工學(xué)模擬電子線路半導(dǎo)體器件PPT課件

1、 教材： 模擬電子線路 （張友純，華中科技大學(xué)出版社) 參考書： 電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分4、5版) (康華光，高等教育出版社) 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) (第三版） (童詩白 華成英，高等教育出版社) 電子線路 （線性部分 第四版 ） （謝嘉奎 高等教育出版社) 1.1 半導(dǎo)體的基本知識 1.5 場效應(yīng)管 1.4 晶體三極管 1.3 特殊二極管 1.2 PN結(jié)與半導(dǎo)體二極管 1.6 集成運(yùn)算放大器 1.1 半導(dǎo)體的基本知識 1.1.1 半導(dǎo)體材料 1.1.2 半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu) 1.1.3 本征半導(dǎo)體 1.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體 1.1.1 半導(dǎo)體材料 根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體

2、和 半導(dǎo)體。 導(dǎo)體：很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體(電阻率 108 cm的為絕緣體 ）。 半導(dǎo)體：導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，稱為半導(dǎo)體，如鍺、 硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性在外界某種因素作用下會發(fā)生顯著變化。具體表現(xiàn)在以下三個方面： 2、熱敏性 溫度的變化可以使其電阻率發(fā)生明顯的變化，人們利用 這種特性可以做成各種熱敏元件，如熱敏電阻、溫度傳感器等。 1、摻雜性：半導(dǎo)體因摻入微量的雜質(zhì)其電阻率發(fā)生顯著的變化，人們正是利用這 種特性來改變和控制半導(dǎo)體的電阻率，制成各種半導(dǎo)體器件。 3、光敏性 在光照下，一些半導(dǎo)體的電阻率可以發(fā)生明顯變化，有的甚 至可

3、以產(chǎn)生電動勢，人們利用這種特性可以做成各種光電晶體管、光 電耦合器和光電池。 1.1.2 半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu) 硅晶體的空間排列 1.1.2 半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu) 硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型及晶體結(jié)構(gòu) 1.1.3 本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。 空穴共價鍵中的空位。 電子空穴對由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由 電子和空穴對。 空穴的移動空穴的運(yùn)動是靠相鄰 共價鍵中的價電子依次充填空穴來實(shí) 現(xiàn)的。 本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) Ge Si （完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體） 硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu) 硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu) 共價鍵共 用電子對 +4+4 +4+4 +4表示除去 價電子后的

4、原子 共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下 束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電 子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。 +4+4 +4+4 自由電子 空穴 束縛電子 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 (1)兩種載流子-自由電子、空穴 空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。 1.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo) 電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價或五價元素。摻入雜質(zhì) 的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。 N型半導(dǎo)體摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。 P型半導(dǎo)體摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。 1. N

5、型半導(dǎo)體 因五價雜質(zhì)原子中只有四個 價電子能與周圍四個半導(dǎo)體原子 中的價電子形成共價鍵，而多余 的一個價電子因無共價鍵束縛而 很容易形成自由電子。 在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載 流子, 由熱激發(fā)形成。 提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱 為施主雜質(zhì)。 +4+4 +5+4 多余 電子 磷原子 在硅或鍺的晶體中 摻入微量的五價元素 （P）。 1、由磷原子提供的電子，濃度與磷原子相同。 2、本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。 摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于 空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（

6、多子），空穴稱為少數(shù)載流子 （少子）。 N 型半導(dǎo)體 2. P型半導(dǎo)體 因三價雜質(zhì)原子在與硅 原子形成共價鍵時，缺少一 個價電子而在共價鍵中留下 一個空穴。 在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是 少數(shù)載流子， 由熱激發(fā)形成。 空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價雜質(zhì) 因而也稱 為受主雜質(zhì)。 P 型半導(dǎo)體 P 型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。 +4+4 +3+4 空穴 硼原子 在硅或鍺的晶體中 摻入微量的三價元素 （B）。 雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法 P型半導(dǎo)體 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + N型半

