1、1.1半導(dǎo)體的根底知識(shí)半導(dǎo)體的根底知識(shí)1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.3二極管電路的分析方法二極管電路的分析方法1.4特殊二極管特殊二極管小結(jié)小結(jié)1.5雙極型半導(dǎo)體三極管雙極型半導(dǎo)體三極管1.6場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管.1.1.1本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體1.1.3PN結(jié)結(jié).1.1.1 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體半導(dǎo)體 導(dǎo)電才干介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。導(dǎo)電才干介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。本征半導(dǎo)體 純真的半導(dǎo)體。如硅、鍺單晶體。純真的半導(dǎo)體。如硅、鍺單晶體。載流子載流子 自在運(yùn)動(dòng)的帶電粒子。自在運(yùn)動(dòng)的帶電粒子。共價(jià)鍵共價(jià)鍵 相鄰原子共有價(jià)電子所構(gòu)成的束縛。相鄰原子共有價(jià)電

2、子所構(gòu)成的束縛。.硅硅( (鍺鍺) )的原子構(gòu)造的原子構(gòu)造簡(jiǎn)化簡(jiǎn)化模型模型慣性核慣性核硅硅( (鍺鍺) )的共價(jià)鍵構(gòu)造的共價(jià)鍵構(gòu)造價(jià)電子價(jià)電子自自由由電電子子( (束縛電子束縛電子) )空空穴穴空穴空穴空穴可在共空穴可在共價(jià)鍵內(nèi)挪動(dòng)價(jià)鍵內(nèi)挪動(dòng).本征激發(fā)：本征激發(fā)：自在電子和空穴在運(yùn)動(dòng)中相遇重新結(jié)合自在電子和空穴在運(yùn)動(dòng)中相遇重新結(jié)合成對(duì)消逝的過(guò)程。成對(duì)消逝的過(guò)程。自在電子和空穴在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)自在電子和空穴在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)。動(dòng)。在室溫或光照下價(jià)電子獲得足夠能量擺在室溫或光照下價(jià)電子獲得足夠能量擺脫共價(jià)鍵的束縛成為自在電子，并在共價(jià)鍵脫共價(jià)鍵的束縛成為自在電子，并在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位中

3、留下一個(gè)空位(空穴空穴)的過(guò)程。的過(guò)程。.兩種載流子兩種載流子電子電子(自在電子自在電子)空穴空穴兩種載流子的運(yùn)動(dòng)兩種載流子的運(yùn)動(dòng)自在電子自在電子(在共價(jià)鍵以外在共價(jià)鍵以外)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)空穴空穴(在共價(jià)鍵以內(nèi)在共價(jià)鍵以內(nèi))的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng) 結(jié)論：結(jié)論：1. 本征半導(dǎo)體中電子空穴成對(duì)出現(xiàn)，且數(shù)量少；本征半導(dǎo)體中電子空穴成對(duì)出現(xiàn)，且數(shù)量少； 2. 半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電；半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電； 3. 本征半導(dǎo)體導(dǎo)電才干弱，并與溫度有關(guān)。本征半導(dǎo)體導(dǎo)電才干弱，并與溫度有關(guān)。.1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體一、一、N 型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N 型型+

4、5+4+4+4+4+4磷原子磷原子自在電子自在電子電子為多數(shù)載流子電子為多數(shù)載流子空穴為少數(shù)載流子空穴為少數(shù)載流子載流子數(shù)載流子數(shù) 電子數(shù)電子數(shù).1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體一、一、N 型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P 型型+3+4+4+4+4+4硼原子硼原子空穴空穴空穴空穴 多子多子電子電子 少子少子載流子數(shù)載流子數(shù) 空穴數(shù)空穴數(shù).二、雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用二、雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用IIPINI = IP + INN 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 I INP 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 I IP.三、三、P 型、型、N 型半導(dǎo)體的簡(jiǎn)化圖示型半導(dǎo)體的簡(jiǎn)化圖示負(fù)離子負(fù)離子多數(shù)載流子多數(shù)載流子少數(shù)載流子少數(shù)

5、載流子正離子正離子多數(shù)載流子多數(shù)載流子 少數(shù)載流子少數(shù)載流子.1.1.3 PN 結(jié)結(jié)一、一、PN 結(jié)結(jié)(PN Junction)的構(gòu)成的構(gòu)成1. 載流子的濃度差引起多子的分散載流子的濃度差引起多子的分散2. 復(fù)合使交界面構(gòu)成空間電荷區(qū)復(fù)合使交界面構(gòu)成空間電荷區(qū)( (耗盡層耗盡層) ) 空間電荷區(qū)特點(diǎn)空間電荷區(qū)特點(diǎn):無(wú)載流子，無(wú)載流子， 阻止分散進(jìn)展，阻止分散進(jìn)展， 利于少子的漂移。利于少子的漂移。內(nèi)建電場(chǎng)內(nèi)建電場(chǎng).3. 分散和漂移到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡分散和漂移到達(dá)動(dòng)態(tài)平衡分散電流分散電流 等于漂移電流，等于漂移電流， 總電流總電流 I = 0。二、二、PN 結(jié)的單導(dǎo)游電性結(jié)的單導(dǎo)游電性1. 外加正向電

