半导体器件与模型.pptx

武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院 1、本征半、本征半导体的体的结构与模型构与模型GeGeSiSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。现代电子学中，用得最多的半导体是硅和锗，它现代电子学中，用得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。们的最外层电子（价电子）都是四个。4 4除去价电子后除去价电子后的原子的原子价电子价电子武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院本征半导体：本征半导体：本征半导体：本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体。硅和锗的晶体结构硅和锗的晶体结构硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共价键共用共用电子对电子对+4+4+4+4武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键。，常温下束缚电子很难脱离共价键。形成共价键后，每个原子的最外层电子形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形力，使原子规则排列，形成晶体。成晶体。+4+4+4+4+4+4+4+4武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院2、本征半、本征半导体的体的导电原理原理可将空穴看成带可将空穴看成带正电荷的载流子正电荷的载流子本征半导体中有两种载流子本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电子：带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴和带正电荷的空穴热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为空穴又可能重新结合而成对消失，称为复合复合复合复合。在一定。在一定温度下自由电子和空穴维持一定的浓度。温度下自由电子和空穴维持一定的浓度。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4自自自自由由由由电电电电子子子子空空空空穴穴穴穴温度增加将使价电子获得能量，温度增加将使价电子获得能量，挣脱共价键束缚成为挣脱共价键束缚成为自由电子自由电子，同时在原位留下同时在原位留下空穴空穴。本征激本征激发（热激激发）武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院3、本征半、本征半导体中体中载流子流子浓度度温度一定时，载流子的产生和复合将达到温度一定时，载流子的产生和复合将达到动态平衡，此时载流子浓度为一热平衡值，温动态平衡，此时载流子浓度为一热平衡值，温度升高，本征激发产生的载流子数目将增加，度升高，本征激发产生的载流子数目将增加，但同时复合作用也增加，载流子的产生和复合但同时复合作用也增加，载流子的产生和复合将在新的更大浓度值的基础上达到动态平衡。将在新的更大浓度值的基础上达到动态平衡。本征激发中有本征激发中有武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院据理论分析和实验证明，有据理论分析和实验证明，有本征半导体的导电能力很弱，可通过本征半导体的导电能力很弱，可通过掺杂掺杂来进行改善来进行改善温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院1.半导体中两种载流子半导体中两种载流子带负电的带负电的自由电子自由电子带正电的带正电的空穴空穴2.本本征征半半导导体体中中，自自由由电电子子和和空空穴穴总总是是成成对对出出现现，称为称为电子电子-空穴对空穴对。4.由由于于物物质质的的运运动动，自自由由电电子子和和空空穴穴不不断断的的产产生生又又 不不断断的的复复合合。在在一一定定的的温温度度下下，产产生生与与复复合合运运动动会达到平衡，载流子的浓度就一定了会达到平衡，载流子的浓度就一定了。5.载载流流子子的的浓浓度度与与温温度度密密切切相相关关，它它随随着着温温度度的的升升 高，基本按指数规律增加。高，基本按指数规律增加。小小 结3.本征半导体中本征半导体中自由电子和空穴的浓度自由电子和空穴的浓度用用ni和和pi表示，显然表示，显然ni=pi。武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院1.1.2 杂质半半导体体掺入杂质后的本征半导体称为掺入杂质后的本征半导体称为杂质半导体杂质半导体。