模拟电子技术基础常用半导体器.ppt

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1、(1-1)1.1 半导体基础知识半导体基础知识 1.2 半导体二极管半导体二极管 1.3 双极型双极型三极管三极管 1.4 场效应管场效应管第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件(1-2)补充概念：补充概念：导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体 自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金，金属一般都是导体。属一般都是导体。有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化

2、镓和一些，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。硫化物、氧化物等。1.1 半导体基础知识半导体基础知识(1-3)现代电子学中，现代电子学中，用的最多的半导体是硅和用的最多的半导体是硅和锗，锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。它们的最外层电子（价电子）都是四个。GeSi电子器件所用的半导体一般都具有晶体结构，电子器件所用的半导体一般都具有晶体结构，因此把半导体也称为晶体。因此把半导体也称为晶体。(1-4)完全纯净的、结构完整的半导体晶体，完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为称为本征半导体本征半导体。在硅和锗晶体中，原子相互之间靠的很近，在硅和锗晶体中，原子相互之间靠的很近，分属于每个原子

3、的价电子受到相邻原子的影响，分属于每个原子的价电子受到相邻原子的影响，而使价电子为两个原子所共有，每个原子与其而使价电子为两个原子所共有，每个原子与其相临的原子之间形成相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价电子。，共用一对价电子。1.1.1 本征半导体本征半导体(1-5)本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理在绝对在绝对0度（度（T=0K）和没有外界激发）和没有外界激发时时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即中没有可以运动的带电粒子（即载流子载流子），），它的导电能力为它的导电能力为0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在常温

4、下在常温下，由于热激发，使一些价电子，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为为自由电子自由电子，同时共价键上留下一个空位，同时共价键上留下一个空位，称为称为空穴空穴。(1-6)半导体的导电机理不同于其它物质，所半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。比如：以它具有不同于其它物质的特点。比如：热敏性、光敏性、掺杂性。热敏性、光敏性、掺杂性。当受外界热和光的作用时，它的导当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变

5、。会使它的导电能力明显改变。(1-7)1.1.3 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。大大增加。使自由电子浓度大大增加的杂质半导体使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为称为N型半导体型半导体（电子半导体），使空穴浓（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为度大大增加的杂质半导体称为P型半导体型半导体（空穴半导体）。（空穴半导体）。(1-8)N型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元

6、素磷在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑）。（或锑）。+4+4+5+4多余电子多余电子磷原子磷原子硅原子的半径硅原子的半径:1.17x10-10米米(1-9)N型半导体型半导体N型半导体中的载流子是什么？型半导体中的载流子是什么？自由电子称为多数载流子自由电子称为多数载流子（多子多子），由于），由于掺掺入少量的五价元素形成的。入少量的五价元素形成的。空穴称为空穴称为少数载流少数载流子子（少子少子），由于），由于热激发产生的热激发产生的。物理模型为：。物理模型为：+(1-10)P型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟）。，如硼（或铟）。硼

7、原子硼原子+4+4+3+4空穴空穴(1-11)P型半导体型半导体P型半导体中型半导体中空穴是多子空穴是多子，电子是少子，电子是少子。物理模型为：物理模型为：(1-12)一一.PN 结的形成结的形成 在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和型半导体和N型半导体，经过载流子的扩型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了散，在它们的交界面处就形成了PN结。结。1.1.3 PN结结(1-13)杂质半导体的杂质半导体的示意图示意图表示法表示法P P型半导体型半导体+N N型半导体型半导体P P型半导体型半导体+N N型半导体型半导体(1-14)P P型半导体型半

8、导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区空间电荷区PN结处载流子的运动结处载流子的运动内容回顾：内容回顾：1.1.扩散定理扩散定理2.2.电场概念电场概念(1-15)扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽荷区越宽,内电场越强。内电场越强。漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动内电场越强，就使漂内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。(1-16)漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内

