电子技术课程模拟电路第1章常用半导体器件课件.ppt

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1、第,1,章,常用半导体器件,第,1,章,常用半导体器件,1.1,半导体基础和半导体二极管,1.2,1.3,双极型半导体三极管,1.4,场效应半导体三极管,晶闸管,(,可控硅,SCR),2020/4/29,回首页,1,1.1,半导体基础和半导体二极管,第,1,章,常用半导体器件,体器件有,半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。常用的半导,各种电子电路最基本的元件。,二极管、三极管、场效应管,等。半导体器件是构成,1.1.1 PN,结,半导体,锗,：,导电性能,介于导体和绝缘体之间的物质，,如硅,电子。,(Ge),。硅和锗是,4,价元素，原子的最外层轨道上有,4,个价,(Si),、,本征半导体：

2、,纯净,晶体结构完整的半导体。,杂质半导体：,在本征半导体中掺入某些微量杂质。,2020/4/29,回首页,2,1,半导体的导电特征,热激发,产生自由电子和空穴,第,1,章,常用半导体器件,每个硅原子周围有四个相邻的原子，原子之间通过,共价键,紧密,结合在一起。两个相邻原子共用一对电子。,室温下，由于热运动少数价,电子挣脱共价键的束缚成为,自,由电子，,同时在共价键中留下,一个空位这个空位称为,空穴。,失去价电子的原子成为正离子，,就好象空穴带正电荷一样。,2020/4/29,回首页,3,价电子填补空穴,第,1,章,常用半导体器件,空穴运动,邻近共价键中的价电子,填补空穴，空穴便转移,到邻近共

3、价键中。新的,空穴又会被邻近的价电,子填补。带负电荷的价,a,电子依次填补空穴的运,b,动，从效果上看，相当,于,带正电荷的空穴作相,c,反方向的运动。,2020/4/29,回首页,4,本征半导体小结,第,1,章,常用半导体器件,*,本征半导体有,两种载流子：,带负电荷的自由电子和带正电,荷的空穴。,*,热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴,又可能重新结合而成对消失，称为,复合。,*,在一定温度下本征半导体的自由电子和空穴维持一定的浓,度，,导电能力很弱。,2020/4/29,回首页,5,2.,掺杂半导体,N,型半导体,第,1,章,常用半导体器件,在本征半导体硅或锗中掺入,磷、砷

4、等,5,价元素,，在构成的共,价键结构中，由于存在多余的价电子而产生大量自由电子，这,种半导体主要靠自由电子导电，称为电子半导体或,N,型半导体,，,其中,自由电子为多数载流子，,热激发形成的空穴为少数载流子。,自由电子,空穴,2020/4/29,多数载流子（简称,多子,）,少数载流子（简称,少子,）,回首页,6,P,型半导体,第,1,章,常用半导体器件,在纯净半导体硅或锗中掺入,硼、铝等,3,价元素，,在构成的共,价键结构中，由于缺少价电子而形成大量空穴，这类掺杂后,的半导体其导电作用主要靠空穴运动，称为空穴半导体或,P,型,半导体，其中,空穴为多数载流子，,热激发形成的,自由电子是,少数载

5、流子。,空穴,多数载流子（简称多子）,自由电子,少数载流子（简称少子）,2020/4/29,回首页,7,掺杂半导体小结,第,1,章,常用半导体器件,N,型,半,导,体,P,型,半,导,体,*,无论是,P,型半导体还是,N,型半导体都是中性的，对外不显电性。,*,多数载流子的数量由掺入的杂质的浓度决定，掺杂浓度越高,多数载流子的数量越多。,*,少数载流子数量是热激发而产生的，其数量的多少决定于温,度。,2020/4/29,回首页,8,3,PN,结及其单向导电性,第,1,章,常用半导体器件,PN,结的形成,*,浓度低的区域运动，这种运动称为,如果载流子浓度分布不均匀，载流子将会从浓度高的区域向,扩

6、散运动,。,*,载流子在,电场作用,下的定向运动称为,漂移运动,。,*,导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层,将一块半导体的一侧掺杂成,P,型半导体，另一侧掺杂成,N,型半,结。,PN,2020/4/29,回首页,9,第,1,章,常用半导体器件,扩散与漂移达到,成一定宽度的,PN,动态平衡,结,形,多子扩散,形成空间电荷区,促使,少子漂移,阻止,产生内电场,P,区,N,区,P,区,空间电荷区,N,区,载,流,子,的,扩,散,运,动,内电场方向,PN,结及其内电场,2020/4/29,回首页,10,PN,结的单向导电性,第,1,章,常用半导体器件,大超过少子漂移运动，形成较大的正向电

