第1章電路元器件及其基本定律

1、發(fā)電、輸電與配電的電力系統(tǒng)發(fā)電、輸電與配電的電力系統(tǒng)計算機、通訊等用的計算機、通訊等用的 電子電路電子電路可見，實際電路結(jié)構(gòu)繁簡差別甚大，而作用也各不相同?？梢?，實際電路結(jié)構(gòu)繁簡差別甚大，而作用也各不相同。 電路是電流的通路，是為了某種需要用電工設(shè)備或電路元件電路是電流的通路，是為了某種需要用電工設(shè)備或電路元件按一定方式組合而成。各種電路如下：按一定方式組合而成。各種電路如下： 放放大大器器揚聲器揚聲器話筒話筒發(fā)電機發(fā)電機升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動機電動機電爐電爐.輸電線輸電線電源電源: 提供提供電能的裝置電能的裝置負載負載: 取用取用電能的裝置電能的裝置中間環(huán)節(jié)：中

2、間環(huán)節(jié)：傳遞、分傳遞、分配和控制電能的作用配和控制電能的作用發(fā)電機發(fā)電機升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器電燈電燈電動機電動機電爐電爐.輸電線輸電線直流電源直流電源: 提供能源提供能源信號處理：信號處理：放大、調(diào)諧、檢波等放大、調(diào)諧、檢波等負載負載信號源信號源: 提供信息提供信息放放大大器器揚聲器揚聲器話筒話筒 電源或信號源的電壓或電流稱為電源或信號源的電壓或電流稱為激勵激勵，它推動電路，它推動電路工作；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為工作；由激勵所產(chǎn)生的電壓和電流稱為響應(yīng)響應(yīng)。手電筒的電路模型手電筒的電路模型 將實際的電路元件，用足以反映其電磁性質(zhì)的理想將實際的電路元件，用足以反映其電磁性

3、質(zhì)的理想電路元件或其組合來模擬實際電路中的器件，就構(gòu)成電路元件或其組合來模擬實際電路中的器件，就構(gòu)成與實際電路相對應(yīng)的電路模型。與實際電路相對應(yīng)的電路模型。R+RoES+UI電池電池導(dǎo)線導(dǎo)線燈泡燈泡開關(guān)開關(guān) 手電筒由電池、燈手電筒由電池、燈泡、開關(guān)和筒體組成。泡、開關(guān)和筒體組成。R+RoES+UI電池電池導(dǎo)線導(dǎo)線燈泡燈泡開關(guān)開關(guān) 電池電池是電源元件，其參是電源元件，其參數(shù)為電動勢數(shù)為電動勢 E 和內(nèi)阻和內(nèi)阻Ro； 燈泡燈泡主要具有消耗電能主要具有消耗電能的性質(zhì)，是電阻元件，的性質(zhì)，是電阻元件，其參數(shù)為電阻其參數(shù)為電阻R； 筒體筒體用來連接電池和燈用來連接電池和燈泡，其電阻忽略不計，認泡，其電阻

4、忽略不計，認為是無電阻的理想導(dǎo)體。為是無電阻的理想導(dǎo)體。 開關(guān)開關(guān)用來控制電路的通斷用來控制電路的通斷 dwu tdq dtdtu從磁場的觀點，數(shù)值上等于磁通的變化率，即從磁場的觀點，數(shù)值上等于磁通的變化率，即單位單位 kV 、V、mV、V 從電場的觀點：數(shù)值上等于電場力驅(qū)使單位正從電場的觀點：數(shù)值上等于電場力驅(qū)使單位正電荷從一點移動到另一點時所作的功，即電荷從一點移動到另一點時所作的功，即 ( )dqi tdt Wdwp tdt瓦特（） dqdqdtdwtpdtdqdqdw( ) ( )u t i t( )i tI 單位時間內(nèi)電路消耗（或吸收）的能量單位時間內(nèi)電路消耗（或吸收）的能量( )p

5、 tP 單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量單位時間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電量直流電直流電PUIkA 、A、mA、A電流：電流：Uab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)電壓：電壓：IE+_ 分析與計算電路時，對物理量任意假定的方向。分析與計算電路時，對物理量任意假定的方向。Iab 雙下標(biāo)雙下標(biāo)aRb箭箭 標(biāo)標(biāo)abRI正負極性正負極性+abU U+_ 反映物理量物理意義的方向反映物理量物理意義的方向物理量物理量實實 際際 方方 向向電流電流 I正電荷運動的方向正電荷運動的方向電動勢電動勢E( (電位升高的方向電位升高的方向) )電壓電壓 U( (電位降低的方向電位降低的方向) )高電位高電位 低電位低電位低電位低電位 高電位

