chapter-1半導(dǎo)體及三極管

1、根據(jù)物體導(dǎo)電能力（電阻率）的不同，物質(zhì)可分為導(dǎo)體(109 cm)和半導(dǎo)體(10-1UT時(shí)，iD=IS(e uD /UT)； 由此說明：1) 加正向電壓時(shí)，電流與電壓基本上成指數(shù)關(guān)系；2) 加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，加反向電壓時(shí)截止，即具有單向?qū)щ娦浴．?dāng)uD 0，且| uD | UT 時(shí)，iD-IS0。iD=IS(e uD /UT-1)指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)允許通過的最大正向平均電流，它是由結(jié)的結(jié)面積和外界散熱條件決定的。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，二極管的平均電流不能超過此值，并要滿足散熱條件，否則會(huì)燒壞二極管。主要由結(jié)的結(jié)電容大小決定。結(jié)電容越大,則其允許的最高工作頻率越低。指在室溫下，二極管未擊穿時(shí)的反向電流值。該電

2、流越小，管子的單向?qū)щ娦阅芫驮胶谩Ａ碛捎诜聪螂娏魇怯缮贁?shù)載流子形成，所以溫度升高，反向電流會(huì)急劇增加，因而在使用時(shí)要注意溫度的影響。1.3二極管的主要參數(shù)器件的參數(shù)是對(duì)其特性的定量描述，也是我們正確使用和合理選擇器件的依據(jù)。半導(dǎo)體二極管主要參數(shù)有： 1. 最大整流電流I2. 最高反向工作電壓UR3. 反向電流I4. 最高工作頻率fM指二極管使用時(shí)所允許加的最大反向電壓,超過此值二極管就有發(fā)生反向擊穿的危險(xiǎn)。通常取反向擊穿電壓UBR的一半作為UR 。1.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管又稱齊納二極管，其符號(hào)如圖1.2.7 (a)所示。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向電擊穿電擊穿狀態(tài)。狀態(tài)。

3、它是一種用特殊工藝制造的面接觸型硅二極管，這種管子的雜質(zhì)濃度比較大，空間電荷區(qū)內(nèi)的電荷密度也大，容易形成強(qiáng)電場(chǎng)。其特性如圖1.2.7 (b)的所示，其正向特性曲線與普通二極管相似，而反向擊穿特性曲線則很陡。圖中的VZ表示反向擊穿電壓，即穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓原理在于：電流有很大增量時(shí),只引起很小的電壓變化。反向擊穿曲線愈陡，動(dòng)態(tài)電阻愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能愈好。穩(wěn)壓管的參數(shù)主要有以下幾項(xiàng)：1. 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ指穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時(shí)的穩(wěn)定工作電壓。2. 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流IZ(IZmin IZmax)指穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的參考電流。若工作電流小于IZmin，則不能穩(wěn)壓；若工作電流大于

4、IZmax ，則會(huì)因功耗過大而燒壞。3. 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rZ指穩(wěn)壓管兩端電壓和電流的變化量之比。 rZ = U / I rZ愈小愈小,反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡,穩(wěn)壓性越好穩(wěn)壓性越好.4. 電壓的溫度系數(shù)穩(wěn)定電壓電壓的溫度系數(shù)穩(wěn)定電壓aU指穩(wěn)壓的電流保持不變時(shí)，環(huán)境溫度每變化所引起的穩(wěn)定電壓變化的百分比。一般：一般： UZ 7V， aU為正值；UZ UZ 7V， aU值較小，穩(wěn)壓性能穩(wěn)定。5. 額定功率額定功率Z指穩(wěn)壓管工作電壓UZ與最大工作電流IZmax的乘積.Z= UZ IZmax 額定功率決定于穩(wěn)壓管允許的溫升。穩(wěn)壓管電路分析：1. 限流電阻的計(jì)算限流電阻的計(jì)算(

