電子電路基礎(chǔ)3-電子電路

1、蔡竟業(yè) 第三章 半導(dǎo)體器件蔡竟業(yè) 第三章 半導(dǎo)體器件3.1 3.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)3.2 3.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管3.3 3.3 晶體三極管晶體三極管3.4 3.4 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管蔡竟業(yè) 1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)（模電1.1）一、本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體三、三、PNPN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦越Y(jié)的形成及其單向?qū)щ娦运摹⑺?、PNPN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)蔡竟業(yè) 一、本征半導(dǎo)體 導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體是本征半導(dǎo)體是純凈純凈的的晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。的半導(dǎo)體。1 1、什么是半

2、導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？、什么是半導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？ 導(dǎo)體鐵、鋁、銅等金屬元素等低價(jià)元素，其最外層電導(dǎo)體鐵、鋁、銅等金屬元素等低價(jià)元素，其最外層電子在外電場(chǎng)作用下很容易產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電流。子在外電場(chǎng)作用下很容易產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電流。 絕緣體惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原絕緣體惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強(qiáng)，只有在外電場(chǎng)強(qiáng)到子核的束縛力很強(qiáng)，只有在外電場(chǎng)強(qiáng)到相當(dāng)相當(dāng)程度時(shí)才可能導(dǎo)程度時(shí)才可能導(dǎo)電。電。 半導(dǎo)體硅（半導(dǎo)體硅（Si）、鍺（）、鍺（Ge），均為四價(jià)元素，它們?cè)鶠樗膬r(jià)元素，它們?cè)拥淖钔鈱与娮邮茉雍说氖`力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。子的

3、最外層電子受原子核的束縛力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。無(wú)雜質(zhì)無(wú)雜質(zhì)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)蔡竟業(yè) 2、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)由于熱運(yùn)動(dòng)，具有足夠能量由于熱運(yùn)動(dòng)，具有足夠能量的價(jià)電子的價(jià)電子掙脫掙脫共價(jià)鍵的束縛共價(jià)鍵的束縛而成為而成為自由電子自由電子自由電子的游離使共價(jià)鍵中自由電子的游離使共價(jià)鍵中留有一個(gè)空位置，稱為留有一個(gè)空位置，稱為空穴空穴 自由電子與空穴相碰同時(shí)消失，稱為自由電子與空穴相碰同時(shí)消失，稱為復(fù)合復(fù)合。共價(jià)鍵共價(jià)鍵 一定溫度下，自由電子與空穴對(duì)的濃度一定；溫度升高，一定溫度下，自由電子與空穴對(duì)的濃度一定；溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，掙脫共價(jià)鍵的電子增多，自由電子與空穴對(duì)熱運(yùn)動(dòng)加劇，掙脫共價(jià)鍵的電子增多

4、，自由電子與空穴對(duì)的濃度加大。的濃度加大。動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡蔡竟業(yè) 兩種載流子兩種載流子 外加電場(chǎng)時(shí)，帶負(fù)電的自由電子外加電場(chǎng)時(shí)，帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴均參與導(dǎo)電，且運(yùn)和帶正電的空穴均參與導(dǎo)電，且運(yùn)動(dòng)方向相反。由于載流子數(shù)目很少，動(dòng)方向相反。由于載流子數(shù)目很少，故故本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體導(dǎo)電性很差。導(dǎo)電性很差。為什么為什么要將半導(dǎo)體變成導(dǎo)電性很差的本征半導(dǎo)體？3、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子運(yùn)載電荷的粒子稱為運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子載流子。 溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，載溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，載流子濃度增大，導(dǎo)電性增強(qiáng)。流子濃度增大，導(dǎo)電性增強(qiáng)。 熱力學(xué)溫度熱力學(xué)溫度0K時(shí)不導(dǎo)電。時(shí)不導(dǎo)電。蔡竟業(yè)

