模电中石大PPT学习教案.pptx

会计学1模电中石大模电中石大第一页，共58页。是研究(ynji)电子器件、电子电路及其应用的电子电子(dinz)(dinz)技术技术模拟电子模拟电子(dinz)(dinz)技术：技术：数字电子技术数字电子技术：研究模拟信号研究模拟信号研究数字信号研究数字信号模拟信号：模拟信号：在时间上和幅值上都是连续变化的信号在时间上和幅值上都是连续变化的信号数字信号：数字信号：在时间上和幅值上都是离散的信号在时间上和幅值上都是离散的信号（模拟信号）（数字信号）（数值的变化总是发生在一系列离散的瞬间；电子技术：数值的数值的大小大小及及增减增减总是某一个最小单位的整数倍。）总是某一个最小单位的整数倍。）科学技术。第1页/共58页第二页，共58页。目 录第一章 常用(chn yn)半导体器件第二章 基本放大(fngd)电路第三章 集成运算放大(fngd)电路第四章 负反馈放大电路第五章 信号的运算和处理电路第六章 波形的产生与变换转换第七章 功率放大电路第八章 直流电源管路信号单方向传输信号双向传输小信号放大电路大信号微变等效法图 解 分 析法提供能源的电路信号源第2页/共58页第三页，共58页。第一章常用(chnyn)半导体器件11 半导体基本知识12 PN结及其单向(dn xin)导电性13 半导体二极管14 半导体三极管15 场效应管 第3页/共58页第四页，共58页。本章(bnzhn)要求掌握：二极管、三极管的外特性及主要参数的物理意义(yy)理解：PN结、二极管的单向导电性、稳压管的稳压作用及三极管的放大作用了解：二极管、三极管的选用原则第4页/共58页第五页，共58页。11 半导体基本知识1.1.11.1.1本征半导体本征半导体(导体导体(dot)(dot)10-4cm,10-4cm,1.1.半导体半导体常见常见(chnjin)(chnjin)材料材料硅硅(Si)(Si)锗锗(Ge)(Ge)Ge和Si原子(yunz)的简化模型纯净的具有纯净的具有 晶体结构晶体结构的半导体称为本征半导体。的半导体称为本征半导体。绝缘体绝缘体 101099 cm)cm)10-4cm 109cm第5页/共58页第六页，共58页。2.2.特性特性(txng):(txng):3.3.本征半导体晶体结构本征半导体晶体结构本征半导体晶体结构示意图共价键结合力强共价键结合力强本征半导体导力弱本征半导体导力弱热敏性、光敏性、掺杂热敏性、光敏性、掺杂(chnz)(chnz)性性晶体中原子的排列晶体中原子的排列(pili)(pili)方式方式共价健SiSiSiSi价电子共价键中的两个电子，称为共价键中的两个电子，称为 价电子价电子。第6页/共58页第七页，共58页。4.本征半导体中的两种载流子本征半导体中的两种载流子热力学零度热力学零度(lnd)(lnd)（T=0KT=0K）,本征半导体不导电本征半导体不导电常温常温(chngwn)(chngwn)（T=300KT=300K）热激发热激发(jf)(jf)：共价键中的价电子共价键中的价电子能量自由电子自由电子空穴空穴+(+)(-)在电场的作用下在电场的作用下空穴运动：空穴运动：价电子填补空穴的运动价电子填补空穴的运动晶体共价键结构平面示意图图本征半导体中的自由电子和空穴+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴自由电子第7页/共58页第八页，共58页。图图 自自由由电电子子进进入入(jnr)(jnr)空空穴穴产产生生复复合合运动运动复合复合(fh)(fh)：自由电子和空穴自由电子和空穴(knxu)(knxu)相遇相遇温度温度T T一定一定,n nii（自由电子浓度）（自由电子浓度）T T=p pii(空穴浓度）空穴浓度）n nii=p pii 半导体由于热激发而不断产生电子空穴对，那么，电子空穴对是否会越来越多，电子和空穴浓度是否会越来越大呢半导体由于热激发而不断产生电子空穴对，那么，电子空穴对是否会越来越多，电子和空穴浓度是否会越来越大呢？+4+4+4+4+4+4+4+4+4第8页/共58页第九页，共58页。1.1.21.1.2杂质杂质(zzh)(zzh)半导体半导体在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素(yuns)(yuns)所形成的半导体。所形成的半导体。