第四章 常用半导体器件原理优秀PPT.ppt

第四章 常用半导体器件原理第一页，本课件共有73页4.1.1本征半导体本征半导体纯净的硅和锗单晶体称为本征半导体。纯净的硅和锗单晶体称为本征半导体。硅硅和和锗锗的的原原子子最最外外层层轨轨道道上上都都有有四四个个电电子子，称称为为价价电电子子，每每个个价价电电子子带带一一个个单单位位的的负负电电荷荷。因因为为整整个个原原子子呈呈电电中中性性，而而其其物物理理化化学学性性质质很很大大程程度度上上取取决决于于最最外外层层的的价价电电子子，所所以以研研究究中中硅硅和和锗锗原原子子可可以以用用简化模型代表简化模型代表。2第二页，本课件共有73页每每个个原原子子最最外外层层轨轨道道上上的的四四个个价价电电子子为为相相邻邻原原子子核核所所共共有有，形形成成共共价价键键。共共价价键键中中的的价价电电子子是是不不能能导导电电的的束缚电子。束缚电子。价价电电子子可可以以获获得得足足够够大大的的能能量量，挣挣脱脱共共价价键键的的束束缚缚，游游离离出出去去，成成为为自自由由电电子子，并并在在共共价价键键处处留留下下带带有一个单位的正电荷的空穴。这个过程称为本征激发。有一个单位的正电荷的空穴。这个过程称为本征激发。本本征征激激发发产产生生成成对对的的自自由由电电子子和和空空穴穴，所所以本征半导体中自由电子和空穴的数量相等。以本征半导体中自由电子和空穴的数量相等。3第三页，本课件共有73页价价电电子子的的反反向向递递补补运运动动等等价价为为空空穴穴在在半半导导体体中中自自由由移移动动。因因此此，在在本本征征激激发发的的作作用用下下，本本征征半半导导体体中中出出现现了了带带负负电电的的自自由由电电子子和和带带正正电电的的空空穴穴，二二者者都都可可以参与导电，统称为载流子。以参与导电，统称为载流子。自自由由电电子子和和空空穴穴在在自自由由移移动动过过程程中中相相遇遇时时，自自由由电电子子填填入入空空穴穴，释释放放出出能能量量，从从而而消消失失一一对对载载流流子子，这这个个过程称为复合，过程称为复合，4第四页，本课件共有73页平平衡衡状状态态时时，载载流流子子的的浓浓度度不不再再变变化化。分分别别用用ni和和pi表示自由电子和空穴的浓度表示自由电子和空穴的浓度(cm-3)，理论上，理论上其其中中T 为为绝绝对对温温度度(K)；EG0为为T=0K时时的的禁禁带带宽宽度度，硅硅原原子子为为1.21eV，锗锗为为0.78eV；k=8.63 10-5eV/K为为玻玻尔尔兹兹曼曼常常数数；A0为为常常数数，硅硅材材料料为为3.87 1016cm-3K-3/2，锗为，锗为1.76 1016cm-3K-3/2。4.1.2N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体本征激发产生的自由电子和空穴的数量相对很少，这说明本征半导体的导电能力很弱。我们可以人工少量掺杂某些元素的原子，从而显著提高半导体的导电能力，这样获得的半导体称为杂质半导体。根据掺杂元素的不同，杂质半导体分为N型半导体和P型半导体。5第五页，本课件共有73页一、一、N型半导体型半导体在在本本征征半半导导体体中中掺掺入入五五价价原原子子，即即构构成成N型型半半导导体体。N型型半半导导体体中中每每掺掺杂杂一一个个杂杂质质元元素素的的原原子子，就就提提供供一一个个自自由由电电子子，从从而而大大量量增增加加了自由电子的浓度了自由电子的浓度一一一一施主电离施主电离多数载流子一一自由电子多数载流子一一自由电子少数载流子一一空穴少数载流子一一空穴但半导体仍保持电中性但半导体仍保持电中性热热平平衡衡时时，杂杂质质半半导导体体中中多多子子浓浓度度和和少少子子浓浓度度的的乘乘积积恒恒等等于于本本征征半半导导体体中中载载流流子子浓浓度度ni的平方，所以空穴的浓度的平方，所以空穴的浓度pn为为因为因为ni容易受到温度的影响发生显著变化，所以容易受到温度的影响发生显著变化，所以pn也随环境的改变明显变化。