5、二、雜質(zhì)半導(dǎo)體 1. N N型半導(dǎo)體5磷（磷（P） 雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性可控導(dǎo)電性可控。多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目多空穴比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目多了？少了？為什么？了？少了？為什么？蔡竟業(yè) 2. 2. P型半導(dǎo)體3硼（硼（B）多數(shù)載流子多數(shù)載流子 P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，導(dǎo)電性越強(qiáng)， 在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時(shí)，在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時(shí)，載流子的數(shù)目變

6、化嗎？少子與多載流子的數(shù)目變化嗎？少子與多子變化的數(shù)目相同嗎？少子與多子變化的數(shù)目相同嗎？少子與多子濃度的變化相同嗎？子濃度的變化相同嗎？蔡竟業(yè) 三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。氣物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。氣體、液體、固體均有之。體、液體、固體均有之。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)P區(qū)空穴區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)高濃度遠(yuǎn)高于于N區(qū)。區(qū)。N區(qū)自由電區(qū)自由電子濃度遠(yuǎn)高子濃度遠(yuǎn)高于于P區(qū)。區(qū)。 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使靠近接觸面擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使靠近接觸面P區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面N區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)。區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)。蔡竟業(yè) PN 結(jié)

7、的形成 因電場(chǎng)作用所產(chǎn)因電場(chǎng)作用所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為漂移生的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。 參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同，達(dá)到參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同，達(dá)到動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)平衡平衡，就形成了，就形成了PN結(jié)。結(jié)。漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng) 由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使P區(qū)與區(qū)與N區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成內(nèi)電場(chǎng)，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。內(nèi)電場(chǎng)使空穴從內(nèi)電場(chǎng)，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。內(nèi)電場(chǎng)使空穴從N區(qū)向區(qū)向P區(qū)、自由電子從區(qū)、自由電子從P區(qū)向區(qū)向N 區(qū)運(yùn)動(dòng)。區(qū)運(yùn)動(dòng)。蔡竟業(yè) PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通：結(jié)加正向電壓導(dǎo)通： 耗盡層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加耗盡層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加劇，由于

8、外電源的作用，形劇，由于外電源的作用，形成擴(kuò)散電流，成擴(kuò)散電流，PNPN結(jié)處于導(dǎo)通結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。狀態(tài)。PN結(jié)加反向電壓截止：結(jié)加反向電壓截止： 耗盡層變寬，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，耗盡層變寬，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移電有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似流。由于電流很小，故可近似認(rèn)為其截止認(rèn)為其截止( (不導(dǎo)通不導(dǎo)通) )。PN 結(jié)的單向?qū)щ娦员匾獑幔勘匾獑?？蔡竟業(yè) 清華大學(xué) 華成英 四、PN 結(jié)的電容效應(yīng)1. 勢(shì)壘電容 PN結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過(guò)程，與電容的充放電相化，有電荷的積累和

9、釋放的過(guò)程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為同，其等效電容稱為勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容Cb。2. 擴(kuò)散電容 PN結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散路程中載流子結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過(guò)程，其等效電容稱為過(guò)程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容Cd。dbjCCC結(jié)電容：結(jié)電容： 結(jié)電容不是常量！結(jié)電容不是常量?。╳hy?)由于由于Cj的存在，若的存在，若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦?！去單向?qū)щ娦?！蔡竟業(yè) 問(wèn)題 為什么將自然界導(dǎo)電性能中等的半導(dǎo)體材料制

10、為什么將自然界導(dǎo)電性能中等的半導(dǎo)體材料制成本征半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能成本征半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能極差極差，又將其，又將其摻雜以摻雜以改善改善導(dǎo)電性能？導(dǎo)電性能？ 為什么半導(dǎo)體器件的為什么半導(dǎo)體器件的溫度穩(wěn)定性差溫度穩(wěn)定性差？是多子還？是多子還是少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素？是少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素？ PN結(jié)在結(jié)在P區(qū)和區(qū)和N區(qū)中的耗盡層區(qū)中的耗盡層寬度寬度是一樣的嗎？是一樣的嗎？ 為什么半導(dǎo)體器件有最高工作頻率？為什么半導(dǎo)體器件有最高工作頻率？課堂練習(xí)課堂練習(xí)蔡竟業(yè) 2 半導(dǎo)體二極管（模電1.2）一、二極管的組成一、二極管的組成二、二極管的伏安特性及電流方程二、二極管的伏安特性及電流方程三、二極

