第4章半导体器件课件

第第4 4章章 半导体器件半导体器件半导体器件半导体器件 第第 4 章章4.1 半导体的基础知识半导体的基础知识4.1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性4.1.2 PN 结结(Semiconductor Diode)1页第第4 4章章 半导体器件半导体器件4.1.1 半导体导电特性半导体导电特性半导体半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体本征半导体 纯净的半导体。如纯净的半导体。如硅、锗硅、锗单晶体。单晶体。载流子载流子 自由运动的带电粒子。自由运动的带电粒子。共价键共价键 相邻原子共有价电子所形成的束缚。相邻原子共有价电子所形成的束缚。+4+4+4+4硅硅(锗锗)的原子结构的原子结构Si2 8 4Ge2 8 18 4简化简化模型模型+4惯性核惯性核硅硅(锗锗)的共价键结构的共价键结构价电子价电子自自由由电电子子(束缚电子束缚电子)空空穴穴空穴空穴空穴可在共空穴可在共价键内移动价键内移动1.1.本征半导体本征半导体2第第4 4章章 半导体器件半导体器件本征激发：本征激发：本征激发：本征激发：复复 合：合：自自由由电电子子和和空空穴穴在在运运动动中中相相遇遇重重新新结结合合成对消失的过程。成对消失的过程。漂漂 移：移：自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。在在室温室温或或光照光照下价电子获得足够能量摆下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位中留下一个空位(空穴空穴)的过程。的过程。3第第4 4章章 半导体器件半导体器件两种载流子两种载流子电子电子(自由电子自由电子)空穴空穴两种载流子的运动两种载流子的运动自由电子自由电子(在共价键以外在共价键以外)的运动的运动空穴空穴(在共价键以内在共价键以内)的运动的运动 结论结论:1.本征半导体中电子空穴成对出现本征半导体中电子空穴成对出现,且数量少；且数量少；2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；3.本征半导体导电能力弱，并与温度有关本征半导体导电能力弱，并与温度有关。4第第4 4章章 半导体器件半导体器件2 杂质半导体杂质半导体N 型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体N 型型+5+4+4+4+4+4磷原子磷原子自由电子自由电子电子为电子为多多数载流数载流子子空穴为空穴为少少数载流数载流子子载流子数载流子数 电子数电子数P 型型+3+4+4+4+4+4硼原子硼原子空穴空穴空穴空穴 多子多子电子电子 少子少子载流子数载流子数 空穴数空穴数施主施主离子离子施主施主原子原子受主受主离子离子受主受主原子原子5第第4 4章章 半导体器件半导体器件杂质半导体的导电作用杂质半导体的导电作用IIPINI=IP+INN 型半导体型半导体 I INP 型半导体型半导体 I IPP 型、型、N 型半导体的简化图示型半导体的简化图示负离子负离子多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子正离子正离子多数载流子多数载流子 少数载流子少数载流子+P 型半导体型半导体N 型半导体型半导体6第第4 4章章 半导体器件半导体器件4.1.2 PN 结结1.1.PN 结结(PN Junction)的形成的形成载流子的载流子的浓度差浓度差引起多子的引起多子的扩散扩散复合使交界面复合使交界面形成空间电荷区形成空间电荷区(耗尽层耗尽层)空间电荷区特点空间电荷区特点:无载流子，无载流子，阻止扩散进行，阻止扩散进行，利于少子的漂移。利于少子的漂移。扩散和漂移达到扩散和漂移达到动态平衡动态平衡扩散电流扩散电流 等于漂移电流，等于漂移电流，总电流总电流 I=0。内建电场内建电场7第第4 4章章 半导体器件半导体器件2.PN 结的单向导电性结的单向导电性 外加外加正向正向电压电压(正向偏置正向偏置)forward biasP 区区N 区区内电场内电场+UR外电场外电场外电场使多子向外电场使多子向 PN 结移动结移动,中和部分离子中和部分离子使空间电荷区变窄。使空间电荷区变窄。IF限流电阻限流电阻扩散运动加强形成正向电流扩散运动加强形成正向电流 IF。IF=I多子多子 I少子少子 I多子多子 外加外加反向反向电压电压(反向偏置反向偏置)reverse bias P 区区N 区区 +UR内电场内电场外电场外电场外电场使多子背离外电场使多子背离 PN 结移动，结移动，空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。IRPN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;反偏截止，电阻很大，电流近似为零。