9、电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动所以扩散和漂所以扩散和漂移这一对相反移这一对相反的运动最终达的运动最终达到平衡，相当到平衡，相当于两个区之间于两个区之间没有电荷运动，没有电荷运动，空间电荷区的空间电荷区的厚度固定不变。厚度固定不变。(1-17)二二.PN结的单向导电性结的单向导电性 PN结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意的意思都是：思都是：P区加正、区加正、N区加负电压。区加负电压。PN结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意的意思都是：思都是：P区加负、区加负、N区加正电压。区加正电压。(1-18)PN结正向偏置结正向偏置+内电场内电场外电场外电场变薄变薄

10、PN+_内电场被削弱，内电场被削弱，多子的扩散加强多子的扩散加强能够形成能够形成较大较大的的扩散扩散电流电流。（mA量级）量级）(1-19)PN结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被被加强，内电场被被加强，多子的扩散受抑多子的扩散受抑制。少子漂移加制。少子漂移加强，但少子数量强，但少子数量有限，只能形成有限，只能形成较小较小的反向的反向电流电流。（uA量级）量级）(1-20)三三.PN结的伏安特性结的伏安特性在在PNPN结的两端加结的两端加上电压后，通过上电压后，通过PNPN结结的电流的电流I I随两端的电随两端的电压压V V变化的曲线伏变化的曲线伏安特性安特性

11、I IS S 为反向饱和电流，为反向饱和电流，q q为电子的电量，为电子的电量，k k为玻尔为玻尔兹曼常数，兹曼常数，T T为热力学温度。常温下为热力学温度。常温下 U UT T 约为约为26mv26mv。(1-21)*四四.PN结的电容效应结的电容效应在一定条件下，在一定条件下，PN结具有电容效应，结具有电容效应，主要由两部分组成：主要由两部分组成：势垒电容势垒电容CB和和扩散电容扩散电容CD。(1-22)PN结高频小信号时的等效电路：结高频小信号时的等效电路：势垒电容和扩散电势垒电容和扩散电容的综合效应容的综合效应rd(1-23)半导体二极管图片1.2 半导体二极管半导体二极管(1-24)

12、(1-25)end(1-26)半导体二极管的结构半导体二极管的结构 在在PN结上加上引线和外壳，就成为一个二极结上加上引线和外壳，就成为一个二极管。二极管按结构分有管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平点接触型、面接触型和平面型面型三大类。三大类。(1)点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结电结面积小，结电容小，用于检波和变频等容小，用于检波和变频等高频电路。高频电路。(a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图(1-27)(3)平面型二极管平面型二极管 往往用于集成电路制造往往用于集成电路制造艺中。艺中。PN 结面积可大可小，结面积可大可小，用于高频整流和开

13、关电路中。用于高频整流和开关电路中。(2)面接触型二极管面接触型二极管 PN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路。于工频大电流整流电路。(b)(b)面接触型面接触型(c)(c)平面型平面型(4)二极管的代表符号二极管的代表符号(1-28)二极管的伏安特性二极管的伏安特性(1-29)伏安特性伏安特性UI死区电压死区电压:硅硅管管0.5V,锗管锗管0.1V。反向击穿电反向击穿电压压U(BR)SIGEUonUBR800C200C(1-30)(1-31)(1-32)(1-33)1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数(1)最大整流电流最大整流电流IF(2)反向击穿电压反向击穿电压UBR和和

14、最大反向工作电压最大反向工作电压URM(1-34)(4)最高工作频率最高工作频率 fM二极管工作的上限截止频率。二极管工作的上限截止频率。(1-35)1.2.4 二极管的等效电路二极管的等效电路 能够用简单、理想的模型来模拟电子能够用简单、理想的模型来模拟电子器件的复杂特性或行为的电路称为器件的复杂特性或行为的电路称为等效电路，等效电路，也称为也称为等效模型等效模型。能够模拟二极管特性的电路称为二极管的能够模拟二极管特性的电路称为二极管的等效电路，等效电路，也称为二极管的也称为二极管的等效模型等效模型。(1-36)1.理想模型一、由伏安特性折线化得到的一、由伏安特性折线化得到的等效电路等效电路

