模拟电子技术(第1章)课件.ppt

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1、1.1 半导体基础知识半导体基础知识1.什么是半导体？什么是本征半导体？什么是半导体？什么是本征半导体？1.1.1 本征半导体本征半导体导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体半导体。导体导体铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。半导体器件是构成电子电路的基本元件，它们所用的材料是经过半导体器件是构成电子电路的基本元件，它们所用的材料是经过特殊加工且性能可控的半导体材料。特殊加工且性能可控的半导体材料。绝缘体绝缘体惰性气

2、体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。半导体半导体硅（硅（SiSi）、锗（）、锗（GeGe），均为四价元素，它们原子的最），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。2.本征半导体的结构本征半导体的结构本征半导体本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。是纯净的晶体结构的半导体。空穴空穴自由电子自由电子共价键共价键自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。自由电子与空穴相碰同时消失，

3、称为复合。一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。3 3、本征半导体中的两种载流子、本征半导体中的两种载流子运载电荷的粒子称为载流子。运载电荷的粒子称为载流子。空穴空穴自由电子自由电子外加电场时，带负电的自由电子和外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。电性很差。温度升高，热运动加剧，载

4、流子浓温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。热力学温度度增大，导电性增强。热力学温度0K0K时不导电。时不导电。1.1.2 杂质半导体杂质半导体通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，便可得通过扩散工艺，在本征半导体中掺入少量合适的杂质元素，便可得到杂质半导体。按掺入得杂质元素，可形成到杂质半导体。按掺入得杂质元素，可形成N型半导体和型半导体和P型半导体；型半导体；控制掺入杂质元素的浓度，就可控制杂质半导体的导电性能。控制掺入杂质元素的浓度，就可控制杂质半导体的导电性能。1.N N型半导体？型半导体？多数载流子多数载流子为自由电子为自由电子自由电子自由电子施主原子施主原

5、子少数载流子少数载流子为空穴为空穴N型半导体主要型半导体主要靠自由电子导靠自由电子导电，掺入的杂质电，掺入的杂质越多，导电性能越多，导电性能也就越强。也就越强。2.P型半导体？型半导体？多数载流子多数载流子为空穴为空穴空穴空穴施主原子施主原子少数载流子少数载流子为自由电子为自由电子P P型半导体主要型半导体主要靠空穴导电，掺靠空穴导电，掺入的杂质越入的杂质越多，导电性能多，导电性能也就越强。也就越强。1.1.3 PN结结采用不同的掺杂工艺，将采用不同的掺杂工艺，将P P型半导体和型半导体和N N型半导体制作在同一块硅片型半导体制作在同一块硅片上，在它们的交界面就形成上，在它们的交界面就形成PN

6、PN结。结。PNPN结具有单向导电性。结具有单向导电性。1.PN结的形成结的形成扩散扩散运动运动多子：多子：空穴空穴多子：多子：自由电子自由电子负离子负离子正离子正离子少子：少子：自由电子自由电子少子：少子：空穴空穴漂移漂移运动运动2.PN结的单向导电性结的单向导电性PN结加正向电压导通：耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源结加正向电压导通：耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。结处于导通状态。PN结加反向电压截止：耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移结加反向电压截止：耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流

7、很小，故可近似认为其截止。运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。3.PN结的电容效应结的电容效应（1）势垒电容）势垒电容 PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容容Cb。（2）扩散电容）扩散电容PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散度均有变化，也有电荷的积累和释

8、放的过程，其等效电容称为扩散电容电容Cd。结电容：结电容：结电容不是常量！若结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，则失去单向结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！导电性！1.2 半导体二极管半导体二极管将将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。结封装，引出两个电极，就构成了二极管。二极管的符号：二极管的符号：常见二极管的外形：常见二极管的外形：1.点接触型二极管点接触型二极管1.2.1 半导体二极管的几种常见结构半导体二极管的几种常见结构点接触型：点接触型：结面积小，结电容小，一般在结面积小，结电容小，一般在1pF以下；以下；故结允许的电流小；故结允许的电流小；最高工作

