第一章 常用半导体器件

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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U_BE≤U_ON且U_CE＞U_BE；
（2）放大区：发射结正向偏置，集电结反向偏置，即U_BE＞U_ON且U_CE＞U_BE，I_C＝βI_B；
（3）饱和区：发射结与集电结都正向偏置，即U_BE＞U_ON且U_CE＜U_BE。当U_BE增大时，I_B也增大，但I_C基本不变。

极限参数
（1）集电极最大允许电流I_CM：当I_C过大时，晶体管的放大系数会变小。在I_C=I_CM时，放大系数降低为额定的2/3；
（2）特征频率f_T：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，I_C/I_B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P_CM:

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U_GS大小控制漏极电流I_D。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）U_DS=0，U_GS对导电沟道的控制作用；

（2）U_GS固定不变（U_GS（off）≤U_GS≤0），U_DS对导电沟道和漏极电流I_D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U_GS的大小来改变漏-源等效电阻的阻值。预夹断轨迹为U_DS＝U_GS-U_GS（off）的点连成；
（2）恒流区：U_DS＞U_GS-U_GS（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：U_GS＜U_GS（off）时，导电沟道被夹断，I_D≈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，U_GS≤0；对于P沟道管，U_GS≥0；

2、绝缘栅型场效应管（MOS管）
$$MOS管\{\begin{array}{c}N沟道增强型管\\ N沟道耗尽型管\\ P沟道增强型管\\ P沟道耗尽型管\end{array}$$
工作原理：利用U_GS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I_D。

N沟道增强型场管

（1）当U_GS=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U_DS=0，0＜U_GS＜U_T时，增大U_GS，由负离子组成的耗尽层变宽。（U_T为开启电压）（下图a）
（3）当U_DS=0，U_GS≥U_T时，出现可移动的表面电荷层–反型层、N型导电沟道。因为U_DS=0，所以I_D=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：U_DS＞0
（1）U_GS=0，U_DS＞0时，会产生较大的漏极电流；
（2）U_GS＜0时，漏极电流减小；
（3）当U_GS更负时，I_D=0，使得I_D=0的U_GS成为夹断电压U_P；

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I_DSS：当U_GS=0，而U_DS＞U_P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U_P
3）开启电压U_T：当U_DS一定时，使I_D达到某一数值时，所需加的U_GS；
4）直流输入电阻：U_GS/I_D
（2）交流参数：
1）低频跨导g_m:g_m=ΔI_D/ΔU_GS（U_DS=常数）
2）极间电容：C_GS、C_GD、C_DS。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I_DM
2）击穿电压U_（BR）DS
3）最大耗散功率P_DM

MOS管极间电容等效电路