【正文】 ) 第一章半導體器件 三極管的特性曲線 所以這兩條曲線是共發(fā)射極接法的特性曲線。 iC是輸出電流， uCE是輸出電壓 ，從 C、 E兩電極取出。 第一章半導體器件 共發(fā)射極接法的供電電路和電壓 電流關系如下圖所示 。 UCE≥1V時： UCB= UCE UBE0，集電結已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，且基區(qū)復合減少， IC / IB 增大，特性曲線將向右稍微移動一些。曲線的右移是三極管內部反饋所致，右移不明顯說明內部反饋很小。 當 UCE稍增大時： 發(fā)射結雖處于正向電壓之下，但集電結反 偏電壓很小，如： UCE 1 V UBE= V UCB= UCE UBE= V 集電區(qū)收集電子的能力很弱， iC主要由 UCE決定。 第一章半導體器件 當 UCE增加到使集電結反偏 電壓較大時 ，如： UCE ≥1 V UBE ≥ V 運動到集電結的電子基本上都 可以被集電區(qū)收集，此后 UCE 再增加，電流也沒有明顯的增 加，特性曲線進入與 UCE軸基 本平行的區(qū)域。 共發(fā)射極接法輸出特性曲線 第一章半導體器件 輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域 : 飽和區(qū) —— iC受 uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內 uCE的數(shù)值較小，一般 uCE＜ V(硅管 )。 輸出呈低阻態(tài)，相當于開關閉合。 此時： 發(fā)射結反偏， 集電結反偏。 放大區(qū) —— iC平行于 uCE軸的區(qū)域， 曲線基本平行等距。 1） 共射直流電流放大系數(shù) β 當忽略穿透電流 ICEO時 ， β近似等于集電極電流與基極電流的直流量之比 ， 即 BCII?? 2） 共射交流電流放大系數(shù) β β定義為集電極電流與基極電流的變化量之比，即 BCII????第一章半導體器件 3） 共基直流電流放大系數(shù) 當忽略反向飽和電流 ICBO時 ，極電流的直流量之比 ， 即 ??ECII?? 4） 共基交流電流放大系數(shù) α α定義為集電極電流與發(fā)射極電流的變化量之比，即 ECII????在近似分析中可認為， ???? ?? ,第一章半導體器件 2． 極間反向電流 1） 集電極 基極反向飽和電流 ICBO 集電極 基極反向飽和電流 ICBO是指發(fā)射極開路時 ， 集電極與基極之間的反向電流 。 由于 ICBO是由少數(shù)載流子的運動形成的 ， 因此對溫度非常敏感 。 2） 集電極 發(fā)射極穿透電流 ICEO 集電極 發(fā)射極穿透電流 ICEO是指基極開路時 ， 集電極與發(fā)射極之間的電流 。 由于 ICBO隨溫度的增加而迅速增大 ， 因此 ICEO隨溫度的增大更為敏感 。 在實際工作中選用三極管時 ， 不能只考慮 β的大小 ， 還要注意選用 ICBO和 ICEO較小的管子 。 至于 ?值 下降多少，不同型號的三極管，不同的廠家的規(guī)定有所差別。 1）集電極最大允許電流 ICM 第一章半導體器件 為了保護三極管的集電結不會因為過熱而燒毀 ， 集電結上允許耗散功率的最大值為 PCM。因此三極管在使用時受到環(huán)境溫度的限制。 2） 集電極最大允許功耗 PCM 第一章半導體器件 3）反向擊穿電壓 反向擊穿電壓表示三極管電極間承受反向電壓的能力，其測試時 的原理電路如圖所示。 CB代表集電極和基極， O代表第三個電極 E開路。 3. U(BR)CEO—— 基極開路時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。 