模拟电子技术晶体管PPT学习教案.pptx

会计学1模拟模拟(mn)电子技术电子技术 晶体管晶体管第一页，共83页。半导体器件是现代电子电路的重要组成部分。本章简要地介绍半导体的基础知识，讨论半导体的核心环节PN结，阐述(chnsh)了半导体二极管、双极性晶体管（BJT）和场效应管（FET）的工作原理、特性曲线和主要参数以及二极管基本电路和分析方法。对晶闸管和集成电路中的元件也进行了简要介绍。Home内容简介第1页/共83页第二页，共83页。Home1.半导体(dot)材料 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体(dot)、绝缘体和半导体(dot)。导 体：109cm 半导体(dot)：导电性能介于导体(dot)和绝缘体之间。Next2.半导体的晶体结构 典型(dinxng)的元素半导体有硅Si和锗Ge，此外，还有化合物半导体砷化镓GaAs等。1第2页/共83页第三页，共83页。3.本征半导体 本征半导体：化学成分纯净、结构完整(wnzhng)的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。半导体的导电性能是由其原子结构决定的，就元素半导体硅和锗而言，其原子序数分别为14和32，但它们有一个共同(gngtng)的特点：即原子最外层的电子（价电子）数均为4，其原子结构和晶体结构如图所示。HomeNextBack2 ：受温度、光照等环境因素的影响，半导体共价键中的价电子获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子的现象，称之为本征激发（热激发）（见图1.1.2）。本征激发(热激发）第3页/共83页第四页，共83页。电子空穴对：由本征激发(jf)（热激发(jf)）而产生的自由电子和空穴总是成对出现的，称为电子空穴对。所以，在本征半导体中：ni=pi （ni自由电子的浓度；pi空穴的浓度）。空穴(kn xu)：共价键中的空位。HomeNextBack3 K1常数，硅为3.8710-6K-3/2/cm3，锗为1.7610-6 K-3/2/cm3；T热力学温度；EGO禁带宽度，硅为1.21eV，锗为0.785eV；k波耳兹曼常数，8.63 10-5 eV/K。（e单位电荷，eV=J）第4页/共83页第五页，共83页。HomeNextBack 载流子：能够(nnggu)参与导电的带电粒子。：如图1.1.3所示。从图中可以看出，空穴可以看成是一个带正电的粒子，和自由电子一样，可以在晶体中自由移动，在外加电场下，形成定向运动，从而产生电流。所以，在半导体中具有两种载流子：自由电子和空穴。半导体中载流子的移动4 （1）两种载流子的产生与复合，在一定(ydng)温度下达到动态平衡，则ni=pi的值一定(ydng)；（2）ni与pi 的值与温度有关，对于硅材料，大约温度每升高8oC，ni 或pi 增加一倍；对于锗材料，大约温度每升高12 oC，ni 或pi 增加一倍。第5页/共83页第六页，共83页。4.杂质半导体 杂质半导体：在本征半导体中参入微量的杂质形成的半导体。根据参杂元素的性质，杂质半导体分为P型（空穴(kn xu)型）半导体和N型（电子型）半导体。由于参杂的影响，会使半导体的导电性能发生显著的改变。HomeNextBack ：在本征半导体中参入微量三价元素的杂质形成的半导体，其共价键结构如图1.1.4所示。常用的三价元素的杂质有硼、铟等。P型半导体5第6页/共83页第七页，共83页。HomeNextBack 受主杂质(zzh)：因为三价元素的杂质(zzh)在半导体中能够接受电子，故称之为受主杂质(zzh)或P型杂质(zzh)。多子与少子：P型半导体在产生空穴的同时，并不产生新的自由电子，所以控制(kngzh)参杂的浓度，便可控制(kngzh)空穴的数量。在P型半导体中，空穴的浓度远大于自由电子的浓度，称之为多数载流子，简称多子；而自由电子为少数载流子，简称少子。：既然P型半导体的多数载流子是空穴，少数载流子是自由电子，所以，P型半导体带正电。此说法正确吗？思考题6第7页/共83页第八页，共83页。：在本征半导体中参入微量五价元素的杂质形成的半导体，其共价键结构如图1.1.5所示。常用的三价元素的杂质有磷、砷和锑等。N型半导体HomeNextBack 施主杂质：因为五价元素的杂质在半导体中能够(nnggu)产生多余的电子，故称之为施主杂质或N型杂质。在N型半导体中，自由电子为多数载流子，而空穴为少数载流子。7第8页/共83页第九页，共83页。