中文電課件1篇器件新

集成電子技術(shù)基礎(chǔ)教程模擬電子技術(shù)：研究模擬信號模擬信號在時間上和數(shù)值上都是連續(xù)變化的。數(shù)字電子技術(shù)：研究數(shù)字信號數(shù)字信號在時間上和數(shù)值上都是間斷變化的。這學期我們學習模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬量和數(shù)字量模擬信號和數(shù)字信號tvtp0123410模擬信號數(shù)字信號模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)這學期我們先學模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)第一篇電子器件基礎(chǔ)第二篇模擬電子電路第三篇數(shù)字電子電路第四篇電子電路綜合與應用(第1章)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)：電類工科基礎(chǔ)課程課程特點：概念多，電路形式多，分析方法多，難教難學。教學理念：講解清晰，注重基本，突出集成，培養(yǎng)學習興趣，提高分析和設(shè)計能力。教學形式：突出重點和難點；加強啟發(fā)和互動，激發(fā)學生主體意識，給予學生創(chuàng)新啟迪。集成電子技術(shù)基礎(chǔ)：課程學習方法1.規(guī)律性：各種復雜的電子電路都由若干基本單元電路組成，引導學生掌握電子技術(shù)的學習規(guī)律。3.工程性：對于電子電路的分析與設(shè)計，工程上通常采用近似計算法。4.實踐性：必須通過實驗調(diào)試才能理解和掌握理論知識，培養(yǎng)解決實際問題的能力。2.非線性：電子器件具有非線性特性，常用圖解分析法和模型分析法。參考書：“十五”國家級規(guī)劃教材1、電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）華中科技大學康華光主編2、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第四版清華大學華成英、童詩白主編第一篇電子器件基礎(chǔ)第二章1.2.1半導體材料與PN結(jié)半導體器件的工作機理

半導體的導電特性1.本征半導體PN結(jié)的機理與特性導電性能介于導體（如銅、鐵等）與絕緣體（如石頭、木頭）之間；主要有：Si（硅）Ge（鍺）GaAs（砷化鎵）；影響半導體的導電性能：溫度、純度。純凈的半導體稱為本征半導體。以硅(Si)為例：一、半導體材料及其電特性最外層有4個電子，受原子核的束縛力最小，稱為價電子。導電性能與價電子有關(guān)。硅原子結(jié)構(gòu)簡化模型(+4)表示原子核和內(nèi)層電子所組成的慣性核的電荷。硅制成單晶后，原子按一定規(guī)律整齊排列。價電子受相鄰原子核的作用，形成共價鍵。共價鍵中的價電子獲得足夠的能量時（溫度或光照）掙脫共價鍵的束縛，成為自由電子。同時，在共價鍵中留下空位，稱為空穴。自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)，稱為電子空穴對。

電子空穴對的產(chǎn)生稱為本征激發(fā)（熱激發(fā)）。在本征硅中，自由電子作為攜帶負電荷的載流子參加導電?？昭ㄒ部梢钥闯墒菙y帶正電荷的載流子。半導體特有的:電子導電和空穴導電兩種載流子導電出現(xiàn)空穴后，共價鍵中的價電子就較易填補到這個空位上，過程的持續(xù)進行，相當于空穴在晶體中移動。在本征激發(fā)的同時，自由電子受原子核的吸引還可能重新回到共價鍵中，稱為復合。在一定溫度下，電子空穴對的熱激發(fā)與復合達到動態(tài)平衡，電子空穴對維持一定的濃度。導電能力由電子空穴對的濃度決定。常溫下，本征硅中自由電子的濃度或空穴的濃度為硅原子濃度的3萬億分之一。所以本征硅的導電能力是很弱的。大約溫度每升高10oC，載流子濃度將增加一倍，因此，溫度對半導體的導電性能有較大的影響。2.雜質(zhì)半導體為了提高半導體的導電能力，摻入某些微量的元素作為雜質(zhì)，稱為雜質(zhì)半導體。(1)N型半導體摻入磷、砷等五價元素。多余的價電子成為自由電子，且濃度遠遠超過電子空穴對。雜質(zhì)原子成為帶一個電子電荷的正離子。自由電子為多子；空穴為少子。表示成：(2)P型半導體摻入硼、鎵等三價元素。當與四價原子組成共價鍵時產(chǎn)生一個空位,周圍共價鍵上的電子就來填補這個空位,形成一個空穴,雜質(zhì)原子成為帶一個電子電荷的負離子?？昭槎嘧?；自由電子為少子。這種半導體以空穴導電為主，稱為P型半導體。雜質(zhì)半導體中，多子濃度由雜質(zhì)的含量決定，少子的濃度主要由溫度決定。表示成：3.半導體中載流子的運動漂移運動擴散運動在電場作用下的定向運動。自由電子與空穴產(chǎn)生的電流方向一致。載流子由濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域擴散。