也随环境的改变明显变化。自由电子浓度自由电子浓度杂质浓度杂质浓度6第六页，本课件共有73页二、二、P型半导体型半导体在在本本征征半半导导体体中中掺掺入入三三价价原原子子，即即构构成成P型型半半导导体体。P型型半半导导体体中中每每掺掺杂杂一一个个杂杂质质元元素素的的原原子子，就就提提供供一一个个空空穴穴，从从而而大大量量增增加加了空穴的浓度了空穴的浓度一一一一受主电离受主电离多数载流子一一空穴多数载流子一一空穴少数载流子一一自由电子少数载流子一一自由电子但半导体仍保持电中性但半导体仍保持电中性而自由电子的浓度而自由电子的浓度np为为环境温度也明显影响环境温度也明显影响np的取值。的取值。空穴浓度空穴浓度掺杂浓庹掺杂浓庹7第七页，本课件共有73页4.1.3漂移电流和扩散电流漂移电流和扩散电流半导体中载流子进行定向运动，就会形成半导体中的电流。半导体中载流子进行定向运动，就会形成半导体中的电流。半导体电流半导体电流半导体电流半导体电流漂移电流漂移电流：在电场的作用下，自由电子会逆着电场方在电场的作用下，自由电子会逆着电场方向漂移，而空穴则顺着电场方向漂移，这样向漂移，而空穴则顺着电场方向漂移，这样产生的电流称为漂移电流，产生的电流称为漂移电流，该电流的大小主要该电流的大小主要取决于载流子的浓度，迁移率和电场强度。取决于载流子的浓度，迁移率和电场强度。扩散电流：扩散电流：半导体中载流子浓度不均匀分布时，载流子半导体中载流子浓度不均匀分布时，载流子会从高浓度区向低浓度区扩散，从而形成扩散会从高浓度区向低浓度区扩散，从而形成扩散电流，电流，该电流的大小正比于载流子的浓度差即该电流的大小正比于载流子的浓度差即浓度梯度的大小。浓度梯度的大小。8第八页，本课件共有73页4.2PN结结通过掺杂工艺，把本征半导体的一边做成P型半导体，另一边做成N型半导体，则P型半导体和N型半导体的交接面处会形成一个有特殊物理性质的薄层，称为PN结。4.2.1PN结的形成结的形成多子扩散多子扩散空空间间电电荷荷区区，内内建建电电场场和内建电位差的产生和内建电位差的产生 少子漂移少子漂移动态平衡动态平衡9第九页，本课件共有73页空空间间电电荷荷区区又又称称为为耗耗尽尽区区或或势势垒垒区区。在在掺掺杂杂浓浓度度不不对对称称的的 PN结结中中，耗耗尽尽区区在在重重掺掺杂杂一一边边延延伸伸较较小小，而而在在轻轻掺掺杂杂一一边边延延伸较大。伸较大。10第十页，本课件共有73页4.2.2PN结的单向导电特性结的单向导电特性 一一、正、正向偏置的向偏置的PN结结正向偏置正向偏置耗尽区变窄耗尽区变窄扩扩散散运运动动加加强强，漂移运动减弱漂移运动减弱正向电流正向电流二二、反、反向偏置的向偏置的PN结结反向偏置反向偏置耗尽区变宽耗尽区变宽扩扩散散运运动动减减弱弱，漂漂移运动加强移运动加强反向电流反向电流11第十一页，本课件共有73页PN结的单向导电特性：结的单向导电特性：PN结只需要较小的正向电压，就可以使耗尽区变得很结只需要较小的正向电压，就可以使耗尽区变得很薄，从而产生较大的正向电流，而且正向电流随正向电压的微小变化会发生明薄，从而产生较大的正向电流，而且正向电流随正向电压的微小变化会发生明显改变。而在反偏时，少子只能提供很小的漂移电流，并且基本上不随反向电显改变。而在反偏时，少子只能提供很小的漂移电流，并且基本上不随反向电压而变化。压而变化。4.2.3PN结的击穿特性结的击穿特性当当PN结上的反向电压足够大时，其中的反向电流会急剧增大，这种现象称为结上的反向电压足够大时，其中的反向电流会急剧增大，这种现象称为PN结的击穿。结的击穿。雪雪崩崩击击穿穿：反反偏偏的的PN结结中中，耗耗尽尽区区中中少少子子在在漂漂移移运运动动中中被被电电场场作作功功，动动能能增增大大。