反偏截止，电阻很大，电流近似为零。漂移运动加强形成反向电流漂移运动加强形成反向电流 IRIR=I少子少子 08第第4 4章章 半导体器件半导体器件反向击穿类型：反向击穿类型：电击穿电击穿热击穿热击穿反向击穿原因反向击穿原因：齐纳击穿齐纳击穿：（Zener)反向电场太强，将电子强行拉出共价键。反向电场太强，将电子强行拉出共价键。(击穿电压击穿电压 6V,正正温度系数温度系数)击穿电压在击穿电压在 6 V左右时，温度系数趋近零。左右时，温度系数趋近零。3.PN结的击穿特性结的击穿特性9第第4 4章章 半导体器件半导体器件1.P型半导体中多数载流子是（型半导体中多数载流子是（）。A.电子电子 B.空穴空穴 C.正离子正离子 D.负离子负离子2.温度从室温附近升高，杂质半导体中（）浓度明显增高。温度从室温附近升高，杂质半导体中（）浓度明显增高。A.少数载流子少数载流子 B.多数载流子多数载流子 C.载流子载流子3.杂质半导体中多数载流子的浓度主要取决于（杂质半导体中多数载流子的浓度主要取决于（）。）。A.温度温度 B.掺杂工艺掺杂工艺 C.掺杂浓度掺杂浓度 D.晶体晶体缺陷缺陷4.在本征半导体中加入元素（在本征半导体中加入元素（）可形成）可形成N型半导体。型半导体。A.硼硼 B.铝铝 C.铟铟 D.磷磷5.PN结不加外部电压时，扩散电流（结不加外部电压时，扩散电流（）漂移电流。）漂移电流。A.大于大于 B.小于小于 C.等于等于小小 测测 验验10第第4 4章章 半导体器件半导体器件6.当温度升高时当温度升高时,半导体的导电能力将（半导体的导电能力将（）。）。A.增强增强 B.减弱减弱 C.不变不变 D.以上都不对以上都不对7.N 型半导体的多数载流子是电子，它应（型半导体的多数载流子是电子，它应（）。）。A.带负电带负电 B.带正电带正电 C.不带电不带电 D.以上都不对以上都不对8.在在PN结中形成空间电荷区的正、负离子都带电，所以结中形成空间电荷区的正、负离子都带电，所以 空间电荷区的电阻率（空间电荷区的电阻率（）。）。A.很高很高 B.等于等于N 型或型或P型半导体的电阻率型半导体的电阻率 C.很低很低 D.以上都不对以上都不对9.若将若将PN结短接，在外电路将（结短接，在外电路将（）。）。A.产生一定量的恒定电流产生一定量的恒定电流 B.产生一冲击电流产生一冲击电流 C.不产生电流不产生电流 D.以上都不对以上都不对11第第4 4章章 半导体器件半导体器件4.2 二极管二极管4.2.1 半导体二极管半导体二极管4.2.2 特殊二极管特殊二极管12第第4 4章章 半导体器件半导体器件1.半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型构成：构成：PN结结+引线引线+管壳管壳=二极管二极管(Diode)符号：符号：A(anode)C(cathode)分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型点接触型点接触型正极正极引线引线触丝触丝N型锗片型锗片外壳外壳负极负极引线引线负极引线负极引线 面接触型面接触型N型锗型锗PN结结 正极引线正极引线铝合金铝合金小球小球底座底座金锑金锑合金合金平面型平面型正极正极引线引线负极负极引线引线集成电路中平面型集成电路中平面型pNP型支持衬底型支持衬底4.2.1 半导体二极管半导体二极管13第第4 4章章 半导体器件半导体器件14第第4 4章章 半导体器件半导体器件2.二极管的伏安特性二极管的伏安特性PN结的伏安方程结的伏安方程反向饱反向饱和电流和电流温度的温度的电压当量电压当量电子电量电子电量玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数当当 T=300（27 C）：）：UT=26 mV15第第4 4章章 半导体器件半导体器件二极管的伏安特性二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性正向特性Uth死区死区电压电压iD=0Uth=0.5 V 0.1 V(硅管硅管)(锗管锗管)uD UthiD 急剧上升急剧上升0 uD Uth UD(on)=(0.6 0.8)V 硅管硅管 0.7 V(0.1 0.3)V锗管锗管 0.2 V反向特性反向特性ISU(BR)反反向向击击穿穿U（BR)uD 0 iD=IS 0.1 A(硅硅)几十几十 A(锗锗)uD UN二极管导通二极管导通等效为等效为 0.7 V 的恒压源的恒压源 UO=VDD1 UD(on)=15 0.7=14.3(V)IO=UO/RL=14.3/3=4.8(mA)I2=(UO VDD2)/R=(14.3 12)/1=2.3(mA)I1=IO+I2=4.8+2.3=7.1(mA)PNVDD1VDD2UORLR1 k 3 k IOI1I215 V12V23第第4 4章章 半导体器件半导体器件例例4.2.3 二二极极管管构构成成“门门”电电路路，设设 V1、V2 均均为为理理想想二二极极管管，当当输输入入电电压压 UA、UB 为为低低电电压压 0 V 和和高高电电压压 5 V 的不同组合时，求输出电压的不同组合时，求输出电压 UO 的值。