晶体管基础知识
晶体管基础知识
第1章 半导体器件
I / mA
UZ UZ A O IZmin U/V ＋ Ui B IZmax － R
(b)
＋ Uz －
(a)
(c)
图10 稳压管的伏安特性曲线、 （a）伏安特性曲线；（b）图形符号；（c）稳压管电路
稳压管工作在击穿区时的稳定电压
5、汽车用整流二极管：P82—图5-21
汽车交流发电机用硅整流二极管，具有 一个引出极，另一个是外壳，参见教材P82 图5-21
汽车用二极管分为正向二极管和反向二 极管两种。正向二极管的引出端为正极，外 壳为负极，通常在正向二极管上涂有红点； 反向二极管的引出端为负极，外壳为正极， 通常在反向二极管上涂有黑点。
路里的开关元件，以及作为小电流的整流管。
N型锗片 阳极 引线 阴极 引线
铝合金小球
阳极引线 PN结
N型硅
金锑合金 底座
金属触丝 (a)
外壳 (b) 阴极引线
a）点接触二极管PN结接触面积小，不能通过很大的正向电
流和承受较高的反向工作电压，工作效率高， 常用来作为检波器件。
图7 半导体二极管的结构及符号 （a）点接触型结构;（b）面接触型结构;
流很小，PN结截止，这就是PN结的单向导电性。
第1章 半导体器件
2. 半导体二极管
把PN结用管壳封装，然后在P区和N区分别向外引出一 个电极，即可构成一个二极管。二极管是电子技术中最基 本的半导体器件之一。根据其用途分有检波管、开关管、 稳压管和整流管等。
硅高频检波管
开关管
稳压管
整流管
发光二极管
电子工程实际中，二极管应用得非常广泛，上图所示即 为各类二极管的部分产品实物图。
图8 二极管的伏安
晶体管培训资料
电阻器是一种被动元件，它通过限制电流的流动来改变电压 。晶体管则是一种主动元件，它可以通过放大或开关合电流 来控制电流的流动。
晶体管与二极管
总结词
二极管是单向导电的元件，而晶体管可以放大、开关合和双向导通电流。
详细描述
二极管只允许电流在一个方向上流动，而晶体管可以在没有电阻的情况下双 向导通电流。此外，晶体管还可以放大和开关合电流，而二极管只能单向导 电。
晶体管电路的优化方法
电路优化原则
了解电路优化的一般原则，包 括提高性能指标、降低成本、
减小体积等。
元器件选型优化
选用适当的元器件，如高质量的 电阻电容、低噪声的晶体管等， 提高电路的整体性能。
电路设计优化
通过改进电路拓扑结构、优化元件 布局、选择合适的电源等措施，减 小电路的误差、提高电路性能和可 靠性。
晶体管种类
双极型晶体管
由三极或四极组成，具有高放 大倍数、高速放大倍数和低噪 声等优点，广泛用于信号放大
和开关电路中。
场效应管
通过电场作用实现信号放大和开 关，具有低噪声、高输入阻抗等 优点，适用于高速、低噪声电路 中。
晶闸管
一种大功率控制器件，具有导通、 关断和触发等作用，常用于交流开 关电源、电机控制等大功率应用场 景中。
06
实践案例：晶体管电路设计技巧
晶体管电路设计基本原则
掌握电路设计基本原理
了解电路的基本组成、电流电压关系、欧姆定律、基尔霍夫定律等基本电学知识。
熟悉晶体管特性
了解晶体管的静态和动态特性，包括极间电容、放大倍数、频率响应等，以便合理选择晶体管。
掌握信号流程和干扰控制
理解信号的基本流程，包括输入、放大、输出，以及如何控制干扰，提高电路的信噪比。
三极管基础知识及测量方法
三极管基础知识及测量方法三极管基础知识及测量方法一、晶体管基础双极结型三极管相当于两个背靠背的二极管PN 结。
正向偏置的 EB 结有空穴从发射极注入基区，其中大部分空穴能够到达集电结的边界，并在反向偏置的 CB 结势垒电场的作用下到达集电区，形成集电极电流 IC 。
在共发射极晶体管电路中 ,发射结在基极电路中正向偏置 , 其电压降很小。
绝大部分的集电极和发射极之间的外加偏压都加在反向偏置的集电结上。
由于 VBE 很小，所以基极电流约为IB= 5V/50 k Ω = 0.1mA 。
如果晶体管的共发射极电流放大系数β = IC / IB =100, 集电极电流 IC=β*IB=10mA。
在500Ω的集电极负载电阻上有电压降VRC=10mA*500Ω=5V，而晶体管集电极和发射极之间的压降为VCE=5V，如果在基极偏置电路中叠加一个交变的小电流ib，在集电极电路中将出现一个相应的交变电流ic，有c/ib=β，实现了双极晶体管的电流放大作用。
金属氧化物半导体场效应三极管的基本工作原理是靠半导体表面的电场效应，在半导体中感生出导电沟道来进行工作的。
当栅 G 电压 VG 增大时，p 型半导体表面的多数载流子棗空穴逐渐减少、耗尽，而电子逐渐积累到反型。
当表面达到反型时，电子积累层将在 n+ 源区 S 和 n+ 漏区 D 之间形成导电沟道。
当VDS ≠ 0 时，源漏电极之间有较大的电流 IDS 流过。
使半导体表面达到强反型时所需加的栅源电压称为阈值电压 VT 。
当 VGS>VT 并取不同数值时，反型层的导电能力将改变，在相同的 VDS 下也将产生不同的 IDS , 实现栅源电压VGS 对源漏电流 IDS 的控制。
二、晶体管的命名方法晶体管：最常用的有三极管和二极管两种。
三极管以符号BG（旧）或（T）表示，二极管以D表示。
按制作材料分，晶体管可分为锗管和硅管两种。
按极性分，三极管有PNP和NPN两种，而二极管有P型和N型之分。
半导体基础知识