P P型半导体型半导体 P P型型半半导导体体中中空空穴穴是是多多数数载载流流子子（多多子子），主主要要由由掺掺杂杂形形成成；电电子子是是少少数数载载流流子子（少少子子），由由热热激激发形成发形成 空穴很容易俘获电子，使杂质空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为原子成为负离子负离子。三价杂质称为。三价杂质称为受受主杂质主杂质本征半导体中掺入本征半导体中掺入三价三价杂质元素，杂质元素，如硼、镓、铟等形成如硼、镓、铟等形成 P P型半导体型半导体(或或空穴型半导体空穴型半导体)+4+4+4+4+4+4+3+3武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入五价五价杂质元素，例如磷，可形杂质元素，例如磷，可形成成N型半导体型半导体（电子型半导体）。（电子型半导体）。在在N N型半导体中型半导体中自由电子是自由电子是多子多子,它主要由杂质原子提供；它主要由杂质原子提供；空穴是少子空穴是少子,由热激发形成。由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原提供自由电子的五价杂质原子因自由电子脱离而带正电荷成子因自由电子脱离而带正电荷成为为正离子正离子，五价杂质原子被称为，五价杂质原子被称为施主杂质施主杂质N型半导体型半导体+5+5+4+4+4+4+4+4武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院1.掺掺入入杂杂质质的的浓浓度度决决定定多多数数载载流流子子浓浓度度；温温度度决决定少数载流子的浓度。定少数载流子的浓度。3.杂质半导体总体上保持电中性。杂质半导体总体上保持电中性。4.杂质半导体的表示方法如下图所示。杂质半导体的表示方法如下图所示。2.杂杂质质半半导导体体载载流流子子的的数数目目要要远远远远高高于于本本征征半半导导体，因而其导电能力大大改善。体，因而其导电能力大大改善。N型半导体型半导体P型半导体型半导体说明：明：武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院1.1.3 半半导体中的体中的电流流1 1、漂移电流、漂移电流 外加电场时，载流子在电场力的作用下形成定向外加电场时，载流子在电场力的作用下形成定向运动，称为漂移运动，并由此产生电流，称为运动，称为漂移运动，并由此产生电流，称为漂移电漂移电漂移电漂移电流流流流。漂移电流为两种载流子漂移电流之和，方向与外漂移电流为两种载流子漂移电流之和，方向与外电场一致。电场一致。2 2、扩散电流、扩散电流当半导体有光照或者载流子注入时，半导体中当半导体有光照或者载流子注入时，半导体中将出现载流子的浓度差，载流子将由高浓度区域向将出现载流子的浓度差，载流子将由高浓度区域向低浓度区域运动，这种定向运动称为扩散运动，由低浓度区域运动，这种定向运动称为扩散运动，由此形成的电流称为此形成的电流称为扩散电流扩散电流扩散电流扩散电流。武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院1.2 PN结1.2.1PN1.2.1PN结的形成结的形成结的形成结的形成将一块半导体的一侧掺杂成将一块半导体的一侧掺杂成P型型半导体，另一侧掺杂成半导体，另一侧掺杂成N型半导体，型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层特殊的薄层PNPN结结结结。武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院内电场内电场 多子多子扩散扩散 形成空间电荷区形成空间电荷区 产生内电场产生内电场 阻止阻止阻止阻止 少子少子漂移漂移促使促使促使促使 扩散与漂移达到动态平衡扩散与漂移达到动态平衡 形成一定宽度的形成一定宽度的PNPN结结电位电位耗尽层耗尽层阻挡层阻挡层势垒区势垒区武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院1.2.2 PN结的的导电特性特性1 1 1 1、正向特性、正向特性、正向特性、正向特性PN结外加直流电压结外加直流电压VF：P区接高电位（正电位），区接高电位（正电位），N区接低电位（负电位）区接低电位（负电位）内电场内电场外电场外电场变薄变薄+PN+_内电场被削弱，多子的扩内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形成较大的散加强，能够形成较大的扩散电流。扩散电流。正偏正偏正向电流正向电流正偏时，正偏时，PN结呈现结呈现为一个小电阻。为一个小电阻。武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院2 2 2 2、反向特性、反向特性、反向特性、反向特性硅硅PN结的结的Is为为pA级级温度温度T增加增加Is增大增大内电场内电场外电场外电场PN结反偏：结反偏：P区接低电位（负电位），区接低电位（负电位），N区接高区接高电位（正电位）。电位（正电位）。