7、流，这时称,外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，多子扩散运动大,外加正向电压（也叫正向偏置）,于,导通,状态。,PN,结处,空,间,电,荷,区,P,区,空间电荷区,N,区,变,窄,P,N,内电场方向,I,F,外,电,场,内,电,场,PN,结及其内电场,E,R,2020/4/29,回首页,11,外加反向电压（也叫反向偏置）,第,1,章,常用半导体器件,以进行，少子在电场作用下形成反向电流,外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难,运动产生的，,I,很小，这时称,PN,结处于,截止,I,，因为是少子漂移,状态。,空,间,电,荷,区,变,宽,P,区,空间电荷区,N,区,P,N,内,电,场

8、,外,电,场,I,内电场方向,E,R,硕,PN,结及其内电场,2020/4/29,回首页,12,1.1.2,半导体二极管,第,1,章,常用半导体器件,1,半导体二极管的结构与符号,了半导体二极管，简称,一个,PN,结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成,。,半导体二极管按其结构不同可分为点接触型和面接触型两类,二极管。,检波及脉冲数字电路中的开关元件。,点接触型二极管,PN,结面积很小，结电容很小，多用于高频,流电路中。,面接触型二极管,PN,结面积大，结电容也小，多用在低频整,阳,极,阴,极,2020/4/29,回首页,13,第,1,章,常用半导体器件,2,半导体二极管的伏安特性曲线,

9、（,1,）正向特性,(,外加正向电压,),电场不足以克服内电场对多,外加正向电压较小时，外,子扩散的阻力，,截止状态，,PN,结仍处于,，正向电流随着正向电压增,正向电压大于死区电压后,电流为零。,大迅速上升。通常,硅管约为,死区电压,0.2V,。,0.5V,，锗管约为,（,2,）反向特性,(,外加反向电压,),反向电压大于击穿电压,外加反向电压时，,PN,V,结处于截止状态，反向饱和电流,I,S,很小。,BR,时，,反向电流急剧增加。,2020/4/29,回首页,14,第,1,章,常用半导体器件,根据理论推导，二极管的,伏安特性曲线,可用下式表示,:,I,?,I,V,V,S,(e,T,?,1

10、,),式中,I,S,为反向饱和电流，,V,为二极管两端的电压降，,V,荷量，,T,=,kT/q,称为温度的电压当量，,k,为玻耳兹曼常数，,q,为电子电,T,为热力学温度。对于室温（相当,T,=300K,），则有,V,T,=26mV,。,2020/4/29,回首页,15,3.,二极管模型,（,1,）理想模型,正向偏置时：,第,1,章,常用半导体器件,管压降为,0,，电阻为,0,。,短路！,反向偏置时：,电流为,0,，电阻为。,开路！,（,2,）恒压降模型,v,D,=0.7V,。,2020/4/29,回首页,16,第,1,章,常用半导体器件,（,3,）折线模型,1m,A,0.7V,r,V,D,?

11、,V,th,.,7,V,?,0,.,5,V,D,?,i,?,0,?,200,?,D,1,mA,V,D,?,V,th,?,i,D,r,D,2020/4/29,回首页,17,第,1,章,常用半导体器件,4,半导体二极管的主要参数,1,）,最大整流电流,I,F,：,指管子长期运行时，允许通过的最大正,向平均电流。,2,）,反向击穿电压,U,BR,：,指管子反向击穿时的电压值。,3,）,最大反向工作电压,U,R,：,二极管运行时允许承受的最大反向,电压（约为,U,BR,的一半）。,4,）,反向电流,I,R,：,指管子未击穿时的反向电流，其值越小，则,管子的单向导电性越好。,5,）,最高工作频率,f,m

12、,：,主要取决于,PN,结结电容的大小。,2020/4/29,回首页,18,1.1.3,稳压管及其它类型二极管,第,1,章,常用半导体器件,稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳压管,的,稳定电压,就是反向击穿电压。稳压管的稳压作用在于：,电流增量很大，只引起很小的电压变化。,阳,极,阴,极,(c),(b),2020/4/29,回首页,19,稳压管的主要参数：,第,1,章,常用半导体器件,（,1,）,稳定电压,U,Z,。,反向击穿后稳定工作的电压。,（,2,）,稳定电流,I,Z,。,工作电压等于稳定电压时的电流。,（,3,）,动态电阻,r,Z,。,稳定工作范围内，管子两端电压的变化,量与