当当少少子子的的动动能能足足以以使使其其在在与与价价电电子子碰碰撞撞时时发发生生碰碰撞撞电电离离，把把价价电电子子击击出出共共价价键键，产产生生一一对对自自由由电电子子和和空空穴穴，连连锁锁碰碰撞撞使使得得耗耗尽尽区区内内的的载载流流子子数数量量剧剧增增，引引起起反反向向电电流流急急剧剧增增大大。雪雪崩崩击击穿出现穿出现在轻掺杂的在轻掺杂的PN结结中。中。齐齐纳纳击击穿穿：在在重重掺掺杂杂的的PN结结中中，耗耗尽尽区区较较窄窄，所所以以反反向向电电压压在在其其中中产产生生较较强强的的电电场场。电电场场强强到到能能直直接接将将价价电电子子拉拉出出共共价价键键，发发生生场场致致激激发发，产产生生大大量量的的自自由由电电子子和和空空穴穴，使使得得反反向向电电流流急急剧剧增增大大，这种击穿称为齐纳击穿。这种击穿称为齐纳击穿。PN结击穿时，只要限制反向电流不要过大，就可以保护结击穿时，只要限制反向电流不要过大，就可以保护PN结不受结不受损坏。损坏。PN结击穿结击穿12第十二页，本课件共有73页4.2.4PN结的电容特性结的电容特性PN结能够存贮电荷，而且电荷的变化与外加电压的变化有关，这说明结能够存贮电荷，而且电荷的变化与外加电压的变化有关，这说明PN结具结具有电容效应。有电容效应。一、势垒电容一、势垒电容 CT0为为u=0时的时的CT，与，与PN结的结构和掺杂浓度等因素有关；结的结构和掺杂浓度等因素有关；UB为内建电位差；为内建电位差；n 为变容指数，取值一般在为变容指数，取值一般在1/36之间。之间。当当反向电压反向电压u 绝对值增大时，绝对值增大时，CT将减小将减小。13第十三页，本课件共有73页二、扩散电容二、扩散电容 PN结结的的结结电电容容为为势势垒垒电电容容和和扩扩散散电电容容之之和和，即即Cj=CT+CD。CT和和CD都都随随外外加加电电压压的的变变化化而而改改变变，所所以以都都是是非非线线性性电电容容。当当PN结结正正偏偏时时，CD远远大大于于CT，即即Cj CD；反反偏偏的的PN结中，结中，CT远大于远大于CD，则，则Cj CT。14第十四页，本课件共有73页4.3晶体二极管晶体二极管二极管可以分为硅二极管和二极管可以分为硅二极管和锗二极管，简称为硅管和锗管。锗二极管，简称为硅管和锗管。4.3.1二极管的伏安特性二极管的伏安特性一一一一指数特性指数特性IS为反向饱和电流，为反向饱和电流，q 为电子电量为电子电量(1.60 10-19C)；UT=kT/q，称，称为热电压，在室温为热电压，在室温27即即300K时，时，UT=26mV。一、二极管的导通，截止和击穿一、二极管的导通，截止和击穿当当uD0且超过特定值且超过特定值UD(on)时，时，iD变得明显，此时认为二极管导通，变得明显，此时认为二极管导通，UD(on)称为导通电压称为导通电压(死区电压死区电压)；uD0.7V时时，D处处于于导导通通状状态态，等等效效成成短短路路，所所以以输输出出电电压压uo=ui-0.7；当当ui0时时，D1和和D2上上加加的的是是正正向向电电压压，处处于于导导通通状状态态，而而D3和和D4上上加加的的是是反反向向电电压压，处处于于截截止止状状态态。输输出出电电压压uo的的正正极极与与ui的的正正极极通通过过D1相相连连，它它们们的的负负极极通通过过D2相相连连，所所以以uo=ui；当当ui0时时，二二极极管管D1截截止止，D2导导通通，电电路路等等效效为为图图(b)所所示示的的反反相相比比例例放放大大器器，uo=-(R2/R1)ui；当当ui0时时，uo1=-ui，uo=ui；当；当ui2.7V时时，D导导通通，所所以以uo=2.7V；当当ui2.7V时时，D截截止止，其其支支路路等等效效为为开开路路，uo=ui。于于是是可可以以根根据据ui的的波波形形得得到到uo的的波波形形，如如图图(c)所所示示，该该电电路路把把ui超超出出2.7V的的部部分分削去后进行输出，是削去后进行输出，是上限幅上限幅电路。