【电子教案--模拟电子技术】第一章半导体器件.pptx

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1、模 拟 电 子 技 术第第 1 1 章章 半导体器件半导体器件1.1半导体的基础知识半导体的基础知识1.2半导体二极管半导体二极管1.3二极管电路的分析方法二极管电路的分析方法1.4特殊二极管特殊二极管小结小结1.5双极型半导体三极管双极型半导体三极管1.6场效应管场效应管模 拟 电 子 技 术1.1半导体的基础知半导体的基础知识识1.1.1本征半导体本征半导体1.1.2杂质半导体杂质半导体1.1.3PN结结模 拟 电 子 技 术1.1.1 本征半导体本征半导体半导体半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体半导体 纯净的半导体。如硅、锗单晶体。

2、纯净的半导体。如硅、锗单晶体。载流子载流子 自由运动的带电粒子。自由运动的带电粒子。共价键共价键 相邻原子共有价电子所形成的束缚。相邻原子共有价电子所形成的束缚。模 拟 电 子 技 术硅硅(锗锗)的原子结构的原子结构简化简化模型模型惯性核惯性核硅硅(锗锗)的共价键结构的共价键结构价电子价电子自自由由电电子子(束缚电子束缚电子)空空穴穴空穴空穴空穴可在共空穴可在共价键内移动价键内移动模 拟 电 子 技 术本征激发：本征激发：本征激发：本征激发：复复复复 合：合：合：合：自自由由电电子子和和空空穴穴在在运运动动中中相相遇遇重重新新结结合合成对消失的过程。成对消失的过程。漂漂漂漂 移：移：移：移：自

3、由电子和空穴在电场作用下的定向运自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。动。在室温或光照下价电子获得足够能量摆在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位中留下一个空位(空穴空穴)的过程。的过程。模 拟 电 子 技 术两种载流子两种载流子电子电子(自由电子自由电子)空穴空穴两种载流子的运动两种载流子的运动自由电子自由电子(在共价键以外在共价键以外)的运动的运动空穴空穴(在共价键以内在共价键以内)的运动的运动 结论结论：1.本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；2.半导体中有电

4、子和空穴两种载流子参与导电；半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；3.本征半导体导电能力弱，并与温度有关本征半导体导电能力弱，并与温度有关。模 拟 电 子 技 术1.1.2 杂质半导体杂质半导体一、一、N 型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体N 型型+5+4+4+4+4+4磷原子磷原子自由电子自由电子电子为电子为多多数载流数载流子子空穴为空穴为少少数载流数载流子子载流子数载流子数 电子数电子数模 拟 电 子 技 术1.1.2 杂质半导体杂质半导体一、一、N 型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体P 型型+3+4+4+4+4+4硼原子硼原子空穴空穴空穴空穴 多子多子电子电子 少子少子

5、载流子数载流子数 空穴数空穴数模 拟 电 子 技 术二、杂质半导体的导电作用二、杂质半导体的导电作用IIPINI=IP+INN 型半导体型半导体 I INP 型半导体型半导体 I IP模 拟 电 子 技 术三、三、P 型、型、N 型半导体的简化图示型半导体的简化图示负离子负离子多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子正离子正离子多数载流子多数载流子 少数载流子少数载流子模 拟 电 子 技 术1.1.3 PN 结结一、一、PN 结结(PN Junction)的形成的形成1.载流子的载流子的浓度差浓度差引起多子的引起多子的扩散扩散2.复合使交界面复合使交界面形成空间电荷区形成空间电荷区(耗尽层耗尽

6、层)空间电荷区特点空间电荷区特点:无载流子，无载流子，阻止扩散进行，阻止扩散进行，利于少子的漂移。利于少子的漂移。内建电场内建电场模 拟 电 子 技 术3.扩散和漂移达到扩散和漂移达到动态平衡动态平衡扩散电流扩散电流 等于漂移电流，等于漂移电流，总电流总电流 I=0。二、二、PN 结的单向导电性结的单向导电性1.外加外加正向正向电压电压(正向偏置正向偏置)forward bias模 拟 电 子 技 术P 区区N 区区内电场内电场外电场外电场外电场使多子向外电场使多子向 PN 结移动结移动,中和部分离子中和部分离子使空间电荷区变窄。使空间电荷区变窄。IF限流电阻限流电阻扩散运动加强形成正向电流扩