NP+变厚变厚_+内电场被加强，多子的扩散受内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小电流数量有限，只能形成较小电流反偏时，反偏时，PN结呈现为一个大电阻。结呈现为一个大电阻。反偏反偏反向电流反向电流武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院结论 PN结正向偏置结正向偏置空间电荷区变窄空间电荷区变窄正向电阻很小（理正向电阻很小（理想时为想时为0）正向电流较大正向电流较大PN结导通结导通 PN结反向偏置结反向偏置空间电荷区变宽空间电荷区变宽想时为想时为）反向电流（反向饱和电流）极小（理想时为反向电流（反向饱和电流）极小（理想时为0）PN结截止结截止反向电阻很大（理反向电阻很大（理单向导电性单向导电性单向导电性单向导电性PNPN结正向偏置时导通，反向偏置时截止结正向偏置时导通，反向偏置时截止结正向偏置时导通，反向偏置时截止结正向偏置时导通，反向偏置时截止武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院正偏正偏反偏反偏3、PN结的正向伏安特性的正向伏安特性PN结所加端电压结所加端电压vD与流过它的电流与流过它的电流I的的关系为：关系为：一般而言，要产生正向电流时，外加电压远大一般而言，要产生正向电流时，外加电压远大于于VT，正向电流远大于，正向电流远大于Is，则可得，则可得Is非常小，常忽非常小，常忽略不计。略不计。门坎电压门坎电压Vth武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院1.2.3 PN结的的击穿特性穿特性二极管处于反向偏置时，在一定的电压二极管处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过范围内，流过PN结的电流很小，但电压超过结的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象我们就称为我们就称为反向击穿反向击穿。击穿时对应的反向电。击穿时对应的反向电压称为击穿电压，计为压称为击穿电压，计为V(BR)。击穿形式分为两种：击穿形式分为两种：雪崩击穿和齐纳击穿雪崩击穿和齐纳击穿。武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院雪崩击穿：雪崩击穿：如果如果掺杂浓度较低掺杂浓度较低，PN结较厚实，当结较厚实，当反向电压增高时，空间电荷区增厚，内电场反向电压增高时，空间电荷区增厚，内电场加强，有利于少子的漂移运动，使少子在其加强，有利于少子的漂移运动，使少子在其中获得加速，从而把电子从共价键中撞出，中获得加速，从而把电子从共价键中撞出，形成雪崩式的连锁反应，载流子急剧增加，形成雪崩式的连锁反应，载流子急剧增加，反向电流猛增，形成雪崩击穿。反向电流猛增，形成雪崩击穿。由于由于PN结较厚，对电场强度要求高，结较厚，对电场强度要求高，所需反向电压大。所需反向电压大。武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院齐纳击穿：齐纳击穿：高掺杂高掺杂情况下，阻挡层很窄，宜于形情况下，阻挡层很窄，宜于形成强电场，而破坏共价键，使价电子脱离成强电场，而破坏共价键，使价电子脱离共价键束缚形成电子空穴对，致使电流共价键束缚形成电子空穴对，致使电流急剧增加。急剧增加。击穿现象破坏了击穿现象破坏了PN结的单向导电结的单向导电性，我们在使用时要避免。性，我们在使用时要避免。*击穿并不意味着击穿并不意味着PN结烧坏。结烧坏。可利用击穿特性制成稳压二极管。可利用击穿特性制成稳压二极管。武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院击穿电压的温度特性：击穿电压的温度特性：击穿电压的温度特性：击穿电压的温度特性：齐纳击穿电压具有负温度系数齐纳击穿电压具有负温度系数击穿电压低于击穿电压低于6V的击穿属于齐纳击穿的击穿属于齐纳击穿击穿电压高于击穿电压高于6V的击穿属于雪崩击穿的击穿属于雪崩击穿雪崩击穿电压具有正温度系数雪崩击穿电压具有正温度系数武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院PN结的温度特性的温度特性T在电流不变情况下管压降在电流不变情况下管压降Vth反向饱和电流反向饱和电流IS，V(BR)硅硅PN结稳定性较锗结好结稳定性较锗结好温度每升高温度每升高1度，反度，反相饱和电流增加相饱和电流增加1倍倍50i/mAu/V0.20.425510150.010.020 正向特性左移，反向特性下移正向特性左移，反向特性下移武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院1.2.4 PN结的的电容特性容特性1、势垒电容势垒电容CT：PN结上的结上的反偏反偏电压变化时，空电压变化时，空间电荷区相应变化，结区中的正负离子数量也发生改间电荷区相应变化，结区中的正负离子数量也发生改变，即存在电荷的增减，这相当于电容的充放电，变，即存在电荷的增减，这相当于电容的充放电，PN结显出电容效应，称为势垒电容。