电子技术第01讲(半导体器件)

IC
RB
E
N P N
EB
IE
要使三极管能放大电流，必须使发射结 正偏，集电结反偏。
2
静态电流放大倍数，动态电流放大倍数
静态电流放大倍数 = IC / I B 动态电流放大倍数 IB ： IB + IB = IC / IB IC = IB
IC ： IC + IC IC = IB
例： =50， USC =12V，
RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， IB 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？ USB =-2V， IB=0 ， IC=0， Q位于截止区
IC C
B
UBE
RC
UCE USC
RB
E
USB
USB =2V， IB= (USB -UBE)/ RB =(2-0.7)/70=0.019 mA
+ + + + + +
+ + + + + + 内电场越强，就使漂 移运动越强，而漂移 + + + + + + 使空间电荷区变薄。 + + + + + +
扩散运动
PN结处载流子的运动
漂移运动 P型半导体 内电场E N型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
（3）静态电阻Rd ，动态电阻 rD IQ
UQ
R
+
US
静态工作点Q（UQ ，IQ ）
（3）静态电阻Rd ，动态电阻 rD
i
Q
IQ UQ
静态电阻 ：Rd=UQ/IQ （非线性）
IQ
动态电阻：
rD =UQ/ IQ UQ
u 在工作点Q附近，动态电 阻近似为线性，故动态电 阻又称为微变等效电阻
+4 +4
+
+4
共价键有很强的结合力， 使原子规则排列，形成晶体。
共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价 键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难 脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体 中的自由电子很少，所以本征半导体的导电 能力很弱。
10.1.2杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质， 就会使半导体的导电性能发生显著变化。
P型基底 N导电沟道
预留 N沟道耗尽型
（2）符号
S
G
D
N
N
P
D G 栅极 G D
漏极
S N沟道增强型
S 源极
N沟道耗尽型
耗尽型N沟道MOS管的特性曲线 ID D mA
G
S
UGS
UDS
V
实验线路(共源极接法)
IC C
B
RC
UCE USC
RB
USB
E
USB =5V， IB= (USB -UBE)/ RB =(5-0.7)/70=0.061 mA IC= IB =500.061=3.05 mA> ICS =2 mA ， Q位于饱 和区(实际上，此时IC和IB 已不是的关系）
三极管的技术数据：（自学） （1）电流放大倍数 （2）集-射间穿透电流ICEO （3）集-射间反向击穿电压UCEO (BR) （4）集电极最大电流ICM （5）集电极最大允许功耗PCM
iL iz UZ RL uO
UZW=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） 负载变化,但iZ仍在 12mA和2mA之间,所以稳 i= （ui - UZ）/R=（12-10）/0.2=10 （mA） 压管仍能起稳压作用 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）
其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度 大大增加。载流子：电子，空穴
N型半导体（主要载流子为电子，电子半导体） P型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）
N型半导体
硅或锗 +少量磷 N型半导体
在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或 锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代， 磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相临的 半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个 电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子， 这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个 磷原子给出一个电子，称为施主原子。
例：稳压二极管的应用
稳压二极管技术数据为：稳压值UZW=10V， Izmax=12mA，Izmin=2mA，负载电阻RL=2k，输入电 压ui=12V，限流电阻R=200 。若负载电阻变化范围 为1.5 k ~4 k ，是否还能稳压？
i R ui DZ
iL iz U Z RL uO
i R ui DZ
40 20 死区电压， 硅管0.5V
UCE1V
0.4
0.8
UBE(V)
（2）输出特性(IC与UCE的关系曲线) IC(mA ) 4 3 2 1 3 6
= IC / I B =(3-2)mA/(60-40) A=50
Q’ = I / I =3 mA/ 60A=50 C B 40A Q
第1讲
第10章 半导体器件
10.1半导体的基础知识，P型硅，N型硅
10.2 PN结及半导体二极管
10.3 稳压二极管 10.4 半导体三极管 10.5 场效应管
§10.1 半导体的基本知识 10.1.1 本征半导体
现代电子学中，用的最多的半导体是硅和 锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。
Si
Ge
硅原子
锗原子
通过一定的工艺过程，可以将半导体 制成晶体。
完全纯净的、结构完整的半导体晶体， 称为本征半导体。
在硅和锗晶体中，每个原子与其相临的原 子之间形成共价键，共用一对价电子。
硅和锗的共价键结构
+4
+4表示除 去价电子 后的原子
+4
共价键共 用电子对
+4
+4
形成共价键后，每个原子的最外层电 子是八个，构成稳定结构。
P型半导体
硅原子 空穴
Si B
Si
Si
硼原子
P型硅表示
空穴被认为带一个单位的正电荷，并且 可以移动
杂质半导体的示意表示法
－ － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － － －
+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
P型半导体
N型半导体
§10.2 PN结及半导体二极管
10.2.1 PN 结的形成
在同一片半导体基片上，分别制造P型 半导体和N型半导体，经过载流子的扩散， 在它们的交界面处就形成了PN结。
PN结处载流子的运动
漂移运动 P型半导体 内电场E N型半导体
－ － － － － －
－ － － － － － － － － － － － － － － － － －
§10.5 场效应晶体管
场效应管与晶体管不同，它是多子 导电，输入阻抗高，温度稳定性好。 场效应管有两种:
耗尽型 N沟道
结型场效应管JFET 绝缘栅型场效应管MOS
增强型 耗尽型
P沟道 增强型
MOS绝缘栅场效应管（N沟道） （1） 结构 S 金属铝
G
D
SiO2绝缘层 两个N区
N
N
P
未预留 N沟道增强型
IC= IB =500.019=0.95 mA< ICS =2 mA ， Q位于放大区
IC最大饱和电流ICS = (USC -UCE)/ RC =(12-0)/6=2mA
例： =50， USC =12V，
RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， IB 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？
例1：二极管：死区电压=0 .5V，正向压降 0.7V(硅二极管) 理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0 ui ui t RL uO uo t
二极管半波整流
例2：二极管的应用 ui uR ui R uR RL uo t uo
t
t
§10.3 稳压二极管
稳压二极管符号 稳压二极管特性曲线 I 稳定 正向同 电压 + 二极管 UZ 当稳压二极管工作 U 在反向击穿状态下, IZmin 当工作电流IZ在 稳定 IZ Izmax和 Izmin之间时, 电流 其两端电压近似为 IZmax 常数
所以扩散和漂 + + + + + + 移这一对相反 + + + + + + 的运动最终达 到平衡，相当 + + + + + + 于两个区之间 没有电荷运动， + + + + + + 空间电荷区的 厚度固定不变。
扩散运动
10.2.2 PN结的单向导电性
PN结加上正向电压、正向偏置的意 思都是： P区加正、N区加负电压。
一般认为： = = ，近似为一常数，
值范围：20~100
10.4.3 特性曲线
IC mA
C B E RC USC V