5、1) 當(dāng)輸入電壓最小，負(fù)載電流最大時(shí)，流過穩(wěn)壓二極管的電流最小。此時(shí)IZ不應(yīng)小于IZmin，由此可計(jì)算出限流電阻的最大值。即LmaxZminZIminmax=IIUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILI穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)必須限制穩(wěn)壓管電流,以免燒壞管子負(fù)載與穩(wěn)壓管并聯(lián)(2) 當(dāng)輸入電壓最大，負(fù)載電流最小時(shí)，流過穩(wěn)壓二極管的電流最大。此時(shí)IZ不應(yīng)超過IZmax，由此可計(jì)算出限流電阻的最小值。即LminZmaxZImaxmin=IIUUR +UDziLRz-oU-+RUIZILI所以：所以：minRRmax2. 負(fù)載電阻的計(jì)算負(fù)載電阻的計(jì)算(1) 當(dāng)輸入電壓最小時(shí)，只有負(fù)載電阻足夠大(

6、分流足夠小)才能保證IZ不小于IZmin，由此可計(jì)算出負(fù)載電阻的最大值。即ZmaxminLminZLmaxIRUUUIURZIZ+UDziLRz-oU-+RUIZILI(2) 當(dāng)輸入電壓最大時(shí)，只有負(fù)載電阻足夠小(分流足夠大)才能保證IZ不大于IZmax，由此可計(jì)算出負(fù)載電阻的最小值。即ZminZmaxLmaxZLminIRUUUIURZZ+UDziLRz-oU-+RUIZILI所以：所以：LminRRLmax1.5變?nèi)荻O管普通二極管(整流二極管，檢波二極管)是利用二極管的單向?qū)щ娞匦裕?穩(wěn)壓管是利用二極管的擊穿特性； 而變?nèi)荻O管是利用二極管的電容效應(yīng)。一、一、PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)

7、它包括勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容兩部分。1. 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容是由PN結(jié)的空間電荷區(qū)(耗盡層)形成的，又稱為結(jié)電容。勢(shì)壘電容的大小可用下式表示：lsdUdQCb ：半導(dǎo)體材料的介電系數(shù)；其中： s ：PN結(jié)面積； l ：耗盡層寬度。)1 (DyjobUUCCUD：PN結(jié)的勢(shì)電位差,鍺管0.20.3V,硅管0.60.7VU ：加到二極管上的反向電壓；Cjo：為=0時(shí)的勢(shì)壘(結(jié))電容；y ：為電容變化指數(shù)，與摻雜濃度和管結(jié)構(gòu)有關(guān)。U0CbCjo勢(shì)壘電容Cb與外加反向電壓的關(guān)系(如左圖)2. 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容是由多數(shù)載流子在擴(kuò)散過程中和積累而引起的。當(dāng)外加正向電壓變化時(shí)，PN結(jié)兩側(cè)堆積的少子數(shù)量及濃度梯度也

8、也跟著變化，相當(dāng)于電容的充放電過程，這就是擴(kuò)散電容效應(yīng)。(如右圖)+NPpLx濃濃度度分分布布耗耗盡盡層層NP區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)中中空空穴穴區(qū)區(qū)中中電電子子區(qū)區(qū)濃濃度度分分布布nL綜上所述，綜上所述，PN結(jié)總的結(jié)電容結(jié)總的結(jié)電容Cj包括勢(shì)壘電包括勢(shì)壘電容容Cb和擴(kuò)散電容和擴(kuò)散電容Cd兩部分。兩部分。一般來說，當(dāng)二極管一般來說，當(dāng)二極管正向偏置時(shí)，擴(kuò)散電容正向偏置時(shí)，擴(kuò)散電容起主要作用起主要作用，即可以認(rèn)為，即可以認(rèn)為CjCd； 當(dāng)當(dāng)反向偏置時(shí)，反向偏置時(shí)，勢(shì)壘電容起主要作用勢(shì)壘電容起主要作用，可以認(rèn)為，可以認(rèn)為CjCb。二、變?nèi)荻O管二、變?nèi)荻O管電容效應(yīng)在交流信號(hào)作用下才會(huì)明顯表現(xiàn)出來。是利用PN結(jié)的

