《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》(第四版)-第1章

1、教材: 童詩(shī)白 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)主講: 蔣宏 82314573-14 (O) 新主樓 E1115Communicationhttp:/緒 論一、課程的地位和主要內(nèi)容電路、電子技術(shù)（模擬、數(shù)字）、微機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、通信原理、電子技術(shù)研究電子器件、電子電路 及其應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。器件為路用緒論模擬信號(hào)：在時(shí)間和數(shù)值上連續(xù)的信號(hào)。tu模擬電路計(jì)算機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)原理框圖微機(jī)傳感器伺服機(jī)構(gòu)模擬信號(hào)處理功率放大模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)字接口數(shù)字接口 被 測(cè) 控 對(duì) 象干擾、噪聲、漂移、非線性緒論二、電子技術(shù)的典型應(yīng)用模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)電機(jī)三、如何學(xué)好模電緒論課程特點(diǎn)：內(nèi)容多、內(nèi)容雜、工程實(shí)踐性強(qiáng)1、抓

2、“重點(diǎn)”2、注重綜合分析 注重工程化素質(zhì)培養(yǎng)3、提高學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)自學(xué)能力課堂、答疑、作業(yè)、自學(xué)“基本電路”原理基本原理基 本分析方法圖解法、小信號(hào)等效電路法放大器、反饋、振蕩器四、模電成績(jī)?nèi)绾嗡阕鳂I(yè)：期末考試：參考課堂和答疑表現(xiàn)作業(yè)：每周交 1 次，全交，有參考解答內(nèi)容提要半導(dǎo)體器件是組成各種電子電路包括模擬電路和數(shù)字電路，集成電路和分立元件電路的基礎(chǔ)。本章首先介紹半導(dǎo)體的特性，半導(dǎo)體中載流子的運(yùn)動(dòng)，闡明PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕缓蠼榻B半導(dǎo)體二極管、穩(wěn)壓管、半導(dǎo)體三極管及場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線和主要參數(shù)。第一章 常用半導(dǎo)體器件1.2 半導(dǎo)體二極管 1.3 穩(wěn)壓管1.4 半導(dǎo)體三極管

3、1.5 場(chǎng)效應(yīng)管1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1 半導(dǎo)體的特性一、定義 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體稱(chēng)半導(dǎo)體。如：硅（Si）、鍺（Ge）等價(jià)電子：圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的最外層軌道的電子導(dǎo)體: 低價(jià)元素絕緣體:高價(jià)元素硅（Si）、鍺（Ge）：個(gè)價(jià)電子1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí) 4+簡(jiǎn)化模型（i，Ge）硅原子結(jié)構(gòu) 14 +價(jià)電子慣性核二、半導(dǎo)體特性溫度導(dǎo)電能力可做成各種熱敏元件受光照導(dǎo)電能力可做成各種光電器件3. 摻入微量雜質(zhì)導(dǎo)電能力 （幾十萬(wàn)幾百萬(wàn)倍）可做成品種繁多、用途廣泛的半導(dǎo)體器件。如半導(dǎo)體二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等。 純凈的、沒(méi)有結(jié)構(gòu)缺陷的半導(dǎo)體單晶稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。它是共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。 1.1.2

4、 本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)Si，Ge慣性核價(jià)電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4 相鄰原子的價(jià)電子成為共用電子，即共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴復(fù)合在常溫下自由電子和空穴的形成成對(duì)出現(xiàn)成對(duì)消失+4+4+4+4+4+4+4+4+4外電場(chǎng)方向空穴移動(dòng)方向 電子移動(dòng)方向 在外電場(chǎng)作用下，電子和空穴均能參與導(dǎo)電(載流子)。這是半導(dǎo)體導(dǎo)電與導(dǎo)體導(dǎo)電最本質(zhì)的區(qū)別。 價(jià)電子填補(bǔ)空穴本征激發(fā) 價(jià)電子受熱及光照后， 掙脫共價(jià)鍵束縛成為自由電子。半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：1、熱敏特性：T 導(dǎo)電能力2、光敏特性：光照 導(dǎo)電能力 激勵(lì) (溫度和光照)一定時(shí)，電子空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合會(huì)達(dá)