6、壓外加正向電壓(正向偏置正向偏置) forward bias.P 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)使多子向外電場(chǎng)使多子向 PN 結(jié)挪動(dòng)結(jié)挪動(dòng),中和部分離子使空間電荷區(qū)變窄。中和部分離子使空間電荷區(qū)變窄。 IF限流電阻限流電阻分散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)構(gòu)成正向電流分散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)構(gòu)成正向電流 IF 。IF = I多子多子 I少子少子 I多多子子2. 外加反向電壓外加反向電壓(反向偏置反向偏置) reverse bias P 區(qū)區(qū)N 區(qū)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)使少子背叛外電場(chǎng)使少子背叛 PN 結(jié)挪動(dòng)，結(jié)挪動(dòng)， 空間電荷區(qū)變寬。空間電荷區(qū)變寬。IRPN 結(jié)的單導(dǎo)游電性：正偏導(dǎo)通，呈小電阻，電流較大結(jié)

7、的單導(dǎo)游電性：正偏導(dǎo)通，呈小電阻，電流較大; 反偏截止，電阻很大，電流近似為零。反偏截止，電阻很大，電流近似為零。漂移運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)構(gòu)成反向電流漂移運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)構(gòu)成反向電流 IRIR = I少子少子 0.三、三、PN 結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性) 1e (/STUuII反向飽和電流反向飽和電流溫度的溫度的電壓當(dāng)量電壓當(dāng)量qkTUT 電子電量電子電量玻爾茲曼玻爾茲曼常數(shù)常數(shù)當(dāng)當(dāng) T = 300(27C)：UT = 26 mVOu /VI /mA正向特性正向特性反向擊穿反向擊穿加正向電壓時(shí)加正向電壓時(shí)加反向電壓時(shí)加反向電壓時(shí)iIS.1.2.1 半導(dǎo)體二極管的構(gòu)造和類型半導(dǎo)體二極管的構(gòu)造和類型1.2.2 二極管

8、的伏安特性二極管的伏安特性1.2.3 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù).1.2.1 半導(dǎo)體二極管的構(gòu)造和類型半導(dǎo)體二極管的構(gòu)造和類型構(gòu)成：構(gòu)成： PN 結(jié)結(jié) + 引線引線 + 管殼管殼 = 二極管二極管(Diode)符號(hào)：符號(hào)：A (anode)(anode)C (cathode)(cathode)分類：分類：按資料分按資料分硅二極管硅二極管鍺二極管鍺二極管按構(gòu)造分按構(gòu)造分點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型面接觸型面接觸型平面型平面型.點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型正極正極引線引線觸絲觸絲N 型鍺片型鍺片外殼外殼負(fù)極負(fù)極引線引線負(fù)極引線負(fù)極引線 面接觸型面接觸型N型鍺型鍺PN 結(jié)結(jié) 正極引線正極引線鋁合金鋁合金小球小球底座底

9、座金銻金銻合金合金正極正極引線引線負(fù)極負(fù)極引線引線集成電路中平面型集成電路中平面型PNP 型支持襯底型支持襯底.1.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性一、一、PN 結(jié)的伏安方程結(jié)的伏安方程)1e (/SDD TUuIi反向飽和電流反向飽和電流溫度的溫度的電壓當(dāng)量電壓當(dāng)量qkTUT 電子電量電子電量玻爾茲曼玻爾茲曼常數(shù)常數(shù)當(dāng)當(dāng) T = 300(27C)：UT = 26 mV.二、二極管的伏安特性二、二極管的伏安特性O(shè)uD /ViD /mA正向特性正向特性Uth死區(qū)死區(qū)電壓電壓iD = 0Uth = 0.5 V 0.1 V( (硅管硅管) )( (鍺管鍺管) )U UthiD 急劇上升急劇上

10、升0 U Uth UD(on) = (0.6 0.8) V硅管硅管 0.7 V(0.1 0.3) V鍺管鍺管 0.2 V反向特性反向特性ISU (BR)反向擊穿反向擊穿U(BR) U 0 iD = IS 0.1 A(硅硅) 幾十幾十 A (鍺鍺)U U(BR)反向電流急劇增大反向電流急劇增大 ( (反向擊穿反向擊穿) ).反向擊穿類型：反向擊穿類型：電擊穿電擊穿熱擊穿熱擊穿反向擊穿緣由：反向擊穿緣由： 齊納擊穿：齊納擊穿：(Zener)反向電場(chǎng)太強(qiáng)，將電子強(qiáng)行拉出共價(jià)鍵。反向電場(chǎng)太強(qiáng)，將電子強(qiáng)行拉出共價(jià)鍵。 (擊穿電壓擊穿電壓 6 V 6 V，正溫度系數(shù)，正溫度系數(shù)) )擊穿電壓在擊穿電壓在