结显出电容效应，称为势垒电容。PN结的总电容：结的总电容：2、扩散电容扩散电容CD：正偏正偏时，多数载流子的扩散运动时，多数载流子的扩散运动加强，多子从一个区进入另一区后继续扩散，一部分加强，多子从一个区进入另一区后继续扩散，一部分复合掉了，这样形成一定浓度分布，结的靠复合掉了，这样形成一定浓度分布，结的靠P区一侧区一侧集结了电子，另一侧集结了空穴，即形成了电荷的积集结了电子，另一侧集结了空穴，即形成了电荷的积累，这种效应用扩散电容表示。累，这种效应用扩散电容表示。利用利用PN结的电容特性，可以构成变容二极管结的电容特性，可以构成变容二极管低频使用时，可忽略结电容的影响。低频使用时，可忽略结电容的影响。武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院1.2.5 二极管的二极管的结构和主要参数构和主要参数1 1、二极管的结构、二极管的结构、二极管的结构、二极管的结构平面型二极管平面型二极管：用于集成电路中。：用于集成电路中。面接触型二极管面接触型二极管：PN结面积大，允许通过较结面积大，允许通过较高较大电流，但结电容大，适于低频工作。高较大电流，但结电容大，适于低频工作。点接触型二极管点接触型二极管：PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，工作频率高，但不能承受较高反向电压和较工作频率高，但不能承受较高反向电压和较大电流。大电流。引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片PN结结PN符号符号A阳极阳极K阴极阴极武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院2 2、二极管的、二极管的、二极管的、二极管的V VI I特性特性特性特性VI死区电压死区电压硅管硅管0.6V,锗管锗管0.2V。导通压降导通压降:硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向击穿反向击穿电压电压VBR武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院二极管长期使用时，允许流过二极管二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流的最大正向平均电流3 3 3 3、二极管的主要参数、二极管的主要参数、二极管的主要参数、二极管的主要参数1）最大整流电流）最大整流电流IFM2）最高反向电压）最高反向电压VRM3）反向电流）反向电流IR4）最高工作频率）最高工作频率fM二极管反向击穿时的电压值。击穿时反二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压手册上给出的最高反向工作电压VWRM一般是一般是VBR的一半的一半二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流越小，管子的单向导电性越好。温度越高反向电流反向电流越小，管子的单向导电性越好。温度越高反向电流越大。硅管的反向电流小于锗管越大。硅管的反向电流小于锗管前三项是二极管的直流参数，主要利前三项是二极管的直流参数，主要利用二极管的单向导电性，应用于用二极管的单向导电性，应用于整流、整流、整流、整流、限幅、保护限幅、保护限幅、保护限幅、保护等等等等武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院1.3 二极管的等效模型及分析方法二极管的等效模型及分析方法1 1、指数模型、指数模型、指数模型、指数模型2 2、理想二极管开关模型、理想二极管开关模型、理想二极管开关模型、理想二极管开关模型适应于电源电压远大于适应于电源电压远大于二极管的管压降时二极管的管压降时特性模型特性模型电路模型电路模型武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院3 3、二极管恒压降模型、二极管恒压降模型、二极管恒压降模型、二极管恒压降模型电源电压不是很大，可与二极管的导通压降电源电压不是很大，可与二极管的导通压降比拟时，应考虑二极管的管压降比拟时，应考虑二极管的管压降硅二极管管压降常取为硅二极管管压降常取为0.7V，锗管压降取，锗管压降取0.2V。恒压降模型恒压降模型特性模型特性模型武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院4 4、折线模型、折线模型、折线模型、折线模型当二极管导通时，端电压很小的变化将引起电当二极管导通时，端电压很小的变化将引起电流的很大变化，在一些应用场合，不能忽略这流的很大变化，在一些应用场合，不能忽略这个变化。个变化。