详解晶体管

二极管(Diode)
一、基本概念：
晶体二极管为一个由 p 型半导体和 n 型半导体形成的 p-n 结， 在其界面 处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于 p-n 结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处 于电平衡状态。
当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑消作用使载 流子 的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电 场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值 无关的反向饱和电流 0。当外加的反向电压高到一定程度时，p-n 结空间电 荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴 对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。p-n 结的反 向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。
二、二极管的符号

二极管(Diode)
三、二极管的导电特性：
二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极 管的正极流入，负极流出。下面通过简单的实验说明二极管的正向特性和 反向特性。 正向特性 在电子电路中， 将二极管 的正极接在高电位端， 负极接 在低电位端，二极管就会导 通，这种连接方式，称为正向 偏置。必须说明，当加在二极 管两端的正向电压很小时， 二 极管仍然不能导通， 流过二极 管的正向电流十分微弱。 只有 当正向电压达到某一数值 （这 一数值称为“门坎电压”， 又 称“死区电压”，锗管约为 0.1V，硅管约为 0.5V）以后， 二极管才能直正导通。 导通后 二极管两端的电压基本上保 持不变（锗管约为 0.3V，硅管约为 0.7V），称为二极管的“正向压降”。 反向特性 在电子电路中， 二极管的 正极接在低电位端， 负极接在 高电位端， 此时二极管中几乎 没有电流流过， 此时二极管处 于截止状态，这种连接方式， 称为反向偏置。 二极管处于反 向偏置时， 仍然会有微弱的反 向电流流过二极管， 称为漏电 流。 当二极管两端的反向电压 增大到某一数值， 反向电流会 急剧增大， 二极管将失去单方 这种状态称为二 向导 电特性， 极管的击穿。

二极管(Diode)
四、二极管的类型：
A、普通整流二极管
一种将交流电能转变为直流电能的半导体器件。 整流二极管可用半导体锗或硅等材料制造。硅整流二极管的击穿电压高，反向漏电流 小，高温性能良好。通常高压大功率整流二极管都用高纯单晶硅制造(掺杂较多时容 易反向击穿）。这种器件的结面积较大，能通过较大电流（可达上千安），但工作频 率不高，一般在几十千赫以下。整流二极管主要用于各种低频半波整流电路，如需达 到全波整流需连成整流桥使用。主要应考虑其最大整流电流、最大反向工作电流、截 止频率及反向恢复时间等参数。
半波整流电路：
桥式（全波）整流电路：

整流二极管主要参数：
（1）最大平均整流电流 IF：指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均 电流。该电流由 PN 结的结面积和散热条件决定。使用时应注意通过二极管 的平均电流不能大于此值，并要满足散热条件。例如 1N4000 系列二极管的 IF 为 1A。 （2）最高反向工作电压VR：指二极管两端允许施加的最大反向电压。 若大于此值，则反向电流(IR)剧增，二极管的单向导电性被破坏，从而引 起反向击穿。通常取反向击穿电压(VB)的一半作为(VR)。例如 1N4001 的VR 为 50V，1N4007 的VR为 1OOOV （3）最大反向漏电流 IR：它是二极管在最高反向工作电压下允许流过 的反向电流，此参数反映了二极管单向导电性能的好坏。因此这个电流值 越小，表明二极管质量越好。 （4）击穿电压VR：指二极管反向伏安特性曲线急剧弯曲点的电压值。 反向为软特性时，则指给定反向漏电流条件下的电压值。 （5）最高工作频率 fm：它是二极管在正常情况下的最高工作频率。主 要由 PN 结的结电容及扩散电容决定，若工作频率超过 fm，则二极管的单向 导电性能将不能很好地体现。例如 1N4000 系列二极管的 fm 为 3kHz。 （6）反向恢复时间 tre：指在规定的负载、正向电流及最大反向瞬态 电压下的反向恢复时间。 （7）零偏压电容 CO：指二极管两端电压为零时，扩散电容及结电 容的容量之和。值得注意的是，由于制造工艺的限制，即使同一型号的二 极管其参数的离散性也很大。

二极管(Diode)
B、肖特基二极管
肖特基二极管是以其发明人肖特基博士（Schottky）命名的，SBD 是肖特基 势垒二极管（SchottkyBarrierDiode,缩写成 SBD）的简称。SBD 不是利用 P 型半 导体与 N 型半导体接触形成 PN 结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成 的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD 也称为金属－半导体（接触）二极管 或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。 其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅 0.4V左右， 而整流电流却可达到几千毫安。这些优良特性是快恢复二极管所无法比拟 的。中、小功率肖特基整流二极管大多采用封装形式。SBD具有开关频率高 和正向压降低 等优点，但其反向击穿电压比较低，大多不高于 60V，最高仅 约 100V SBD 的结构及特点使其适合于在低压、大电流输出场合用作高频整流， 在非常高的频率下（如 X 波段、C 波段、S 波段和 Ku 波段）用于检波和混 频，在高速逻辑电路中用作箝位。在 IC 中也常使用 SBD，像 SBD?TTL 集成 电路早已成为 TTL 电路的主流，在高速计算机中被广泛采用。 除了普通 PN 结二极管的特性参数之外，用于检波和混频的 SBD 电 气参数还包括中频阻抗（指 SBD 施加额定本振功率时对指定中频所呈现的 阻抗，一般在 200Ω～600Ω 之间）、电压驻波比（一般≤2）和噪声系数 等。
常应用我司电路中的 DC-DC 升压电路：

二极管(Diode)
C、稳压二极管
稳压二极管(又叫齐纳二极管),此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有 很高电阻的半导体器件.
稳压工作原理：
此 二 极 管 是 一 种 直 到 临 界 反 向 击 穿 电 压 都 具 有 很 高 电 阻 的 半 导 体 器 件 .在 这 临 界 击穿上，反向电阻降到一个很小的数值，在这个低电阻区中电流增加而电压则保持恒 定，稳压二极 管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作 为稳压器 或是电压基准 元件使用.其伏安特性见图，稳压二极管可以串联起来以便在较 高的电 压上使用，通 过串联就可获得更多的稳定电压。
当输入电压变化时如何稳压
根据电路图可知
VO = VZ = VI ? VR = VI ? I R R
IR = IL + IZ
输入电压VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，从而使IZ增加，IR增加，使VR增加， 从而使输出电压VO减小。这一稳压过程可概括如下：
VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓

这里VO减小应理解为，由于输入电压VI的增加，在稳压二极管的调节下，使VO的增加 没有那么大而已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。
（1） 当负载电流变化时如何稳压
负载电流IO的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，从而使VZ=VO减小，IZ减小。IZ的 减小必然使IR减小，VR减小，从而使输出电压=VO增加。这一稳压过程可概括如下：
IO↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑
稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击穿特性的动态电阻有关，与 稳压电阻R的阻值大小有关。稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大，稳 压性能越好。 稳压电阻R的作用是将稳压二极管电流的变化转换为电压的变化，从而起到 调节作用，同时R也是限流电阻。显然，R的数值越大，较小IZ的变化就可引起足 够大的VR变化，就可达到足够的稳压效果。但R的数值越大，就需要较大的输入 电压VI值，损耗就要加大
稳压二极管的参数 （1） 稳定电压
（2） （3） （4） （5）
稳定电流，最大、最小稳定电流。 最大允许电流 动态电阻 电压温度系数

