第二章常用半导体器件原理2课件.ppt

模拟电子技术基础;2.1　半导体物理基础 ;2.1.2　本征半导体 ;　　每个原子最外层轨道上的四个价电子为相邻原子核所共有，形成共价键。共价键中的价电子是不能导电的束缚电子。 ;　　本征半导体中出现了带负电的自由电子和带正电的空穴，二者都可以参与导电，统称为载流子。 ;　　分别用ni和pi表示自由电子和空穴的浓度 (cm-3) ，;4.1.3　漂移电流和扩散电流 ;2.2　PN 结 ;　　空间电荷区又称为耗尽区或势垒区。在掺杂浓度不对称的 PN 结中，耗尽区在重掺杂一边延伸较小，而在轻掺杂一边延伸较大。;4.2.2　PN 结的单向导电特性 ;　　PN 结的单向导电特性： PN 结只需要较小的正向电压，就能产生较大的正向电流， 而且正向电流随正向电压的微小变化会发生明显改变(指数特性) 而在反偏时，少子只能提供很小很小的漂移电流，并且基本上不随反向电压而变化。;2.2.3　PN 结的击穿特性 ;4.2.4　PN 结的电容特性 ;二、扩散电容 ;2.3　晶体二极管 ;二、二极管的管压降?;RD 和 rD 随工作点的位置变化而改变;2.3.3　二极管的近似伏安特性和简化电路模型 ;【例 4.3.1】电路如图 (a) 所示，计算二极管中的电流 ID 。已知二极管的导通电压UD(on) = 0.6 V，交流电阻 rD 近似为零。 ;工作电流IZ可以在IZmin到IZmax的较大范围内调节，两端的反向电压成为稳定电压UZ。IZ应大于IZmin以保证较好的稳压效果。同时，外电路必须对IZ进行限制，防止其太大使管耗过大，甚至烧坏PN结，如果稳压二极管的最大功耗为PM，则IZ应小于IZmax = PM / UZ。 ;［例2.3.2］稳压二极管电路如图所示，稳定电压 UZ = 6 V。当限流电阻 R = 200 ? 时，求工作电流 IZ 和输出电压 UO；当R = 11 k? 时，再求 IZ 和 UO 。 ;2.3.5 其它二极管 1. 变容二极管;2.3.6　二极管应用电路举例 ;［例2.3.4］分析图 (a) 所示的二极管桥式整流电路的工作原理，其中的二极管D1 ~ D4为理想二极管，输入电压ui的波形如图 (b) 所示。 ;二、限幅电路 ;［例2.3.7］二极管限幅电路如图 (a) 所示，其中二极管D1和D2的导通电压UD(on) = 0.3 V，交流电阻rD ? 0。输入电压ui的波形在图 (b) 中给出，作出输出电压uo的波形。 ;三、电平选择电路 ;2.4　双极型晶体管 ;一、发射区向基区???入电子 ?　 电子注入电流IEN， 空穴注入电流IEP? 二、基区中自由电子边扩散 边复合 ?　 　基区复合电流IBN? 三、集电区收集自由电子 ? 收集电流ICN 反向饱和电流ICBO ;共发射极直流电流放大倍数： 共基极直流电流放大倍数： 换算关系：;晶体管各极电流关系 ;2.4.2　晶体管的伏安特性 ;二、输入特性 ;2.4.3　晶体管的近似伏安特性和简化直流模型 ;2.4.4　直流偏置下晶体管的工作状态分析 ;［例2.4.1］晶体管直流偏置电路如图所示，已知晶体管的UBE(on) = 0.6 V，? = 50。当输入电压UI分别为0 V、3 V和5 V时，判断晶体管的工作状态，并计算输出电压UO。 ;［例4.4.2］晶体管直流偏置电路如图所示，已知晶体管的UBE(on) = - 0.7 V，? = 50。判断晶体管的工作状态，并计算IB、IC和UCE。 ;2.5.1　结型场效应管 ;一、工作原理 ;;三、转移特性;2.5.2　绝缘栅场效应管 ;一、工作原理 ;　　N沟道耗尽型MOSFET在UGS = 0时就存在ID = ID0。UGS的增大将增大ID。当UGS 0时，且| UGS | 足够大时，导电沟道消失，ID = 0，此时的UGS为夹断电压UGS(off) 。 ;?n为导电沟道中自由电子运动的迁移率； Cox为单位面积的栅极电容； W 和 L分别为导电沟道的宽度和长度，W / L为宽长比。;N沟道耗尽型MOSFET;2.5.3　各种场效应管的比较以及场效应管与晶体管的对比 ;［例2.5.1］判断图中场效应管的工作状态。 ;NPN晶体管;场效应管和晶体管的主要区别包括： 　　晶体管处于放大状态或饱和状态时，存在一定的基极电流，输入电阻较小。场效应管中，JFET的输入端PN结反偏，MOSFET则用SiO2绝缘体隔离了栅极和导电沟道，所以场效应管的栅极电流很小，输入电阻极大。 　　晶体管中主要导电依靠基区中非平衡少子的扩散运动，所以导电能力容易受外界因素如温度的影响。场效应管则依靠自由电子或