二、

PN結(jié)的形成在N型半導體的基片上，采用平面擴散法等工藝，摻入三價元素，使之形成P型區(qū)，則在P區(qū)和N區(qū)之間的交界面處將形成一個很薄的空間電荷層，稱為PN結(jié)。PN結(jié)的典型厚度為0.5m。P區(qū)空穴(多子)向N區(qū)擴散，留下不能移動的負離子；N區(qū)電子(多子)向P區(qū)擴散，留下不能移動的正離子；正負離子形成空間電荷層。內(nèi)電場是多子的擴散運動引起的。內(nèi)電場的影響：

阻礙多子的擴散運動

促進少子的漂移運動多子擴散運動使PN結(jié)變厚

少子漂移運動使PN結(jié)變薄沒有外加電壓時，多子擴散電流與少子漂移電流達到動態(tài)平衡?？臻g電荷層的寬度和內(nèi)建電位的高度才能相對穩(wěn)定下來。此時，有多少個多子擴散到對方，就有多少個少子從對方漂移回來。阻擋層：強調(diào)對多子擴散運動的阻擋作用耗盡層：強調(diào)PN結(jié)內(nèi)的載流子濃度減到最小[名稱]：空間電荷層、勢壘區(qū)、

阻擋層、高阻區(qū)多子擴散加速少子漂移交界面兩側(cè)有濃度差復合形成空間電荷層內(nèi)建電場E阻礙多子擴散動態(tài)平衡，凈電流為零

三、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

正偏：P(＋)N(－)外加電場與PN結(jié)內(nèi)電場方向相反N區(qū)電子進入空間電荷層，使PN結(jié)厚度變薄。多子的擴散電流大大增加少子的漂移電流遠遠小于擴散電流正向電流近似為多子的擴散電流PN

反偏：P(－)N(＋)外加電場與內(nèi)電場方向一致P區(qū)電子（少子）進入空間電荷層，使PN結(jié)厚度變厚。多子的擴散電流大大減小少子的漂移電流占優(yōu)勢反向電流近似為少子的漂移電流少子濃度很小，因此反向電流遠遠小于正向電流；

少子濃度與外加電壓無關(guān)，故稱反向飽和電流。和溫度有關(guān)PN結(jié)的正向伏安特性：正偏時PN結(jié)導通，電流由外加電壓和限流電阻決定。PN結(jié)的反向伏安特性：反偏時PN結(jié)的電流很小，稱為截止。PN結(jié)的反向擊穿特性擊穿電壓V（BR）PN結(jié)的伏安特性IS：反向飽和電流

VT：電壓當量，室溫下VT26mV1.2.2半導體二極管電路符號空心三角形箭頭表示實際電流方向：電流從P流向N。一、二極管的結(jié)構(gòu)與類型（P）（N）二極管由一個PN結(jié)，加相應的電極引線和管殼封裝而成。二極管分類點接觸型面結(jié)合型平面型二、二極管的特性與參數(shù)1.伏安特性DEOA：死區(qū)開啟電壓：VthAB：近似指數(shù)規(guī)律BC：近似恒壓源導通電壓：VonOD：近似恒流源DE：反向擊穿特性擊穿電壓：V(BR)反向電流：IRIS：反向飽和電流