6、高電位實際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向一致一致，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為正值正值；實際方向與參考方向?qū)嶋H方向與參考方向相反相反，電流，電流(或電壓或電壓)值為值為負值負值。注意：注意：在參考方向選定后，電流在參考方向選定后，電流 ( 或電壓或電壓 ) 值才有正負之分。值才有正負之分。 若若 I = 5A，則電流從則電流從 a 流向流向 b；例：例：若若 I = 5A，則電流從，則電流從 b 流向流向 a 。abRIabRU+若若 U = 5V，則電壓的實際方向從，則電壓的實際方向從 a 指向指向 b；若若 U= 5V，則電壓的實際方向從，則電壓的實際方向從 b 指向指向 a 。（

7、2 2）從能量的觀點分類：）從能量的觀點分類：（3 3）根據(jù)數(shù)學(xué)模型分類：）根據(jù)數(shù)學(xué)模型分類： 電路的基本元件電路的基本元件（1 1）從端鈕數(shù)目分類：）從端鈕數(shù)目分類： 基本元件的分類基本元件的分類 有源元件有源元件（電源）（電源）無源元件無源元件電阻元件電阻元件電容元件電容元件電感元件電感元件獨立電源獨立電源受控電源受控電源 電動勢源（電動勢源（電勢源電勢源）電激流源電激流源（電激流）（電激流）電壓控制電壓源電壓控制電壓源電壓控制電流源電壓控制電流源電流控制電壓源電流控制電壓源電流控制電流源電流控制電流源基基本本元元件件 電路的基本元件電路的基本元件基本元件的分類基本元件的分類數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模

8、型伏安特性伏安特性u = =- -e 或或 u = = uSusui0電路符號電路符號-uSui-+e 電路的基本元件電路的基本元件 電路的基本元件電路的基本元件 當(dāng)當(dāng)e(t)=E為常數(shù)時電源稱為恒定電動勢，如圖示。若為常數(shù)時電源稱為恒定電動勢，如圖示。若e(t)按按某種確定函數(shù)規(guī)律（如正弦）變化時則稱為交變電動勢，如某種確定函數(shù)規(guī)律（如正弦）變化時則稱為交變電動勢，如圖示。圖示。 恒定電勢恒定電勢e 0tE 交變電勢交變電勢e 0tT 電路的基本元件電路的基本元件 iSu+-ui0i iS S數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型sii伏安特性伏安特性電路符號電路符號 恒定電激流恒定電激流is 0tIS 交變電激

9、流交變電激流is 0tT 電路的基本元件電路的基本元件 電路的基本元件電路的基本元件0uiq=Cu （C=tg）dtduCdtdqdtduCi idtdq0qu 電路的基本元件電路的基本元件duiCdt 電路的基本元件電路的基本元件dtdiLdtddtdiLu udtddiuLdt 電路的基本元件電路的基本元件 電路的基本元件電路的基本元件CCVSCCVSiku+-+-rikVCCSVCCSuk+-guku+-CCCSCCCSiku+-ikVCVSVCVSu+-+- ukuk+- 電路的基本元件電路的基本元件 電路的基本元件電路的基本元件kurikuuskiguskii支路：支路：電路中的每一

10、個分支。電路中的每一個分支。 一條支路流過一個電流，稱為支路電流。一條支路流過一個電流，稱為支路電流。三條或三條以上支路的聯(lián)接點三條或三條以上支路的聯(lián)接點。由支路組成的閉合路徑。由支路組成的閉合路徑。內(nèi)部不含支路的回路。內(nèi)部不含支路的回路。I1I2I3ba+ +- -E2R2+ +-R3R1E11 12 23 3 電路基本定律電路基本定律 電路基本定律電路基本定律在任一時刻，流出任一結(jié)點的電流等于流入該結(jié)點的電流。在任一時刻，流出任一結(jié)點的電流等于流入該結(jié)點的電流。 實質(zhì)實質(zhì): 或或: = 0I1I2I3ba+ +- -E2R2+ +-R3R1E1對結(jié)點對結(jié)點 a：I1+I2 = I3或或 I

