1、電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用第第1章章 半導體晶體管和場效應管半導體晶體管和場效應管電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術本章小結本章小結第第3節節 絕緣柵場效應晶體管絕緣柵場效應晶體管第第2節節 晶體三極管與交流放大法電路晶體三極管與交流放大法電路第第1節節 半導體的基礎知識半導體的基礎知識第第1 1章章 半導體晶體管和場效應管半導體晶體管和場效應管 電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術1.1.1 物理基礎物理基礎1.1.2 本征半導體本征半導體1.1.3 雜質半導體雜質半導體1.1.4 PN結結電工技術基礎與工程應用電工技術

2、基礎與工程應用-電子技術電子技術1.1.1 1.1.1 物理基礎物理基礎 電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術1.1.2 1.1.2 本征半導體本征半導體+4+4+4+4硅硅( (鍺鍺) )的原子結構的原子結構Si2 8 4Ge2 8 18 4簡化簡化模型模型+4慣性核慣性核硅硅( (鍺鍺) )的共價鍵結構的共價鍵結構價電子價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鍵內移動價鍵內移動電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術1.1.2 1.1.2 本征半導體本征半導體電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與

3、工程應用-電子技術電子技術IIPINI = IP + IN+ 電子和空穴兩種電子和空穴兩種載流子參與導電載流子參與導電1.1.2 1.1.2 本征半導體本征半導體電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術1.1.3 1.1.3 雜質半導體雜質半導體電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術 結論結論電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術1 1、N N 型半導體型半導體N 型型磷原子磷原子自由電子自由電子電子為電子為多多數載流數載流子子空穴為空穴為少少數載流數載流子子載流子數載流子數 電子數電子數+5+4+4+4+4+4正離子正離子

4、多數載多數載流子流子少數載少數載流子流子電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術P 型型硼原子硼原子空穴空穴空穴空穴 多子多子電子電子 少子少子載流子數載流子數 空穴數空穴數2 2、P P 型半導體型半導體+4+4+4+4+4+3P型半導體的簡化圖示型半導體的簡化圖示多數載多數載流子流子少數載少數載流子流子負離子負離子電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術1.1.4 PN1.1.4 PN結結( (耗盡層耗盡層) )內電場內電場。電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術P 區區N 區區內內電場電場+ UR外電場外電場I限流電阻限

5、流電阻I = I多子多子 I少子少子 I多子多子P 區區N 區區 +UR內內電場電場外電場外電場IPN 結的單向導電性：正偏導通，呈小電阻，電流較大結的單向導電性：正偏導通，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。I = I少子少子 02 PN2 PN結的單向導電性結的單向導電性電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術 SI) 1(/TUUseII3 PN3 PN結方程結方程電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術1.2 1.2 晶體二極管晶體二極管電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技

6、術電子技術1.2.1 1.2.1 基本結構基本結構構成：構成： PN結結 + 引線引線 + 管殼管殼 = 二極管二極管 (Diode)符號：符號：分類：分類：按材料分按材料分硅二極管硅二極管鍺二極管鍺二極管按結構分按結構分點接觸型點接觸型面接觸型面接觸型點接觸型點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極負極引線引線負極引線負極引線 面接觸型面接觸型N型鍺型鍺PN結結 正極引線正極引線鋁合金鋁合金小球小球底座底座金金銻銻合金合金平面型平面型正極正極引線引線負極負極引線引線集成電路中平面型集成電路中平面型pNP型型支持襯底支持襯底電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技

7、術電子技術電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術1.2.2 1.2.2 伏安特性伏安特性OuD /ViD /mA正向特性正向特性Uth死區死區電壓電壓iD = 0Uth = 0.5 V 0.1 V(硅管硅管)(鍺管鍺管)U UthiD 急劇上升急劇上升0 U Uth 反向特性反向特性U (BR)反向擊穿反向擊穿U（BR) U 0 iD 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)擊穿擊穿電壓電壓電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術反向擊穿類型：反向擊穿類型：電擊穿電擊穿熱擊穿熱擊穿

8、反向擊穿原因反向擊穿原因： 齊納擊穿齊納擊穿：雪崩擊穿：雪崩擊穿： 。 電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術1. IOM 2. URM 3. IRM 1.2.3 1.2.3 主要參數主要參數1.2.4特殊二極管特殊二極管1穩壓二極管穩壓二極管電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術 I/mAUZ /VOUZIZIZM+ 正向正向 +反向反向 UZ IZ符號符號電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術主要參數主要參數1. 穩定電壓穩定電壓 UZ和穩定電流和穩定電流 IZ 3. 最大工作電流最大工作電流 IZMax 和最大耗散功

9、率和最大耗散功率 PZM 4. 動態電阻動態電阻 rZrZ = UZ / IZ 電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術2.2.發光二極管發光二極管 LED (Light Emitting Diode)LED (Light Emitting Diode)特點：驅動電壓低、功耗小、特點：驅動電壓低、功耗小、壽命長、可靠性高壽命長、可靠性高. .用途：用途：(1).(1).用于顯示電路；用于顯示電路；(2).(2).將電信號變為光信號，將電信號變為光信號，通過光電纜傳輸，再用光電通過光電纜傳輸，再用光電二極管接收，還原成電信號。二極管接收，還原成電信號。發光類型：發光類型：