结电容： C j Cb Cd
清华大学 华成英 hchya@
§2 半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管
导通电压
0.6~0.8V 0.1~0.3V
反向饱 和电流
开启 电压
温度的 电压当量
开启电压
0.5V 0.1V
反向饱和电流
1µA以下 几十µA
从二极管的伏安特性可以反映出： 1. 单向导电性 u i IS (eU T 1) 正向特性为
指数曲线
若正向电压 UT，则i ISe u
u UT
3、本征半导体中的两种载流子
运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。 温度升高，热运动加剧，载 流子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。 两种载流子
二、杂质半导体
1. N型半导体
多数载流子 杂质半导体主要靠多数载流 子导电。掺入杂质越多，多子 浓度越高，导电性越强，实现 导电性可控。
一、二极管的组成
将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。
小功率 二极管
大功率 二极管
稳压 二极管
发光 二极管
二、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u )
i IS (e
u UT
1)
(常温下 UT 26m ) V
材料
硅Si 锗Ge
场效应管的基础知识
场效应管的基础学问英文名称：MOSFET （简写：MOS ）中文名称：功率场效应晶体管（简称：场效应管）场效应晶体管简称场效应管，它是由半导体材料构成的。
与一般双极型相比，场效应管具有许多特点。
场效应管是一种单极型半导体（内部只有一种载流子一多子）分四类：N沟通增加型；P沟通增加型;N沟通耗尽型；P沟通耗尽型。
增加型MOS管的特性曲线场效应管有四个电极，栅极G、漏极D、源极S和衬底B ,通常字内部将衬底B与源极S相连。
这样，场效应管在外型上是一个三端电路元件场效管是一种压控电流源器件，即流入的漏极电流ID栅源电压UGS掌握。
1、转移特性曲线:应留意：①转移特性曲线反映掌握电压VGS与电流ID之间的关系。
②当VGS很小时,ID基本为零，管子截止;当VGS大于某一个电压VTN时ID随VGS的变化而变化，VTN称为开启电压，约为2V0③无论是在VGS2、输出特性曲线：输出特性是在给顶VGS的条件下，ID与VDS之间的关系。
可分三个区域。
①夹断区：VGS②可变电阻区：VGS>VTN且VDS值较小。
VGS值越大，则曲线越陡，D、S极之间的等效电阻RDS值就越小。
③恒流区：VGS>VTN且VDS值较大。
这时ID只取于VGS ,而与VDS无关。
3、MOS管开关条件和特点：管型状态,N-MOS , P-MOS特点截止VTN , RDS特别大，相当与开关断开导通VGS2VTN , VGS<VTN , RON很小，相当于开关闭合4、MOS场效应管的主要参数①直流参数a、开启电压VTN ,当VGS>UTN时，增加型NMOS管通道。
b、输入电阻RGS , 一般RGS值为109〜1012。
高值②极限参数最大漏极电流IDSM击穿电压V(RB)GS , V(RB)DS最大允许耗散功率PDSM5、场效应的电极判别用RxlK挡，将黑表笔接管子的一个电极，用红表笔分别接此外两个电极，如两次测得的结果阻值都很小，则黑表笔所接的电极就是栅极(G),此外两极为源(S)、漏(D)极，而且是N型沟场效应管。
晶体管数字电路-概述说明以及解释
晶体管数字电路-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述晶体管数字电路是现代电子技术中的重要组成部分，它是实现数字系统功能的基本单元。
晶体管的发明和应用在电子领域带来了革命性的变化，极大地推动了计算机和通信技术的发展。
晶体管是一种半导体器件，它基于半导体材料的电导特性来控制电流的流动。
晶体管由三个主要组成部分构成，即基极、发射极和收集极。
通过调节基极电流的大小，可以实现对晶体管的控制，从而改变电路中的电流和电压。
晶体管的工作原理基于PN结的电导特性。
当PN结正向偏置时，电流可以流动，晶体管处于导通状态；当PN结反向偏置时，电流无法流动，晶体管处于截止状态。
这样，通过控制基极电流和电压，可以实现晶体管的开关控制。
晶体管数字电路的设计与应用是基于开关特性实现的。
通过将多个晶体管连接在一起，可以构建出各种复杂的数字电路，如逻辑门、触发器和计数器等。
这些数字电路在计算机、通信和控制系统中起着重要的作用，实现了数字信号的处理和转换。
晶体管数字电路的重要性不仅体现在其在计算机领域的广泛应用，还在于其在推动技术进步和社会发展方面的影响。
晶体管的小巧、高可靠性和低功耗等特点，使得数字电路可以更加紧凑和高效。
晶体管数字电路的快速发展也催生了计算机和通信技术的迅猛发展，为人类社会的进步做出了巨大贡献。
展望未来，晶体管数字电路仍然具有广阔的发展空间。
随着科技的不断进步，晶体管的尺寸会越来越小，集成度会越来越高，功耗会越来越低。
同时，晶体管数字电路的应用领域也将不断扩展，涵盖更多的领域和行业，如物联网、人工智能和新能源等。
