半導體器件基礎

1、1、二極管的伏安特性曲線　I = f (V),(1) 正向特性,OA段： 二極管電流較小，二極管未導通。,AB段：當 uD≥ Uth時，二極管導通 。正向電阻很小.Uth ：硅0.5V 鍺0.1V導通電壓：硅0.6～0.8V 鍺0.1 ～0.3V,（2） 反向特性,OC段： 反向飽和電流小，反向電阻很大。,復習,(3)擊穿特性,CD段：外加反向電壓超過擊穿電壓UBR時，反向電流會突

2、然增大。（擊穿時，二極管失去單向導電性）,復習,2、二極管的等效模型理想模型UD+－UD－>0，二極管導通，等效為導線；UD+－UD－≤0，二極管截止，等效為斷路。恒壓降模型UD+－UD－≥UF，二極管導通，等效為UF恒壓源；UD+－UD－<UF，二極管截止，等效為斷路。折線模型UD+－UD－≥Uth，二極管導通，等效為Uth恒壓源串聯(lián)電阻；UD+－UD－<Uth，二極管截止，等效為斷路。,3、二極管

3、的工作狀態(tài)判定方法假設二極管斷開，然后求得二極管正極和負極之間的電壓。如該電壓大于導通電壓，則說明該二極管導通，兩端的實際電壓為二極管的導通電壓；如果該電壓小于導通電壓，則說明該二極管截止。然后進一步計算所要求的各物理量。,第2章 半導體器件基礎（3） 2.3 特殊二極管 2.5 雙極型晶體管第3章 晶體管放大電路基礎（1） 3.1 放大電路的基本概念,教學要求,1、了解穩(wěn)壓二極管的工作區(qū)域。 2、理

4、解三極管各極電流間的關系和電流放大作用。掌握三極管用于放大時的加電原則，并會判斷電壓極性加得對不對?！　?、理解三極管的特性曲線，掌握輸出特性曲線三個區(qū)域的特點。 4、了解放大電路的主要性能指標,2.3 特殊半導體二極管,2.3.1 穩(wěn)壓管及其應用,穩(wěn)壓管是一種由特殊工藝制成的點接觸型硅二極管，與普通二極管相比，其正向特性相似，而反向特性比較陡。 穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)，并且在一定電流范圍內（△IZ），穩(wěn)

5、壓管不會損壞。由于穩(wěn)壓管的擊穿是齊納擊穿，故穩(wěn)壓管也稱為齊納二極管。,,1. 符號及穩(wěn)壓特性,利用二極管反向擊穿特性實現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時工作在反向電擊穿狀態(tài)。在正常穩(wěn)壓狀態(tài)時，IZmax <IZ<IZmin,當IZ<IZmin時，穩(wěn)壓管進入反向截止狀態(tài)，穩(wěn)壓特性消失；,當IZ>IZmax時，穩(wěn)壓管可能被銷毀。,穩(wěn)壓管應用電路,在負載變化不大的場合，穩(wěn)壓管常用來做穩(wěn)壓電源，由于負載和穩(wěn)壓管并聯(lián)，又稱為并

6、聯(lián)穩(wěn)壓電源。穩(wěn)壓管在實際工作時要和電阻相配合使用。,,2.3.2 發(fā)光二極管,發(fā)光二極管通過電流時將發(fā)出光來，又叫LED。應用：1、很多大型顯示屏都是由矩陣式的LED構成的。 2、作為將電信號變?yōu)楣庑盘柕脑?雙極型三極管通常簡稱為晶體三極管，也稱為晶體管或三極管。,2.5.1 雙極型三極管的分類及結構,2.5 雙極型晶體管,2.5.1 雙極型三極管的分類及結構,BJT按照制造材料分為鍺管和硅管；按