1.1.NN型半导体型半导体图N型半导体(si(si、GeGe中加入中加入(jir)5(jir)5价元素）价元素）施主杂质：施主杂质：自身成为带自身成为带 正电的离子正电的离子（电子型半导体）（电子型半导体）符号：符号：提供一个提供一个自由电子自由电子，+4+4+4+4+4+4+4+4+4ll掺入五价原子掺入五价原子第9页/共58页第十页，共58页。少数(shosh)载流子（简称少子）。N型半导体杂质(zzh)半导体中仍有本征激发产生的少量电子空穴对,自由电子的数目高，故导电能力显著(xinzh)提高。其中的电子称为多数载流子（简称多子），空穴称为在N型半导体中自由电子数等于正离子数和空穴数之和，自由电子带负电，空穴和正离子带正电，整块半导体中正负电荷量相等，保持电中性。第10页/共58页第十一页，共58页。2.2.P P型半导体型半导体图P型半导体(si(si、GeGe中加入中加入(jir)3(jir)3价元素）价元素）受主杂质受主杂质(zzh)(zzh)：自身成为带负电自身成为带负电(fdin)(fdin)的离子的离子（空穴型半导体）（空穴型半导体）符号：符号：提供一个提供一个空穴空穴，ll掺入三价原子掺入三价原子+3+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3第11页/共58页第十二页，共58页。NN型半导体型半导体P P型半导体型半导体自由电子（掺杂自由电子（掺杂(chnz)(chnz)形成）形成）多子(duz)空穴空穴(knxu)(knxu)（掺杂形成）（掺杂形成）空穴（热激发形成）空穴（热激发形成）自由电子（热激发形成自由电子（热激发形成）少子呈电中性呈电中性综上所述：综上所述：第12页/共58页第十三页，共58页。1.2.1PN1.2.1PN结的形成结的形成(xngchng)(xngchng)在一块完整的本征硅（或锗）片上，用不同的掺杂工艺在一块完整的本征硅（或锗）片上，用不同的掺杂工艺一边形成一边形成NN型半导体，一边形成型半导体，一边形成P P型半导体，在这两种半导体型半导体，在这两种半导体交界面附近交界面附近(fjn)(fjn)形成的一个特殊性质的薄层，称为形成的一个特殊性质的薄层，称为PNPN结。结。漂移运动：在电场作用漂移运动：在电场作用(zuyng)(zuyng)下，载流子的运动。下，载流子的运动。漂移电流漂移电流扩散运动：扩散运动：同类载流子由于浓度差引起的运动。同类载流子由于浓度差引起的运动。扩散电流扩散电流正正(负负)电荷电荷在在电场电场作用下作用下，顺顺(逆逆)电场电场方向运动。方向运动。12 PN结及其单向导电性1.PN结2.2.PNPN结的形成结的形成第13页/共58页第十四页，共58页。内电场少子的漂移(pioy)运动PP型半导体型半导体NN型半导体型半导体内电场越强，漂移内电场越强，漂移(pioy)(pioy)运动越强，而漂移运动越强，而漂移(pioy)(pioy)使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。扩散(kusn)的结果使空间电荷区变宽。+空间电荷区P(N)区中同类载流子浓度差多子的扩散产生空间电荷区（内电场）促进少子漂移扩散与漂移运动达到态平衡时，PN结形成阻止第14页/共58页第十五页，共58页。1.2.2PN1.2.2PN结的单向结的单向(dnxin)(dnxin)导电性导电性1.PN1.PN结外加结外加(wiji)(wiji)正向电压（正向偏置）正向电压（正向偏置）图PN结加正向(zhnxin)电压导通外电场与内电场相反外电场与内电场相反内电场被削弱内电场被削弱扩散扩散漂移漂移I I(正向电流）正向电流）PNPN结呈低阻值结呈低阻值PNPN结导通结导通（正电荷（正电荷在电场作用下，在电场作用下，顺顺电场方向运动，形成电流的方形与运动方向一致电场方向运动，形成电流的方形与运动方向一致；负电荷负电荷在电场作用下在电场作用下，逆逆电场方向运动，形成电流的方形与运动方向相反。）电场方向运动，形成电流的方形与运动方向相反。）相关知识PNPN结变窄结变窄外电场I内电场PN+第15页/共58页第十六页，共58页。2.PN2.PN结外加结外加(wiji)(wiji)反向电压（反向偏置）反向电压（反向偏置）图PN结加反向(fnxin)电压时截止外电场外电场(dinchng)(dinchng)与内电场与内电场(dinchng)(dinchng)相同相同内电场增强内电场增强漂移漂移扩散扩散I IR R(反向电流）反向电流）PNPN结呈高阻值结呈高阻值PNPN结截止结截止PNPN结正偏时导通，反偏时截止结正偏时导通，反偏时截止外电场外电场内电场内电场P PNN+内电场内电场P PNN+IRPNPN结变宽结变宽PNPN结的单向导电性结的单向导电性第16页/共58页第十七页，共58页。