11、6 V 左右時(shí)，溫度系數(shù)趨近零。左右時(shí)，溫度系數(shù)趨近零。.硅管的伏安特性硅管的伏安特性鍺管的伏安特性鍺管的伏安特性604020 0.02 0.040 0.4 0.82550iD / mAuD / ViD / mAuD / V0.20.4 25 50510150.010.020.溫度對(duì)二極管特性的影響溫度對(duì)二極管特性的影響604020 0.0200.42550iD / mAuD / V20C90CT 升高時(shí)，升高時(shí)，UD(on)以以 (2 2.5) mV/ C 下降下降.1.2.3 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)1. IF 最大整流電流最大整流電流(最大正向平均電流最大正向平均電流)2. UR

12、M 最高反向任務(wù)電壓，為最高反向任務(wù)電壓，為 U(BR) / 2 3. IR 反向電流反向電流(越小單導(dǎo)游電性越好越小單導(dǎo)游電性越好)4. fM 最高任務(wù)頻率最高任務(wù)頻率(超越時(shí)單導(dǎo)游電性變差超越時(shí)單導(dǎo)游電性變差)iDuDU (BR)I FURMO.影響任務(wù)頻率的緣由影響任務(wù)頻率的緣由 PN 結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 結(jié)論：結(jié)論：1. 低頻時(shí)，因結(jié)電容很小，對(duì)低頻時(shí)，因結(jié)電容很小，對(duì) PN 結(jié)影響很小。結(jié)影響很小。 高頻時(shí)，因容抗增大，使結(jié)電容分流，導(dǎo)致單向高頻時(shí)，因容抗增大，使結(jié)電容分流，導(dǎo)致單向 導(dǎo)電性變差。導(dǎo)電性變差。2. 結(jié)面積小時(shí)結(jié)電容小，任務(wù)頻率高。結(jié)面積小時(shí)結(jié)電容小，任務(wù)頻率高。

13、.1.3.1 理想二極管及二極管理想二極管及二極管 特性的折線近似特性的折線近似1.3.2 圖解法和微變等效電路法圖解法和微變等效電路法.1.3.1 理想二極管及二極管特性的折線近似理想二極管及二極管特性的折線近似一、理想二極管一、理想二極管特性特性u(píng)DiD符號(hào)及符號(hào)及等效模型等效模型SS正偏導(dǎo)通，正偏導(dǎo)通，uD = 0；反偏截止，；反偏截止， iD = 0 U(BR) = .二、二極管的恒壓降模型二、二極管的恒壓降模型uDiDUD(on)uD = UD(on)0.7 V (Si)0.2 V (Ge).三、二極管的折線近似模型三、二極管的折線近似模型uDiDUD(on)UIIUr D斜率斜率1

14、/ rDrD1UD(on).UD(on)例例 1.3.1 硅二極管，硅二極管，R = 2 k，分別用二極，分別用二極管理想模型和恒壓降模型求出管理想模型和恒壓降模型求出 VDD = 2 V 和和 VDD = 10 V 時(shí)時(shí) IO 和和 UO 的值。的值。. 解解 VDD = 2 V 理想理想IO = VDD / R = 2 / 2 = 1 (mA)UO = VDD = 2 V恒壓降恒壓降 UO = VDD UD(on) = 2 0.7 = 1.3 (V)IO = UO / R = 1.3 / 2 = 0.65 (mA)VDD = 10 V 理想理想IO = VDD/ R = 10 / 2 =

15、5 (mA)恒壓降恒壓降 UO = 10 0.7 = 9.3 (V)IO = 9.3 / 2 = 4.65 (mA)VDD 大，大， 采用理想模型采用理想模型VDD 小，小， 采用恒壓降模型采用恒壓降模型.例例1.3.2 試求電路中電流試求電路中電流 I1、I2、IO 和輸出電壓和輸出電壓 UO 的值。的值。解：假設(shè)二極管斷開解：假設(shè)二極管斷開UP = 15 V(V) 9 12 31 3N UUP UN二極管導(dǎo)通二極管導(dǎo)通等效為等效為 0.7 V 的恒壓源的恒壓源 PN.UO = VDD1 UD(on)= 15 0.7 = 14.3 (V)IO = UO / RL= 14.3 / 3 = 4.