二极管(Diode)
D、TVS 管
TVS（TRANSIENT VOLTAGE SUPPRESSOR）或称瞬变电压抑制二极 管是在稳压管工艺基础上发展起来的一种新产品，其电路符号和普通稳压 二极管相同,外形也与普通二极管无异,档 TVS 管两端经受瞬间的高能量冲 击 时，它能以极高的速度（最高达 1*10-12 秒）使其阻抗骤然降低，同时吸 收一个大电流，将其两端间的电压箝位在一个预定的数值上，从而确保后 面的电路元件免受瞬态 高能量的冲击而损坏。 TVS 瞬变电压抑制二极管的特性参数 ①最大反向漏电流 ID 和额定反向关断电压 VWM。VWM 是 TVS 最大连续 工作的直流或脉冲电压，当这个反向电压加入 TVS 的两极间时，它处于反 向关断状态，流过它的电流应小于或等于其最大反向漏电流 ID。 ②最小击穿电压 VBR 和击穿电流 IRVBR 是 TVS 最小的雪崩电压。25℃ 时，在这个电压之前，TVS 是不导通的。当 TVS 流过规定的 1mA 电流（IR） 时，加入 TVS 两极间的电压为其最小击穿电压 VBR。按 TVS 的 VBR 与标准值 的离散程度，可把 TVS 分为±5%VBR 和平共处±10% VBR 两种。对于±5%VBR 来说，VWM=0.85VBR；对于±10% VBR 来说，VWM=0.81 VBR。 ③最大箝拉电压 VC 和最大峰值脉冲电流 IPP 当持续时间为 20 微秒的 脉冲峰值电流 IPP 流过 TVS 时，在其两极间出现的最大峰值电压为 VC。它 是串联电阻上和因温度系数两者电压上 升的组合。VC 、IPP 反映了 TVS 器 件的浪涌抑制 能力。VC 与 VBR 之比称为箝位因子，一般在 1.2~1.4 之间。 ④电容量 C 电容量 C 是 TVS 雪崩结截面决定的、 在特定的 1MHZ 频率下 测得的。C 的大小与 TVS 的电流承受能力成正比，C 过大将使信号衰减。因 此，C 是数据接口电路选用 TVS 的重要参数。 ⑤最大峰值脉冲功耗 PMPM 是 TVS 能承受的最大峰值脉冲耗散功率。其 规定的试验脉冲波形和各种 TVS 的 PM 值，请查阅有关产品手册。在给定的 最大箝位电压下，功耗 PM 越大，其浪涌电流的承受能力越大；在给定的功 耗 PM 下，箝位电压 VC 越低，其浪涌电流的承受能力越大。另外，峰值脉 冲功耗还与脉冲波形、持续时间和环境温度有关。而且 TVS 所能承受的瞬 态脉冲是不重复的，器件规定的脉冲重复频率（持续时间与间歇时间之比） 为 0 . 01%，如果电路内出现重复性脉冲，应考虑脉冲功率的“累积”，有可 能使 TVS 损坏。 ⑥箝位时间 TCTC 是从零到最小击穿电压 VBR 的时间。对单极性 TVS 小 于 1×10-12 秒；对双极性 TVS 小于是 1×10-11 秒。

ESD 知识介绍
静电是一种客观的自然现象，产生的方式多种，如接触、摩擦等。静 电的特点是高电压、低电量、小电流和作用时间短的特点。 人体自身的动作或与其他物体的接触，分离，摩擦或感应等因素，可 以产生几千伏甚至上万伏的静电。 静电在多个领域造成严重危害。摩擦起电和人体静电是电子工业中的 两大危害。 生产过程中静电防护的主要措施为静电泄露、耗散、中和、增湿，屏 蔽与接地。 人体静电防护系统主要有防静电手腕带，脚腕带，工作服、鞋袜、帽、 手套或指套等组成，具有静电泄露，中和与屏蔽等功能。 静电防护工作是一项长期的系统工程，任何环节的失误或疏漏，都将 导致静电防护工作的失败。 静电的危害： 静电在我们的日常生活中可以说是无处不在， 我们的身上和周围就带 有很高的静电电压，几千伏甚至几万伏。平时可能体会不到，人走过化纤 的地毯静电大约是 35000 伏，翻阅塑料说明书大约 7000 伏，对于一些敏 感仪器来讲，这个电压可能会是致命的危害。
常用二极管实物图：
二极管的检测：
极性的判别 将万用表置于 R×100 档或 R×1k 档， 两表笔分别接二极管的 两个电极，测出一个结果后，对调两表笔，再测出一个结果。两次测量的结果 ，一次测量出的阻值较小（为正 中，有一次测量出的阻值较大（为反向电阻） 向电阻） 。在阻值较小的一次测量中，红表笔（数字万用表）接的是二极管的 正极，黑表笔接的是二极管的负极。

发光二极管
定义：注入一定的电流后，电子与空穴不断流过 PN 结或与之类似的结构 面，并进行自发复合产生辐射光的二极管半导体器件。 发光二极管简称为 LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的 二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。 在电路及仪器中作为指示灯， 或者组成文字或数字显示。 磷砷化镓二极管发红光， 磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
发光二极管
发光二极管
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。 发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当 给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P 区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生 自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。 当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出 的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。

晶体三极管
一、极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管,晶体三极管,是
一种电流控制电流的半导体器件.其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号, 也用作无触点开关。 三极管图形：
二 、 管放大时管子内部的工作原理
1、发射区向基区发射电子
电源 Ub 经过电阻 Rb 加在发射结上，发射结正偏，发射区的多数载流 子(自由电子）不断地越过发射结进入基区，形成发射极电流 Ie。同时基区

晶体三极管
多数载流子也向发射区扩散，但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子 浓度，可以不考虑这个电流，因此可以认为发射结主要是电子流。如下图：
2、基区中电子的扩散与复合
电子进入基区后，先在靠近发射结的附近密集，渐渐形成电子浓度差， 在浓度差的作用下，促使电子流在基区中向集电结扩散，被集电结电场拉 入集电区形成集电极电流 Ic。也有很小一部分电子（因为基区很薄）与基 区的空穴复合，扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能 力。 如下图：

晶体三极管
3、集电区收集电子
由于集电结外加反向电压很大， 这个反向电压产生的电场力将阻 止集电区电子向基区扩散， 同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从 而形成集电极主电流 Icn。另外集电区的少数载流子（空穴）也会产生漂 移运动，流向基区形成反向饱和电流，用 Icbo 来表示，其数值很小，但 对温度却异常敏感。
三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流 放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。
三、三极管的主要参数。
a. 特征频率 fT 当 f= fT 时,三极 管完全失去电流放大功能.如果工作频率大 于 fT,电路 将不正常工作. b. 工作电压/电流 用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围.