3.PN3.PN结电流结电流(dinli)(dinli)方程方程u u为为PNPN结两端电压结两端电压ISIS为反向为反向(fn xin)(fn xin)饱和电流饱和电流UTUT为温度为温度(wnd)(wnd)的电压当量的电压当量,常温下常温下T=300KT=300K时，时，UT26mVUT26mV4.4.PNPN结的伏安特性结的伏安特性图PN结的伏安特性正向特性：正向特性：反向特性：反向特性：u0时，i-Is击穿特性：击穿特性：U(BR)时，i电击穿电击穿齐纳击穿：齐纳击穿：雪崩击穿：雪崩击穿：低电压(高掺杂)高电压高电压(低掺杂低掺杂)热击穿热击穿具有可具有可逆性逆性具有破具有破坏性坏性第17页/共58页第十八页，共58页。1.2.4PN1.2.4PN结的电容结的电容(dinrng)(dinrng)效应效应1.1.势垒电容势垒电容(dinrng)(dinrng)（PN结的势垒电容(dinrng)）势垒电容（CT）：PNPN结外加电压变化时，引起耗尽层宽窄变化结外加电压变化时，引起耗尽层宽窄变化（空间电荷区空间电荷区 电荷量的变化）所等效的电容。电荷量的变化）所等效的电容。第18页/共58页第十九页，共58页。平衡平衡(pnghng)(pnghng)少子：少子：PNPN结平衡状态结平衡状态(zhungti)(zhungti)下的少子。下的少子。非平衡非平衡(pnghng)(pnghng)少子：少子：P(N)P(N)区中扩散到对方区区中扩散到对方区域中的空穴（自由电子）域中的空穴（自由电子）n npopo表示表示P P区平衡电子浓度区平衡电子浓度u u=u u1 1u u u u1 1uu1扩散区内扩散区内，电荷的积累和释放，电荷的积累和释放结电容Cj=Cd+CT一般在一般在1PF1PF左右左右1.2.51.2.5PNPN结等效电路结等效电路rdCj2.扩散电容P区少子浓度分布曲线过程与电容器充、放电过程相同，过程与电容器充、放电过程相同，这种这种电容效应电容效应称为称为扩散电容扩散电容(C Cdd)。第19页/共58页第二十页，共58页。13 半导体二极管1.3.11.3.1二极管结构二极管结构(jigu)(jigu)及类型及类型 1.1.二极管：二极管：由由PNPN结外加结外加(wiji)(wiji)管壳和引线构成。管壳和引线构成。2.2.二极管类型二极管类型(lixng)(lixng)：按材料分为按材料分为硅硅和和锗锗二极管二极管 按结构分为按结构分为 点接触型点接触型面接触型面接触型平面接触型平面接触型阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(a)阴极阳极(d)符号D铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线(b)(c)第20页/共58页第二十一页，共58页。1.3.2二极管的伏安(fn)特性伏安(fn)特性：通过二极管的电流与二极管两端电压之间的关系(gunx)曲线。图1.2.3二极管的伏安特性1.正向特性:uUon，i=0外加电压不足以克服内电场的作用uUon，Uon开启电压（硅0.5V，锗0.1V）UD导通电压（硅0.60.8V，锗0.20.3V）2.反向特性U(BR)时，IIS（反映热稳定性）；3.击穿特性U(BR)时，I4.温度对伏安特性的影响T少子浓度增加为什么？PN结变窄势垒电位差 U0在相同u的作用下正向特性左上移，反向特性右下移。第21页/共58页第二十二页，共58页。1.3.3二极管的主要参数（1）最大整流(zhngli)电流IF指二极管长期运行(ynxng)时允许通过的最大正向平均电流。IIF（2）最高反向(fnxin)工作电压URM：二极管工作时允许外加的最大反向电压。URM1/2U(BR)（3）反向电流 IR(IS)：二极管未击穿时的电流。（4）最高工作频率 f M：指二极管的上限频率。f f M其值越小单向导电性（热稳定性）越好。第22页/共58页第二十三页，共58页。（5）直流电阻 RDi/mAu/VIQUQQ加到二极管两端(lindun)的直流电压与流过管子的直流电流之比。（6）交流(jioli)电阻rd工作点Q附近电压(diny)变化量与电流变化量之比。i/mAu/VQUI第23页/共58页第二十四页，共58页。