16、8 (mA)I2 = (UO VDD2) / R = (14.3 12) / 1 = 2.3 (mA)I1 = IO + I2 = 4.8 + 2.3 = 7.1 (mA).例例 1.3.3 二極管構(gòu)成二極管構(gòu)成“門電路，設(shè)門電路，設(shè) V1、V2 均為均為理想二極管，當(dāng)輸入電壓理想二極管，當(dāng)輸入電壓 UA、UB 為低電壓為低電壓 0 V 和高電壓和高電壓 5 V 的不同組合時(shí)，求輸出電壓的不同組合時(shí)，求輸出電壓 UO 的值。的值。0 V正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通5 V正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通0 V.輸入電壓輸入電壓理想二極管理想二極管輸出輸出電壓電壓UAUBV1V20 V0 V正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通0

17、 V0 V5 V正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通反偏反偏截止截止0 V5 V0 V反偏反偏截止截止正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通0 V5 V5 V正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通正偏正偏導(dǎo)通導(dǎo)通5 V.例例 1.3.4 畫出硅二極管構(gòu)成的橋式整流電路在畫出硅二極管構(gòu)成的橋式整流電路在ui = 15sint (V) 作用下輸出作用下輸出 uO 的波形。的波形。( (按理想模型按理想模型) )Otui / V15RLV1V2V3V4uiBAuO.OtuO/ V15假設(shè)有條件，假設(shè)有條件，可切換到可切換到 EWB 環(huán)境環(huán)境察看橋式整流波形。察看橋式整流波形。.例例 1.3.5 ui = 2 sin t (V)，分析二極管的限幅作用。，分析二極管

18、的限幅作用。ui 較小，宜采用恒壓降模型較小，宜采用恒壓降模型ui 0.7 VV1、V2 均截止均截止 uO = uiuO = 0.7 Vui 0.7 VV2 導(dǎo)通導(dǎo)通 V截截止止ui 0.7 VV1 導(dǎo)通導(dǎo)通 V2 截截止止uO = 0.7 V.思索題思索題: V1、V2 支路各串聯(lián)恒壓源，支路各串聯(lián)恒壓源，輸出波形如何？輸出波形如何？(可切至可切至 EWB )OtuO/ V0.7Otui / V2 0.7.1.3.2 圖解法和微變等效電路法圖解法和微變等效電路法一、二極管電路的直流圖解分析一、二極管電路的直流圖解分析 uD = VDD iDRiD = f (uD) 1.2 V100 iD

19、/ mA128400.30.6uD / V1.20.9MN直流負(fù)載線直流負(fù)載線斜率斜率 1/R靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)斜率斜率1/RDiDQIQUQ.也可取也可取 UQ = 0.7 VIQ= (VDD UQ) / R = 5 (mA) 二極管直流電阻二極管直流電阻 RD ( 140)k( 14. 05/7 . 0QQDIUR.iD / mAuD /VO二、交流圖解法二、交流圖解法電路中含直流和小信號(hào)交流電源時(shí)電路中含直流和小信號(hào)交流電源時(shí), ,二極管中含交、直流成分二極管中含交、直流成分C 隔直流隔直流 通交流通交流當(dāng)當(dāng) ui = 0 時(shí)時(shí)iD = IQUQ= 0.7 V (硅硅)，0.2 V (

20、鍺鍺)RUVIQDDQ 設(shè)設(shè) ui = sin wtVDDVDD/ RQIQwtwtOuiUQ斜率斜率1/rd.iD / mAuD /VOVDDVDD/ RQIQwtwtOuiUQiD / mAwtwtOdQDiIi dQDuUu id斜率斜率1/rdQuirDDddd1 )1e (/SDD TUuIiTUUTUIUIrTQSdQe1 rd = UT / IQ= 26 mV / IQ當(dāng)當(dāng) ui 幅度較小時(shí)，幅度較小時(shí)，二極管伏安特性在二極管伏安特性在Q點(diǎn)附近近似為直線點(diǎn)附近近似為直線.uiudRidrd三、微變等效電路分析法三、微變等效電路分析法對(duì)于交流信號(hào)對(duì)于交流信號(hào)電路可等效為電路可等效為

21、例例 1.3.6 ui = 5sint (mV)，VDD= 4 V，R = 1 k， 求求 iD 和和 uD。 解解 1. 靜態(tài)分析靜態(tài)分析令令 ui = 0，取，取 UQ 0.7 VIQ = (VDDUQ) / R = 3.3 mA.2. 動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析rd = 26 / IQ = 26 / 3.3 8 ()Idm= Udm/ rd= 5 /8 0.625 (mA)id = 0.625 sint3. 總電壓、電流總電壓、電流dQDuUu dQDiIi = (0.7 + 0.005 sinw wt ) V= (3.3 + 0.625 sint ) mA.1.4特殊二特殊二極管極管1.4.1