VT：電壓當量，室溫下VT26mV硅二極管與鍺二極管的比較硅2CP6鍺2AP15

擊穿特性當外加反向電壓超過擊穿電壓時，反向電流急劇增大，稱為反向擊穿。齊納擊穿：雪崩擊穿：外加電場將價電子直接從共價鍵中拉出來，使電子空穴對增多，電流增大當電場足夠強時，載流子的漂移運動被加速，將中性原子中的價電子“撞”出來，產(chǎn)生新的電子空穴對。形成連鎖反應，使電流劇增。齊納擊穿多發(fā)生在高摻雜的PN結(jié)中

雪崩擊穿多發(fā)生在低摻雜的PN結(jié)中4V以下為齊納擊穿7V以上為雪崩擊穿4~7V可同時存在

溫度特性溫度升高時,反向飽和電流增大,正向電流也增大。PN結(jié)正向電壓具有負溫度系數(shù)。溫度升高10℃，IS約增加1倍。正向電壓具有負溫度系數(shù)：2.二極管的電容效應PN結(jié)電壓變化將引起結(jié)區(qū)及結(jié)外側(cè)載流子數(shù)量(電荷量)的變化，這一效應可用結(jié)電容Cj來模擬。CB(墊壘電容)：PN結(jié)外加電壓增大，空間電荷層變窄。所以，墊壘區(qū)的電荷量隨電壓變化而變化。BarrierDiffusionCD(擴散電容)：PN結(jié)外側(cè)非平衡載流子有一濃度分布曲線，當外加電壓增大，濃度分布曲線變化相當于電荷量變化。非線性幾十pF正偏時以墊壘電容為主反偏時以擴散電容為主3.二極管的主要參數(shù)

最大整流電流IF

是二極管長期運行時允許通過的最大半波整流電流平均值。整流電流超過此值時，二極管將被燒壞。

反向擊穿電壓V(BR)

當反向電壓超過V(BR)時，反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦阅鼙黄茐模踔烈鸲O管損壞。

反向電流IR

反向電流越小，管子的單向?qū)щ娦栽胶?。用圖解法求二極管兩端電壓V和電流IEDREE/RQ(VQ,IQ)E=V+IR(負載線方程)I=f(V)(二極管特性)負載線二極管基本應用電路分析舉例一、二極管模型對二極管的非線性進行線性化處理。

大信號模型

理想二極管模型恒壓降模型大信號模型常用來分析在大信號條件下的電壓和電流的大小當二極管在某一工作點附近電壓或電流變化時的模型稱為小信號模型。rd稱為動態(tài)電阻（微變等效電阻）rd的數(shù)值與靜態(tài)工作點(Q點)有關(guān)

小信號模型由PN結(jié)特性方程求導數(shù)得到二、二極管基本應用電路分析舉例半波整流

整流電路

輸出直流電流平均值二極管承受平均電流二極管承受最大反壓全波整流輸出直流電流平均值二極管承受平均電流二極管承受最大反壓

限幅電路|vi|＜0.7V，D1、D2截止，vo=vivi

＞0.7V，D1導通，vo=0.7V上限幅vi＜-0.7V，D2導通，vo=-0.7V下限幅數(shù)字電路中，輸入只有2種狀態(tài)：要么是高電平(+3V)，要么是低電平(0V)。VAVBDADBVO0V0V0.7V0V3V0.7V3V0V3.7V3V3V0.7V導通導通導通導通導通導通截止截止LLHLHLHHHLLL真值表001010111000VAVBVO輸入VA“與”VB都有效(高電平)時，輸出VO才有效(高電平)，稱為“與”邏輯。“與”門電路【例】

圖1.1.6(a)為硅二極管半波整流電路，試估算：（1）當V，時，（2）當V，時，（3）當為220V交流電源：V時，若，畫出負載電流和二極管兩端電壓的波形。（1）對圖(a)電路的圖解分析如圖（b）所示。(b) (a)二極管伏安特性：外電路方程：把代入，得負載線和特性曲線的交點Q1（VQ1，IQ1）（2）代入，得工作點Q2（VQ2，IQ2）VQ2（2）若利用圖（c）所示的等效電路求解，則比較二種分析方法的計算結(jié)果后不難看出，由于工作點Q2較高(已進入二極管正向特性的恒壓區(qū))，所以誤差較小。當二極管的工作電流較大時，采用等效電路法不但方便，而且準確；而圖解法則可以彌補等效電路法的不足。(a)VQ2(b) (c) （3）如果改用正弦交流電源：二極管正向?qū)ǘO管反向截止

