学习必备欢迎下载第一章半导体器件基础【学习目标】1. 了解 PN结的单向导电性。2. 熟悉二极管的伏安特性3. 了解开关二极管、整流二极管、稳压二极管的基本用途。4. 掌握三极管输出特性曲线中的截止区、放大区和饱和区等概念。5. 熟悉三极管共发射极电流放大系数 的含义。6. 熟悉对三极管开关电路工作状态的分析方法。7. 熟悉三极管的主要参数。8. 熟悉 MOS 场效应管的分类及符号。9. 熟悉增强型 NMOS 管的特性曲线。10. 了解 MOS 场效应管的主要参数。【内容提要】本章介绍三种常用的半导体器件，即半导体二极管、三极管及MOS 场效应管。重点介绍这些器件的外部特性曲线、主要参数及电路实例。一、教学内容（一） 半导体二极管1PN结的伏安特性PN结的伏安特性描述了PN结两端电压 u 和流过 PN结电流 i 之间的关系。图是PN结的伏 - 安特性曲线。可以看出 : 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 10 页学习必备欢迎下载（1）当外加正向电压较小（ uIUON）时，外电场不足以克服PN结内电场对多子扩散所造成的阻力，电流i 几乎为 0，PN结处于截止状态；（2）当外加正向电压 uI大于 UON时，正向电流 i 随 u 的增加按指数规律上升且 i 曲线很陡。（3）当外加反向电压（u0）时，反向电流很小, 几乎为 0，用 IR表示；（4）当 u U(BR)时,二极管发生电击穿, u 稍有增加 ,i 急剧增大 , u UBR。把 PN 结外加正向电压导通、外加反向电压截止的性能称作单向导电特性 .UON称作 导通电压 ，也叫 开启电压 , U(BR)称作 反向击穿电压，IR称作 反向电流 。2半导体二极管应用举例半导体二极管是将PN 结用外壳封装、 加上电极引线构成。可以用作限幅电路、开关电路等。（1）用作限幅电路图 2.2（ a）是二极管电路。 假设输入电压u I是一周期性矩形脉冲，输入高电平UIH=+5V 、低电平 UIL=-5V，见图（ b） 。可以知道，当输入信号的正半周时，二极管导通，uO =uI=+5V ，负半周时，二极管截止，iD0，uO0，对应波形见图中（c）所示。通过二极管电路，使输出电压负半周的幅度受到了限制。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 10 页学习必备欢迎下载 (2)用作开关电路在图 2.2（a）所示的二极管电路中，假设二极管为理想二极管。可以知道，当输入信号的正半周时，二极管导通，二极管可以看作只有很小（0）压降的闭合开关，负半周时，二极管截止， iD0，二极管可以看作断开的开关。在数字电路中，二极管常被当做开关使用。（二） 双极型三极管1 双极型三极管及其三种工作状态NPN 硅三极管的共射输出特性如图2.3 所示。把 IB=0这条曲线以下部分称为 截止区 , 此时, 三极管各极电流iBiC0, 对应三极管截止的条件是uBE0.5V；在特性的中间部分 , 曲线是一族近似水平的直线, 这个区域称为 放大区 , 此时,Ic= IB, 对应三极管放大的条件是uBE0.5V. uBC0V。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 10 页学习必备欢迎下载2三极管的主要参数（1）共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数表示管子做成后， 其收集电流和基区复合电流之比，是一个常数。（2）集电极 -发射极饱和电压UCES集电极 -发射极饱和电压UCES指管子饱和时， 集电极 -发射极间的管压降， 小功率管0.3V。（3）集电极最大电流ICM集电极最大电流ICM指集电极允许流过的最大电流。（4）集电极最大功率损耗PCM 集电极最大功率损耗PCM指集电极允许的最大功率。（5）集电极 -发射极击穿电压UCEOICM、PCM、UCEO是极限值，使用管子时，不要超过极限值。（三） MOS 场效应管1MOS 场效应管的分类精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 10 页学习必备欢迎下载 MOS场效应管按其沟道和工作类型可分为四种：N沟道增强型、 P沟道增强型、 N沟道耗尽型、 P沟道耗尽型。表 2.1 列出了四种场效应管的特点。 2特性曲线图 2.4 示出了增强型NMOS 管共源电路的转移特性和输出特性曲线。图（a）的转移特性曲线描述MOS 管栅源电压uGS和漏极电流iD之间的关系。 因为 uGS是输入回路的电压，而iD是输出回路的电流，故称转移特性。可以看出：当 uGS很小时： iD基本上为0，管子截止；当uGS大于 UTN（UTN称作开启电压）时： iD随 uGS的增加而增加。图（ b）的输出特性曲线描述漏源电压uDS和漏极电流iD之间的关系。