常用半導(dǎo)體器件

常用半導(dǎo)體器件 主要內(nèi)容 1 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 1 2 半導(dǎo)體二極管 1 3 雙極型晶體管 1 4 場效應(yīng)管 1 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 一 本征半導(dǎo)體純凈的 具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體 1 半導(dǎo)體導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體 大多數(shù)半導(dǎo)體器件所用的主要材料是硅 Si 和鍺 Ge 2 結(jié)構(gòu) 原子結(jié)構(gòu) e世博 1 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 晶體結(jié)構(gòu) 原子規(guī)則排列形成共價鍵 1 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 3 本征激發(fā)和兩種載流子 1 本征激發(fā) 共價鍵T 0K無載流子束縛價電子 部分價電子自由電子光 熱作用擺脫共價鍵 獲得足夠能量空位 稱空穴 本征激發(fā) 指半導(dǎo)體在加熱或光照作用下 產(chǎn)生電子 空穴對的現(xiàn)象 1 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 2 載流子 電場作用自由電子定向運動形成電子電流 電場作用空穴填補空穴的價電子作定向運動形成空穴電流 兩種載流子 帶負(fù)電荷的自由電子電場電子電流極性相反電流方向同帶正電荷的空穴空穴電流運動方向相反 1 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 4 本征半導(dǎo)體中載流子的濃度 復(fù)合 運動中的電子重新被共價鍵束縛起來 電子空穴對消失 本征激發(fā)T一定復(fù)合動態(tài)平衡 ni pi K1T3 2e EGO 2kT 本征半導(dǎo)體特點 1 導(dǎo)電能力弱2 熱不穩(wěn)定性熱敏元件 光敏元件 1 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 二 雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)元素 成為雜質(zhì)半導(dǎo)體 1 N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入少量五價元素原子 稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體 多數(shù)載流子 電子少數(shù)載流子 空穴n p 1 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 2 P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入少量三價元素原子 稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體 多數(shù)載流子 空穴少數(shù)載流子 電子p n 1 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 三 PN結(jié)將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上 在它們的交界面就形成PN結(jié) 1 PN結(jié)的形成 漂移運動 載流子在電場作用下的定向運動 擴散運動 由于濃度差引起的非平衡載流子的運動 1 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 多子擴散形成空間電荷區(qū)建立內(nèi)電場少子漂移 方向相反動態(tài)平衡Ij 0 1 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1 PN結(jié)外加正向電壓時處于導(dǎo)通狀態(tài) 外電場與內(nèi)電場的方向相反 空間電荷區(qū)變窄 內(nèi)電場被削弱 多子擴散得到加強 少子漂移將被削弱 擴散電流大大超過漂移電流 最后形成較大的正向電流 1 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 2 PN結(jié)外加反向電壓時處于截止?fàn)顟B(tài) 外電場與內(nèi)電場方向一致 空間電荷區(qū)變寬內(nèi)電場增強 不利于多子的擴散 有利于少子的漂移 在電路中形成了基于少子漂移的反向電流 由于少子數(shù)量很少 因此反向電流很小 結(jié)論 結(jié)具有單向?qū)щ娦?