11、管的等效電路三、二極管的等效電路四、二極管的主要參數(shù)四、二極管的主要參數(shù)五、穩(wěn)壓二極管五、穩(wěn)壓二極管蔡竟業(yè) 一、二極管的組成將將PN結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。小功率小功率二極管二極管大功率大功率二極管二極管穩(wěn)壓穩(wěn)壓二極管二極管發(fā)光發(fā)光二極管二極管蔡竟業(yè) 一、二極管的組成點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，結(jié)電容小，故結(jié)允許結(jié)電容小，故結(jié)允許的電流小，最高工作的電流小，最高工作頻率高。頻率高。面接觸型：結(jié)面積大，面接觸型：結(jié)面積大，結(jié)電容大，故結(jié)允許結(jié)電容大，故結(jié)允許的電流大，最高工作的電流大，最高工作頻率低。頻率低。平面型：結(jié)面積可小、平面

12、型：結(jié)面積可小、可大，小的工作頻率可大，小的工作頻率高，大的結(jié)允許的電高，大的結(jié)允許的電流大。流大。蔡竟業(yè) 二、二極管的伏安特性及電流方程材料材料開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流反向飽和電流硅硅Si0.5V0.50.8V1A以下鍺鍺Ge0.1V0.10.3V幾十A)(ufi 開(kāi)啟開(kāi)啟電壓電壓反向飽反向飽和電流和電流擊穿擊穿電壓電壓mV)26( ) 1e (TSTUIiUu常溫下溫度的溫度的電壓當(dāng)量電壓當(dāng)量二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性。二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性。蔡竟業(yè) 從二極管的伏安特性可以反映出：從二極管的伏安特性可以反映出： 1. 單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?/p>

13、TeSTUuIiUu，則若正向電壓) 1e (TSUuIi2. 伏安特性受溫度影響伏安特性受溫度影響T（）在電流不變情況下管壓降在電流不變情況下管壓降u 反向飽和電流反向飽和電流IS，U(BR) T（）正向特性左移正向特性左移，反向特性下移，反向特性下移正向特性為正向特性為指數(shù)曲線指數(shù)曲線反向特性為橫軸的平行線反向特性為橫軸的平行線增大增大1倍倍/10STIiUu，則若反向電壓蔡竟業(yè) 三、二極管的等效電路理想理想二極管二極管近似分析近似分析中最常用中最常用理想開(kāi)關(guān)理想開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí) UD0截止時(shí)截止時(shí)IS0導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)UDUon截止時(shí)截止時(shí)IS0導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)i與與u成線性關(guān)系成線性關(guān)系應(yīng)根據(jù)

14、不同情況選擇不同的等效電路！應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路！1. 將伏安特性折線化？100V？5V？1V？蔡竟業(yè) 2. 微變等效電路DTDDdIUiur根據(jù)電流方程，Q點(diǎn)點(diǎn)越高，越高，rd越小。越小。 當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)，則可將二極當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)，則可將二極管等效為一個(gè)電阻，稱為動(dòng)態(tài)電阻，也就是微變等效電路。管等效為一個(gè)電阻，稱為動(dòng)態(tài)電阻，也就是微變等效電路。ui=0時(shí)直流電源作用時(shí)直流電源作用小信號(hào)作用小信號(hào)作用靜態(tài)電流靜態(tài)電流蔡竟業(yè) 四、二極管的主要參數(shù) 最大整流電流最大整流電流IF：最大平均值：最大平均值 最大反向工作電壓最大反向工作電壓UR

