第2章 半导体基本器件

总括

1. 二极管、三极管、场效应管  (掌握它们的外特性与主要参数)
2. 了解半导体物理结构

一、二极管           

1. 特性曲线

单向导电性    正偏即正向导通，电流的流向是从P型→N型

2. 主要参数（以2个具体的二极管为例）

	整流型1N4001	开关型1N4148
最大正向电流	1.0A	200mA
反向击穿电压	50V	75V
反向电流	5μA	25nA
最高工资频率	3KHz	1MHz
反向恢复时间	…	4ns

3. 应用举例

①   限幅电路  （把输入信号的负半轴限制掉）

其中u1为输入电压波形，u2是输出电压波形，可见把输入信号的负半轴限制掉

②   动态特性

其中:

Us是输入电压，其频率为1000kHz;

u2对应的二极管为1N4004(为整流型二极管)，其频率为3kHz，说明1秒内能开关3000次；其波形不能正常跳变。

u1对应的二极管为1N4148(为开关型二极管)，其频率为1MHz，说明1秒内能开关1000000次；其波形能正常跳变。

③   稳压二极管电路       主要参数(稳定电压Uz   稳定电流Iz   最大稳定电流Izm)

  

其中，U1=12V为输入电压，但有可能发生变化，即使发生变化，由于稳压二极管处于反向击穿区，所以具有稳压的作用，但是稳压是需要条件的。对于上面特定的稳压二极管，其稳压值是确定的，为5.6V，其稳压二极管的工作电流一般为5mA ，最大工作电流为82mA。

上面三幅图正是计算当满足稳压情况时，电路中的电阻R以及R_L的最小值。

二、半导体三极管

1. 三级管的结构

① 3个区：发射区、基区、集电区      由3个区引出3个极：集电极C 基极B 发射极E

② 2个PN结：发电结  集电结  

③  三极管的文字符号：VT

④ 三极管内部结构特点

	掺杂浓度	片区厚度	PN结面积
基区	低	薄
发射区	高：掺杂浓度比基区、集电区大得多	厚
集电区	中	厚
集电结			大
发射结			小

2. 三极管的分类（这里仅以内部基本结构来划分）

3. 三极管的3种接入方式

4. 三极管特性曲线：

I  输入特性曲线

    反映输入电流I_B与输入电压U_BE之间关系的曲线，它以输出电压U_CE一定值作为参考量

    通常把三极管电流开始明显增长的发射结电压称为导通电压。在室温下，硅管的导通电压约为0.6~0.7V，锗管的导通电压为0.2~0.3V。

II 输出特性曲线

    它反映输出电流I_C与输出电压U_CE之间关系的曲线，它以输入电流I_B一定值作为参考量，它分为3个区：

① 截止区：两个PN结均处于反向偏置，此时管压降输出电压U_CE近乎为电源电压

② 放大区：发射结正偏，集电结反偏，具有电流放大作用，在放大区的三极管输出电流I_C只受输入电流I_B控制，与输出电压U_CE几乎无关。

③ 饱和区：两个PN结均处于正向偏置状态，当输出电压U_CE< 输入电压U_BE时，此时输出电流I_C已经不受输入电流I_B控制了。三极管饱和时的输出电压U_CE值称为饱和压降，记作U_CES，小功率的硅管的饱和压降U_CES为0.3V。

5. 三极管的两大功能:

① “放大"：当三极管处于放大区时，它有电流放大的作用，可应用于模拟电路中。

② “开关": 当三极管在饱和和截止区时，相当于电路的闭合与断开，既有开关特性，可应用于脉冲数字电路中。

6.三极管的主要参数

  三极管的参数可作为设计电路、合理使用器件的参考，下面以图的方式给出2个参数：

              

三、场效应三极管

1. 简介：三极管是用输入电流来控制输出电流的器件，称之为电流控制器件，而场效应管则是利用输入电压产生电场效应来控制输出电流的器件，称为电压控制器件。与三极管相比，它具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、耗电省、制造工艺简单等优点，便于实现集成化。

2. 场效应管的分类

结型场效应管		绝缘栅型场效应管
N沟道	P沟道	增强型		耗尽型
		N沟道	P沟道	N沟道	P沟道

3. 场效应管的结构及图形（以N沟道增强型绝缘栅场效应管为例）

说明：

① 它是一块杂质浓度较低的P型硅片作为衬底，在上面扩散两个相距很近、掺杂浓度高的N型区，分别引出两个电极，分别称为源极S和漏极D，在硅片表面生成一层薄薄的绝缘层，绝缘层上再制作一层铝金属膜作为栅极G。D极与S极之间是3段断续线，表示为增强型（若是连续线表示为耗尽型），B为衬底引线，一般与源极S相连，箭头向内表示为N沟道，反之为P沟道。

② 因为栅极与其他电极及硅片之间是绝缘的，所以称为绝缘栅型场效应管；又由于它是由金属（导体）、氧化物（绝缘体）、掺杂少量杂质的硅片（半导体）所组成的，简称为MOS场效应管。

4. MOS管的工作原理图（以N沟道增强型绝缘栅场效应管为例）

5. MOS管的特性曲线（以N沟道增强型绝缘栅场效应管为例）

I  转移特性曲线

① 转移特性曲线是指在漏源电压U_DS为一定值时，漏极电流I_D与栅源电压U_GS之间的关系曲线。

② 由于场效应管的输入电流I_G几乎为0，所以不需要输入特性。

③ 转移特性曲线可以清楚地看出栅源电压对漏极电流的控制作用。

II 输出特性曲线

① 输出特性曲线是指在U_GS为一定值时，漏极电流I_D与漏源电压U_DS之间的关系曲线。

② 输出特性曲线是一族曲线，可分为三个区，如下图所示：

   

6. 场效应管的主要参数（以N沟道增强型绝缘栅场效应管为例）

① 开启电压U_TN(GS)：是指漏源电压U_DS为常数时，增强型MOS管开始产生漏极电流I_D的栅源电压U_GS。U_GS是增强型场效应管的重要参数，对于N沟道场效应管，为正值，对于P沟道场效应管，为负值。

② 跨导g_m,是指漏源电压U_DS为定值时，栅源输入信号U_GS与由它引起的漏极电流I_D之比，它是表明栅源电压U_GS对漏极电流I_D控制作用大小的一个重要参数。

③ 漏极击穿电压U_(BR)DS，是指漏源极之间允许加的最大电压，实际电压值超过该参数时会使PN结反向击穿。