电路。31第三十一页，本课件共有73页例例4.3.7二极管限幅二极管限幅电电路如路如图图(a)所示，其中二极管所示，其中二极管D1和和D2的的导导通通电压电压UD(on)=0.3V，交流，交流电电阻阻rD 0。输输入入电压电压ui的波形在的波形在图图(b)中中给给出，作出出，作出输输出出电压电压uo的波形。的波形。32第三十二页，本课件共有73页解解：D1处处于于导导通通与与截截止止之之间间的的临临界界状状态态时时，其其支支路路两两端端电电压压为为-E-UD(on)=-2.3V。当当ui-2.3V时时，D1截截止止，支支路路等等效效为为开开路路，uo=ui。所所以以D1实实现现了了下下限限幅幅；D2处处于于临临界界状状态态时时，其其支支路路两两端端电电压压为为E+UD(on)=2.3V。当当ui2.3V时时，D2导导通通，uo=2.3V；当当ui2.3V时时，D2截截止止，支支路路等等效效为为开开路路，uo=ui。所所以以D2实实现现了了上上限限幅幅。综综合合uo的的波波形形如如图图(c)所所示示，该该电电路路把把ui超超出出 2.3V的的部部分分削削去后进行输出，完成去后进行输出，完成双向限幅双向限幅。33第三十三页，本课件共有73页限限幅幅电电路路的的基基本本用用途途是是控控制制输输入入电电压压不不超超过过允允许许范范围围，以以保保护护后后级级电电路路的的安安全全工工作作。设设二二极极管管的的导导通通电电压压UD(on)=0.7V，在在图图中中，当当-0.7Vui0.7V时时，D1导导通通，D2截截止止，R1、D1和和R2构构成成回回路路，对对ui分分压压，集集成成运运放放输输入入端端的的电电压压被被限限制制在在UD(on)=0.7V；当当ui-0.7V时时，D1截止，截止，D2导导通，通，R1、D2和和R2构构成成回回路路，对对ui分分压压，集集成成运运放放输输入入端端的的电电压压被被限限制制在在-UD(on)=-0.7V。该该电电路路把把ui限限幅幅到到0.7V到到-0.7V之之间间，保保护护集成运放。集成运放。34第三十四页，本课件共有73页 图图中中，当当-0.7Vui5.7V时时，D1导导通通，D2截截止止，A/D的的输输入入电电压压被被限限制制在在5.7V；当当ui-0.7V时时，D1截截止止，D2导导通通，A/D的的输输入入电电压压被被限限制制在在-0.7V。该该电电路路对对ui的的限限幅幅范范围围是是-0.7V到到5.7V。35第三十五页，本课件共有73页例例4.3.8稳压稳压二极管限幅二极管限幅电电路如路如图图(a)所示，其中所示，其中稳压稳压二极二极管管DZ1和和DZ2的的稳稳定定电压电压UZ=5V，导导通通电压电压UD(on)近似近似为为零。零。输输入入电压电压ui的波形在的波形在图图(b)中中给给出，作出出，作出输输出出电压电压uo的波形。的波形。36第三十六页，本课件共有73页解解：当当|ui|1V时时，DZ1和和DZ2一一个个导导通通，另另一一个个击击穿穿，此此时时反反馈馈电电流流主主要要流流过过稳稳压压二二极极管管支支路路，uo稳稳定定在在 5V。由此得到图。由此得到图(c)所示的所示的uo波形。波形。37第三十七页，本课件共有73页图示电路为图示电路为单运放弛张振荡器单运放弛张振荡器。其中集成运放用作反相。其中集成运放用作反相迟滞比较器，输出电源电压迟滞比较器，输出电源电压UCC或或-UEE，R3隔离输出的电源电隔离输出的电源电压与稳压二极管压与稳压二极管DZ1和和DZ2限幅后的电压。仍然认为限幅后的电压。仍然认为DZ1和和DZ2的的稳定电压为稳定电压为UZ，而导通电压，而导通电压UD(on)近似为零。经过限幅，输出电近似为零。经过限幅，输出电压压uo可以是高电压可以是高电压UOH=UZ或低电压或低电压UOL=-UZ。