的值。UAUBUOR3 k 12 VVDDV1V2BAY输入电压输入电压理想二极管理想二极管输出输出电压电压UAUBV1V20 V 0 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通0 V0 V 5 V正偏正偏导通导通反偏反偏截止截止0 V5 V 0 V反偏反偏截止截止正偏正偏导通导通0 V5 V 5 V正偏正偏导通导通5 V正偏正偏导通导通24第第4 4章章 半导体器件半导体器件例例 4.2.4 画出硅二极管构成的桥式整流电路在画出硅二极管构成的桥式整流电路在ui=15sin t(V)作用下输出作用下输出 uO 的波形。的波形。(按理想模型按理想模型)RLV1V2V3V4uiBAuOOtuO/V15uiBAuOS1S2S3S4uiBAuOS1S2S3S4Otui/V1525第第4 4章章 半导体器件半导体器件例例 4.2.5 ui=2 sin t(V),分析二极管的限幅作用。分析二极管的限幅作用。ui 较小，宜采用恒压降模型较小，宜采用恒压降模型V1V2uiuOR0 ui 0.7 VV1、V2 均截止均截止uO=uiuO=0.7 Vui 0.7 VV2 导通导通 V截止截止ui 0.7 VV1 导通导通 V2 截止截止 uO=0.7 VOtuO/V0.7Otui/V2 0.7-0.7V ui 0V1、V2 均截止均截止uO=ui26第第4 4章章 半导体器件半导体器件1.理想二极管的导通压降为理想二极管的导通压降为（）。）。A.0.7 V B.0.2 V C.0V2.硅二极管的恒压降模型是把二极管等效成理想二极硅二极管的恒压降模型是把二极管等效成理想二极管和（管和（）的电压源串联。）的电压源串联。A.0.7 V B.0.2 V C.0.5V3.理想二极管的正向电阻为（理想二极管的正向电阻为（）。A.零零 B.无穷大无穷大 C.约几千欧约几千欧 D.以上都不对以上都不对4.二极管导通的条件是加在二极管两端的（二极管导通的条件是加在二极管两端的（）。）。.正向电压大于正向电压大于PN 结的死区电压结的死区电压 B.正向电压等于零正向电压等于零 C.必须加反向电压必须加反向电压27第第4 4章章 半导体器件半导体器件5.二极管的死区电压随环境温度的升高而（二极管的死区电压随环境温度的升高而（）。）。A.增大增大 B.不变不变 C.减小减小 D.以上都不对以上都不对6.电路如图所示电路如图所示，二极管，二极管D为理想元件，为理想元件，US=5 V，则电压则电压uO=（）。）。A.US B.US/2 C.零零 D.以上都不对以上都不对7.如果把一个小功率二极管直接同一个电源电压为如果把一个小功率二极管直接同一个电源电压为1.5V、内阻为零的电池正向连接，则后果是该管（内阻为零的电池正向连接，则后果是该管（）。）。A.击穿击穿 B.电流为零电流为零 B.C.电流正常电流正常 D.电流过大使管子烧电流过大使管子烧坏坏28第第4 4章章 半导体器件半导体器件1.稳压二极管稳压二极管伏安特性伏安特性符号符号工作条件：工作条件：反向击穿反向击穿iZ/mAuZ/VO UZ IZmin IZmax UZ IZ IZ特性特性主要参数主要参数 稳定电压稳定电压 UZ 流过规定电流时稳压管流过规定电流时稳压管 两端的反向电压值。两端的反向电压值。稳定电流稳定电流 IZ 越大稳压效果越好，越大稳压效果越好，小于小于 Imin 时不稳压。时不稳压。最大工作电流最大工作电流 IZM 最大耗散功率最大耗散功率 PZMP ZM=UZ IZM 动态电阻动态电阻 rZrZ=UZ/IZ 越小稳压效果越好。越小稳压效果越好。几几 几十几十 4.2.2 特殊二极管特殊二极管29第第4 4章章 半导体器件半导体器件电压温度系数电压温度系数 CTUZ 4 V，CT 7 V，CT 0 (为雪崩击穿为雪崩击穿)具有正温度系数；具有正温度系数；4 V UZ 7 V，CT 很小。很小。稳稳压压管管电电流流不不变变时时，环环境境温温度度每每变变化化 1 引引起起稳稳定定电压变化的百分比。电压变化的百分比。30第第4 4章章 半导体器件半导体器件VDZR使用稳压管需要注意的几个问题：使用稳压管需要注意的几个问题：稳压管电路稳压管电路UOIO+IZIRUI+1.外外加加电电源源的的正正极极接接管管子子的的 N 区区，电电源源的的负负极极接接 P 区区，保证管子工作在反向击穿区；保证管子工作在反向击穿区；RL2.稳稳压压管管应应与与负负载载电电阻阻 RL 并联并联；3.必必须须限限制制流流过过稳稳压压管管的的电电流流 IZ，不不能能超超过过规规定定值值，以以免免因因过热而烧毁管子。过热而烧毁管子。31第第4 4章章 半导体器件半导体器件例例 4.2.7 分析简单稳压电路的工作原理，分析简单稳压电路的工作原理，R 为限流电阻。