10-4)V=6V
可见，此时管子工作在可变电阻区第一章 半导体器件从输出特性曲线可得
uGS ＝ 10V时 d-s之间的等效电阻
(D在可变电阻区，任选一点，如图 )
K
i
uR
D
ds
ds 3)101
3(
3
所以输出电压为
VV
RR
Ru
DD
dds
ds 6.5
0
第一章 半导体器件晶体管 场效应管结构 NPN型,PNP型 结型耗尽型 N沟道 P沟道绝缘栅增强型 N沟道 P沟道绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道
C与 E一般不可倒置使用 D与 S有的型号可倒置使用载流子 多子扩散少子漂移 多子运动输入量 电流输入 电压输入控制 电流控制电流源
CCCS(β)
电压控制电流源
VCCS(gm)
1.4.4 场效应管与晶体管的比较第一章 半导体器件噪声 较大 较小温度特性 受温度影响较大 较小，可有零温度系数点输入电阻 几十到几千欧姆 几兆欧姆以上静电影响 不受静电影响 易受静电影响集成工艺 不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成晶体管 场效应管一、单结晶体管的结构和等效电路
N 型硅片
P 区
PN 结
e
b1
b2
单结晶体管 又称为 双基极晶体管 。
(a)结构
(b)符号
(C)等效电路图 1.5.1 单结管的结构及符号
*1.5 单结晶体管和晶闸管 （自学）
1.5.1单结晶体管第一章 半导体器件特性：
+
UA
+?UD
+
UEB1
+
UBB
BBBB
b2b1
b1
A UUrr
rU
b2b1
b1
rr
r
——分压比
O UEB1
IE
A
P
V
B
IP
UP
截止区负阻区饱和区峰点
UP,峰点电压
IP,峰点电流谷点
UV,谷点电压
IV,谷点电流图 10.9.11(a) 图 10.9.11(b)
第一章 半导体器件二、单结管的脉冲发生电路图 10.9.12 单结管的脉冲发生电路第一章 半导体器件三、单结管的触发电路图 10.9.14
图 10.9.15
第一章 半导体器件三、应用举例：单结管的脉冲发生电路图 1.5.3 单结管的脉冲发生电路第一章 半导体器件
1.5.2 晶闸管一、结构和等效模型图 1.5.5 晶闸管的结构和符号
C C
C
阳极阴极控制极第一章 半导体器件二、工作原理图 1.5.6
1,控制极不加电压,无论在阳极与阴极之间加正向或反向电压,晶闸管都不导通 。 ——称为阻断
2,控制极与阴极间加正向电压,阳极与阴极之间加正向电压,晶闸管 导通 。
P
N
P
IG
β1 β2IG
β1IG
图 1.5.5
C
N
P
N
C
C
第一章 半导体器件结论：
晶闸管由阻断变为 导通的条件是在阳极和阴极之间加正向电压时,再在控制极加一个正的触发脉冲；
晶闸管由导通变为 阻断的条件是减小阳极电流 IA,
或改变 A-C电压极性的方法实现 。
晶闸管导通后,管压降很小,约为 0.6~1.2 V 左右 。
第一章 半导体器件三、晶闸管的伏安特性
1,伏安特性
O UAK
IA
UBO
AB
C
IH
IG= 0
正向阻断特性,当 IG= 0,而阳极电压不超过一定值时,管子处于阻断状态 。
UBO ——正向转折电压正向导通特性,管子导通后,伏安特性与二极管的正向特性相似 。
IH ——维持电流当控制极电流 IG? 0 时,使晶闸管由阻断变为导通所需的阳极电压减小 。
IG 增大反向特性,与二极管的反向特性相似。
UBR
图 1.5.7晶闸管的伏安特性曲线第一章 半导体器件四、晶闸管的 主要参数
1.额定正向平均电流 IF
2.维持电流 IH
3.触发电压 UG和触发电流 IG
4.正向重复峰值电压 UDRM
5.反向重复峰值电压 URRM
其它：正向平均电压、控制极反向电压等。
第一章 半导体器件例：单相桥式可控整流电路
+
-uG
在 u2 正半周,当控制极加触发脉冲,VT1和 VD2 导通；
在 u2 负半周,当控制极加触发脉冲,VT2和 VD1导通；
α θ
：控制角；?：导电角图 1.5.8
第一章 半导体器件第一章 半导体器件小 结第 1 章第一章 半导体器件一、两种半导体和两种载流子两种载流子的运动电子空穴两 种半导体
N 型 (多电子 )
P 型 (多空穴 )
二,二极管
1,特性 — 单向 导电正向电阻小 (理想为 0),反向电阻大 (?)。
)1e(
D
SD T
U
u
Ii
)1e(,0
D
SDD
TU
u
Iiu
0,0 SD IIu
第一章 半导体器件
iD
O uD
U (BR)
I F
URM