13、相应电流的变化量之比。即：,r,Z,=U,Z,/I,Z,（,4,）,额定功率,P,Z,和最大稳定电流,I,ZM,。额定功率,P,Z,是在稳压,管允许结温下的最大功率损耗。最大稳定电流,I,ZM,是指稳压,管允许通过的最大电流。它们之间的关系是：,P,Z,=,U,Z,I,ZM,2020/4/29,回首页,20,发光二极管,激光光头,电源显示,第,1,章,常用半导体器件,有正向电流流过时，发出,一定波长范围的光，目前的,发光管可以发出从红外到可,见波段的光，它的电特性与,一般二极管类似。,2020/4/29,回首页,21,例,，,。,R,在图中，已知稳压二极管的,lk，求,V,已知稳压二极管的正向

14、压降,6.3V,，当,第,1,章,V,V,常用半导体器件,20V,O,?,0,7V,V,o,V,i,V,o,(b),解,正向导通，,当,V,同理,V,-20V,V,20V,，,，,V,V,.7V,反向击穿稳压,，则,V,.,V,6.3V,.,，,7V,V,；,O,-7V,。,2020/4/29,回首页,22,第,1,章,常用半导体器件,光电二极管,远红外线接收管,太阳能光电池,反向电流随光照强度的增加而上升。,I,U,照度增加,2020/4/29,回首页,23,变容二极管,电视调谐,第,1,章,常用半导体器件,2020/4/29,回首页,24,1.2,半导体三极管,第,1,章,常用半导体器件,

15、1.2.1,三极管的结构及类型,参与导电，故又称为,半导体三极管在工作过程中，两种载流子（电子和空穴）都,双极型晶体管,，,简称晶体管或三极管。,可以是,两个,NPN,型,N-P-N,PN,结，把半导体分成三个区域。这三个区域的排列，,和,PNP,，也可以是,型,。,P-N-P,。因此，三极管有两种类型：,2020/4/29,回首页,25,第,1,章,常用半导体器件,C,集电结,C,NPN,N,集电区,型,B,P,基区,B,发射结,N,方,电,发射区,压,发,箭,E,向,E,时,射,头,的,结,方,C,电,加,正,向,集电区,C,流,向,表,示,PNP,型,集电结,P,B,N,基区,B,发射结

16、,P,发射区,E,E,2020/4/29,回首页,26,1.2.2,电流分配和电流放大作用,第,1,章,常用半导体器件,1,产生放大作用的条件,内部条件：,外部条件：,b,）基区很薄,a,）发射区杂质浓度集电区基区,发射结正偏，集电结反偏,I,C,2,三极管内部载流子的传输过程,a,）发射区向基区扩散电子，形成发,N,R,C,射极电流,i,b,）电子在基区中的扩散与复合，形,E,I,B,P,成基极电流,i,R,U,c,）集电区收集扩散过来的电子，形,B,B,C,C,N,成集电极电流,i,C,U,B,B,I,E,2020/4/29,回首页,27,第,1,章,常用半导体器件,3,电流分配关系：,(

17、,外部关系）,I,E,I,C,+I,B,实验表明,I,C,比,I,B,大数十至数百倍,，,I,B,虽然很小，但对,I,C,有控,制作用，,I,C,随,I,B,的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引,起集电极电流较大的变化，这就是三极管的,电流放大作用。,2020/4/29,回首页,28,4,三种组态,第,1,章,常用半导体器件,这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态。,有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，,共发射极接法，,发射极作为公共电极，用,CE,表示；,共基极接法，,基极作为公共电极，用,CB,表示。,共集电极接法,，集电极作为公共电极，用,CC,表示,;,

18、2020/4/29,回首页,29,第,1,章,常用半导体器件,定义共射直流电流放大系数,?,?,?,I,C,I,E,I,C,+I,B,I,C,?,?,I,B,I,B,I,E,?,(,1,?,?,),I,B,定义共射交流电流放大系数,?,?,?,i,C,?,i,?,?,?,B,工程近似估算不对,?,?,进行区别。,2020/4/29,回首页,30,第,1,章,常用半导体器件,定义共基直流电流放大系数,?,?,?,I,C,I,?,?,?,E,1,?,?,定义共基交流电流放大系数,?,?,?,i,C,?,i,?,?,?,E,2020/4/29,回首页,31,第,1,章,常用半导体器件,例：,U,CE