9、频率高，可达最高工作频率高，可达100MHz以上。以上。点接触型二极管的应用：点接触型二极管的应用：适用于高频电路和小功率整流。适用于高频电路和小功率整流。面接触型：面接触型：结面积大，结电容大结面积大，结电容大故结允许的电流大故结允许的电流大最高工作频率低最高工作频率低2.面接触型二极管面接触型二极管面接触型二极管的应用：面接触型二极管的应用：一般仅作为整流管。一般仅作为整流管。平面型：平面型：结面积可小、可大结面积可小、可大小的工作频率高小的工作频率高大的结允许的电流大大的结允许的电流大3.平面型二极管平面型二极管平面型二极管的应用：平面型二极管的应用：结面积较大的可用于大功率整流；结面积

10、较大的可用于大功率整流；结面积小的可作为脉冲数字电路中的开关管。结面积小的可作为脉冲数字电路中的开关管。二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性开启电压开启电压反向饱和电流反向饱和电流击穿电压击穿电压温度的电压当量温度的电压当量两种材料二极管比较两种材料二极管比较从二极管的伏安特从二极管的伏安特性可以反映出：性可以反映出：1.1.单向导电性单向导电性材料材料开启电压开启电压导通电压导通电压反向饱和电流反向饱和电流硅硅Si0.5V0.6 0.8V0.1A以下以下锗锗Ge0.1V0.1 0.3V几十几十A正向特

11、性为指数曲线正向特性为指数曲线反向特性为横轴的平行线反向特性为横轴的平行线T（）在电流不变情况下管压降在电流不变情况下管压降u 反向饱和电流反向饱和电流IS，U(BR)T（）正向特性左移，反向特性下移正向特性左移，反向特性下移 2.2.伏安特性受温度影响伏安特性受温度影响1.最大整流电流最大整流电流IF：1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数最大整流电流最大整流电流IF是二极管长期运行时允许通过的最大正向电流平均是二极管长期运行时允许通过的最大正向电流平均值，其值与值，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。结面积及外部散热条件等有关。在规定散热条件下，二极管正向平均电流若超过此值，则因结

12、温在规定散热条件下，二极管正向平均电流若超过此值，则因结温升过高而烧坏。升过高而烧坏。2.最高反向工作电压最高反向工作电压UR：最高反向工作电压最高反向工作电压UR是二极管工作时允许外加的最大反向电压，超是二极管工作时允许外加的最大反向电压，超过此值时，二极管有可能因反向击穿而损坏。通常过此值时，二极管有可能因反向击穿而损坏。通常UR为击穿电压的为击穿电压的U（BR）一半。一半。3.反向电流反向电流IR：反向电流反向电流IR是二极管未击穿时的反向电流。是二极管未击穿时的反向电流。反向电流反向电流IR愈小，二极管的单向导电性愈好，反向电流愈小，二极管的单向导电性愈好，反向电流IR对温度对温度非常

13、敏感。非常敏感。4.最高工作频率最高工作频率fM：最高工作频率最高工作频率fM是二极管工作的上限截止频率。超过此值时，由于是二极管工作的上限截止频率。超过此值时，由于结电容的作用，二极管将不能很好地体现单向导电性。结电容的作用，二极管将不能很好地体现单向导电性。在实际应用中，应根据管子所用场合，按其承受的最高反向电压、在实际应用中，应根据管子所用场合，按其承受的最高反向电压、最大正向平均电流、工作频率、环境温度等条件，选择满足要求的最大正向平均电流、工作频率、环境温度等条件，选择满足要求的二极管。二极管。1.由伏案特性折线化得到的等效电路由伏案特性折线化得到的等效电路1.2.4 二极管的等效电