22、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管1.4.2 光電二極管光電二極管.1.4.1 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管一、伏安特性一、伏安特性符號(hào)符號(hào)任務(wù)條件：反向擊穿任務(wù)條件：反向擊穿iZ /mAuZ/VO UZ IZmin IZmax UZ IZ IZ特性特性.二、主要參數(shù)二、主要參數(shù)1. 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 UZ 流過(guò)規(guī)定電流時(shí)穩(wěn)壓管流過(guò)規(guī)定電流時(shí)穩(wěn)壓管 兩端的反向電壓值。兩端的反向電壓值。2. 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 IZ 越大穩(wěn)壓效果越好，越大穩(wěn)壓效果越好， 小于小于 Imin 時(shí)不穩(wěn)壓。時(shí)不穩(wěn)壓。3. 最大任務(wù)電流最大任務(wù)電流 IZM 最大耗散功率最大耗散功率 PZMP ZM = UZ IZM4. 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻 rZ

23、rZ = UZ / IZ 越小穩(wěn)壓效果越好。越小穩(wěn)壓效果越好。幾幾 幾十幾十 .5. 穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù) CT%100ZZT TUUC普通，普通，UZ 4 V，CTV 7 V，CTV 0 (為雪崩擊穿為雪崩擊穿)具有正溫度系數(shù)；具有正溫度系數(shù)；4 V UZ 7 V，CTV 很小。很小。.例例 1.4.1 分析簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路的任務(wù)原理，分析簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路的任務(wù)原理， R 為限流電阻。為限流電阻。IR = IZ + ILUO= UI IR RUIUORRLILIRIZ.1.4.2 發(fā)光二極管與光敏二極管發(fā)光二極管與光敏二極管一、發(fā)光二極管一、發(fā)光二極管 LED (Light Emitti

24、ng Diode)1. 符號(hào)和特性符號(hào)和特性任務(wù)條件：正向偏置任務(wù)條件：正向偏置普通任務(wù)電流幾十普通任務(wù)電流幾十 mA， 導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓 (1 2) V符號(hào)符號(hào)u /Vi /mAO2特性特性.2. 主要參數(shù)主要參數(shù)電學(xué)參數(shù)：電學(xué)參數(shù)：I FM ，U(BR) ，IR光學(xué)參數(shù)：峰值波長(zhǎng)光學(xué)參數(shù)：峰值波長(zhǎng) P，亮度，亮度 L，光通量，光通量 發(fā)光類型：發(fā)光類型： 可見(jiàn)光：紅、黃、綠可見(jiàn)光：紅、黃、綠顯示類型：顯示類型： 普通普通 LED ，不可見(jiàn)光：紅外光不可見(jiàn)光：紅外光點(diǎn)陣點(diǎn)陣 LED七段七段 LED ,.二、光敏二極管二、光敏二極管1符號(hào)和特性符號(hào)和特性符號(hào)符號(hào)特性特性u(píng)iO暗電流暗電流E =

25、 200 lxE = 400 lx任務(wù)條件：任務(wù)條件：反向偏置反向偏置2. 主要參數(shù)主要參數(shù)電學(xué)參數(shù)：電學(xué)參數(shù)：暗電流，光電流，最高任務(wù)范圍暗電流，光電流，最高任務(wù)范圍光學(xué)參數(shù)：光學(xué)參數(shù)：光譜范圍，靈敏度，峰值波長(zhǎng)光譜范圍，靈敏度，峰值波長(zhǎng)實(shí)物照片實(shí)物照片.補(bǔ)充：選擇二極管限流電阻補(bǔ)充：選擇二極管限流電阻步驟：步驟：1. 設(shè)定任務(wù)電壓設(shè)定任務(wù)電壓(如如 0.7 V；2 V (LED)；UZ )2. 確定任務(wù)電流確定任務(wù)電流(如如 1 mA；10 mA；5 mA)3. 根據(jù)歐姆定律求電阻根據(jù)歐姆定律求電阻 R = (UI UD)/ ID(R (R 要選擇標(biāo)稱值要選擇標(biāo)稱值) ).1.5.1 晶體

26、三極管晶體三極管1.5.2 晶體三極管的特性曲線晶體三極管的特性曲線1.5.3 晶體三極管的主要參數(shù)晶體三極管的主要參數(shù).(Semiconductor Transistor)(Semiconductor Transistor)1.5.1 晶體三極管晶體三極管一、構(gòu)造、符號(hào)和分類一、構(gòu)造、符號(hào)和分類NNP發(fā)射極發(fā)射極 E基極基極 B集電極集電極 C發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié) 基區(qū)基區(qū) 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 集電區(qū)集電區(qū)emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型ECBECB.分類：分類：按資料分：按資料分： 硅管、鍺管硅管、鍺管按功率分：按功率分： 小功率管小功率管 1 W