总之，晶体管数字电路作为现代电子技术的基础，具有重要的应用价值和发展前景。
通过深入研究晶体管基础知识和工作原理，不断探索和创新晶体管数字电路的设计与应用，我们可以为推动技术进步和社会发展做出更大的贡献。
文章结构部分的内容可参考以下写法：1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将概述晶体管数字电路的重要性及其应用领域，并阐述本文的目的。
模拟cmos基础知识
模拟CMOS基础知识一、什么是CMOS1.1 CMOS的定义和作用CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属-氧化物-半导体）是一种集成电路的制造工艺，也是一种特定类型的晶体管。
CMOS技术被广泛应用于逻辑电路、模拟电路和数模混合电路中。
CMOS在数字电路方面具有优异的性能，相比于传统的TTL（Transistor-Transistor Logic）和ECL（Emitter-Coupled Logic），CMOS电路功耗低、可靠性高。
它还具有良好的抗噪声特性和工作频率范围广的特点。
1.2 CMOS的组成结构CMOS电路由nMOS（n型金属-氧化物-半导体）和pMOS（p型金属-氧化物-半导体）两种晶体管组成。
nMOS晶体管的工作原理是通过控制门电压，使得通道导电或截止，实现电流的控制。
pMOS晶体管则与nMOS相反，通过控制门电压控制通道的导电或截止。
这两种晶体管可以根据不同的逻辑功能进行灵活组合，从而实现复杂的电路功能。
二、CMOS工作原理2.1 nMOS的工作原理•当门端施加了高电压（高于阈值电压），nMOS的沟道导通，形成通路，电流通过；•当门端施加了低电压（低于阈值电压），nMOS的沟道截止，电流停止。
2.2 pMOS的工作原理•当门端施加了低电压（低于阈值电压），pMOS的沟道导通，形成通路，电流通过；•当门端施加了高电压（高于阈值电压），pMOS的沟道截止，电流停止。
2.3 CMOS的工作原理CMOS电路由nMOS和pMOS组成，其工作原理有以下几个重要特点：1.CMOS电路在静态时消耗的功率几乎为零，只有在切换过程中才会有瞬态功率消耗；2.CMOS电路的输出具有较大的幅度和较小的延迟，能够同时输出高电平和低电平信号；3.CMOS电路的噪声干扰较小，具有良好的抗噪声特性；4.CMOS电路的工作速度较快，能够适应高频率的工作要求。
晶体管知识点总结
晶体管知识点总结晶体管是一种半导体器件，广泛应用于电子设备中，是现代电子技术的基础。
晶体管的发明和应用，极大地推动了电子技术的发展，使得现代电子设备变得更加小型化、高效、稳定和便携。
下面我们将对晶体管的基本原理、结构、工作原理和应用进行详细介绍。
一、晶体管的基本原理1. 电子运动的基本原理电子是原子的一个组成部分，带有负电荷。
在半导体晶体中，有大量的自由电子，在外加电压的作用下，这些自由电子会受到电场的驱动，从而在晶格中运动。
同时，半导体中还有空穴，即电子从原子轨道中跃迁出去后留下来的空位，空穴带有正电荷，也会在外加电压下发生移动。
2. PN结和二极管的基本原理PN结是由n型半导体和p型半导体组成的结构，它具有正向导通和反向截止的特性。
当PN结处于正向偏置时，n区的自由电子会向p区移动，p区的空穴会向n区移动，导致电子和空穴的复合，形成导电通道，电流得以通过。
而当PN结处于反向偏置时，n区和p区的电荷云层会被电场的作用扩散，形成空间电荷区，此时电流不能通过。
3. 晶体管的基本原理晶体管是由两个PN结构组成的器件，即P型区和N型区交替排列，整体上形成三个电极分别为集电极、发射极和基极。
当在基极和发射极之间加上正向偏置电压时，n区的自由电子会向p区移动，电子和空穴会在P区与N区的交界处结合而产生电流放大的效应。
这样，就实现了晶体管的放大功能，使得电子信号得以放大，并通过集电极输出。
二、晶体管的结构1. 晶体管的主要构成晶体管主要由P型半导体、N型半导体和金属电极组成。
P型半导体富含空穴，电子的迁移率较低；N型半导体富含自由电子，电子的迁移率较高；金属电极则起到了连接内部半导体材料的作用。
2. 晶体管的结构类型晶体管有多种不同的结构类型，包括双极型晶体管、场效应晶体管、异质结晶体管等。
不同结构的晶体管在性能和应用方面都有所不同，需根据具体的应用场景进行选择。
三、晶体管的工作原理1. 晶体管的工作状态晶体管主要有截止状态和放大状态两种工作状态。
场效应管基础知识——很全
场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。
一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。
它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108W～109W）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。
一、场效应管的分类场效应管分结型、绝缘栅型两大类。
结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。