38第三十八页，本课件共有73页三、电平选择电路三、电平选择电路 例例4.3.9图图(a)给给出了一个二极管出了一个二极管电电平平选择电选择电路，其中二极管路，其中二极管D1和和D2为为理想二极管，理想二极管，输输入信号入信号ui1和和ui2的幅度均小于的幅度均小于电电源源电压电压E，波形如，波形如图图(b)所示。分析所示。分析电电路的工作原路的工作原理，并作出理，并作出输输出信号出信号uo的波形。的波形。39第三十九页，本课件共有73页解解：因因为为ui1和和ui2均均小小于于E，所所以以D1和和D2至至少少有有一一个个处处于于导导通通状状态态。不不妨妨假假设设ui1ui2时时，D2导导通通，D1截截止止，uo=ui2；只只有有当当ui1=ui2时时，D1和和D2才才同同时时导导通通，uo=ui1=ui2。uo的的波波形形如如图图(b)所所示示。该该电电路路完完成成低低电电平平选选择择功功能能，当当高高、低低电电平平分分别别代代表表逻逻辑辑1和和逻逻辑辑0时，就实现了逻辑时，就实现了逻辑“与与”运算。运算。40第四十页，本课件共有73页四、峰值检波电路四、峰值检波电路 例例4.3.10分析分析图图示示峰峰值检值检波波电电路的工作原理。路的工作原理。解解：电电路路中中集集成成运运放放A2起起电电压压跟跟随随器器作作用用。当当uiuo时时，uo10，二二极极管管D导导通通，uo1对对电电容容C充充电电，此此时时集集成成运运放放A1也也成成为为跟跟随随器器，uo=uC ui，即即uo随随着着ui增增大大；当当uiuo时时，uo10，D截截止止，C不不放放电电，uo=uC保保持持不不变变，此此时时A1是是电电压压比比较较器器。波波形形如如图图(b)所所示示。电电路路中中场场效效应应管管V用用作作复复位位开开关关，当当复复位位信信号号uG到到来来时时直直接接对对C放放电电，重新进行峰值检波。重新进行峰值检波。41第四十一页，本课件共有73页4.4双极型晶体管双极型晶体管NPN型晶体管型晶体管PNP型晶体管型晶体管晶晶体体管管的的物物理理结结构构有有如如下下特特点点：发发射射区区相相对对基基区区重重掺掺杂杂；基基区区很很薄薄，只有零点几到数微米；集电结面积大于发射结面积。只有零点几到数微米；集电结面积大于发射结面积。42第四十二页，本课件共有73页一、发射区向基区注入电子一、发射区向基区注入电子电子注入电流电子注入电流IEN，空穴注入电流空穴注入电流IEP二、基区中自由电子边扩散二、基区中自由电子边扩散边复合边复合基区复合电流基区复合电流IBN三、集电区收集自由电子三、集电区收集自由电子收集电流收集电流ICN反向饱和电流反向饱和电流ICBO4.4.1晶体管的工作原理晶体管的工作原理43第四十三页，本课件共有73页晶晶体体管管三三个个极极电电流流与与内内部部载载流流子子电电流流的关系：的关系：44第四十四页，本课件共有73页共发射极直流电流放大倍数：共发射极直流电流放大倍数：共基极直流电流放大倍数：共基极直流电流放大倍数：换算关系：换算关系：晶体管的放大能力参数晶体管的放大能力参数45第四十五页，本课件共有73页晶体管的极电流关系晶体管的极电流关系 描述：描述：描述：描述：46第四十六页，本课件共有73页4.4.2晶体管的伏安特性晶体管的伏安特性 一、输出特性一、输出特性放大区放大区(发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏)共发射极交流电流放大倍数：共发射极交流电流放大倍数：共基极交流电流放大倍数：共基极交流电流放大倍数：近似关系：近似关系：恒流输出恒流输出和和基调效应基调效应饱和区饱和区(发射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏)饱和压降饱和压降 uCE(sat)截止区截止区(发射结反偏，集电结反偏发射结反偏，集电结反偏)极电流绝对值很小极电流绝对值很小47第四十七页，本课件共有73页二、输入特性二、输入特性当当uBE大大于于导导通通电电压压 UBE(on)时时，晶晶体体管管导导通通，即即处处于于放放大大状状态态或或饱饱和和状状态态。