27、中功率管中功率管 0.5 1 W.二、電流放大原理二、電流放大原理1. 三極管放大的條件三極管放大的條件內(nèi)部?jī)?nèi)部條件條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大集電結(jié)面積大外部外部條件條件發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏2. 滿足放大條件的三種電路滿足放大條件的三種電路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共發(fā)射極共發(fā)射極共集電極共集電極共基極共基極.實(shí)現(xiàn)電路實(shí)現(xiàn)電路:.3. 三極管內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程三極管內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程1) 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入多子電子，發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入多子電子， 構(gòu)成發(fā)射極電流構(gòu)成發(fā)射極電流 IE。I CN多數(shù)向多數(shù)向

28、 BC 結(jié)方向分散構(gòu)成結(jié)方向分散構(gòu)成 ICN。IE少數(shù)與空穴復(fù)合，構(gòu)成少數(shù)與空穴復(fù)合，構(gòu)成 IBN 。I BN基區(qū)空基區(qū)空穴來(lái)源穴來(lái)源基極電源提供基極電源提供(IB)集電區(qū)少子漂移集電區(qū)少子漂移(ICBO)I CBOIBIBN IB + ICBO即：即：IB = IBN ICBO 2)電子到達(dá)基區(qū)后電子到達(dá)基區(qū)后( (基區(qū)空穴運(yùn)動(dòng)因濃度低而忽略基區(qū)空穴運(yùn)動(dòng)因濃度低而忽略) ).I CNIEI BNI CBOIB 3) 集電區(qū)搜集分散過(guò)集電區(qū)搜集分散過(guò) 來(lái)的載流子構(gòu)成集來(lái)的載流子構(gòu)成集 電極電流電極電流 ICICI C = ICN + ICBO .I C = ICN + ICBO IB = IB

29、N ICBO I E = ICN + IBN I CNIEI BNI CBOIBIC.4. 三極管的電流分配關(guān)系三極管的電流分配關(guān)系當(dāng)管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集當(dāng)管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集電結(jié)面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定，即：電結(jié)面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定，即：IB = I BN ICBO IC = ICN + ICBOBNCNII CEOBCBOBC)1(IIIII 穿透電流穿透電流CBOBCBOCIIII .IE = IC + IBCEOBCIII BCEIII BC II BE )1(II CEOBE )1(III .1.5.2 晶體三極管的特性

30、曲線晶體三極管的特性曲線一、輸入特性一、輸入特性輸入輸入回路回路輸出輸出回路回路常數(shù)常數(shù) CE)(BEBuufi0CE u與二極管特性類似與二極管特性類似.BEuBiO0CE uV 1CE u0CE uV 1CE u特性根本重合特性根本重合(電流分配關(guān)系確定電流分配關(guān)系確定)特性右移特性右移(因集電結(jié)開場(chǎng)吸引電子因集電結(jié)開場(chǎng)吸引電子)導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓 UBE(on)硅管：硅管： (0.6 0.8) V鍺管：鍺管： (0.2 0.3) V取取 0.7 V取取 0.2 V.二、輸出特性二、輸出特性常數(shù)常數(shù) B)(CECiufiiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB

31、= 0O 2 4 6 8 43211. 截止區(qū)：截止區(qū)：2. IB 0 3. IC = ICEO 04. 條件：兩個(gè)結(jié)反條件：兩個(gè)結(jié)反偏偏截止區(qū)截止區(qū)ICEO.iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43212. 放大區(qū)：放大區(qū)：CEOBCIII 放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)條件：條件： 發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏特點(diǎn)：特點(diǎn)： 程度、等間隔程度、等間隔ICEO.iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43213. 飽和區(qū)：飽和區(qū)：uCE u BEuCB = uCE u

32、 BE 0條件：兩個(gè)結(jié)正偏條件：兩個(gè)結(jié)正偏特點(diǎn)：特點(diǎn)：IC IB臨界飽和時(shí)：臨界飽和時(shí)： uCE = uBE深度飽和時(shí)：深度飽和時(shí)：0.3 V (硅管硅管)UCE(SAT)=0.1 V (鍺管鍺管)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)ICEO.三、溫度對(duì)特性曲線的影響三、溫度對(duì)特性曲線的影響1. 溫度升高，輸入特性曲線向左移。溫度升高，輸入特性曲線向左移。溫度每升高溫度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。溫度每升高溫度每升高 10C，ICBO 約增大約增大 1 倍。倍。BEuBiOT2 T1.2. 溫度升高，輸出特性曲線向上移。溫度升高，輸出特性曲線向上移。iCuCE T1iB = 0