折线电路模型折线电路模型特性模型特性模型武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院二极管特性曲线在二极管特性曲线在Q点的斜率为点的斜率为当二极管工作在当二极管工作在Q点附近时，折线与曲线正点附近时，折线与曲线正切于该点，由切线的斜率可求得等效电压切于该点，由切线的斜率可求得等效电压武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院5 5、小信号模型、小信号模型、小信号模型、小信号模型当外加信号工作在特性曲线的某一小范围内时，二当外加信号工作在特性曲线的某一小范围内时，二极管的电流将与外加电压的变化成线性关系，可用极管的电流将与外加电压的变化成线性关系，可用小信号模型来进行等效。小信号模型来进行等效。小信号模型小信号模型高频高频小信号模型小信号模型特性模型特性模型静态电压静态电压静态电流静态电流未加交流信号时未加交流信号时的的静态工作点静态工作点管子的管子的体电阻体电阻武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院1.3.2 二极管二极管电路的分析方法路的分析方法1 1、图解法、图解法、图解法、图解法静态工作点的图解静态工作点的图解静态工作点的图解静态工作点的图解线性电路方程线性电路方程二极管电流方程二极管电流方程据电路原理，两者端电压据电路原理，两者端电压和电流相等。两线交点和电流相等。两线交点Q为为静态工作点静态工作点，对应的，对应的IQ为静态电流，为静态电流，VQ为静态为静态电压。电压。直流负载线直流负载线2 2、工程近似分析方法、工程近似分析方法、工程近似分析方法、工程近似分析方法3 3、小信号分析方法、小信号分析方法、小信号分析方法、小信号分析方法武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院交流信号的图解交流信号的图解交流信号的图解交流信号的图解线性电路方程线性电路方程武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院2 2、工程近似法、工程近似法、工程近似法、工程近似法1 1）整流电路）整流电路）整流电路）整流电路武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院3 3）开关电路）开关电路）开关电路）开关电路例例:电路如图，求：电路如图，求：VAB忽略二极管正向压降，二极管忽略二极管正向压降，二极管D2可看作短路可看作短路D6V12V3k BAD2V VABAB+取取B点作点作参考点参考点，V1阳阳=6V，V2阳阳=0V，V1阴阴=V2阴阴，由于由于V2阳阳电压高，因此电压高，因此D2优先导通优先导通VAB=0V，D1截止截止武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院4 4）低电压稳压电路）低电压稳压电路）低电压稳压电路）低电压稳压电路当电路工作时，若电源出现波动或者负载发生当电路工作时，若电源出现波动或者负载发生改变，将引起输出电压的变化，为稳定输出电压，改变，将引起输出电压的变化，为稳定输出电压，可采用二极管稳压电路。可采用二极管稳压电路。戴维南等效电路 rd的引入，使的引入，使VI的变化对电的变化对电流变化的影响减小流变化的影响减小所以所以输出电压稳定输出电压稳定武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院3 3、小信号等效分析法、小信号等效分析法、小信号等效分析法、小信号等效分析法小信号等效电路小信号等效电路二极管电路如图，求输出电压。二极管电路如图，求输出电压。其中其中输入交流信号较小时，可将二极管输入交流信号较小时，可将二极管视为线性元件，用引线电阻和体电视为线性元件，用引线电阻和体电阻串联来等效。阻串联来等效。武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院1.3.3特殊二极管特殊二极管1 1、稳压二极管、稳压二极管、稳压二极管、稳压二极管(a)符号符号(b)2CW17伏安特性伏安特性利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态，反向电压应大于稳压电压时工作在反向电击穿状态，反向电压应大于稳压电压DZ反向击穿反向击穿电压电压即稳压值稳压值武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院稳压管的主要参数稳压管的主要参数稳压管的主要参数稳压管的主要参数(1)稳定电压稳定电压VZ(2)动态电阻动态电阻rZ在规定的稳压管反向工作电流在规定的稳压管反向工作电流在规定的稳压管反向工作电流在规定的稳压管反向工作电流I IZ Z下，所对应的反向工作电压下，所对应的反向工作电压下，所对应的反向工作电压下，所对应的反向工作电压rZ=VZ/IZ(3)最大耗散功率最大耗散功率 PZM(4)最稳定工作电流最稳定工作电流IZmax和最大小稳定工作电流和最大小稳定工作电流IZmin(5)温度系数温度系数 VZ武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院简单稳压电路简单稳压电路简单稳压电路简单稳压电路问题：问题：问题：问题：1）不加）不加R可以吗？