7、散运动加强形成正向电流 IF。IF=I多子多子 I少子少子 I多子多子2.外加外加反向反向电压电压(反向偏置反向偏置)reverse bias P 区区N 区区内电场内电场外电场外电场外电场使少子背离外电场使少子背离 PN 结移动，结移动，空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。IRPN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;反偏截止，电阻很大，电流近似为零。反偏截止，电阻很大，电流近似为零。漂移运动加强形成反向电流漂移运动加强形成反向电流 IRIR=I少子少子 0模 拟 电 子 技 术三、三、PN 结的伏安特性结的伏安特性反向饱反向饱和电流和电流温

8、度的温度的电压当量电压当量电子电量电子电量玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数当当 T=300(27 C)：UT =26 mVOu/VI/mA正向特性正向特性反向击穿反向击穿加正向电压时加正向电压时加反向电压时加反向电压时iIS模 拟 电 子 技 术1.2半导体二极管半导体二极管1.2.1 半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数模 拟 电 子 技 术1.2.1 半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型构成：构成：PN 结结+引线引线+管壳管壳=二极管二极管(Diode)符号：符号：A(anode)C(

9、cathode)分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型模 拟 电 子 技 术点接触型点接触型正极正极引线引线触丝触丝N 型锗片型锗片外壳外壳负极负极引线引线负极引线负极引线 面接触型面接触型N型锗型锗PN 结结 正极引线正极引线铝合金铝合金小球小球底座底座金锑金锑合金合金正极正极引线引线负极负极引线引线集成电路中平面型集成电路中平面型PNP 型支持衬底型支持衬底模 拟 电 子 技 术模 拟 电 子 技 术1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性一、一、PN 结的伏安方程结的伏安方程反向饱反向饱和电流和电流温度

10、的温度的电压当量电压当量电子电量电子电量玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数当当 T=300(27 C)：UT =26 mV模 拟 电 子 技 术二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性正向特性Uth死区死区电压电压iD=0Uth=0.5 V 0.1 V(硅管硅管)(锗管锗管)U UthiD 急剧上升急剧上升0 U Uth UD(on)=(0.6 0.8)V硅管硅管 0.7 V(0.1 0.3)V锗管锗管 0.2 V反向特性反向特性ISU(BR)反向击穿反向击穿U(BR)U 0 iD=IS 0.1 A(硅硅)几十几十 A(锗锗)U U(BR)反向电流急剧增大反向电流急剧增大(反

11、向击穿反向击穿)模 拟 电 子 技 术反向击穿类型：反向击穿类型：电击穿电击穿热击穿热击穿反向击穿原因反向击穿原因：齐纳击穿齐纳击穿：(Zener)反向电场太强，将电子强行拉出共价键。反向电场太强，将电子强行拉出共价键。(击穿电压击穿电压 6 V，正，正温度系数温度系数)击穿电压在击穿电压在 6 V 左右时，温度系数趋近零。左右时，温度系数趋近零。模 拟 电 子 技 术硅管的伏安特性硅管的伏安特性锗管的伏安特性锗管的伏安特性604020 0.02 0.040 0.4 0.82550iD/mAuD/ViD/mAuD/V0.20.4 25 50510150.010.020模 拟 电 子 技 术温度

12、对二极管特性的影响温度对二极管特性的影响604020 0.0200.42550iD/mAuD/V20 C90 CT 升高时，升高时，UD(on)以以(2 2.5)mV/C 下降下降模 拟 电 子 技 术1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数1.IF 最大整流电流最大整流电流(最大正向平均电流最大正向平均电流)2.URM 最高反向工作电压最高反向工作电压，为为 U(BR)/2 3.IR 反向电流反向电流(越小单向导电性越好越小单向导电性越好)4.fM 最高工作频率最高工作频率(超过时单向导电性变差超过时单向导电性变差)iDuDU(BR)I FURMO模 拟 电 子 技 术影响工作频率的原因