33、T2 iB = 0iB = 0溫度每升高溫度每升高 1C， (0.5 1)%。輸出特性曲線間距增大。輸出特性曲線間距增大。O.1.5.3 晶體三極管的主要參數(shù)晶體三極管的主要參數(shù)一、電流放大系數(shù)一、電流放大系數(shù)1. 共發(fā)射極電流放大系數(shù)共發(fā)射極電流放大系數(shù)iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321 直流電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù)BCCBOBCBOCBNCNIIIIIIII 交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù) BiiC普通為幾十普通為幾十 幾百幾百Q(mào)82A1030A1045. 263 80108 . 0A1010A10)65. 14

34、5. 2(63 .iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43212. 共基極電流放大系數(shù)共基極電流放大系數(shù) 11BCCECIIIII 1 普通在普通在 0.98 以上。以上。 Q988. 018080 二、極間反向飽和電流二、極間反向飽和電流CB 極間反向飽和電流極間反向飽和電流 ICBO， CE 極間反向飽和電流極間反向飽和電流 ICEO。.三、極限參數(shù)三、極限參數(shù)1. ICM 集電極最大允許電流，超越時(shí)集電極最大允許電流，超越時(shí) 值明顯降低。值明顯降低。2. PCM 集電極最大允許功率損耗集電極最大允許功率損耗 PC = iC u

35、CE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 區(qū)區(qū).U(BR)CBO 發(fā)射極開路時(shí)發(fā)射極開路時(shí) C、B 極間反向擊穿電壓。極間反向擊穿電壓。3. U(BR)CEO 基極開路時(shí)基極開路時(shí) C、E 極間反向擊穿電壓。極間反向擊穿電壓。U(BR)EBO 集電極極開路時(shí)集電極極開路時(shí) E、B 極間反向擊穿電壓。極間反向擊穿電壓。U(BR)CBO U(BR)CEO U(BR)EBO (P34 2.1.7)知:ICM = 20 mA, PCM = 100 mW，U(BR)CEO = 20 V，當(dāng) UCE = 10 V 時(shí)，IC mA當(dāng) UCE = 1 V，那么 IC mA當(dāng)

36、IC = 2 mA，那么 UCE 0 此時(shí)此時(shí) uGD = UGS(off)； 溝道楔型溝道楔型耗盡層剛相碰時(shí)稱預(yù)夾斷。耗盡層剛相碰時(shí)稱預(yù)夾斷。預(yù)夾斷預(yù)夾斷當(dāng)當(dāng) uDS ，預(yù)夾斷點(diǎn)下移。，預(yù)夾斷點(diǎn)下移。.3. 轉(zhuǎn)移特性和輸出特性轉(zhuǎn)移特性和輸出特性UGS(off)當(dāng)當(dāng) UGS(off) uGS 0 時(shí)時(shí),2GS(off)GSDSSD)1(UuIi uGSiDIDSSuDSiDuGS = 3 V 2 V 1 V0 V 3 VOO.一、加強(qiáng)型一、加強(qiáng)型 N 溝道溝道 MOSFET (Mental Oxide Semi FET)1.6.2 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管1. 構(gòu)造與符號(hào)構(gòu)造與符號(hào)P 型襯底型

37、襯底( (摻雜濃度低摻雜濃度低) )N+N+用分散的方法用分散的方法制造兩個(gè)制造兩個(gè) N 區(qū)區(qū)在硅片外表生一在硅片外表生一層薄層薄 SiO2 絕緣絕緣層層S D用金屬鋁引出用金屬鋁引出源極源極 S 和漏極和漏極 DG在絕緣層上噴金在絕緣層上噴金屬鋁引出柵極屬鋁引出柵極 GB耗耗盡盡層層S 源極源極 SourceG 柵極柵極 Gate D 漏極漏極 DrainSGDB.2. 任務(wù)原理任務(wù)原理1)uGS 對(duì)導(dǎo)電溝道的影響對(duì)導(dǎo)電溝道的影響 (uDS = 0)反型層反型層( (溝道溝道) ).1)uGS 對(duì)導(dǎo)電溝道的影響對(duì)導(dǎo)電溝道的影響 (uDS = 0)a. 當(dāng)當(dāng) UGS = 0 ，DS 間為兩個(gè)背

38、對(duì)背的間為兩個(gè)背對(duì)背的 PN 結(jié)；結(jié)；b. 當(dāng)當(dāng) 0 UGS UGS(th)DS 間的電位差使間的電位差使溝道呈楔形，溝道呈楔形，uDS，接近漏極端的溝道厚接近漏極端的溝道厚度變薄。度變薄。預(yù)夾斷預(yù)夾斷(UGD = UGS(th)：漏極附近反型層消逝。：漏極附近反型層消逝。預(yù)夾斷發(fā)生之前：預(yù)夾斷發(fā)生之前： uDS iD。預(yù)夾斷發(fā)生之后：預(yù)夾斷發(fā)生之后：uDS iD 不變。不變。.3. 轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線DS)(GSDUufi 2 4 64321uGS /ViD /mAUDS = 10 VUGS (th)當(dāng)當(dāng) uGS UGS(th) 時(shí)：時(shí)：2GS(th)GSDOD)1( UuIiuGS