为限流电阻。IR=IZ+ILUO=UI IR R当当 UI 波动时波动时(RL不变不变)反之亦然反之亦然当当 RL 变化时变化时(UI 不变不变)反之亦然反之亦然UIUORRLILIRIZ32第第4 4章章 半导体器件半导体器件2.发光二极管与光电二极管发光二极管与光电二极管发光二极管发光二极管 LED(Light Emitting Diode)符号和特性符号和特性工作条件：工作条件：正向偏置正向偏置一般工作电流几十一般工作电流几十 mA，导通电压导通电压(1 2)V 主要参数主要参数电学参数：电学参数：I FM，U(BR)，IR光学参数：光学参数：峰值波长峰值波长 P，亮度亮度 L，光通量光通量 发光类型：发光类型：可见光：可见光：红、黄、绿红、黄、绿显示类型：显示类型：普通普通 LED，不可见光：不可见光：红外光红外光，点阵，点阵 LED符号符号u/Vi /mAO2特性特性七段七段 LED第第第第 1 1 章章章章 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管33第第4 4章章 半导体器件半导体器件第第第第 1 1 章章章章 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管34第第4 4章章 半导体器件半导体器件点式点式LED字段式字段式LED点阵式点阵式LED光柱式光柱式LED35第第4 4章章 半导体器件半导体器件光电二极管光电二极管符号和特性符号和特性符号符号工作条件：工作条件：反向偏置反向偏置 主要参数主要参数电学参数：电学参数：暗电流，光电流，最高工作范围暗电流，光电流，最高工作范围光学参数：光学参数：光谱范围，灵敏度，峰值波长光谱范围，灵敏度，峰值波长第第第第 1 1 章章章章 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管实物照片实物照片特性特性暗电流暗电流uiOE=200 lxE=400 lx光电流光电流照照度度增增大大36第第4 4章章 半导体器件半导体器件补充：补充：选择二极管限流电阻选择二极管限流电阻步骤：步骤：1.设定工作电压设定工作电压(如如 0.7 V;2 V(LED);UZ)2.确定工作确定工作电流电流(如如 1 mA;10 mA;5 mA)3.根据欧姆定律求电阻根据欧姆定律求电阻 R=(UI UD)/ID(R 要选择标称值要选择标称值)RUIUDID第第第第 1 1 章章章章 半导体二极管半导体二极管半导体二极管半导体二极管37第第4 4章章 半导体器件半导体器件半导体二极管的识别与检测半导体二极管的识别与检测1.目测判别极性目测判别极性触丝触丝半导体片半导体片4.2.3 半导体二极管特性的测试与应用半导体二极管特性的测试与应用38第第4 4章章 半导体器件半导体器件2.用万用表检测二极管用万用表检测二极管在在 R 1 k 挡进行测量，挡进行测量，红红表笔是表笔是(表内电源表内电源)负极，负极，黑黑表笔是表笔是(表内电源表内电源)正极。正极。测量时手不要接触引脚。测量时手不要接触引脚。(1)用指针式万用表检测用指针式万用表检测 一般硅管正向电阻为几千一般硅管正向电阻为几千欧，锗管正向电阻为几百欧。欧，锗管正向电阻为几百欧。正反向电阻相差小为劣质管。正反向电阻相差小为劣质管。正正反反向向电电阻阻都都是是无无穷穷大大或或零则二极管内部断路或短路。零则二极管内部断路或短路。1k 0 0 039第第4 4章章 半导体器件半导体器件(2)用数字式万用表检测用数字式万用表检测红红表笔是表笔是(表内电源表内电源)正极，正极，黑黑表笔是表笔是(表内电源表内电源)负极。负极。2k20k200k2M20M200 在在 挡进行测量，当挡进行测量，当PN结结完好且正偏时，显示值为完好且正偏时，显示值为PN结结两端的正向压降两端的正向压降(V)。反偏时。反偏时,显示显示 。40第第4 4章章 半导体器件半导体器件作作 业业10.5、10.6、10.7、10.9 课后练习课后练习10.1、10.2 41第第4 4章章 半导体器件半导体器件4.3.1 半导体三极管半导体三极管4.3.2 场效应管场效应管4.3 三极管三极管42第第4 4章章 半导体器件半导体器件(Semiconductor Transistor)(Bipolar Junction Transistor)4.3.1 半导体三极管半导体三极管一、结构、符号和分类一、结构、符号和分类NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C发射结发射结集电结集电结 基区基区 发射区发射区 集电区集电区emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型分类：分类：按材料分：按材料分：硅管、锗管硅管、锗管按结构分：按结构分：NPN、PNP按使用频率分：按使用频率分：低频管、高频管低频管、高频管按功率分：按功率分：小功率管小功率管 1 WECBECB43第第4 4章章 半导体器件半导体器件常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。