7、導(dǎo)體 摻入雜 質(zhì)對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大 的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下: T=300 K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度: n = p =1.41010/cm3 1 本征硅的原子濃度: 4.961022/cm3 3 以上三個濃度基本上依次相差106/cm3 。 2 摻雜后 N 型半導(dǎo)體中的自由電子濃度: n=51016/cm3 3. 雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響 本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體 本節(jié)中的有關(guān)概念 end 自由電子、空穴 N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體 多數(shù)載流子、少數(shù)載流子 施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì) 1.2 PN結(jié)與晶體二極管 1.2.1 PN結(jié)的形成 1.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1.2.3 PN結(jié)的

8、反向擊穿 1.2.4 PN結(jié)的電容效應(yīng) 1.2.5 晶體二極管 1.2.6 晶體二極管電路 1.2.1 PN結(jié)的形成 圖2.2.1 PN結(jié)的形成 在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴(kuò)散不同的雜質(zhì),分別形成N型 半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面 上形成如下物理過程: 因濃度差 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場 內(nèi)電場促使少子漂移 內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散 最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動態(tài)平衡。 對于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空 間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。 在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。 多子的擴(kuò)散運(yùn)動由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 1.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?當(dāng)外加電

9、壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正 偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。 (1) PN結(jié)加正向電壓時 PN結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況 低電阻 大的正向擴(kuò)散電流 iD/m A 1.0 0.5 0.5 1.00.501.0 D/V PN結(jié)的伏安特性 iD/m A 1.0 0.5 0.5 1.00.501.0 D/V PN結(jié)的伏安特性 2.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?當(dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正 偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。 (2) PN結(jié)加反向電壓時 PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況 高電阻 很小的反向漂移電流A級 在一定的溫度條件下

10、，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的， 故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小 無關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。 iD/m A 1.0 0.5 iD= IS 0.5 1.00.501.0 D/V PN結(jié)加正向電壓時， 呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流； 由此可以得出結(jié)論： PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?PN結(jié)加反向電壓時， 呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。 1.2.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?(3) PN結(jié)V- I 特性表達(dá)式 其中 iD/m A 1.0 0.5 0.5 1.00.501.0 D/V PN結(jié)的伏安特性 iD/m A 1.0 0.5 iD= IS 0.5 1.00.

11、501.0 D/V )1( / SD D T Vv eIi IS 反向飽和電流 VT 溫度的電壓當(dāng)量 且在常溫下（T=300K） V026.0 q kT V T mV 26 1.2.3 PN結(jié)的反向擊穿 當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一 定數(shù)值時，反向電流突然快速增 加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。 iD O V B R D 熱擊穿不可逆 雪崩擊穿 齊納擊穿 電擊穿可逆 1.2.4 PN結(jié)的電容效應(yīng) (1) 勢壘電容CB 勢壘電容示意圖 1.2.4 PN結(jié)的電容效應(yīng) (2) 擴(kuò)散電容CD 擴(kuò)散電容示意圖 end 1.2.5 晶體二極管 在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結(jié) 構(gòu)分有點(diǎn)

12、接觸型、面接觸型和平面型三大類。 (1) 點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用 于檢波和變頻等高頻電路。 (a)點(diǎn)接觸型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖 1. 二極管的結(jié)構(gòu) (3) 平面型二極管 往往用于集成電路制造藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān) 電路中。 (2) 面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用于工頻大 電流整流電路。 (b)面接觸型 (c)平面型 陰陰 極極 引引 線線 陽陽 極極 引引 線線 P N P 型型 支支 持持 襯襯 底底 (4) 二極管的代表符號 (d) 代代 表表 符符 號號 k 陰陰 極極陽陽 極極a 半導(dǎo)體二極管圖片 2 . 二極管的伏安特性 二極管的伏安特性

13、曲線可用下式表示 )1( / SD D T Vv eIi 0 D/V 0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 40 5 10 15 20 10 20 30 40 iD/ A iD/m A 死死 區(qū)區(qū) V th V B R 硅二極管2CP10的V-I 特性 0 D/V 0.2 0.4 0.6 20 40 60 5 10 15 20 10 20 30 40 iD/ A iD/m A V th V B R 鍺二極管2AP15的V-I 特性 + iD v D - R 正向特性 反向特性 反向擊穿特性 導(dǎo)通壓降: 硅管 0.60.7V,鍺管 0.20.3V 死區(qū)電壓 硅管 0.5V,鍺管0.2