39、= 2UGS(th) 時(shí)的時(shí)的 iD 值值開啟電壓開啟電壓O.4. 輸出特性曲線輸出特性曲線GS)(DSDUufi 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)uDS 107 MOSFET：RGS = 109 1015IDSSuGS /ViD /mAO.4. 低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo) gm 常數(shù)常數(shù) DSGSDmUuig反映了反映了uGS 對(duì)對(duì) iD 的控制才干，的控制才干，單位單位 S(西門子西門子)。普通為幾毫西。普通為幾毫西 (mS)uGS /ViD /mAQO.PDM = uDS iD，受溫度限制。，受溫度限制。5. 漏源動(dòng)態(tài)電阻漏源動(dòng)態(tài)電阻 rds常數(shù)常數(shù) GSdDS dsuiur6. 最大漏極功耗最大漏極功耗 P

40、DM.小小 結(jié)結(jié)第第 1 1 章章.一、兩種半導(dǎo)體和兩種載流子一、兩種半導(dǎo)體和兩種載流子兩種載流兩種載流子的運(yùn)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)電子電子 自在電子自在電子空穴空穴 價(jià)電子價(jià)電子兩兩 種種半導(dǎo)體半導(dǎo)體N 型型 (多電子多電子)P 型型 (多空穴多空穴)正向電阻小正向電阻小(理想為理想為 0)，反向電阻大，反向電阻大()。)1e (DSD TUuIi)1e ( , 0DSDD TUuIiu0 , 0SD IIu.iDO uDU (BR)I FURM正向正向 最大平均電流最大平均電流 IF反向反向 最大反向任務(wù)電壓最大反向任務(wù)電壓 U(BR)(超越那么擊超越那么擊穿穿)反向飽和電流反向飽和電流 IR (IS

41、)(受溫度影響受溫度影響)IS.3. 二極管的等效模型二極管的等效模型理想模型理想模型 (大信號(hào)形狀采用大信號(hào)形狀采用)uDiD正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通 電壓降為零電壓降為零 相當(dāng)于理想開封鎖合相當(dāng)于理想開封鎖合反偏截止反偏截止 電流為零電流為零 相當(dāng)于理想開關(guān)斷開相當(dāng)于理想開關(guān)斷開恒壓降模型恒壓降模型UD(on)正偏電壓正偏電壓 UD(on) 時(shí)導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通 等效為恒壓源等效為恒壓源UD(on)否那么截止，相當(dāng)于二極管支路斷開否那么截止，相當(dāng)于二極管支路斷開UD(on) = (0.6 0.8) V估算時(shí)取估算時(shí)取 0.7 V硅管：硅管：鍺管：鍺管：(0.1 0.3) V0.2 V折線近似模型折線近似模

42、型相當(dāng)于有內(nèi)阻的恒壓源相當(dāng)于有內(nèi)阻的恒壓源 UD(on).4. 二極管的分析方法二極管的分析方法圖解法圖解法微變等效電路法微變等效電路法5. 特殊二極管特殊二極管任務(wù)條件任務(wù)條件主要用途主要用途穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管反反 偏偏穩(wěn)穩(wěn) 壓壓發(fā)光二極管發(fā)光二極管正正 偏偏發(fā)發(fā) 光光光敏二極管光敏二極管反反 偏偏光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換.三、兩種半導(dǎo)體放大器件三、兩種半導(dǎo)體放大器件雙極型半導(dǎo)體三極管雙極型半導(dǎo)體三極管(晶體三極管晶體三極管 BJT)單極型半導(dǎo)體三極管單極型半導(dǎo)體三極管(場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 FET)兩種載流子導(dǎo)電兩種載流子導(dǎo)電多數(shù)載流子導(dǎo)電多數(shù)載流子導(dǎo)電晶體三極管晶體三極管1. 方式與構(gòu)造方式與構(gòu)造NPNPNP三區(qū)、三極、兩結(jié)三區(qū)、三極、兩結(jié)2. 特點(diǎn)特點(diǎn)基極電流控制集電極電流并實(shí)現(xiàn)放大基極電流控制集電極電流并實(shí)現(xiàn)放大.放放大大條條件件內(nèi)因：發(fā)射區(qū)載流子濃度高、內(nèi)因：發(fā)射區(qū)載流子濃度高、 基區(qū)薄、集電區(qū)面積大基區(qū)薄、