15、：最大瞬時(shí)值：最大瞬時(shí)值 反向電流反向電流 IR：即：即IS 最高工作頻率最高工作頻率fM：因：因PN結(jié)有電容效應(yīng)結(jié)有電容效應(yīng)第四版第四版P20蔡竟業(yè) 討論：解決兩個(gè)問(wèn)題解決兩個(gè)問(wèn)題 如何判斷二極管的工作狀態(tài)？如何判斷二極管的工作狀態(tài)？導(dǎo)通？截止？導(dǎo)通？截止？ 什么情況下應(yīng)選用二極管的什么等效電路？什么情況下應(yīng)選用二極管的什么等效電路？uD=ViRQIDUDRuViDDV與與uD可比可比，則需圖解：，則需圖解：實(shí)測(cè)特性實(shí)測(cè)特性 對(duì)對(duì)V和和Ui二極管二極管的模的模型有什么不同？型有什么不同？課堂練習(xí)課堂練習(xí)蔡竟業(yè) 五、穩(wěn)壓二極管1. 伏安特性進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流不至于損壞的最

16、大電流不至于損壞的最大電流 由一個(gè)由一個(gè)PN結(jié)組結(jié)組成，反向擊穿后成，反向擊穿后在一定的電流范在一定的電流范圍內(nèi)端電壓圍內(nèi)端電壓基本基本不變，為穩(wěn)定電不變，為穩(wěn)定電壓。壓。2. 主要參數(shù)穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ、穩(wěn)定電流、穩(wěn)定電流IZ最大功耗最大功耗PZM IZM UZ動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rzUZ /IZ 若穩(wěn)壓管的電流太小則不穩(wěn)壓，若穩(wěn)壓管的電流太大則會(huì)若穩(wěn)壓管的電流太小則不穩(wěn)壓，若穩(wěn)壓管的電流太大則會(huì)因功耗過(guò)大而損壞，因而穩(wěn)壓管電路中必需有限制穩(wěn)壓管電因功耗過(guò)大而損壞，因而穩(wěn)壓管電路中必需有限制穩(wěn)壓管電流的限流電阻！流的限流電阻！限流電阻限流電阻斜率？斜率？蔡竟業(yè) 作業(yè) 1.3 1.4 1.6 1

17、.7蔡竟業(yè) 1.3 1.3 晶體三極管（模電1.3、2.3.3）一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)二、晶體管的放大原理二、晶體管的放大原理三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性四、晶體管的四、晶體管的等效模型五、溫度對(duì)晶體管特性的影響五、溫度對(duì)晶體管特性的影響六、主要參數(shù)六、主要參數(shù)蔡竟業(yè) 一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)多子濃度高多子濃度高多子濃度很多子濃度很低，且很薄低，且很薄面積大面積大晶體管有三個(gè)極、三個(gè)區(qū)、兩個(gè)晶體管有三個(gè)極、三個(gè)區(qū)、兩個(gè)PN結(jié)。結(jié)。小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管為什么有孔？為什么有孔？蔡竟業(yè) 二、晶體管的放大原理（集電

18、結(jié)反偏），即（發(fā)射結(jié)正偏）放大的條件BECECBonBE0uuuUu 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流IE，復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電，復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流流IB，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流IC。少數(shù)載流少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量電子從發(fā)射區(qū)電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散擴(kuò)散到基區(qū)到基區(qū)因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合復(fù)合因集電區(qū)面積大，在外電場(chǎng)作用下大因集電區(qū)面積大，在外電場(chǎng)作用下大部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移漂移到集電區(qū)到集電區(qū)基區(qū)空穴基區(qū)空穴