9、(反向偏置)勢(shì)壘電容效應(yīng)而構(gòu)成的另一種特殊二極管。三極管從所用材料來分：硅管和鍺管；三極管從結(jié)構(gòu)來分：NPN管和PNP管。由于工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，因此，稱為雙極型晶體管(Bipolar Junc-tion Transistor,簡(jiǎn)稱BJT)。也叫半導(dǎo)體三極管或晶體三極管。1.3.1三極管的結(jié)構(gòu)NPNNPN型型PNPPNP型型符號(hào)符號(hào):-bce-ebc-NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極-PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：(1) 包含：三區(qū)、三極、二結(jié)；(2)發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。

10、(3)基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。箭頭的方向代表電流的方向箭頭的方向代表電流的方向1.3.2三極管的放大作用和載流子的運(yùn)動(dòng)三極管內(nèi)部存在兩個(gè)PN結(jié)，表面看來，似乎相當(dāng)于兩個(gè)二極管背靠背地串聯(lián)在一起，如右圖(以NPN型為例)。但是將兩個(gè)單獨(dú)的二極管這樣連接起來后它們并不具有放大作用。三極管的放大作用,必須由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部電壓條件來保證。1. 內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)a) 發(fā)射區(qū)摻雜濃度最高，因而其中的多數(shù)載流子濃度很高。b) 基區(qū)做得很薄，而且摻雜濃度最低，即基區(qū)中多子濃度很低。c) 集電結(jié)結(jié)面積比較大，且集電區(qū)多子濃度遠(yuǎn)比發(fā)射區(qū)多子濃度低。發(fā)射載流子傳送和控制載流子收集載流子b) 集電結(jié)反偏：NNP

11、BBVCCVRbRCebc共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法c區(qū)區(qū)b區(qū)區(qū)e區(qū)區(qū)+UCE UBEUCB 02. 外部條件外部條件由VBB保證。由VCC、 VBB保證。三極管在工作時(shí)要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷骸?放大狀態(tài))：a) 發(fā)射結(jié)正偏：BBEBBEUUUUBECECBUUU 0一、一、BJT內(nèi)部的載流子傳輸過程內(nèi)部的載流子傳輸過程(1) 因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏,所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成了擴(kuò)散電流IEN 。同時(shí)從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成的電流為IEP。但其數(shù)量小，可忽略。所以發(fā)射極電流IEIEN 。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIE(2) 發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。

12、少部分遇到的空穴復(fù)合掉，形成IBN。所以基極電流IBIBN 。大部分到達(dá)了集電區(qū)的邊緣。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI(3) 因?yàn)榧娊Y(jié)反偏,收集擴(kuò)散到集電區(qū)邊緣的電子，形成電流ICN。另外，集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移電流ICBO。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI（動(dòng)畫演示）(1) 三電流之間的關(guān)系三電流之間的關(guān)系NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI二、二、BJT三個(gè)電極上的電流分配關(guān)系三個(gè)電極上的電流分配關(guān)系EPENEIIIEPBNCNIIICBOCNCIIICBOEPBNBIIIICBEIIIBNCN

13、EIII當(dāng)忽略IEP時(shí)可得到：IE在B極和E極之間的分 配比例取決于基區(qū)寬度、 基區(qū)多子濃度和外加電源VCC的極性及大小。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI(2) 電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系BECIII定義：(忽略各區(qū)少子產(chǎn)生的電流IEP、ICBO。)ECII 稱為共基極直流電流放大系數(shù)。顯然小于1而接近1.BCCIII1BCII定義：1共發(fā)射極直流電流放大倍數(shù)。稱為當(dāng)UCE不變時(shí)，輸入回路中的電流IB與電壓UBE之間的關(guān)系曲線稱為，用下式表示：1.3.31.3.3 BJT的特性曲線的特性曲線（共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法）一、輸入特性曲線：一、輸入特性曲線：+i