可以看出，它分作三个区域：夹断区 : uGS UTN的区域。在夹断区，管子处于截止状态，漏源间的等效电阻极高。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 10 页学习必备欢迎下载漏极电流几乎为0，输出回路近似开路；可变电阻区 ： uGSUTN且 uDS较小（ uDSuGS-UTN）的区域。在可变电阻区，iD和 uDS之间呈线性关系，uGS值越大，曲线越陡，漏源间的等效电阻就越小；恒流区 ：uGSUTN且 uDS较大（ uDS uGS-UTN）的区域。在恒流区， iD只取决于uGS，而与 uDS无关。表 2. 2 列出了 MOS 管工作在截止和导通状态时的条件及特点。表 2.2 NMOS 管PMOS 管特点截止uGS UTPRDS非常大 ,相当于开关断开导通uGS UTNuGS UTPrON非常小 ,相当于开关闭合二、例题解析（答案供参考）例2.1 在图P2.1（ a） （b） （c）所示的电路中，设二极管为理想二极管，输入电压解：分析二极管电路，要抓住二极管导通和截止的条件和特点。设理想二极管的导通电压为 0V， 导通时，管压降为 0V（非理想状态一般为0.7V） ； 二极管两端的正向电压小于0.5V时，管子截止，iD0。抓住这些要点，可以知道在输入图（d）所示波形的情况下，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 10 页学习必备欢迎下载图（ a）电路中，在输入信号的正半周，二极管导通，输出电压等于管压降，约为0V，在输入信号的负半周，二极管截止， iD0，电阻上的压降0，输出电压等于输入电压，uOuI；图（ b）电路中，在输入信号的正半周，二极管导通，管压降约为0V，输出电压约等于输入电压， uOuI；在输入信号的负半周，二极管截止，iD0，电阻上的压降0，输出电压等于 0；图（ c）电路中，在输入信号的正半周，二极管因反向偏置而截止，iD0，电阻上的压降 0，输出电压等于0；在输入信号的负半周，二极管导通，管压降约为0V，输出电压约等于输入电压。相应波形见答图P2.1。答图 2.5例 2.2 在图 P2.2 中，若已知管子的导通电压UON=0.6V ， =80， 管子导通后UBE =0.7V ，UCES =0.3V ，若输入电压uI幅值为 5V、频率为1kHz 的脉冲电压源，试分析：（1）当 uI= UIL=0V 和 uI= UIH=5V 时三极管的工作状态（放大、饱和、截止）；（2）若 Rb值不变，求电路工作在临界饱和区时RC的最小值；精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 10 页学习必备欢迎下载若 RC值不变，求电路工作在临界饱和区时Rb的最大值。解：分析三极管电路。同样要抓住三极管三种工作状态的条件和特点。（1）当 u I =UIL=0 时：由于 u I U ON =0.6V 时，管子工作在截止状态；当 u I =UIH=5V 时：三极管导通i B =（5 0.7） /40=0.1075mA ，i c =80 0.1075=8.6 mA ，uCE = UCC i c Rc =12 8.6 2= 5.2V，故可判断出管子工作在饱和状态 i CS =（U CC U CES）/RC=（12 0.3）/2=5.85mA ， I BS = I CS / = 0.073mA ， i B I BS （2）固定 Rb值不变，求临界饱和时的Rcmin 可得 Rcmin=1.4K。（3）固定 RC值不变，求临界饱和时的Rbmax可得 R bmax=61K。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 10 页学习必备欢迎下载一、内容总结二、学习要求三个元件：二极管、三极管和 MOS 管两个重点：1、元件的外特性2、作开关元件的应用本章基础部分自学为主，不苛求元件内部工作原理的掌握，学会运用“黑箱”的方法理解元件的外特性及开关特性。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 10 页学习必备欢迎下载三、思考题1、共价键结构，本征半导体，自由电子，空穴，载流子的是什么？2、N 型和 P 型半导体的区别，它们的多子和少子是什么？3、PN 结是如何形成的？4、如何由 PN 结的伏安特性来理解它的单向导电性？5、三极管的放大原理是什么？6、怎么在输出特性曲线上理解三极管的三个工作区？7、MOS 管有那几种类型？8、与三极管输出特性比较，MOS 管的三个工作区有何特点？9、二极管、三极管和 MOS 管的开关时间怎么理解？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 10 页