综上所述，在杂质半导体中，因为参杂，载流子的数量比本征半导体有相当程度的增加，尽管参杂的含量很小，但对半导体的导电能力影响却很大，使之成为提高半导体导电性能最有效的方法。掺杂(chn z)对本征半导体的导电性的影响，其典型数据如下:T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度:ni=pi=1.41010/cm3 掺杂(chn z)后 N 型半导体中的自由电子浓度:ni=51016/cm3 本征硅的原子浓度:4.961022/cm3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm3。HomeNextBack8第9页/共83页第十页，共83页。小小 结结 本讲主要介绍了下列半导体的基本概念：本讲主要介绍了下列半导体的基本概念：本征半导体本征半导体 本征激发、空穴本征激发、空穴(kn xu)(kn xu)、载流子、载流子 杂质半导体杂质半导体 P P型半导体和型半导体和N N型半导体型半导体 受主杂质、施主杂质、多子、少子受主杂质、施主杂质、多子、少子HomeNextBack9第10页/共83页第十一页，共83页。二.PN结的单向导电性 正偏与反偏：当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为(chn wi)加正向电压，简称正偏；反之称为(chn wi)加反向电压，简称反偏。一.PN结的形成 在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别(fnbi)形成P型半导体和N型半导体。此时将在P型半导体和N型半导体的结合面上形成的物理过程示意图如图所示。5.PN结 HomeNextBack10第11页/共83页第十二页，共83页。1.PN结加正向电压(diny)2.PN结加正向电压(diny)时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流，PN结导通。其示意图如 图所示。HomeNextBack112.PN结加反向电压(diny)PN结加反向电压(diny)时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流，PN结截止。其示意图如 图所示。3.PN结的单向导电性 PN结加正向电压(diny)（正偏）时导通；加反向电压(diny)（反偏）时截止的特性，称为PN结的单向导电性。第12页/共83页第十三页，共83页。HomeNextBack三.PN结的特性曲线 1.PN结的V-I 特性表达式式中，IS 反向饱和电流；n 发射系数，与PN结的的尺寸、材料(cilio)等有关，其值为12；VT 温度的电压当量，且在常温下（T=300K）:VT=kT/q=0.026V=26mV13第13页/共83页第十四页，共83页。2.PN结的正向(zhn xin)特性HomeNextBack 死区电压(diny)Vth硅材料为0.5V左右；锗材料为0.1V左右。导通电压Von硅材料(cilio)为0.60.7V左右；锗材料(cilio)为0.20.3V左右。Is=10-8AVT=26mVn=2死区电压导通电压图1.1.9 PN结的正向特性14第14页/共83页第十五页，共83页。3.PN结的反向(fn xin)特性HomeNextBack 反向电流：在一定温度下，少子的浓度一定，当反向电压达到一定值后，反向电流IR 即为反向饱和电流IS，基本(jbn)保持不变。反向电流受温度的影响大。-IS图1.1.10 PN结的反向特性锗管硅管15第15页/共83页第十六页，共83页。4.PN结的反向击穿(j chun)特性HomeNextBack 反向击穿(j chun)：当反向电压达到一定数值时，反向电流急剧增加的现象称为反向击穿(j chun)（电击穿(j chun)）。若不加限流措施，PN结将过热而损坏，此称为热击穿(j chun)。电击穿(j chun)是可逆的，而热击穿(j chun)是不可逆的，应该避免。图1.1.11 PN结的反向击穿特性VBR16第16页/共83页第十七页，共83页。HomeNextBack 反向(fn xin)击穿分为雪崩击穿和齐纳击穿两种类型。雪崩击穿：当反向(fn xin)电压增加时，空间电荷区的电场随之增强，使通过空间电荷区的电子和空穴获得的能量增大，当它们与晶体中的原子发生碰撞时，足够大的能量将导致碰撞电离。而新产生的电子-空穴对在电场的作用下，同样会与晶体中的原子发生碰撞电离，再产生新的电子-空穴对，形成载流子的倍增效应。