目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS 场效应管、VMOS功率模块等。
按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。
若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。
结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。
场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。
而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。
见下图。
二、场效应晶体管的型号命名方法现行场效应管有两种命名方法。
第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。
第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。
例如,3DJ6D 是结型N沟道场效应三极管，3DO6C 是绝缘栅型N沟道场效应三极管。
第二种命名方法是CS××#，CS代表场效应管，××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。
例如CS14A、CS45G等。
三、场效应管的参数1、IDSS —饱和漏源电流。
晶体管饱和导通的ibs
晶体管饱和导通的ibs晶体管饱和导通的IBS（Inverted Base Structure）是一种特殊的导通方式，常用于高频功率放大器和开关电路中。
本文将详细介绍晶体管饱和导通的IBS原理以及其应用。
一、晶体管基础知识在开始讨论晶体管饱和导通的IBS之前，首先需要了解晶体管的基本原理和结构。
晶体管是一种将小信号控制大信号的电子器件。
它由三个区域组成：发射极（Emitter）、基极（Base）和集电极（Collector）。
基极和发射极之间存在pn结，而基极和集电极之间存在pn结。
晶体管通过控制基极电流（IB），而能够调节集电极电流（IC）。
我们知道，晶体管在工作时可以处于截止状态、放大状态和饱和状态。
在饱和状态下，晶体管的饱和电流（IC（SAT））已经达到极限且无法进一步增加。
二、晶体管饱和导通晶体管饱和导通指的是当晶体管的极限电流已经达到且无法再进一步增加时，它的导通状态就称为饱和导通。
在饱和导通状态下，晶体管的VCE （Collector-to-Emitter Voltage）达到最低值，且是非常低的。
这是因为在饱和导通状态下，集电极和发射极之间的两个pn结都在导通状态。
三、晶体管饱和导通的IBS技术在晶体管饱和导通的IBS技术中，基极和集电极之间的两个pn结被反转，即nP极与P基反向。
这种结构可以有效地降低截止到饱和之间的转换时间，并实现更高的开关速度。
IBS技术对于高频功率放大器和开关电路非常有用。
四、晶体管饱和导通的优势和应用晶体管饱和导通的IBS技术相较于传统的结构有很多优势。
首先，它可以实现更高的开关速度和更小的截止到饱和之间的转换时间。
其次，它可以减小功率损耗，提高能源利用率。
此外，IBS技术还可以提供更大的集电极电流，增加晶体管的电流放大倍数。
由于其优异的性能，晶体管饱和导通的IBS技术在许多领域得到了广泛应用。
在高频功率放大器中，IBS技术可以提供更高的放大倍数和更低的失真。
薄膜晶体管(TFT)基础知识
关于TFTThin film transistor(TFT):薄膜晶体管原理类似于MOS 晶体管，区别在于MOS 是凭借反型层导电，TFT 凭借多子的积累导电。
常见TFT 结构：底栅结构（BG ）、顶栅结构（TG ）和双栅结构（DG ）如下图所示 源极漏极有源层栅极衬底绝缘层栅极绝缘层源极漏极有源层衬底 衬底有源层漏极栅极源极绝缘层绝缘层栅极a ） BG 结构b ）TG 结构c ）DG 结构图一.常见的TFT 结构BG 特点：金属栅极和绝缘层可同时作为光学保护层，避免产生光生载流子，影响电学稳定性，通常在最上层加一层钝化层以减少外界干扰。
TG 特点：可以通过改善光刻工艺降低成本。
但要加保护层，防止背光源照射到有源层，产生光生载流子，影响电学性能。
DG 特点：可通过调节背栅电压来调整阈值电压，增加了器件的阈值稳定性。
弥补了BG 和TG 的缺点。
有报道称和C G 成反比关系，而双栅结构的C G =C BG +C TG ，所以DG 结构有较好的阈值稳定性。
表征TFT 性能的参数：1） 阈值电压：决定了器件的功耗，阈值越小越好。
2） 迁移率：表征器件的导电能力。
3） 开关电流比I On /I Off ：表征栅极对有源层的控制能力。
4） 亚阈值摆幅S:漏极电流减小一个数量级所需的栅压变化，表征TFT 的开关能力。
TFT 的发展：主要是沟道材料的变化：氢化非晶硅多晶硅金属氧化物（ZnO 和a-IGZO ）表1为以上材料的性能对比：由表1可以看出，1.非晶Si：迁移率较低，不透明，禁带宽度低，光照下不稳定。
2.多晶Si: 有较高的迁移率，但均匀性差，难大面积制备性质均匀的薄膜。
3.金属氧化物：有较高的迁移率，可见光透过率高，禁带宽度高，稳定性好。