1.3.41.3.4二极管的模型二极管的模型(mxng)(mxng)二极管是一种非线性器件二极管是一种非线性器件(qjin)(qjin)，因而二极管电路应采用非线性的分析方法。，因而二极管电路应采用非线性的分析方法。模型模型(mxng)(mxng)分析法分析法简单模型，便于近似估算。简单模型，便于近似估算。复杂模型，为利用程序借助计算机解题提供基础。复杂模型，为利用程序借助计算机解题提供基础。（注注：模型是指二极管正向特性的建模，反向特性电流：模型是指二极管正向特性的建模，反向特性电流I I0,0,二极管视为开路）二极管视为开路）由伏安特性折线化得到的等效电路由伏安特性折线化得到的等效电路理想模型u远大于UDUD=0恒压降模型I1mA第24页/共58页第二十五页，共58页。1.3.51.3.5其他其他(qt)(qt)类型的二极管类型的二极管是一种由硅材料是一种由硅材料(cilio)(cilio)制成的面接触型二极管，简称为稳压管。制成的面接触型二极管，简称为稳压管。1.1.稳压稳压(wny)(wny)二极管二极管稳压管的伏安特性和符号稳压原理：稳压原理：在反向击穿区，在反向击穿区，注注1 1：稳压管工作：稳压管工作时，为反向偏置状时，为反向偏置状态，电路中必须态，电路中必须串串接限流电接限流电阻，一阻，一般与负载般与负载并联。并联。注注2 2 稳压管可以串联使用，一般不能稳压管可以串联使用，一般不能并联使用，因为并联有时会因电流分并联使用，因为并联有时会因电流分配不匀而引起管子过载损坏。配不匀而引起管子过载损坏。第25页/共58页第二十六页，共58页。稳压管的稳压管的主要参数主要参数1)1)稳定稳定(wndng)(wndng)电压电压UZUZ在规定在规定(gudng)(gudng)电流下稳压管的反向击穿电压。电流下稳压管的反向击穿电压。2)2)稳定稳定(wndng)(wndng)电流电流IZIZ和最大稳定和最大稳定(wndng)(wndng)电流电流IZMIZMI IZZ指稳压管工作在稳压状态时的参考电流，指稳压管工作在稳压状态时的参考电流，I IZZ=I Izmin.zmin.I IZMZM是稳压管允许通过的最大反向电流。当稳压管工作电流是稳压管允许通过的最大反向电流。当稳压管工作电流I II IZZ3)3)动态电阻动态电阻r rZZ r rZZ越小越小(I IZZ越大越大)，稳压性能越好。，稳压性能越好。4)额定功耗PZM P PZMZM=U UZZI IZMZM，正常工作时正常工作时 P PZZ P PZMZM 一般为几一般为几欧欧 几十欧几十欧5 5）温度系数）温度系数P PZMZM是保证管子不发生热击穿的极限值是保证管子不发生热击穿的极限值时，没有稳压效果；正常工作时，时，没有稳压效果；正常工作时，I IZZI II IZMZM。第26页/共58页第二十七页，共58页。2.2.发光发光(fun)(fun)二极管（二极管（LEDLED）3.3.光电二极管光电二极管将电能转换成光能(gungnng)的特殊二极管工作时加正向电压(diny)，典型电流 10mA将光能转换成电能的特殊二极管工作在反向状态工作在反向状态iuo o无光照无光照照度增强第27页/共58页第二十八页，共58页。1 14 4 半导体三极管半导体三极管(BJT)(BJT)类型(lixng)：按频率按频率(pnl)(pnl)分（高、低频管）分（高、低频管）;按功率按功率(gngl)(gngl)分（大、小功率分（大、小功率(gngl)(gngl)管）管）;按材料分（硅、锗管）按材料分（硅、锗管）;按结构分（按结构分（NPNNPN、PNPPNP管）。管）。图1.3.1晶体管的几种常见外形1.4.11.4.1三极管结构及符号三极管结构及符号（晶体管的结构和符号）(1)c(1)c、e e能否互换？能否互换？内部条件发射区高浓度掺杂区发射区高浓度掺杂区基区很薄低浓度掺杂区基区很薄低浓度掺杂区集电结面积大集电结面积大（2 2）由两个）由两个PNPN结组成的三极管结组成的三极管是否具有单向导电性？是否具有单向导电性？第28页/共58页第二十九页，共58页。1.4.21.4.2三极管的电流分配三极管的电流分配(fnpi)(fnpi)与放大原理与放大原理1.1.三极管内部三极管内部(nib)(nib)载流子的传输过程载流子的传输过程晶体管内部载流子运动(yndng)与外部电流外部条件外部条件发射结正偏发射结正偏集电结反偏V VCCCCV VBBBB(1)发射区自由电子向基区扩散射极电流(IE)（2 2）自由电子在基区的扩散与复合）自由电子在基区的扩散与复合基极电流(IB)（3 3）集电区收集基区的非平衡少子）集电区收集基区的非平衡少子 集电极电流(IC)2.2.