幾個擊穿電壓在大小上有如下關系： U(BR)CBO≈U(BR)CES＞ U(BR)CER＞ U(BR)CEO＞ U (BR)EBO 第一章半導體器件 溫度對三極管參數(shù)的影響 由于半導體材料的熱敏特性 ， 三極管的參數(shù)幾乎都與溫度有關 。 1． 溫度對 ICBO的影響 ICBO是由三極管集電結反向偏置時平衡少子的漂移運動形成的 。 可以證明 ， 溫度每升高 10℃ ， ICBO增加約 1 倍 。 第一章半導體器件 2． 溫度對 UBEO的影響 UBEO是三極管發(fā)射結正向導通電壓 ， 它類似于 PN結的導通電壓 Uon， 具有 負溫度系數(shù) ， 即溫度每升高 1℃ ， UBEO將減小2~ mV。 實驗表明 ， 溫度每升高 1℃ ， β將增加 %~%。 解 : 由三極管正常放大的工作條件可知 ， 三極管正向偏置時 ， 硅管的 UBE≈， 鍺管的 UBE≈； 對于 NPN型管 , UCUBUE， 對于 PNP型管 , UCUBUE。 又因為 U2是三個電極電位中最高的電位 ， 該管是 NPN型管子 。 第一章半導體器件 【 例 13】 某三極管的輸出特性曲線如圖 128所示 。 010 20 30 40 50 uC E / VIB＝ 020 ? A40 ? A60 ? A80 ? A100 ? AiC / m AICM＝ 5432110 ? A? IC? IB Q第一章半導體器件 501?????????BCCIImAI? 由公式 IC=βIB+ICEO可知 ， 當 IB=0時 ， IC=ICEO， 從 IB=0 的那條輸出特性曲線所對應的集電極電流為 10μA， 所以： 解 : 在點 Q（ UCE=25V， IC=2mA） 處取 ΔIB=60μA40μA=20μA=, 此時圖中特性曲線上 ΔIC對應為： UCEO是基極開路（即 IB=0）時，集電極與發(fā)射極之間的擊穿電壓。 PCM=iCuCE=3 25=75 mW 第一章半導體器件 場 效 應 管 (Field Effect Transistor) 結型場效應管 （ JFET） ： N溝道 JFET和 P溝道 JFET。 將兩個 P型區(qū)連在一起 ， 引出一個電極稱為 柵極 g， 在 N型半導體兩端各引出一個電極 ， 分別稱為 漏極 d和源極 s， 兩個 P+N結中間的 N型區(qū)域稱為導電溝道 ， 故該結構是 N溝道 JFET。 在外加電壓 uGS一定時 ， iD的大小由導電溝道的寬度決定 。 第一章半導體器件 2） uDS對 iD的影響 當 uGS一定時 ， 若 uDS=0， 雖然存在導電溝道 ， 但是多數(shù)載流子不會產生定向移動 ， 所以漏極電流 iD為零 。 由以上分析可得下述結論： (1) JFET柵極和源極之間的 PN結加反向偏置電壓 ， 故柵極電流 iG≈0， 輸入電阻很高； (2) JFET是一種電壓控制型器件 ， 改變柵源電壓 uGS， 漏極電流 iD改變； (3) 預夾斷前 ， iD與 uDS呈線性關系；預夾斷后 ， 漏極電流 iD趨于飽和 。 第一章半導體器件 3． 特性曲線 1） 輸出特性曲線 輸出特性曲線 是指在柵源電壓 UGS為某一固定值時 ， 漏極電流 iD與漏源電壓 uDS之間的關系曲線 ， 即 常數(shù)?? GSUDSD ufi |)(（ 127） 對應于一個 uGS， 就有一條輸出曲線 ， 因此輸出特性曲線是一特性曲線族 ， 如圖 132所示 。 第一章半導體器件 整個輸出特性曲線可劃分為四個區(qū)： (1) 可變電阻區(qū) 。 它是在 uDS較小時 ， 導電溝道沒有產生預夾斷時所對應的區(qū)域 。 改變 uGS，特性曲線的斜率改變 ， 即線性電阻的阻值改變 ， 所以該區(qū)域可視為一個 受 uGS控制的可變電阻區(qū) 。 飽和區(qū)又稱為放大區(qū)或恒流區(qū) 。 