14、-uBE+-uBTCE+Ci(1) UCE=0V時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)。0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCEconstUCE)f(UIBEB0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降硅硅 0.7V鍺鍺 0.3V(3) UCE1V再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。(2) 當(dāng)UCE=1V時(shí)，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)復(fù)合減少，在同一UBE電壓下，IB減小。特性曲線將向右稍微移動(dòng)一些。=1VCEu 當(dāng)IB不變時(shí)，輸出回路中的電流IC與電壓UCE之間的關(guān)系曲線稱為，其表達(dá)

15、式為二、二、輸出特性曲線：輸出特性曲線：現(xiàn)以現(xiàn)以IB=60uA一條加以說明一條加以說明.(1) 當(dāng)UCE=0 V時(shí)，因集電極無收集作用，IC=0。iCCE(V)(mA)=60uAIBuconstIB)f(UICEC(3) 當(dāng)UCE 1V后，收集電子的能力足夠強(qiáng)。這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極收集，形成IC。所以UCE再增加，IC基本保持不變。同理同理，可作出IB為其它值的曲線。iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB(2) UCE IC 。 IC接近零的區(qū)域，相當(dāng)IB=0的曲線的下方。此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)放大區(qū)截

16、止區(qū)截止區(qū)iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI =40uABI=60uABI=80uABI =100uA IC受UCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)UCE0.7 V。此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。 曲線基本平行等距。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏.該區(qū)中有：飽和區(qū)飽和區(qū)輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域:飽和區(qū)飽和區(qū)：截止區(qū)：截止區(qū)：放大區(qū)放大區(qū)：BCII（動(dòng)畫演示）三、溫度對(duì)晶體管特性的影響三、溫度對(duì)晶體管特性的影響1. 溫度對(duì)輸入特性的影響溫度升高，少子數(shù)目增加，變薄，發(fā)射結(jié)勢(shì)壘電壓下降，在維持IB不變的情況下，需要輸入電壓UBE下降。輸入特性曲線隨溫度升高向左

17、移。2. 溫度對(duì)的影響溫度升高，少子數(shù)目增加，多子數(shù)目基本不高，由于復(fù)合作用，基區(qū)多子濃度下降，導(dǎo)致提高。3. 溫度對(duì)ICBO、ICEO的影響ICBO是集電結(jié)反向飽和電流，由少子的漂移形成，隨溫度提高呈指數(shù)規(guī)律增加；4. 溫度對(duì)輸出特性的影響溫度升高，使ICBO、ICEO和增加，使輸出特性曲線向上移，且間距拉大。因ICEO=(1+ )ICBO，故溫度升高，ICEO也升高。（動(dòng)畫演示）四、例題四、例題例1.3.1 三極管工作狀態(tài)的判定NPN三極管VT組成的共射電路圖如下所示.設(shè)VT的UBE=0.7V,飽和壓降為UCES=0.7V。試判定三極管處于何種工作狀態(tài)(放大、飽和、截止)。解：通常判定三極

18、管處于何種工作狀態(tài)可用下述三種方法。1. 三極管結(jié)偏置判定法2. 三極管電流關(guān)系判定法3. 三極管結(jié)電位判定法+VCCRbRcIBICIE+VBBVO正偏或零偏正偏反偏正偏反偏反偏或零偏飽和放大截止集電結(jié)發(fā)射結(jié)1. 三極管結(jié)偏置判定法三極管結(jié)偏置判定法結(jié)偏置工作狀態(tài)(1+)IB00002. 三極管電流關(guān)系判定法三極管電流關(guān)系判定法飽和放大截止IEICIB電流工作狀態(tài)流關(guān)系電表中:IBS稱為三極管臨界飽時(shí)基極應(yīng)注入的電流.CCESCCBSRUVI)(3. 三極管電位判定法三極管電位判定法UCES0.7UCESUCVCC0.7VCC0飽和放大截止UB位電位工作狀態(tài)電值三種判定方法中，第二種常用于解