晶体三极管
c. hFE 电流放大倍数. d. VCEO 集电极发射极反向击穿电压,表示临界饱和时的饱和电压. e. PCM 最大允许耗散功率. f. 封装形式 指定该管的外观形状,如果其它参数都正确，封装不同将导致组 件无法在电路板上实现.
四、判断基极和三极管的类型
检测判别电极
(a)　判定基极。用万用表 R×100 或 R×1k 挡测量三极管三个电极中每两个极之 间的正、反向电阻值。当用第一根表笔接某一电极，而第二表笔先后接触另外两 个电极均测得低阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极 b。这时，要注 意万用表表笔的极性，如果红表笔接的是基极 b。黑表笔分别接在其他两极时， 测得的阻值都较小，则可判定被测三极管为 PNP 型管；如果黑表笔接的是基极 b，红表笔分别接触其他两极时，测得的阻值较小，则被测三极管为 NPN 型管。 （B）判定集电极和基极。如 NPN 型管，用红.黑标笔随意接集电极 c 和 发射极 e，然后用手同时接触红表笔和基极 b。测得阻值较小的那组，红表笔 接的是集电极 c，黑表笔接的是发射极 e。如图：

晶体三极管
测试方法原理：
红表笔是万用表的正极（黑表笔是负极）。人体有生物静电同时也等效于 一个 100K 左右的电阻.上图接法就是相当于满足了三极管的发射结正偏.集电 结反偏的条件，三极管处于微导通的状态，电流从红表笔通过黑表笔，所以测 试的阻值会较小。 PNP 的测试方法相反。
NPN 实物图(如下)：
PNP 实物图（如下）：

集成电路分析与设计课程实验(一)

集成电路分析与设计 课程实验1（2010-03-18） 熟悉Cadence设计软件中的Schematic Editing进行原理图编辑，并使用Spectre工具进行仿真验证。 要求及说明： 1. NMOS和PMOS晶体管的1级模型参数参考教材(拉扎维，P32)中表 2.1，相应的Spectre 模型为hquicmodel_v1.0.scs。 2. 假设VDD=3V，NMOS和PMOS器件的衬底端子（B，除非另有说明）分别接地和VDD （或最正的电压节点），（W/L）=50/2（即W=50u，L=2u）。 3. 采用直流扫描（DC Sweep，改变VX），画出IX和晶体管的跨导关于VX的函数曲线图。 4. 解释分析结果，比较仿真分析结果与你的手工计算结果。 5. 报告截止提交日期为2008年3月25日。 题目： （参考拉扎维的模拟CMOS集成电路设计P34-35） 2.5 对图2.42的每个电路，画出I X 和晶体管跨导(g m )关于V X 的函数曲线。V X 从0变化到V DD 。 +1.9V x V (b) 1V x V 2.42 图 2.6 对图2.43的每个电路，画出I X 和晶体管跨导(g m )关于V X 的函数曲线。V X 从0变化到V DD 。

I 原理图绘制篇 1.右键open Terminal 2.输入icfb&

3.回车启动Cadence 4.Tools – Library Manager…

5.File-Library新建项目 6.输入建立的项目的名称-OK

7.选择Don’t need a Techfile-OK 8. File-Cell View新建项目

晶体管放大电分析及计算

晶体管放大电路分析及计算 一、共发射极放大电路 （一）电路的组成：电源VCC通过RB1、RB2、RC、RE使晶体三极管获得合适的偏置，为三极管的放大作用提供必要的条件，RB1、RB2称为基极偏置电阻，RE称为发射极电阻，RC称为集电极负载电阻，利用RC的降压作用，将三极管集电极电流的变化转换成集电极电压的变化，从而实现信号的电压放大。与RE并联的电容CE，称为发射极旁路电容，用以短路交流，使RE对放大电路的电压放大倍数不产生影响，故要求它对信号频率的容抗越小越好，因此，在低频放大电路中CE通常也采用电解电容器。 V cc(直流电源): 使发射结正偏，集电结反偏；向负载和各元件提供功率 C1、C2(耦合电容): 隔直流、通交流； R B1、R B2(基极偏置电阻)：提供合适的基极电流 R C(集极负载电阻)：将D IC? D UC，使电流放大? 电压放大 R E(发射极电阻)：稳定静态工作点“Q ” C E(发射极旁路电容)：短路交流，消除R E对电压放大倍数的影响 （二）直流分析：开放大电路中的所有电容，即得到直流通路，如下图所示，此电路又称为分压偏置式工作点稳定直电流通路。电路工作要求：I1 3(5~10)IBQ，UBQ3 (5 ~ 10)UBEQ 求静态工作点Q： 方法1.估算 工作点Q不稳定的主要原因：Vcc波动，三极管老化，温度变化稳定Q点的原理： 方法2.利用戴维宁定理求IBQ （三）性能指标分析 将放大电路中的C1、C2、CE短路，电源Vcc短路，得到交流通路，然后将三极管用H参数小信号电路模型代入，便得到放大电路小信号电路模型如下图所示。 1.电压放大倍数 2.输入电阻计算 3.输出电阻R o = R C 没有旁路电容CE时： 1.电压放大倍数 源电压放大倍数 2.输入电阻 3.输出电阻R o = R C 二、共集电极放大电路(射极输出器、射极跟随器) （一）电路组成与静态工作点 共集电极放大电路如下图(a)所示，图(b)、(c)分别是它的直流通路和交流通路。由交流通路看，三极管的集电极是交流地电位，输入信号ui和输出信号uo以它为公共端，故称它为共集电极放大电路，同时由于输出信号uo取自发射极，又叫做射极输出器。 IBQ =(V cc–U BEQ)/[R B +(1+b) R E] ICQ = bIBQ，UCEQ=Vcc–I CQRE （二）性能指标分析 1.电压放大倍数 2.输入电阻 R￠L=R E//R L 3.输出电阻 共集电极电路特点共集电极电路用途 1.Uo与Ui同相，具有电压跟随作用 1.高阻抗输入级 2.无电压放大作用Au<1 2.低阻抗输出级 3.输入电阻高；输出电阻低 3.中间隔离级 一、共基极放大电路 共基极放大电路如下图所示。由图可见，交流信号通过晶体三极管基极旁路电容C2接地，因此输入信号ui由发射极引入、输出信号uo由集电极引出，它们都以基极为公共端，故称共基极放大电路。从直流通路看，也构成分压式电流负反馈偏置。

