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半导体器件的基本知识及分析方法

半导体器件的基本知识及分析方法

点击数:7884 次   录入时间:03-04 12:01:58   整理:http://www.55dianzi.com   电工基础

四、半导体三极管

双极型晶体管(BJT)又称半导体三极管、晶体三极管等,简称晶体管。晶体管的基本结构是由两个PN结构成,按PN结的组成方式分为NPN型和PNP型两种,无论NPN还是PNP都有三个区:集电区、基区、发射区。由三个区引现的电极分别称为集电极、基极、发射极。两个PN结分别称为发射结和集电结。

晶体管的结构特点:发射区的掺杂浓度最高;集电区掺杂浓度低于发射区,且面积大;基区很薄,一般在几个微米至几十个微米,且掺杂浓度最低。

输入特性曲线有一个开启电压。硅管的开启电压为0.5V,发射结的导通电压UON为0.6~0.7V;锗管的开启电压为0.2V,发射结的导通电压UON为0.2~0.3V;

晶体管有三个工作区域:截止区、放大区和饱和区。当发射结正向偏置,集电结处于反向偏置时,它工作在放大区。这时,IC只受IB控制,IC=βIB几乎与UCE的大小无关。说明晶体管相当于一个输出电流IC受IB控制的受控电流源。所以晶体管是电流控制器件。三极管工作在放大区时,三个电极之间的关系为:对于NPN型,VC>VB>VE;对于PNP型,VC<VB<VE;

发射结正向偏置、集电结正向偏置时,三极管工作在饱和区。此时IB再增大,IC几乎就不再增大了,晶体管失去了电流放大作用。三极管工作在饱和区时,三个电极之间的关系为:对于NPN型,VB>VC>VE;对于PNP型,VB<VC<VE

发射结反向偏置、集电结反向偏置时,三极管工作在饱和区。三极管工作在截止区时,三个电极之间的关系为:对于NPN型,VB<VE;对于PNP型,VB>VE;

晶体管的β随温度的升高将增大,温度每上升1℃,β值增大0.5%~1%,其结果是在相同的IB情况下,集电极电流IC随温度上升而增大。

ICEO是少数载流子漂移运动形成的,它与环境温度关系很大,ICEO随温度上升会急剧增加。温度上升10℃,ICEO将增加一倍。由于硅管的ICEO很小,所以温度对硅管的ICEO影响不大。

和二极管的正向特性一样,温度上升1℃,UCE将下降2~2.5mV。

五、场效应管

场效应晶体管(Field-Effect Transistor ,FET)是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电,又称单极型晶体管。场效应管按结构,可分为结型和绝缘栅型两大类。绝缘栅型场效应晶体管的栅极与源极、栅极与漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离,故有绝缘栅型之称。或者按其金属-氧化物-半导体的材料构成,可称其为MOS管。

场效应晶体管输出特性曲线分成四个区域:可变电阻区、恒流区、击穿区、截止区。

MOSFET与BJT都是半导体晶体管,MOSFET的源极、漏极、栅极分别相当于BJT的发射极、集电极、基极。BJT的集电极电流IC受基极电流IB的控制,是一种电流控制器件;而MOSFET的漏极电流ID受栅-源电压UGS的控制,是一种电压控制元件。但与BJT相比,MOSFET具有输入电阻大、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、耗电少等优点。这些优点使之从20世纪末60年代一诞生就广泛应用于各种电子电路中。另外,MOSFET的制造工艺比较简单,占用芯片面积小,特别适用于制造大规模集成电路。

与BJT类似,MOSFET不仅可以通过UGS控制ID实现对信号的放大作用,而且也可以作为开关元件,通过UGS控制其导通或判断,广泛用于开关电路和脉冲数字电路中。

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