5、到“動(dòng)態(tài)平衡”。 注意本征半導(dǎo)體中載流子的濃度除與半導(dǎo)體材料本身的性質(zhì)有關(guān)外，還與溫度密切相關(guān)。半導(dǎo)體材料性能對(duì)溫度的這種敏感性，既可用來(lái)制造熱敏和光敏器件，又是造成半導(dǎo)體器件溫度穩(wěn)定性差的原因。+4+4+4+4+4+4+4+41.1.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體一 、N 型半導(dǎo)體磷原子多余價(jià)電子自由電子正離子通過(guò)擴(kuò)散工藝，在本征半導(dǎo)體中摻入微量特定元素，便可形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。在純凈的硅或鍺晶體中摻入微量五價(jià)元素（如磷）所形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱(chēng)N型半導(dǎo)體。+4+5 N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖少數(shù)載流子多數(shù)載流子正離子在N型半導(dǎo)體中，自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。+4+4+4+4+4+4+4二、P型半導(dǎo)體在純凈

6、的硅或鍺的晶體中摻入微量的三價(jià)元素（如硼）所形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱(chēng)P 型半導(dǎo)體。 +4硼原子填補(bǔ)空位+4+3負(fù)離子少數(shù)載流子負(fù)離子多數(shù)載流子P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖在P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。對(duì)于雜質(zhì)半導(dǎo)體，多子濃度約等于所摻雜質(zhì)濃度，多子濃度受溫度影響小；少子（本征激發(fā)）濃度受溫度影響大；注意注意不論是N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，雖然它們都有一種載流子占多數(shù)，但整個(gè)晶體仍然是不帶電的，呈電中性。通過(guò)摻入雜質(zhì)來(lái)提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力不是最終目的，因?yàn)閷?dǎo)體的導(dǎo)電能力更強(qiáng)。雜質(zhì)半導(dǎo)體的奇妙之處在于，摻入不同性質(zhì)、不同濃度的雜質(zhì)，并使P型和N型半導(dǎo)體采用不同的方式結(jié)合，可以制造出形形

7、色色、品種繁多、用途各異的半導(dǎo)體器件。載流子的兩種運(yùn)動(dòng)：擴(kuò)散載流子在濃度差作用下的運(yùn)動(dòng)載流子總是從高濃度向低濃度擴(kuò)散飄移載流子在電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)電子逆電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)空穴順電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)P 區(qū)N 區(qū)1.2.1 PN 結(jié)的形成 采用不同的摻雜工藝，在同一塊半導(dǎo)體單晶上形成 P型半導(dǎo)體 和N型半導(dǎo)體，在它們的交界面處就形成了一個(gè)PN 結(jié)。N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散并與空穴復(fù)合P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散并與電子復(fù)合空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方向1.2 PN結(jié)多子擴(kuò)散形成空間電荷區(qū)有利少子向?qū)Ψ狡?、阻擋多子向?qū)Ψ綌U(kuò)散，少子向?qū)Ψ降钠瓶臻g電荷區(qū)變窄有利于多子向?qū)Ψ綌U(kuò)散；當(dāng)多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度一

8、定，形成PN結(jié)。內(nèi)電場(chǎng)方向E外電場(chǎng)方向RI1.2.2 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦訮 區(qū)N 區(qū)外電場(chǎng)驅(qū)使P區(qū)的空穴進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分負(fù)空間電荷N區(qū)電子進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分正空間電荷空間電荷區(qū)變窄 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成較大的正向電流，此時(shí)PN結(jié)導(dǎo)通一、外加正向電壓（正向偏置）外電場(chǎng)加強(qiáng)擴(kuò)散P 區(qū)N 區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方向ER空間電荷區(qū)變寬 外電場(chǎng)方向IR二、 外加反向電壓（反向偏置）外電場(chǎng)驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的多子(空穴和自由電子)移走,空間電荷區(qū)加寬少數(shù)載流子越過(guò)PN結(jié)形成很小的反向電流，此時(shí)PN結(jié)截止 多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)難于進(jìn)行外電場(chǎng)削弱擴(kuò)散結(jié)論綜上所述，當(dāng)PN結(jié)正向偏置時(shí)，回路將產(chǎn)生一個(gè)較大的正向電