场效应管工作原理 1

场效应管工作原理（1） 场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109?）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。 一、场效应管的分类 场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS 功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。 按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。 场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。见下图。 二、场效应三极管的型号命名方法 现行有两种命名方法。第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D是结型N沟道场

详解经典三极管基本放大电路

详解经典三极管基本放大电路 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP 两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。 图1：三极管基本放大电路 下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话)，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1，例如几十，几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管)，基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生(对于硅管，常取0.7V)。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变(因为小于0.7V时，基极电流都是0)。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流(叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻)，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了)。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小;当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。 下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻Rc的限制(Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压)，集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0(这叫做三极管截止)，相当于开关断开;当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。 如果我们在上面这个图中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。如果基极电流比较大时(大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数β)，三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加(在三极管未饱和之前)。

绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性

绝缘栅场效应晶体管工作原理及特性 场效应管(MOSFET是一种外形与普通晶体管相似，但控制特性不同的半导体器件。它的 输入电阻可高达1015W而且制造工艺简单，适用于制造大规模及超大规模集成电路。场效应管也称为MOS t,按其结构不同，分为结型场效应晶体管和绝缘栅场效应晶体管两种类型。在本文只简单介绍后一种场效应晶体管。 绝缘栅场效应晶体管按其结构不同，分为N沟道和P沟道两种。每种又有增强型和耗尽 型两类。下面简单介绍它们的工作原理。 1、增强型绝缘栅场效应管 2、图6-38是N沟道增强型绝缘栅场效应管示意图。 在一块掺杂浓度较低的P型硅衬底上，用光刻、扩散工艺制作两个高掺杂浓度的N+区, 并用金属铝引出两个电极，称为漏极D和源极S如图6-38(a)所示。然后在半导体表面覆盖 一层很薄的二氧化硅(SiO2)绝缘层，在漏-源极间的绝缘层上再装一个铝电极，称为栅极G 另外在衬底上也引出一个电极B,这就构成了一个N沟道增强型MOS f。它的栅极与其他电 极间是绝缘的。图6-38(b)所示是它的符号。其箭头方向表示由P(衬底)指向N(沟道)。 源极s tiffiG m 引纯 ? N旳道增强型场效应管紡拘示胃图低州沟道壇强型场效应管符号 图6-38 N沟道增强型场效应管 场效应管的源极和衬底通常是接在一起的(大多数场效应管在出厂前已联结好)。从图6-39(a) 可以看出，漏极D和源极S之间被P型存底隔开，则漏极D和源极S之间是两个背靠背的PN结。当栅-源电压UGS=0寸，即使加上漏-源电压UDS而且不论UDS的极性如何，总有一个PN结处于 反偏状态，漏-源极间没有导电沟道，所以这时漏极电流ID - 0。 若在栅-源极间加上正向电压，即UGS> 0，则栅极和衬底之间的SiO2绝缘层中便产生一个垂直于半导体表面的由栅极指向衬底的电场，这个电场能排斥空穴而吸引电子，因而使栅极附近的P型衬底中的空穴被排斥，剩下不能移动的受主离子(负离子)，形成耗尽层，同 时P衬底中的电子(少子)被吸引到衬底表面。当UGS数值较小，吸引电子的能力不强时，漏-源极之间仍无导电沟道出现，如图6-39(b)所示。UGS增加时，吸引到P衬底表面层的电子 就增多，当UGS达到某一数值时，这些电子在栅极附近的P衬底表面便形成一个N型薄层， 且与两个N+区相连通，在漏-源极间形成N型导电沟道，其导电类型与P衬底相反，故又称 为反型层，如图6-39(c)所示。UGS越大，作用于半导体表面的电场就越强，吸引到P衬底

(完整版)对场效应管工作原理的理解

如何理解场效应管的原理，大多数书籍和文章都讲的晦涩难懂，给初学的人学习造成很大的难度，要深入学习就越感到困难，本人以自己的理解加以解释，希望对初学的人有帮助，即使认识可能不是很正确，但对学习肯定有很大的帮助。 场效应管的结构 场效应管是电压控制器件，功耗比较低。而三极管是电流控制器件，功耗比较高。但场效应管制作工艺比三极管复杂，不过可以做得很小，到纳米级大小。所以在大规模集成电路小信号处理方面得到广泛的应用。对大电流功率器件处理比较困难，不过目前已经有双场效应管结构增加电流负载能力，也有大功率场管出现，大有取代三极管的趋势。场效应管具有很多比三极管优越的性能。 结型场效应管的结构 结型场效应管又叫JFET，只有耗尽型。 这里以N沟道结型场效应管为例，说明结型场效应管的结构及基本工作原理。图为N沟道结型场效应管的结构示意图。在一块N型硅，材料(沟道)上引出两个电极，分别为源极(S)和漏极(D)。在它的两边各附一小片P型材料并引出一个电极，称为栅极(G)。这样在沟道和栅极间便形成了两个PN结。当栅极开路时，沟道相当于一个电阻，其阻值随型号而不同，一般为数百欧至数千欧。如果在漏极及源极之间加上电压U Ds，就有电流流过，I D将随U DS的增大而增大。如果给管子加上负偏差U GS时，PN结形成空间电荷区，其载流子很少，因而也叫耗尽区(如图a中阴影区所示)。其性能类似于绝缘体，反向偏压越大，耗尽区越宽，沟道电阻就越大，电流减小，甚至完全截止。这样就达到了利用反向偏压所产生的电场来控制N型硅片(沟道)中的电流大小的目的。 注：实际上沟道的掺杂浓度非常小，导电能力比较低，所以有几百到几千欧导通电阻。而且是PN结工作在反向偏置的状态。刚开机时，如果负偏置没有加上，此时I D是最大的。 特点：1，GS和GD有二极管特性，正向导通，反向电阻很大 2：DS也是导通特性，阻抗比较大 3：GS工作在反向偏置的状态。 4：DS极完全对称，可以反用，即D当做S，S当做D。 从以上介绍的情况看，可以把场效应管与一般半导体三极管加以对比，即栅极相当于基极，源极相当于发射极，漏极相当于集电极。如果把硅片做成P型，而栅极做成N型，则成为P沟道结型场效应管。结型场效应管的符号如图b所示。

VDMOS功率晶体管版图设计

VDMOS功率晶体管的版图设计 系 专业姓名 班级学号 指导教师职称 指导教师职称 设计时间2012.9.15－2013.1.4

摘要 VDMOS 是微电子技术和电力电子技术融和起来的新一代功率半导体器件。因具有开关速度快、输入阻抗高、负温度系数、低驱动功率、制造工艺简单等一系列优点，在电力电子领域得到了广泛的应用。目前，国际上已形成规模化生产，而我国在VDMOS 设计领域则处于起步阶段。 本文首先阐述了VDMOS 器件的基本结构和工作原理，描述和分析了器件设计中各种电性能参数和结构参数之间的关系。通过理论上的经典公式来确定VDMOS 的外延参数、单胞尺寸和单胞数量、终端等纵向和横向结构参数的理想值。根据结构参数，利用L-edit版图绘制软件分别完成了能够用于实际生产的60V、100V、500V VDMOS 器件的版图设计。在此基础之上确定了器件的制作工艺流程，并对工艺流水中出现的问题进行了分析。最后，总结全文，提出下一步研究工作的方向。 关键词：，功率半导体器件，版图设计，原胞，击穿电压