11、1+I2I3= 0 電路基本定律電路基本定律I1I2I3ba+ +- -E2R2+ +-R3R1E1對結(jié)點對結(jié)點 a： I1+I2I3= 0 電路基本定律電路基本定律對結(jié)點對結(jié)點b:I3I1I2= 0I =?例例:廣義結(jié)點廣義結(jié)點I = 0IA + IB + IC = 0ABCIAIBIC2 +_+_I5 1 1 5 6V12V 電路基本定律電路基本定律2應(yīng)用應(yīng)用 u = e 項前符號的確定：項前符號的確定： 1列方程前標(biāo)注列方程前標(biāo)注回路的繞行方向回路的繞行方向；注意：注意：即：即： u = e 1列方程前先指定列方程前先指定各電流的參考方向各電流的參考方向 電路基本定律電路基本定律對回路對

12、回路1：對回路對回路2：I1 R1 +I3 R3 = E1 I2 R2+I3 R3 = E2 I1I2I3ba+ +- -E2R2+ +-R3R1E11 12 2 電路基本定律電路基本定律對回路對回路1：對回路對回路2：I1 R1 +I3 R3 = E1 I2 R2+I3 R3 = E2 I1I2I3ba+ +- -E2R2+ +-R3R1E11 12 2 電路基本定律電路基本定律3 3對回路對回路3：I2 R2-I2 R2 =E1 -E2 I I2 2R R2 2 + + U UBEBE = = E E2 2 開口電壓的處理開口電壓的處理1 1對回路對回路1 1：E1UBEE+B+R1+E2

13、R2I2_開口電壓按回路處理開口電壓按回路處理 電路基本定律電路基本定律對網(wǎng)孔對網(wǎng)孔abda：對網(wǎng)孔對網(wǎng)孔acba：對網(wǎng)孔對網(wǎng)孔bcdb：R6I6 R6 I3 R3 +I1 R1 = 0I2 R2 I4 R4 I6 R6 = 0I4 R4 + I3 R3 = ES對回路對回路 adbca，沿逆時針方向循行，沿逆時針方向循行： I1 R1 + I3 R3 + I4 R4 I2 R2 = 0應(yīng)用應(yīng)用 u = e列方程列方程對回路對回路 cadc，沿逆時針方向循行，沿逆時針方向循行： I2 R2 I1 R1 = ESadbcES+R3R4R1R2I2I4I6I1I3I 元件連接及等效簡化元件連接及等

14、效簡化1112RuuRR+2212RuuRR+1nkkRR 元件連接及等效簡化元件連接及等效簡化 2112RiiRR+1212RiiRR+1nkkGG 元件連接及等效簡化元件連接及等效簡化111nkkCC1nkkCC 元件連接及等效簡化元件連接及等效簡化111nkkLL1nkkLL 元件連接及等效簡化元件連接及等效簡化CBADR1、R2 2、R3 3 為三角形聯(lián)接為三角形聯(lián)接R3、R4 4、R5 5 為三角形聯(lián)接為三角形聯(lián)接R1、R3 3、R4 4 為星形聯(lián)接為星形聯(lián)接R2、R3 3、R5 5 為星形聯(lián)接為星形聯(lián)接bcRaRcRba 元件連接及等效簡化元件連接及等效簡化Y形網(wǎng)絡(luò)形網(wǎng)絡(luò)形網(wǎng)絡(luò)形網(wǎng)

15、絡(luò)三端網(wǎng)絡(luò)三端網(wǎng)絡(luò) 元件連接及等效簡化元件連接及等效簡化-+uiuS2-+uS1-+-+-uuS1nsskkuu電動勢源并聯(lián)時必須滿足電壓相等，極性相同。電動勢源并聯(lián)時必須滿足電壓相等，極性相同。等效等效電動勢源等于并聯(lián)電動勢源中的任意一個電動勢源等于并聯(lián)電動勢源中的任意一個 。等效電動勢源的電壓等于等效電動勢源的電壓等于各電動勢源電壓的代數(shù)和各電動勢源電壓的代數(shù)和 極性與等效電壓極性與等效電壓us相同者相同者取正，相反則取負號。取正，相反則取負號。 元件連接及等效簡化元件連接及等效簡化1nsskkii電激流源串聯(lián)時必須滿足電流相等，極性相同。電激流源串聯(lián)時必須滿足電流相等，極性相同。等效等效