当反向(fn xin)电压增加到一定数值时，这种情况就象发生雪崩一样，载流子增加得多而快，使反向(fn xin)电流急剧增加，于是导致了PN结的雪崩击穿。齐纳击穿：齐纳击穿的机理与雪崩击穿不同。在较高的反向电压(diny)作用下，空间电荷区的电场变成强电场，有足够的能力破坏共价键，使束缚在共价键中的电子挣脱束缚而形成电子-空穴对，造成载流子数目的急剧增加，从而导致了PN结的齐纳击穿。17第17页/共83页第十八页，共83页。四.PN结的电容(dinrng)效应HomeNextBack 1.势垒电容(dinrng)Cb图1.1.12 势垒电容示意图18 PN结外加电压变化(binhu)，空间电荷区的宽度将随之变化(binhu)，即耗尽层的电荷量随外加电压增加或减少，呈现出电容充放电的性质，其等效的电容称之为势垒电容Cb。当PN结加反向电压时，Cb明显随外加电压变化(binhu)，利用该特性可以制成各种变容二极管。第18页/共83页第十九页，共83页。2.扩散电容Cd图1.1.13 扩散电容示意图HomeNextBack19 PN结外加正向电压变化，扩散区的非平衡少子的数量将随之变化，扩散区内电荷(dinh)的积累与释放过程，呈现出电容充放电的性质，其等效的电容称之为扩散电容Cd。结电容Cj=Cb+Cd 反偏时，势垒电容Cb为主；正偏时，扩散电容Cd为主。低频(dpn)时忽略，只有频率较高时才考虑结电容的作用。第19页/共83页第二十页，共83页。小小 结结 本讲主要介绍了以下基本内容：本讲主要介绍了以下基本内容：PN PN结形成：扩散、复合结形成：扩散、复合(fh)(fh)、空间电荷、空间电荷区（耗尽层、势垒区、阻挡层、内建电场）区（耗尽层、势垒区、阻挡层、内建电场）、动态平衡、动态平衡 PN PN结的单向导电性：正偏导通、反偏截止结的单向导电性：正偏导通、反偏截止 PN PN结的特性曲线：结的特性曲线：正向特性：死区电压、导通电压正向特性：死区电压、导通电压 反向特性：反向饱和电流、温度影响大反向特性：反向饱和电流、温度影响大 击穿特性：电击穿（雪崩击穿、齐纳击击穿特性：电击穿（雪崩击穿、齐纳击穿）、热击穿穿）、热击穿 PN PN结的电容效应：势垒电容、扩散电容结的电容效应：势垒电容、扩散电容HomeBack20第20页/共83页第二十一页，共83页。HomeNext11.半导体二极管的结构(jigu)在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构(jigu)分有点接触型、面接触型和平面型三大类。一.点接触型二极管 PN结面积小，结电容小，用于检波和变频(bin pn)等高频电路。(a)点接触型 图1.2.1 二极管的结构示意图第21页/共83页第二十二页，共83页。HomeNext二.面接触(jich)型二极管 PN结面积大，用于工频大电流整流(zhngli)电路。(b)面接触型图1.2.1 二极管的结构示意图Back2第22页/共83页第二十三页，共83页。HomeNext三.平面(pngmin)型二极管 往往用于集成电路制造艺中。PN 结面积可大可小，用于高频(o pn)整流和开关电路中。(c)平面型图1.2.1 二极管的结构示意图阴极引线阳极引线PNP型支持衬底Back3第23页/共83页第二十四页，共83页。HomeNext四.二极管的图形符号Back图1.2.2 二极管的符号k阴极阳极a2.半导体二极管的V-I特性 二极管的特性与PN结的特性基本相同(xin tn)，也分正向特性、反向特性和击穿特性。其差别在于二极管存在体电阻和引线电阻，在电流相同(xin tn)的情况下，其压降大于PN结的压降。在此不再赘述。4第24页/共83页第二十五页，共83页。HomeNextBack图1.2.3 半导体二极管图片5第25页/共83页第二十六页，共83页。3.半导体二极管的参数(cnsh)(1)最大整流(zhngli)电流IF(2)反向击穿(j chun)电压VBR和 最大反向工作电压VR(3)反向电流IR(4)正向压降VF(5)最高工作频率fM图1.2.4 二极管的高频等效道路HomeNextBack6(6)结电容Cj ：如何用万用表的“”档来辨别一只二极管的阳极、阴极以及二极管的好坏？思考题第26页/共83页第二十七页，共83页。74.二极管的等效(dn xio)模型电路（1）理想(lxing)模型图1.2.5 二极管的理想等效模型正偏时：uD=0,RD=0;反偏时：iD=0,RD=。相当于一理想(lxing)电子开关。HomeNextBack第27页/共83页第二十八页，共83页。