19、,=6V,时：,I,B,=40,?,A,I,C,=1.5mA,；,I,B,=60,?,A,I,C,=2.3mA,。,_,?,?,I,I,C,?,1,.,5,?,37,B,0,.,04,.,5,?,?,?,I,C,?,I,?,2,.,3,?,1,.,5,B,0,.,06,?,0,.,04,?,40,在工程计算中，一般作近似处理：,?,=,?,2020/4/29,回首页,32,1.2.3,三极管的特性曲线,第,1,章,常用半导体器件,1,输入特性曲线,与二极管类似,i,B,=,f,(,v,BE,),?,v,CE,=,常数,I,C,m,A,I,I,B,/m,A,B,A,+,U,R,C,E,C,4,0

20、,3,0,R,+,U,V,2,0,C,E,1,V,B,V,U,B,E,U,C,C,1,0,U,B,B,0,0,.4,0,.8,U,B,E,/V,测,量,三,极,管,特,性,的,实,验,电,路,三,极,管,的,输,入,特,性,曲,线,2020/4/29,回首页,33,第,1,章,常用半导体器件,U,=0.5V,CE,U,CE,=0V,I,B,/,?,A,80,U,CE,?,1V,60,工作压降，,硅管,40,U,BE,?,0.60.7V,锗管,硅管,死区电压，,U,BE,?,0.20.3V,。,锗管,0.5V,0.1V,，,。,20,0.4,0.8,U,BE,/V,2020/4/29,回首页,3

21、4,2,输出特性曲线,I,B,A,R,B,第,1,章,常用半导体器件,I,C,+,U,C,E,+,V,U,B,E,m,A,R,C,V,U,C,C,4,3,2,1,i,C,=,f,(,v,CE,),?,i,B,=,常数,4,3,2,截,止,区,1,0,2020/4/29,U,B,B,测,量,三,极,管,特,性,的,实,验,电,路,I,C,/m,A,放,饱,和,区,100,A,80,A,60,A,40,A,20,A,I,B,=0,回首页,大,区,3,6,9,12,U,CE,/V,35,第,1,章,常用半导体器件,I,C,/mA,C,集电结,N,P,N,E,B,C,4,3,100,?,A,80,?,

22、A,60,?,A,B,发射结,E,2,1,3,6,40,?,A,20,?,A,I,B,=0,放大区：,发射极,正,偏,，集电结,反偏,。,i,C,?,?,i,B,2020/4/29,9,12,U,CE,/V,I,C,只与,I,B,有关，,I,C,=,?,I,B,。,回首页,36,C,集电结,B,发射结,N,P,N,E,C,I,C,/mA,此区域中,集电结正偏，,U,CE,?,0.2V,，称为,饱和,区。,100,?,A,80,?,A,60,?,A,第,1,章,常用半导体器件,B,E,4,3,2,1,3,饱和区：,发射结,正,偏,，集电结,正偏,40,?,A,i,C,?,?,i,B,6,9,回首

23、页,20,?,A,I,B,=0,12,U,CE,/V,37,2020/4/29,C,集电结,N,P,N,E,B,C,I,C,(mA),I,B,0,，,I,C,=,I,CEO,0,U,BE,死区,电压，称为,截止区。,100,?,A,80,?,A,第,1,章,常用半导体器件,B,发射结,4,3,2,1,E,截止区：,发射结,反,偏，,集电结,反偏,。,60,?,A,40,?,A,20,?,A,I,B,=0,3,6,9,回首页,i,B,?,0,i,0,C,?,2020/4/29,12,U,CE,(V),38,1.2.4,三极管的主要参数,第,1,章,常用半导体器件,1,、电流放大系数,i,C,=,

24、i,B,2,、极间反向电流,i,CBO,、,i,CEO,i,CEO,=,（1+）,i,CBO,3,、极限参数,（,1,）集电极最大允许电流,I,CM,所允许的最大集电极电流。,（,2,）反向击穿电压,U,（,BR,）,CEO,基极开路时，集电极、发射,极间的最大允许电压。,C,（,3,）集电极最大允许功耗,P,CM,。,集电结,N,C,B,P,B,发射结,N,E,E,2020/4/29,回首页,39,第,1,章,常用半导体器件,1.2.5,半导体三极管的型号,国家标准对半导体三极管的命名如下,:,3,D,G,110,B,用字母表示同一型号中的不同规格,用数字表示同种器件型号的序号,用字母表示器

25、件的种类,用字母表示材料,三极管,第二位：,A,锗,PNP,管、,B,锗,NPN,管、,C,硅,PNP,管、,D,硅,NPN,管,第三位：,X,低频小功率管、,D,低频大功率管、,G,高频小功率管、,A,高频大功率管、,K,开关管,例如：,3AX31D,、,3DG123C,、,3DK100B,2020/4/29,回首页,40,第,1,章,常用半导体器件,半导体三极管图片,2020/4/29,回首页,41,第,1,章,常用半导体器件,三,极,管,的,类,型,判,定,2020/4/29,回首页,42,第,1,章,常用半导体器件,1.3,场效应半导体三极管,场效应半导体三极管是仅由,一种载流子,参与