10、可見光：可見光：紅、黃、綠紅、黃、綠顯示類型：顯示類型： 普通普通LED ，七段七段 LED ，點陣，點陣 LED不可見光：不可見光：紅外光紅外光符號符號電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術3.3.光電二極管光電二極管電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術1.3 1.3 晶體三極管與交流放大電路晶體三極管與交流放大電路電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術1.3.1 1.3.1 晶體管的基本結構晶體管的基本結構電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子

11、技術電子技術一、結構一、結構N型硅型硅BECN型硅型硅P型硅型硅（a） 平面型平面型二氧化硅二氧化硅保護膜保護膜N型鍺型鍺ECBPP（b）合金型合金型銦球銦球銦球銦球電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術三層三層半導體材料構成半導體材料構成NPNNPN型、型、PNPPNP型型NNP發射極發射極 E基極基極 B集電極集電極 C發射結發射結集電結集電結 基區基區 發射區發射區 集電區集電區emitterbasecollectorNPN 型型ECB電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術PPNEBCECBPNP 型型二、類型二、類型電工技術基礎與工程應用

12、電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術1.3.2 1.3.2 電流放大作用電流放大作用實驗電路實驗電路mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6 A電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6 A1.1.測量結果測量結果IB/mA00.010.020.030.040.05IC/mA 0.0010.501.001.602.202.90IE/mA 0.0010.511.021.632.242.95IC/ IB5050535558IC/ IB50606070(1)BCEIII 符合符合KCL定律定律(2) IC和和IE比比IB大得

13、多大得多(3) IB 很小的很小的變化可以引起變化可以引起 IC很很大的變化。大的變化。 電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術2.2.晶體管內部載流子的運動規律晶體管內部載流子的運動規律I CEIEI BEI CBOIBIBE IB + ICBOICI C = ICE + ICBO 電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術3. 3. 晶體管的電流分配關系晶體管的電流分配關系IB = I BN ICBO IC = ICN + ICBOBNCNII BCEIII BC II BE )1(II CBOBCBOCIIII BCII (直流電流放大倍數）直

14、流電流放大倍數）電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術1.3.3 1.3.3 特性曲線特性曲線輸入輸入回路回路輸出輸出回路回路常數常數 CE)(BEBuufi0CE uRCECiBIERB+uBE +uCE EBCEBiC+ + + iBRB+uBE EB+ BEuBiO0CE uV 1CE u0CE uV 1CE u取取 0.7 V取取 0.2 VEB+ RB電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術2.2.輸出特性輸出特性常數常數 B)(CECiufi50 A40 A30 A10 AIB = 020 AuCE /VO 2 4 6 8 4321iC

15、 / mAmAICECIBRBEBCEB3DG6 ARCV+uCE 電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321（1）截止區：）截止區： IB 0 IC = ICEO 0條件：條件：兩個結反偏兩個結反偏BCII uCE u BEuCB = uCE u BE 00.3 V ( (硅管硅管) )0.1 V ( (鍺管鍺管) )放大區放大區截止區截止區飽飽和和區區ICEO輸出特性曲線輸出特性曲線電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術iC / mAuCE

16、/V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 00 2 4 6 8 4321 BC一般為幾十一般為幾十 幾百幾百Q1.3.4 1.3.4 主要參數主要參數 BCII 電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術PC = IC UCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 區區電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術 1.4 1.4 場效應管場效應管增強型增強型耗盡型耗盡型N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術1.4.1 絕緣柵場效應管絕緣柵場

17、效應管符號：符號：電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術（2 2）工作原理）工作原理-P襯底sgN+bdVDD二氧化硅+N-s二氧化硅P襯底gDDV+Nd+bNVGGid電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術當當uGSuGSUTUT，且固定為某一值時，來分析漏源電且固定為某一值時，來分析漏源電壓壓VDSVDS對漏極電流對漏極電流IDID的影響。（設的影響。（設UT=2VUT=2V， uGSuGS=4V=4V） -P襯底d+dDDVs+二氧化硅NNbiGGVg電工技術基礎與工程應用電工技

18、術基礎與工程應用-電子技術電子技術輸出特性曲線輸出特性曲線 電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術 轉移特性曲線轉移特性曲線電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術 一個重要參數一個重要參數跨導跨導gmgm：1(mA)DSu=6V=3VuuGS(V)1D624i43=5V(mA)243iDGS210V(V)uGSiDGSuiD電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術 2 2耗盡型絕緣柵場效應管耗盡型絕緣柵場效應管 定義：定義： 夾斷電壓（夾斷電壓（ UP）溝道剛剛消失所需的柵源電壓溝道剛剛消失所需的柵源電壓uGS。電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術N N溝道耗盡型場效應管的特性曲線溝道耗盡型場效應管的特性曲線電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術DSD|mUGSIgU常 數跨導跨導電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術本章小結本章小結電工技術基礎與工程應用電工技術基礎與工程應用-電子技術電子技術6三極管是具有放大作用的半導體器件，根據結構及工作三極管是具有放大作用的半導體器件，根據結構及工作原理的不同可分為雙極型和單極型。原理的不同可分為雙極型和單極型。7晶體三極管是由兩個晶體三極管是由兩個PN結組成的有源三端器件，分為結組成的有