16、電激流源等于串聯(lián)電激流源中的任意一個電激流源等于串聯(lián)電激流源中的任意一個 。等效電激流源的電流等于等效電激流源的電流等于各電激流源電流的代數(shù)和各電激流源電流的代數(shù)和 iS2+-uiS1iS+-u參考方向與等效電激流源參考方向與等效電激流源is相同者取正，相反取符號。相同者取正，相反取符號。 元件連接及等效簡化元件連接及等效簡化（1）與電動勢源并聯(lián)的元件，等效變換時是多余的。）與電動勢源并聯(lián)的元件，等效變換時是多余的。（2 2）與電激流源串聯(lián)的元件，等效變換時是多余的。）與電激流源串聯(lián)的元件，等效變換時是多余的。-uS-+uiS-+uS-+-uRuS-+-uusiSu+-RiSu+iS+-uus

17、Rui-+-RiSui +- 元件連接及等效簡化元件連接及等效簡化Guiis-Riuus-uSiSui0iRuus0-0Rtg- 元件連接及等效簡化元件連接及等效簡化 實際電源可用理想電壓源與一個電阻的串聯(lián)模型來描實際電源可用理想電壓源與一個電阻的串聯(lián)模型來描述，該模型稱為述，該模型稱為“電壓電阻電壓電阻”模型。簡稱電壓源模型。簡稱電壓源usRui-+-Riuus-uSiSui0iRuus0- 元件連接及等效簡化元件連接及等效簡化 實際電源可用理想電流源與一個電阻的并聯(lián)模型來描實際電源可用理想電流源與一個電阻的并聯(lián)模型來描述，該模型稱為述，該模型稱為“電流電阻電流電阻”模型。簡稱電流源模型。簡

18、稱電流源iRuRus-00uGiis0-RiSui +-Guiis- 元件連接及等效簡化元件連接及等效簡化00RuiiRuSSSS 注意事項：注意事項：0理想電壓源理想電壓源 元件連接及等效簡化元件連接及等效簡化理想電流源理想電流源 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管共價健共價健 Si Si Si Si價電子價電子 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 Si Si Si Si價電子價電子這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)?？昭昭ㄗ杂呻娮幼杂呻娮?Si Si Si Si磷原子磷原子在常溫下即可在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮幼優(yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€失去一個電子變?yōu)殡娮幼優(yōu)檎x子正離子p+多多余余電電子子 半導(dǎo)體二極管半

19、導(dǎo)體二極管 Si Si Si SiB硼原子硼原子空穴空穴 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管多子的擴散運動多子的擴散運動內(nèi)電場內(nèi)電場少子的漂移運動少子的漂移運動濃度差濃度差 擴散的結(jié)果使空擴散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。間電荷區(qū)變寬?？臻g電荷區(qū)也稱空間電荷區(qū)也稱 PN 結(jié)結(jié) +形成空間電荷區(qū)形成空間電荷區(qū) 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管PN 結(jié)變窄結(jié)變窄 P接正、接正、N接負接負 外電場外電場IF內(nèi)電場內(nèi)電場PN+ 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 P接負、接負、N接正接正 +IR 內(nèi)電場被加內(nèi)電場被加強，少子的漂強，少子的漂移加強，由于移加強，由于少子數(shù)量很少，少子數(shù)量很少，形成很小的反形成很

20、小的反向電流。向電流。ui死區(qū)死區(qū)反向反向正向正向UBRURWMI0M導(dǎo)通區(qū)導(dǎo)通區(qū)硅硅0.60.8V鍺鍺0.20.3V鍺鍺0.1V硅硅0.5V正向特性：正向特性： 齊納擊穿齊納擊穿雪崩擊穿雪崩擊穿IS死區(qū)電壓死區(qū)電壓導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓熱擊穿（熱擊穿（破壞性破壞性） 反向飽和電流反向飽和電流I Is s反向特性：反向特性： 擊穿電壓擊穿電壓 U U（BRBR） 電擊穿（電擊穿（可逆可逆） 反向擊穿反向擊穿擊穿區(qū)擊穿區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū) 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 所謂電容，存儲電荷的容器。電容效應(yīng)則表現(xiàn)為，電所謂電容，存儲電荷的容器。電容效應(yīng)則表現(xiàn)為，電容上的電壓變化時，電容器存