这这两两种种状状态态下下uBE近近似似等等于于UBE(on)，所所以以也也可可以以认认为为UBE(on)是是导导通通的的晶晶体体管管输输入入端端固固定定的的管管压压降降；当当uBE0，所所以以集集电电结结反反偏偏，假假设设成成立立，UO=UC=4V；当当UI=5V时时，计计算算得得到到UCB=-3.28V0，所所以以晶晶体体管管处处于于饱饱和和状态，状态，UO=UCE(sat)。51第五十一页，本课件共有73页例例4.4.2晶体管直流偏置晶体管直流偏置电电路如路如图图所示，所示，已知晶体管的已知晶体管的UBE(on)=-0.7V，=50。判断晶体管的工作状判断晶体管的工作状态态，并，并计计算算IB、IC和和UCE。解解：图图中中晶晶体体管管是是PNP型型，UBE(on)=UB-UE=(UCC-IBRB)-IERE=UCC-IBRB-(1+)IBRE=-0.7V，得得到到IB=-37.4 A0，所所以以晶晶体体管管处处于于放放大大或或饱饱和和状状态态。IC=IB=-1.87mA，UCB=UC-UB=(UCC-ICRC)-(UCC-IBRB)=-3.74V|UGS(off)|)uGS和和iD为为平平方方率率关关系系。预预夹夹断断导导致致uDS对对iD的控制能力很弱。的控制能力很弱。可变电阻区可变电阻区(|uGS|UGS(off)|且且|uDG|UGS(off)|)uDS的变化明显改变的变化明显改变iD的大小。的大小。截止区截止区(|uGS|UGS(off)|)iD=059第五十九页，本课件共有73页三、转移特性三、转移特性预夹断预夹断60第六十页，本课件共有73页4.5.2绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管记记为为MOSFET，根根据据结结构构上上是是否否存存在在原原始始导导电电沟沟道，道，MOSFET又分为增强型又分为增强型MOSFET和耗尽型和耗尽型MOSFET。61第六十一页，本课件共有73页一、工作原理一、工作原理UGS=0ID0UGSUGS(th)电场电场反型层反型层导电沟道导电沟道ID0UGS控制控制ID的大小的大小N沟道增强型沟道增强型MOSFET62第六十二页，本课件共有73页N沟沟道道耗耗尽尽型型MOSFET在在UGS=0时时就就存存在在ID =ID0。UGS的的增增大大将将增增大大ID。当当UGS 0时时，且且|UGS|足足够够大大时时，导导电电沟沟道道消消失失，ID=0，此时的，此时的UGS为夹断电压为夹断电压UGS(off)。N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET二、特性曲线二、特性曲线预夹断预夹断N沟道增强型沟道增强型MOSFET63第六十三页，本课件共有73页 n为导电沟道中自由电子运动的迁移率；为导电沟道中自由电子运动的迁移率；Cox为单位面积的栅极电容；为单位面积的栅极电容；W 和和L分别为导电沟道的宽度和长度，分别为导电沟道的宽度和长度，W/L为宽长比。为宽长比。64第六十四页，本课件共有73页N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET65第六十五页，本课件共有73页4.5.3各种场效应管的比较以及场效应管与晶体管的对比各种场效应管的比较以及场效应管与晶体管的对比电路符号电路符号特性曲线特性曲线66第六十六页，本课件共有73页例例4.5.1判断判断图图中中场场效效应应管的工作状管的工作状态态。=IDSS，UDG=UDS-UGS=UDS=UDD-IDRD=6(V)-UGS(off)，所所以以该该场场效效应应管管工工作作在在恒恒流流区区。