26、导电的半导体器,件，是一种用电压控制输出电流的的半导体器件。从参与导,电的载流子来划分，它有电子作为载流子的,N,沟道,器件和空,穴作为载流子的,P,沟道,器件。,从场效应三极管的结构来划分，它有,两大类。,1.,结型场效应三极管,JFET,(Junction type Field Effect Transister),2.,绝缘栅型场效应三极管,IGFET,(Insulated Gate Field Effect Transister),IGFET,也称金属氧化物半导体三极管,MOSFET,（,Metal Oxide Semiconductor FET,）,2020/4/29,回首页,43,

27、第,1,章,常用半导体器件,1.3.1,结型场效应三极管,1,结型场效应三极管的结构,是在,N,型半导体硅片的两侧各制造一个高掺杂的,P,区，形成,两个,PN,结夹着一个,N,型沟道的结构。,P,区即为,栅极,，,N,型硅,的一端是,漏极,，,另一端是,源极。,D(Drain),为漏极，相当,c,；,G(Gate),为栅极，相当,b,；,S(Source),为源极，相当,e,。,2020/4/29,回首页,44,2020/4/29,第,1,章,常用半导体器件,回首页,45,2,结型场效应管的工作原理,第,1,章,常用半导体器件,之间的,栅极和导电沟道之间存在一个,小来改变耗尽层的宽度。,PN,

28、结加上反向电压,，则可以通过改变反向电压的大,PN,结。假设在栅极和源极,的宽度相应减小，即导电沟道的横截面积减小。导电沟道本身,当反向电压,V,GS,的值变大时，耗尽层将变宽，于是导电沟道,的电阻值增大，于是，在同一个电压,将减小。,V,DS,的作用下，漏极电流,2020/4/29,回首页,46,栅源电压,V,GS,对沟道的控制作用,第,1,章,常用半导体器件,当,V,GS,=0,时，在漏、源之间加有一定电压时，在漏、源间将形,成多子的漂移运动，产生漏极电流。,当,V,GS,0,时，,PN,结反偏，形成耗尽层，漏源间的沟道将变窄，,I,D,将减小，,V,GS,继续减小，沟道继续变窄，,I,D

29、,继续减小直至为,0,。,当漏极电流为零时所对应的栅源电压,V,GS,称为,夹断电压,V,GS(off),(,V,P,),。,I,D,=0,I,D,=0,I,D,=0,2020/4/29,回首页,47,漏源电压,V,第,1,章,常用半导体器件,DS,对沟道的控制作用,小。使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，,若漏源电压,V,DS,从零开始增加，则,V,GD,=,V,GS,-,V,呈楔形,DS,将随之减,。,I,D,I,D,V,当,V,DS,增加到使,V,GD,紧靠漏极处出现,=,=,V,V,GS,-,DS,GS(off),时，在,夹断，,加，漏极处的夹断,当,V,预,DS,继续增,继续向源极方

30、向延,I,D,I,D,长。,2020/4/29,回首页,48,3,结型场效应管的特性曲线,第,1,章,常用半导体器件,场效应管的特性曲线常用的有,转移特性,和,输出特性,两种。由,于输入电流,(,栅流,),几乎等于零，所以讨论场效应管的输入特性一,般没有意义。,漏源之间的电压,V,DS,保,持不变时，漏极电流,I,D,与,栅源之间电压,V,GS,的关系,称为,转移特性。,场效应管的,输出特性,表示当栅,源之间的电压不变时，漏极电流,I,D,与漏源电压,V,DS,之间的关系，,即,I,D,?,f,(,V,),V,GS,?,常数,D,S,I,D,?,f,(,V,),V,DS,?,常数,G,S,20

31、20/4/29,回首页,49,第,1,章,常用半导体器件,夹断区,输出特性,转移特性,当,V,GS,0,时，,I,D,达到最大，,V,GS,负值越大，则,I,D,愈小。,当,V,GS,等于夹断电压,V,P,时，,I,D,0,可变电阻区,表示当,V,DS,比较小时，,I,D,随着,V,DS,的增加而直线上升，二者间基本上是线性关系,恒流区（也称放大区）,中间部分。该区域,I,D,基本上不随,V,DS,变化，,I,D,的值主要取决于,V,GS,。,夹断区,靠近横轴的区域，,V,GS,V,P,，,I,D,，,其导电沟道完全被夹断，管子不工作，故称夹,断区。,2020/4/29,回首页,50,第,1,