HomeNext（2）恒压降模型(mxng)Back 正偏时：uD=Uon,RD=0;反偏时：iD=0,RD=。相当于一理想电子(dinz)开关和恒压源的串联。图1.2.6 二极管的恒压降等效模型8第28页/共83页第二十九页，共83页。HomeNext（3）折线型模型(mxng)Back 正偏时：uD=iDrD+UTH;反偏时：iD=0,RD=。相当于一理想电子开关(kigun)、恒压源和电阻的串联。9图1.2.7 二极管的折线型等效模型第29页/共83页第三十页，共83页。HomeNext（4）小信号模型 二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效(dn xio)成一个微变电阻。Back即根据得Q点处的微变电导(din do)则常温下（T=300K）图1.2.8 二极管的小信号等效模型10第30页/共83页第三十一页，共83页。HomeNext115.二极管基本电路(dinl)及模型分析法（1）二极管的静态工作情况(qngkung)分析BackID+VD-R 10K+VDD20VID+VD-R 10K+VDD20VID+VD-R 10K+VDD20V+Von(a)原电路(b)理想模型电路(c)恒压降模型电路图1.2.9 例1.2.1的电路图解：（1）理想模型，VD=0，则（2）恒压降模型，VD=0.7V，则例 求图（a）所示电路(dinl)的硅二极管电流ID和电压VD。第31页/共83页第三十二页，共83页。HomeNext（2）二极管限幅电路(dinl)Back解：请观看仿真(fn zhn)波形!ID+vo-R 10K+vi20V图1.2.10 例1.2.2 电路图VREF 例1.2.2 如图1.2.10 所示电路。试画出VREF分别为0、10V时的波形。其中vi=10sintV。（3）二极管开关电路 例1.2.3 如图1.2.11 所示电路。试求VI1、VI2为0和+5V时V0的值。R 10KV0Vcc+5V图1.2.11 例1.2.3 电路图VI1VI2D1D2000+5V0 0 0 +5V +5V 0 +5V +5VV0VI1 VI2 12第32页/共83页第三十三页，共83页。HomeNext（1）稳压(wn y)二极管的伏安特性Back 稳定电压VZ 稳定电流IZ（IZmin、IZmin）额定功耗PZM 动态电阻rZ 温度(wnd)系数图1.2.12 稳压管的 伏安特性136.稳压(wn y)二极管（2）稳压二极管的主要参数 利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。其伏安特性如图所示。第33页/共83页第三十四页，共83页。HomeNext（3）稳压(wn y)二极管构成的稳压(wn y)电路Back14 例 设计如图所示稳压管稳压电路，已知VO=6V，输入(shr)电压VI 波动10%，RL=1k。图1.2.13 稳压管稳压电路解：（1）选择DZ：查手册，选择DZ 为2CW13，VZ=(56.5V)，IZmax=38mA,IZmin=5mA第34页/共83页第三十五页，共83页。HomeNextBack15（2）选择限流电阻R：第35页/共83页第三十六页，共83页。HomeNext（1）发光(f un)二极管Back 外加(wiji)反向电压，无光照时的反向电流称之为暗电流；有光照时的反向电流称之为光电流，光照越强，光电流越大。167.其它(qt)类型的二极管（2）光电二极管 工作电压一般在1.52.5V之间，工作电流在530mA之间，电流越大，发光越强。图1.2.14 其它二极管（3）变容二极管（4）激光二极管（5）隧道二极管和肖特基二极管第36页/共83页第三十七页，共83页。HomeBack作业作业(zuy)(zuy)：P6667 P6667：1.31.111.31.1117小小 结结 本讲主要介绍了以下基本内容本讲主要介绍了以下基本内容(nirng)(nirng)：半导体二极管的构成和类型：点接触型、面接触型、半导体二极管的构成和类型：点接触型、面接触型、平面型；硅管、锗管；整流管、开关管、检波管、发平面型；硅管、锗管；整流管、开关管、检波管、发光管、光敏管、稳压管等。光管、光敏管、稳压管等。半导体二极管的特性：与半导体二极管的特性：与PNPN结基本相同。结基本相同。半导体二极管的参数半导体二极管的参数 半导体二极管的等效模型：理想模型、恒压降模型、半导体二极管的等效模型：理想模型、恒压降模型、折线模型和小信号模型折线模型和小信号模型 应用二极管等效模型分析和计算半导体二极管电路的应用二极管等效模型分析和计算半导体二极管电路的基本方法基本方法 简要介绍了其它类型的二极管。