低壓穩(wěn)壓電路VO

＝2VD

1.4V當由于某種原因（如電網(wǎng)波動、負載變化）引起VI變化時，VO也將變化。分析VO的變化情況需要用微變等效電路。微變等效電路【例】在低壓穩(wěn)壓電路中，設(shè)VI＝12V，R＝5.1k。若VI變化（10%），問輸出電壓VO變化多少？解：應先求rd：應先求IDQ在分析小信號性能時，應先求電路的靜態(tài)工作點，然后計算小信號模型參數(shù)，最后求得電路的小信號性能指標。在低壓穩(wěn)壓電路中，設(shè)VI＝12V，R＝5.1k。若VI變化（10%），問輸出電壓VO變化多少？解：VO＝1.4V1.2.3特種二極管利用反向擊穿特性

穩(wěn)壓范圍從1V到幾百伏一、穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)：

穩(wěn)定電壓VZ

動態(tài)電阻rzrz愈小，則擊穿特性愈陡，穩(wěn)壓特性愈好。

最大允許耗散功率PZM當通過穩(wěn)壓管的電流為規(guī)定的測試電流IZ時，穩(wěn)壓管兩端的電壓幾歐~幾十歐超過會因過熱而燒壞

最小穩(wěn)定電流IZ(min)反向擊穿區(qū)起始電流

最大穩(wěn)定電流IZ(max)

穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)溫度每升高1°C穩(wěn)定電壓的相對變化量【例】解：圖示電路中，設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓，正常工作時的穩(wěn)定電流，穩(wěn)壓管允許功耗。試分析當，時，限流電阻R應選擇多大才能保證既穩(wěn)壓又安全？（1）當穩(wěn)壓電路正常工作時，應保證。（2）當負載開路時，應保證穩(wěn)壓管的功耗以防止穩(wěn)壓管因過熱而損壞。因而可以保證穩(wěn)壓管的安全工作限流電阻負載開路時而穩(wěn)壓管的最大允許電流二、發(fā)光二極管電致發(fā)光器件，將電信號轉(zhuǎn)換成光信號。通常由磷砷化鎵（GaAsP)、磷化鎵（GaP)制成光的波長（顏色）與材料有關(guān)正偏導通時發(fā)光發(fā)光二極管的開啟電壓和正向?qū)妷罕绕胀ǘO管大，正向電壓一般為1.3~2.4V。亮度與正向電流成正比，一般需要幾個毫安以上。三、光電二極管正常工作在反偏狀態(tài)。無光照時，只有很小的反向飽和電流，稱為暗電流；有光照時，PN結(jié)受光激發(fā)，產(chǎn)生大量電子空穴對，形成較大的光電流。通常由硅材料制成，管殼有接收光照的透鏡窗口。光電二極管的電流與照度成正比，用于信號檢測、光電傳感器、電機轉(zhuǎn)速測量等。四、變?nèi)荻O管反向偏置時，PN結(jié)的等效電阻很大，等效電容與所加反向電壓的大小有關(guān)。變?nèi)荻O管的電容很小，一般為pF數(shù)量級，通常用于高頻電路，如電視機高頻頭中的壓控可變電容器。五、肖特基二極管主要特點是導通電壓較低(0.4V左右)，導通時存儲的非平衡載流子數(shù)量少，夾斷時間很短，在高速數(shù)字電路中獲得很好的應用。1.2.4雙極型三極管一、雙極型三極管的結(jié)構(gòu)與工作原理半導體三極管又稱為晶體管、三極管、雙極型晶體管、BJT。自由電子和空穴兩種載流子參與導電。三極管由2個背靠背的PN結(jié)組成，分為NPN型、PNP型。三極管又分為硅三極管、鍺三極管。NPN型三極管箭頭表示發(fā)射結(jié)正偏時的實際電流方向。采用平面管制造工藝，在N＋型底層上形成兩個PN結(jié)。c：Collector集電極b：base基極e：emitter發(fā)射極工藝特點：e區(qū)摻雜濃度高，b區(qū)薄，c結(jié)面積大。發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)不對稱PN結(jié)N低摻雜區(qū)