15、 2.恒压降模型恒压降模型Uon3.折线模型Uon(1-37)工程上：工程上：二极管的应用举例二极管的应用举例导通压降导通压降:硅管硅管0.7V,锗管锗管0.2V。(1-38)解：解：当开关当开关断开断开时，时，输出电压为输出电压为 例题例题 已知二极管导通电压为已知二极管导通电压为0.7V。试分别估。试分别估算开关断开和闭合时输出电压的数值。算开关断开和闭合时输出电压的数值。当开关当开关闭合闭合时，二极管因外加反向电压而截止，故输出电压为时，二极管因外加反向电压而截止，故输出电压为注：这里采用二极管注：这里采用二极管 恒压降模型恒压降模型(1-39)小信号交流模型小信号交流模型 二极管工作在

16、正向特性的某一小范围内时，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成一个微变电阻。其正向特性可以等效成一个微变电阻。即即根据根据得得Q点处的微变电导点处的微变电导则则常温下（常温下（T=300K）二、二、二极管二极管的的 微变等效电路微变等效电路(1-40)应用举例应用举例补充补充 1.二极管的静态工作情况分析二极管的静态工作情况分析理想模型理想模型（R=10k）VDD=10V 情况分析情况分析恒压模型恒压模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）折线模型折线模型（硅二极管典型值）（硅二极管典型值）设设二极管的近似分析计算二极管的近似分析计算IR10VE1kIR10VE1k例：例

17、：恒压源模型恒压源模型测量值测量值 9.32mA相对误差相对误差理想二极管模型理想二极管模型RI10VE1k相对误差相对误差0.7V二极管的模型二极管的模型DU串联电压源模型串联电压源模型U D 二极管的导通压降。硅管二极管的导通压降。硅管 0.7V；锗管；锗管 0.3V。理想二极管模型理想二极管模型正偏正偏反偏反偏导通压降导通压降二极管的二极管的VA特性特性讨论：解决两个问题解决两个问题u如何判断二极管的工作状态？如何判断二极管的工作状态？u什么情况下应选用二极管的什么等效电路？什么情况下应选用二极管的什么等效电路？uD=ViRQIDUDV与与uD可比，则需图解：可比，则需图解：实测特性实测

18、特性 对对V和和Ui二极管二极管的模的模型有什么不同？型有什么不同？(1-44)例例2.4.2 提示提示 2.限幅电路限幅电路end 应用举例应用举例补充补充(1-45)RRLuiuRuotttuiuRuo 应用举例应用举例补充补充 3.脉冲识别电路脉冲识别电路请同学自己分析教科书请同学自己分析教科书例例(1-46)1.3 1.3 电路如图电路如图P1.3P1.3所示，已知所示，已知u ui i10sin10sintt(v)(v)，试画出，试画出u ui i与与u uO O的波形。的波形。设二极管正向导通电压可忽略不计。设二极管正向导通电压可忽略不计。解图解图P1.3 图图P1.3(1-47)

19、1.4 电路如图电路如图P1.4所示，已知所示，已知ui5sint(V)，二极管导通电压，二极管导通电压UD0.7V。试画出试画出ui与与uO的波形，并标出幅值。的波形，并标出幅值。图图P1.4解解图图P1.4(1-48)课程回顾课程回顾1.学习方法学习方法概念清楚概念清楚重点突出重点突出熟练掌握：作业题和典型例题熟练掌握：作业题和典型例题2.杂质半导体：杂质半导体：N型半导体中电子是多子，型半导体中电子是多子，P型半导体中型半导体中空穴是多子空穴是多子3.PN结的单向导电性结的单向导电性(1)扩散运动涉及多子的运动；漂移运动涉及少子的运动扩散运动涉及多子的运动；漂移运动涉及少子的运动,动态平