14、路二极管的等效电路由伏案特性折线化得到的等效电路如图所示：由伏案特性折线化得到的等效电路如图所示：实际的伏案特性实际的伏案特性折线化的伏案特性折线化的伏案特性第一种伏案特性折线第一种伏案特性折线等效电路等效电路理想开关理想开关 导通时导通时 UD0,截止时截止时IS0理想二极管理想二极管第二种伏案特性折线第二种伏案特性折线实际的伏案特性实际的伏案特性折线化的伏案特性折线化的伏案特性等效电路等效电路导通时导通时 UDUon，截止时截止时IS0近似分析中最常用近似分析中最常用第三种伏案特性折线第三种伏案特性折线实际的伏案特性实际的伏案特性折线化的伏案特性折线化的伏案特性等效电路等效电路导通时导通时

15、 i 与与 u 成线性关系成线性关系应根据不同情况选择不同的等效电路！应根据不同情况选择不同的等效电路！例例1.2.1电路如图所示，二极管导通电压电路如图所示，二极管导通电压UD约为约为0.7V。试分别估算。试分别估算开关断开和闭合时输出电压的数值。开关断开和闭合时输出电压的数值。解：解：当开关断开时，二极管因加正向电压当开关断开时，二极管因加正向电压而导通，故输出电压而导通，故输出电压当开关闭合时，二极管因加反向电压当开关闭合时，二极管因加反向电压而截止，故输出电压而截止，故输出电压2.二极管的微变等效电路二极管的微变等效电路当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为当二极管

16、在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。ui=0时直流电源作用时直流电源作用小小信信号号作作用用利用二极管的电流方程可以求出利用二极管的电流方程可以求出rd:式中的式中的ID是是Q点的电流。由于二极管正向特性为点的电流。由于二极管正向特性为指数曲线，所以指数曲线，所以Q点越高，点越高，rd的数值越小。的数值越小。对于图示电路，在交流对于图示电路，在交流信号信号ui幅值较小且频率幅值较小且频率较低的情况下，试画出较低的情况下，试画出uR的波形。的波形。对于图示电路，在交流对于图示电路，在交流信号信号

17、ui幅值较小且频率幅值较小且频率较低的情况下，试画出较低的情况下，试画出uR的波形。的波形。1.2.5 稳压二极管稳压二极管稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或者说在一定的功率稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或者说在一定的功率损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性。因而广泛用于损耗范围内），端电压几乎不变，表现出稳压特性。因而广泛用于稳压电源与限幅电路之中。稳压电源与限幅电路之中。1 1、稳压管的伏安特性、稳压管的伏安特性由一个由一个PN结组成，反向击穿后

18、在一定的结组成，反向击穿后在一定的电流范围内端电压基本不变，为稳定电电流范围内端电压基本不变，为稳定电压。压。稳压管的伏案特性与普通二极管相类似，稳压管的伏案特性与普通二极管相类似，如图所示。如图所示。稳压管的符号及其等效电路稳压管的符号及其等效电路2 2、主要参数、主要参数稳定电压稳定电压UZ：稳定电压稳定电压UZ是在规定电流下稳压管的反向击穿是在规定电流下稳压管的反向击穿电压。电压。稳定电流稳定电流IZ：稳定电流稳定电流IZ是稳压管工作在稳压状态时的参考电流，电流低于此值是稳压管工作在稳压状态时的参考电流，电流低于此值时稳压效果变坏，甚至根本不稳压，故也常将时稳压效果变坏，甚至根本不稳压，

19、故也常将IZ记作记作IZmin。额定功耗额定功耗PZM：额定功耗额定功耗PZM等于稳压管的稳定电压等于稳压管的稳定电压UZ与最大稳定电流与最大稳定电流IZM（或记作（或记作IZmax）的乘积。稳压管的功耗超过此值时，会因结温升过高而损坏。）的乘积。稳压管的功耗超过此值时，会因结温升过高而损坏。对于一只具体的稳压管，可以通过其对于一只具体的稳压管，可以通过其PZM的值，求出的值，求出IZM的值。的值。动态电阻动态电阻rZ：动态电阻动态电阻rZ是稳压管工作在稳压区时，端电压变化量与其电流变化是稳压管工作在稳压区时，端电压变化量与其电流变化量之比，即量之比，即温度系数温度系数：温度系数温度系数表示温