32、章,常用半导体器件,击穿区,击穿，,I,表示当,V,DS,升高到一定程度后，反向偏置的,PN,结被,D,将迅速增大。如果电流过大，管子将被损坏。,转移特性表达式,I,(,1,?,V,GS,2,D,?,I,DSS,V,),P,2020/4/29,回首页,51,第,1,章,常用半导体器件,4,结型场效应管特性曲线小结,N,沟,道,耗,尽,型,P,沟,道,耗,尽,型,2020/4/29,回首页,52,第,1,章,常用半导体器件,1.3.2,绝缘栅场效应管的工作原理,原理与结型不同,!,Semiconductor FET),绝缘栅型场效应三极管,。分为,MOSFET,(Metal Oxide,耗尽型,

33、：,V,GS,=0,时漏、源极之间已经存在原始导电沟道。,N,沟道、,P,沟道,。,增强型,：,V,GS,0,时漏、源极之间才能形成导电沟道。,N,沟道、,P,沟道,2020/4/29,回首页,53,1 N,沟道增强型,MOSFET,结构,第,1,章,常用半导体器件,N,沟道增强型,MOSFET,基本上是一种左右对称的结构，它是,在,P,型半导体上生成一层,SiO,2,薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩,散高掺杂的,N,型区，从,N,型区引出两个电极。,一个是,漏极,D,，,一个是,源极,S,。,在源极和漏极之间的绝缘层上镀一,层金属铝作为,栅极,G,。,P,型半导体,称为衬底，用符号,B,表示。,

34、2020/4/29,回首页,54,栅源电压,V,常用半导体器件,GS,的控制作用,第,1,章,U,GS,=0,时,U,GS,U,DS,I,D,=0,S,G,D,N,N,P,对应截止区,无导电沟道,2020/4/29,回首页,55,第,1,章,常用半导体器件,U,GS,0,时,感应出电子,V,GS,足够大时,形成,V,GS,S,N,P,G,V,DS,D,N,导电沟道，,如此,时加有漏源电压，,就可以形成漏极,电流,I,d,。,使导电沟道刚刚形成的,V,GS,称为开启电压,V,GS(th),(,或,V,T,),2020/4/29,回首页,56,第,1,章,常用半导体器件,V,GS,S,N,P,G,

35、V,DS,D,N,导电沟道相当于电阻,将,D-S,连接起来，,V,GS,越大此电阻越小。,2020/4/29,回首页,57,漏源电压,V,第,1,章,常用半导体器件,DS,的控制作用,呈楔形,2020/4/29,回首页,58,N,沟道增强型,MOS,管的基本特性,第,1,章,常用半导体器件,V,GS,V,T,，管子截止,V,GS,V,T,，管子导通,V,GS,越大，沟道越宽，电阻越小,在相同的漏源电,压,u,DS,作用下，漏极电流,I,D,越大,2020/4/29,回首页,59,第,1,章,常用半导体器件,转移特性曲线,I,D,=,f,(,V,GS,),?,V,DS,=,常数,电流,转移特性曲

36、线的斜率,。跨导的定义,I,g,g,m,的大小反映了栅源电压,V,GS,对漏极,D,的控制作用。,m,的量纲为,mA/V,，所以,g,m,也称为,跨导,g,m,=,?,I,D,/,?,V,GS,?,V,DS,=,常数,(,单位,mS),2020/4/29,回首页,60,第,1,章,常用半导体器件,输出特性曲线,I,D,=,f,(,V,DS,),?,V,GS=,常数,2020/4/29,回首页,61,第,1,章,常用半导体器件,2,N,沟道耗尽型,MOSFET,耗尽型的,断。,MOS,管,V,GS,=0,时就有导电沟道,，加反向电压才能夹,I,D,U,GS,V,T,0,转移特性曲线,2020/4

37、/29,回首页,62,第,1,章,常用半导体器件,输出特性曲线,I,D,U,GS,0,U,GS,=0,U,GS,0,0,U,DS,2020/4/29,回首页,63,第,1,章,常用半导体器件,1.3.3,场效应管的参数,开启电压,V,GS(th),(,或,V,T,),开启电压是,MOS,增强型,管的参数，栅源电压小于,开启电压的绝对值,场效应管不能导通。,夹断电压,V,GS(off),(,或,V,极电流为零。,夹断电压是,耗尽型,FET,的参数，当,P,),V,GS,=,V,GS(off),时,漏,流。,耗尽型场效应三极管,饱和漏极电流,I,DSS,当,V,GS,=0,时所对应的漏极电,202

