单元1半导体器件.doc

第一单元 半导体器件 （3学时——第1～3学时） 主要内容：半导体器件、PN结、二极管、三极管、场效应管。 教学重点：二极管、三极管、场效应管。 教学难点：三极管、场效应管特性。 教学方法：复习总结式。启发式教学、探究式教学。 教学手段：理论、实际应用相结合，必要时采用对媒体辅助教学。 知识点 一．半导体本征半导体N型半导体内部有大量电子、少量空穴，主要靠电子导电；型半导体内部有大量空穴、少量电子，主要靠导电 二．PN结的形成 多子扩散（在P、N结合部形成内电场EI）、少子漂移，内电场阻碍多子扩散、利于少子漂移，当扩散与漂移相对平衡，形成PN结。 PN结别名：耗尽层、势垒区、电位壁垒、阻挡层、内电场、空间电荷区等。 PN结性质——单向导电性 正向导通 PN结外加正向电压（正向偏置）——P接 +、N接 - ，内电场被削弱，多子扩散容易进行，形成较大正向电流（正向电阻较小）。 正偏电压为0.7V（Si管）或0.2V（Ge管）——不要超过！反向截止 PN结外加反向电压（反向偏置）——P接 -、N接 +，内电场被加强，多子扩散难以进行，利于少子漂移，形成较小反向电流（反向电阻较大）。 当电压超过某个值（约零点几伏），全部少子参与导电，形成“反向饱和电流IS”。 反偏电压最高可达几千伏。 三．二极管结构 用外壳将PN结封闭，引出2根极线，就构成了二极管。 二极管伏安特性 即=f（）。 正向电流较大（正向电阻较小），反向电流较小（反向电阻较大）。 门限电压（死区电压）γ(Si管约为0.5V、Ge管约为0.1V) 反向击穿电压BR（可高达几千伏） 二极管所加正向电压为0.7V（Si管）或0.2V（Ge管）——当作已知量！过大则烧坏管子。 二极管电压电流方程（近似）：I=IS（eqU/KT-1）= IS（eU/UT-1） 其中，UT≈26mV 二极管 4、二极管参数 最大整流（正向）电流 IF最大反向电压UR (通常规定UR = UBR /2)反向饱和电流IS特殊二极管——稳压二极管 工作于反向击穿状态的二极管。稳压管电流变化较大时，其电压基本不变。 参数：稳压值z、最高工作电流Izmax、最低工作电流Izmin。 三极管 三极管结构及符号 由三块半导体构成，分为NPN型和PNP型两种。三极管含有极、结、区。其中，发射区高掺杂，基区较薄且低掺杂，集电区一般掺杂。 三极管的三种组态（三种接法） 共发射极组态共基极组态共集电极组态三极管各极电流关系 在保证三极管的发射结正偏、集电结反偏。 IE＝IC+IB IC＝βIB+(1+β)ICBO＝βIB+ICEO≈βIB 伏安特性曲线共发射极NPN管输入特性曲线 BE = f（B，CE） 输出特性曲线 = g（B，CE） 三极管三种状态 放大状态——发射结正偏、集电结反偏 饱和状态——两结均正偏（存在饱和压降UCES） 截止状态——两结均反偏 三极管主要参数 场效应管（Field Effect Transistor） 场效应管的输入端PN结处于反偏或绝缘状态，具有很高的输入电阻（这一点与三极管相反），同时，还具有噪声低、热稳定性好、抗辐射性强、便于集成等优点。 场效应管结构与分类 场效应管利用导电沟道进行工作，利用栅源电压控制漏极电流。 场效应管分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管两大类。 场效应管与三极管区别 1．场效应管的栅极B、源极S、漏极D分别与三极管的基极b、发射极e、集电极c相对应。 2．三极管输入PN结正偏，出入电阻较小；场效应管输入PN结反偏或栅极绝缘，输入电阻远大于三极管（栅极电流基本为0）； 3．三极管为双极型管（电子、空穴两种载流子参与导电）；场效应管为单极型管（只有电子或空穴一种载流子参与导电）。 4．三极管是电流—电流控制器件（基极电流控制集电极电流=βiB）；场效应管是电压—电流控制器件（栅源电压控制漏极电流=gmuGS）；漏极无电流。 5．场效应管的源极和漏极是对称的，可交换使用——使用时比三极管灵活。 6．场效应管除和三极管一样可作为放大器件、可控开关等以外，还可作为压控可变线性电阻。 场效应管主要参数 开启电压UGS（th）夹断电压UGS（off）或Up饱和漏极电流ID（sat）低频跨导gm，使得设D1反偏截止、D2正偏导通。 D2导通，则UA＝0V 题2：图示电路中，稳压管UDZ1＝5V、UDZ＝V，二者正向压降均为0.7V。试根据ui波形，作出uo波形。（中山大学2005年试题） 解： 若0＜ui＜10V，则uM＜5V，两稳压管均反向截止，uo＝ui/2； 若ui＞10V，则uM＞5V，使稳压管DZ1处于稳压状态，uo＝UDZ1＝5V若－1.4V＜ui＜V，则uM|＜V，两稳压管均反向截止，uo＝ui/2； 若ui＜－1.4V，则uM|＞0.7V，两稳