9、流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)PN結(jié)反向偏置時(shí)，回路中的反向電流非常小，幾乎等于零，且由于該電流是由少數(shù)載流子產(chǎn)生的，所以溫度對(duì)其影響很大（溫度愈高，反向電流愈大），此時(shí)PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)?？梢?jiàn)，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。PN結(jié)的伏安特性正偏：P“+” N“-”正向低阻導(dǎo)通反偏：P“-” N“+”反向高阻截止 i = -Is反向擊穿PN結(jié)特性之二：“擊穿特性” （反向擊穿 i 很大）-P-NP-N正偏和反偏UT=26mV半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體中的載流子自由電子空穴載流子的產(chǎn)生本征激發(fā)摻雜P型、N型載流子的運(yùn)動(dòng)漂移擴(kuò)散PN結(jié)的特性正向?qū)ㄐ苑聪蚪刂固匦苑聪驌舸┨匦远嘧訑U(kuò)散引起少子飄移引起1.3.1 二極管

10、的結(jié)構(gòu)和符號(hào)1.3 半導(dǎo)體二極管一、符號(hào)正極（陽(yáng)極）負(fù)極（陰極）DDiodeP區(qū)N區(qū)600400200 0.1 50100iD / mAuD / V硅管的伏安特性1.3.2 二極管的伏安特性反向特性死區(qū)IS正向特性UBRUoniD=f（uD）iD+ uD DU非線性特性iD=Is(e / 1 )uDUT反向擊穿電壓（穩(wěn)壓管）i-u?, q-u?, L?反向擊穿正向和反向開(kāi)啟電壓： UonSi 管：0.5V左右Ge管：0.1V左右正向?qū)妷篣Si 管：0.6V0.8V（.）Ge管：0.2V0.3V（.）二極管方程iD=Is(e / 1 )uDUTUT：溫度的電壓當(dāng)量。常溫下

11、，即T=300K（270C）時(shí)，UT=26mV。 Is：反向飽和電流。在正向段：當(dāng)uDUT時(shí)，iD=Ise / uDUT在反向段：當(dāng)| uD | UT時(shí)，iDIS一般:特性曲線上區(qū)分Uon和U 計(jì)算時(shí)不區(qū)分Uon和U二極管的伏安特性受溫度的影響。如當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，二極管的正向特性曲線左移，反向特性曲線下移。注意i(mA) u(V)0I反 UD1 UD21.3.4 二極管的等效電路能夠模擬二極管特性的電路稱(chēng)二極管等效電路，也稱(chēng)二極管的等效模型。URR VUI I? U?uD0IUiD一、二極管的直流模型1.理想二極管(導(dǎo)通時(shí)正向壓降為零,截止時(shí)反向電流為零)的等效模型0iDuDiD+ uD 大

12、信號(hào)作用下的模型2.二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降為一常量U（正向?qū)妷?7V 或.V ），截止時(shí)反向電流為零的二極管的等效模型iDuD0UUiD+ uD Question1UD UON3.二極管導(dǎo)通且正向壓降uD大于U后，其電流iD與uD成線性關(guān)系（直線斜率為1/rD），截止時(shí)反向電流為零的等效模型iDuD0U以上三個(gè)等效電路中1的誤差最大，3的誤差最小，一般情況下多采用2所示的等效電路。UrDiD+ uD 直流電阻二極管主要用于限幅，整流，鉗位判斷二極管是否正向?qū)ǎ合燃僭O(shè)二極管截止，求其陽(yáng)極和陰極電位；若陽(yáng)極陰極電位差 UD ，則其正向?qū)?；若電路有多個(gè)二極管，陽(yáng)極和陰極電位差最大的二極管優(yōu)先導(dǎo)

13、通；其導(dǎo)通后，其陽(yáng)極陰極電位差被鉗制在正向?qū)妷海?7V 或.V ）；再判斷其它二極管用直流模型2URR VUI 用直流模型2圖1.2.6 例1.2.1 電路圖 【例1】 下圖中，已知VA=3V， VB=0V， DA 、DB為鍺管，求輸出端Y的電位，并說(shuō)明每個(gè)二極管的作用。 DA 12VYABDBR解： DA優(yōu)先導(dǎo)通，則VY=30.3=2.7VDA導(dǎo)通后，DB因反偏而截止，起隔離作用，DA起鉗位作用，將Y端的電位鉗制在+2.7V。 【例2】下圖是二極管限幅電路，D為理想二極管， E= 3V ，ui = 6 sin t V，試畫(huà)出 uo及uD的波形 。 2ui3時(shí)，D截止，uo=ui， uD