P+高摻雜區(qū)發(fā)射區(qū)基區(qū)集電區(qū)PNP型三極管發(fā)射結(jié)正偏（VBE＜0）時，電流從b極流出。在P＋型底層上形成兩個PN結(jié)。NPNIENIBNICNIEP多子擴散少子漂移載流子運動(以NPN管為例）發(fā)射區(qū)向基區(qū)大量注入電子（多子）IEN；同時基區(qū)也有空穴向發(fā)射區(qū)擴散IEP；注入基區(qū)的電子小部分被基區(qū)的空穴復合IBN；大部分注入的電子從發(fā)射結(jié)擴散到集電結(jié)，因集電結(jié)反偏，很容易漂移過集電結(jié)，拉入集電區(qū)，被集電極所收集ICN。集電結(jié)反偏，少子形成反向飽和電流ICBO。條件（放大狀態(tài)）：發(fā)射結(jié)正偏(VBE＞0)，發(fā)射區(qū)電子大量向基區(qū)擴散的必要條件；集電結(jié)反偏(VCB＞0)，由發(fā)射區(qū)來的電子得以絕大部分到達集電區(qū)的必要條件。三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠大于集電區(qū)，以盡可能多提供載流子；基區(qū)很薄，且摻雜濃度低，以減小載流子的復合機會；集電區(qū)結(jié)面積較大，以利于收集載流子。IENIBNICNIEP多子擴散少子漂移IENIBNICNIEP多子擴散少子漂移Je正偏，Jc反偏定義

稱為共基極直流電流放大系數(shù)，ICBO稱為集電結(jié)反向飽和電流，其值很小，常可忽略。一定條件下，輸入/出電流成線性關(guān)系，三極管是一種電流控制器件

共基組態(tài)時電流關(guān)系（放大狀態(tài)）

共射組態(tài)時電流關(guān)系（放大狀態(tài)）

稱為共射極直流電流放大系數(shù)，遠大于1ICEO稱為穿透電流，其值較小，也?？珊雎?。令則

共集組態(tài)時電流關(guān)系（放大狀態(tài)）無論哪種組態(tài)，輸入電流對輸出電流都具有控制作用，因此三極管是一種電流控制器件。并且共射和共集組態(tài)還具有電流放大作用。四種工作狀態(tài)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏：放大工作狀態(tài)發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏：截止工作狀態(tài)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏：飽和工作狀態(tài)發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏：倒置工作狀態(tài)模擬電路數(shù)字電路較少應用對于PNP型三極管bce+--Vbe<0Vcb<0條件（放大狀態(tài)）：發(fā)射結(jié)正偏(VBE＞0)，發(fā)射區(qū)電子大量向基區(qū)擴散的必要條件；集電結(jié)反偏(VCB＞0)，由發(fā)射區(qū)來的電子得以絕大部分到達集電區(qū)的必要條件。三極管是一種電流控制器件,共射和共集組態(tài)還具有電流放大作用。IBICIE輸入信號改變vBE的大小，即改變iB的大小，放大器件轉(zhuǎn)換為iC的變化，從而改變輸出電壓。所以，輸入信號加在b或者e，輸出信號加在c或者e。+vBE-+vCE-二、三極管的伏安特性曲線1.共射極輸入特性基極電流iB與發(fā)射結(jié)電壓vBE之間的關(guān)系+vBE-+vCE-1、：兩個PN結(jié)并聯(lián)bce與PN結(jié)正向伏安特性曲線相似2、：曲線右移，因為VCB=VCE-VBE=1-0.7V=0.3V集電結(jié)由正偏轉(zhuǎn)為反偏，基區(qū)內(nèi)復合電流減小。3、：右移很少。因為集電結(jié)反偏后已把發(fā)射區(qū)來的絕大部分電子拉向集電區(qū)。當vCE＞1V時，輸入伏安特性基本不變，用的曲線表示。集電極電流iC與集-射間電壓vCE之間的關(guān)系2.共射極輸出特性輸出特性曲線族