可以吗？2）上述电路）上述电路VI为正弦波，为正弦波，且幅值大于且幅值大于VZ，VO的波的波形是怎样的？形是怎样的？（1 1）设电源电压波动）设电源电压波动）设电源电压波动）设电源电压波动(负载不变负载不变负载不变负载不变)VIVOVZIZVOVRIR（2 2）设负载变化）设负载变化）设负载变化）设负载变化(电源不变电源不变电源不变电源不变)略略略略武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院2 2、变容二极管、变容二极管、变容二极管、变容二极管4 4、PINPIN二极管二极管二极管二极管5 5、光电二极管、光电二极管、光电二极管、光电二极管发光二极管发光二极管光敏二极管光敏二极管 光电耦合器件光电耦合器件3 3、肖特基二极管、肖特基二极管、肖特基二极管、肖特基二极管武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院1.4 半半导体三体三极管极管1 1 1 1、三极管的分类、三极管的分类、三极管的分类、三极管的分类按照材料分：硅管、锗管等按照材料分：硅管、锗管等按照频率分：高频管、低频管按照频率分：高频管、低频管按照功率分：小、中、大功率管按照功率分：小、中、大功率管按照结构分：按照结构分：NPN型和型和PNP型型(a)和和(b)都是小功率管，都是小功率管，(c)为中功率管，为中功率管，(d)为大功率管为大功率管1.4.1 1.4.1 三三三三极管的极管的极管的极管的结结构、符号及分构、符号及分构、符号及分构、符号及分类类武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院2 2、基本结构和符号、基本结构和符号、基本结构和符号、基本结构和符号beTcNPNNPN型型N+发射区发射区N集电区集电区P 基区基区b基极基极e发射极发射极c集电极集电极发射结发射结集电结集电结NPN+ebc武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院PNP型型NP+Peb基区基区集电区集电区发射区发射区发射结发射结集电结集电结集电极集电极c发射极发射极基极基极beTcPNP武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院结构特点结构特点结构特点结构特点1）发射区掺杂浓度很高，且发射结的）发射区掺杂浓度很高，且发射结的面积较小面积较小2）集电结的面积大于发射结的面积，）集电结的面积大于发射结的面积，便于收集电子便于收集电子3）基区非常薄，掺杂溶度也很低）基区非常薄，掺杂溶度也很低三极管具有电流放大作用的内因三极管具有电流放大作用的内因武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院3 3 3 3、三极管（放大电路）的三种组态、三极管（放大电路）的三种组态、三极管（放大电路）的三种组态、三极管（放大电路）的三种组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示表示;共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用，基极作为公共电极，用CB表示。表示。共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；如何判断组态？如何判断组态？武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院PNP 管：VBE0即VCVB0 VBCVBVEceb发射结正向偏置发射结正向偏置集电结反向偏置集电结反向偏置晶体管具有电流放大作用的外部条件：晶体管具有电流放大作用的外部条件：晶体管具有电流放大作用的外部条件：晶体管具有电流放大作用的外部条件：IEIBRBVEEICVCC输输入入电电路路输输出出电电路路RCbce武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院三极管的工作状态三极管的工作状态三极管的工作状态三极管的工作状态正偏正偏正正偏偏反偏反偏反反偏偏饱和区饱和区反向工反向工作区作区截止区截止区正向工正向工作区作区小信号放大电路小信号放大电路的工作区的工作区武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院1.4.2 1.4.2 三三三三极管放大区的工作原理极管放大区的工作原理极管放大区的工作原理极管放大区的工作原理VEERBNPN发射区向基区扩散电子电子在基区扩散与复合电源负极向发射电源负极向发射区补充电子形成区补充电子形成发射极电流发射极电流IEIEEB正极拉走电子，正极拉走电子，补充被复合的空补充被复合的空穴，形成穴，形成IBIB集电区收集电子电子流向电源电子流向电源正极形成正极形成ICIC发射极注发射极注入载流子入载流子电子在基电子在基区中的扩区中的扩散与复合散与复合集电区收集电区收集电子集电子1 