简要介绍了其它类型的二极管。第37页/共83页第三十八页，共83页。HomeNext11.双极性晶体管的结构(jigu)及类型 双极性晶体管的结构(jigu)如图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。图1.3.1 三极管结构示意图 发射极Emitter 基极(j j)Base集电极Collector第38页/共83页第三十九页，共83页。HomeNext2Back 结构特点：（1）基区很薄，且掺杂浓度很低；（2）发射区的掺杂浓度远大于基区和集电区的掺杂浓度；（3）集电结的结面积很大。上述(shngsh)结构特点构成了晶体管具有放大作用的内部条件。图1.3.2 三极管外形图双极性晶体管的常见外形图如图1.3.2所示。第39页/共83页第四十页，共83页。HomeNext32.晶体管的电流(dinli)放大作用Back（1）晶体管具有放大作用(zuyng)的外部条件 发射结正偏，集电结反偏。对于(duy)NPN管，VC VB VE；对于(duy)PNP管，VE VB VC。（2）晶体管内部载流子的运动（如图所示）发射区：发射载流子；集电区：收集载流子；基区：传送和控制载流子 以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管。或BJT(Bipolar Junction Transistor)。第40页/共83页第四十一页，共83页。HomeNext4Back（3）晶体管的电流(dinli)分配关系根据(gnj)传输过程可知 IC=InC+ICBOIB=IB-ICBO通常(tngchng)IC ICBOIE=IB+IC 为共基直流电流放大系数，它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 =0.90.99图1.3.4晶体管的电流分配关系第41页/共83页第四十二页，共83页。HomeNext5Back根据(gnj)IE=IB+IC IC=InC+ICBO且令ICEO=(1+)ICBO（穿透电流）是共射直流电流放大系数，同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般 当输入为变化量（动态(dngti)量）时，相应的电流放大倍数为交流电流放大倍数：第42页/共83页第四十三页，共83页。HomeNext63.晶体管的共射特性(txng)曲线Back（1）输入(shr)特性曲线 iB=f(vBE)vCE=const(b)当vCE1V时，vCB=vCE-vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的vBE下IB减小，特性(txng)曲线右移。(a)当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。vCE=0VvCE 1V图1.3.6+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCERbRc图1.3.5第43页/共83页第四十四页，共83页。HomeNext7Back（2）输出特性曲线(qxin)（图）饱和区：iC明显受vCE控制(kngzh)，该区域内，vCE=VCES 0.7V(硅管)。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。iC=f(vCE)iB=const输出特性曲线(qxin)的三个区域:截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，vBE小于死区电压，集电结反偏。放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。图1.3.7第44页/共83页第四十五页，共83页。HomeNext84.晶体管的主要参数Back（1）直流参数(cnsh)(a)共射直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC/IB vCE=const图1.3.8第45页/共83页第四十六页，共83页。HomeNext9Back(c)极间反向(fn xin)电流(i)集电极基极(j j)间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。图1.3.9(b)共基直流电流放大系数=（ICICBO）/IEIC/IE 第46页/共83页第四十七页，共83页。