14、V 3 . 二極管的參數(shù) (1) 最大整流電流IF (2) 反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓VRM (3) 反向電流IR (4) 正向壓降VF (5) 極間電容CB end 1.2.6 二極管電路及其分析方法 1 二極管V- I 特性的建模 2 應(yīng)用舉例 1 二極管V- I 特性的建模 1. 理想模型3. 折線模型 2. 恒壓降模型 4. 小信號模型 二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時，其正向特性可以 等效成一個微變電阻。 D D d i v r 即)1( / SD D T Vv eIi根據(jù) 得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo) Q dv di g D D d Q Vv T T e V I / S D T

15、 V I D d d 1 g r 則 D I V T 常溫下（T=300K） )mA( )mV(26 DD d II V r T 1 二極管V- I 特性的建模 例1：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R1k，UREF=2V，輸入信號為ui。 (1)若 ui為4V的直流信號，分別采用理想二極管模型、恒壓源模型計(jì)算電流I和輸出電壓uo + - - + U I u REF R i u O 解：（1）采用理想模型分析。 采用恒壓源模型分析。 mA2 k1 2VV4 REFi R Uu I V2 REFo Uu mA3.1 k1 V7.02VV4 DREFi R UUu I 2.7V0.7VV2 DREF

16、o UUu 2 應(yīng)用舉例 （2）如果ui為幅度4V的交流三角波，波形如圖所示，分別采用理想二極管模型和恒壓源模 型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。 + - - + U I u REF R i u O 解：采用理想二極管 模型分析。波形如右所示。 0 -4V ui t 2V 2V uo t 0 2.7V uo t 0 -4V 4V ui t 2.7V 采用恒壓源模型分析，波形如 右所示。 + - - + U I u REF R i u O 判斷二極管在電路中的工作狀態(tài)，常用的方法是： 先假設(shè)將二極管斷開，求二極管正負(fù)極間的電壓，若該電壓大于 二極管導(dǎo)通電壓，則二極管處于正偏而導(dǎo)通；反之，則處于

17、反偏 而截止。 若電路中出現(xiàn)兩個以上二極管，則承受正向電壓較大者優(yōu) 先導(dǎo)通，然后根據(jù)電路情況，分析其它二極管工作狀態(tài)。 注意 例2:在下圖中,試求以下幾種情況的端電壓VY及各元件流過的電流: (1)UA=10V,UB=0V; 0 B D I mAA A R V II VVU Y RD Y A 1101 109 9 9 91 10 9 3 3 解:忽略二極管的導(dǎo)通壓降： (1)二極管優(yōu)先導(dǎo)通，則 反向偏置，截止， A D I UA UB B D I 1K 1K R 9k R I A (2)UA=6V,UB=5.8V; VVVU Y 8.559.5 9 1 1 1 1 1 1 8.5 1 6 設(shè)兩

18、管均導(dǎo)通，應(yīng)用結(jié)點(diǎn)電壓法可得： UA UB B D I 1K 1K R 9k R I A mAAAI mAAAI mAAAI R D D B A 62.01062.0 109 59.5 21.01021.0 101 59.58.5 41.01041.0 101 59.56 3 3 3 3 3 3 可見DB管也確能導(dǎo)通. 例3：兩個穩(wěn)壓管,穩(wěn)定電壓分別為5.5V和8.5V,正向?qū)▔航刀际?.5V,如果要得到 0.5V、3V、6V、9V和14V應(yīng)如何連接? 解:電路如下列所示，分別可以得到題意要求的穩(wěn)壓值： (a)(b)(c) (d) (e) 例3：兩個穩(wěn)壓管,穩(wěn)定電壓分別為5.5V和8.5V,