19、的擴(kuò)散的擴(kuò)散蔡竟業(yè) 電流分配：電流分配： I IE EI IB BI IC C I IE E擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的電流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的電流 I IB B復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成的電流復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成的電流 I IC C漂移運(yùn)動(dòng)形成的電流漂移運(yùn)動(dòng)形成的電流CBOCEOBCBC)(1 IIiiII穿透電流穿透電流集電結(jié)反向電流集電結(jié)反向電流直流電流直流電流放大系數(shù)放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)為什么基極開(kāi)路集電極回為什么基極開(kāi)路集電極回路會(huì)有穿透電流？路會(huì)有穿透電流？蔡竟業(yè) 三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性CE)(BEBUufi 為什么為什么UCE增大曲線右移？增大曲線右移？ 對(duì)于小功率晶體管，對(duì)于小功率晶體管

20、，UCE大于大于1V的一條輸入特性曲線的一條輸入特性曲線可以取代可以取代UCE大于大于1V的所有輸入特性曲線。的所有輸入特性曲線。為什么像為什么像PN結(jié)的伏安特性？結(jié)的伏安特性？為什么為什么UCE增大到一定值曲線增大到一定值曲線右移就不明顯了？右移就不明顯了？1. 輸入特性蔡竟業(yè) 2. 輸出特性B)(CECIufi 是常數(shù)嗎？什么是理想晶體管？什么情況下是常數(shù)嗎？什么是理想晶體管？什么情況下 ?對(duì)應(yīng)于一個(gè)對(duì)應(yīng)于一個(gè)IB就有一條就有一條iC隨隨uCE變化的曲線。變化的曲線。 為什么為什么uCE較小時(shí)較小時(shí)iC隨隨uCE變變化很大？為什么進(jìn)入放大狀態(tài)化很大？為什么進(jìn)入放大狀態(tài)曲線幾乎是橫軸的平行線

21、？曲線幾乎是橫軸的平行線？飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)BiCi常量CEBCUii蔡竟業(yè) 晶體管的三個(gè)工作區(qū)域 晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，輸出回路的電流晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，輸出回路的電流 iC幾乎僅僅幾乎僅僅決定于輸入回路的電流決定于輸入回路的電流 iB，即可將輸出回路等效為電流，即可將輸出回路等效為電流 iB 控制的電流源控制的電流源iC 。狀態(tài)狀態(tài)uBEiCuCE截止截止UonICEOVCC放大放大 UoniB uBE飽和飽和 UoniB uBE蔡竟業(yè) 四、晶體三極管的等效模型（模電2.3.3） 半導(dǎo)體器件的非線性特性使放大電路的分析復(fù)雜化。所半導(dǎo)體器件的非線性特性使放大電路的分析

22、復(fù)雜化。所謂等效就是：基于線性元件建立器件模型，從而謂等效就是：基于線性元件建立器件模型，從而近似地近似地描述非線性器件的特性。描述非線性器件的特性。1. 直流模型：適于Q點(diǎn)的分析理想二極管可利用上模型估算求解三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)。cCQCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVICC輸入回路等效為恒壓源輸出回路等效為電流控制的電流源蔡竟業(yè) 2. 晶體管的h參數(shù)等效模型（交流等效模型） 在交流通路中可將晶體管看成在交流通路中可將晶體管看成為一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，輸入回路、為一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，輸入回路、輸出回路各為一個(gè)端口。輸出回路各為一個(gè)端口。)()(CEBCCEBBEuifiuifu，低頻小信

23、號(hào)模型蔡竟業(yè) ce22b21cce12b11be UhIhIUhIhU在低頻、小信號(hào)作用下的關(guān)系式在低頻、小信號(hào)作用下的關(guān)系式CECECBBCCCECEBEBBBEBEddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIU交流等效模型（按式子畫(huà)模型）電阻無(wú)量綱無(wú)量綱電導(dǎo)蔡竟業(yè) h參數(shù)的物理意義參數(shù)的物理意義beBBE11CEriuhUBCEBE12IuuhCEBC21UiihceCEC221Bruihib-e間的動(dòng)態(tài)電阻內(nèi)反饋系數(shù)交流電流放大系數(shù)c-e間的電導(dǎo)分清主次，合理近似！什么情況下h12和h22的作用可忽略不計(jì)？蔡竟業(yè) 簡(jiǎn)化的簡(jiǎn)化的h h參數(shù)等效電路交流等效模型參數(shù)等效電路交流等

