【正文】 。 由于 iD通過溝道形成自漏極到源極的電位差 ， 因此加在 “ 平板電容器 ”上的電壓將沿著溝道變化 。 第一章半導(dǎo)體器件 當(dāng) uGSUGS(th)后 ， 若在漏 源之間加正向電壓 ， 將有漏極電流 iD產(chǎn)生 。 通常將開始形成反型層所需的 uGS值稱為開啟電壓 UGS（ th） 。 但是作為平板電容器 ， 在 SiO2絕緣層中產(chǎn)生一個由柵極指向襯底的電場 ， 該電場排斥柵極附近 P型襯底的空穴 ， 使之剩下了不能移動的負(fù)離子區(qū) ， 形成耗盡層；同時把 P型襯底內(nèi)的少子電子吸引到襯底表面 ， 如圖 136（ a） 所示；隨著 uGS增大 ， 一方面耗盡層加寬 ， 另一方面被吸引到襯底表面的電子增多 ， 當(dāng) uGS增大到一定數(shù)值時 ， 在襯底表面形成了一個電子薄層 ， 稱為反型層 ， 如圖 136（ b） 所示 。 此時 ， 即使漏 源之間加上正電壓 ， 也肯定是一個 PN結(jié)導(dǎo)通 ， 一個 PN結(jié)截止 ， 因此不會有漏極電流 iD。 第一章半導(dǎo)體器件 圖 135 N＋N＋P 襯底金屬鋁s g dB二氧化硅( S i O2)gdsB襯底gB襯底s( a ) ( b ) ( c )d第一章半導(dǎo)體器件 2） 工作原理 正常工作時 ， N溝道 MOSFET的柵源電壓 uGS和漏源電壓uDS均為正值 。 在襯底底部引出引線 B， 通常襯底與源極接在一起使用 。 第一章半導(dǎo)體器件 1． N溝道增強型 MOSFET 1) 結(jié)構(gòu)和符號 N溝道增強型 MOSFET的結(jié)構(gòu)示意圖如圖 135（ a） 所示 。 所謂 耗盡型 , 就是當(dāng) uGS=0時 ， 存在導(dǎo)電溝道 ， iD≠0， （ JFET就屬于此類 ） ；所謂 增強型 , 就是uGS=0時 ， 沒有導(dǎo)電溝道 ， iD=0。 這種場效應(yīng)管輸入電阻約為 108~1010Ω， 高的可達(dá) 1015Ω， 并且制造工藝簡單 ， 便于集成 。 如果在柵極與其它電極之間用一絕緣層隔開 ， 則輸入電阻會更高 ， 這種結(jié)構(gòu)的管子稱為絕緣柵型場效應(yīng)管 。 第一章半導(dǎo)體器件 絕緣柵型場效應(yīng)管 在結(jié)型場效應(yīng)管中 ， 柵極與源極之間 PN結(jié)是反向偏置 ， 所以柵源之間的電阻很大 。 （ 2） 因為 UGS=3VUGS(off)=5V， 且預(yù)夾斷點的漏源電壓UDS(預(yù)夾斷 )=UGSUGS(off)=3(5)=2V， UDS=4V大于預(yù)夾斷處的 UDS值 ， 故管子工作在飽和區(qū) 。 已知管子的UGS(off)=5 V, 試分析 : （ 1） UGS=7 V, UDS=4 V； （ 2） UGS=3 V, UDS=4 V； （ 3） UGS=3 V, UDS=1 V 三種情況下 , 場效應(yīng)管的工作狀態(tài) 。 所謂 轉(zhuǎn)移特性曲線 , 就是在漏源電壓 UDS為一固定值時 ， 漏極電流和柵源電壓之間的關(guān)系曲線 ， 即 常數(shù)?? DSUGSD ufi |)(uD S / V161284－ 3 V－ 2 V－ 1 VuGS＝ 0 VABCD6420預(yù)夾斷軌跡uG S / V0－ 1－ 2－ 3uGS (o f f)A′B′C′D′iD / m AID S SiD / m A第一章半導(dǎo)體器件 在工程計算中 ， 飽和區(qū)里 iD與 uGS關(guān)系可用轉(zhuǎn)移特性方程來描述 ， 即 2)(1 ??????????o f fGSGSDSSD UUIi (UGS(off)uGS0) （ 129） 式中： IDSS是 uGS=0時的漏極電流，常稱為 飽和漏極電流。 預(yù)夾斷軌跡飽和區(qū)( 恒流區(qū))uGS＝ 0 V－ 1 V－ 3 V－ 2 V截止區(qū)U( BR) D SuD S / V擊穿區(qū)可變電阻區(qū)iD / m AO第一章半導(dǎo)體器件 2） 轉(zhuǎn)移特性曲線 由于場效應(yīng)管柵極輸入電流近似為零 ， 因此討論輸入特性是沒有意義的 。 