19、正向?qū)▔航刀际?.5V,如果要得 到0.5V、3V、6V、9V和14V應(yīng)如何連接? 解:電路如下列所示，分別可以得到題意要求的穩(wěn)壓值： - + R Ui Dz1 0.5V - R + R DZ1 Dz2 Ui -3V+ - - - + Ui R Dz1 Dz2 + 6V - + Ui - R Dz1 Dz2 + 9V - + Ui - R + 14v - 例4： D 6V 12V 3k B A UAB + 電路如圖, 求: UAB 例5: mA4 3 12 2D I B D1 6V 12V 3k A D2 UAB + V sin18 i tu t 1.3 特殊二極管 1.3.1 穩(wěn)壓二極管

20、1.3.2 變?nèi)荻O管 1.3.3 光電子器件 1. 光電二極管 2. 發(fā)光二極管 3. 激光二極管 1.3.1 穩(wěn)壓二極管 1. 符號及穩(wěn)壓特性 (a)符號 (b) 伏安特性 利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時工作在反向電 擊穿狀態(tài)。 曲線越陡，電壓越 穩(wěn)定 (1) 穩(wěn)定電壓VZ (2) 動態(tài)電阻rZ =VZ /IZ rz越小，穩(wěn)壓性能越好 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下， 所對應(yīng)的反向工作電壓。 (4)最大穩(wěn)定工作電流 IZmax 和最小穩(wěn)定工作電流 IZmin 2. 穩(wěn)壓二極管主要參數(shù) 1.3.1 穩(wěn)壓二極管 (3)最大耗散功率 maxZZZM IUP (5)穩(wěn)定電壓溫度

21、系數(shù)VZ 穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù) 2.5.1 穩(wěn)壓二極管 3. 穩(wěn)壓電路 + R - I R + - R L I O V O V I I Z D Z 正常穩(wěn)壓時 VO =VZ IZmin IZ IZmax RL發(fā)生變化： RL IO IR VO IZ IR VO VI發(fā)生變化： VI VO IZ IR VR VO 例：穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用 RL ui uO R DZ i iz iL UZ 穩(wěn)壓二極管技術(shù)數(shù)據(jù)為：穩(wěn)壓值UZW=10V，Izmax=12mA，Izmin=2mA，負(fù) 載電阻RL=2k，輸入電壓ui=12V，限流電阻R=200 。若負(fù)載電阻變化 范圍為1.5 k 4 k ，是否還能穩(wěn)

22、壓？ RL ui uO R DZ i iz iL UZ UZW=10V ui=12V R=200 Izmax=12mA Izmin=2mA RL=2k (1.5 k 4 k) iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（mA） i= （ui - UZ）/R=（12-10）/0.2=10 （mA） iZ = i - iL=10-5=5 （mA） RL=1.5 k , iL=10/1.5=6.7（mA）, iZ =10-6.7=3.3（mA） RL=4 k , iL=10/4=2.5（mA）, iZ =10-2.5=7.5（mA） 負(fù)載變化,但iZ仍在12mA和2mA之間,所 以穩(wěn)壓管仍能起穩(wěn)壓作

23、用 U/V C/pF 100 8 0 6 0 4 0 2 0 1 0 864 2 K A 圖1-19 變?nèi)荻O管符號及特性 利用PN結(jié)的勢壘電容隨外加反向 電壓的變化而變化的特性可制成變?nèi)?二極管，其符號和特性如圖1-19所示。 變?nèi)荻O管的容量很小，為皮法數(shù)量 級，它有一定的電容變化范圍，主要 用于高頻場合下，例如電調(diào)諧、調(diào)頻 信號的產(chǎn)生等。 1.3.2 變?nèi)荻O管 1.3.3 光電子器件 反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。 I U 照度增加 1.光電二極管 有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的光，目 前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的 電特性與一般二極管類似。 end 2.發(fā)光二極

24、管 1.3.3 光電子器件 1.4.1 三極管結(jié)構(gòu)簡介 1.4 晶體三極管 1.4.2 三極管的電流分配與放大原理 1.4.3 三極管的特性曲線 1.4.4 三極管的主要參數(shù) 1.4.1 三極管的結(jié)構(gòu)簡介 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。 兩種類型的三極管 發(fā)射結(jié)(Je) 集電結(jié)(Jc) 基極，用B或b表示（Base） 發(fā)射極，用E或e 表示（Emitter）； 集電極，用C或c 表示（Collector）。 發(fā)射區(qū) 集電區(qū) 基區(qū) 三極管符號 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高； 集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大； 基區(qū)很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且摻