图图(b)中中是是P沟沟道道增增强强型型MOSFET，UGS=-5(V)-UGS(th)，所所以以该该场场效效应应管管工工作作在在可可变变电阻区。电阻区。解解：图图(a)中中是是N沟沟道道JFET，UGS=0UGS(off)，所所以以该该场场效效应应管管工工作作在在恒恒流流区区或或可可变变电电阻阻区区，且且ID67第六十七页，本课件共有73页一、方波，锯齿波发生器一、方波，锯齿波发生器4.5.5场效应管应用电路举例场效应管应用电路举例集集成成运运放放A1构构成成弛弛张张振振荡荡器器，A2构构成成反反相相积积分分器器。振振荡荡器器输输出出的的方方波波uo1经经过过二二极极管管D和和电电阻阻R5限限幅幅后后，得得到到uo2，控控制制JFET开开关关V的的状状态态。当当uo1为为低低电电平平时时，V打打开开，电电源源电电压压E通通过过R6对对电电容容C2充充电电，输输出出电电压压uo随随时时间间线线性性上上升升；当当uo1为为高高电电平平时时，V闭闭合合，C2通通过过V放放电，电，uo瞬间减小到零。瞬间减小到零。68第六十八页，本课件共有73页二、取样保持电路二、取样保持电路A1和和A2都都构构成成跟跟随随器器，起起传传递递电电压压，隔隔离离电电流流的的作作用用。取取样样脉脉冲冲uS控控制制JFET开开关关V的的状状态态。当当取取样样脉脉冲冲到到来来时时，V闭闭合合。此此时时，如如果果uo1 uC则则电电容容C被被充充电电，uC很很快快上上升升；如如果果uo1 uC则则C放放电电，uC迅迅速速下下降降，这这使使得得uC=uo1，而而uo1=ui，uo=uC，所所以以uo=ui。当当取样脉冲过去时，取样脉冲过去时，V打开，打开，uC不变，则不变，则uo保持取样脉冲最后瞬间的保持取样脉冲最后瞬间的ui值。值。69第六十九页，本课件共有73页三、相敏检波电路三、相敏检波电路因此前级放大器称为符号电路。因此前级放大器称为符号电路。场效管截止场效管截止场效管导通场效管导通70第七十页，本课件共有73页集集成成运运放放A2构构成成低低通通滤滤波波器器，取取出出uo1的的直直流流分分量量，即即时时间间平平均均值值uo。uG和和ui同同频频时时，uo取取决决于于uG和和ui的的相相位位差差，所所以以该该电电路路称称为为相相敏敏检波电路。检波电路。71第七十一页，本课件共有73页NPN晶体管晶体管结型场效应管结型场效应管JEFT增强型增强型NMOSEFT指数关系指数关系平方律关系平方律关系72第七十二页，本课件共有73页场效应管和晶体管的主要区别包括：场效应管和晶体管的主要区别包括：晶晶体体管管处处于于放放大大状状态态或或饱饱和和状状态态时时，存存在在一一定定的的基基极极电电流流，输输入入电电阻阻较较小小。场场效效应应管管中中，JFET的的输输入入端端PN结结反反偏偏，MOSFET则则用用SiO2绝绝缘缘体体隔隔离离了了栅栅极极和和导导电电沟沟道道，所所以以场场效效应应管管的的栅栅极电流很小，输入电阻极大。极电流很小，输入电阻极大。晶晶体体管管中中自自由由电电子子和和空空穴穴同同时时参参与与导导电电，主主要要导导电电依依靠靠基基区区中中非非平平衡衡少少子子的的扩扩散散运运动动，所所以以导导电电能能力力容容易易受受外外界界因因素素如如温温度度的的影影响响。场场效效应应管管只只依依靠靠自自由由电电子子和和空空穴穴之之一一在在导导电电沟沟道道中中作作漂漂移移运运动动实实现现导导电电，导导电能力不易受环境的干扰。电能力不易受环境的干扰。场场效效应应管管的的源源极极和和漏漏极极结结构构对对称称，可可以以互互换换使使用用。晶晶体体管管虽虽然然发发射射区区和和集集电电区区是是同同型型的的杂杂质质半半导导体体，但但由由于于制制作作工工艺艺不不同同，二二者者不不能能互换使用。互换使用。73第七十三页，本课件共有73页