13、影响工作频率的原因 PN 结的电容效应结的电容效应 结论：结论：1.低频低频时，因结电容很小，对时，因结电容很小，对 PN 结影响很小。结影响很小。高频高频时，因容抗增大，使时，因容抗增大，使结电容分流结电容分流，导致导致单向单向 导电性变差。导电性变差。2.结面积小时结电容小，工作频率高。结面积小时结电容小，工作频率高。模 拟 电 子 技 术1.3二极管电路的二极管电路的 分析方法分析方法1.3.1 理想二极管及二极管理想二极管及二极管 特性的折线近似特性的折线近似1.3.2 图解法和微变等效电路法图解法和微变等效电路法模 拟 电 子 技 术1.3.1 理想二极管及二极管特性的折线近似理想二

14、极管及二极管特性的折线近似一、理想二极管一、理想二极管特性特性uDiD符号及符号及等效模型等效模型SS正偏导通，正偏导通，uD=0；反偏截止，；反偏截止，iD=0 U(BR)=模 拟 电 子 技 术二、二极管的恒压降模型二、二极管的恒压降模型uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7 V(Si)0.2 V(Ge)模 拟 电 子 技 术三、二极管的折线近似模型三、二极管的折线近似模型uDiDUD(on)UI斜率斜率1/rDrD1UD(on)模 拟 电 子 技 术UD(on)例例 1.3.1 硅硅二二极极管管，R=2 k，分分别别用用二二极极管管理理想想模模型型和和恒恒压压降降模模型型求求出出

15、VDD=2 V 和和 VDD=10 V 时时 IO 和和 UO 的值。的值。模 拟 电 子 技 术 解解 VDD=2 V 理想理想IO=VDD/R=2/2 =1(mA)UO=VDD=2 V恒压降恒压降 UO=VDD UD(on)=2 0.7=1.3(V)IO=UO/R=1.3/2=0.65(mA)VDD=10 V 理想理想IO=VDD/R=10/2=5(mA)恒压降恒压降 UO=10 0.7=9.3(V)IO=9.3/2=4.65(mA)VDD 大，大，采用理想模型采用理想模型VDD 小，小，采用恒压降模型采用恒压降模型模 拟 电 子 技 术例例1.3.2 试求电路中电流试求电路中电流 I1、

16、I2、IO 和输出电压和输出电压 UO 的值的值。解：解：假设二极管断开假设二极管断开UP=15 VUP UN二极管导通二极管导通等效为等效为 0.7 V 的恒压源的恒压源 PN模 拟 电 子 技 术UO=VDD1 UD(on)=15 0.7=14.3(V)IO=UO/RL=14.3/3=4.8(mA)I2=(UO VDD2)/R=(14.3 12)/1=2.3(mA)I1=IO+I2=4.8+2.3=7.1(mA)模 拟 电 子 技 术例例 1.3.3 二二极极管管构构成成“门门”电电路路，设设 V1、V2 均均为为理理想想二二极极管管，当当输输入入电电压压 UA、UB 为为低低电电压压 0

17、 V 和和高电压高电压 5 V 的不同组合时，求输出电压的不同组合时，求输出电压 UO 的值。的值。0 V正偏正偏导通导通5 V正偏正偏导通导通0 V模 拟 电 子 技 术输入电压输入电压理想二极管理想二极管输出输出电压电压UAUBV1V20 V0 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通0 V0 V5 V正偏正偏导通导通反偏反偏截止截止0 V5 V0 V反偏反偏截止截止正偏正偏导通导通0 V5 V5 V正偏正偏导通导通正偏正偏导通导通5 V模 拟 电 子 技 术例例 1.3.4 画出硅二极管构成的桥式整流电路在画出硅二极管构成的桥式整流电路在ui=15sin t(V)作用下输出作用下输出 uO 的