20、度每变化表示温度每变化1稳压值的变化量，即稳压值的变化量，即稳定电压小于稳定电压小于4V的管子具有负温度系数（属于齐纳击穿），即温度的管子具有负温度系数（属于齐纳击穿），即温度升高时稳定电压值下降；稳定电压大于升高时稳定电压值下降；稳定电压大于7V的管子具有正温度系数的管子具有正温度系数（属于雪崩击穿），即温度升高时稳定电压值上升；而稳定电压在（属于雪崩击穿），即温度升高时稳定电压值上升；而稳定电压在4V7V之间的管子，温度系数非常小，近似为零（齐纳击穿和雪崩之间的管子，温度系数非常小，近似为零（齐纳击穿和雪崩击穿均有）。击穿均有）。动态电阻动态电阻rZ愈小，电流变化时愈小，电流变化时UZ的变

21、化愈小，即稳压的变化愈小，即稳压管的稳压特性愈好。对于不同型号的管子，管的稳压特性愈好。对于不同型号的管子，rZ将不将不同，从几欧姆到几十欧姆。对于同一只管子，工作电同，从几欧姆到几十欧姆。对于同一只管子，工作电流愈大，流愈大，rZ愈小。愈小。讨论一：讨论一：判断电路中二极管的工作状态，求解输出电压。判断电路中二极管的工作状态，求解输出电压。判断二极管工作状态的方法判断二极管工作状态的方法:断开二极管，并以它的两个极作为端口，断开二极管，并以它的两个极作为端口，利用戴维宁定理求解端口电压；若该电压使二极管正偏，则导通，利用戴维宁定理求解端口电压；若该电压使二极管正偏，则导通，若反偏则截止。若反

22、偏则截止。例例1.2.2在图示稳压管稳压电路中，已知稳压管的稳定电压在图示稳压管稳压电路中，已知稳压管的稳定电压UZ=6V，最小稳定电流最小稳定电流IZmin=5mA，最大稳定电流，最大稳定电流IZmax=25mA；负载电阻；负载电阻RL=600电阻。求解限流电阻电阻。求解限流电阻R的取值范围。的取值范围。解：由电路图可知解：由电路图可知电阻电阻R上的电压为：上的电压为：因此：因此：1.3 晶体三极管晶体三极管晶体三极管中有两种带有不同极性电荷的载流子参与导电，故称之晶体三极管中有两种带有不同极性电荷的载流子参与导电，故称之为双极性晶体管，又称为半导体三极管，以下简称晶体管。常见晶为双极性晶体

23、管，又称为半导体三极管，以下简称晶体管。常见晶体管外形有：体管外形有：小功率管小功率管小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管1.3.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型根据不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成根据不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个两个PN结，就构成晶体管。采用平面工艺制成的结，就构成晶体管。采用平面工艺制成的NPN型硅材料晶体型硅材料晶体管的结构示意图如图所示：管的结构示意图如图所示：多子浓度高多子浓度高多子浓度很多子浓度很低，且很薄低，且很薄面积大面积大1.3.2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用放大是对模拟信号

24、最基本的处理。放大是对模拟信号最基本的处理。基本放大电路如图所示：基本放大电路如图所示：为输入电压信号，接入基极为输入电压信号，接入基极-发发射极回路，称为输入回路。射极回路，称为输入回路。放大后的信号在集电极放大后的信号在集电极-发射极回路，发射极回路，称为输出回路。称为输出回路。由于发射极是两个回路的公共端，故由于发射极是两个回路的公共端，故称该电路为称该电路为共射放大电路共射放大电路。使晶体管工作在放大状态的外部条件是：使晶体管工作在放大状态的外部条件是：集电结反向偏置，集电结反向偏置，发射结正向偏置。发射结正向偏置。晶体管的放大作用表现为晶体管的放大作用表现为小的基极电流可以控制大小的