14、= ui3ui3時(shí)，D導(dǎo)通，uo=3，uD=0 ui / V t 6302解： t 306uo / VDE3VRuiuouRuD t 09uD / V3URR VUI iD 二、二極管的小信號(hào)交流模型（微變等效電路）二極管外加直流正向電壓時(shí)，將有一電流，則反映在其伏安特性曲線上的點(diǎn)為Q（Q點(diǎn)稱(chēng)為靜態(tài)工作點(diǎn)）。iDuD0IUQ若在Q點(diǎn)基礎(chǔ)上外加微小的變化量，則可用以Q點(diǎn)為切點(diǎn)的直線來(lái)近似微小變化時(shí)的曲線，即可將二極管等效成一個(gè)線性器件，用動(dòng)態(tài)電阻rd來(lái)表示，且rd=uD/ iD。uDiDrdiDuDquestion2小信號(hào)作用下的模型即動(dòng)態(tài)電阻與Q點(diǎn)有關(guān)圖1.2.8 直流電壓和交流信號(hào)同時(shí)作用u

15、rR URR V直流通路交流通路ui UDI U rdid udquestion3作業(yè):1.4(1.3), 1.3(1.2) 穩(wěn)壓管實(shí)質(zhì)上是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管。它工作于反向擊穿區(qū)，在一定的電流范圍內(nèi)，端電壓幾乎不變，所以這段特性可以用來(lái)穩(wěn)壓，因而廣泛用于穩(wěn)壓電源與限幅電路。 1.4 穩(wěn)壓管i/mAu/V0正向特性反向擊穿區(qū)-UZ-IZmin-IZmax伏安特性1.4.1 穩(wěn)壓管的伏安特性IZ正極負(fù)極- UZ +正極負(fù)極符號(hào)+ u -iDZ正極負(fù)極D1D2UZrZ等效電路- u +iZener反向特性一.穩(wěn)定電壓UZ：是在規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。二. 穩(wěn)定電流 IZmin：

16、保證管子進(jìn)入反向擊穿區(qū)的電流。若電流低于IZmin，則管子的穩(wěn)壓性不佳，甚至根本不穩(wěn)壓。要求IZIZmin. IZUZ1.4.2 穩(wěn)壓管的主要參數(shù)i/mAu/V0-UZ-IZmin-IZmax四. 電阻 rZ：rZ= IZ UZ三.最大允許耗散功率PZM：PZM=UZIZmax通過(guò)上式可求出Izmax。穩(wěn)壓管的功耗超過(guò)PZM時(shí)，會(huì)因結(jié)溫升過(guò)高而燒壞。要求IZIZmax由上式可看出，rZ愈小，管子的穩(wěn)壓性能愈好。IZUZi/mAu/V0-UZ-IZmin-IZmax1.4.3 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路一、電路關(guān)于電路組成的說(shuō)明：（1）負(fù)載（RL）必需與DZ并聯(lián)，使Uo穩(wěn)定。（2）DZ必需工作在反向擊穿區(qū)。

17、（3）為保證IZminIZ 0UBC VB VE對(duì)于PNP型三極管應(yīng)滿(mǎn)足: UEB 0UCB 0即 VC VB VBB調(diào)節(jié)RB，觀察IB、IC及IE的變化。結(jié)論（1）IB+IC=IE此結(jié)果符合KCL（2）IC、IE比IB大得多。（3）IB很小的變化可引起IC很大的變化，即IC受IB控制這就是三極管的電流控制作用。 PN結(jié)無(wú)外加電壓時(shí)(平衡PN結(jié)), P區(qū)或N區(qū)的少子因達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡而稱(chēng)為平衡少子PN結(jié)外加正向電壓時(shí), P區(qū)或N區(qū)的多子 擴(kuò)散到對(duì)方而成為對(duì)方的非平衡少子平衡少子:非平衡少子:本區(qū)本征激發(fā)的少子另一區(qū)的多子擴(kuò)散過(guò)來(lái)的發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子IEIBN電子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合集電區(qū)收集電子 電