(ii)集电极发射极间的穿透电流ICEO ICEO=（1+）ICBO HomeNext10Back 基极(j j)开路时，集电极与发射极间的穿透电流。图1.3.10ICEO图1.3.11第47页/共83页第四十八页，共83页。HomeNextBack（2）交流(jioli)参数(a)共射交流电流放大系数(b)共射交流电流放大系数 当ICBO和ICEO很小时，、，可以不加区分。11图1.3.12第48页/共83页第四十九页，共83页。HomeNextBack（3）极限(jxin)参数(a)集电极最大允许(ynx)电流ICM(b)最大集电极耗散(ho sn)功率PCMPCM=iCvCE=const (c)反向击穿电压 V(BR)CBO发射极开路时的集电结反向击穿电压。V(BR)EBO集电极开路时发射结的反向击穿电压。V(BR)CEO基极开路时C极和E极间的击穿电压。其关系为：V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR)EBO12图1.3.13第49页/共83页第五十页，共83页。HomeNextBack 由PCM、ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线(qxin)上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。13图1.3.14 输出特性曲线上的过损耗区和击穿区第50页/共83页第五十一页，共83页。HomeNext5.温度对晶体管特性及参数(cnsh)的影响Back（1）温度(wnd)对ICBO 的影响(a)ICBO是集电结外加反向电压平衡少子的漂移运动(yndng)形成的；(b)温度升高10oC，ICBO增加约一倍;(c)硅管的ICBO 比锗管小得多，所以受温度的影响也小得多。（2）温度对输入特性 的影响 温度升高1oC，VBE 减小约22.5mV，具有负的温度系数。若VBE 不变，则当温度升高时，iB将增大，正向特性将左移；反之亦然。14T=60oCT=20oC图1.3.15第51页/共83页第五十二页，共83页。HomeNextBack（3）温度(wnd)对输出特性的影响 温度升高，IC增大(zn d)，增大(zn d)。温度每升高1oC，要增加 0.5%1.0%15图1.3.16第52页/共83页第五十三页，共83页。HomeNext6.光电三极管Back 光电三极管依照光照的强度(qingd)来控制集电极电流的大小，其功能等效于一只光电二极管与一只晶体管相连。如图所示。16图1.3.17图1.3.18第53页/共83页第五十四页，共83页。HomeNext思考题Back17 1.既然(jrn)BJT具有两个PN结，可否用两个二极管相联以构成一只BJT，试说明其理由。2.能否将BJT的e、c两个电极交换(jiohun)使用，为什么？3.为什么说BJT是电流控制(kngzh)型器件？例 题 例 图所示各晶体管处于放大工作状态，已知各电极直流电位。试确定晶体管的类型（NPN/PNP、硅/锗），并说明x、y、z 代表的电极。图1.3.19第54页/共83页第五十五页，共83页。HomeNextBack18提示(tsh)：（1）晶体管工作于放大状态的条件：NPN管：VC VBVE，PNP管：VEVBVC；（2）导通电压：硅管|VBE|=0.60.7V，硅管|VBE|=0.20.3V，第55页/共83页第五十六页，共83页。HomeNextBack19 例 已知NPN型硅管T1 T4 各电极的直流电位如表所示，试确定(qudng)各晶体管的工作状态。晶体管晶体管T1T2T3T4VB/V0.71-10VE/V00.3-1.70VC/V50.7015工作状态工作状态提示(tsh)：NPN管（1）放大状态：VBE Von,VCE VBE;（2）饱和状态：VBE Von,VCE VBE;（3）截止状态：VBE Von表放大(fngd)饱和放大截止第56页/共83页第五十七页，共83页。HomeNextBack20 例1-7 图所示电路(dinl)中，晶体管为硅管，VCES=0.3V。求：当VI=0V、VI=1V 和VI=2V时VO=?图1.3.20 解：(1)VI=0V时，VBE Von，晶体管截止(jizh)，IC=IB=0，VO=VCC=12V。第57页/共83页第五十八页，共83页。HomeNextBack21(3)VI=2V时：(2)VI=1V时：第58页/共83页第五十九页，共83页。