三极管的结构三极管的结构(a)平面型平面型(NPN)(b)合金型合金型(PNP)NecNPb二氧化硅二氧化硅becPNPe 发发射射极极，b基基 极极，c 集电极。集电极。44第第4 4章章 半导体器件半导体器件二、电流分配及放大原理二、电流分配及放大原理1.三极管放大的条件三极管放大的条件内部内部条件条件发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低集电结面积大集电结面积大外部外部条件条件发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏2.满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共发射极共集电极共集电极共基极共基极实现电路实现电路uiuoRBRCuouiRCRE45第第4 4章章 半导体器件半导体器件3.三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程1)发射区向基区注入多子发射区向基区注入多子电子电子，形成发射极电流形成发射极电流 IE。I CN多数向集电结方向扩散并漂移多数向集电结方向扩散并漂移过集电结形成过集电结形成 ICN。IE少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成 IBN。I BN基区空基区空穴来源穴来源基极电源提供基极电源提供(IB)集电区少子漂移集电区少子漂移(ICBO)I CBOIBIBN IB+ICBO即：即：IB=IBN ICBO 3)集电区收集漂移过来的载流子形成集电极电流集电区收集漂移过来的载流子形成集电极电流 ICICI C=ICN +ICBO 2)电子到达基区后电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略)三极管内载流子运动三极管内载流子运动46第第4 4章章 半导体器件半导体器件4.三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系 当当管管子子制制成成后后，发发射射区区载载流流子子浓浓度度、基基区区宽宽度度、集集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：IB=I BN ICBO IC=ICN +ICBOIE=IC+IB穿透电流穿透电流47第第4 4章章 半导体器件半导体器件三、三、晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线1、输入特性、输入特性输入输入回路回路输出输出回路回路与二极管特性相似与二极管特性相似RCVCCiBIERB+uBE+uCE VBBCEBiC+iBRB+uBE VBB+O特性基本特性基本重合重合(电流分配关系确定电流分配关系确定)特性右移特性右移(因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子)导通电压导通电压 UBE(on)Si 管管:(0.6 0.8)VGe管管:(0.2 0.3)V取取 0.7 V取取 0.2 VVBB+RB48第第4 4章章 半导体器件半导体器件2、输出特性、输出特性IB=20 A随着随着uCE 的增大，集电的增大，集电结吸引电子的能力逐渐增大结吸引电子的能力逐渐增大当当uCE 增大到使集电增大到使集电结反偏，到达结反偏，到达集电集电结边界的载流子全部结边界的载流子全部漂移到集电区。漂移到集电区。IB=010 A30 A40 A50 AuCE/VO 2 4 6 8 4321iC/mA输输 出出 特特 性性49第第4 4章章 半导体器件半导体器件iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43211.截止区：截止区：IB 0 2.IC=ICEO 03.条件：条件：两个结反偏两个结反偏2.放大区：放大区：3.饱和区：饱和区：uCE u BEuCB=uCE u BE 0条件：条件：两个结正偏两个结正偏特点：特点：I C IB临界饱和时：临界饱和时：uCE=uBE深度饱和时：深度饱和时：0.3 V(硅管硅管)U CE(SAT)=0.1 V(锗管锗管)放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区条件：条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点：特点：水平、等间隔水平、等间隔ICEO2、输出特性、输出特性50第第4 4章章 半导体器件半导体器件3、温度对特性曲线的影响、温度对特性曲线的影响1.