21、儲電荷的增減，即電容器容上的電壓變化時，電容器存儲電荷的增減，即電容器的充放電過程。的充放電過程。 PNPN結(jié)的電容效應(yīng)，可從兩個方面來理解：結(jié)的電容效應(yīng)，可從兩個方面來理解：PNPN結(jié)是一結(jié)是一個空間電荷區(qū)，相當(dāng)于一個充電的平板電容器，此電容個空間電荷區(qū)，相當(dāng)于一個充電的平板電容器，此電容稱稱結(jié)電容結(jié)電容，當(dāng)當(dāng)PNPN結(jié)加正向偏置電壓時，多數(shù)載流子要進結(jié)加正向偏置電壓時，多數(shù)載流子要進行擴散運動，于是將引起電荷的變化，此等效電容稱為行擴散運動，于是將引起電荷的變化，此等效電容稱為擴散電容擴散電容。 當(dāng)當(dāng)PNPN結(jié)偏置電壓改變時，空間電荷也隨之改變。因此，結(jié)偏置電壓改變時，空間電荷也隨之改變。

22、因此，PNPN結(jié)有電容效應(yīng)。結(jié)有電容效應(yīng)。半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管是由一個半導(dǎo)體二極管是由一個PNPN結(jié)構(gòu)成的二端元件。一端叫結(jié)構(gòu)成的二端元件。一端叫陽陽極極，一端叫，一端叫陰極陰極。 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管陰極陰極陽極陽極 電路符號電路符號D 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管金屬觸絲金屬觸絲陽極引線陽極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點接觸型點接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽極引線陽極引線PN結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型陰極引線陰極引線陽極引線陽極引線二氧化硅保護層二氧化硅保護層P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面

23、型平面型ISuiUR 二極管是一種非線性元件，其特性就是二極管是一種非線性元件，其特性就是PNPN結(jié)結(jié)的特性，而電流的特性，而電流i iD D與兩端的電壓與兩端的電壓u uD D 的關(guān)系近似為：的關(guān)系近似為：）（1-TDVuSDeIiIS反向飽和電流；反向飽和電流； VT溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)常溫溫度的電壓當(dāng)量，當(dāng)常溫（ T=300K =300K ）時，）時，VT=26mV=26mV。 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管QQsiuR 靜態(tài)電阻靜態(tài)電阻RS動態(tài)電阻動態(tài)電阻Rd 01limtgdiuduRidi uQi uQiQu0iu0i 忽略正向?qū)▔航岛?/p>

24、電阻，二極管相當(dāng)短路；忽略正向?qū)▔航岛碗娮?，二極管相當(dāng)短路； 二極管反向截止時忽略反向飽和電流，反向電二極管反向截止時忽略反向飽和電流，反向電 阻無窮大，二極管相當(dāng)開路路。阻無窮大，二極管相當(dāng)開路路。理想二極管理想二極管二極管的電阻參數(shù)二極管的電阻參數(shù)UZIZIZM UZ IZUIO 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管穩(wěn)壓管的外形穩(wěn)壓管的外形電路符號電路符號ZZ ZIUr 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管NNPBECBECIBIEICBECIBIEIC 雙極型晶體管雙極型晶體管 雙極型晶體管雙極型晶體管EEBRBRC 雙極型晶體管雙極型晶體管BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO 雙極型晶體管雙極型

25、晶體管ICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOBCCBOBCBOCBECEIIIIIIII + +- - BC CEO III ，有有忽忽略略 雙極型晶體管雙極型晶體管 所謂三極管的連接，就是將三極管接成二端口網(wǎng)絡(luò)，即所謂三極管的連接，就是將三極管接成二端口網(wǎng)絡(luò)，即將三極管的任意一個電極作為輸入與輸出的公共端，另外兩將三極管的任意一個電極作為輸入與輸出的公共端，另外兩個電極分別置于輸入回路和輸出回路。個電極分別置于輸入回路和輸出回路。b bc ce ee e共射極（共射極（CE）b bb bc ce e共基極（共基極（CB）b be ec cc c共集電極（共集電極（CC） 根