38、0/4/29,回首页,64,第,1,章,常用半导体器件,输入电阻,R,GS,三极管，反偏时,场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应,R,R,GS,约大于,10,7,管,，对于绝缘栅型场效应三极,GS,约是,10,9,10,15,。,转移特性曲线上求取，单位是,低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，,低频跨导,g,m,mS(,毫西门子,),。,g,m,可以在,g,?,I,D,m,?,?,V,GS,U,DS,?,常数,P,最大漏极功耗可由,最大漏极功耗,P,DM,P,DM,=,V,DS,I,D,决定，与双极型三极管的,CM,相当。,2020/4/29,回首页,65,第,1,章,常用半

39、导体器件,1.3.4,双极型和场效应型三极管的比较,场效应管与双极型三极管比较,2020/4/29,回首页,66,1.4,晶闸管,(,可控硅,SCR),第,1,章,常用半导体器件,1.4.1,特点,一种大功率半导体器件，出现于,70,年代。它的出现使,半导体器件由弱电领域扩展到强电领域,。,均电流达千安、耐压达数千伏）。,体积小、重量轻、无噪声、寿命长、,容量大（正向平,2020/4/29,回首页,67,第,1,章,常用半导体器件,应用领域：,整流,（交流,直流）,逆变,（直流,交流）,变频,（交流,交流）,斩波,（直流,直流）,还可作无触点开关等,2020/4/29,回首页,68,基本结构,

40、A,（阳极）,第,1,章,常用半导体器件,四,P1,三,个,层,PN,半,N1,导,结,体,P2,G,（控制极）,N2,K,（阴极）,2020/4/29,回首页,69,1.4.2,工作原理,第,1,章,常用半导体器件,A,A,A,P1,分解,P,G,N1,N,N,G,G,K,P2,P,P,符号,N2,N,K,K,2020/4/29,回首页,70,第,1,章,常用半导体器件,A,P,A,G,N,N,?,?,ig,T,1,P,P,G,T,2,?,i,g,N,i,g,K,K,2020/4/29,回首页,71,第,1,章,常用半导体器件,A,U,AK,0,、,U,GK,0,时,T,1,导通,形成正反馈

41、,T,2,导通,?,?,ig,G,T,2,进一步导通,晶闸管迅速导通,G,A,K,T,1,T,2,i,g,?,i,b2,=i,g,i,C2,=,?,i,g,=,i,b1,i,g,K,i,c1,=,?,i,b1,=,?,i,g,2020/4/29,回首页,72,第,1,章,常用半导体器件,晶闸管导通后，,去掉,U,GK,，,依靠正反馈，,晶闸管仍维持导通状态；,晶闸管截止的条件：,（,1,）,晶闸管开始工作后,加,触发信号（即,U,，,U,AK,加反向电压，,或,不,GK,=0,）；,（,2,）,晶闸管正向导通后，令其截止，必须降低,U,AK,或加大回路电阻，使晶闸管中电流的正反馈不,能维持。,

42、2020/4/29,回首页,73,结论,第,1,章,常用半导体器件,1.,正向导通条件：,晶闸管具有单向导电性,A,、,K,间加正向电压，,G,、,K,间加触发信号,2.,若使其关断，必须降低,晶闸管一旦导通，控制极失去作用,流减小到维持电流以下。,U,AK,或加大回路电阻，把阳极电,2020/4/29,回首页,74,第,1,章,常用半导体器件,1.4.4,主要参数,U,DRM,：,断态重复峰值电压,。（晶闸管耐压值。,一,般取,U,DRM,=80%U,DSM,。普通晶闸管,U,DRM,为,100V-3000V,）,U,RRM,：,可以重复作用在晶闸管上的反向重复电,反向重复峰值电压,。（控制

43、极断路时，,压。一般取,闸管,U,U,RRM,=80%U,RSM,。普通晶,RRM,为,100V-3000V,）,I,F,：,通态平均电流,电阻性负载、单相工频,。（环境温度为,40,O,C,时,在,角不小于,最大通态平均电流。普通晶闸管,170,o,的电路中，晶闸管允许的,正弦半波、导电,I,F,为,1A-1000A,。）,2020/4/29,回首页,75,第,1,章,常用半导体器件,I,H,：,维持电流。,(,在室温下，控制极开路、晶闸管,被触发导通后，维持导通状态所必须的最,小电流。一般为几十到一百多毫安。）,U,G,、,I,G,阳极电压为直流,：,控制极触发电压和电流。,6V,时，使晶