截止區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏

截止區(qū)硅0.5V，鍺0.1V

等效電路發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏

放大區(qū)特征是iC僅受iB控制，與vCE的大小無關(guān)，具有恒流特性。可估算、ICEO

等效電路或直接用可估算、ICEO發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏

飽和區(qū)其特征是iC隨vCE下降而減小。當vCE不變時,若增大iB,則iC基本不變,三極管失去放大能力。當集電結(jié)零偏(vCB=0)時稱為臨界飽和。VCES稱飽和壓降，ICS稱集電極飽和電流，IBS稱基極臨界飽和電流。IBSICSVCES當iB＞IBS時，三極管進入深飽和集電結(jié)正偏，集電結(jié)內(nèi)電場對基區(qū)內(nèi)非平衡載流子吸引力下降，iC隨vCE下降而減小，同時集電結(jié)正偏，iB增大，顯著減小。對硅管臨界飽和時

飽和區(qū)模型等效電路臨界飽和：

VCES＝0.7V深度飽和：

VCES≈0.3V簡化等效電路對硅管：對鍺管：臨界飽和：

VCES＝0.3V深度飽和：VCES≈0.1V0.7VvBE、vCE

為負值PNP型三極管iB、iC的實際流向與NPN型管相反橫坐標為-vBE、-vCENPN型三極管三、三極管的主要參數(shù)1.電流放大倍數(shù)

共射極直流電流放大倍數(shù)

共射極交流電流放大倍數(shù)β典型值為20～200

共基極直流電流放大倍數(shù)

共基極交流電流放大倍數(shù)α典型值為0.95～0.9952.極間反向電流

集電結(jié)反向飽和電流

ICBO

是指發(fā)射極開路，集電極與基極之間加反向電壓時的反向飽和電流(μA級)。與單個PN結(jié)的反向電流一樣，主要取決于溫度和少子濃度。

穿透電流ICEO

是指基極開路，集電極與發(fā)射極之間加反向電壓時，從集電極穿過基區(qū)流入發(fā)射極的反向飽和電流。ICEO是衡量三極管性能穩(wěn)定與否的重要參數(shù)之一，其值愈小愈好。

ICBO和ICEO與溫度密切相關(guān)。3.極限參數(shù)

集電極最大允許電流

ICM

當iC超過ICM時，電流放大倍數(shù)β將顯著下降。

集電極最大允許功耗PCM

PCM表示集電結(jié)上允許的耗散功率的最大值。主要由管子所允許的溫升及散熱條件決定。當超過PCM時，管子可能燒毀。

反向擊穿電壓V(BR)CEO

超過反向擊穿電壓時，管子將發(fā)生擊穿。反向擊穿電壓的大小不僅與管子本身的特性有關(guān)，還與外電路的接法有關(guān)。4.安全工作區(qū)與溫度穩(wěn)定性

安全工作區(qū)由三極管的三個極限參數(shù)：PCM、ICM和V(BR)CEO，在輸出特性曲線上可畫出安全工作區(qū)。

溫度穩(wěn)定性輸入特性：溫度上升時，發(fā)射結(jié)電壓下降（負溫度特性）,溫度系數(shù)約為-2.5mV/℃

。輸出特性：溫度上升時，輸出特性曲線上移，間距增大。TICBOICEOβ【例】

圖（a）為共射極放大電路，圖（b）、（c）為雙極型硅三極管T的輸入、輸出特性曲線。試按電路中的參數(shù)分析：（1）當時，輸入回路中的、和輸出回路中的。（2）雙極型三極管在工作點Q附近的直流電流放大系數(shù)和交流電流放大系數(shù)β。（3）當～10V時，、和、的變化范圍。(a)共射極放大電路(b)三極管輸入特性(c)三極管輸出特性（1）首先分析輸入回路再分析輸出回路