26、據(jù)公共端的不同，三極管的連接有三種組態(tài)，即根據(jù)公共端的不同，三極管的連接有三種組態(tài)，即 雙極型晶體管雙極型晶體管共發(fā)射極電路共發(fā)射極電路輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+ 雙極型晶體管雙極型晶體管常常數(shù)數(shù) CE)(BEBUUfIIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO 雙極型晶體管雙極型晶體管40 A60 A80 A100 AIB=020 A常常數(shù)數(shù) B)(CECIUfI36IC(mA )1234UCE(V)912O放大區(qū)放大區(qū) 雙極型晶體管雙極型晶體管O常常數(shù)數(shù) B)(CECIUfI 雙極型晶體管雙極型晶體管O常常數(shù)數(shù) B

27、)(CECIUfI 雙極型晶體管雙極型晶體管 BCII_ BCII 雙極型晶體管雙極型晶體管53704051BC.II 400400605132BC - - - .II ICBO A+EC AICEOIB=0+ 雙極型晶體管雙極型晶體管 雙極型晶體管雙極型晶體管 BCII_ BCII 雙極型晶體管雙極型晶體管ICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)ICUCEO 雙極型晶體管雙極型晶體管)mA()mV(26)1()(200EbeIr+ + + O 雙極型晶體管雙極型晶體管ibicicBCEib ib簡化小信號模型簡化小信號模型ube+ +- -uce+ +- -ube+ +- -uce+ +-

28、 -rbeBEC 晶體管的晶體管的B、E之間可之間可用用rbe等效代替。等效代替。 晶體管的晶體管的C、E之間可用一受控之間可用一受控電流源電流源ic= ib等效代替。等效代替。 雙極型晶體管雙極型晶體管 場效應(yīng)管是利用電場效應(yīng)來控制電流的一種半導(dǎo)場效應(yīng)管是利用電場效應(yīng)來控制電流的一種半導(dǎo)體器件，即是體器件，即是。它的輸出電流決定于。它的輸出電流決定于輸入電壓的大小，基本上不需要信號源提供電流，輸入電壓的大小，基本上不需要信號源提供電流，所以它的所以它的輸入電阻高，且溫度穩(wěn)定性好。輸入電阻高，且溫度穩(wěn)定性好。按結(jié)構(gòu)不同按結(jié)構(gòu)不同場效應(yīng)管有兩種場效應(yīng)管有兩種: :本節(jié)以絕緣柵型場效應(yīng)管為例進行介

29、紹本節(jié)以絕緣柵型場效應(yīng)管為例進行介紹按工作狀態(tài)可分為：按工作狀態(tài)可分為：每類每類又有又有和和之之分分 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管漏極漏極D金屬電極金屬電極柵極柵極G源極源極SSiO2絕緣層絕緣層P P型硅襯底型硅襯底 高摻雜高摻雜N區(qū)區(qū) 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管GSD 由于柵極是絕緣的，柵極電流幾乎為零，輸入電阻很由于柵極是絕緣的，柵極電流幾乎為零，輸入電阻很高，最高可達高，最高可達1014 。漏極漏極D金屬電極金屬電極柵極柵極G源極源極SSiO2絕緣層絕緣層P P型硅襯底型硅襯底 高摻雜高摻雜N區(qū)區(qū) 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管EGP型硅襯底型硅襯底N+N+GSD+UGSE

30、D+ 由結(jié)構(gòu)圖可見由結(jié)構(gòu)圖可見，N+型漏區(qū)和型漏區(qū)和N+型源區(qū)之間被型源區(qū)之間被P型襯底隔開，型襯底隔開，漏極和源極之間是兩個背靠背的漏極和源極之間是兩個背靠背的PN結(jié)結(jié)。 當(dāng)柵源電壓當(dāng)柵源電壓UGS = 0 時時，不管漏極和源極之間所加電不管漏極和源極之間所加電壓的極性如何，其中總有一壓的極性如何，其中總有一個個PN結(jié)是反向偏置的，反向結(jié)是反向偏置的，反向電阻很高，電阻很高，漏極電流近似為漏極電流近似為零零。SD 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管EGP型硅襯底型硅襯底N+N+GSD+UGSED+ 當(dāng)當(dāng)UGS 0 時，時，P P型襯底中的電子受到電場力的吸引到達表型襯底中的電子受到電場力的吸引