25、基极电流可以控制大的集电极电流。的集电极电流。1 1、晶体管内部载流子的运动、晶体管内部载流子的运动当上图示电路中的当上图示电路中的 时，晶体管内部载流子的运动示意图如图时，晶体管内部载流子的运动示意图如图所示：所示：因发射区多子浓度因发射区多子浓度高使大量电子从发高使大量电子从发射区扩散到基区射区扩散到基区因基区薄且多子浓因基区薄且多子浓度低，使极少数扩度低，使极少数扩散到基区的电子与散到基区的电子与空穴复合空穴复合因集电区面积大，因集电区面积大，在外电场作用下大在外电场作用下大部分扩散到基区的部分扩散到基区的电子漂移到集电区电子漂移到集电区基区空穴的扩散基区空穴的扩散少数载流子的运动少数载

26、流子的运动扩散运动形成发射极电流扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流，复合运动形成基极电流IB，漂移运动，漂移运动形成集电极电流形成集电极电流IC。2 2、晶体管的电流分配关系、晶体管的电流分配关系设由发射区向基区扩散所形成的电子设由发射区向基区扩散所形成的电子电流为电流为IEN，基区向发射区扩散所形成，基区向发射区扩散所形成的空穴电流为的空穴电流为IEP，基区内复合运动所，基区内复合运动所形成的电流为形成的电流为IBN，基区内非平衡少子，基区内非平衡少子（即发射区扩散到基区但未被复合的（即发射区扩散到基区但未被复合的自由电子）漂移至集电区所形成的电自由电子）漂移至集电区所形成的电

27、流为流为ICBO，则：，则：从外部看：从外部看：3 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电流电流ICN与与IB之比称为之比称为共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数穿透电流穿透电流整理可得：整理可得：穿透电流穿透电流的物理意义是当基极开路（的物理意义是当基极开路（IB=0）时，在集电极电源）时，在集电极电源VCC作用下的集电极与发射极之间形成的电流，而作用下的集电极与发射极之间形成的电流，而ICBO是发射极开路时，是发射极开路时，集电结的反向饱和电流。集电结的反向饱和电流。一般情况下，一般情况下，IB ICBO，所以：所以：共射交流电流放大系数共射交流电流放大系数当以发射极

28、电流作为输入电流，以集电极电流作为输出电流时，电当以发射极电流作为输入电流，以集电极电流作为输出电流时，电流流ICN与与IE之比称为之比称为共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数整理可得：整理可得：共基交流电流放大系数共基交流电流放大系数定义为集电极电流变化量与发射极电流变定义为集电极电流变化量与发射极电流变化量之比，根据化量之比，根据iE、iB 和和iC 的关系可得：的关系可得：通常：通常：可以得到可以得到 与与 的关系，即的关系，即或或故：故：而且与而且与 相同，相同，1.3.3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线晶体管的输入特性和输出特性曲线描述各电极之间电压、电流的关晶体管的输

29、入特性和输出特性曲线描述各电极之间电压、电流的关系，用于对晶体管的性能、参数和晶体管电路的分析估算。系，用于对晶体管的性能、参数和晶体管电路的分析估算。1 1、输入特性曲线、输入特性曲线输入特性曲线描述管输入特性曲线描述管压降压降UCE一定的情况一定的情况下，基极电流下，基极电流iB与发射与发射结压降结压降 uBE 之间的之间的函数关系，即函数关系，即为什么为什么UCE增大增大曲线右移？曲线右移？为什么像为什么像PN结的伏安特性？结的伏安特性？为什么为什么UCE增大到一定值曲增大到一定值曲线右移就不明显了？线右移就不明显了？2 2、输出特性曲线、输出特性曲线输出特性曲线描述基极电流输出特性曲线

30、描述基极电流IB为一常量时，集电极电流为一常量时，集电极电流 iC与管压降与管压降 uCE 之间的函数关系，即之间的函数关系，即放大区放大区饱和区饱和区截止区截止区对应于一个对应于一个IB就有一条就有一条 iC 随随 uCE 变化的曲线。变化的曲线。为什么为什么uCE较小时较小时iC随随uCE变化很大？为什么变化很大？为什么进入放大状态曲线几进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？乎是横轴的平行线？3 3、晶体管的三个工作区域、晶体管的三个工作区域晶体管工作在放大状态时，输出晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流回路的电流 iC几乎仅仅决定于输几乎仅仅决定于输入回路的电流入回路的电流 iB，即可将