24、效模型beTbebbbebbbEQ (1)(1)UUrrrrII查閱手冊(cè)基區(qū)體電阻發(fā)射結(jié)電阻發(fā)射區(qū)體電阻數(shù)值小可忽略利用PN結(jié)的電流方程可求得由IEQ算出在輸入特性曲線上，Q點(diǎn)越高，rbe越小??？蔡竟業(yè) 五、溫度對(duì)晶體管特性的影響B(tài)EBBBECEO )(uiiuIT不變時(shí)，即不變時(shí)蔡竟業(yè) 六、主要參數(shù) 直流參數(shù)直流參數(shù)： 、 、ICBO、 ICEOc-e間擊穿電壓間擊穿電壓最大集電最大集電極電流極電流最大集電極耗散功率，最大集電極耗散功率，PCMiCuCE=Constant安全工作區(qū)安全工作區(qū) 交流參數(shù)：交流參數(shù)：、fT（使1的信號(hào)頻率） 極限參數(shù)極限參數(shù)：ICM、PCM、U（BR）CEOEC

25、II1ECii蔡竟業(yè) 清華大學(xué) 華成英 討論一由圖示特性求出由圖示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、。CECCMuiP2.7CEBCUiiuCE=1V時(shí)的時(shí)的iC就是就是ICMU（BR）CEO蔡竟業(yè) 討論二：利用利用Multisim測(cè)試晶體管的輸出特性測(cè)試晶體管的輸出特性蔡竟業(yè) 利用利用Multisim分析圖示分析圖示電路在電路在V2小于何值時(shí)晶小于何值時(shí)晶體管截止、大于何值時(shí)體管截止、大于何值時(shí)晶體管飽和。晶體管飽和。討論三 以以V2作為輸入、以節(jié)作為輸入、以節(jié)點(diǎn)點(diǎn)1作為輸出，采用直流作為輸出，采用直流掃描的方法可得！掃描的方法可得！約小于約小于0.5V時(shí)時(shí)截止截止約大于約大于1

26、V時(shí)時(shí)飽和飽和 描述輸出電壓與輸出電描述輸出電壓與輸出電壓之間函數(shù)關(guān)系的曲線，壓之間函數(shù)關(guān)系的曲線，稱為電壓傳輸特性。稱為電壓傳輸特性。蔡竟業(yè) BJT管特點(diǎn)管特點(diǎn)1）是）是“電流控制型電流控制型”器件（器件（IB控制控制IC）；）；2）要得到所需的放大（控制）特性，三個(gè)極）要得到所需的放大（控制）特性，三個(gè)極外加電壓外加電壓極性極性必須正確，且管子處于必須正確，且管子處于放大放大區(qū)區(qū)；3）要取得大的控制電流，輸入阻抗不能太高；）要取得大的控制電流，輸入阻抗不能太高；4）極間漏電流是十分有害的。）極間漏電流是十分有害的。蔡竟業(yè) 作業(yè) 1.9 1.11 1.12蔡竟業(yè) 1.4 1.4 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效

27、應(yīng)管（模電1.4、2.6.3） （以N N溝道為例）一、一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管二、二、絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管三、三、場(chǎng)效應(yīng)管的分類四、四、場(chǎng)效應(yīng)管的交流等效模型蔡竟業(yè) 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管也也有三個(gè)極有三個(gè)極：源極（：源極（s）、柵極（、柵極（g）、漏）、漏極（極（d），對(duì)應(yīng)于晶體管的），對(duì)應(yīng)于晶體管的e、b、c；有；有三個(gè)工作區(qū)域：三個(gè)工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對(duì)應(yīng)于截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對(duì)應(yīng)于晶體晶體管的截止管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。一. 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào)符號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖柵極柵極漏極漏極源極源極導(dǎo)電導(dǎo)電溝道溝道單極型管噪聲小、抗輻射能力強(qiáng)、低電壓工作噪聲小、