18、波形。的波形。(按理想模型按理想模型)Otui/V15RLV1V2V3V4uiBAuO模 拟 电 子 技 术OtuO/V15若若有有条条件件，可可切切换换到到 EWB 环环境境观观察桥式整流波形。察桥式整流波形。模 拟 电 子 技 术例例 1.3.5 ui=2 sin t(V)，分析二极管的限幅作用。，分析二极管的限幅作用。ui 较小，宜采用恒压降模型较小，宜采用恒压降模型ui 0.7 VV1、V2 均截止均截止uO=uiuO=0.7 Vui 0.7 VV2 导通导通 V截止截止ui 0.7 VV1 导通导通 V2 截止截止 uO=0.7 V模 拟 电 子 技 术思考题思考题:V1、V2 支支

19、路路各各串串联联恒恒压压源源，输出波形如何？输出波形如何？(可可切至切至 EWB)OtuO/V0.7Otui/V2 0.7模 拟 电 子 技 术1.3.2 图解法和微变等效电路法图解法和微变等效电路法一、二极管电路的直流图解分析一、二极管电路的直流图解分析 uD=VDD iDRiD=f(uD)1.2 V100 iD/mA128400.30.6uD/V1.20.9MN直流负载线直流负载线斜率斜率 1/R静态工作点静态工作点斜率斜率1/RDiDQIQUQ模 拟 电 子 技 术也可取也可取 UQ=0.7 VIQ=(VDD UQ)/R=5(mA)二极管直流电阻二极管直流电阻 RD模 拟 电 子 技 术

20、iD/mAuD/VO二、交流图解法二、交流图解法电路中含直流和小信号交流电源时电路中含直流和小信号交流电源时,二极管中二极管中含交、直流含交、直流成分成分C 隔直流隔直流 通交流通交流当当 ui=0 时时iD=IQUQ=0.7 V(硅硅)，0.2 V(锗锗)设设 ui=sin tVDDVDD/RQIQ tOuiUQ斜率斜率1/rd模 拟 电 子 技 术iD/mAuD/VOVDDVDD/RQIQ tOuiUQiD/mA tOid斜率斜率1/rdrd=UT/IQ=26 mV/IQ当当 ui 幅度较小时，幅度较小时，二极管伏安特性在二极管伏安特性在Q点附近近似为直线点附近近似为直线模 拟 电 子 技

21、 术uiudRidrd三、微变等效电路分析法三、微变等效电路分析法对于交流信号对于交流信号电路可等效为电路可等效为例例 1.3.6 ui=5sin t(mV)，VDD=4 V，R=1 k，求求 iD 和和 uD。解解 1.静态分析静态分析令令 ui=0，取，取 UQ 0.7 VIQ=(VDD UQ)/R=3.3 mA模 拟 电 子 技 术2.动态分析动态分析rd=26/IQ=26/3.3 8()Idm=Udm/rd=5/8 0.625(mA)id=0.625 sin t3.总电压、电流总电压、电流=(0.7+0.005 sin t)V=(3.3+0.625 sin t)mA模 拟 电 子 技

22、术1.4特殊二极管特殊二极管1.4.1 稳压二极管稳压二极管1.4.2 光电二极管光电二极管模 拟 电 子 技 术1.4.1 稳压二极管稳压二极管一、伏安特性一、伏安特性符号符号工作条件：工作条件：反向击穿反向击穿iZ/mAuZ/VO UZ IZmin IZmax UZ IZ IZ特性特性模 拟 电 子 技 术二、主要参数二、主要参数1.稳定电压稳定电压 UZ 流过规定电流时稳压管流过规定电流时稳压管 两端的反向电压值。两端的反向电压值。2.稳定电流稳定电流 IZ 越大稳压效果越好，越大稳压效果越好，小于小于 Imin 时不稳压。时不稳压。3.最大工作电流最大工作电流 IZM 最大耗散功率最大