31、到達表層，填補空穴形成負離子的耗盡層；層，填補空穴形成負離子的耗盡層；N型導(dǎo)電溝道型導(dǎo)電溝道 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管EGP型硅襯底型硅襯底N+N+GSD+UGSED+N型導(dǎo)電溝道型導(dǎo)電溝道在一定的在一定的UDS下下漏極電流漏極電流ID的的大小與柵源電壓大小與柵源電壓UGS有關(guān)。有關(guān)。所以，場效應(yīng)管是一種電壓所以，場效應(yīng)管是一種電壓控制電流的器件?？刂齐娏鞯钠骷?。 在一定的漏在一定的漏源電壓源電壓UDS下，使管子由不導(dǎo)通變下，使管子由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通的臨界柵源電壓稱為開啟電壓為導(dǎo)通的臨界柵源電壓稱為開啟電壓UGS(thth）。 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管有導(dǎo)電溝道有導(dǎo)電溝道無導(dǎo)電溝

32、道無導(dǎo)電溝道UGS/ 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管DSDGSUif u常數(shù)（）2GS(th)GSD0D1)-(UUII ID/mAUDS/Vo oUGS= 1VUGS= 2VUGS= 3VUGS= 4V 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管常數(shù)）（GSUDSDufiN型襯底型襯底P+P+GSD符號：符號：結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)SiO2絕緣層絕緣層加電壓才形成加電壓才形成 P型導(dǎo)電溝道型導(dǎo)電溝道 增強型場效應(yīng)管只有當(dāng)增強型場效應(yīng)管只有當(dāng)時才形成導(dǎo)電溝道。時才形成導(dǎo)電溝道。 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管GSD符號：符號：SiO2絕緣層中絕緣層中摻有正離子摻有正離子預(yù)埋了預(yù)埋了N型型 導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道 絕緣柵

33、型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管 由于耗盡型場效應(yīng)管預(yù)埋了導(dǎo)電溝道，所以在由于耗盡型場效應(yīng)管預(yù)埋了導(dǎo)電溝道，所以在UGS= 0時，時，若漏若漏源之間加上一定的電壓源之間加上一定的電壓UDS，也會有漏極電流，也會有漏極電流 ID 產(chǎn)生。產(chǎn)生。 當(dāng)當(dāng)UGS達到一定達到一定負值時，負值時，N型導(dǎo)電溝道消失，型導(dǎo)電溝道消失，ID= 0，稱為場效應(yīng)管處于夾斷狀態(tài)（即截止）。這時的稱為場效應(yīng)管處于夾斷狀態(tài)（即截止）。這時的UGS稱為夾斷電壓，用稱為夾斷電壓，用UGS(off(off）表示。表示。 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管夾斷電壓夾斷電壓 在在MOS管的管的UGS= 0時就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓到一定值時

34、才時就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓到一定值時才能夾斷。能夾斷。 UGS(off)轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0ID/mA UGS /V-1-2-34812161 2U DSUGS=0UGS0漏極特性曲線漏極特性曲線0ID/mA16 201248121648IDSS2GS(OFF)GSDSSD)1 (UUII- - 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管符號：符號：GSD予埋了予埋了P P型型 導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道SiO2絕緣層中絕緣層中摻有負離子摻有負離子 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管GSDGSDN溝道溝道GSDGSDP溝道溝道DSGSm UDUIg 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管dIoUgsUmgsg U

35、可見場效應(yīng)管屬于電壓控制器件?？梢妶鲂?yīng)管屬于電壓控制器件。 由于柵源間絕緣，由于柵源間絕緣，rGS=；由于輸出特性的恒流特性，由于輸出特性的恒流特性，漏源間為受漏源間為受uGS控制的電流源，控制的電流源，即即 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管20020 mA/V51m g421010 1471010 對應(yīng)電極對應(yīng)電極 BEC GSD 半導(dǎo)體光電器件半導(dǎo)體光電器件 基本結(jié)構(gòu)：基本結(jié)構(gòu)：是一個是一個PN結(jié)，它的管殼上設(shè)置結(jié)，它的管殼上設(shè)置有一個光線入射的玻璃窗口。有一個光線入射的玻璃窗口。光電二極管工作在光電二極管工作在PN結(jié)的反向特性結(jié)的反向特性。 光電流與光照強度成正比，當(dāng)外電路接上負載時，便光電流與