31、输出回，即可将输出回路等效为电流路等效为电流 iB 控制的电流源控制的电流源iC。状态状态uBEiCuCE截止截止UonICEOVCC放大放大 UoniB uBE饱和饱和 UoniB uBE1.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数1、直流参数、直流参数（1）共射直流电流系数）共射直流电流系数当当 时时（2）共射直流电流系数）共射直流电流系数当当 可以忽略时可以忽略时（3）极间反向电流）极间反向电流ICBO是发射极开路时集电结的反向饱和电流。是发射极开路时集电结的反向饱和电流。ICEO是基极开路时，集电极与发射极间的穿透电流。是基极开路时，集电极与发射极间的穿透电流。2、交流参数、交流参数（

32、1）共射交流电流系数）共射交流电流系数（2）共射交流电流系数）共射交流电流系数（3）特征频率）特征频率fT由于晶体管中由于晶体管中 PN 结结电容的存在，晶体管的交流电流放大系数是结结电容的存在，晶体管的交流电流放大系数是所加信号频率的函数。信号频率高到一定程度时，集电极电流与基所加信号频率的函数。信号频率高到一定程度时，集电极电流与基极电流之比不但数值下降，且产生相移。使共射电流放大系数的数极电流之比不但数值下降，且产生相移。使共射电流放大系数的数值下降到值下降到1的信号频率称为特征频率的信号频率称为特征频率fT。近似分析中可以认为：近似分析中可以认为：交流参数描述晶体管对于动态信号的性能指

33、标。交流参数描述晶体管对于动态信号的性能指标。3、极限参数、极限参数（1）最大集电极耗散功率）最大集电极耗散功率PCM 决定于晶体管的温升。当硅管的决定于晶体管的温升。当硅管的温度大于温度大于150、锗管的温度大于、锗管的温度大于70时，管子特性明显变坏，甚至烧时，管子特性明显变坏，甚至烧坏。对于确定型号的晶体管、坏。对于确定型号的晶体管、PCM 是是一个确定值，即一个确定值，即 PCM=iCuCE=常数常数，在输出特性坐标平面中为双曲线中的在输出特性坐标平面中为双曲线中的一条，如图所示。一条，如图所示。极限参数是指为使晶体管安全工作对它的电压、电流和功率损耗的极限参数是指为使晶体管安全工作对

34、它的电压、电流和功率损耗的限制。限制。安全工作区安全工作区对于大功率管的对于大功率管的PCM，应特别注意测试条件，如对散热片的规格要，应特别注意测试条件，如对散热片的规格要求。当散热条件不满足要求时，允许的最大功耗将小于求。当散热条件不满足要求时，允许的最大功耗将小于PCM（2）最大集电极电流）最大集电极电流iC 在相当大的范围内在相当大的范围内值基本不变，但当值基本不变，但当iC的数值大到一定程度时的数值大到一定程度时值将减小。使值将减小。使值明显减小的值明显减小的iC即为即为ICM。对于合金型小功率管，定。对于合金型小功率管，定义当义当uCE=1V时，由时，由PCM=iCuCE 得出的得出

35、的iC即为即为ICM。实际上，当实际上，当iC大于大于ICM时，晶体管不一定损坏，但时，晶体管不一定损坏，但明显下降。明显下降。（3）极间反向击穿电压）极间反向击穿电压晶体管的某一电极开路时，另外两个电极间所允许加的最高反向电晶体管的某一电极开路时，另外两个电极间所允许加的最高反向电压称为压称为极间反向击穿电压极间反向击穿电压，超过此值时管子会发生击穿现象。下面，超过此值时管子会发生击穿现象。下面是各种击穿电压的定义：是各种击穿电压的定义：U（BR）CBO是发射极开路时集电极是发射极开路时集电极-基极间的反向击穿电压，这是集基极间的反向击穿电压，这是集电结所允许的最高反向电压。电结所允许的最高