温度升高，输入特性曲线温度升高，输入特性曲线向左移。向左移。温度每升高温度每升高 1 C，UBE (2 2.5)mV。温度每升高温度每升高 10 C，ICBO 约增大约增大 1 倍。倍。2.温度升高，输出特性曲线温度升高，输出特性曲线向上移。向上移。OT1T2 iCuCE T1iB=0T2 iB=0iB=0温度每升高温度每升高 1 C，(0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。O51第第4 4章章 半导体器件半导体器件四、四、晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数（一）电流放大系数（一）电流放大系数1.共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数iC/mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB=00 2 4 6 8 4321 直流电流放大系数直流电流放大系数 交流电流放大系数交流电流放大系数一般为几十一般为几十 几百几百2.共基极电流放大系数共基极电流放大系数a 1 一般在一般在 0.98以上以上。Q52第第4 4章章 半导体器件半导体器件（二）极间反向饱和电流（二）极间反向饱和电流ICBO 发射极开路发射极开路时时 C、B 极间反向饱和电流。极间反向饱和电流。ICEO 基极开路基极开路时时 C、E 极间反向饱和电流。极间反向饱和电流。ICEO=（1+）ICBOT ，ICBO ICEO 53第第4 4章章 半导体器件半导体器件（三）极限参数（三）极限参数1.ICM 集电极最大允许电流，超过时集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。值明显降低。U(BR)CBO 发射极开路时发射极开路时 C、B极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。2.PCM 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PC=iC uCE。3.U(BR)CEO 基极开路时基极开路时 C、E极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)EBO 集电极极开路时集电极极开路时 E、B极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)CBO U(BR)CEO U(BR)EBO已知已知:ICM=20 mA,PCM=100 mW，U(BR)CEO =20 V，当当 UCE=10 V 时，时，IC mA当当 UCE=1 V，则，则 IC mA当当 IC=2 mA，则，则 UCE V 102020iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 区区54第第4 4章章 半导体器件半导体器件习题习题1 图中各管均为硅管，判断其工作状态图中各管均为硅管，判断其工作状态.3V3.3V3.7V0V5V0.7V3V6V2V 1V 5V1.7VNPNNPNNPNPNP饱和饱和放大放大截止截止放大放大55第第4 4章章 半导体器件半导体器件习题习题2 放大电路中某三极管各脚对地电压分别为放大电路中某三极管各脚对地电压分别为 8V、3V、3.2V，判断管脚名称、管型。，判断管脚名称、管型。8V3V3.2VCEB锗管锗管PNP56第第4 4章章 半导体器件半导体器件习题习题3 测得某三极管各极电流如图所示，判断管脚极测得某三极管各极电流如图所示，判断管脚极性、管型。求性、管型。求 。2mA1.96mA0.04mABEC =IC/IB=49 1mA0.01mA1.01mANPNBEC =IC/IB=100PNP57第第4 4章章 半导体器件半导体器件*BJT能起放大作用的内部条件通常是能起放大作用的内部条件通常是:（1）发射区掺杂浓度（高、低、一般）；）发射区掺杂浓度（高、低、一般）；（2）基区杂质浓度比发射区（高、低、相同）；）基区杂质浓度比发射区（高、低、相同）；（3）基区宽度（宽、窄、一般）；）基区宽度（宽、窄、一般）；（4）集电结面积比发射结面积（大、小、相等）。）集电结面积比发射结面积（大、小、相等）。A （高）（一般）（窄）（大）（高）（一般）（窄）（大）B （低）（高）（宽）（小）（低）（高）（宽）（小）C （低）（高）（一般（低）（高）（一般）（相等）（相等）D （高）（低）（高）（低）（窄窄）（大）（大）58第第4 4章章 半导体器件半导体器件*当三极管发射结和集电结都正偏时工作于（当三极管发射结和集电结都正偏时工作于（）状态。）状态。A 放大放大 B 截止截止 C 饱和饱和 D 无法确定无法确定*硅三极管放大电路中，静态时测得集硅三极管放大电路中，静态时测得集射极之间直流射极之间直流 电压电压UCE=0.4V，则此时三极管工作于（，则此时三极管工作于（）状态。