模拟与数字电路 作者 宁帆 张玉艳 第1章半导体元器件.pptVIP

第1章半导体元器件 1.1半导体基础知识 1.1.1什么是半导体 1.1.2本征半导体 1.1.3杂质半导体 1.1.1什么是半导体 1.1.2本征半导体 1.1.3杂质半导体 1.2PN结 1.2.1PN结的形成 1.2.2PN结的单向导电性 1.2.3温度对伏安特性的影响 1.2.4PN结的反向击穿 1.2.5PN结的电容效应 1.2.1PN结的形成 1.2.2PN结的单向导电性 1.2.4PN结的反向击穿 1.2.5PN结的电容效应 1.3半导体二极管 1.3.1二极管的结构和符号 1.3.2二极管的伏安特性 1.3.3二极管的主要参数 1.3.4二极管的等效电阻 1.3.5二极管等效电路 1.3.6特殊二极管 1.3.7二极管的应用 1.3.1二极管的结构和符号 1.3.2二极管的伏安特性 1.3.3二极管的主要参数 1.3.4二极管的等效电阻 1.3.5二极管等效电路 1.3.6特殊二极管 1.3.7二极管的应用 1.4半导体三极管 1.4.1三极管的结构类型 1.4.2三极管的工作原理 1.4.3三极管特性曲线 1.4.4三极管的极限参数 1.4.1三极管的结构类型 1.4.2三极管的工作原理 1.4.3三极管特性曲线 1.4.4三极管的极限参数 1.5场效应晶体管 1.5.1结型场效应管 1.5.2绝缘栅型场效应管 1.5.1结型场效应管 1.5.2绝缘栅型场效应管 小结 场效应晶体管简称场效应管，也是用半导体材料做成的电子器件。 由于场效应管是靠多数载流子导电，在管中运动的只是一种载流子，要么是电子，要么是空穴，即只有一种极性的载流子，所以又把场效应管称为单极性晶体管。 场效应管种类很多，根据结构和制造工艺的不同，场效应管可分为结型和绝缘栅型两大类。 1. 结构 结型场效应管的结构示意图，如图1-5-1(a)所示。 它是在一块N型半导体材料两侧扩散高浓度的P型区(用P+表示)，形成两个P+N结。 把两个P+型区联在一起引出的电极，称为栅极，用字母G表示；在N型半导体两端各引出一个电极分别称为漏极(D)和源极(S)，由于源极及漏极的结构一样，故完全可以倒过来使用。 夹在两个P+N结中间的电流通道，称为导电沟道。 由于导电沟道为N型半导体，所以这种管子称为N沟道结型场效应管，它的符号如图1-5-1(b)所示。 同样，也有P沟道结型场效应管，符号如图1-5-1(c)所示。 图1-5-1结型场效应管结构与符号 当栅极与源极之间的电压uGS=0时，如果在D、S之间加上电压uDS(uDS＞0)，则将有电子从源极出发经N沟道流向漏极，形成电流iD，如图1-5-2(a)所示。 当uDS值很小时，沟道形状不变，iD随uDS线性增长。 如果给栅极和源极之间施加负电压uGS时，由于沟道两侧的P+N结被反偏，耗尽区要展宽，如图1-5-2(b)所示。 2. 基本工作原理 图1-5-2沟道随uGS、uDS变化的情况 不难想象，欲使结型场效应管工作，必须满足的条件之一是 UP＜uGS≤0 (1-5-1) 上式说明N沟道结型场效应管只能在反向偏压下工作，且不可进入夹断区。 因为当uGS＞0时，沟道两侧的P+N结变成了正偏，将失去对沟道的控制作用，且使输入电阻变得很小。 如果uGS满足式（1-5-1）的条件，且为某固定值时，如果再增大uDS，则从源极到漏极，沟道的电位将逐渐增高。 结果将使两个PvN结在漏极一端的反向偏压比源极端的大，因而沟道变成楔形，这时沟道电阻将随uDS的增加而增大，iD与uDS成非线性关系。 当uDS增加到uDS=uGS-UP时，沟道在漏极一端刚好被夹断，这就是预夹断，如图1-5-2(c)所示。 此后，uDS再增加，iD将基本保持不变，即达到一饱和值。 曲线三极管的性能可通过输入特性曲线和输出特性曲线来反映。 由于场效应管工作时，栅极基本上没有电流，故输入特性曲线没有多大意义。 因此，它的性能是由输出特性曲线和转移特性曲线来反映。 3. 结型场效应管特性 输出特性曲线是在uGS一定的情况下，漏极电流iD与漏极电压uDS之间的关系曲线，对应不同的uGS可以得到一族曲线，如图1-5-3所示。 由以上分析可知，在满足UP＜uGS≤0的情况下。 当uDS较小时，iD随uDS的增加而增大。 当uDS增大到uDS=uGS-UP时，将出现预夹断。 把不同uGS值的预夹断点连起来，如图1-5-3中虚线所示。 (1) 输出特性曲线 图1-5-3N沟道结型管的输出特性曲线