19、題過程中,第三種則常用于實(shí)驗(yàn)測(cè)定。例1.3.2 三極管工作狀態(tài)的分析計(jì)算NPN三極管接成如下圖所示兩種電路。試分析電路中三極管VT處于何種工作狀態(tài)。設(shè)VT的UBE=0.7V。解： (a) BBECCBRUVI基極偏置電流IB為：K1007 . 05)(043. 0mA臨界飽和時(shí)的基極偏置電流IBS為：CCESCCBSRUVIK2407 . 05)(054. 0mA由于IBRC時(shí)，VT為放大狀態(tài)；RBRC時(shí)，VT為飽和狀態(tài)。解： (b) EBBECCBRRUVI)1 (基極偏置電流IB為：1 . 0511007 . 012)(11. 0mA臨界飽和時(shí)的基極偏置電流IBS為：)(ECCESCCBS

20、RRUVI) 1 . 05 . 1 (507 . 012)(14. 0mA由于IBIBS，故三極管VT處于放大狀態(tài)。1.3.4 1.3.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)1. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)(2)共基極電流放大系數(shù)：共基極電流放大系數(shù)：BCII BCiiECIIECiiiCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI =100uACBI=60uAi2.31.538A60mA3 . 2BCII40A40)-(60mA)5 . 13 . 2(BCii(1)共發(fā)射極電流放大系數(shù)：共發(fā)射極電流放大系數(shù)：發(fā)射極開路時(shí)，在其集電結(jié)上加反向電壓，得到反向電流。它實(shí)際上

21、就是一個(gè)PN結(jié)的反向電流。其大小與溫度有關(guān)。2. 極間反向電流極間反向電流(2)集電極發(fā)射極間的穿透電流集電極發(fā)射極間的穿透電流ICEO(1)集電極基極間反向飽和電流集電極基極間反向飽和電流ICBOCBOCEO)1 (II+ICBO+ecbICEO鍺管：I CBO為微安數(shù)量級(jí)，硅管：I CBO為納安數(shù)量級(jí)?；鶚O開路時(shí)，集電極到發(fā)射極間的電流穿透電流 。其大小與溫度有關(guān)。IC增加時(shí)， 要下降。當(dāng)值下降到線性放大區(qū)值的70時(shí)，所對(duì)應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。(1)集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM(2)集電極最大允許功集電極最大允許功率損耗率損耗PCMBICEui(V)IB

22、C=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM3. 極限參數(shù)極限參數(shù)集電極電流通過集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗， PC= ICUCE0時(shí)：VGS越負(fù)，溝道越窄VGD越負(fù)，溝道越窄（動(dòng)畫演示）三、特性曲線三、特性曲線JFET的特性曲線有兩條：轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線。圖1.4.6 N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線(a)輸出特性 (b)轉(zhuǎn)移特性1. 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性描述柵源電壓UGS對(duì)漏極電流ID的控制作用。 轉(zhuǎn)移特性有兩個(gè)重要參數(shù)：夾斷電壓UP和飽和漏極電流IDSS。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線可用以下公式表示：飽和漏極電流IDSS夾斷電壓UP)0()1 (2時(shí)當(dāng)GS

23、PPGSDSSDUUUUII(動(dòng)畫演示)場(chǎng)效應(yīng)管輸出特性曲線可分為三個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和擊穿區(qū)。2. 輸出特性輸出特性描述當(dāng)柵源電壓UGS不變時(shí)，漏極電流ID與漏源電壓UDS的關(guān)系，即：|)(constUDSDGSUfI（動(dòng)畫演示）絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管 ( Metal Oxide Semiconductor FET)，簡(jiǎn)稱MOSFET。分為：增強(qiáng)型 N溝道、P溝道耗盡型 N溝道、P溝道一、一、N N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSMOS管管(1) 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 四個(gè)電極：漏極D，源極S, 柵極G和 襯底B。-gsdb符號(hào)：符號(hào)：-N+NP襯底sgdb源極柵極漏極襯底1.4.2 1.4.2 絕緣柵型場(chǎng)效

