半导体基本器件

半导体基本器件

Standardization of sany group #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#

第二章半导体基本器件

内容提要

【了解】半导体的相关知识

【熟悉】二极管（即PN结）的单向导电性及主要参数

【了解】三极管的电流放大原理

【熟悉】三极管输出特性曲线的三个工作区及条件和特点、主要参数

【了解】MOS管的工作原理、相应的三个工作区以及与三极管的性能区别

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一．一．网上导学

二．二．典型例题

三．三．本章小结

四．四．习题答案

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网上导学：

*了解半导体基础相关知识：1.半导体(导电性能介于┉) ；2.本征半导体(纯净,晶体)、共价键(共用电子对)；热激发：自由电子-空穴对、载流子、复合、浓度(微量,温度影响) 与掺杂半导体：N 型(五价磷)、P型半导体(三价硼)、多子、少子；结：扩散、不能移动的离子、空间电荷区、内电场EIN、阻挡层、漂移、动态平衡。(p38~p41)

本征半导体

掺杂半导体

(a) 多子扩散 (b)空间电荷区

PN结 PN结形成和单向导电性

一. 一.PN结(二极管)的单向导电性：p41

(a) 正向偏置 (b) 反向偏置

单向导电性

结内部扩散和漂移的动态平衡(空间电荷区的调节作用)；

2.外加电压(外电场)打破原有的平衡(加正向偏压，削弱了内电场的作用，有利于扩散，形成较大的正向电流，导通；加反向偏压，增强了内电场的作用，有利于漂移，形成微弱的反向电流，截止)；

3.熟悉PN结(即二极管)的伏安特性（i~u）：硅和锗的导通电压UON分别为和、正向电压降UD分别为~和~,击穿电压U(RB)、二极管符号、主要参数(p43,最大正向电流IF、反向击穿电压U(RB)、反向电流IR等)及应用(数字：开关；模拟：整流、限幅)；稳压管：正常工作在反向击穿状态，为了使稳压管不会因过流而损坏，应当在电路中加限流电阻（见图）,主要参数UZ、IZ、IZM。二极管、三极管和MOS管

伏安特性稳压管电路

*了解三极管电流放大原理：(1)发射结正偏,其正向电流主要是由发射区的多子向基区扩散所形成的电流IE(因为发射区重掺杂而基区掺杂浓度很低 ,故基区的多子向发射区扩散可以忽略)；(2) 注入到基区的多子在基区的复合和继续扩散；(3) 复合所形成基极复合电流IBN(≈IB)很小,大部分扩散被集电结反向偏置电场吸引到集电区,形成较大的集电极收集电流ICN(≈IC)(因为基区薄、掺杂浓度低,集电结反偏)。从而实现了三极管电流放大作用即β

=IC/IB》1。三极管的电流放大作用就是利用发射区注入的多子在基区的扩散电流(IC)大大超过复合电流(IB)而实现的；了解三极管的两种类型(NPN,PNP)。

两种类型

二.三极管三个工作区（截止、放大、饱和）条件和特点、输出特性曲线：p48

1.截止区：当ui＜UON,截止区,iB≈0,iC≈0；

2.放大区：当ui≥UON,且UB＜UC,或 iB＜IBS,放大区, iC=βiB；

3.饱和区：当ui＞UON,且UB＞UC,或 iB＞IBS,饱和

区,uCE=UCES≈0。

(a) 电路 (b) 输出特性曲线

输出特性曲线

了解三极管的主要参数(p50)和应用 P51)以及三极管放大电路的三种组态(P54)。

了解MOS管的工作原理（NMOS管）和相应的三个工作区（夹断区、可变电阻区、恒流区P57）以及与三极管的差别（单、双极型，电压、电流控制电流源，输入电阻高、低）。

典型例题

分析下图所示电路在输入电压Ui为以下各值时，判断晶体管的工作状态（放大、截止或饱和状态）。 (l)Ui= 0； (2)Ui= 3V； (3)Ui= 5V。

提示：把图中虚线框内的电路用戴维南定理化简后再分析。

解求图中虚线框内的电路用戴维南等效电路表示：

UOC= Ui*40/(10+40)+USB*10/(10+40)= Ui+ USB (迭加定理)

R0 =40∥10 =40*10/(40+10) =8Ω；

(1)Ui= 0, UOC=*0+*(-5)=-1V＜UON(硅管为一 ,三极管截止；

(2)Ui= 3V, UOC=*3+*(-5)=＞UON,三极管工作在放大或饱和状态,

求ICS=(USC-UCES)/RC≈USC/RC=10/1=10mA, 则

ICS/β=10/50=,

求IB=( UOC-UBE)/R0=故工作在放大状态；

(3)Ui= 5V, UOC=*5+*(-5)=3V＞UON ,

求IB=/8=＞ICS/β,故工作在饱和状态。

本章小结

一、半导体二极管由P型和N型半导体组成的PN结具有单向导电性。二极管分为硅管和锗管两种类型。硅管的导通电压约为，管子导通后管压降约为～；锗管的导通电压约为，管子导通后管压降约为～。二极管在模拟电路中常作为整流元件或非线性元件使用；在数字电路中，常作为开关元件使用。

二、晶体三极管是一种电流控制电流源型器件，其输出特性曲线分为截止区、放大区和

饱和区。NPN型硅管，当uBE＜时，管子截止，即iB=0，iC =0；当uBE≈且uCE＝UCES=时（UC＜UB）或iB＞IBS= IBS/β=(Uc- UCES)／(Rc*β)，管子处于饱和状态，当uBE≈且uCE＞时（UC＞UB）或iB＜IBS，管子处于放大状态，且iC=βiB。管子的放大区多应用于模拟电路，截止区及饱和区多应用于数字电路。

三、MOS场效应管是一种电压控制电流源型器件。控制量取自

G、S极电压而不是电流iG。MOS管的输入电阻rGS值很高约为109-1012Ω, iG≈0。 MOS管的输出特性曲线分为夹断（截止）区、恒流区和可变电阻区。增强型NMOS管的uGS＜UTN时，管子截止，iD≈0。当uGS＞UTN时时，管子导通，若uDS值较小，则工作于可变电阻区，D、S极之间相当于一个小值电阻rDS(ON)；若uDS值较大，则工作于恒流区，iD不随uDS的变化而变化。管子的恒流区多用于模拟电路，而夹断区、和可变电阻区多用于数字电路。

对于二极管、三极管及场效应管，都应掌握它们的特性曲线及主

要参数。

本章重点、难点：

重点:PN结的单向导电性,三极管(NPN管)的三个工作区的条件和特点；

难点:三极管电流放大原理、MOS场效应管的工作原理。