7、照工作頻率分為低頻管和高頻管；按照允許耗散的功率大小分為小功率管、中功率管和大功率管。,小功率管,中功率管,大功率管,雙極型三極管的結構示意圖及其符號,1、三個區(qū)、兩個結、三個電極,下圖是NPN管的結構及符號,2、符號中的箭頭表示三極管導通時的電流方向,集電區(qū),集電結,基區(qū),發(fā)射區(qū),發(fā)射結,雙極型三極管的結構示意圖及其符號,1、三個區(qū)、兩個結、三個電極,下圖是PNP管的結構及符號,2、符號中的箭頭表示三極管導通時的電流方向,集電區(qū),集電

8、結,基區(qū),發(fā)射區(qū),發(fā)射結,初學者可以根據三極管符號中的箭頭,1）分清電極：帶箭頭是發(fā)射極，箭頭方向就是電流方向。,2）分清類型：箭頭向外為NPN，向里為PNP 。,NPN管,PNP管,2.5.2 雙極型晶體管的工作原理,1、放大的條件：,內部條件：,(1)發(fā)射區(qū)摻雜濃度高(2)基區(qū)薄且摻雜濃度低(3)集電區(qū)面積大,外部條件：,(1)發(fā)射結正偏；(2)集電結反偏。,外部條件：,(1)發(fā)射結正偏；(2)集電結反偏。,NPN型：UC

9、＞UB ＞ UE,PNP型：UE ＞ UB ＞ UC,(1)發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入“多子”電子形成發(fā)射極電流IE,2、載流子運動情況與各極電流的形成(NPN),發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子集電區(qū)：收集載流子基區(qū)：傳送和控制載流子,(2)擴散及一小部分電子在基區(qū)復合形成基極電流IB,(3)絕大部分電子被集電極收集，形成集電極電流IC,(1)發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入“多子”電子形成發(fā)射極電流IE IE = IE n+ IEp≈ IE n,(2)擴散

10、及一小部分電子在基區(qū)復合形成基極電流IB IB=IBn - ICBO≈ IBn,(3)絕大部分電子被集電極收集，形成集電極電流IC IC=ICn+ ICBO≈ ICn,3、電流分配關系,BJT中載流子的運動情況,IC= ICN+ ICBO,IE=IB+ IC,由于三極管內有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導電，故稱為雙極型三極管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。,-,-,3.幾個重

11、要公式,例1: 在晶體管放大電路中，測得三個晶體管的各個電極的電位如圖。試判斷各晶體管的類型（是NPN管還是PNP管，是硅管還鍺管），并區(qū)分e、b、c三個電極。,(1)UB居中， UE與UB相差小(零點幾伏)。據此可判斷三個電極。同時，又根據 UBE=0.7V(硅管 ) UBE=0.2V(鍺管) 據此判斷硅管和鍺管。 (2)根據UB與UE 的大小或電流流向，可判斷NPN型管還是PNP型管。,解：,e b c

12、,NPN硅管,c b e,PNP硅管,c e b,PNP鍺管,NPN型：UC＞UB ＞ UEPNP型：UE ＞ UB ＞ UC,三極管的三種連接方式（組態(tài)）：,三極管有三個電極，可視為一個二端口網絡，其中兩個電極構成輸入端口、兩個電極構成輸出端口，輸入、輸出端口公用某一個電極。根據公共電極的不同，三極管組成的放大電路有3種連接方式，通常稱為放大電路的三種組態(tài)，即共基極、共發(fā)射極和共集電極電路

13、組態(tài)，如圖2-36所示。,基極為公共電極,發(fā)射極為公共電極,集電極為公共電極,2.5.3 三極管的特性曲線,晶體三極管特性測試電路,重點,1. 輸入特性曲線,,,UCE=0V,UCE≥ 1V,(1) UCE = 0，相當于二極管的正向特性,(3) UCE > 1V后， UCE?， iC基本不變， iB亦基本不變,(2) UCE = 1V，曲線右移（原因是集電結反偏， iE 大部分被拉到集電區(qū)， iB? ）,? 工程上UCE =