24、應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(IGFET)（動(dòng)畫演示）當(dāng)UGS0V時(shí)縱向電場(chǎng)將靠近柵極下方的空穴向下排斥耗盡層。 (2) 工作原理工作原理當(dāng)UGS=0V時(shí)，漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的 二極管，在d、s之間加上電壓也不會(huì)形成電流，即管子截止。再增加UGS縱向電場(chǎng)將P區(qū)少子電子聚集到P區(qū)表面形成導(dǎo)電溝道，如果此時(shí)加有漏源電壓，就可柵源電壓柵源電壓UGS的控制作用的控制作用-s二氧化硅P襯底gDDV+Nd+bNVGGid以形成漏極電流Id。（動(dòng)畫演示）定義：開啟電壓(UT)-剛剛產(chǎn)生溝道所需的柵源電壓UGS。N溝道增強(qiáng)型MOS管的基本特性：UGSUT，管子截止；UGSUT，管子導(dǎo)通。UGS 越大，溝道越寬，在

25、相同的漏源電壓UDS作用下，漏極電流ID越大。 漏源電壓漏源電壓UDS對(duì)漏極電流對(duì)漏極電流ID的控制作用的控制作用當(dāng)UGSUT，且固定為某一值時(shí)，來分析漏源電壓VDS對(duì)漏極電流ID的影響。(設(shè)UT=2V，UGS=4V)(a) UDS=0時(shí)， ID=0。(b) UDSID；同時(shí)溝道靠漏區(qū)變窄。(c) 當(dāng)UDS增加到使UGD=UT時(shí)，溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預(yù)夾斷。(d) UDS再增加，預(yù)夾斷區(qū) 加長(zhǎng)，UDS增加的部分基本 降落在隨之加長(zhǎng)的夾斷溝道上，ID不變。-P襯底d+dDDVs+二氧化硅NNbiGGVg(3) (3) 特性曲線特性曲線輸出特性曲線：輸出特性曲線：ID=f(UDS) UGS=con

26、sti(V)(mA)DDSuGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGS可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū)四個(gè)區(qū)：(a)可變電阻區(qū)(預(yù)夾斷前)。(b)恒流區(qū)也稱飽和區(qū)(預(yù)夾斷后)。(c)夾斷區(qū)(截止區(qū))。(d)擊穿區(qū)。 轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線：ID=f(UGS) UDS=const可根據(jù)輸出特性曲線作出轉(zhuǎn)移特性曲線。例：作UDS=10V的一條轉(zhuǎn)移特性曲線：i(mA)DGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGSuDS(V)Di(mA)10V12341432(V)uGS246UT(4) 重要參數(shù)重要參數(shù)-跨導(dǎo)跨導(dǎo)gm： gm= iD/ uGS uDS=const

27、(單位單位mS)gm的大小反映了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用.在轉(zhuǎn)移特性曲線上， gm為的曲線的斜率。在輸出特性曲線上也可求出gm。1(mA)DSu=6V=3VuuGS(V)1D624i43=5V(mA)243iDGS210V(V)uGSiDGSuiD特點(diǎn)：特點(diǎn)：在柵極下方的SiO2層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)UGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。 定義：定義： 夾斷電壓(UP)-溝道剛剛消失所需的柵源電壓UGS.-g漏極s+N襯底P襯底源極d柵極bN+ +-sbgd二、二、N溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET當(dāng)UGS=0時(shí),就有溝道，加入U(xiǎn)DS，就有ID。當(dāng)UGS0時(shí)，溝