HomeBack作业作业(zuy)(zuy)：P6769 P6769：1.121.191.121.19小小 结结 本讲主要介绍了以下基本内容：本讲主要介绍了以下基本内容：双极性晶体管的结构双极性晶体管的结构(jigu)(jigu)和类型：和类型：NPNNPN、PNPPNP 晶体管的电流放大作用和电流分配关系晶体管的电流放大作用和电流分配关系 晶体管具有放大作用的内部条件晶体管具有放大作用的内部条件 晶体管具有放大作用的外部条件晶体管具有放大作用的外部条件 IE=IB+IC=(1+IE=IB+IC=(1+)IB)IB，IC=IC=IBIB，晶体管的特性及参数晶体管的特性及参数 VBE VBE、VonVon 晶体管的三个工作状态晶体管的三个工作状态 温度对晶体管参数的影响温度对晶体管参数的影响 简要介绍了光电三极管。简要介绍了光电三极管。22第59页/共83页第六十页，共83页。Home1.场效应管的特点(tdin)和分类 Next1N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)（2）分类(fn li)（1）特点(tdin)利用输入回路的电场效应控制输出回路的电流；仅靠半导体中的多数载流子导电（单极型晶体管）；输入阻抗高（1071012），噪声低，热稳定性好，抗辐射能力强，功耗小。第60页/共83页第六十一页，共83页。2.结型场效应管2（1）结型场效应管的结构(jigu)（如图所示）HomeNextBack 源极S漏极D栅极(shn j)G符号(fho)P型区N型导电沟道图第61页/共83页第六十二页，共83页。3（2）结型场效应管的工作(gngzu)原理（如图所示）HomeNextBack vDS=0时，vGS 对沟道(u do)的控制作用 当vGS0时，PN结反偏，|vGS|耗尽层加厚沟道变窄。vGS继续减小，沟道继续变窄，当沟道夹断时，对应的栅源电压vGS称为(chn wi)夹断电压VP（或VGS(off)）。对于N沟道的JFET，VP 0。vGS=(VGS(off)0)的某一固定值时，vDS对沟道的控制作用 当vDS=0时，iD=0；vDS iD，同时G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。当vDS增加到使vGD=VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时vDS 夹断区延长沟道电阻 iD基本不变，表现出恒流特性。第62页/共83页第六十三页，共83页。4HomeNextBack 当vGD VGS(off)时，vGS对iD的控制(kngzh)作用 当vGD=vGS-vDS vGS-VGS(off)0，导电(dodin)沟道夹断，iD 不随vDS 变化；但vGS 越小，即|vGS|越大，沟道电阻越大，对同样的vDS，iD 的值越小。所以，此时可以通过改变vGS 控制iD 的大小，iD与vDS 几乎无关，可以近似看成受vGS 控制的电流源。由于漏极电流受栅-源电压的控制，所以场效应管为电压控制型元件。综上分析可知：(a)JFET沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以场效应管也称为单极(dn j)型三极管；(b)JFET 栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因此输入电阻很高；(c)JFET是电压控制电流器件，iD受vGS控制；(d)预夹断前iD与vDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。第63页/共83页第六十四页，共83页。5HomeNextBack（3）结型场效应管的特性(txng)曲线转移(zhuny)特性 输出特性 VP图1.4.3夹断区第64页/共83页第六十五页，共83页。3.绝缘(juyun)栅型场效应管6HomeNextBackIGFET（Insulated Gate Field Effect Transistor）MOS（Metal Oxide Semiconductor）vGS=0，iD=0，为增强型管；vGS=0，iD0，为耗尽(ho jn)型管。（一）N沟道(u do)增强型MOS管（其结构和符号如图所示）图1.4.4第65页/共83页第六十六页，共83页。7（1）N沟道(u do)增强型MOS管的工作原理HomeNextBack vDS=0时，vGS 对沟道的控制(kngzh)作用 当vDS=0且vGS0时，因SiO2的存在，iG=0。