三极管内的电流分配关系三极管内的电流分配关系NNP内内第29页/共58页第三十页，共58页。（晶体管一旦制成，从（晶体管一旦制成，从e e区发射区发射(fsh)(fsh)的电子到达的电子到达c c区的比例也就定了，此比例区的比例也就定了，此比例3.3.三极管的共射电流三极管的共射电流(dinli)(dinli)放大系数放大系数共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数反映反映IBIB对对ICIC的控制的控制(kngzh)(kngzh)作用作用反向饱和电流反向饱和电流一般：一般：I ICEO CEO=(1(1+)I ICBOCBO穿透电流穿透电流称为电流放大系数。）称为电流放大系数。）第30页/共58页第三十一页，共58页。4.4.三极管的放大三极管的放大(fngd)(fngd)作用作用基本共射放大电路基本共射放大电路当当u uII=0=0时时ICIB当当u uII00时时+IB+IC（一般（一般(ybn)(ybn)为几十为几十几百）几百）共射交流(jioli)电流放大系数共共基基电流放大系数电流放大系数输入回路输出回路第31页/共58页第三十二页，共58页。1.4.31.4.3三极管的共射特性三极管的共射特性(txng)(txng)曲线曲线BJTBJT各电极电压与电流各电极电压与电流(dinli)(dinli)之间的关系曲线，称为伏安特性曲线。之间的关系曲线，称为伏安特性曲线。1.1.输入特性输入特性(txng)(txng)曲线曲线 三极管的输入特性曲线三极管的输入特性曲线uCE=0时，u uCECE 0 0，特性曲线特性曲线右移。右移。u uBEBE一定，随着一定，随着 u uCCEE集电区收集载流子的能力增强集电区收集载流子的能力增强i iBB 它是它是BJTBJT内部载流子运动的外部表现。内部载流子运动的外部表现。三极管相当于两个并联的二极管；三极管相当于两个并联的二极管；第32页/共58页第三十三页，共58页。2.2.输出特性曲线输出特性曲线(qxin)(qxin)晶体管的输出特性曲线（1 1）截止）截止(jizh)(jizh)区：区：IB=0,iC=ICEOIB=0,iC=ICEO无放大无放大(fngd)(fngd)作用；作用；（发射结反偏，集电结反偏发射结反偏，集电结反偏）（2 2）放大区：）放大区：曲线平坦部分曲线平坦部分（发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏）（3 3）饱和区：）饱和区：各特性曲线拐点连线左侧部分（发射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏）u uCECE较小，较小，工程上：工程上：u uB BEE=u uCECE临界饱和临界饱和 u uB BEEu uCECE过饱和过饱和 UCES=0.3Vi iC C基本不随基本不随I IB B变化变化,而随而随u uCECE 饱和增加的现象增加的现象第33页/共58页第三十四页，共58页。1.4.41.4.4三极管的主要参数三极管的主要参数1.1.电电 流流(dinli)(dinli)放放 大大 系系数数2)2)共发射极交流共发射极交流(jioli)(jioli)电流放大系数电流放大系数1)1)共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数这是指静态这是指静态(无输入无输入(shr)(shr)信号信号)时的电流放大系数，其定义为时的电流放大系数，其定义为这是指动态这是指动态(有输入信号有输入信号)时的电流放大系数，其定义为时的电流放大系数，其定义为U UCECE=常量常量一般：I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I ICC/mmA A1 12 23 34 4U UCECE/V/V9 912120 0Q Q1 1Q Q2 2在在 Q Q11点，有点，有由由 Q Q11和和Q Q22点，得点，得第34页/共58页第三十五页，共58页。2.2.