2,主要参数正向 — 最大平均电流 IF
反向 —
最大反向工作电压 U(BR)(超过则击穿 )
反向饱和电流 IR (IS)(受温度影响 )
IS
第一章 半导体器件
3,二极管的等效模型理想模型 (大信号状态采用 )
uD
iD正偏导通 电压降为零 相当于理想开关闭合反偏截止 电流为零 相当于理想开关断开恒压降模型 U
D(on)正偏电压? U
D(on) 时导通 等效为恒压源 UD(on)
否则截止，相当于二极管支路断开
UD(on) = (0.6? 0.8) V 估算时取 0.7 V硅管：
锗管,(0.1? 0.3) V 0.2 V
折线近似模型相当于有内阻的恒压源 UD(on)
第一章 半导体器件
4,二极管的分析方法图解法微变等效电路法
5,特殊二极管工作条件 主要用途稳压二极管 反 偏 稳 压发光二极管 正 偏 发 光光电二极管 反 偏 光电转换第一章 半导体器件三、两种半导体放大器件双极型半导体三极管 (晶体三极管 BJT)
单极型半导体三极管 (场效应管 FET)
两种载流子导电多数载流子导电晶体三极管
1,形式与结构 NPNPNP 三区、三极、两结
2,特点基极电流控制集电极电流并实现 放大第一章 半导体器件放大条件内因：发射区载流子浓度高、
基区薄、集电区面积大外因,发射结正偏、集电结反偏
3,电流关系
IE = IC + IB
IC =? IB + ICEO
IE = (1 +?) IB + ICEO
IE = IC + IB
IC =? IB
IE = (1 +? ) IB
第一章 半导体器件
4,特性
iC / mA
uCE /V
100 μA
80 μA
60 μA
40 μA
20 μA
IB = 0
O 3 6 9 12
4
3
2
1
O 0.4 0.8
iB /?A
uBE / V
60
40
20
80
死区电压 (Uth),0.5 V (硅管 ) 0.1 V (锗管 )
工作电压 (UBE(on) ),0.6? 0.8 V 取 0.7 V (硅管 )
0.2? 0.3 V 取 0.3 V (锗管 )
饱和区截止区第一章 半导体器件
iC / mA
uCE /V
100 μA
80 μA
60 μA
40 μA
20 μA
IB = 0
O 3 6 9 12
4
3
2
1
放大区饱和区截止区放大区特点：
1)iB 决定 iC
2)曲线水平表示恒流
3)曲线间隔表示受控第一章 半导体器件
5,参数特性参数电流放大倍数 =? /(1 )? =? /(1 +? )
极间反向电流 ICBO
ICEO
极限参数
ICM
PCM
U(BR)CEO
uCEOICEO
iC
ICM
U(BR)CEO
PCM安 全工作区
= (1 +?) ICBO
第一章 半导体器件场效应管
1,分类按导电沟道分
N 沟道
P 沟道按结构分绝缘栅型
(MOS)
结型按特性分 增强型耗尽型 uGS = 0 时,iD = 0u
GS = 0 时,iD? 0
增强型耗尽型
(耗尽型 )
第一章 半导体器件
2,特点栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流输入电阻高，工艺简单，易集成由于 FET 无栅极电流，故采用 转移特性 和输出特性 描述
3,特性不同类型 FET 的特性比较参见 图 1.4.13 第 43-44页。
第一章 半导体器件不同类型 FET 转移特性比较结型
N 沟道
uGS /V
iD /mA
O
增强型耗尽型
MOS 管
(耗尽型 )
2
G S ( t h )
GS
DOD )1( U
uIi
IDSS 开启电压U
GS(th)
夹断电压 U
GS(off)
2
G S ( o f f )
GS
D S SD )1( U
uIi
IDO 是 uGS = 2UGS(th) 时的 iD 值第一章 半导体器件四、晶体管电路的基本问题和分析方法三种工作状态状态 电流关系 条 件放大 I C =? IB 发射结正偏集电结反偏饱和 I C IB 两个结正偏
ICS =? IBS 集电结零偏临界截止 IB < 0,IC = 0 两个结反偏判断导通还是截止：
UBE > U(th) 则 导通以 NPN为 例：
UBE < U(th) 则 截止第一章 半导体器件判断饱和还是放大：
1,电位判别法
NPN 管 UC > UB > UE 放大
UE < UC? UB 饱和
PNP 管 UC < UB < UE 放大
UE > UC? U B 饱和
2,电流判别法
IB > IBS 则 饱和 IB < IBS 则 放大
)( EC
C E ( s a t )CCCS
BS RR
UVII
