第一章 常用半导体器件
一、半导体的特性
空穴浓度大于电子浓度为P型半导体
电子浓度大于空穴浓度为N型半导体
二、半导体二极管
1、二极管伏安特性曲线
2、反向击穿:
反向击穿分为雪崩击穿与齐纳击穿。当掺杂浓度高时,发生的是齐纳击穿,温度越高,击穿电压越小;当掺杂浓度低时,发生的是雪崩击穿,温度越高,击穿电压越高。
3、二极管主要参数
(1)最大整流电流I:二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流;
(2)最高反向工作电压:工作时允许加在二极管两端的反向电压;通常为击穿电压的一半;
(3)反向电流:二极管未击穿时的反向电流。越小越好;
(4)最高工作频率:取决于PN结结电容,结电容越大,二极管允许的最高工作频率越小;
(5)PN结电容一般为几个pF~几十个pF,结面积大的二极管可达几百pF;
4、稳压管
稳压管工作于反向击穿区
稳压管参数
(1)稳定电压Uz:稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压;
(2)稳定电流Iz:正常工作的参考电流;
(3)动态电阻Rz:Rz=ΔUz/ΔIz; Rz越小越好
(4)电压温度系数αu:稳压管电流不变,环境温度每变化1℃引起电压变化的百分比;
(5)额定功耗:稳压管的稳定电压与最大稳定电流的乘积(可通过此参数计算最大稳定电流)
稳压管使用注意
(1)稳压管必须与负载并联;
(2)必须限制流过稳压管的电流Iz,不能超过额定值,所以在稳压管电路中需要串联一个限流电阻;
三、双极型三极管(BJT)
三极管分为PNP型与NPN型
三极管放大的外部条件:外加电源的极性使发射结处于正向偏置,而集电结处于反向偏置
共射放大电路
晶体管输出特性曲线
(1)截止区:发射结电压小于开启电压且集电结反向偏置,即UBE≤UON且UCE>UBE;
(2)放大区:发射结正向偏置,集电结反向偏置,即UBE>UON且UCE>UBE,IC=βIB;
(3)饱和区:发射结与集电结都正向偏置,即UBE>UON且UCE<UBE。当UBE增大时,IB也增大,但IC基本不变。
极限参数
(1)集电极最大允许电流ICM:当IC过大时,晶体管的放大系数会变小。在IC=ICM时,放大系数降低为额定的2/3;
(2)特征频率fT:由于晶体管中PN结结电容存在,晶体管的交流电流放大系数是所加信号频率的函数。信号频率高到一定程度时,IC/IB不但数值下降,而且产生相移。使电流放大系数将为1的频率称为特征频率。
(3)最大集电极耗散功率PCM:
三、场效应管(FET)
场效应管分为结型场效应管与绝缘栅型场效应管(MOS管)
特点:输入回路内阻高,噪声低,热稳定性好,抗辐射能力强,功耗低等。
1、结型场效应管
工作原理:通过改变UGS大小控制漏极电流ID。在栅极与源极之间加一个反向电压,使得耗尽层变宽,导电沟道变窄,使得沟道电阻变大,漏极电流变小。因此场效应管为电压控制元件。
(1)UDS=0,UGS对导电沟道的控制作用;
(2)UGS固定不变(UGS(off)≤UGS≤0),UDS对导电沟道和漏极电流ID的影响
N沟道结型场效应管输出特性曲线
转移特性曲线
P沟道结型场管输出特性曲线
(1)可变电阻区:可以通过改变UGS的大小来改变漏-源等效电阻的阻值。预夹断轨迹为UDS=UGS-UGS(off)的点连成;
(2)恒流区:UDS>UGS-UGS(off)。当使用场效应管作放大管时,应使其工作在此区域。
(3)夹断区:UGS<UGS(off)时,导电沟道被夹断,ID≈0。
注意
:此时管子工作在恒流区!!
注意
:为保证结型场管栅-源间耗尽层加反向电压,对于N沟道管,UGS≤0;对于P沟道管,UGS≥0;
2、绝缘栅型场效应管(MOS管)
M O S 管 { N 沟 道 增 强 型 管 N 沟 道 耗 尽 型 管 P 沟 道 增 强 型 管 P 沟 道 耗 尽 型 管 MOS管 \left\{ \begin{array}{c} N沟道增强型管 \\ N沟道耗尽型管\\ P沟道增强型管\\ P沟道耗尽型管 \end{array}\right. MOS管⎩⎪⎪⎨⎪⎪⎧N沟道增强型管N沟道耗尽型管P沟道增强型管P沟道耗尽型管
工作原理:利用UGS来控制“感应电荷”的多少,改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况,以控制漏极电流ID。
N沟道增强型场管
(1)当UGS=0时,漏-源之间是两只背靠的PN结,不存在导电沟道,因此没有漏极电流。
(2)当UDS=0,0<UGS<UT时,增大UGS,由负离子组成的耗尽层变宽。(UT为开启电压)(下图a)
(3)当UDS=0,UGS≥UT时,出现可移动的表面电荷层–反型层、N型导电沟道。因为UDS=0,所以ID=0。(下图b)
转移特性曲线
输出特性曲线
N沟道耗尽型场管
工作条件:UDS>0
(1)UGS=0,UDS>0时,会产生较大的漏极电流;
(2)UGS<0时,漏极电流减小;
(3)当UGS更负时,ID=0,使得ID=0的UGS成为夹断电压UP;
输出特性曲线
转移特性曲线
3、场管主要参数
(1)直流参数:
1)饱和漏极电流IDSS:当UGS=0,而UDS>UP时对应的漏极电流。它是耗尽型场管的重要参数。
2)夹断电压UP
3)开启电压UT:当UDS一定时,使ID达到某一数值时,所需加的UGS;
4)直流输入电阻:UGS/ID
(2)交流参数:
1)低频跨导gm:gm=ΔID/ΔUGS(UDS=常数)
2)极间电容:CGS、CGD、CDS。极间电容越小,管子的高频特性越好。
(3)极限参数:
1)最大漏极电流IDM
2)击穿电压U(BR)DS
3)最大耗散功率PDM
MOS管极间电容等效电路
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