金属氧化物ZnO和IGZO由于较高的迁移率和透光性，成为现阶段器件中主流的沟道材料。
IGZO和ZnO的性质：纯净的金属氧化物是不导电的，ZnO和IGZO的导电是在制备过程中会产生元素空位，ZnO 中既有Zn空位，又有O空位，呈弱n型半导体性质，这一性质决定了ZnO作为沟道层时在负压下阈值有较大的偏移，而IGZO主要以氧空位为主，呈强n型半导体性质，沟道层中几乎没有空穴，这使得IGZO在负压下有较好的阈值稳定性。
晶体管的工作原理
晶体管的工作原理晶体管是一种半导体电子器件，广泛应用于电子技术领域。
它是由三个掺杂不同种类的半导体材料构成的，主要包括N型半导体、P型半导体和P-N结。
晶体管的工作原理是基于控制电流的传递和放大作用，并可以通过控制输入信号的变化来实现电子开关和放大电路。
1. P-N 结晶体管内部的P-N结起到关键的作用。
P-N结是由P型半导体和N型半导体材料的结合而形成的。
N型半导体中掺杂有额外的电子，被称为自由电子；P型半导体中掺杂有额外的空穴，被称为正空穴。
在P-N结的界面，自由电子和空穴会发生复合，形成一个细小而薄弱的耗尽区。
2. 基本结构晶体管主要由三个层状的半导体材料组成，分别是发射区（Emitter）、基区（Base）和集电区（Collector）。
发射区是N型半导体，集电区是N型半导体，而基区是P型半导体。
集电区与发射区之间的P-N结被称为发射结，发射结与基区之间的P-N结被称为集电结。
3. 工作原理晶体管的工作过程可以分为放大和开关两种模式。
（1）放大模式：当晶体管工作在放大模式时，可将输入信号的弱电流放大为输出信号的强电流。
当输入信号通过发射结进入基区时，如果发射区的电压高于基区，发射结就会被打开，大量的电子就会进入基区。
这些电子会被吸引到集电区，形成一个电子流，由发射区到集电区，从而实现电流的放大。
（2）开关模式：当晶体管工作在开关模式时，可根据输入电流的变化来控制电路的开关状态。
当输入信号通过发射结进入基区时，如果发射结的电压低于基区，发射结就会被关闭，此时基区没有电流通过，晶体管处于关闭状态。
如果发射结的电压高于基区，发射结就会被打开，电流可以通过晶体管的集电区和发射区，使其处于导通状态。
4. 工作参数晶体管的工作参数包括放大倍数、截止频率和饱和电流。
放大倍数指的是输入信号与输出信号的电流比值；截止频率指的是晶体管能够放大信号的最高频率；饱和电流是指晶体管在饱和状态下通过集电极和发射极的电流。
晶体管基础知识
前言集成电路只有在高倍放大的情况下才能看到它的真面目。
它的表面到处是错综复杂的细微的连线，而在这下面则是同样错综复杂的掺杂硅的图形，所有这些都是按照一套称作layout的蓝图做出来的。
模拟和混合信号集成电路的layout很难做到自动化。
每个多边形的shape和placement都需要对器件物理，半导体制造和电路理论的深刻理解。
尽管已经有30年的研究了，但仍旧有许多不确定性。
这些知识分布在艰涩难懂的期刊文章和未出版的手稿里。
本书则把这些知识整体统一串连了起来。
原本这本书是打算写给LAYOUT设计师看的，同时它也适合那些希望更好的理解电路和LAYOUT之间关系的电路设计师。
由于本书拥有大量的读者，特别是那些对于高等数学和固体物理学不是很精通的人，所以本书尽量降低了数学运算，并使用了最普遍使用的变量和单位。
读者只要会基本代数和基本的电子学就可以。
书中的练习假定读者能使用LAYOUT编辑软件，不过即使没有，大部分习题还是能用笔和纸完成的。
本书有14章和5篇附录。
前2章是对器件物理学和半导体工艺的一个整体概括。
在这2章里，简单的文字解释和图形模型代替了数学推导。
第3章是关于3种原型工艺：标准BIPOLAR, SILICON-GATE CMOS 和ANALOG BICOMS。
重点将放在截面图和这些截面图与样品器件的传统layout之间的相互关系。
第4章着重讨论了LAYOUT在决定可靠性方面的作用和通常的失效机制。
第5和6章则是电阻和电容的LAY OUT。
第7章以电阻和电容为例讨论了匹配的原理。
第8章到第10章是BIPOLAR器件的LAYOUT，而第11，12章有关场效应管的LAYOUT和匹配。
第13，14章讨论了一些更深入的话题，包括器件合并，G UARD RINGS，ESD保护结构和FLOORPLANNING。
附录则包含缩写表，MILLER指数的讨论，习题中需要的样例LAYOUT规则和书中使用的公式的推导。
晶体管电路设计
晶体管电路设计引言晶体管电路设计是电子电路设计中的一个重要方面。
晶体管作为一种半导体器件，广泛应用于各种电子设备中，如计算机、手机、电视等。
本文将介绍晶体管电路设计的基本概念、原理和实践方法。
晶体管基础知识什么是晶体管晶体管，全称为晶体管三极管，是一种用于放大和开关电信号的半导体器件。
它由三个区域构成，分别为发射区、基区和集电区。
晶体管的工作原理是通过控制基极电流来控制集电区电流。
根据晶体管的PN结类型可以分为NPN型和PNP型。
晶体管的应用晶体管广泛应用于电子设备中的各种电路中，如放大电路、开关电路、数字电路等。
晶体管可以放大电信号，实现信号放大，同时也可以作为开关控制电流的通断。
晶体管电路设计的步骤晶体管电路设计涉及多个步骤，下面将逐一介绍。
确定电路需求在进行晶体管电路设计之前，首先需要明确电路的需求。