18、子流向電源正極形成 ICICNNPN電源負(fù)極向發(fā)射區(qū)補(bǔ)充電子形成 發(fā)射極電流IE二、管內(nèi)載流子的運(yùn)動(dòng)VBB正極拉走電子，或補(bǔ)充被復(fù)合的空穴，形成 IBVCCRCVBBRBICBOEBCIBICIE=ICN+IBN電流關(guān)系：定義：CE直流電流放大系數(shù)此結(jié)果符合KCL整理得到：IB=IBN-ICBOIC=ICN+ICBOIE = IC + IB基極開(kāi)路時(shí)集電極與發(fā)射極間的穿透電流發(fā)射區(qū)的多子擴(kuò)散記?。?0VVCCRCRbVBBui+-uCE(uO)+-定義：CE交流電流放大系數(shù)一般認(rèn)為：定義：CB直流電流放大系數(shù)整理得到：定義：CB交流電流放大系數(shù)一般認(rèn)為：發(fā)射極開(kāi)路時(shí)集電結(jié)的反向飽和電流e區(qū)的多

19、子擴(kuò)散而導(dǎo)電c區(qū)和b區(qū)的平衡少子飄移而導(dǎo)電：IE=ICN+IBNICBO雙極性晶體管ECBTiBiCiECBETiEiBiC1.5.4 三極管的特性曲線(CE)三極管的特性曲線是其各極電壓和電流之間關(guān)系的曲線。從使用三極管的角度來(lái)說(shuō)，了解其特性曲線比了解其內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)顯得更為重要。iCuCEuBEiBiB = f (uBE )UC E = 常數(shù)輸入特性輸出特性IB = 常數(shù)iC = f (uCE )雙端口網(wǎng)絡(luò)一、三極管的輸入特性iB = f (uBE )UC E = 常數(shù)1.5.4 三極管的特性曲線(CE)死區(qū)uBE/ViB/A0UCE = 0UCE 1VUCE=0時(shí)：+-uBEBCEiBU

20、CE 0V時(shí)，曲線右移，UCE 1V后，曲線幾乎重合。一般用UCE V的任一曲線與二極管正向特性相似由上述分析可知：三極管輸入特性也有一段死區(qū)。在正常工作下，NPN型硅管uBE=0.0. 8V；PNP型硅管uBE=-0.8-0.6V。UCE 1VuBE/ViB/A0uBE/ViB/A0cbeTiB?iC / mAuCE /V0IB= 0 A20A40 A60 A80 A飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū):發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均正向偏置截止區(qū):發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均反向偏置放大區(qū):發(fā)射結(jié)正向偏置；集電結(jié)反向偏置iBiCQ二、三極管的輸出特性IB = 常數(shù)iC = f (uCE )UCES發(fā)射結(jié)反偏:uBE = UON

21、集電結(jié)反偏:uCB 0NPN飽和區(qū)iC明顯隨uCE增大而增大 ic i I UON, uCE= uBE（ uCEUCES)（ uCE 0)截止區(qū) iB=0 、iC0的曲線下方。NPN: uBE = UON, uCE uBE放大區(qū)曲線平行等距iC近似平行于uCE軸CCCSic iI IBNPN: uBEUON, uCE uBE1.5.5 三極管的主要參數(shù) 一、直流參數(shù)1.共射直流電流放大系數(shù) = IC IB2.共基直流電流放大系數(shù) = IC IE(1)發(fā)射極開(kāi)路時(shí)集電結(jié)的反向飽和電流ICBO。 3.極間反向電流 一般小功率硅管ICBO為nA級(jí)，而鍺管為幾A幾十A。(2)基極開(kāi)路時(shí)集電結(jié)與發(fā)射結(jié)間

22、的穿透電流ICEO。 ICEO=（1+ ）ICBOICBO、ICEO受穩(wěn)度的影響很大，實(shí)際工作中其值愈小，性能愈穩(wěn)定。忽略ICBO二、交流參數(shù)2.共基交流電流放大系數(shù) = iC iB UCE=常數(shù)1.共射交流電流放大系數(shù) = iC iE UCB=常數(shù)一般可以認(rèn)為： iC等距平行于uCE軸即可以表示在加上，可以認(rèn)為： = iC iB 五、溫度對(duì)晶體管特性的影響溫度增加，會(huì)導(dǎo)致 ICBO 、 IB 增大。溫度對(duì)晶體管輸入特性的影響圖1.3.9 溫度對(duì)晶體管輸出特性的影響三極管特性容易受溫度影響溫度增加，會(huì)導(dǎo)致IC增大。溫度增加，會(huì)導(dǎo)致, 增大?？偨Y(jié)1.4、雙極型晶體管放大條件結(jié)構(gòu)上E重?fù)诫s、B薄且