1、三极管的载流子运动过程、三极管的载流子运动过程、三极管的载流子运动过程、三极管的载流子运动过程武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系集电极电流集电极电流集电极电流集电极电流发射极电流发射极电流发射极电流发射极电流基极电流基极电流基极电流基极电流ICIB武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院整理可得：整理可得：ICBO称反向饱和电流称反向饱和电流ICEO称穿透电流称穿透电流1）共射直流电流放大系数）共射直流电流放大系数2）共射交流电流放大系数）共射交流电流放大系数VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共发射极接法共发射极接法2 2 2 2、晶体管的共射电流放大系数、晶体管的共射电流放大系数、晶体管的共射电流放大系数、晶体管的共射电流放大系数 是共射极电流放大系数，是共射极电流放大系数，只与管子的结构尺寸和掺杂浓只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关度有关，与外加电压无关。一般与外加电压无关。一般 1（10100）三极管的基极电流对集三极管的基极电流对集三极管的基极电流对集三极管的基极电流对集电极电流具有控制作用电极电流具有控制作用电极电流具有控制作用电极电流具有控制作用武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院2 2 2 2）共基交流电流放大系数）共基交流电流放大系数）共基交流电流放大系数）共基交流电流放大系数或或 与与与与 的关系的关系的关系的关系ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基极接法共基极接法3 3 3 3、共基电流放大系数、共基电流放大系数、共基电流放大系数、共基电流放大系数1 1 1 1）共基直流电流放大系数）共基直流电流放大系数）共基直流电流放大系数）共基直流电流放大系数 为共基极电流放大系数，为共基极电流放大系数，它只与管子它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电与外加电压无关压无关。一般。一般 =0.9 0.99武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院1.4.3 1.4.3 三三三三极管的伏安特性曲极管的伏安特性曲极管的伏安特性曲极管的伏安特性曲线线1 1、共基电路特性曲线、共基电路特性曲线、共基电路特性曲线、共基电路特性曲线输入特性曲线输入特性曲线基区宽度调制效应基区宽度调制效应基区宽度调制效应基区宽度调制效应导致输出电导致输出电压的增加使曲线左移。压的增加使曲线左移。i iE Ei iC Cv vBEBE-+-+v vCBCBV VEEEEV VCCCC武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院输出特性曲线输出特性曲线截止区截止区放放大大区区饱饱和和区区放大区放大区：发射结正偏、集：发射结正偏、集电结反偏，输入电流对输电结反偏，输入电流对输出电流有控制作用。出电流有控制作用。共基组态共基组态交流电流传输系数交流电流传输系数基区宽度调制效应基区宽度调制效应基区宽度调制效应基区宽度调制效应导致导致曲线随曲线随vCB增加而略微上倾增加而略微上倾截止区截止区：饱和区饱和区：vCB0,发射结正偏、集电结反偏，发射结正偏、集电结反偏，iC随随iB线性变化。线性变化。共发组态共发组态交流电流传输系数交流电流传输系数饱和区饱和区：vCB0,两结正偏，两结正偏，iC不不受受iB控制，达到饱和。控制，达到饱和。iC随随vCE增增大而增大。大而增大。VCES为饱和压降。为饱和压降。临界饱临界饱和线和线临界饱和线临界饱和线：vCB0为集电结处于正偏和反偏的临为集电结处于正偏和反偏的临界值，对应的曲线为临界饱和线。界值，对应的曲线为临界饱和线。武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院基区宽度调制效应导致基区宽度调制效应导致曲线随曲线随vCE增加而上倾。增加而上倾。输出特性曲线向左延伸交于一点，相应的电压输出特性曲线向左延伸交于一点，相应的电压VA称为称为厄尔利电压厄尔利电压。击穿区击穿区：vCE太大，出现击穿其值与太大，出现击穿其值与iB成正比。成正比。