23、耗散功率 PZMP ZM=UZ IZM4.动态电阻动态电阻 rZrZ=UZ/IZ 越小稳压效果越好。越小稳压效果越好。几几 几十几十 模 拟 电 子 技 术5.稳定电压温度系数稳定电压温度系数 CT一般，一般，UZ 4 V，CTV 7 V，CTV 0(为雪崩击穿为雪崩击穿)具有正温度系数；具有正温度系数；4 V UZ 7 V，CTV 很小。很小。模 拟 电 子 技 术例例 1.4.1 分析简单稳压电路的工作原理，分析简单稳压电路的工作原理，R 为限流电阻。为限流电阻。IR=IZ+ILUO=UI IR RUIUORRLILIRIZ模 拟 电 子 技 术1.4.2 发光二极管与光敏二极管发光二极管

24、与光敏二极管一、发光二极管一、发光二极管 LED(Light Emitting Diode)1.符号和特性符号和特性工作条件：工作条件：正向偏置正向偏置一般工作电流几十一般工作电流几十 mA，导通电压导通电压(1 2)V符号符号u/Vi /mAO2特性特性模 拟 电 子 技 术2.主要参数主要参数电学参数：电学参数：I FM，U(BR)，IR光学参数：光学参数：峰值波长峰值波长 P，亮度亮度 L，光通量光通量 发光类型：发光类型：可见光：可见光：红、黄、绿红、黄、绿显示类型：显示类型：普通普通 LED，不可见光：不可见光：红外光红外光点阵点阵 LED七段七段 LED,模 拟 电 子 技 术模

25、拟 电 子 技 术二、光敏二极管二、光敏二极管1符号和特性符号和特性符号符号特性特性uiO暗电流暗电流E=200 lxE=400 lx工作条件：工作条件：反向偏置反向偏置2.主要参数主要参数电学参数：电学参数：暗电流，光电流，最高工作范围暗电流，光电流，最高工作范围光学参数：光学参数：光谱范围，灵敏度，峰值波长光谱范围，灵敏度，峰值波长实物照片实物照片模 拟 电 子 技 术补充：补充：选择二极管限流电阻选择二极管限流电阻步骤：步骤：1.设定工作电压设定工作电压(如如 0.7 V；2 V(LED)；UZ)2.确定工作确定工作电流电流(如如 1 mA；10 mA；5 mA)3.根据欧姆定律求电阻根

26、据欧姆定律求电阻 R=(UI UD)/ID(R 要选择标称值要选择标称值)模 拟 电 子 技 术1.5双极型双极型半导体半导体三极管三极管1.5.1 晶体三极管晶体三极管1.5.2 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线1.5.3 晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数模 拟 电 子 技 术(Semiconductor Transistor)1.5.1 晶体三极管晶体三极管一、结构、符号和分类一、结构、符号和分类NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C发射结发射结集电结集电结 基区基区 发射区发射区 集电区集电区emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPN

27、P 型型ECBECB模 拟 电 子 技 术分类分类：按材料分：按材料分：硅管、锗管硅管、锗管按功率分：按功率分：小功率管小功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W模 拟 电 子 技 术二、电流放大原理二、电流放大原理1.三极管放大的条件三极管放大的条件内部内部条件条件发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低集电结面积大集电结面积大外部外部条件条件发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏2.满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共发射极共集电极共集电极共基极共基极模 拟 电 子 技 术实现电路实现电路:模

28、拟 电 子 技 术3.三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程1)发射区向基区注入多子发射区向基区注入多子电子电子，形成发射极电流形成发射极电流 IE。I CN多数向多数向 BC 结方向扩散形成结方向扩散形成 ICN。IE少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成 IBN。I BN基区空基区空穴来源穴来源基极电源提供基极电源提供(IB)集电区少子漂移集电区少子漂移(ICBO)I CBOIBIBN IB+ICBO即：即：IB=IBN ICBO 2)电子到达基区后电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略)模 拟 电 子 技 术I CNIEI BNI CBOIB

29、 3)集电区收集扩散过集电区收集扩散过 来的载流子形成集来的载流子形成集 电极电流电极电流 ICICI C=ICN +ICBO 模 拟 电 子 技 术4.三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系当当管管子子制制成成后后，发发射射区区载载流流子子浓浓度度、基基区区宽宽度度、集集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：IB=I BN ICBO IC=ICN +ICBO穿透电流穿透电流模 拟 电 子 技 术IE=IC+IB模 拟 电 子 技 术1.5.2 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线一、输入特性一、输入特性输入输入回路回路输出输出回路回路与二极