23、摻雜低、C面積大；外電源使Je正偏、Jc反偏。電流關(guān)系iC iB iE = iC + iBuBE/ViB/A0UCE 1V三極管(NPN)的特性曲線Je和Jc均正偏，uCE很小，ce間近似短路。Je正偏、Jc反偏，iC = iB，T相當(dāng)CCCS 。Je和Jc均反偏，ic很小，ce間近似開(kāi)路。二極管的特性曲線600400200 0.1 50100iD / mAuD / V二極管的直流模型iDuD0UUiD+ uD iD+ uD D作業(yè):1.15(1.9), 1.16(1.10), 1.19(1.12)2、晶體管的等效模型（1）晶體管直流模型iBuBE0UiC / mAuCE

24、/V0IB4IB3IB2IB1IB4IB3IB2IB1前提: Q點(diǎn)在放大區(qū)IBQUDbeUBEQecICQIBQUCEQ（1）晶體管直流模型RCRb20VVCCVBB+-uCE(uO)ui+-直流電壓和交流信號(hào)同時(shí)作用下 三極管在小信號(hào)(微變量)情況下工作時(shí)，可以在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)用直線段近似地代替三極管的特性曲線，三極管就可以用線性二端口網(wǎng)絡(luò)來(lái)等效代替。 (2) 三極管的交流(微變)等效電路icuceubeibube=h11ib+h12uceic=h21ib+h22uce線性電路ubeuceibic在小信號(hào)下H參數(shù)等效模型ube=h11ib+h12uceic=h21ib+h22uce

25、h11=ube/ib|uce=0 =rbeh21=ic/ib|uce=0=h12=ube/uce|ib=00h22=ic/uce|ib=0=1/rce 0 = iC iB UCE=常數(shù)QQrbe稱(chēng)三極管的輸入電阻rbb稱(chēng)為基區(qū)的體電阻，對(duì)于小功率管，一般為100500。三極管的微變等效電路ube=rbeib+h12uceic=ib+ uceicuceubeibbceuberbe eibibicucebc三極管簡(jiǎn)化的微變等效電路uberbe eibibic rcerceuceucebch12uce+三極管的微變等效電路只能用來(lái)分析放大電路變化量之間的關(guān)系 rce1線性化如ce端所接 很大,不能忽

26、略IBQUDbeUBEQecICQIBQUCEQ（1）晶體管直流模型(2) 三極管的交流(微變)等效電路uberbe eibibicucebcecbTecbTcbeT放大區(qū)交流模型只能求解交流量直流模型只能求解直流量H參數(shù)在靜態(tài)工作點(diǎn)附近定義的，只適合于交流小信號(hào)（大小和方向）從屬于NPN和PNP具有相同的H參數(shù)交流模型uberbe eibibicucebc1.6 場(chǎng)效應(yīng)管(單極型三極管)本節(jié)要介紹的場(chǎng)效應(yīng)管是依靠一種極性的載流子(多子)飄移參與導(dǎo)電，所以稱(chēng)單極型三極管。又因?yàn)樗抢幂斎牖芈返碾妶?chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的，所以又稱(chēng)場(chǎng)效應(yīng)管。它是電壓控制電流源(VCCS)器件。它的輸入阻抗高1

27、.6.1 場(chǎng)效應(yīng)管FET(Field Effect Transistor) 的類(lèi)型按其結(jié)構(gòu)絕緣柵型結(jié)型按其工作狀態(tài)增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道1.6.2 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(耗盡型)一、結(jié)構(gòu)示意圖（以N溝道為例）NP耗盡層GSD兩個(gè)PN結(jié)夾著一個(gè)N溝道。三個(gè)電極： G：柵極 Gate D：漏極 Drain S：源極 Source結(jié)構(gòu)和符號(hào)（以N溝道為例）GSDVGG(uGS) 二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理 1. 柵源電壓對(duì)溝道的控制作用 在柵源間加負(fù)電壓VGG = 0，令uDS =0(2)當(dāng)uGS時(shí)，PN結(jié)反偏，導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大。(3)當(dāng)uGS增加到一定值時(shí) ，溝道完全合攏。溝道電阻