极间反向极间反向(fnxin)(fnxin)电流电流1)c1)c、b b极间反向极间反向(fnxin)(fnxin)饱和电流饱和电流ICBOICBO指指e e极开路，极开路，c c、b b间加上一定的反向间加上一定的反向(fnxin)(fnxin)电压时的反向电压时的反向(fnxin)(fnxin)电流电流(如同如同PNPN结的反向结的反向(fnxin)(fnxin)电流电流)。其测试电路如图。其测试电路如图(a)(a)所示。所示。2)2)c c、e e极间反向穿透电流极间反向穿透电流 I ICCEOEO指指b b极开路，极开路，c c、e e间加上一定的反向电压时的间加上一定的反向电压时的 c c极电流。极电流。TT一定时，一定时，I ICBOCBO为一常数为一常数 I ICEOCEO=(1+=(1+)I ICBOCBO I ICBOCBO、I ICEOCEO越小，管子质量越好。越小，管子质量越好。其测试电路如图其测试电路如图(b)(b)所示。所示。AA+E EC C A AI ICEOCEOI IB B=0=0+I ICBOCBO第35页/共58页第三十六页，共58页。3.3.极限极限(jxin)(jxin)参数参数2)2)最大集电极耗散最大集电极耗散(hosn)(hosn)功率功率PCMPCM1)1)最大集电极电流最大集电极电流(dinli)ICM(dinli)ICMI ICCMM是指是指BJTBJT的参数变化不超过允许值时，的参数变化不超过允许值时，c c极允许的最大电流。极允许的最大电流。（使用时，若（使用时，若i iC CI IC CMM，管子不仅性能会下降，甚至可能会烧坏。），管子不仅性能会下降，甚至可能会烧坏。）这是指这是指c c结上允许耗散的最大功率，表示如下：结上允许耗散的最大功率，表示如下：晶体管的极限参数晶体管的极限参数3 3）极间反向击穿电压）极间反向击穿电压指晶体管指晶体管某一电极开路时某一电极开路时，另外，另外UCBOUCEXUCESUCERUCEO压，超过此值管子会发生击穿现象。压，超过此值管子会发生击穿现象。两个电极间所允许加的最高反向电两个电极间所允许加的最高反向电第36页/共58页第三十七页，共58页。4.4.特征频率特征频率f f TT使使=1=1所对应所对应(duyng)(duyng)的信号频率。的信号频率。1.4.51.4.5温度对晶体管特性温度对晶体管特性(txng)(txng)及参数的影响及参数的影响I ICBOCBO U UBEBE 温度对晶体管输入特性的影响温度对晶体管输入特性的影响温度对晶体管输出特性的影响第37页/共58页第三十八页，共58页。15 场效应管（FET)场效应管：场效应管：利用输入回路的电场效应控制输出利用输入回路的电场效应控制输出(shch)(shch)回路电流的一种半回路电流的一种半特点特点(tdin)(tdin)：输入电阻高输入电阻高10107710101212噪声噪声(zoshng)(zoshng)低、低、热稳定性好、抗辐射能力强、功耗小。抗辐射能力强、功耗小。类型：类型：结型场效应管（结型场效应管（JFET)JFET)绝缘栅型场效应管（绝缘栅型场效应管（MOSFETMOSFET）单极型晶体管单极型晶体管（仅靠半导体中多数载流子导电）（仅靠半导体中多数载流子导电）电压型电压型控制元件控制元件导体器件。导体器件。第38页/共58页第三十九页，共58页。1.5.11.5.1 结型场效应管结型场效应管1.JFET1.JFET的结构的结构(jigu)(jigu)和符号和符号结型场效应管的结构结型场效应管的结构(jigu)(jigu)和符和符号号源极漏极栅极(shnj)NN沟道沟道结型场效应管的结构示意图结型场效应管的结构示意图导电沟道+第39页/共58页第四十页，共58页。2.2.结型场效应管特性结型场效应管特性(txng)(txng)曲线曲线1)1)输出特性曲线输出特性曲线(qxin)(qxin)常数(chngsh)图图1.4.51.4.5场效应管的输出特性场效应管的输出特性(1)(1)可变电阻区（非饱和区）：可变电阻区（非饱和区）：预夹断轨迹：指各条曲线上使预夹断轨迹：指各条曲线上使 u uDSDS=u=uGSGS u uGSGS(o(offff)的点连接而成。的点连接而成。因因 u uGDGD=u=uGSGS u uDSDS当当u uGSGS=u=uGSGS(o(offff)uDS较小uGS 一定，iDr rDSDS为一常数为一常数 uDSu uGSGS 改变，改变，r rDS DS 随之改变随之改变（2 2）恒流区（）恒流区（饱和区饱和区）：uGDUGS(off)uGS 一定，i iDD几乎不随几乎不随u uDSDS变化变化uDS 一定，i iDD随随u uGSGS变化变化（3 3）夹断区）夹断区：uGS uGS(off)，iD0第40页/共58页第四十一页，共58页。