28、道增寬，ID進(jìn)一步增加。當(dāng)UGS0時(shí)，溝道變窄，ID減小。輸出特性曲線輸出特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線1GSu01D(V)-12-2(mA)432i42uu310V=+2V1DSGSD(mA)i= -1VuGSGSGS=0V=+1Vuu(V)= -2VUPGSuUPN溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET的特性曲線的特性曲線P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。三、三、P溝道溝道MOSFET四、例題四、例題例1.4.1 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管工作狀態(tài)分析絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管組成下圖(a)所示電路，圖(

29、b)為其輸出特性曲線。試問： 圖中VT管為哪種導(dǎo)電溝道的場(chǎng)效應(yīng)管？ 要使電路正常工作，VT管應(yīng)為何種類型的場(chǎng)效應(yīng)管？ 在圖示曲線和參數(shù)條件下，電路能否正常工作？此時(shí)VT管處在何種工作狀態(tài)？ 若將圖中VT管改為同樣溝道的另一種類型管，電路應(yīng)作何改動(dòng)才能正常工作？解：1. 導(dǎo)電溝道類型襯底B箭頭方向N型。2. 場(chǎng)效應(yīng)管類型上圖屬自給柵偏壓電路，要使輸入交流信號(hào)正負(fù)向都有輸入，該場(chǎng)效應(yīng)管必須選用耗盡型結(jié)構(gòu)。3. VT管工作狀態(tài)的判定在輸出特性曲線上，經(jīng)過(UDS，ID)為(18，0)和(0，0.45)的兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)作直流負(fù)載線，如下圖紅線所示。 當(dāng)UDS為電源電壓18V時(shí)，ID電流為零當(dāng)UDS為零時(shí)，

30、ID電流為18V(35K+5K) 當(dāng)ID分別取不同的值時(shí)得到相對(duì)應(yīng)的UGS，連接各點(diǎn)，得到輸入回路直流負(fù)載線(如藍(lán)線所示)，從圖(a)電路可得：UGS=-RSIS =-RSID， 它與轉(zhuǎn)移特性曲線的交點(diǎn)即為輸入回路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的UGS UGSQ ID IDQ 0.32mA過Q點(diǎn)作橫坐標(biāo)的平行線與輸出特性圖上直流負(fù)載線交點(diǎn)即為輸出回路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的UDS UDSQ ID IDQ 0.32mA按場(chǎng)效應(yīng)管工作區(qū)域的劃分法可得知其處于飽和區(qū)范圍內(nèi)。起放大作用。4. VT為N溝道增加型管時(shí)電路的改動(dòng)由于電路中柵極靜態(tài)電位UG=0V，如是增強(qiáng)型管就不能正常工作,只有當(dāng)UGSUT時(shí)漏

31、極電流ID才會(huì)出現(xiàn)。因此可考慮在+VDD和柵極G間增加一合適電阻,使靜態(tài)情況下UGS值大于開啟電壓UT。1.4.31.4.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)一、直流參數(shù)一、直流參數(shù)飽和漏極電流飽和漏極電流IDSS 耗盡型場(chǎng)效應(yīng)三極管，當(dāng)VGS=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。夾斷電壓夾斷電壓UP 夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)VGS=VGS(off) 時(shí)，漏極電流為零。3. 開啟電壓開啟電壓UT 開啟電壓是MOS增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對(duì)值, 場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通。4.直流輸入電阻直流輸入電阻RGS 場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵源輸入電阻的典型值，對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約大于107，對(duì)于絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管, RGS約是1091015。二、交流參數(shù)二、交流參數(shù)1.低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)gm 低頻跨導(dǎo)反映了柵壓對(duì)漏極電流的控制作用，這一點(diǎn)與電子管的控制作用相似。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取，單位是ms(毫西門子)。constUDSGSDmUIG2.極間電容極間電容 管子三個(gè)電極之間的等效電容，越小越好。 三、極限參數(shù)三、極限參數(shù)1.漏極最大允許耗散功率漏