包括电路的功能、输入输出要求、工作条件等。
根据电路需求确定晶体管的工作模式和参数。
选择合适的晶体管型号根据电路需求和工作模式，选择适合的晶体管型号。
根据晶体管的参数表，比较不同型号的晶体管的特性，如电流增益、最大功率、频率响应等，选择合适的晶体管型号。
绘制电路图根据电路需求和选择的晶体管型号，绘制电路图。
电路图应包括晶体管的引脚连接、元器件连接、电源连接等。
电路图绘制要符合电路设计规范，清晰明了。
计算电路参数根据电路需求和电路图，进行电路参数的计算。
包括电阻、电容、电感等元器件的选取和计算。
同时还需要计算晶体管的偏置电流、工作点等参数。
仿真和调试在进行实际的电路实现之前，可以通过软件仿真工具对电路进行仿真。
通过仿真可以评估电路的性能、稳定性等。
如果发现问题，可以进行调试和优化。
PCB设计和制造完成电路参数计算、仿真和调试后，需要进行PCB （Printed Circuit Board）的设计。
PCB设计是将电子元器件进行布局并进行连线的过程。
完成PCB设计后，可以进行PCB的制造。
实际设计和测试根据PCB设计进行实际的电路制作和组装。
晶体管基础知识
晶体管基础知识目录1. 晶体管概述 (2)1.1 晶体管的概念与分类 (3)1.1.1 pn结的工作原理 (3)1.1.2 双极型晶体管 (5)1.1.3 场效应型晶体管 (6)1.1.4 其他晶体管类型 (6)1.2 晶体管的重要特性 (8)1.2.1 集电极电流、基极电流、发射极电流 (9)1.2.2 放大倍数 (10)1.2.3 阈值电压 (11)1.2.4 饱和电压 (11)1.3 晶体管的应用 (12)1.3.1 数码电路 (14)1.3.3 其他应用领域 (16)2. PNP和NPN晶体管 (17)2.1 PNP晶体管的工作原理 (18)2.2 NPN晶体管的工作原理 (19)2.3 PNP和NPN晶体管的区别 (21)3. 双极型晶体管电路 (22)3.1 あげ列连接电路 (22)3.2 发射极跟随电路 (24)3.3 共基路放大电路 (25)3.4 共集路放大电路 (26)4. 场效应型晶体管电路 (27)4.1 简述MOSFET的工作原理 (29)4.2 n沟道和p沟道 (30)4.3 源极跟随电路 (31)4.5 共源放大电路 (34)5. 晶体管的模型和参数 (34)5.1 直流特性模型 (35)5.2 典型晶体管参数 (36)5.3 频率特性 (37)6. 晶体管的损坏原因及避免措施 (38)6.1 过大电流过电压 (40)6.2 静电放电 (41)1. 晶体管概述晶体管是一种以半导体为基本材料的电子元件，于1947年由贝尔实验室的约翰巴丁、沃尔特布拉顿和威廉肖克利首次发明并演示。
晶体管的出现标志着电子技术的一次革命，极大地推动了信息技术领域的发展。
晶体管的核心作用在于它能够控制电流的流动，这使它在许多电子设备中担当关键的开关和放大角色。
晶体管主要有三种类型：双极型晶体管以及隧道型晶体管。
每种晶体管都有其独特的特性和应用领域。
当施加到晶体管栅极的电压变化时，可以显著改变其电流特性。
第2章 晶体三极管的基础知识
第二章晶体三极管和单级低频小信号放大器第一节晶体三极管的基础知识知识点1 理解晶体三极管的结构、分类、符号和基本联接方式【典型例题】【例1】判断题（）在共发射极接法中，输入信号从基极入，集电极出。
【解析】共发射极接法的公共端为发射极，信号从基极和发射极之间输入，从集电极和发射极之间输出。
本题描述不清晰，易导致误会。
【答案】答案为×。
【例2】选择题晶体三极管基本连接方式中既能放大电流又能放大电压的联接方式是（）。
A.共发射极B.共集电极C.共基极D.共漏极【解析】共集电极接法只有电流放大作用，没有电压放大；共基极接法只有电压放大作用，没有电流放大;只有共发射极接法既能放大电流又能放大电压。
【答案】选择A。
【一课一练】一、判断题（）1.晶体三极管有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是锗NPN和硅PNP 两种三极管。
（）2.晶体三极管的管脚有三个，分别是发射极、门极、基极。
（）3.晶体管由两个PN结组成，所以可以用两个二极管反向连接起来充当晶体管使用。
（）4.晶体三极管的集电极和发射极可以互换使用。
（）5.用万用表黑表笔固定三极管的某一个电极，红表笔分别接三极管另外两电极，观察指针偏转情况。
若两次的测量阻值都大或是都小，则引脚所接就是基极。
二、选择题1.晶体三极管在三个掺杂区域中，位于中间的区域为（）。
A.发射区B.集电区C.基区D.共极区2.晶体三极管的图形符号中，有箭头的电极为（）。
A.发射极B.基极C.集电极D.公共极3.如图2-2-4所示，该电路为（）电路。
A.共基极B.共发射极C.共集电极图2-2-44.用指针式万用表的电阻档测量晶体三极管时，应该打的档位是（）。
A.R×1B.R×10C.R×100D.R×10K5.晶体三极管在组成放大器时，根据公共端的不同，连接方式有（）。
A.1B.2C.3D.4【知识点1参考答案】一、判断题ⅹⅹⅹⅹⅹ二、选择题 CACCC知识点2 识记晶体三极管的放大条件、放大作用和电流分配关系【典型例题】【例1】选择题三极管工作在放大状态时，其两个PN结必须满足（）。
三极管的基础知识