一般把開始出 現(xiàn)擊穿的 uDS值稱為漏源擊穿電壓 ， 記為 U(BR)DS， U(BR)DS=uGSU(BR)GD。 柵漏擊穿電壓記為 U(BR)GD。 擊穿區(qū)是當(dāng) uDS增大到一定數(shù)值以后 ， iD迅速上升所對應(yīng)的區(qū)域 。 當(dāng) uGSuGS（ off） 時 ， 導(dǎo)電溝道全部夾斷 ， iD≈0， 場效應(yīng)管處于截止?fàn)顟B(tài) ， 即圖中靠近橫軸的區(qū)域 。 JFET用作放大管 時 ， 一般就工作在這個區(qū)域 。 若取 uGS為不同值時 ， 特性曲線是一族平 行線 。 它是在 uDS較大 ， 導(dǎo)電溝道產(chǎn)生預(yù)夾斷以后所對應(yīng)的區(qū)域 ， 所以在預(yù)夾斷軌跡的右邊區(qū)域 。 預(yù)夾斷軌跡飽和區(qū)( 恒流區(qū))uGS＝ 0 V－ 1 V－ 3 V－ 2 V截止區(qū)U( BR) D SuD S / V擊穿區(qū)可變電阻區(qū)iD / m AO第一章半導(dǎo)體器件 (2) 飽和區(qū) 。 其特點是： uGS不變 ， iD隨 uDS增大而線性上升 ， 場效應(yīng)管漏源之間可看成一個線性電阻 。 預(yù)夾斷軌跡的左邊區(qū)域稱為可變電阻區(qū) 。 圖中將各條曲線上 uDS=uGSUGS(off) 的點連成一條虛線 ， 該虛線稱為 預(yù)夾斷軌跡 。 P溝道 JFET正常工作時，其各電極間電壓的極性與 N溝道JFET的相反。 NP＋guGSP＋suDS( a )NP＋guGSP＋suDS( b )ddNP＋guGSP＋suDS( c )dNP＋guGSP＋suDS( d )dAA第一章半導(dǎo)體器件 綜上分析 ， uGS和 uDS對導(dǎo)電溝道均有影響 ， 但改變 uGS， P+N結(jié)的寬度發(fā)生改變 ， 整個溝道寬度改變 ， 溝道電阻改變 ， 漏極電流跟著改變 ， 所以漏極電流主要受柵源電壓 uGS的控制 。 ( c )Nd耗盡層耗盡層gP＋P＋suGS( b )Nd耗盡層耗盡層gP＋P＋suGS( a )Nd耗盡層耗盡層gP＋P＋s2． 工作原理 JFET正常工作時， JFET的 PN結(jié)必須加反偏電壓。 P＋P＋Nd 漏極耗盡層耗盡層?xùn)艠Og( a )dsgdsg( b ) ( c )—— 單極型晶體管 第一章半導(dǎo)體器件 1） uGS對導(dǎo)電溝道的控制作用 對于 N溝道的 JFET， 在柵極和源極之間應(yīng)加 負(fù)電壓 （ 即柵源電壓uGS0） ， 使 P+N結(jié)處于反向偏置 ， 隨著柵源電壓 uGS變化 ， 兩個 P+N結(jié)的結(jié)寬 ，即耗盡層的寬度發(fā)生變化 ， 導(dǎo)電溝道也跟著變化； 在漏極和源極加 正電壓 （ 即漏源電壓 uDS0） ， 以形成漏極電流 iD。 在一塊 N型半導(dǎo)體兩側(cè)制作兩個高摻雜的 P型區(qū) ， 形成兩個 P+N結(jié) 。 從 IB=0的那條特性曲線可以看出 UCE50V時， iC迅速增大，所以： ICEO=10μA UCEO＝ 50 V 通過 UCE=25 V作垂線與 PCM線相交，交點的縱坐標(biāo) iC=3 mA，所以： ICM在圖中已標(biāo)出，其值為 5mA。 求三極管在 UCE=25 V， IC=2mA處的電流放大系數(shù) β， 并確定管子的穿透電流 ICEO、 反向擊穿電壓 UCEO、 集電極最大電流 ICM和集電極最大功耗 PCM。 由 U1U3U2可知 ， U1對應(yīng)發(fā)射極 e，U2對應(yīng)集電極 c， U3對應(yīng)基極 b。 根據(jù)題中已給條件 ， U3和 U1電位差為 ， 可判斷該管是硅管 ， 且 U3和 U1所對應(yīng)的電極一個是基極 ， 一個是發(fā)射極 ， 則 U2所對應(yīng)的電極一定是集電極 c。 第一章半導(dǎo)體器件 【 例 12】 用直流電壓表測得某放大電路中一個三極管的三個電極對地電位分別是： U1=3V， U2=9V， U3=， 試判斷該三極管的管型及各電位所對應(yīng)的電極 。 3． 