20、衡；动态平衡；(2)PN结结加上正向电压加上正向电压，扩散运动为主，所以正向电流很大（，扩散运动为主，所以正向电流很大（mA)；(3)PN结结加上反向电压加上反向电压，漂移运动为主，所以反向电流很小，漂移运动为主，所以反向电流很小(uA)。(1-49)4.半导体二极管半导体二极管(1)二极管的代表符号二极管的代表符号PN（2)二极管的伏安特性二极管的伏安特性（3)二极管的温度特性二极管的温度特性温度升高时，二极管的管压降减少温度升高时，二极管的管压降减少(1-50)5 二极管的等效电路二极管的等效电路恒压降模型恒压降模型Uon小信号交流模型小信号交流模型(1-51)1.2.5 稳压二极管稳压二

21、极管1.稳压管的伏安特性稳压管的伏安特性伏安特性伏安特性 利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳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。压时工作在反向电击穿状态。(1-52)(a)符号符号(b)等效电路等效电路符号与等效电路符号与等效电路:(1-53)(1)稳定电压稳定电压UZ 在规定的稳压管反向工作电流在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应下，所对应的反向工作电压。的反向工作电压。(2)(2)最大功耗最大功耗 PZM UZIZ(3)(3)稳定电流稳定电流 IZ：IZmax 电流高于此值时，二极管会损坏电流高于此值时，二极管会损坏 Izmin 电流低于此值

22、时，稳压性能变坏电流低于此值时，稳压性能变坏2.稳压二极管主要参数稳压二极管主要参数(1-54)(4)动态电阻动态电阻rZrZ=UZ/IZ(5)温度系数温度系数 表示温度每变化表示温度每变化1稳压值的变化量稳压值的变化量(1-55)稳压二极管应用稳压二极管应用3.稳压电路稳压电路正常稳压时正常稳压时 VO=VZ#稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？IZmin IZ IZmax#不加不加不加不加R R可以吗？可以吗？可以吗？可以吗？(1-56)(1-57)例题例题 已知已知VI=10V,稳压管的稳定电压稳压管的稳定电压 UZ=6V,最小稳定电流最小稳定电流IZmin=

23、5mA,最大稳定电最大稳定电流流IZmax=25mA;负载电阻负载电阻RL=600欧姆。求解欧姆。求解限流电阻限流电阻R 的取值范围。的取值范围。解：由基尔霍夫电流定律得：解：由基尔霍夫电流定律得：R上的电压：上的电压：因此因此(1-58)发光二极管发光二极管 有有正向电流流过正向电流流过时，时，发出一定波长范围的光发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类的电特性与一般二极管类似。似。(1-59)光电二极管光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。IV照度增加照度增加其它

24、类型二极管其它类型二极管(1-60)作业：1.4 ,1.6 (1-61)半导体三极管的结构示意图所示。它有两种类型半导体三极管的结构示意图所示。它有两种类型:NPN型和型和PNP型。型。两种类型的三极管两种类型的三极管发射结发射结(Je)集电结集电结(Jc)基极基极，用B或b表示（Base）发射极发射极，用E或e表示（Emitter）；集电极集电极，用C或c表示（Collector）。发射区发射区集电区集电区基区基区三极管符号三极管符号1.3 晶体三极管晶体三极管(1-62)1.3.1 结构特点：结构特点：发射区的掺杂浓度最高；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；集电区掺

25、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，且基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。掺杂浓度最低。管芯结构剖面图管芯结构剖面图(1-63)三极管的两种基本结构三极管的两种基本结构BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型（最常用）（最常用）BECIBIEICNPN型三极管型三极管(1-64)BECIBIEICPNP型三极管型三极管PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型(1-65)BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂

26、浓度较高(1-66)BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结(1-67)1.内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。过载流子传输体现出来的。外部条件：外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。(必要条件必要条件)发射区：发射载流子发射区：发射载流子集电区：收集载流子集电区：收集载流子基区：基区：传送和控制传送和控制 载流子载流子 （以（以NPN为例）为例）1.3.2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用BECNNP基极基极发射极发射极