三极管的基础知识三极管，也被称为双极型晶体管（BJT），是一种重要的电子器件。
它是一种由半导体材料制成的电子器件，具有放大和开关功能。
三极管的结构简单，但其内部运作原理复杂，被广泛应用于电子电路中。
三极管由三个区域组成，分别是发射区、基区和集电区。
发射区和集电区都是N型半导体，而基区是P型半导体。
这种PNP或NPN 结构赋予了三极管特殊的性能。
三极管的基本工作原理是通过控制基极电流来控制集电极电流。
当在基极-发射极间施加一个正向电压时，P型基区与N型发射区之间的结电位被降低，形成一个正向偏置。
这使得发射区的电子从发射极流向基极，同时在基区形成一个电子空穴对。
这些电子空穴对会向集电区扩散，与集电区的电子进行复合，导致集电电流从集电极流出。
因此，基极电流的微小变化就可以引起集电电流的显著变化，实现电流放大的功能。
三极管还可以作为开关使用。
当在基极-发射极间施加一个正向电压时，三极管处于饱和状态，集电电流接近最大，相当于一个导通的开关。
而当施加一个负向电压时，三极管处于截止状态，集电电流接近零，相当于一个断开的开关。
三极管的放大功能使其在各种电子设备中广泛应用。
它可以用于放大音频信号，从而实现音乐的放大播放。
此外，三极管还可以用于构建逻辑门、计数器、振荡器等电子电路。
它在计算机、通信、医疗设备等领域都有重要的应用。
然而，三极管也有一些局限性。
例如，它对温度和电压的变化比较敏感，容易出现温度漂移和电压饱和现象。
此外，在高频电路中，三极管的频率响应也会受到限制。
为了解决这些问题，人们发展出了其他类型的晶体管，如场效应晶体管（FET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）。
这些器件在一些方面具有更好的性能，但三极管仍然是电子电路中不可或缺的基础器件。
总结起来，三极管是一种重要的电子器件，具有放大和开关功能。
它的基本工作原理是通过控制基极电流来控制集电极电流。
三极管被广泛应用于各种电子设备中，但也存在一些局限性。
尽管如此，三极管仍然是电子电路中不可或缺的基础器件之一。
鳍式场效应晶体管工作原理
鳍式场效应晶体管工作原理一、前言鳍式场效应晶体管（FinFET）是一种新型的半导体器件，它具有优异的电性能和尺寸可控性。
它在芯片制造工艺中得到了广泛应用，特别是在高集成度、低功耗和高速度的芯片设计中。
本文将详细介绍鳍式场效应晶体管的工作原理。
二、晶体管基础知识晶体管是一种半导体器件，它可以通过控制输入信号来调节输出信号。
晶体管有三个区域：漏极（Drain）、源极（Source）和栅极（Gate）。
当栅极加上一定的电压时，会形成一个电场，使得漏极和源极之间形成一个导电通道。
这个通道的导电能力可以通过调节栅极电压来控制。
三、传统MOSFET传统MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）是一种二维结构的器件，其栅极位于沟道上方。
当栅极电压增加时，沟道会被压缩并且最终关闭。
这种结构存在着一个问题：当沟道被关闭时，在漏极和源极之间会形成一个瓶颈，电流的流动受到限制，从而导致性能下降。
四、FinFET的引入为了解决传统MOSFET存在的问题，FinFET被引入。
FinFET是一种三维结构的器件，其栅极位于沟道两侧。
这种结构可以大大减少漏极和源极之间的瓶颈效应，并且增加了栅极对沟道的控制能力。
因此，FinFET具有更好的性能。
五、FinFET的工作原理FinFET由多个晶体管组成，每个晶体管都有一个“鳍”（Fin）。
鳍是半导体材料沿着垂直方向生长形成的纵向结构。
在FinFET中，沟道位于鳍上方，并且栅极围绕着鳍两侧。
当栅极电压增加时，电场会形成在栅极和沟道之间。
这个电场可以控制沟道宽度和深度，从而控制漏极和源极之间的电流流动。
当栅极电压为0V时，沟道宽度最宽，并且漏极和源极之间形成最小瓶颈；当栅极电压为最大值时，沟道宽度最窄，并且漏极和源极之间形成最大瓶颈。
六、FinFET的优势FinFET具有以下几个优势：1. 低功耗：FinFET可以通过控制栅极电压来调节漏极和源极之间的电流。
因此，它可以在不同的工作负载下实现更低的功耗。
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结变窄
－＋
P －＋ N
－＋
外电场方向
自建场方向
正向电流（很大）
＋－
(a)
结变宽
－－＋＋ P －－＋＋ N
－－＋＋
自建场方向 外电场方向
反向电流（很小）
－＋
(b)
图6 PN结 （a）正向连接; （b）反向连接
2）PN结反向偏置——截止
将PN结按图6（b）所示方式连接（称PN结反向偏置）。 由图可见，外电场方向与内电场方向一致，它将N区的多子 （电子）从PN结附近拉走，将P区的多子（空穴）从PN结附近 拉走，使PN结变厚，呈现出很大的阻值，且打破了原来的动态 平衡，使漂移运动增强。由于漂移运动是少子运动，因而漂移 电流很小；若忽略漂移电流，则可以认为PN结截止。
综上所述，在掺入杂质后，载流子的数目都有相当程 度的增加。因而对半导体掺杂是改变半导体导电性能的有 效方法。
第1章 半导体器件
＋4
＋4
＋4
由于热激发而产 生的自由电子
＋4
＋4
＋4
自由电子移走
后留下的空穴