25、雜濃度最低。 管芯結(jié)構(gòu)剖面圖 1.4.2 三極管的電流分配與放大原理 1. 內(nèi)部載流子的傳輸過程 三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載流子傳輸體現(xiàn)出 來的。 外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子 集電區(qū)：收集載流子 基區(qū)：傳送和控制載流子 （以NPN為例） 載流子的傳輸過程 以上看出，三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導(dǎo)電，故稱為雙極型三極管?；?BJT (Bipolar Junction Transistor)。 1.4.2 三極管的電流分配與放大原理 2、電流放大原理 EB RB EC IE 基區(qū)空穴向 發(fā)射區(qū)的擴(kuò) 散可忽略。 IBE 進(jìn)入P區(qū)的電子少

26、部分 與基區(qū)的空穴復(fù)合，形 成電流IBE ，多數(shù)擴(kuò)散到 集電結(jié)。 發(fā)射結(jié)正偏， 發(fā)射區(qū)電子不 斷向基區(qū)擴(kuò)散， 形成發(fā)射極電 流IE。 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏 B E C N N P B E C N N P EB RB EC IE 集電結(jié)反偏，有少子形 成的反向電流ICBO。 ICBO IC=ICE+ICBOICE IBE ICE 從基區(qū)擴(kuò)散來的電 子作為集電結(jié)的少 子，漂移進(jìn)入集電 結(jié)而被收集，形成 ICE。 IB=IBE-ICBOIBE IB B E C N N P EB RB EC IE ICBO ICE IC=ICE+ICBO ICE IBECBE III 1、發(fā)射區(qū)發(fā)射電子 2、電子在

27、基區(qū)擴(kuò)散和復(fù)合 3、集電區(qū)收集電子 2. 電流分配關(guān)系 發(fā)發(fā)射射極極注注入入電電流流 傳傳輸輸?shù)降郊婋姌O極的的電電流流 設(shè)設(shè) E nC I I 即即 根據(jù)傳輸過程可知 IC= InC+ ICBOIB= IB - ICBO 通常 IC ICBO E C I I 則則有有 為電流放大系數(shù)，它只與管子 的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加 電壓無關(guān)。一般 = 0.90.99 IE=IB+ IC 載流子的傳輸過程 1 又又設(shè)設(shè) 根據(jù) B CEOC I II 則則 是另一個電流放大系數(shù)，同樣，它也只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻 雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。一般 1 IE=IB+ IC IC= InC+ ICBO

28、 E nC I I 且令 B C CEOC I I II 時時，當(dāng)當(dāng) ICEO= (1+ ) ICBO（穿透電流） 2. 電流分配關(guān)系 3. 三極管的三種組態(tài) 共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示; 共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。 共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示； 三極管的三種組態(tài) + - b c e RL 1k 共射極放大電路 共射極放大電路 VBB VCC VBE IB IE IC + - vI +vBE vO + - +iC +iE +iB vI = 20mV 設(shè) 若 則 電壓放大倍數(shù)49 20mV V98.0 I O V v v A iB = 20 u

29、A vO = -iC RL = -0.98 V， = 0.98 mA98.0 1 B BC i ii 使 4. 放大作用 綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電 流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。 實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是： （1）內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基 區(qū)很薄。 （2）外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。 1.4.2 三極管的電流分配與放大原理 注意： NPN: VCVBVE ； PNP: VCVB0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收 集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下 IB減小，特性曲線右移。 vCE = 0V vCE 1V (1)

30、當(dāng)vCE=0V時，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。 1. 輸入特性曲線 1.4.3 三極管的特性曲線 （以共射極放大電路為例） 飽和區(qū)：iC明顯受vCE控制的區(qū)域， 該區(qū)域內(nèi)，一般vCE0.7V(硅管)。 此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。 iC=f(vCE) iB=const 2. 輸出特性曲線 輸出特性曲線的三個區(qū)域: 1.4.3 三極管的特性曲線 放大區(qū)：iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲 線基本平行等距。此時，發(fā)射結(jié)正 偏，集電結(jié)反偏。 截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域， 相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此 時， vBE小于死區(qū)電壓，集 電結(jié)反偏。 輸出特性三個區(qū)域的特點(diǎn): (1) 放大區(qū) 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)