目录

第1章绪论 电力电子系统是空间电子系统和核电子系统的心脏，功率电子技术是所有电力电子系统的基础。VDMOSFET 是功率电子系统的重要元器件，它为电子设备提供所需形式的电源以及为电机设备提供驱动。几乎大部分电子设备和电机设备都需用到功率VDMOS 器件。VDMOS 器件具有不能被横向导电器件所替代的优良性能，包括高耐压、低导通电阻、大功率和可靠性等。 半导体功率器件是电力电子系统进行能量控制和转换的基本电子元器件，也称为电力电子开关器件。它是用来进行高效电能形态变换、功率控制与处理，以及实现能量调节的新技术核心器件。电力电子技术的不断发展为半导体功率器件开拓了广泛的应用领域，而半导体功率器件的可控制特性决定了电力电子系统的效率、体积和重量。实践证明，半导体功率器件的发展是电力电子系统技术更新的关键。通常，半导体功率器件是一种三端子器件，通过施加于控制端子上的控制信号，控制另两个端子处于电压阻断（器件截至）或电流导通（器件导通）状态。20 世纪50 年代初，世界上第一只可控性半导体器件双极结型晶体管（BJT）诞生，从那时起，BJT 开始广泛应用于各类电子系统中，并促使人类真正进入大功率电能转换的时代。 实际上大容量电功率概念与半导体器件技术相结合的研究开发从50 年代就已经开始。1958 年世界上第一只晶闸管（早期称为可控硅整流管，300V/25A）研制成功，使半导体技术在工业领域的应用发生了革命性的变化，有力的推动了大功率（高电压、大电流）电子器件多样化应用的进程。在随后的二十多年里，功率半导体器件在技术性能和应用类型方面又有了突飞猛进的发展，先后分化并制造出功率逆导晶闸管、三端双向晶闸管和可关断晶闸管等。在此基础上为增强功率器件的可控性，还研制出双极型大功率晶体管，开关速度更高的单极MOS 场效应晶体管和复合型高速、低功耗绝缘栅双极晶体管，从此功率半导体器件跨入了全控开关器件的新时代。进入90 年代，单个器件的容量明显增大，控制功能更加灵活，价格显著降低，派生的新型器件不断涌现，功率全控开关器件模块化和智能化集成电路已经形成，产品性能和技术参数正不断改进和完善。电力电子技术的不断发展及广泛应用将反过来又促进现代功率半导体器件制造技术的成熟与发展。 20 世纪70 年代末，随着MOS 集成电路的发展，诞生了MOS 型半导体功率功率VDMOS 器件结构与优化设计研究器件。MOSFET 不仅是微电子学的重要器件，有

场效应管工作原理

场效应管工作原理 MOS场效应管电源开关电路。 这是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。 MOS 场效应管也被称为MOS FET，既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor（金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的为增强型MOS场效应管，其内部结构见图5。它可分为NPN型PNP 型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P沟道型。由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。

为解释MOS场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个P—N结的二极管的工作过程。如图6所示，我们知道在二极管加上正向电压（P端接正极，N端接负极）时，二极管导通，其PN结有电流通过。这是因为在P型半导体端为正电压时，N型半导体内的负电子被吸引而涌向加有正电压的P型半导体端，而P 型半导体端内的正电子则朝N型半导体端运动，从而形成导通电流。同理，当二极管加上反向电压（P端接负极，N端接正极）时，这时在P型半导体端为负电压，正电子被聚集在P型半导体端，负电子则聚集在N型半导体端，电子不移动，其PN结没有电流通过，二极管截止。 对于场效应管（见图7），在栅极没有电压时，由前面分析可知，在源极与漏极之间不会有电流流过，此时场效应管处与截止状态（图7a）。当有一个正电压加在N沟道的MOS场效应管栅极上时，由于电场的作用，此时N型半导体的源极和漏极的负电子被吸引出来而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在

场效应管工作原理

场效应管工作原理

场效应管工作原理 场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。它属于电压控制型半导体器件，具有输入电阻高（108～109Ω）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点，现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者。 一、场效应管的分类 场效应管分结型、绝缘栅型两大类。结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名，绝缘栅型场效应管（JGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。目前在绝缘栅型场效应管中，应用最为广泛的是MOS场效应管，简称MOS管（即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）；此外还有PMOS、NMOS和VMOS功率场效应管，以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等。 按沟道半导体材料的不同，结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种。若按导电方式来划分，场效应管又可分成耗尽型与增强型。结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。 场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管。而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型；P沟耗尽型和增强型四大类。见下图。 二、场效应三极管的型号命名方法 现行有两种命名方法。第一种命名方法与双极型三极管相同，第三位字母J代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。第二位字母代表材料，D是P型硅，反型层是N沟道；C是N型硅P沟道。例如,3DJ6D

