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week2-1-半导体器件基础2¶
§1.1 晶体三极管¶
1.1.1 放大原理¶
- 内部载流子运动：
1. 发射结正偏：发射区多子（N型电子/P型空穴）扩散形成\(I_{EN}\)。
2. 基区复合：少量载流子在基区复合形成\(I_B\)。
3. 集电结反偏：收集扩散到集电区的载流子形成\(I_C\)。 - 电流关系：
\[I_E = I_C + I_B \quad I_C = \beta I_B \quad \beta = \frac{\alpha}{1-\alpha}\]
1.1.2 输出特性曲线¶
| 工作区 | 条件 | 特点 |
|---|---|---|
| 截止区 | \(U_{BE} < U_{on}\) | \(I_C \approx 0\) |
| 放大区 | \(U_{CE} > U_{BE} > U_{on}\) | \(I_C \approx \beta I_B\) |
| 饱和区 | \(U_{CE} < U_{BE}\) | \(I_C < \beta I_B\) |
1.1.3 主要参数¶
- \(\beta\)（共射电流放大系数）
- \(I_{CBO}\)（集电结反向饱和电流）
- \(U_{(BR)CEO}\)（集射极击穿电压）
§1.2 场效应管¶
1.2.1 结型场效应管（JFET）¶
- 结构：N沟道/P沟道，通过反偏PN结控制沟道宽度。
- 特性方程：
\[i_D = I_{DSS} \left( 1 - \frac{u_{GS}}{U_{GS(off)}} \right)^2\]
- \(U_{GS(off)}\)：夹断电压（N沟道<0）
1.2.2 MOSFET¶
| 类型 | 开启条件 | 特性方程 |
|---|---|---|
| N沟道增强型 | \(u_{GS} > U_{GS(th)}\) | \(i_D = k_n(u_{GS}-U_{GS(th)})^2\) |
| P沟道增强型 | \(u_{GS} < U_{GS(th)}\) | \(i_D = k_p(u_{GS}-U_{GS(th)})^2\) |
1.2.3 关键参数¶
- \(U_{GS(th)}\)（开启电压）
- \(g_m = \frac{2\sqrt{k_n I_D}}{1}\)（跨导）
晶体管电流放大系数关系¶
\[ \alpha = \frac{\beta}{1+\beta} \quad \beta = \frac{\alpha}{1-\alpha} \]
MOS管跨导¶
\[ g_m = \frac{\partial i_D}{\partial u_{GS}} = 2\sqrt{k_n I_D} \]