第三章半导体二极管、三极管和场效应管

第三章：半导体二极管、三极管和场效应管3.1PN结与二极管、稳压二极管•半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。•常用的半导体材料是四价元素硅（Si）和锗（Ge），原子是共价键结构•本证半导体自由电子和空穴少、导电能力低。•N型半导体——在本征半导体中掺入5价元素磷（或砷、锑）时，它用4个电子与相邻原子组成共价键后，还多余一个价电子。电子是多数载流子，空穴是少数载流子。•P型半导体——在本征半导体中掺入3价元素硼（或铝、镓等），它和相邻的原子组成共价键时，因缺少一个价电子而留下一个空穴。空穴是多数载流子，电子是少数载流子。3.1.2PN结及其单向导电性•用特殊工艺将P型半导体和N型半导体放在一起，两边多子向对方扩散过程中相遇因复合而成对消失，在交界面附近出现的空间电荷区被称之为PN结。内电场(a)多子的扩散(b)PN结的形成•电源的正极接P区、负极接N区，叫做加“正向电压”或“正向偏置”。正偏时，内电场减弱，由多子组成的正向电流IF从P区流入通过PN结。•电源的正极接N区，负极接P区，叫做加“反向电压”或“反向偏置”。反偏时，内电场加强，由少子组成的反向电流IR从N区流入通过PN结。3.1.3半导体二极管•将PN结封装并加上引线构成二极管，符号中的箭头代表正偏时电流的方向。•普通二极管可用作整流、检波、限幅、钳位以及数字电路中的开关电路等。•主要参数有：最大正向电流IFM、最大反向工作电压URM、反向电流IR、最高工作频率fM等。图3-8二极管的伏安特性理想二极管特性，正偏时相当于短路反偏时相当于开路3.1.4稳压二极管•稳压二极管简称稳压管，工作在反向击穿状态。•主要参数有：稳定电压UZ、稳定电流IZ、动态电阻rZ等。(a)符号(b)伏安特性(c)稳压电路图3-123.2半导体三极管（晶体管）•3.2.1晶体管的基本结构及符号•晶体管有三个区：发射区、基区和集电区，从各区向外引线构成三个极。•三个区按照NPN或PNP排列形成发射结和集电结。•发射区重掺杂、基区很薄且轻掺杂以及集电区轻掺杂但面积大是晶体管内部特点。(a)NPN管结构及符号(b)PNP管结构及符号(c)几种三极管外形3.2.2晶体管的电流放大过程•发射结正偏、集电结反偏是晶体管电流放大的外部条件。•以NPN管为例，发射区的电子发射到基区——有少量的电子与基区的空穴复合——多数电子在集电结反偏条件下通过集电结。•集电极收集的电子数远远大于在基区复合的电子数，这就是电流放大。3.2.3晶体管的伏安特性•输入特性：UBE＞Uon时产生基极电流IB•输出特性：放大区IC=βIB；截止区IC≈0；饱和区UCE≈0。图3-16晶体管共射极伏安特性测试电路图3-17晶体管的输入特性图3-18晶体管的输出特性3.2.4晶体管的主要参数•共射极电流放大系数•极间反向电流ICBO和ICEO•集电极最大电流ICM、集电极最大功率PCM、反向击穿电压UBRCEOBCII3.3场效应管•3.3.1结型场效应管(a)N沟道结型场效应管结构(b)N沟道结型管符号(c)P沟道结型管符号图3-20(a)转移特性(b)输出特性图3-23结型场效应管的特性曲线3.3.2绝缘栅场效应管(a)转移特性(b)输出特性图3-25N沟道增强型图3-26N沟道增强型MOS管共源极接法MOS管伏安特性3.3.3场效应管的主要参数•开启电压UGS(on)、夹断电压UGS(oFF)、漏极饱和电流IDSS、直流输入电阻RGS•低频跨导gm、漏极最大耗散功率PDM和反向击穿电压UBRGS、UBRDS等。