晶体管原理1

第二章 PN结 填空题 1、若某硅突变PN结的P型区的掺杂浓度为N A=1.5×1016cm-3，则室温下该区的平衡多子浓度p p0与平衡少子浓度n p0分别为（）和（）。 2、在PN结的空间电荷区中，P区一侧带（）电荷，N区一侧带（）电荷。内建电场的方向是从（）区指向（）区。 3、当采用耗尽近似时，N型耗尽区中的泊松方程为（）。由此方程可以看出，掺杂浓度越高，则内建电场的斜率越（）。 4、硅突变结内建电势V bi可表为（），在室温下的典型值为（）伏特。 5、当对PN结外加正向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。 6、当对PN结外加反向电压时，其势垒区宽度会（），势垒区的势垒高度会（）。 7、在P型中性区与耗尽区的边界上，少子浓度n p与外加电压V之间的关系可表示为（）。若硅P 型区的掺杂浓度N A=1.5×1017cm-3，外加电压V= 0.52V，则P型区与耗尽区边界上的少子浓度n p为（）。 8、当对PN结外加正向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）；当对PN结外加反向电压时，中性区与耗尽区边界上的少子浓度比该处的平衡少子浓度（）。 9、PN结的正向电流由（）电流、（）电流和（）电流三部分所组成。 10、PN结的正向电流很大，是因为正向电流的电荷来源是（）；PN结的反向电流很小，是因为反向电流的电荷来源是（）。 11、PN结扩散电流的表达式为（）。这个表达式在正向电压下可简化为（），在反向电压下可简化为（）。 12、在PN结的正向电流中，当电压较低时，以（）电流为主；当电压较高时，以（）电流为主。 13、薄基区二极管是指PN结的某一个或两个中性区的长度小于（）。在薄基区二极管中，少子浓度的分布近似为（）。 14、势垒电容反映的是PN结的（）电荷随外加电压的变化率。PN结的掺杂浓度越高，则势垒电容就越（）；外加反向电压越高，则势垒电容就越（）。 15、扩散电容反映的是PN结的（）电荷随外加电压的变化率。正向电流越大，则扩散电容就越（）；少子寿命越长，则扩散电容就越（）。 16、PN结的击穿有三种机理，它们分别是（）、（）和（）。 17、PN结的掺杂浓度越高，雪崩击穿电压就越（）；结深越浅，雪崩击穿电压就越（）。 18、雪崩击穿和齐纳击穿的条件分别是（）和（）。 19、PN结的低掺杂一侧浓度越高，则势垒区的长度就越（），内建电场的最大值就越（），内建电势V bi 就越（），反向饱和电流I0就越（），势垒电容C T就越（），雪崩击穿电压就越（）。 问答题 1、简要叙述PN结空间电荷区的形成过程。 2、什么叫耗尽近似？什么叫中性近似？ 3、PN结势垒区的宽度与哪些因素有关？ 4、写出PN结反向饱和电流I0的表达式，并对影响I0的各种因素进行讨论。 5、PN结的正向电流由正向扩散电流和势垒区复合电流组成。试分别说明这两种电流随外加正向电压的增加而变化的规律。当正向电压较小时以什么电流为主？当正向电压较大时以什么电流为主？ 第三章双极结型晶体管 填空题 1、晶体管的基区输运系数是指（）电流与（）电流之比。为了提高基区输运系数，应当使基区宽度（）基区少子扩散长度。 2、晶体管中的少子在渡越（）的过程中会发生（），从而使到达集电结的少子比从发射结注入基区的少子（）。 3、晶体管的注入效率是指（）电流与（）电流之比。为了提高注入效率，应当使（）区掺杂浓度远大于（）区掺杂浓度。

晶体管放大原理解析资料

晶体管放大原理 姓名学号： 系部：计算机系专业：计算机科学与技术 指导教师： 评阅教师：张 张 2012年11月4

论文摘要 题目：晶体管放大原理 摘要： 1、共射电路具有较大的电压放大倍数和电流放大倍数,同时输入电阻和输出电阻适中.所以,在一般对输入电阻,输出电阻和频率响应没有特殊要求的地方,常被采用.例如低频电压放大电路的输入级,中间级或输出级. 2、共集电路的特点是: 输入电阻在三种基本电路中最大; 输出电阻则最小;电压放大倍数是接近于1 而小于1 的正数,具有电压跟随的性质.由于具有这些特点,故应用很广泛.常用于放大电路的输入级,也常用于电路的功率输出级. 3、共基电路的主要特点是输入电阻小,放大倍数和共射电路差不多频率特性好.常用于宽频放大器 关键词：晶体管放大基本电路频率

正文 晶体管简介： 1.晶体管的结构及类型 晶体管有双极型和单极型两种，通常把双极型晶体管简称为晶体管，而单极型晶体管简称场效应管。 晶体管是半导体器件，它由掺杂类型和浓度不同的三个区（发射区、基区和集电区）形成的两个PN结（发射结和集电结）组成，分别从三个区引出三个电极 （发射极e、基极b和集电极c）。 晶体管根据掺杂类型不同，可分为NPN型和PNP型两种；根据使用的半导体材料不同，又可分为硅管和锗管两类。 晶体管内部结构的特点是发射区的掺杂浓度远远高于基区掺杂浓度，并且基区很薄，集电结的面积比发射结面积大。这是晶体管具有放大能力的内部条件。 2.电流分配与放大作用 晶体管具有放大能力的外部条件是发射结正向偏置，集电结反向偏置。在这种偏置条件下，发射区的多数载流子扩散到基区后，只有极少部分在基区被复合，绝大多数会被集电区收集后形成集电极电流。通过改变发射结两端的电压，可以达到控制集电极电流的目的。 晶体管的电流分配关系如下： A =出 E + d } C=用E：+ ^CEO 其中电流放大系数二和「之间的关系是二八/（1 +「），「丨（1 —二）；I CB。是集电结反向饱和电流，I CEO是基极开路时集电极和发射极之间的穿透电流，并 且I CEO=（1 + ' ）|CBO。 在放大电路中，通过改变U BE，改变I B或I E，由4B或4E产生A C，再通过集电极电阻R C，把电流的控制作用转化为电压的控制作用，产生AU二A C R c。实质上，这种控制作用就是放大作用。 3.晶体管的工作状态 当给晶体管的两个PN结分别施加不同的直流偏置时，晶体管会有放大、饱和和截止三种不同的工作状态。这几种工作状态的偏置条件及其特点如表 2.1所列。 表2.1晶体管的三种工作状态

晶体管结构与工作原理

晶体三极管知识 晶体三极管作为重要的半导体器件，其基本结构和工作原理需要掌握。下面具体介绍。 三极管的基本结构是两个反向连结的pn接面，如图1所示，可有pnp和npn 两种组合。三个接出来的端点依序称为射极( emitter, E )、基极(base, B)和集极(collector, C)，名称来源和它们在三极管操作时的功能有关。图中也显示出 npn与pnp三极管的电路符号，射极特别被标出，箭号所指的极为n型半导体, 和二极体的符号一致。在没接外加偏压时，两个pn接面都会形成耗尽区，将中 性的p型区和n型区隔开。 (a) (b) 图1 pnp(a)与npn(b)三极管的结构示意图与电路符号。 三极管的电特性和两个pn接面的偏压有关，工作区间也依偏压方式来分类，这里 我们先讨论最常用的所谓 "正向活性区” (forwad active)，在此区EB极间的pn接面维持在正向偏压，而BC极间的pn接面则在反向偏压，通常用作放大器的三极管都以此方式偏压。图2(a)为一pnp三极管在此偏压区的示意图。EB接面的空乏 区由于在正向偏压会变窄，载体看到的位障变小，射极的电洞会注入到基极，基极的电子也会注入到射极；而BC接面的耗尽区则会变宽，载体看到的位障变大，故本身是不导通的。图2(b)画的是没外加偏压，和偏压在正向活性区两种情形 下，电洞和电子的电位能的分布图。 三极管和两个反向相接的pn二极管有什么差别呢？其间最大的不同部分就在 于三极管的两个接面相当接近。以上述之偏压在正向活性区之pnp三极管为例， 射极的电洞注入基极的n型中性区，马上被多数载体电子包围遮蔽，然后朝集电极 方向扩散，同时也被电子复合。当没有被复合的电洞到达BC接面的耗尽区时， 会被此区内的电场加速扫入集电极，电洞在集电极中为多数载体，很快藉由漂移电流到达连结外部的欧姆接点，形成集电极电流IC。IC的大小和BC间反向偏压的大小 关系不大。基极外部仅需提供与注入电洞复合部分的电子流IBrec,与由基极注入 射极的电子流InB? E (这部分是三极管作用不需要的部分) 。InB? E在射极与与电 洞复合，即InB? E=I Erec o pnp三极管在正向活性区时主要的电流种类可以清楚地在图3(a)中看出。