30、管特性相似与二极管特性相似模 拟 电 子 技 术O特性基本特性基本重合重合(电流分配关系确定电流分配关系确定)特性右移特性右移(因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子)导通电压导通电压 UBE(on)硅管：硅管：(0.6 0.8)V锗管：锗管：(0.2 0.3)V取取 0.7 V取取 0.2 V模 拟 电 子 技 术二、输出特性二、输出特性iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43211.截止区：截止区：2.IB 0 3.IC=ICEO 04.条件：条件：两个结反两个结反偏偏截止区截止区ICEO模 拟 电 子 技 术iC/mAuCE/V50

31、A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43212.放大区：放大区：放大区放大区截止区截止区条件：条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点：特点：水平、等间隔水平、等间隔ICEO模 拟 电 子 技 术iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43213.饱和区：饱和区：uCE u BEuCB=uCE u BE 0条件：条件：两个结正偏两个结正偏特点：特点：IC IB临界饱和时：临界饱和时：uCE=uBE深度饱和时：深度饱和时：0.3 V(硅管硅管)UCE(SAT)=0.1 V(锗管锗管)放大区放大区截止区截止区饱饱

32、和和区区ICEO模 拟 电 子 技 术三、温度对特性曲线的影响三、温度对特性曲线的影响1.温度升高，输入特性曲线温度升高，输入特性曲线向左移。向左移。温度每升高温度每升高 1 C，UBE (2 2.5)mV。温度每升高温度每升高 10 C，ICBO 约增大约增大 1 倍。倍。OT2 T1模 拟 电 子 技 术2.温度升高，输出特性曲线温度升高，输出特性曲线向上移。向上移。iCuCE T1iB=0T2 iB=0iB=0温度每升高温度每升高 1 C，(0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。O模 拟 电 子 技 术1.5.3 晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数一、电流放大

33、系数一、电流放大系数1.共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数iC/mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 4321 直流电流放大系数直流电流放大系数 交流电流放大系数交流电流放大系数一般为几十一般为几十 几百几百Q模 拟 电 子 技 术iC/mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43212.共基极电流放大系数共基极电流放大系数 1 一般在一般在 0.98 以上。以上。Q二、极间反向饱和电流二、极间反向饱和电流CB 极极间反向饱和电流间反向饱和电流 ICBO，CE 极极间反向饱和电流间反向饱和电流 IC

34、EO。模 拟 电 子 技 术三、极限参数三、极限参数1.ICM 集电极最大允许电流，超过时集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。值明显降低。2.PCM 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PC=iC uCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 区区模 拟 电 子 技 术U(BR)CBO 发射极开路时发射极开路时 C、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。3.U(BR)CEO 基极开路时基极开路时 C、E 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)EBO 集电极极开路时集电极极开路时 E、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)CBO

35、U(BR)CEO U(BR)EBO(P34 2.1.7)已知已知:ICM=20 mA,PCM=100 mW，U(BR)CEO =20 V，当当 UCE=10 V 时，时，IC mA当当 UCE=1 V，则，则 IC mA当当 IC=2 mA，则，则 UCE 0 此时此时 uGD=UGS(off)；沟道楔型沟道楔型耗尽层刚相碰时称耗尽层刚相碰时称预夹断。预夹断。预夹断预夹断当当 uDS ，预夹断预夹断点点下移。下移。模 拟 电 子 技 术3.转移特性和输出特性转移特性和输出特性UGS(off)当当 UGS(off)uGS 0 时时,uGSiDIDSSuDSiDuGS=3 V 2 V 1 V0 V