31、反偏， IC=IB , 且 IC = IB (2) 飽和區(qū) 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏 ，即UCEUBE ， IBIC，UCE0.3V (3) 截止區(qū) 發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏 ， UBE 死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0 1.4.4 三極管的主要參數(shù) (1)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const 1. 電流放大系數(shù) (2) 共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) =IC/IBvCE=const 1.4.4 三極管的主要參數(shù) 1. 電流放大系數(shù) (3) 共基極直流電流放大系數(shù) =（ICICBO）/IEIC/IE (4) 共基極交流電流放大系數(shù) =IC/IE

32、 VCB=const 當(dāng)ICBO和ICEO很小時， 、 ，可以不加區(qū)分。 1.4.4 三極管的主要參數(shù) 1. 電流放大系數(shù) (2) 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 2. 極間反向電流 ICEO (1) 集電極基極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開路時，集電結(jié)的反向飽和電流。 1.4.4 三極管的主要參數(shù) 即輸出特性曲線IB=0 那條曲線所對應(yīng)的Y坐標(biāo)的 數(shù)值。 ICEO也稱為集電極 發(fā)射極間穿透電流。 + b c e - uA I e=0 V C C I C BO + b c e - V C C I C EO uA (1) 集電極最大允許電流ICM (2) 集

33、電極最大允許功率損耗PCM PCM= ICVCE 3. 極限參數(shù) 1.4.4 三極管的主要參數(shù) (3) 反向擊穿電壓 V(BR)CBO發(fā)射極開路時的集電結(jié)反 向擊穿電壓。 V(BR) EBO集電極開路時發(fā)射結(jié)的反 向 擊穿電壓。 V(BR)CEO基極開路時集電極和發(fā)射 極間的擊穿電壓。 幾個擊穿電壓有如下關(guān)系 V(BR)CBO V(BR)CEOV(BR) EBO 3. 極限參數(shù) 1.4.4 三極管的主要參數(shù) 由PCM、 ICM和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電 流區(qū)和擊穿區(qū)。 輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū) end 1.5.1 結(jié)型場效應(yīng)管 1.5 .3 場效應(yīng)管的參數(shù)

34、及其特點(diǎn) 1.5 場效應(yīng)管 1.5.2 絕緣柵場效應(yīng)管 場效應(yīng)管是一種利用電場效應(yīng) 來控制電流大小的半導(dǎo)體器件. 具有體積小 重量輕 耗電省 壽命 長等特點(diǎn),而且輸入電阻高 噪聲低 熱穩(wěn)定性好 抗輻射能力強(qiáng),應(yīng)用范圍廣泛. N溝道 P溝道 增強(qiáng)型 耗盡型 N溝道 P溝道 N溝道 P溝道 （耗盡型） FET 場效應(yīng)管 JFET 結(jié)型 MOSFET 絕緣柵型 (IGFET) 分類： 增強(qiáng)型：沒有加偏置電壓(ugs=0)時，沒有導(dǎo)電溝道(iD=0) 耗盡型：沒有加偏置電壓(ugs=0)時，有導(dǎo)電溝道存在(iD0) 1.5.1 結(jié)型場效應(yīng)管 結(jié)構(gòu) 工作原理 輸出特性 轉(zhuǎn)移特性 主要參數(shù) 1 JFET的

35、結(jié)構(gòu)和工作原理 2 JFET的特性曲線及參數(shù) 1 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理 1. 結(jié)構(gòu) 源極，用S或s表示 N型導(dǎo)電溝道 漏極，用D或d 表示 P型區(qū)P型區(qū) 柵極，用G或g 表示 柵極，用G或g 表示 符號符號 1 JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理 1. 結(jié)構(gòu) 2. 工作原理 VGS對溝道的控制作用 當(dāng)VGS0時 （以N溝道JFET為例） 當(dāng)溝道夾斷時，對應(yīng)的柵源電 壓VGS稱為夾斷電壓VP （ 或 VGS(off) ）。 對于N溝道的JFET，VP 0。 PN結(jié)反偏耗盡層加厚 溝道變窄。 VGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄 VDS對溝道的控制作用 當(dāng)VGS=0時，VDS ID G、D間PN結(jié)的反向電壓增加