对应对应iB0（iCICEO）的击穿电压为）的击穿电压为V(BR)CEO对应对应iE0（iB-ICBO）的击穿电压为）的击穿电压为V(BR)CBO截止区截止区：截止区截止区放放大大区区饱饱和和区区武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院1.4.4 1.4.4 三三三三极管的主要参数极管的主要参数极管的主要参数极管的主要参数集电结反向饱和电流集电结反向饱和电流ICBO集电极穿透电流集电极穿透电流ICEOICEO=(1+)ICBO 电流传输系数（放大倍数）电流传输系数（放大倍数）电流传输系数（放大倍数）电流传输系数（放大倍数）极间反向饱和电流极间反向饱和电流极间反向饱和电流极间反向饱和电流发射结反向饱和电流发射结反向饱和电流IEBO结电容结电容结电容结电容发射结电容发射结电容Cbe集电结电容集电结电容Cbc电流放大系数电流放大系数、武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院极限参数极限参数极限参数极限参数集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM反向击穿电压反向击穿电压V(BR)CEO、V(BR)CEO、V(BR)CBO集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM使用时不允许超使用时不允许超使用时不允许超使用时不允许超过这些极限参数过这些极限参数过这些极限参数过这些极限参数.V(BR)CEOPCM=ICVCEICM安安安安全全全全工工工工作作作作区区区区过损区过损区过损区过损区iC/mAOvCE武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院温度对三极管参数及特性的影响温度对三极管参数及特性的影响温度对三极管参数及特性的影响温度对三极管参数及特性的影响温度温度T 少子浓度少子浓度 IC ICBO,ICEO IC=IB+(1+)ICBOIB VBE 载流子运动加剧，载流子运动加剧，发射相同数量载流发射相同数量载流子所需电压子所需电压 输入特性曲线输入特性曲线左移左移 载流子运动加剧，载流子运动加剧，多子穿过基区的速多子穿过基区的速度加快，复合减少度加快，复合减少IC IB输出特性输出特性曲线曲线上移上移输出特性输出特性曲线族曲线族间隔加宽间隔加宽温度每上升温度每上升l，值约增大值约增大0.51温度上升温度上升10，ICEO将增加一倍将增加一倍温度上升温度上升1，VBE将下降将下降22.5mV武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院三极管工作状态的判断三极管工作状态的判断例例1：测量某测量某NPN型型BJT各电极对地的电压值如下，各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？试判别管子工作在什么区域？（1 1）V VC C 6V6V V VB B 0.7V0.7V V VE E 0V0V（2 2）V VC C 6V6V V VB B 4V4V V VE E 3.6V3.6V（3 3）V VC C 3.6V3.6V V VB B 4V4V V VE E 3.4V3.4V解：解：原则：原则：正偏正偏反偏反偏反偏反偏集电结正偏正偏正偏正偏反偏反偏发射结饱和和放大放大截止截止对对NPN管而言，放大时管而言，放大时V VC C V VB B V VE E对对PNP管而言，放大时管而言，放大时V VC C V VB B V VE E（1）放大区）放大区（2）截止区）截止区（3）饱和区）饱和区|V|VBEBE|0.7V|0.7V发射结正向导通时发射结正向导通时武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院例例2某放大电路中某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。三个电极的电流如图所示。IA-2mA,IB-0.04mA,IC+2.04mA,试判断管脚、管型。试判断管脚、管型。解：电流判断法。解：电流判断法。电流的正方向和电流的正方向和KCL。IE=IB+ICABCIAIBICC为发射极为发射极B为基极为基极A为集电极。为集电极。管型为管型为NPN管。管。管脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。武汉大学电子信息学院武汉大学电子信息学院例例例例33：测测测测得得得得工工工工作作作作在在在在放放放放大大大大电电电电路路路路中中中中几几几几个个个个晶晶晶晶体体体体管管管管三三三三个个个个电电电电极极极极的的的的电电电电位位位位U U1 1、U U2 2、U U3 3分别为：分别为：分别为：分别为：（1 1）U U1 1=3.5V=3.5V、U U2 2=2.8V=2.8V、U U3 3=12V=12V （2 2）U U1 1=6V=6V、U U2 2=11.8V=11.8V、U U3 3=12V=12V判判判判断断断断它它它它们们们们是是是是NPNNPN型型型型还还还还是是是是PNPPNP型型型型？是是是是硅硅硅硅管管管管还还还还是是是是锗锗锗锗管管管管？并并并并确确确确定定定定e e、b b、c c。（1 1）U U1 1bb、U U2 2e e、U U3 3cNPNcNPN硅硅硅硅（2 2）U U1 1c c、U U2 2bb、U U3 3ePNPePNP锗锗锗锗原则：先求原则：先求原则：先求原则：先求U UBEBE，若等于，若等于，