36、 3 VOO模 拟 电 子 技 术一、增强型一、增强型 N 沟道沟道 MOSFET (Mental Oxide Semi FET)1.6.2 MOS 场效应管场效应管1.结构与符号结构与符号P 型衬底型衬底(掺杂浓度低掺杂浓度低)N+N+用扩散的方法用扩散的方法制作两个制作两个 N 区区在硅片表面生一在硅片表面生一层薄层薄 SiO2 绝缘层绝缘层S D用金属铝引出用金属铝引出源极源极 S 和漏极和漏极 DG在绝缘层上喷金在绝缘层上喷金属铝引出栅极属铝引出栅极 GB耗耗尽尽层层S 源极源极 SourceG 栅极栅极 Gate D 漏极漏极 DrainSGDB模 拟 电 子 技 术2.工作原理工作

37、原理1)uGS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响(uDS=0)反型层反型层(沟道沟道)模 拟 电 子 技 术1)uGS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响(uDS=0)a.当当 UGS=0，DS 间为两个背对背的间为两个背对背的 PN 结；结；b.当当 0 UGS UGS(th)DS 间间的的电电位位差差使使沟沟道道呈呈楔楔形形，uDS，靠靠近近漏漏极极端端的的沟沟道道厚厚度变薄。度变薄。预夹断预夹断(UGD=UGS(th)：漏极附近反型层消失。漏极附近反型层消失。预夹断发生之前：预夹断发生之前：uDS iD。预夹断发生之后：预夹断发生之后：uDS iD 不变。不变。模 拟 电 子 技 术3.转

38、移特性曲线转移特性曲线2 4 64321uGS/ViD/mAUDS=10 VUGS(th)当当 uGS UGS(th)时：时：uGS=2UGS(th)时的时的 iD 值值开启电压开启电压O模 拟 电 子 技 术4.输出特性曲线输出特性曲线可变电阻区可变电阻区uDS 107 MOSFET：RGS=109 1015IDSSuGS/ViD/mAO模 拟 电 子 技 术4.低频跨导低频跨导 gm 反映了反映了uGS 对对 iD 的控制能力，的控制能力，单位单位 S(西门子西门子)。一般为几。一般为几毫西毫西(mS)uGS/ViD/mAQO模 拟 电 子 技 术PDM=uDS iD，受温度限制。，受温度

39、限制。5.漏源动态电阻漏源动态电阻 rds6.最大漏极功耗最大漏极功耗 PDM模 拟 电 子 技 术小小 结结第第 1 章章模 拟 电 子 技 术一、两种半导体和两种载流子一、两种半导体和两种载流子两种载流两种载流子的运动子的运动电子电子 自由电子自由电子空穴空穴 价电子价电子两两 种种半导体半导体N 型型 (多电子多电子)P 型型 (多空穴多空穴)二、二、二、二、二极管二极管1.1.特性特性特性特性 单向单向导电导电导电导电正向电阻小正向电阻小(理想为理想为 0)，反向电阻大反向电阻大()。模 拟 电 子 技 术iDO uDU(BR)I FURM2.2.主要参数主要参数主要参数主要参数正向正

40、向 最大平均电流最大平均电流 IF反向反向 最大反向工作电压最大反向工作电压 U(BR)(超过则击穿超过则击穿)反向饱和电流反向饱和电流 IR (IS)(受温度影响受温度影响)IS模 拟 电 子 技 术3.二极管的等效模型二极管的等效模型理想模型理想模型 (大信号状态采用大信号状态采用)uDiD正偏导通正偏导通 电压降为零电压降为零 相当于理想开关闭合相当于理想开关闭合反偏截止反偏截止 电流为零电流为零 相当于理想开关断开相当于理想开关断开恒压降模型恒压降模型UD(on)正偏电压正偏电压 UD(on)时导通时导通 等效为恒压源等效为恒压源UD(on)否则截止，相当于二极管支路断开否则截止，相当

41、于二极管支路断开UD(on)=(0.6 0.8)V估算时取估算时取 0.7 V硅管：硅管：锗管：锗管：(0.1 0.3)V0.2 V折线近似模型折线近似模型相当于有内阻的恒压源相当于有内阻的恒压源 UD(on)模 拟 电 子 技 术4.二极管的分析方法二极管的分析方法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法5.特殊二极管特殊二极管工作条件工作条件主要用途主要用途稳压二极管稳压二极管反反 偏偏稳稳 压压发光二极管发光二极管正正 偏偏发发 光光光敏二极管光敏二极管反反 偏偏光电转换光电转换模 拟 电 子 技 术三、两种半导体放大器件三、两种半导体放大器件双极型半导体三极管双极型半导体三极管(晶体三