晶体管设计

晶体管设计 大功率晶体管是功率驱动电路的核心元件。大功率晶体管通常工作在极限参数状态下，其主要参数是击穿电压和电流容量。分析了大功率晶体管的工作原理和设计原则，并针对一个具体的大功率晶体管的参数要求，设计了晶体管的纵向和横向结构尺寸，并确定了材料参数和工艺参数。 大功率品体管以其电压高，电流大，功率大的独特优势随着社会的进步得到了不断的拓展。在五十年代，锗合金工艺相对硅成熟，因此锗管成为大功率品体管的先声，在大功率晶体管中占据着主流地位。硅大功率晶体管在1956年问世。从此品种繁多的各种硅功率管大量应用到通讯和雷达设备、发射电路中的功率放大器、倍频器和振荡器等。由于硅材料容易获得且能工作在较高温度具有小的反向电流和高的耐压特性等优点，因而在后期硅的发展速度远远超过锗管。 功率开关管作为各种类型开关电源的主功率开关器件，随着开关电源的日益发展，其应用范围更加广泛。目前，硅大功率晶体管已广泛地应用于: (1)电源开关、反相器、电机速度控制: (2)汽车的点火电路，制动电路; (3)用于广播、电视的高频放大和电子计算机，通信设备的电源装置和各类开关电源等方面。 (4)军事工业和航空航天工业大功率设备。 大功率晶体管以其电压高、电流大、功率大的独特优势在自动化控制系统、

计算机电源系统、交通电气设备、不停电电源装置及各类开关电源、各种变流系统、军事工业及航空航夭工业部门的大功率设备中占有非常重要的地位。即使在集成电路技术和新型电力电子器件迅速发展的今天，普通型大功率晶体管在半导体产业这个大家族中仍占有一席之地，特别是在集成电路所不能胜任的领域(诸如低噪声，高耐压，大电流，大功率和微波性能等方面)发挥愈来愈大的作用。因此，进一步研究、设计、制造大功率晶体管具有重要意义。 大功率晶体管区别于小功率晶体管的最大工作特点就是在大的耗散功率或输出功率条件下工作(即在大电流或高电压)。因此，大功率品体管除了在大电流一下保证足够的放大能力和承受较高的集电极电压外，还必须有良好的散热能力。 2. 1大功率晶体管的大电流效应 从晶体管原理可知，当晶体管在大电流或则高压下工作时，会发生一些不同于小电流工作的效应和现象:基区电导调制效应，基区增宽效应，基极电阻自偏压效应和发射极电流集中现象等。 基区电导调制效应:从晶体管的工作机理可知，晶体管的工作电流越大，则注入到基区的少数载流子就越多。为了保持基区电中性的要求，在基区内需要引入同等数量的多数载流子。这样一来，就会使基区内导电的载流子浓度增加，增大了基区的电导率，也就是说，基区的电导率受到了工作电流的调制。山于基区电导率的增加，将使少子在基区内被复合的几率增加，导致电流放大系数下降。 基区增宽效应:在大的电流密度时，晶体管集电结空间电荷区域内的运动载流一子浓度将大大增加。当集电极电流密度达到或超过某一定值时，由于运动载流子浓度的急剧增加，致使集电结附近的空间电荷出现重新分布的现象一基区一边集电结的电荷密度将大大增加，而集电区一边的集电结空间电荷密度将下降。由

单结晶体管工作原理

单结晶体管工作原理 双基极二极管又称为单结晶体管，它的结构如图1所示。在一片高电阻率的N型硅片一侧的两端各引出一个电极，分别称为第一基极B1和第二基极B2。而在硅片是另一侧较靠近B2处制作一个PN结，在P型硅上引出一个电极，称为发射极E。两个基极之间的电阻为RBB，一般在2~15kW之间，RBB一般可分为两段，RBB = RB1+ RB2，RB1是第一基极B1至PN结的电阻；RB2是第一基极B2至PN结的电阻。双基极二极管的符号见图1的右侧。 图 1 双基极二极管的结构与符号等效电路 将双基极二极管按图2(a)接于电路之中，观察其特性。首先在两个基极之间加电压UBB，再在发射极E和第一基极B1之间加上电压UE，UE可以用电位器RP进行调节。这样该电路可以改画成图2(b)的形式，双基极二极管可以用一个PN结和二个电阻RB1、RB2组成的等效电路替代。 当基极间加电压UBB时，RB1上分得的电压为 式中称为分压比，与管子结构有关，约在0.5～0.9之间。

2.当UE＝UBB＋UD时，单结晶体管内在PN结导通，发射极电流IE突然增大。把这个突变点称为峰点P。对应的电压UE和电流IE分别称为峰点电压UP和峰点电流IP。显然，峰点电压 Up＝UBB＋UD T58838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 式中UD为单结晶体管中PN结的正向压降，一般取UD＝0.7V。T58838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 在单结晶体管中PN结导通之后，从发射区（P区）向基压（N区）发射了大量的空穴型载流子，IE增长很快，E和B1之间变成低阻导通状态，RB1迅速减小，而E和B1之间的电压UE也随着下降。这一段特性曲线的动态电阻为负值，因此称为负阻区。而B2的电位高于E的电位，空穴型载流子不会向B2运动，电阻RB2基本上不变。T58838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 当发射极电流IE增大到某一数值时，电压UE下降到最低点。特性由线上的这一点称为谷点V。与此点相对应的是谷点电压UV和谷点电流IV。此后，当调节RP使发射极电流继续增大时，发射极电压略有上升，但变化不大。谷点右边的这部分特性称为饱和区。T58838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 综上所述，单结晶体管具有以下特点：T58838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 （1）当发射极电压等于峰点电压UP时，单结晶体管导通。导通之后，当发射极电压小于谷点电压UV时，单结晶体管就恢复截止。T58838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 （2）单结晶体管的峰点电压UP与外加固定电压UBB及其分压比有关。而分压比是由管子结构决定的，可以看做常数。T58838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号-各种图纸 对于分压比不同的管子，或者外加电压UBB的数值不同时，峰值电压UP也就不同。（3）不同单结晶体管的谷点电压UV和谷点电流IV都不一样。谷点电压大约在2~5V之间。