其特點是： uGS不變 ， iD隨 uDS增大僅僅略有增加 ， 曲線近似為水平線 ， 具有恒流特性 。 因此 ， 在該區(qū)域 iD可 視為一個受電壓 uGS控制的 電流源 。 預夾斷軌跡飽和區(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第一章半導體器件 (3) 截止區(qū) 。 (4) 擊穿區(qū) 。 該區(qū)產生的原因是：加在溝道中耗盡層的電壓太高 ， 使柵漏間的 P+N結發(fā)生雪崩擊穿而造成電流 iD迅速 增大 。 通常不允許場效應管工作在擊穿區(qū) ， 否則管子將損壞 。 由于 PN結反向擊穿電壓總是一定的 ， 因此 uGS越小 ， 出現(xiàn)擊穿的 uDS越小 。但是 ， 場效應管是一種電壓控制型器件 ， 其柵源電壓 uGS可以控制漏極電流 iD，故討論 uGS和 iD之間的關系可以研究電壓對電流的控制作用 。 第一章半導體器件 【 例 14】 結型場效應管共源電路如圖 134所示 。 ＋－UDSRdUDD＋－UGSRgUGG第一章半導體器件 解： （ 1） 因為 UGS=7VUGS(off)=5V， 所以 N溝道 JFET的導電溝道全部夾斷 ， 無論 UDS為何值 ， 漏極電流 iD=0， 故管子工作在截止狀態(tài) 。 （ 3） 因為 UGS=3VUGS(off)=5V， 且預夾斷點的漏源電壓UDS(預夾斷 )=UGSUGS(off)=3(5)=2V， UDS=1V小于預夾斷處的UDS值 ， 故管子工作在可變電阻區(qū) 。 但是 PN結反偏時總會有反向電流存在 ，而且反向電流隨溫度升高而增大 ， 這就限制了輸入電阻的進一步提高 。 根據(jù)絕緣層所用材料的不同 ， 有多種不同類型的絕緣柵型場效應管 ， 目前采用最廣泛的一種是以二氧化硅 （ SiO2） 為絕緣層 ， 稱為金屬 氧化物 半導體場效應管 （ MOSFET, Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor） ， 簡稱 MOS管 。 第一章半導體器件 MOS管也有 N溝道和 P溝道兩種類型 ， 每類根據(jù)工作方式不同 ， 又可分為增強型和耗盡型 。 P溝道和 N溝道 MOS管的工作原理相似 ， 下面以 N溝道 MOS管為例來討論其工作原理和特性 。 它以一塊摻雜濃度較低的 P型硅片為襯底 ， 利用擴散工藝在襯底的上邊制作兩個高摻雜的 N+型區(qū) ， 在兩個 N+型區(qū)表面噴上一層金屬鋁 ， 引出兩個電極 ， 分別稱為源極 s和漏極 d， 然后在 P型硅表面制作一層很薄的二氧化硅絕緣層 ， 并在兩個 N+型區(qū)之間的絕緣層表面也噴上一層金屬鋁 ， 引出一個電極稱為柵極 g。 這樣柵極 SiO 2絕緣層 襯底形成一個平板電容器 ， 通過控制柵源電壓改變襯底中靠近絕緣層處感應電荷的多少 ， 從而控制漏極電流 。 當 uGS=0時 ， 漏 源之間是兩個背靠背的 PN結 ， 不存在導電溝道 。 第一章半導體器件 圖 136 (a ) (b) (c )(d) (e )N＋N＋P 襯底s g duGSB耗盡層N＋N＋P 襯底s g duGSB反型層N＋N＋P 襯底s g duGSuDSBN＋N＋P 襯底s g duGSuDSAN＋N＋P 襯底s g duGSuDSA第一章半導體器件 當 uDS=0且 uGS0時 ， 由于 SiO2絕緣層的作用 ， 柵極電流為零 。 這個反型層將兩個 N+型區(qū)相連 ， 成為漏 源之間的導電溝道 。 uGS越大 ， 反型層越厚 ， 導電溝道電阻越小 。 當 uDS較小時 ， iD隨 uDS的增大而線性上升 。 靠近源端的電位最大 ， 其值為 uGS，相應溝道最深；靠近漏端電位最小 ， 其值為 uGD=uGSuDS （ 130） 相應溝道最淺 ， 如圖 136（ c）