42、极管晶体三极管 BJT)单极型半导体三极管单极型半导体三极管(场效应管场效应管 FET)两种载流子导电两种载流子导电多数载流子导电多数载流子导电晶体三极管晶体三极管1.形式与结构形式与结构NPNPNP三区、三极、两结三区、三极、两结2.特点特点基极电流控制集电极电流并实现基极电流控制集电极电流并实现放大放大模 拟 电 子 技 术放放大大条条件件内因：发射区载流子浓度高、内因：发射区载流子浓度高、基区薄、集电区面积大基区薄、集电区面积大外因：外因：发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏3.电流关系电流关系IE=IC+IBIC=IB+ICEO IE=(1+)IB+ICEOIE=IC+IBIC

43、=IB IE=(1+)IB 模 拟 电 子 技 术4.特性特性iC/mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB=0O 3 6 9 124321O0.4 0.8iB/AuBE/V60402080死区电压死区电压(Uth)：0.5 V(硅管硅管)0.1 V(锗管锗管)工作电压工作电压(UBE(on)：0.6 0.8 V 取取 0.7 V(硅管硅管)0.2 0.3 V 取取 0.3 V(锗管锗管)饱饱和和区区截止区截止区模 拟 电 子 技 术iC/mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB=0O 3 6 9 124321放大区放大区饱饱和和区区截止区截止区放大

44、区特点：放大区特点：1)iB 决定决定 iC2)曲线水平表示恒流曲线水平表示恒流3)曲线间隔表示受控曲线间隔表示受控模 拟 电 子 技 术5.参数参数特性参数特性参数电流放大倍数电流放大倍数 =/(1 )=/(1+)极间反向电流极间反向电流ICBOICEO极限参数极限参数ICMPCMU(BR)CEOuCEOICEOiCICMU(BR)CEOPCM安安 全全 工工 作作 区区=(1+)ICBO模 拟 电 子 技 术场效应管场效应管1.分类分类按导电沟道分按导电沟道分 N 沟道沟道P 沟道沟道按结构分按结构分 绝缘栅型绝缘栅型(MOS)结型结型按特性分按特性分 增强型增强型耗尽型耗尽型uGS=0

45、时，时，iD=0uGS=0 时，时，iD 0增强型增强型耗尽型耗尽型(耗尽型耗尽型)模 拟 电 子 技 术2.特点特点栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流输入电阻高，工艺简单，易集成输入电阻高，工艺简单，易集成由于由于 FET 无栅极电流，故采用无栅极电流，故采用转移特性转移特性和和输出特性输出特性描述描述3.特性特性不同类型不同类型 FET 的特性比较参见的特性比较参见 表表1-2 第第 6 4页页模 拟 电 子 技 术不同类型不同类型 FET 转移特性比较转移特性比较结型结型N 沟道沟道uGS/ViD/mAO增强型增强型耗尽型耗尽型MOS 管管(耗尽型耗

46、尽型)IDSS开启电压开启电压UGS(th)夹断电压夹断电压UGS(off)IDO 是是 uGS=2UGS(th)时的时的 iD 值值模 拟 电 子 技 术四、晶体管电路的基本问题和分析方法四、晶体管电路的基本问题和分析方法三种工作状态三种工作状态状态状态电流关系电流关系 条条 件件放大放大I C=IB发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏饱和饱和 I C IB两个结正偏两个结正偏ICS=IBS 集电结零偏集电结零偏临界临界截止截止IB U(th)则则导通导通以以 NPN为为 例：例：UBE UB UE放大放大UE UC UB饱和饱和PNP 管管UC UB UC U B饱和饱和2.电流判别法电流判别法IB IBS 则则饱和饱和IB IBS 则则放大放大