27、集电极集电极(1-68)内部载流子的运动内部载流子的运动BECNNPVBBRbEc发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基区断向基区扩散，形扩散，形成发射极成发射极电流电流IE。IE基区空基区空穴向发穴向发射区的射区的扩散可扩散可忽略。忽略。IBE1进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合，形成空穴复合，形成电流电流IBE ，多数，多数扩散到集电结。扩散到集电结。(1-69)BECNNPEBRBEcIE集电结反偏，集电结反偏，有少子形成的有少子形成的反向电流反向电流ICBO。ICBO从基区扩散从基区扩散来的电子作来的电子作为集电结的为集电结的少子，漂移少子，

28、漂移进入集电结进入集电结而被收集，而被收集，形成形成ICE。IC=ICE+ICBO ICEIBE2ICEIBIC(1-70)u2.电流分配：电流分配：IEIBICu IE扩散运动形成的电流扩散运动形成的电流u IB复合运动形成的电流复合运动形成的电流u IC漂移运动形成的电流漂移运动形成的电流穿透电流穿透电流集电结反向电流集电结反向电流直流电流直流电流放大系数放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数基极开路集电极回路会有基极开路集电极回路会有穿透电流？穿透电流？3.晶体管的共射电流放大系数晶体管的共射电流放大系数(1-71)综上所述，三极管的放大作用，主要是依综上所述，三极管的放大作用，主要是

29、依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基区发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反发射结正向偏置，集电结反向偏置。向偏置。晶体管放大信号需要满足的条件晶体管放大信号需要满足的条件（请记录）（请记录）(1-72)(1)稳定电压稳定电压VZ(2)(2)稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？(1)稳定电压稳定电压V

30、Z(2)(2)稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？(2)(2)稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？IZmin IZ IZmax(2)(2)稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？稳压条件是什么？1.稳压二极管稳压二极管课程回顾课程回顾稳压管加反向电压稳压管加反向电压(1-73)2.三极管的放大作用的外部条件：三极管的放大作用的外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。(必要条件必要条件)BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管3.电流分配：电流分配：IEIBICBECIBIE

31、ICPNP型三极管型三极管BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管4.晶体管的共射电流放大系数晶体管的共射电流放大系数(1-74)特性曲线特性曲线 实验线路实验线路1.3.3 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线(1-75)(1-76)vCE=0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE)vCE=const(2)当当vCE1V时，时，vCB=vCE-vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的集电子，基区复合减少，同样的vBE下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲

32、线右移。vCE=0V vCE 1V(1)当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1.输入特性曲线输入特性曲线1.3.3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线(1-77)饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控控制的区域，该区域内，制的区域，该区域内，一般一般vCE0.7V(硅管硅管)。此时，此时，发射结正偏，集发射结正偏，集电结正偏。电结正偏。iC=f(vCE)iB=const2.2.输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域:截止区：截止区：iC接近零的接近零的区域，相当区域，相当iB=0的曲的曲线的下方。此时，线

33、的下方。此时，vBE小于死区电压小于死区电压。集电结反向偏置且发集电结反向偏置且发射结电压小于开启电射结电压小于开启电压。压。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的轴的区域，曲线基本平行等距。区域，曲线基本平行等距。此时，此时，发射结正偏，集电发射结正偏，集电结反偏结反偏。(1-78)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A集电结正偏集电结正偏，UCE 0.3V称为饱和称为饱和区。区。饱和饱和(1-79)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中:IB=0,UBE Uo

34、n,且且UCE UBE。管子放大状态。（管子放大状态。（发射结正偏，集电结反偏）发射结正偏，集电结反偏）（2)UBE=0.7V，且，且 UCE=0.4V，UCE UBE。管子放大状态。管子放大状态。（4)UBE=0V Uon,。管子为截止状态；管子为截止状态；(1-95)例例 在一个单管放大电路中，电源电压为在一个单管放大电路中，电源电压为30V,已知三只管子的参数已知三只管子的参数如下表所示，请选用一只管子，并简述理由。如下表所示，请选用一只管子，并简述理由。晶体管参数T1T2T3ICBO/0.010.10.05小了好UCEO/V505020大了好电流放大倍数15100100大了好C注：注：