28、無(wú)窮大 夾斷電壓UGS(off)使導(dǎo)電溝道完全合攏（消失）所需要的柵源電壓uGS。 (1)當(dāng)uGS=0時(shí)，為平衡PN結(jié)，導(dǎo)電溝道最寬。溝道電阻最小UGS(off)=0 ，令uGS =0由于uGS =0，所以導(dǎo)電溝道最寬。圖1.4.4 UGS(off) uGS 0的情況預(yù)夾斷預(yù)夾斷前預(yù)夾斷后恒流區(qū)可變電阻區(qū)溝道電阻受uGS控制（1）輸出特性曲線： iD=f（ uDS ）UGS=常數(shù) 3.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的特性曲線 飽和區(qū)內(nèi)： iD /uGS 常數(shù)= gm gm 低頻跨導(dǎo)可變電阻區(qū)：預(yù)夾斷前。飽和區(qū)（恒流區(qū)）：預(yù)夾斷后。夾斷區(qū)（截止區(qū)）。即： iD = gm uGS 放大原理（2）轉(zhuǎn)移特性曲線：

29、iD=f（ uGS ）UDS=常數(shù)4321051015UGS =0-1V-2V-3V-4V uDS / ViD /mA4321iD /mAuGS / V0-1-2-3-4UGS（off）飽和漏極電流IDSSUGS(off) uGSiD=IDSS(1)2（UGS（off）uGS0）N 溝道UDS =10V只在恒流區(qū)內(nèi)只適合于恒流區(qū)內(nèi)IDSS: uGS=0時(shí)的iD直流模型1.6.3 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(MOS管)SiO2結(jié)構(gòu)示意圖P型硅襯底源極S柵極G漏極D 襯底引線BN+N+符號(hào)1. 結(jié)構(gòu)和符號(hào)一、增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（以N溝道為例）DBSGN溝道DBSGP溝道G(Metal)-SiO2鋁SiO2結(jié)

30、構(gòu)示意圖P型硅襯底耗盡層襯底引線BN+N+SGDUDSiD = 0D與S之間是兩個(gè)PN結(jié)反向串聯(lián)，無(wú)論D與S之間加什么極性的電壓，漏極電流均接近于零。2. 工作原理(1) uGS =0 時(shí)圖1.4.8 uDS 0時(shí)uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制P型硅襯底N+BSGD。UDS耗盡層iD 柵極下P型半導(dǎo)體表面形成N型導(dǎo)電溝道，當(dāng)D、S加上正向電壓后可產(chǎn)生漏極電流iD 。 (2) uGS UGS(th)N型導(dǎo)電溝道N+N+UGS圖1.4.9 uGS為大于UGS(th)的某一值時(shí) uDS對(duì)iD的影響預(yù)夾斷前預(yù)夾斷預(yù)夾斷后可變電阻區(qū)溝道電阻受uGS控制恒流區(qū)4321051015UGS =5V6V4V3V2ViD

31、 /mAUDS =10V增強(qiáng)型 NMOS 管的特性曲線 0123飽和區(qū)可變電阻區(qū)245uGS / V3. 特性曲線UGs(th)輸出特性轉(zhuǎn)移特性 uDS / ViD /mAiD=IDO( 1)2 uGS UGS(th) 夾斷區(qū)IDOIDO: uGS=2UGS(th)時(shí)的iD（uGSUGS（th) 0 , N 溝道)1. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理符號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖P型硅襯底源極S漏極D 柵極G襯底引線B耗盡層N+N+正離子N型溝道SiO2制造時(shí)，在二氧化硅絕緣層中摻入大量的正離子。二、耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（以N溝道為例）DBSGN溝道DBSGP溝道432104812UGS =1V2V3V輸出特性轉(zhuǎn)移特性耗盡型NMOS管的特性曲線 1230V101123 uGS / V2. 特性曲線UGs(off) uDS / VUDS =8ViD /mAiD /mAIDSSUGS(off) uGSiD=IDSS(1)2N 溝道耗盡型（UGS（off）uGS）UGS（off) 0 N 溝道耗盡型柵源電壓與柵極電流的比值，其值很高。1.