＋4
＋4
＋4
图3 P型半导体的共价键结构
在P型半导体中，原来的晶体仍会产生 电子—空穴对，由于杂质的掺入，使得空穴 数目远大于自由电子数目，成为多数载流 子(简称多子)，而自由电子则为少数载流子 (简称少子)。则P型半导体以空穴导电为主。
在本征半导体中掺入微量的杂质元素，就会使半导体 的导电性能发生显著改变。根据掺入杂质元素的性质不 同，杂质半导体可分为P型半导体和N型半导体两大类。
①. P型半导体
P型半导体是在本征半导体硅（或锗）中掺入微 量的3价元素（如硼、铟等）而形成的。因杂质原子 只有3个价电子，它与周围硅原子组成共价键时，缺 少1个电子，因此在晶体中便产生一个空穴，当相邻 共价键上的电子受热激发获得能量时，就有可能填 补这个空穴，使硼原子成为不能移动的负离子，而 原来硅原子的共价键因缺少了一个电子，便形成了 空穴，使得整个半导体仍呈中性，如图3所示。
第1章 半导体器件
半导体的分类
P(空穴）型（ 3价元素）
1、按掺入杂质元素的性质分
半导体
N（电子）型（5价元素）
硅
2、按基片材料分
半导体
锗
2、PN结及其单向导电性 ①. PN结的形成 P80-第四段 在同一块半导体基片的两边分别形 成N型和P型半导体，它们的交界面附近 会形成一个很薄的空间电荷区，称其为 PN结。 PN结的形成过程如图5所示。
②. N型半导体 N型半导体是在本征半导体硅中掺入微量的5价元
素（如磷、砷、镓等）而形成的，杂质原子有5个价电 子与周围硅原子结合成共价键时，多出1个价电子，这 个多余的价电子易成为自由电子，如图4所示。
第1章 半导体器件
＋4
＋4
＋4
自由电子
＋4＋5＋4施主原子＋4＋4
＋4
图4 N型半导体的共价键结构
第1章 半导体器件
在本征半导体中，空穴与电子是成对出现的，称 为电子—空穴对。其自由电子和空穴数目总是相等的。 本征半导体在温度升高时产生电子—空穴对的现象称 为本征激发。温度越高，产生的电子—空穴对数目就 越多，这就是半导体的热敏性。
在半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子， 而导体中只有自由电子这一种载流子，这是半导体 与导体的不同之处。
一、PN结 1、P型、N型半导体
第1章 半导体器件
本征半导体是一种纯净的半导体晶
体。常用的半导体材料是单晶硅（Si） 和单晶锗（Ge）。
半导体硅和锗都是4价元素，其原 子结构如图1(a)，(b)所示。
价电子 电子轨道
惯性核
Si ＋ 14
Ge ＋ 32
＋4 价电子
原子核
(a)
(b)
(c)
图1：半导体的原子结构示意图 （a）硅原子；（b）锗原子；（c）简化模型
＋4
＋4
＋4
共价键
＋4
＋4
＋4
价电子
＋4
＋4
＋4
图2 单晶硅的共价键结构
第1章 半导体器件
但是，如果能从外界获得一定的能量（如光照、 温升等），有些价电子就会挣脱共价键的束缚而成为 自由电子，在共价键中留下一个空位，称为“空穴”。 空穴的出现使相邻原子的价电子离开它所在的共价键 来填补这个空穴，同时，这个共价键又产生了一个新 的空穴。这个空穴也会被相邻的价电子填补而产生新 的空穴，这种电子填补空穴的运动相当于带正电荷的 空穴在运动，并把空穴看成一种带正电荷的载流子。 空穴越多，半导体的载流子数目就越多，因此形成的 电流就越大。
P区
N区
耗尽层空 P 间电荷区 N
扩散运动方向 (a)
自建场 (b)
图5 PN结的形成 （a）多子扩散示意图；（b）PN结的形成
②. PN结的单向导电性
1）PN结正向偏置——导通
给PN结加上电压，使电压的正极接P区，负极接 N区（即正向连接或正向偏置），如图6（a）所示。 由于PN结是高阻区，而P区与N区电阻很小，因而外 加电压几乎全部落在PN结上。由图可见，外电场将推 动P区多子（空穴）向右扩散，与原空间电荷区的负 离子中和，推动N区的多子（电子）向左扩散与原空 间电荷区的正离子中和，使空间电荷区变薄，打破了 原来的动态平衡。同时电源不断地向P区补充正电荷， 向N区补充负电荷，其结果使电路中形成较大的正向 电流，由P区流向N区。这时PN结对外呈现较小的阻 值，处于正向导通状态。
第1章 半导体器件
本征半导体晶体结构示意图如图2所示。由 图2可见，各原子间整齐而有规则地排列着，使 每个原子的4个价电子不仅受所属原子核的吸引， 而且还受相邻4个原子核的吸引，每一个价电子 都为相邻原子核所共用，形成了稳定的共价键 结构。每个原子核最外层等效有8个价电子，由 于价电子不易挣脱原子核束缚而成为自由电子， 因此，本征半导体导电能力较差。
综上所述:
PN结正向偏置(加正向电压P区接电源正极）时， 正向电流很大，PN结导通；PN结反向偏置时，反向电 流很小，PN结截止，这就是PN结的单向导电性。
第二节 晶体管的基础知识
一、 半导体的基础知识 二、 晶体二极管 三、 晶体三极管
一、 半导体的基础知识 P69_倒四行
物体根据导电能力的强弱可分为导体、半导体和 绝缘体三大类。
凡容易导电的物质（如金、银、铜、铝、铁等金 属物质）称为导体；不容易导电的物质（如玻璃、橡 胶、塑料、陶瓷等）称为绝缘体；导电能力介于导体 和绝缘体之间的物质（如硅、锗、硒等）称为半导体。 半导体之所以得到广泛的应用，是因为它具有热敏性、 光敏性、掺杂性等特殊性能。