35、（1)T1 的电流放大倍数小，不宜选用；小，不宜选用；（2)T3 的UCEO小于电源电压小于电源电压，工作时有可能被击穿，不宜选用；工作时有可能被击穿，不宜选用；（3)T2 的ICBO 也较小，也较小，电流放大倍数较大，且较大，且UCEO大于电源电压，大于电源电压，所以最合适。所以最合适。(1-96)作业1.10 1.12(1-97)1.14已知两只晶体管的电流放大系数已知两只晶体管的电流放大系数分别为分别为50和和100，现测得放大电路中这两只管子两个电极的电流如图，现测得放大电路中这两只管子两个电极的电流如图P1.14所示。分别求另一电极的电流，标出其实际方所示。分别求另一电极的电流，标出

36、其实际方向，并在圆圈中画出管子。向，并在圆圈中画出管子。图图P1.14 解：答案如解图解：答案如解图P1.14所示。所示。解图解图P1.14(1-98)1.15测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图P1.15所示。在圆圈中画出管子，所示。在圆圈中画出管子，并分别说明它们是硅管还是锗管。并分别说明它们是硅管还是锗管。图图P1.15(1-99)1.16 电路如图电路如图P1.16所示，晶体管导通时所示，晶体管导通时UBE0.7V，=50。试分析试分析VBB为为0V、1V、1.5V三种情况下三种情况下T的工作状态及输的工作状态及输出电压出电压uO的值。的值。解：

37、（解：（1）当）当VBB0时，时，T截止，截止，uO12V。（2）当）当VBB1V时，因为时，因为 A 所以所以T处于放大状态。处于放大状态。（3）当）当VBB3V时，时，因为因为 A 图图P1.16 所以所以T处于饱和状态。处于饱和状态。(1-100)1.晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线课程回顾课程回顾vCE=0V vCE 1V(1).输入特性曲线输入特性曲线(2).输出特性曲线输出特性曲线集电结正偏集电结正偏，UCE 0.3V称称为饱和区。为饱和区。满足满足IC=IB（放大区）。（放大区）。此区域中此区域中:IB=0,UBE 0.7V，称为，称为截止区。截止区。(1-101)2.三极管的重

38、要参数：三极管的重要参数：BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管 电流分配：电流分配：IEIBIC 晶体管的共射电流放大系数晶体管的共射电流放大系数(1-102)当温度上升时，当温度上升时，ICBO增加很快。增加很快。3.温度对晶体管特性及其参数影响温度对晶体管特性及其参数影响（1）、温度对）、温度对ICBO的影响的影响（2）、温度对输入特性的影响）、温度对输入特性的影响TuBE（3）.温度对温度对输出特性输出特性的影响的影响T、ICEOIC(1-103)1.4 场效应管 场效应管场效应管 是是利用输入回路的电场效应来控制输出回利用输入回路的电场效应来

39、控制输出回路路电流的一种半导体器件。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，又称单由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称单极性晶体管。极性晶体管。单极型管噪声小、抗辐射能力强、低电压工作噪声小、抗辐射能力强、低电压工作(1-104)场效应管分为结型和绝缘栅型两种不同的结构。场效应管分为结型和绝缘栅型两种不同的结构。下面将对它们下面将对它们 的的工作原理、特性及主要参数工作原理、特性及主要参数一一加以一一加以介绍。介绍。（以（以N沟道为例）沟道为例）场效应管有三个极：源极（场效应管有三个极：源极（s）、栅极（、栅极（g）、漏极（）、漏极（d），），对应于晶体管的对应于晶体管的

40、e、b、c；有；有三个工作区域：截止区、恒流区、三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于可变电阻区，对应于晶体晶体管的截止区、放大区、饱和区。管的截止区、放大区、饱和区。(1-105)一.结型场效应管的工作原理（以N沟道为例）符号符号结构示意图结构示意图栅极栅极漏极漏极源极源极导电导电沟道沟道实验发现实验发现1.4.1.结型场效应管(1-106)沟道最宽沟道最宽uGS=0沟道变窄沟道变窄沟道消失沟道消失称为夹断称为夹断此时此时UGS的值的值(为为负值负值)为为夹断电压夹断电压UGS（off）(如如-4V)。1.当 uDS=0V一定时，栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用UGS（off）u

