图 2-12 MOS管的结构及其图形符号 绝缘栅场效应管的图形符号如图2-12（b）、(c)所示，箭头方向表示沟道类型，箭头指向管内表示为N沟道MOS管(图(b))，否则为P沟道MOS管(图(c))。 2）工作原理 图2-13是N沟道增强型MOS管的工作原理示意图，图2-13（b）是相应的电路图。工作时栅源之间加正向电源电压UGS，漏源之间加正向电源电压UDS,并且源极与衬底连接,衬底是电路中最低的电位点。 当UGS=0时，漏极与源极之间没有原始的导电沟道，漏极电流ID=0。这是因为当UGS=0时，漏极和衬底以及源极之间形成了两个反向串联的PN结，当UDS加正向电压时，漏极与衬底之间PN结反向偏置的缘故。 图2-13 N沟道增强型MOS管工作原理 (a)示意图； (b)电路图 当UGS 0时，栅极与衬底之间产生了一个垂直于半导体表面、由栅极G指向衬底的电场。这个电场的作用是排斥P型衬底中的空穴而吸引电子到表面层，当UGS增大到一定程度时，绝缘体和P型衬底的交界面附近积累了较多的电子，形成了N型薄层，称为N型反型层。反型层使漏极与源极之间成为一条由电子构成的导电沟道，当加上漏源电压UGS之后，就会有电流ID流过沟道。通常将刚刚出现漏极电流ID时所对应的栅源电压称为开启电压，用UGS(th)表示。 当UGS UGS(th)时，UGS增大、电场增强、沟道变宽、沟道电阻减小、ID增大；反之，UGS减小，沟道变窄，沟道电阻增大，ID减小。所以改变UGS的大小，就可以控制沟道电阻的大小，从而达到控制电流ID的大小，随着UGS的增强，导电性能也跟着增强，故称之为增强型。 必须强调，这种管子当UGS UGS(th)时，反型层（导电沟道）消失，ID=0。只有当UGS≥UGS(th)时，才能形成导电沟道，并有电流ID。 3）特性曲线 （1）转移特性曲线为 由图2-14所示的转移特性曲线可见，当UGS UGS(th)时，导电沟道没有形成，ID=0。当UGS≥UGS(th)时，开始形成导电沟道，并随着UGS的增大，导电沟道变宽，沟道电阻变小，电流ID增大。 （2）输出特性曲线为 图2-14 转移特性曲线 图2-15为输出特性曲线，与结型场效应管类似，也分为可变电阻区、恒流区（放大区）、夹断区和击穿区，其含义与结型场效应管输出特性曲线的几个区相同。 图2-15 输出特性曲线 二、耗尽型Ｎ沟道绝缘栅场效应管 1、结构、符号和工作原理 N沟道耗尽型MOS管的结构如图2-16（a）所示，图形符号如图2-16（b）所示。N沟道耗尽型MOS管在制造时，在二氧化硅绝缘层中掺入了大量的正离子，这些正离子的存在，使得UGS=0时，就有垂直电场进入半导体，并吸引自由电子到半导体的表层而形成N型导电沟道。 图2-16 N沟道耗尽型MOS管的结构和符号 （a）结构;（b）图形符号 * 第二章 半导体三极管 * 第一章 半导体器件 第二章 半 导 体 三极管 2.1 双极型半导体三极管 2.2单极型半导体三极管 2.3 半导体三极管电路的基本分析方法 2.4 半导体三极管的测试与应用 2.1 双极型半导体三极管 图 2 - 1 几种半导体三极管的外形 max.book118.com 晶体三极管的工作原理 图 2 – 2 晶体三极管的结构示意图和符号 一、结构及符号 无论是NPN型或是PNP型的三极管,它们均包含三个区: 发射区、基区和集电区, 并相应地引出三个电极：发射极（e)、基极(b)和集电极(c)。同时,在三个区的两两交界处, 形成两个PN结, 分别称为发射结和集电结。常用的半导体材料有硅和锗, 因此共有四种三极管类型。它们对应的型号分别为：3A(锗PNP)、3B(锗NPN)、3C(硅PNP)、3D(硅NPN)四种系列。 二、 三极管的三种连接方式 图 2 - 3 三极管的三种连接方式 三、 三极管的放大作用 1. 载流子的传输过程 发射。 (2) 扩散和复合。 (3) 收集。 图 2 – 4 三极管中载流子的传输过程 2. 电流分配 图 2 - 5 三极管电流分配 集电极电流ＩＣ由两部分组成：ＩＣｎ和ＩＣＢＯ, 前者是由发射区发射的电子被集电极收集后形成的, 后者是由集电区和基区的少数载流子漂移运动形成的,称为反向饱和电流。 于是有 ＩＣ＝ＩＣｎ＋ＩＣＢＯ (2 - 1) 发射极电流ＩＥ也由两部分组成：ＩＥｎ和ＩＥｐ。ＩＥｎ为发射区发射的电子所形成的电流, ＩＥｐ是由基区向发射区扩散的空穴所形成的电流。因为发射区是重掺杂, 所以ＩＥｐ忽略不计, 即ＩＥ≈ＩＥｎ。ＩＥｎ又分成两部分, 主要部分是ＩＣｎ, 极少部分是ＩＢｎ。ＩＢｎ是电子在基区与空穴复合时所形成的电流, 基区空穴是由电源ＵＢＢ提供的,故它是基极电流的一部分。 基极电流ＩＢ是ＩＢｎ与ＩＣＢＯ之差： (2-2) (2-3) 发射区注入的电子绝大多数能够到达集电极, 形成集电极电流, 即要求ＩＣｎ ＩＢｎ。 通常用共基极直流电流放大系数衡量上述关系, 用α来表示, 其定义为 (2-4) 一般三极管的α值为0.97～0.99。将(2-4)式代入(2-1)式, 可得 (2-5) 通常ＩＣ ＩCBO, 可将ＩＣＢＯ忽略, 由上式可得出 (2-6) 三极管的三个极的电流满足节点电流定律, 即 将此式代入(2 - 5)式得 (2-7) 经过整理后得 令 β称为共发射极直流电流放大系数。当IC ICBO时, β又可写成 (2-8) (2-9) 则 其中ICEO称为穿透电流, 即 一般三极管的β约为几十～几百。β太小, 管子的放大能力就差, 而β过大则管子不够稳定。 表2 - 1 三极管电流关系的一组典型数据 2.96 2.37 1.77 1.16 0.57 0.01 0 IE/mA 2.91 2.33 1.74 1.14 0.56 0.01 0.001 IC/mA 0.05 0.04 0.03 0.02 0.01 0 -0.001 IB/mA 相应地, 将集电极电流与发射极电流的变化量之比, 定义为共基极交流电流放大系数, 即 故 显然β与β, α与α其意义是不同的, 但是在多数情况 下β≈β, α≈α。 例如, 从表2 - 1 知, 在ＩＢ＝００３mA附近, 设ＩＢ由００２mA变为００４mA, 可求得 max.book118.com 三极管的特性曲线 图 2 – 6 三极管共发射极特性曲线测试电路 1.输入特性 当ＵＣＥ不变时, 输入回路中的电流Ｉ
半导体三极管和场效应管.ppt
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