36、反向电压。U（BR）CEO是基极开路时集电极是基极开路时集电极-发射极间的反向击穿电压，此时集发射极间的反向击穿电压，此时集电结承受反向电压。电结承受反向电压。U（BR）EBO是集电极开路时发射极是集电极开路时发射极-基极间的反向击穿电压，这是发基极间的反向击穿电压，这是发射结所允许加的最高反向电压。射结所允许加的最高反向电压。对于不同型号的管子，对于不同型号的管子，U（BR）CBO为几十伏到上千伏，为几十伏到上千伏，U（BR）CEO小小于于U（BR）CBO，而只有，而只有1伏以下到几伏。此外，集电极伏以下到几伏。此外，集电极-发射极间的击发射极间的击穿电压还有：穿电压还有：b-e间接电阻时的

37、间接电阻时的UCER，短路时的，短路时的UCES，接反向电压时的，接反向电压时的UCEX等。等。在组成晶体管电路时，应根据需求选择管子的型号。例如在组成晶体管电路时，应根据需求选择管子的型号。例如用于组成用于组成音频放大电路，则应选低频管；音频放大电路，则应选低频管；用于组成宽频带放大电路，则应选用于组成宽频带放大电路，则应选高频管或超高频管；高频管或超高频管；用于组成数字电路，则应选开关管；用于组成数字电路，则应选开关管；若管子温若管子温升较高或反向电流要求小，则应选用硅管；升较高或反向电流要求小，则应选用硅管；若要求若要求b-eb-e间导通电压间导通电压低，则应选用锗管。低，则应选用锗管。

38、而且，为防止晶体管在使用中损坏，必须使之而且，为防止晶体管在使用中损坏，必须使之工作在安全区，同时工作在安全区，同时b-eb-e间的反向电压要小于间的反向电压要小于U（BR）EBO；对于功率；对于功率管，还必须满足散热条件。管，还必须满足散热条件。1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响温度对晶体管特性及参数的影响1、温度对、温度对ICBO的影响的影响因为因为ICBO是发射极开路时集电结加反向电压时平衡少子的漂移运动是发射极开路时集电结加反向电压时平衡少子的漂移运动形成的饱和电流。所以，当温度升高时，热运动加剧，有更多的价形成的饱和电流。所以，当温度升高时，热运动加剧，有更多的价电子获得足够的

39、能量挣脱共价键的束缚，从而使少子浓度明显增大。电子获得足够的能量挣脱共价键的束缚，从而使少子浓度明显增大。因而参与漂移运动的少子数目增多，从外部看就是因而参与漂移运动的少子数目增多，从外部看就是ICBO增大。可以增大。可以证明，温度每升高证明，温度每升高10，ICBO增加约一倍。反之，当温度降低时增加约一倍。反之，当温度降低时ICBO减少。减少。由于硅管的由于硅管的ICBO比锗管的小得多，所以从绝对数值上看，硅管比锗比锗管的小得多，所以从绝对数值上看，硅管比锗管受温度的影响要小得多。管受温度的影响要小得多。由于由于 ，所以温度变化时，所以温度变化时，ICEO也会产生相应的变也会产生相应的变化。

40、化。2、温度对输入特性的影响、温度对输入特性的影响与二极管伏案特性相类似，当温度升高时，正向特性将左移，如图与二极管伏案特性相类似，当温度升高时，正向特性将左移，如图所示，反之将右移。所示，反之将右移。具有负温度系数，当温度变化具有负温度系数，当温度变化1，大约变化大约变化22.5mV，即，即温度每升高温度每升高1，大约下降，大约下降22.5mV。换言之，若换言之，若 uBE 不变，则当温度升高不变，则当温度升高时时 iB 将增大，反之将增大，反之 iB 减小。减小。3、温度对输出特性的影响、温度对输出特性的影响图示为某晶体管在温度变化时输出特性变化的示意图。图示为某晶体管在温度变化时输出特性