44、闸管完全导通,（在室温下，,所必须的最小控制极直流电压、电流,。一,般,U,G,为,1,到,5V,，,I,G,为几十到几百毫安。）,2020/4/29,回首页,76,第,1,章,常用半导体器件,1.4.5,单相半波可控整流电路,(,电阻负载,),1,电路及工作原理,A,G,K,设,正弦波,u,1,为,u,1,u,u,T,2,R,u,L,L,u,2,0,时，加上触发电压,u,G,，晶闸管导通,。且,u,L,的大小,随,u,G,加入的早晚而变化；,u,2,0,时，晶闸管不通，,u,L,=0,。,故称,可控整流。,2020/4/29,回首页,77,第,1,章,常用半导体器件,2,工作波形,?,：控制

45、角,?,：导通角,u,2,t,u,G,t,u,L,t,u,T,t,?,?,2020/4/29,回首页,78,第,1,章,常用半导体器件,本章小结,1,半导体材料中有两种载流子：电子和空穴。电子带负电,，空穴带正电。在纯净半导体中掺入不同的杂质，可以得到,N,型半导体和,P,型半导体。,2,采用一定的工艺措施，使,P,型和,N,型半导体结合在一起，,就形成了,PN,结。,PN,结的基本特点是单向导电性。,3,二极管是由一个,PN,结构成的。其特性可以用伏安特性和,一系列参数来描述。,2020/4/29,回首页,79,第,1,章,常用半导体器件,4.,三极管工作时，有两种载流子参与导电，称为双极型

46、晶体,管。,5.,三极管是一种,电流控制电流型,的器件，改变基极电流就可,以控制集电极电流。,6.,三极管特性可用输入特性曲线和输出特性曲线来描述。,7.,有三个工作区：饱和区、放大区和截止区。,2020/4/29,回首页,80,练习题,第,1,章,常用半导体器件,如下图所示，试判断管子类型。,例,有两个晶体管分别接在电路中,测得它们的管脚电位,解：,2020/4/29,回首页,81,第,1,章,常用半导体器件,例,两个稳压管,稳定电压分别为,5.5V,和,8.5V,正向压降都是,0.5V,如果得到,0.5V,3V,6V,9V,和,14V,应如何连接,?,解,:,2020/4/29,回首页,8

47、2,第,1,章,常用半导体器件,例：,二极管构成的限幅电路如图所示，,R,1,k，,U,REF,=2V,，,输入信号为,u,i,。,(1),若,u,i,为,4V,的直流信号，分别采用理想二极管模型、理想二极,管串联电压源模型计算电流,I,和输出电压,u,o,解：,采用理想模型分析。,R,I,u,i,?,U,REF,?,4,V,?,2V,+,?,2,mA,I,+,R,1,k,u,i,u,O,u,o,?,U,?,2,V,U,REF,-,R,E,F,-,采用理想二极管串联电压源模型分析。,I,u,i,?,U,REF,U,D,R,?,4,V,?,2V,?,0,.,7,V,1,k,?,1,.,3,mA,

48、u,o,?,U,REF,?,U,D,?,2,V,?,0.7V,?,2.7,2020/4/29,回首页,83,（,2,）如果,u,第,1,章,常用半导体器件,i,为幅度,4V,的交流三角波，波形如图所示，分,别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模型分析,电路并画出相应的输出电压波形。,R,u,i,4V,+,I,+,2V,t,u,i,u,U,O,0,-,R,E,F,-,-4V,u,o,解,采用理想二极管模型,2V,分析。波形如图所示。,t,2020/4/29,回首页,84,第,1,章,常用半导体器件,u,i,R,+,I,U,R,E,F,+,4V,2.7V,t,u,i,-,u,O,-,0,-4

49、V,u,o,采用理想二极管串联电,压源模型分析，波形如图,所示。,2.7V,t,0,2020/4/29,回首页,85,第,1,章,常用半导体器件,例,解,:,2020/4/29,回首页,86,第,1,章,常用半导体器件,解,:,2020/4/29,回首页,87,例,在下图中,试求以下几种情况的端电压,V,Y,及各元件流过,的电流,:,第,1,章,常用半导体器件,(1)V,A,=10V,V,B,=0V;,解,:,2020/4/29,回首页,88,第,1,章,常用半导体器件,(2)V,A,=6V,V,B,=5.8V;,2020/4/29,回首页,89,第,1,章,常用半导体器件,(2)V,A,=V,B,=5V;,2020/4/29,回首页,90,第,1,章,常用半导体器件,第,1,章,结,束,2020/4/29,回首页,91,