状态。A 放大放大 B 截止截止 C 饱和饱和 D 无法确定无法确定*测得三极管测得三极管IB=20 A时，时，IC=1.6 mA;IB=30 A时，时，IC=2.43 mA则该管的交流电流放大系数则该管的交流电流放大系数 为（为（）。）。A 80 B 81 C 83*用万用表判别放大电路中处于正常工作的用万用表判别放大电路中处于正常工作的BJT的类型的类型(NPN还是还是PNP)与三个电极时，以测出（与三个电极时，以测出（）最为方便。）最为方便。A 各极间电阻各极间电阻 B 各极对地电位各极对地电位 C 各极电流各极电流59第第4 4章章 半导体器件半导体器件*某三极管的某三极管的ICM=20 mA、PCM=100 mW、U BR(CEO)=15 V，则下列状态下三极管能正常工作的是（，则下列状态下三极管能正常工作的是（）。）。A IC=30 mA、UCE=2 V B IC=10 mA、UCE=6 V C IC=3 mA、UCE=15V D IC=18 mA、UCE=6 V60第第4 4章章 半导体器件半导体器件场效应管场效应管 FET(Field Effect Transistor)类型：类型：结型结型 JFET(Junction Field Effect Transistor)绝缘栅型绝缘栅型 IGFET(Insulated Gate FET)，又因，又因栅极为金属铝，故又称金属栅极为金属铝，故又称金属-氧化物氧化物-半导体场半导体场效应管效应管（MOSFET）特点：特点：1.单极性单极性器件器件(一种载流子导电一种载流子导电)3.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2.输入电阻高输入电阻高(107 1015 ，IGFET 可高达可高达 1015 )4.3.2 场效应管场效应管61第第4 4章章 半导体器件半导体器件1、增强型、增强型 N 沟道沟道 MOSFET (Mental Oxide Semi FET)一、一、绝缘型（绝缘型（MOS）场效应管场效应管1.结构与符号结构与符号P 型衬底型衬底(掺杂浓度低掺杂浓度低)N+N+用扩散的方法用扩散的方法制作两个制作两个 N 区区在硅片表面生成在硅片表面生成一薄一薄 SiO2 绝缘层绝缘层S D用金属铝引出用金属铝引出源极源极 S 和漏极和漏极 DG在绝缘层上喷金在绝缘层上喷金属铝引出栅极属铝引出栅极 GB耗尽层耗尽层S 源极源极 SourceG 栅极栅极 Gate D 漏极漏极 DrainSGDBMOSFET结构结构62第第4 4章章 半导体器件半导体器件2.工作原理工作原理1)uGS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响(uDS不加电压不加电压)a.当当 UGS 不加电压不加电压，DS间间为两个背对背的为两个背对背的PN结，结，DS 间无电流通过；间无电流通过；b.当当 0 UGS UGS(th)DS 间的电位差间的电位差使沟道呈楔形使沟道呈楔形,uDS，靠近漏极端的沟道靠近漏极端的沟道厚度变薄。厚度变薄。预夹断预夹断(uGD=UGS(th)：漏极附近反型层消失。漏极附近反型层消失。预夹断发生之前：预夹断发生之前：uDS iD 预夹断发生之后：预夹断发生之后：uDS iD 不变不变uGD=uGS uDSUGS(th)uGD=uGS uDSuGS UGS(th)uDS UGS(th)时：时：uGS=2UGS(th)时的时的 iD 值值4.输出特性曲线输出特性曲线可变电阻区可变电阻区uDS 0 此时此时 uGD=UGS(off)；沟道楔型沟道楔型耗尽层刚相碰时称耗尽层刚相碰时称预夹断。预夹断。预夹断预夹断当当 uDS ，预夹断预夹断点点下移。下移。3.转移特性和输出特性转移特性和输出特性UGS(off)当当 UGS(off)uGS 0 时时,uGSiDIDSSuDSiDuGS=3 V 2 V 1 V0 V 3 VJFET工作原理工作原理OO且满足且满足uDS uGS UGS(0ff)69第第4 4章章 半导体器件半导体器件N 沟道沟道增强型增强型SGDBiDP 沟道沟道增强型增强型SGDBiD2 2 0uGS/ViD/mAUGS(th)O uDS/ViD/mA 2 V 4 V 6 V 8 VuGS=8 V6 V4 V2 VSGDBiDN 沟道耗尽沟道耗尽型型iDSGDBP 沟道耗尽沟道耗尽型型UGS(off)IDSSuGS/ViD/mA 5 05O uDS/ViD/mA5 V2 V0 V2 VuGS=2 V0 V 2 V 5 VN 沟道结沟道结型型SGDiDSGDiDP 沟道结沟道结型型uGS/ViD/mA5 5 0IDSSUGS(off)O uDS/ViD/mA5 V2 V0 VuGS=0 V 2 V 5 VFET 符号、特性的比较符号、特性的比较70第第4 4章章 半导体器件半导体器件三、三、场效应管的主要参数场效应管的主要参数1.