但g极为金属铝，因外加正向偏置电压而聚集正电荷，从而排斥P型衬底靠近(kojn)g极一侧的空穴，使之剩下不能移动的负离子区，形成耗尽层。如图所示。当vGS=0时，漏-源之间是两个背靠背的PN结，不存在导电沟道，无论 vDS 为多少，iD=0。图1.4.5第66页/共83页第六十七页，共83页。当vGS进一步增加时，一方面耗尽层增宽，另一方面衬底的自由电子(z yu din z)被吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个N型薄层，称之为反型层，构成了漏-源之间的导电沟道（也称感生沟道），如图所示。图1.4.6 使沟道刚刚(gng gng)形成的栅-源电压称之为开启电压VGS(th)。vGS越大，反型层越宽，导电沟道电阻越小。8HomeNextBack vGSVGS(th)的某一固定值时，vDS对沟道(u do)的控制作用 当vDS=0时，iD=0；vDS iD，同时使靠近漏极处的耗尽层变窄。当vDS增加到使vGD=VGS(th)时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时vDS 夹断区延长沟道电阻 iD基本不变，表现出恒流特性。如图所示。第67页/共83页第六十八页，共83页。图1.4.79HomeNextBack（2）N沟道增强型MOS管的特性曲线(qxin)与电流方程 N沟道增强型MOS管的转移特性(txng)曲线与输出特性(txng)曲线如图所示，与JFET一样，可分为四个区：可变电阻区、恒流区、夹断区和击穿区。第68页/共83页第六十九页，共83页。10HomeNextBack转移(zhuny)特性 输出特性 VGS(th)图 1.4.8夹断区2VGS(th)第69页/共83页第七十页，共83页。HomeNextBack（二）N沟道耗尽(ho jn)型MOS管（其结构和符号如图所示）图1.4.9 与 N沟道(u do)增强型MOS管不同的是，N沟道(u do)耗尽型MOS管的绝缘层中参入了大量的正离子，所以，即使在vGS=0时，耗尽层与绝缘层之间仍然可以形成反型层，只要在漏-源之间加正向电压，就会产生iD。11第70页/共83页第七十一页，共83页。HomeNextBack 若vDS为定值，而vGS 0，vGS iD；若vGS VGS(off)，且为定值，则iD 随vDS 的变化与N沟道增强型MOS管的相同。但因VGS(off)0（或vDS0），则该管为N沟道(u do)；vGS0，故为JFET（耗尽型）。(b)iD0（或vDS0），则该管为P沟道(u do)；vGS0（或vDS0），则该管为N沟道(u do)；vGS可正、可负，故为耗尽型MOS管。提示：场效应管工作于恒流区：（1）N沟道增强型MOS管：VDS0,VGSVGS(th)0；P沟道反之。（2）N沟道耗尽型MOS管：VDS0,VGS可正、可负，也可为0；P沟道反之。（3）N沟道JFET：VDS0,V GS0；P沟道反之。第78页/共83页第七十九页，共83页。HomeNextBack19图例(tl)图 例 电路如图所示，场效应管的输出特性如图所示。试分析当uI=2V、8V、12V三种情况下，场效应管分别工作(gngzu)于什么区域。第79页/共83页第八十页，共83页。HomeNextBack20 (c)当uI=10V 时，假设管子工作于恒流区，此时iD=2mA，故uO=uDS=VDD-iD Rd=18-28=2V，uDS-VGS(th)=2-6=-4V，显然小于uGS=10V时的预夹断电压，故假设不成立，管子工作于可变电阻区。此时，RdsuDS/iD=3V/1mA=3k，故 解:(a)当uI=2V 时，uI=uGS|VGS(off)|=4V，所以 vOmax=VDD-4V=12 4=8V，故 RL=vO/IDSS=(08V)/4mA=(02)k。例 电路(dinl)如图所示，场效应管的夹断电压VGS(off)=-4V，饱和漏极电流IDSS=4mA。为使场效应管工作于恒流区，求RL的取值范围。第81页/共83页第八十二页，共83页。22HomeBack作业作业(zuy)(zuy)：P6970P6970：1.20,1.20,1.221.241.221.24小小 结结 本讲主要介绍了以下基本本讲主要介绍了以下基本(jbn)(jbn)内容：内容：场效应管的结构和类型场效应管的结构和类型 场效应管的工作原理场效应管的工作原理 场效应管的特性曲线场效应管的特性曲线 场效应管的主要参数场效应管的主要参数 场效应管与晶体管的比较场效应管与晶体管的比较第82页/共83页第八十三页，共83页。