14、 1V的曲線即可代表UCE > 1V的情況。,特點：,,,,,,,,,,120(?A),160(?A),200(?A),放大區(qū),截止區(qū),,飽和區(qū),放大區(qū)（線性區(qū)）： 定義：發(fā)射結正偏、　　 集電結反偏 特點： 1. IC =? IB ，具有恒流特性。 2. UBE=0.7V(硅)/0.2v(鍺),iB=0 (?A),40(?A),iB= 80(?A),,飽和區(qū)：定義：發(fā)射結正偏 集電結正

15、偏或零偏 特點： 1、失去電流放大作用 2、UCE = UCES = 0.3V(硅) / 0.1V(鍺),截止區(qū) 定義：發(fā)射結反偏或零偏，集電結反偏 特點：1. IB≤ 0，UBE小于死區(qū)電壓 2.三極管失去放大作用 ， IC = ICEO ≈ 0,2. 輸出特性曲線,uCE=uBE,小結：三極管處于何種狀態(tài)的判定方法,三極管結偏置的判定法——常用于已知結偏置情況下,,1．電

16、流放大倍數 1）直流電流放大系數 2）交流電流放大系數2．極間反向電流 1）集電極－基極之間的反向飽和電流 2）集電極－發(fā)射極之間的穿透電流 3．集電極－發(fā)射極之間反向擊穿電壓,2.5.4 晶體管的主要參數 （自學）,5、 集電極最大允許功率損耗PCM,PCM= ICVCE,4．集電極最大允許電流,PCM＜1W----小功率管,PCM>10W----大功率管,10W>PCM&

17、gt;1W----中功率管,（自學）,溫度對BJT參數及特性的影響,,(1) 溫度對ICBO的影響,溫度每升高10℃，ICBO約增加一倍。,(2) 溫度對? 的影響,溫度每升高1℃， ? 值約增大0.5%~1%。,(3) 溫度對反向擊穿電壓V(BR)CBO、V(BR)CEO的影響,溫度升高時，V(BR)CBO和V(BR)CEO都會有所提高。,2. 溫度對BJT特性曲線的影響,1. 溫度對BJT參數的影響,第3章 晶體管放大電路基礎3

18、.1 放大電路的基本概念,3.1 放大電路的基本概念,3.1.1　放大器的基本概念,(2)放大要求：幅度放大，波形不失真,(3)放大實質：實現(xiàn)能量轉換與控制,(1)放大對象：交流量(即變化量),即由一個能量較小的輸入信號控制直流電源，使之轉換成交流能量輸出，驅動負載。,3.1 放大電路的基本概念,電子系統(tǒng)舉例:收音機接收廣播信號,,,,,廣播電臺,,,電磁感應,,,,前置放大器,,,功率放大器,,,,,,天線,揚聲器,,,屬于交流放大！

19、,3.1.2 放大器的主要性能指標,1. 放大倍數：輸出量與輸入量之比,電壓放大倍數是最常被研究和測試的參數,在工程上常用以10為底的對數增益表達，其基本單位為B（貝爾，Bel），平時用它的十分之一單位dB（分貝，decibel的縮寫）。,由于功率與電壓（或電流）的平方成比例，因此功率增益表示為：,,,2. 輸入電阻和輸出電阻,將輸出等效成有內阻的電壓源，內阻就是輸出電阻。,輸入電壓與輸入電流有效值之比。,從輸入端看進去的等效電阻,,

20、,輸出電阻Ro的另一種求法：,Ro的求法：將信號源短路，即 =0，但保留Rs；且負載RL兩端開路，即RL=∞時,,短路,開路,,,3. 通頻帶,由于電容、電感及放大管PN結的電容效應，使放大電路在信號頻率較低和較高時電壓放大倍數數值下降（中頻區(qū)的0.707倍），并產生相移。,衡量放大電路對不同頻率信號的適應能力。,4. 最大不失真輸出電壓Uom：交流有效值。,5. 最大輸出功率Pom和效率η：功率放大電路的參數,1、在晶體管放大電