41、变化的示意图。可见，温度升高时，由于可见，温度升高时，由于ICEO、增大，且输入特增大，且输入特性左移，所以导致集电极性左移，所以导致集电极电流增大。电流增大。讨论讨论1.分别分析分别分析uI=0V、5V时时T是工作在截止状态还是导通状态；是工作在截止状态还是导通状态；2.已知已知T导通时的导通时的UBE0.7V，若，若uI=5V，则，则在什么范围内在什么范围内T处于处于3.放大状态放大状态?在什么范围内在什么范围内T处于饱和状态？处于饱和状态？通过通过uBE是否大于是否大于Uon判断管子是否导通。判断管子是否导通。临界饱和时的临界饱和时的场效应管（场效应管（FET）是利用输入回路的电场效应来

42、控制输出回路电流是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，并以此命名。由于它仅靠半导体中的多数载流的一种半导体器件，并以此命名。由于它仅靠半导体中的多数载流子导电，又称为单极型晶体管。子导电，又称为单极型晶体管。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。1.4 场效应管场效应管1.4.1 结型场效应管结型场效应管结型场效应管又有结型场效应管又有N沟道和沟道和P沟道两种类型。沟道两种类型。场效应管有三个极：场效应管有三个极：源极（源极（s）、栅极（）、栅极（g）、漏极（）、漏极（d），），对应于晶对应于晶体管的体管的e、b、c；有；有三

43、个工作区域：三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。导电沟道导电沟道源极源极栅极栅极漏极漏极符号符号结构示意图结构示意图N沟道管沟道管P沟道管沟道管1、结型场效应管的工作原理、结型场效应管的工作原理为使为使N沟道结型场效应管能正常工作，应在其栅沟道结型场效应管能正常工作，应在其栅-源之间加负向电压源之间加负向电压（即（即uGS 0），以保证耗尽层承受反向电压；在漏），以保证耗尽层承受反向电压；在漏-源之间加正向电源之间加正向电压压 uDS 0），以形成漏极电流），以形成漏极电流 iD。uG

44、S UGS（off）uGDUGS（off）g-s电压控制电压控制d-s的等效电阻的等效电阻输出特性输出特性预夹断轨迹，预夹断轨迹，uGDUGS（off）可变电阻区可变电阻区恒恒流流区区iD几乎仅决定于几乎仅决定于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 不同型号的管子不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。将不同。低频跨导：低频跨导：2.绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个N区区相接时，形成导电沟道。相接时，形成导电沟道。增强型管增强型管SiO2

45、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反型层反型层大到一定大到一定值才开启值才开启夹夹断断电电压压漏极漏极饱和饱和电流电流转移特性转移特性 为什么必须用转移特性为什么必须用转移特性描述描述uGS对对iD的控制作用？的控制作用？增强型增强型MOS管管uDS对对iD的影响的影响 用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N沟道增强型沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？管工作在恒流区的条件是什么？iD随随uDS的增的增大而增大，可大而增大，可变电阻区变电阻区 uGDUGS（th）,预夹断预夹断 iD几乎仅仅几乎仅仅受控于受控于uGS

46、，恒，恒流区流区刚出现夹断刚出现夹断uGS的增大几乎全部用的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻来克服夹断区的电阻耗尽型耗尽型MOS管管 耗尽型耗尽型MOS管在管在 uGS0、uGS 0、uGS 0时均可导时均可导通，且与结型场效应管不同，由于通，且与结型场效应管不同，由于SiO2绝缘层的存在，在绝缘层的存在，在uGS0时仍保持时仍保持g-s间电阻非常大的特点。间电阻非常大的特点。加正离子加正离子小到一定值才夹断小到一定值才夹断uGS=0时就存在导电沟道时就存在导电沟道MOS管的特性管的特性1)增强型增强型MOS管管2)耗尽型耗尽型MOS管管开启开启电压电压夹断夹断电压电压3.场效应管的分类场效应管的分类工作在恒流区时工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性间的电压极性uGS=0可工作在恒流区的场效应管有哪几种？可工作在恒流区的场效应管有哪几种？uGS0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？才工作在恒流区的场效应管有哪几种？uGS0才工作在恒流区的场效应管有哪几种？才工作在恒流区的场效应管有哪几种？