溫度對 β的影響 溫度升高時 ， 注入基區(qū)的載流子擴散速度加快 ， 此時 ， 在基區(qū)電子與空穴的復(fù)合數(shù)目減少 ， 因而 β增大 。 通常硅管的 ICBO比鍺管的要小 ， 因此硅管比鍺管受溫度的影響要小 。 當(dāng)溫度升高時 ， 由本征激發(fā)所產(chǎn)生的少子濃度增加 ， 從而使ICBO增大 。 在使用三極管時 ， 主要考慮溫度對 ICBO、 UBEO和 β三個參數(shù)的影響 。 對于 U(BR)CER表示 BE間接有電阻， U(BR)CES表示 BE間是短路的。 2. U(BR) EBO—— 集電極開路時發(fā)射結(jié)的擊穿電壓。 三極管擊穿電壓的測試電路 第一章半導(dǎo)體器件 1. U(BR)CBO—— 發(fā)射極開路時的集電結(jié)擊穿電壓。硅管的上限溫度約為 150℃ ，鍺管約為 70℃ 。 PCM=iCuCE PCM值與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度愈高， PCM值愈小?？梢姡?dāng) IC＞ ICM時，并不表示三極管會損壞。 ?第一章半導(dǎo)體器件 3 極限參數(shù) 如圖所示，當(dāng)集電極電流增加時， ? 就要下降，當(dāng) ?值 下降到線性放大區(qū) ?值的 70～ 30％時，所對應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流 ICM。 通常 ICBO和 ICEO越小 ， 表明管子的質(zhì)量越好 。 由式 （ 116） 知三極管的 ， 該管的 ICEO越大 。 一個好的小功率鍺三極管的 ICBO約為幾微安至幾十微安 ， 硅三極管的 ICBO更小 ， 有的可達(dá)到 納安 數(shù)量級 。 在一定的溫度下 ， 這個反向電流基本上是個常數(shù) ， 所以稱為反向飽和電流 。 此時： 發(fā)射結(jié)正偏， 集電結(jié)反偏， 受控恒流源 IB4IB3IB2IB1IB＝ 0uCE? IB截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)? ICOiCuCE＝ uBE時，臨界飽和狀態(tài) uCE＜ uBE時，過飽和狀態(tài) 第一章半導(dǎo)體器件 三極管的主要參數(shù) 1． 電流放大系數(shù) 電流放大系數(shù)是表征三極管放大性能的參數(shù) 。 輸出呈高阻態(tài)， ic=0。 截止區(qū) —— iC接近零的區(qū)域，相當(dāng) iB=0的曲線的下方。 此時： 發(fā)射結(jié)正偏， 集電結(jié)正偏 或反偏電壓很小 。 (與輸入特性曲線隨 UCE增大而 右移的原因是一致的 ) 。 共發(fā)射極接法輸出特性曲線 是以 iB為參變量的一族特性曲線。 共射接法輸入特性曲線 （ 1）共發(fā)射極接法的輸入特性曲線 分區(qū)： ①死區(qū) ②非線性區(qū) ③線性區(qū) 第一章半導(dǎo)體器件 （ 2）輸出特性曲線 當(dāng) UCE=0V時： 因集電極無收集作用， iC=0。 UCE再增加時： 曲線右移很不明顯。 共發(fā)射極接法的電壓 電流關(guān)系 第一章半導(dǎo)體器件 UCE=0V的曲線： 相當(dāng)發(fā)射結(jié)的正向特性曲線。 輸入特性曲線 —— iB = f (uBE)? uCE=const 輸出特性曲線 —— iC = f (uCE)? iB=const 重點介紹發(fā)射極接法三極管的特性曲線，即 : B表示輸入電極， C表示輸出電極， E表示公共電極。 iB是輸入電流， uBE是輸入電壓 ，加在 B、 E兩電極之間。 通常情況下： 取 β為幾十至一百多倍的管子為好 ， β過大 ， 性能不夠穩(wěn)定 ， β過小 ， 達(dá)不到放大效果 。 第一章半導(dǎo)體器件 圖中：在輸入電壓 ui作用下 ， 三極管的基極電流將在直流電流 IB的基礎(chǔ)上疊加一個動態(tài)電流 ΔIB， 集電極電流也會在直流電流 IC的基礎(chǔ)上疊加一個動態(tài)電流 ΔIC 。 因此只要能控制基極的小電流 IB， 就可實現(xiàn)對大的集電極電流 IC的控制 。 管子做成后 ， IC