场效应管的转移特性曲线常数uGS=0uGS=0时，产生预夹断时，产生预夹断(ji dun)(ji dun)点的电流。点的电流。IDSSIDSS饱和饱和(boh)(boh)漏极电流：漏极电流：2)2)转转转转移移移移(zhu(zhu ny)ny)特特特特性曲线性曲线性曲线性曲线在恒流区内，在恒流区内，第41页/共58页第四十二页，共58页。1.5.21.5.2绝缘绝缘(juyun)(juyun)栅型场效应管（栅型场效应管（MOSMOS管管)MOS MOS管的工作原理建立在半导体表面管的工作原理建立在半导体表面(biomin)(biomin)场效应现象的基础上。场效应现象的基础上。MOSMOS管管uGS=0uGS=0时，就存在导电时，就存在导电(dodin)(dodin)沟道沟道(iD0)(iD0)u uGSGS=0=0时，不存在导电沟道时，不存在导电沟道(i iDD=0)=0)耗尽型：耗尽型：增强型：增强型：1.1.N N沟道增强型沟道增强型 MOSMOS管管N沟道增强型MOS管结构示意图及增强型MOS的符号 1)1)结构：金属结构：金属(Al)(Al)氧化物氧化物(SIO(SIO22)半导体半导体所谓表面场效应是指半导体表面有电场作用时，表面载流子浓所谓表面场效应是指半导体表面有电场作用时，表面载流子浓度发生变化的现象。度发生变化的现象。(P(P型型Si)Si)三层结构。三层结构。第42页/共58页第四十三页，共58页。2 2）特性曲线）特性曲线(qxin)(qxin)与电流方程与电流方程N沟道增强型MOS管的特性曲线(a)转移特性(b)输出特性在恒流区，在恒流区，第43页/共58页第四十四页，共58页。2.N沟道(udo)耗尽型MOSN沟道耗尽型MOS管结构示意图及符号同增强型区别(qbi)：这种管子(gunzi)在制造时已在SiO2绝缘层中掺入了大量的正离子，即使在uGS=0时，NMOS管也能在uDS的作用下，产生漏极电流iD=IDSS。若uGS0，则削弱了正离子的作用，iD将减小；若uGS0，则增强了正离子的作用，iD增加。当uGS下降到uGS=UGS(off)(0)，导电沟道消失，iD0正离子会把电子吸引到表面，形成原始的电子沟道(N沟道)，如图示。第44页/共58页第四十五页，共58页。1.5.3 场效应管的主要参数1)直流参数(cnsh)(1)夹断电压UGS(off)：(3)饱和(boh)漏极电流IDSS：(4)直流输入电阻RGS：(2)开启(kiq)电压UGS(th)：这是指uDS一定时，iD与uGS的微变量之比的比值，即2)交流参数(1)低频跨导(或称互导)gm常数（由于iG0，故RGS很高，一般大于108。）这是指uDS一定，使iD某一规定值(0或5A)的uGS。这是指uDS一定，使iD某一规定值（5A)的uGS。这是指uGS=0，产生预夹断（uDS|UGS(off)|）时的iD。这是指uDS=0时，uGS与iG之比的比值。gm反映了uGS对iD的控制能力，a.通过计算式求导求出来，即如何求gmb.通过作图法估算出来第45页/共58页第四十六页，共58页。3)极限(jxin)参数(1)漏极最大耗散功率PDM、漏极最大允许(ynx)电流IDM，同BJT的PCM、ICM类同(2)击穿(jchun)电压：击穿电压U(BR)DS指uDS增大到使iD开始急剧增加，发生雪崩击穿时的uDS值。使用时uDS不击穿电压U(BR)GS指G、S间P+N结的反向击穿电压。若UGS超过此值，P+N结将被击穿。一般，G与S和G与D间之电容Cgs和Cgd约为1pF3pF，D与S之间(2)极间电容:具体方法为：当在转移特性曲线上求时，gm是工作点Q处的斜率；当在输出特性曲线上求时，能超过此值。电容Cds约为0.1pF1pF。第46页/共58页第四十七页，共58页。场效应管的符号(fho)及特性第47页/共58页第四十八页，共58页。iD=0iD0增强型MOS耗尽(hojn)强型FETuGS(th)0为N沟道(u do)uGS(th)0为P沟道(u do)uGS=0iD=IdmaxJFETiDIdmaxMOSuGS(off)0为P沟道uGS(off)0为N沟道uGS(off)0为P沟道uGS(off)0为N沟道第48页/共58页第四十九页，共58页。