36、， 使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道 變窄，從上至下呈楔形分布。 當(dāng)VDS增加到使VGD=VP 時，在緊 靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。 此時VDS 夾斷區(qū)延長 溝道電阻ID基本不變 VGS和VDS同時作用時 當(dāng)VP VGS0時UGS足夠大時（UGSVT） 感應(yīng)出足夠多電子， 這里出現(xiàn)以電子導(dǎo)電 為主的N型導(dǎo)電溝道。 感應(yīng)出電子 VT稱為閾值電壓 UGS較小時，導(dǎo)電溝道 相當(dāng)于電阻將D-S連接 起來，UGS越大此電阻 越小。 P NN GSD UDSUGS P NN GSD UDSUGS 當(dāng)UDS不太大時，導(dǎo)電溝道在兩個 N區(qū)間是均勻的。 當(dāng)UDS較大時，靠近D區(qū)的導(dǎo)電 溝道變窄。 P NN GSD UD

37、SUGS 夾斷后，即使UDS 繼續(xù)增加，ID仍呈 恒流特性。 ID UDS增加，UGD=VT 時，靠近D端 的溝道被夾斷，稱為予夾斷。 UGS=3V U DS （V） ID（mA） 0 1 3 2 4 UGS=4V UGS=5V UGS=2V UGS=1V 開啟電壓UGS（th） 固定一個U DS，畫出ID和UGS的關(guān)系曲 線，稱為轉(zhuǎn)移特性曲線 3、增強(qiáng)型N溝道MOS管的特性曲線 N溝道增強(qiáng)型 （UGS=0時，ID =0 ） G S D ID UGS UGS（th） 開啟電壓 UGS全正 增強(qiáng)型NMOS場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性 輸出特性曲線 UGS=0V U DS （V） ID（mA） 0 1 3 2

38、 4 UGS=+1V UGS=+2V UGS=-1V UGS=-2V 夾斷電壓UP 固定一個U DS，畫出ID和UGS的關(guān)系曲 線，稱為轉(zhuǎn)移特性曲線 4、耗盡型N溝道MOS管的特性曲線 N溝道耗盡型 （UGS=0時，有ID） G S D 0 UGS（off） ID UGS 夾斷電壓 UGS有正有負(fù) 耗盡型NMOS場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性 耗盡型的MOS管UGS=0時就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。 1.6.1 集成運(yùn)放的基本特點(diǎn) 圖1-37集成運(yùn)放符號 集成運(yùn)放是一個多端器件，有兩 個輸入端，一個輸出端，及兩個對稱電 源端。圖中與“-”相對應(yīng)的輸入端稱為反 相輸入端，而與“+”相對應(yīng)的輸入端稱 為同

39、相輸入端。所謂同相或反相都是相 對于輸出電壓U0而言的。輸入、輸出電 壓都是以地為參考的。具有兩個相反極 性的輸入端,大大擴(kuò)展了集成運(yùn)放的應(yīng)用 范圍。 1.集成運(yùn)放的外部特征 1.6 集成運(yùn)算放大器 集成運(yùn)放有兩種基本輸入方式，即差模輸入方式和共模輸入方式。 1) 差模輸入 當(dāng)兩個輸入端信號電壓大小相等極性相反時，即： 2 u id u u 這種輸入方式為差模輸入，如 圖1-38（a）所示。 2.集成運(yùn)放的輸入方式 2） 共模輸入 當(dāng)兩個輸入端信號電壓大小相等極性相同時，即 ic uu u 這種輸入方式為共模輸入。 如圖1-38（b）所示。 當(dāng)運(yùn)放的兩個輸入端接入任意信號，這時 可以將它們分解為一對差模信號和一對共 模信號。即： uuu id 2 uu u ic ri 大: 幾十k 幾百 k 運(yùn)放的特點(diǎn)： KCMRR 很