28、抗輻射能力強(qiáng)、低電壓工作蔡竟業(yè) 柵-源電壓對(duì)導(dǎo)電溝道寬度的控制作用溝道最寬溝道最寬溝道變窄溝道變窄溝道消失溝道消失稱為夾斷稱為夾斷 uGS可以控制導(dǎo)電溝道的寬度。為什么可以控制導(dǎo)電溝道的寬度。為什么g-s必須加必須加負(fù)電壓？負(fù)電壓？UGS（off）蔡竟業(yè) 漏-源電壓對(duì)漏極電流的影響uGSUGS（off）且不變，且不變，VDD增大，增大，iD增大增大。預(yù)夾斷預(yù)夾斷uGDUGS（off） VDD的增大，幾乎全部用來(lái)克服溝道的的增大，幾乎全部用來(lái)克服溝道的電阻，電阻，iD幾乎不變，進(jìn)入恒流區(qū)，幾乎不變，進(jìn)入恒流區(qū)，iD幾乎幾乎僅僅決定于僅僅決定于uGS。場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件是什么？場(chǎng)效應(yīng)管工作

29、在恒流區(qū)的條件是什么？uGDUGS（off）uGDUGS（off）蔡竟業(yè) 常量DS)(GSDUufi夾斷夾斷電壓電壓漏極飽漏極飽和電流和電流轉(zhuǎn)移特性場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，因而場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，因而uGSUGS（off）且且uGDUGS（off）。uDGUGS（off）GS(off)GSDSUuu2GS(off)GSDSSD)1 (UuIi在恒流區(qū)時(shí)蔡竟業(yè) 常量GS)(DSDUufig-s電壓控電壓控制制d-s的等的等效電阻效電阻輸出特性常量DSGSDmUuig預(yù)夾斷軌跡，預(yù)夾斷軌跡，uGDUGS（off）可可變變電電阻阻區(qū)區(qū)恒恒流流區(qū)區(qū)iD幾乎僅決幾乎僅決定于定于uGS擊擊穿穿區(qū)區(qū)夾斷區(qū)（

30、截止區(qū)）夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓夾斷電壓IDSSiD 不同型號(hào)的管子不同型號(hào)的管子UGS（off）、IDSS將不同。將不同。低頻跨導(dǎo)：低頻跨導(dǎo)：蔡竟業(yè) 二. 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管 uGS增大，反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚變長(zhǎng)。當(dāng)增大，反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚變長(zhǎng)。當(dāng)反型層將兩個(gè)反型層將兩個(gè)N區(qū)相接時(shí)，形成導(dǎo)電溝道。區(qū)相接時(shí)，形成導(dǎo)電溝道。SiO2絕緣層絕緣層襯底襯底耗盡層耗盡層空穴空穴高摻雜高摻雜反型層反型層增強(qiáng)型管增強(qiáng)型管大到一定大到一定值才開(kāi)啟值才開(kāi)啟蔡竟業(yè) 增強(qiáng)型MOS管uDS對(duì)iD的影響 用場(chǎng)效應(yīng)管組成放大電路時(shí)應(yīng)使之工作在用場(chǎng)效應(yīng)管組成放大電路時(shí)應(yīng)使之工作在恒流區(qū)恒流區(qū)。N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管工作在恒流區(qū)的條件是什么？管工作在恒流區(qū)的條件是什么？ iD隨隨uDS的增的增大而增大，可大而增大，可變電阻區(qū)變電阻區(qū) uGDUGS（th）,預(yù)夾斷預(yù)夾斷 iD幾乎僅僅幾乎僅僅受控于受控于uGS，恒，恒流區(qū)流區(qū)剛出現(xiàn)夾斷剛出現(xiàn)夾斷uGS的增大幾乎全部用的增大幾乎全部用來(lái)克服夾斷區(qū)的電阻來(lái)克服夾斷區(qū)的電阻蔡竟