二极管应用(yngyng)举例例1试判断图中二极管是截止还是(hishi)导通，并求UAO(设二极管为理想二极管）D1D2OA12V6V3K(d)AOD3K15V12V(b)6V12VODA3K(a)D1AOD215V12V3K(c)分析：从电路中断开二极管，求出二极管原位置(wizhi)处阳、阴极之间的电压。若uUD(0),则二极管导通；反之，二极管截止。解:(a)(b)D截止、UAO=-12V(c)D1导通、D2截止,UAO=0(d)D2优先导通、使若两二极管阳、阴极之间的电压均满足uUD(0)，则u大的二极管优先导通 +u -UAO=-6VD导通、D1截止,UAO=-6V第49页/共58页第五十页，共58页。例2电路及输入(shr)电压ui的波形如图所示，画出输出电压uo的波形。uo波形(b xn)如图(c)所示。图二极管双向限幅电路(a)电路；(b)波形(a)解：当ui+10V时：uo=+10V。当ui-10V时：uo=-10V。当-10Vui+10V时：uo=ui。uo/Vowt-1010 ui/Vowt-2020(b)D1正偏导通（短路），D2反偏截止(jizh)（开路），D1反偏截止（开路），D2正偏导通（短路），D1、D2均反偏开路，第50页/共58页第五十一页，共58页。例3已知稳压管的稳压值UZ=6V,稳定(wndng)电流的最小值Izmin=5mA,求图示电路中的U01、U02。分析(fnx)：法一、断开(dunki)稳压管，求U0若U0UZ U0=UZ U0UZ5002K(a)2K2K(b)解：DZ工作在稳压状态(a)(b)DZ工作在反向偏置状态U01=6VU02=5V法二：设稳压管工作在稳压状态(a)(b)工作在反向偏置状态，无稳压作用U02=5VU01=6V第51页/共58页第五十二页，共58页。例4 用万用表分别测得某放大电路中三极管三个管脚对地电位分别为V1=-7V，V2=-2V，V3=-2.7V。试判断此三极管的类型？由何种材料制成？三个管脚对应(duyng)电极。PPNNPN:VcVbVeNNPcbePNP:VcVbVe （1）无论是NPN还是PNP型三极管，基极电位居(wi j)中间电位，确定基极b确定e极，同时(tngsh)判断是硅（锗）材料（3）第三管脚为c极（4）U CE0,为NPN型，U CE0,为PNP型。分析：解：遵循上述规则，3b，（2）2 e,1cuCE=-5V,uBE=0.7V,管子为PNP硅管第52页/共58页第五十三页，共58页。例5 现已测得某电路(dinl)中几只晶体管三个极的直流电位如表所示,各晶体管be间开启电压Uon均为0.5V。试分别说明各管子的工作状态。晶体管T1T2T3T4基极直流电位UB/V0.71-10发射极直流电位UE/V00.3-1.70集电极直流电位UC/V50.7015工作状态解：（T1）UBE=0.7VUon，UCE=5V，（T2）UBE=0.7VUon，（T3）UBE=0.7VUon，（T4）UBE=0Uon，UCE=0.4V，UCE=1.7V，UCE=15V，UCE UBE放大(fngd)状态UCE UBE截止(jizh)状态UCEUBE饱和状态分析：NPN型三极管UBEUon截止状态；UBEUon，UCEUBE放大状态；UBEUon，UCEUBE饱和状态。UCEUBE放大状态第53页/共58页第五十四页，共58页。练习(linx)：已知两只晶体管的电流放大系数分别为50和100，现测得放大电路(dinl)中这两只管子两个电极的电流如图所示。分别求另一电极的电流，标出其实际方向，并在圆圈中画出管子。解：答案(dn)如解图所示。分析：IBICIEIEIBIC第54页/共58页第五十五页，共58页。练习(linx)P67：1.10电路如图所示，晶体管导通时UBE0.7V，=50。试分析VBB为0V、1V、3V三种情况下T的工作状态(zhungti)及输出电压uO的值。解：（1）当VBB0时，T截止(jizh)，（2）当VBB1V时，因为所以T处于放大状态。（3）当VBB3V时，因为所以T处于饱和状态 uO0.3V。uO12V。第55页/共58页第五十六页，共58页。（b）由特性(txng)曲线可知 uGS(th)=4V例6 电路如图(a)所示，其中管子的输出特性曲线如图(b)所示。试分析uI为0、8V和10V三种(sn zhn)情况下u0分别为多少伏?（a）解：uI=0时，uGS=uI=0uGS(th)，T截止(jizh)iD=0u0=uDS=VDD-iD RD=15VuI=8时，设工作在恒流区，iD1mA预夹断点的 uDS=UGS-UGS(th)=4V，u0=uDS=V