场效应管工作原理

场效应管工作原理 这是该装置的核心，在介绍该部分工作原理之前，先简单解释一下MOS 场效应管的工作原理。MOS 场效应管也被称为MOS FET，既Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor （金属氧化物半导体场效应管）的缩写。它一般有耗尽型和增强型两种。本文使用的为增强型MOS场效应管，其内部结构见图5。它可分为NPN型PNP型。NPN型通常称为N沟道型，PNP型也叫P 沟道型。由图可看出，对于N沟道的场效应管其源极和漏极接在N 型半导体上，同样对于P沟道的场效应管其源极和漏极则接在P 型半导体上。我们知道一般三极管是由输入的电流控制输出的电流。但对于场效应管，其输出电流是由输入的电压（或称电场）控制，可以认为输入电流极小或没有输入电流，这使得该器件有很高的输入阻抗，同时这也是我们称之为场效应管的原因。为解释MOS场效应管的工作原理，我们先了解一下仅含有一个P 饱和漏源电流。是指结型或耗尽型绝缘栅场效应管中，栅极电压U GS=0时的漏源电流。 2、UP 开启电压。是指增强型绝缘栅场效管中，使漏源间刚导通时的栅极电压。 4、gM 对漏极电流I D的控制能力，即漏极电流I D变化量与栅源电压UGS变化量的比值。gM 是衡量场效应管放大能力的重要参数。

5、BUDS 最大耗散功率。也是一项极限参数，是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率。使用时，场效应管实际功耗应小于PDSM并留有一定余量。 7、IDSM UGS=0时的漏极电流。UP —夹断电压，使ID=0对应的UGS的值。P沟道场效应管的工作原理与N沟道类似。我们不再讨论。下面我们看一下各类绝缘栅场效应管(MOS场效应管)在电路中的符号。§3 场效应管的主要参数场效应管主要参数包括直流参数、交流参数、极限参数三部分。 一、直流参数 1、饱合漏极电流IDSSIDSS是耗尽型和结型场效应管的一个重要参数。定义：当栅、源极之间的电压UGS=0，而漏、源极之间的电压UDS大于夹断电压UP时对应的漏极电流。 2、夹断电压UPUP也是耗尽型和结型场效应管的重要参数。定义：当UDS一定时，使ID减小到某一个微小电流(如1μA， 50μA)时所需UGS的值。 3、开启电压UTUT是增强型场效应管的重要参数。定义：当UDS一定时，漏极电流ID达到某一数值(如10μA)时所需加的UGS 值。 4、直流输入电阻RGSRGS是栅、源之间所加电压与产生的栅极电流之比，由于栅极几乎不索取电流，因此输入电阻很高，结型为106Ω以上，MOS管可达1010Ω以上。 二、交流参数

从晶体管电路方面来理解放大原理!对晶体管饱和、饱和压降的理解

从晶体管电路方面来理解放大原理!对晶体管饱和、饱和压降的理解众所周知，一个普通的双极型晶体管有二个PN结、三种工作状态(截止、饱和、放大)和四种运用接法(共基、共发、共集和倒置)。对这两个PN结所施加不同的电位，就会使晶体管工作于不同的状态：两个PN结都反偏——晶体管截止;两个PN结都导通——晶体管饱和：一个PN结正偏，一个PN结反偏——晶体管放大电路(注意：如果晶体管的发射结反偏、集电结正偏，就是晶体管的倒置放大应用)。要理解晶体管的饱和，就必须先要理解晶体管的放大原理。 从晶体管电路方面来理解放大原理，比较简单：晶体管的放大能力，就是晶体管的基极电流对集电极电流的控制能力强弱。控制能力强，则放大大。但如果要从晶体管内部的电子、空穴在PN结内电场的作用下，电子、空穴是如何运动的、晶体管的内电场对电子、空穴是如何控制的等一些物理过程来看，就比较复杂了。 对这个问题，许多教课书上有不同的描述。我对此问题的理解是：当晶体管处于放大状态时，基极得到从外电源注入的电子流，部分会与基区中的空穴复合，此时产生的复合电流，构成了基极电流的主体。由于此时晶体管是处于放大状态，故集电结处于反偏。又因集电结的反偏，就在此PN结的内部，就形成了一个强电场，电场的方向由集电极指向基极，即集电极为正，基极为负。也就是说，在此PN结(集电结)联接集电极的一端，集中了大量带正电的空穴。当从基极注入的电子流进入基区后，一部分与基区内部的空穴进行了复合，而大部分电子则在强电场的作用下，被“拉”到了集电极，这种被电场“拉”到集电极的电子流，构成了集电极电流的主要组成部分。由于从基极注入的电子流，只有很少一部分在基区被复合，大部分电子是在集电结的强电场的作用下，集中到了集电极，构成了集电极电流的主体，所以，此时的集电极电流要远大于从基极注入的电流，这就是晶体管放大功能的物理模型。此时，是以NPN型晶体管进行举例。如果是PNP型晶体管，则只要把晶体管的极性由正换成负就行。 如果要从基极电流、集电极电流、发射极电流的组成、流动，PN结的能级等等方面来讲

晶体管PN结原理解释

PN结的定义： 在一块本征半导体中，掺以不同的杂质，使其一边成为Ｐ型，另一边成为Ｎ型，在Ｐ区和Ｎ区的交界面处就形成了一个ＰＮ结。 ＰＮ结的形成 （1）当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使Ｐ区和Ｎ区中原来的电中性条件破坏了。Ｐ区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，Ｎ区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷，它们集中在Ｐ区和Ｎ区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的ＰＮ结，如图1所示。 （2）在这个区域内，多数载流子或已扩散到对方，或被对方扩散过来的多数载流子(到了本区域后即成为少数载流子了)复合掉了，即多数载流子被消耗尽了，所以又称此区域为耗 尽层，它的电阻率很高，为高电阻区。 （3）Ｐ区一侧呈现负电荷，Ｎ区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由Ｎ区指向Ｐ区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内 电场，如图2所示。

（4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是内电场将阻碍多子的扩散，二是P区和N区的少子一旦靠近PN结，便在内电场的作用下漂移到 对方，使空间电荷区变窄。 （5）因此，扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散；而漂移运动使空间电荷区变窄，内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即ＰＮ结处于 动态平衡。ＰＮ结的宽度一般为0.5um。 ＰＮ结的单向导电性 PN结在未加外加电压时，扩散运动与漂移运动处于动态平衡，通过PN结的电流为零。 （1）外加正向电压（正偏） 当电源正极接P区，负极接N区时，称为给pN结加正向电压或正向偏置，如图3所示。由于PN结是高阻区，而P区和N区的电阻很小，所以正向电压几乎全部加在PN结两端。在PN结上产生一个外电场，其方向与内电场相反，在它的推动下，N区的电子要向左边扩散，并与原来空间电荷区的正离子中和，使空间电荷区变窄。同样，P区的空穴也要向右边扩散，并与原来空间电荷区的负离子中和，使空间电荷区变窄。结果使内电场减弱，破坏了PN结原有的动态平衡。于是扩散运动超过了漂移运动，扩散又继续进行。与此同时，电源不断向P区补充正电荷，向N区补充负电荷，结果在电路中形成了较大的正向电流IF。而 且IF随着正向电压的增大而增大。