41、GS0uGS=UGS（off）结论：当 uGSUGS（off）时，工作在恒流区或可变电阻区工作在恒流区或可变电阻区。此时此时UGS的值的值(为为负值负值)为为夹断电压夹断电压UGS（off）(如如-4V)。(1-107)uGDUGS（off），），此时导通沟道上部未夹断。这时此时导通沟道上部未夹断。这时uGS-uDSUGS（off）.2.当 uGS为uGS（off）0V某一固定值时，且 uGDUGS（off），uDS对漏极电流iD的影响。当 uDSUGS（off）时，可能工作在恒流区或可变电阻区工作在恒流区或可变电阻区。uGDUGS（off），），此时导通沟道上部未夹断。这时此时导通沟道上部未

42、夹断。这时uGS-uDSUGS（off）.2.当 uGS为uGS（off）0V某一固定值时，且 uGDUGS（off），uDS对漏极电流iD的影响。2.当 uGS为uGS（off）0V某一固定值时，且 uGDUGS（off），uDS对漏极电流iD的影响。uGDUGS（off），），此时导通沟道上部未夹断。这时此时导通沟道上部未夹断。这时uGS-uDSUGS（off）.2.当 uGS为uGS（off）0V某一固定值时，且 uGDUGS（off），uDS对漏极电流iD的影响。(1-108)实验发现，上述两种变化趋势相互抵实验发现，上述两种变化趋势相互抵消。消。uDS的增大，几乎全部用来克服沟道的增

43、大，几乎全部用来克服沟道的电阻，的电阻，iD几乎不变，进入几乎不变，进入恒流区恒流区。这时，这时，iD几乎仅仅决定于几乎仅仅决定于uGS。与与uDS无关。无关。其中，其中，uGD=uGS-uDSuDS的增大，一方面带来的增大，一方面带来uGD的变的变小，小，沟道的电阻变大沟道的电阻变大，iD变小；变小；另一方面另一方面DS间的纵向电场增强间的纵向电场增强，iD变大。变大。3.当 uGS为uGS（off）0V某一固定值时，且 uGDuGS-UGS（off）时，效应管工作在恒流区。当 uGSUGS（off）时，工作在恒流区或可变电阻区工作在恒流区或可变电阻区。其中，其中，uGD=uGS-uDSuD

44、S的增大，一方面带来的增大，一方面带来uGD的变的变小，小，沟道的电阻变大沟道的电阻变大，iD变小；变小；另一方面另一方面DS间的纵向电场增强间的纵向电场增强，iD变大。变大。其中，其中，uGD=uGS-uDS 实验发现，上述两种变化趋势相互抵实验发现，上述两种变化趋势相互抵消。消。uDS的增大，几乎全部用来克服沟道的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，的电阻，iD几乎不变，进入几乎不变，进入恒流区恒流区。这时，这时，iD几乎仅仅决定于几乎仅仅决定于uGS。与与uDS无关。无关。uDS的增大，一方面带来的增大，一方面带来uGD的变的变小，小，沟道的电阻变大沟道的电阻变大，iD变小；变小；另一方面

45、另一方面DS间的纵向电场增强间的纵向电场增强，iD变大。变大。其中，其中，uGD=uGS-uDS(1-109)课程回顾课程回顾结型场效应管的符号一.结型场效应管的工作原理（以N沟道为例）结论：1.当 uGSUGS（off）（均为负值）（均为负值）时，工作在截止区；此时此时UGS的值的值(为为负值负值)为为夹断电压夹断电压UGS（off）(如如-4V)。(1-110)1)当 uDSUGS（off）时，工作在恒流区或可变电阻区工作在恒流区或可变电阻区。结论：1.当 uGSUGS（off），），此时导通沟道上部未夹断。这时此时导通沟道上部未夹断。这时uGS-uDSUGS（off）.(1-111)2)