即正偏導(dǎo)通 反偏截止 1 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 3 PN結(jié)的電流方程 令 uT kT q稱溫度電壓當(dāng)量 T 300K時 uT 26mV 1 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 4 PN結(jié)的伏安特性 u 0 正向特性 u UT 指數(shù)特性 u 0 反向特性 u UT i Is u UBR 擊穿特性 齊納擊穿 雪崩擊穿 1 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 4 PN結(jié)的電容效應(yīng) 1 勢壘電容 Cb 1 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 2 擴散電容 Cd Cj Cb Cd 1 2 半導(dǎo)體二極管 一 二極管的構(gòu)成及類型 1 構(gòu)成 PN結(jié) 管殼 引線 1 2 半導(dǎo)體二極管 2 類型 1 2 半導(dǎo)體二極管 二 二極管的伏安特性 1 二極管和PN結(jié)伏安特性的區(qū)別 開啟電壓Uon 2 溫度對二極管伏安特性的影響 1 2 半導(dǎo)體二極管 三 二極管的主要參數(shù) 1 最大整流電流IF 2 最高反向工作電壓UR 3 反向電流IR 4 最高工作頻率fM 1 2 半導(dǎo)體二極管 四 二極管的等效電路 1 由伏安特性折線化得到的等效電路 1 2 半導(dǎo)體二極管 2 二極管的微變等效電路 1 2 半導(dǎo)體二極管 五 穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管 1 穩(wěn)壓管的伏安特性 1 2 半導(dǎo)體二極管 2 穩(wěn)壓管的主要參數(shù) 1 穩(wěn)定電壓Uz 2 穩(wěn)定電流Iz 3 額定功耗PZM 4 動態(tài)電阻rz 5 溫度系數(shù) 1 3 雙極型晶體管 一 晶體管的結(jié)構(gòu)及類型 雙極型晶體管 BJT 又稱晶體三極管 半導(dǎo)體三極管 簡稱晶體管 1 3 雙極型晶體管 一 晶體管的結(jié)構(gòu)及類型 晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖 晶體管的符號 構(gòu)成 三個區(qū) 三個極 兩個結(jié) 1 3 雙極型晶體管 二 晶體管的電流放大作用 1 3 雙極型晶體管 1 晶體管內(nèi)部載流子的運動 1 發(fā)射結(jié)加正向電壓 擴散運動形成發(fā)射極電流IE2 擴散到基區(qū)的自由電子與孔穴的復(fù)合運動形成基極電流IB3 集電結(jié)加反向電壓 漂移運動形成集電極電流IC 2 晶體管的電流分配關(guān)系 IE IEN IEP ICN IBN ICBOIC ICN ICBOIB IBN IEP ICBO IB ICBO 又 IE IC IB 1 3 雙極型晶體管 3 晶體管的共射電流放大系數(shù) 1 定義 共射直流電流放大系數(shù) 2 定義 共射交流電流放大系數(shù) 容易證明 1 3 雙極型晶體管 3 定義 共基直流電流放大系數(shù) 4 定義 共基交流電流放大系數(shù) 容易證明 或 1 3 雙極型晶體管 三 晶體管的共射特性曲線 1 輸入特性曲線 1 3 雙極型晶體管 三 晶體管的共射特性曲線 1 輸出特性曲線 1 3 雙極型晶體管 1 輸出特性曲線 1 截止區(qū) 2 放大區(qū) 3 飽和區(qū) 1 3 雙極型晶體管 四 晶體管的主要參數(shù) 1 直流參數(shù) 1 共射直流電流放大系數(shù) 2 共基直流電流放大系數(shù) 3 極間反向電流 集 基極反向截止電流ICBO 集 射極反向截止電流ICEO 2 交流參數(shù) 1 共射交流電流放大系數(shù) 2 共基交流電流放大系數(shù) 3 特征頻率fF 1 3 雙極型晶體管 3 極限參數(shù) 1 最大集電極耗散功率PCM 2 最大集電極電流ICM 3 極間反向擊穿電壓 集 基極反向擊穿電壓UCBO 集 射極反向擊穿電壓UCEO 射 基極反向擊穿電壓UEBO 1 3 雙極型晶體管 五 溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響 1 溫度對ICBO的影響 溫度每升高100C ICBO增加約一倍 2 溫度對輸入特性的影響 3 溫度對輸出特性的影響 1 4 場效應(yīng)管 場效應(yīng)管 FET 是利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件 它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電 又稱單極型晶體管 一 類型及符號 N溝道1 結(jié)型P溝道 N溝道增強型P溝道2 絕緣珊型N溝道耗盡型P溝道 1 4 場效應(yīng)管 二 特性曲線與電流方程 NJFET 1 漏極特性曲線 1 可變電阻區(qū) 預(yù)夾斷前 UDS UGS UGS off 特點 a iD UDS線性b UDS RDS RDS UDS ID 2 恒流區(qū) 預(yù)夾斷后 UDS UGS UGS off 特點 a b UDS ID幾乎不變 略增 3 夾斷區(qū) 夾斷后 UGS UGS off 特點 iD 0 1 4 場效應(yīng)管 2 轉(zhuǎn)移特性曲線 3 電流方程 UGS off UGS UGS off 1 4 場效應(yīng)管 4 NEMOSFET特性曲線與電流方程 1 4 場效應(yīng)管 三 場效應(yīng)管的主要參數(shù) 1 直流參數(shù) 1 開啟電壓UGS th 2 交流參數(shù) 2 夾斷電壓UGS 0ff 3 飽和漏極電流IDSS 4 直流輸入電阻RGS DC 1 低頻跨導(dǎo)gm 2 極間電容C