开启电压开启电压 UGS(th)(增强型增强型)2.夹断电压夹断电压 UGS(off)(耗尽型耗尽型)指指 uDS=某值，使漏极电流某值，使漏极电流 iD 为某一小电流时的为某一小电流时的 uGS 值。值。UGS(th)UGS(off)2.饱和漏极电流饱和漏极电流 IDSS耗尽型场效应管，当耗尽型场效应管，当 uGS=0 时所对应的漏极电流。时所对应的漏极电流。3.直流输入电阻直流输入电阻 RGS 指漏源间短路时，栅、源间加一定电压时呈现指漏源间短路时，栅、源间加一定电压时呈现的栅源直流电阻。的栅源直流电阻。JFET：RGS 107 MOSFET：RGS=109 1015IDSSuGS/ViD/mAO71第第4 4章章 半导体器件半导体器件4.低频跨导低频跨导 gm 反映了反映了uGS 对对iD 的控制能力，的控制能力，单位单位 S(西门子西门子)。一般为几。一般为几毫西毫西(mS)uGS/ViD/mAQPDM=uDS iD，受温度限制。，受温度限制。5.漏源动态电阻漏源动态电阻 rds6.最大漏极功耗最大漏极功耗 PDMO72第第4 4章章 半导体器件半导体器件*N沟道耗尽型沟道耗尽型IGFET的夹断电压的夹断电压UGS（0ff）为（为（）。）。A 正值正值 B 负值负值 C 0*P沟道增强型沟道增强型IGFET的开启电压的开启电压UGS（th）为（为（）。）。A 正值正值 B 负值负值 C 0*某某FET的的IDSS=4mA，其，其ID=6mA，实际方向为流入，实际方向为流入漏极漏极D，则该管为（，则该管为（）。）。A P沟道沟道JFET B N沟道沟道JFET C P沟道耗尽型沟道耗尽型IGFET D N沟道耗尽型沟道耗尽型IGFET73第第4 4章章 半导体器件半导体器件*场效应管的类型按沟道分为场效应管的类型按沟道分为（）型和（）型和（）型；）型；按结构分有（按结构分有（）型和（）型和（）型；按）型；按uGS=0时有无导电时有无导电沟道分为沟道分为（）型和（）型和（）型。）型。P沟道沟道N沟道沟道结结绝缘栅绝缘栅增强增强耗尽耗尽*当当uGS=0时，漏源间存在导电沟道的称为时，漏源间存在导电沟道的称为 （）型型场效应管；漏源间不存在导电沟道的称为（场效应管；漏源间不存在导电沟道的称为（）型场效型场效应管。应管。*在在FET的输出特性曲线中，饱和区相当于的输出特性曲线中，饱和区相当于BJT输出特性曲输出特性曲线的线的（）区）区。而前者的的可变电阻区则对应于后者。而前者的的可变电阻区则对应于后者的（的（）区。）区。耗尽耗尽增强增强放大放大饱和饱和74第第4 4章章 半导体器件半导体器件4.3.3 半导体三极管使用基本知识半导体三极管使用基本知识一、外型及引脚排列一、外型及引脚排列EBCE B CEBCBEC75第第4 4章章 半导体器件半导体器件二、万用表检测晶体三极管的方法二、万用表检测晶体三极管的方法1.根据外观判断极性；根据外观判断极性；3.用万用表电阻挡测量三极管的好坏，用万用表电阻挡测量三极管的好坏，PN 结正结正 偏时电阻值较小偏时电阻值较小(几千欧以下几千欧以下)，反偏时电阻反偏时电阻 值较大值较大(几百千欧以上几百千欧以上)。2.插入三极管挡插入三极管挡(hFE)，测量测量 值或判断管型值或判断管型3.及管脚；及管脚；76第第4 4章章 半导体器件半导体器件指针式万用表指针式万用表在在 R 1 k 档进行测量。档进行测量。红红表笔是表笔是(表内表内)负极负极,黑黑表笔是表笔是(表内表内)正极。正极。注意事项注意事项:测量时手不要接触引脚。测量时手不要接触引脚。1kBEC 1kBEC77第第4 4章章 半导体器件半导体器件数字万用表数字万用表注意事项注意事项:红红表笔是表笔是(表内电源表内电源)正极；正极；黑黑表笔是表笔是(表内电源表内电源)负极。负极。NPN 和和 PNP 管分别按管分别按 EBC 排列插入不同的孔。排列插入不同的孔。需要准确需要准确测量测量 值时，应先进行校正。值时，应先进行校正。2.插入三极管挡插入三极管挡(hFE)，测量，测量 值或判断管型及管脚。值或判断管型及管脚。1.可直接用电阻挡的可直接用电阻挡的 挡挡,分别测量分别测量判断判断两个两个PN结的结的好坏。好坏。78第第4 4章章 半导体器件半导体器件三、晶体三极管的选用三、晶体三极管的选用1.根据电路工作要求选择高、低频管。根据电路工作要求选择高、低频管。2.根据电路工作要求选择根据电路工作要求选择 PCM、ICM、U(BR)CEO，应保证：应保证：PCM PC ICM C U(BR)CEO VCC3.一般三极管的一般三极管的 值在值在 40 100 之间为好之间为好,9013、9014 等低噪声、高等低噪声、高 的管子不受此限制的管子不受此限制。4.穿透电流穿透电流 ICEO 越小越好，硅管比锗管的小。越小越好，硅管比锗管的小。79第第4 4章章 半导体器件半导体器件作作 业业10.4、10.10、10.11课后练习课后练习10.1280第第4 4章章 半导体器件半导体器件81END