46、当 uDSuGS-UGS（off）时，效应管工作在恒流区。已知：当 uGSUGS（off）时，工作在恒流区或可变电阻区工作在恒流区或可变电阻区。实验发现，上述两种变化趋势相互抵实验发现，上述两种变化趋势相互抵消。消。uDS的增大，几乎全部用来克服沟道的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，的电阻，iD几乎不变，进入几乎不变，进入恒流区恒流区。这时，这时，iD几乎仅仅决定于几乎仅仅决定于uGS。与与uDS无关。无关。uDS的增大，一方面带来的增大，一方面带来uGD的变的变小，小，沟道的电阻变大沟道的电阻变大，iD变小；变小；另一方面另一方面DS间的纵向电场增强间的纵向电场增强，iD变大。变大。其中，

47、其中，uGD=uGS-uDS此时：此时：uGDuGS-UGS（off）时，效应管工作在恒流区。1)当 uDSuGS-UGS（off）时，效应管效应管工作在可变电阻区。当 uGSUGS（off）时，工作在恒流区或可变电阻区工作在恒流区或可变电阻区。3.汇总：结型场效应管的工作原理（以N沟道为例）(1-113)1.输出特性曲线预夹断轨迹，预夹断轨迹，uGDUGS（off）可可变变电电阻阻区区恒恒流流区区iD几乎仅决几乎仅决定于定于uGS击击穿穿区区夹断区（截止区）夹断区（截止区）夹断电压夹断电压IDSSiD uGSUGS（off）二.结型场效应管的特性曲线(1-114)2.转移特性转移特性 （1.

48、4.3)N沟道结型场效应管沟道结型场效应管转移特性曲线转移特性曲线UGS0IDIDSSVP(1-115)#JFETJFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？有正常放大作用时，沟道处于什么状态？有正常放大作用时，沟道处于什么状态？有正常放大作用时，沟道处于什么状态？VP3.转移特性与输出转移特性与输出 特性的对应关系特性的对应关系 低频跨导：低频跨导：(1.4.1)(1-116)1.4.2.绝缘栅型场效应管下面以下面以N N沟道增强型绝缘栅型场效应管为例沟道增强型绝缘栅型场效应管为例(1-117)SiO2绝缘层绝缘层衬底衬底耗尽层耗尽层空穴空穴高掺杂高掺杂一、一、N沟道增强型沟道增强型 MOS

49、管管大到一定大到一定值才开启值才开启1.1.工作原理工作原理开启电压表示：开启电压表示：UGS(th).典型值典型值4V(1-118)2.符号、特性曲线与电流方程符号、特性曲线与电流方程特性曲线特性曲线2)当 uDSuGS-UGS（th）时，效应管效应管工作在可变电阻区。当 uGSUGS（th）时，工作在恒流区或可变电阻区工作在恒流区或可变电阻区。1)当 uDSuGS-UGS（th）时，效应管工作在恒流区。N沟道增强型MOS管(1-119)小结：电流方程电流方程:(1-120)1.4.3.绝缘栅型场效应管 1 1、开启电压、开启电压 U UGSGS（thth）)增强型增强型MOS的参数的参数一

50、一.直流参数直流参数 2 2、夹断电压、夹断电压 U UGSGS（offoff）(或或UP)漏极电流约为漏极电流约为零时的零时的VGS值值。3 3、饱和漏极电流、饱和漏极电流 I IDSSDSS二二.交流参数交流参数 1 1、低频跨导、低频跨导 g gm m 2 2、极间电容极间电容(1-121)解：从解：从 iD或或uDS、uGS的极性可的极性可知，该管为知，该管为 N沟道型。沟道型。从输出特性曲线的开启电从输出特性曲线的开启电压压 UGS=4V0V可知，该管为增可知，该管为增强型强型MOS管。所以，该管为管。所以，该管为N沟道增强型沟道增强型MOS管。管。例题例题 已知某管子的输出特性曲线