得（2）由圖（c）可知，在Q點附近，設(shè)由10μA變化至30μA，則在相同的下，將由0.74mA變化至2.22mA基本相同（3）時時①當時，，，而。此時三極管處于截止狀態(tài)。②當后，逐步增大，三極管進入放大區(qū)，，而將相應減小。③當繼續(xù)增大到μA時，工作點S不再上移，三極管處于飽和狀態(tài)。當時，工作點Q將沿負載線AB，在B～S之間移動。由此可得【例】

圖示電路中，設(shè)雙極型硅三極管=50，（1）試按圖中參數(shù)計算、、，并確定三極管工作狀態(tài)。（2）若，重新計算各靜態(tài)工作點，并確定三極管工作狀態(tài)。（3）若，計算各靜態(tài)工作點，

并確定三極管工作狀態(tài)。解：（2）若若處在放大區(qū)，則確實處在放大區(qū)（1）若處在放大區(qū)，則說明三極管已處于飽和區(qū)，必須采用飽和區(qū)模型

（3）若則三極管處于截止狀態(tài)

1.2.5場效應管場效應管用FET表示（FieldEffectTransistor）。具有輸入電阻高、熱穩(wěn)定性好、工藝簡單、易于集成等優(yōu)點。

絕緣柵型IGFET(或MOS)（InsultedGateType）

增強型MOS（Enhancement）

耗盡型MOS（Depletion）

結(jié)型JFET（JunctionType）

本質(zhì)上是耗盡型，分為N溝道和P溝道。場效應管分類：Metal-Oxide-SemiconductorN溝道P溝道N溝道P溝道一、絕緣柵場效應管（IGFET）

NMOS增強型

在P型襯底上加2個N+區(qū)，P型表面加SiO2絕緣層，在N+區(qū)加鋁金屬電極。MOS管的柵極與其它電極被SiO2絕緣層隔開了，所以稱為絕緣柵，柵極輸入電阻近似為，iG≈0

。s：Source源極d：Drain漏極g：Gate柵極B：Base襯底襯底引線箭頭由P指向NiGMetal-Oxide-SemiconductoriDvGS=0,vDS較小：s、d之間沒有導電溝道(漏源間只是兩個“背向”串聯(lián)的PN結(jié))，所以d-s間呈現(xiàn)高阻，iD≈0。當vGS＞0，表面形成耗盡層當vGS增強到足夠大：耗盡層下移，柵極與襯底之間產(chǎn)生一個垂直電場(方向為由柵極指向襯底)，它使漏-源之間的P型硅表面感應出電子層(反型層)使兩個N+區(qū)連通，形成N型導電溝道。絕緣層與耗盡層之間形成一個N型薄區(qū)（反型層）。

sdB正常工作時，B和s通常接在一起耗盡層反型層vGS>0,vDS=0時示意圖增強型MOS管工作原理(以NMOS為例）當vGS＝0時沒有導電溝道，而當vGS

增強到＞VT時才形成溝道，所以稱為增強型MOS管。并且vGS越大，導電溝道越厚，等效電阻越小，iD越大。開始形成導電溝道所需的最小電壓稱為開啟電壓VGS(th)(習慣上常表示為VT)。vGS＞VT時，vGS對iD的控制作用

vGS將在柵極與襯底之間產(chǎn)生一個垂直電場(方向為由柵極指向襯底)，它使漏-源之間的P型硅表面感應出電子層(反型層)使兩個N+區(qū)連通，形成N型導電溝道。d、s間呈低阻，所以在vDS的作用下產(chǎn)生一定的漏極電流iD。耗盡層反型層vGS>0,vDS=0時示意圖漏-源電壓vDS影響：由于溝道電阻的存在，iD沿溝道方向所產(chǎn)生的電壓降使溝道上的電場產(chǎn)生不均勻分布。近s端電壓差較高，為vGS；近d端電壓差較低，為vGD＝vGS-vDS，所以溝道呈楔形分布。vGS＞VT且為定值時，vDS對iD的影響

當vDS較小時：vDS對導電溝道的影響不大，溝道主要受vGS控制，所以在為定值時，溝道電阻保持不變，iD隨vDS

增加而線性增加。當vDS增加到vGS-vDS＝VT時（即vDS＝vGS-VT）：漏端溝道消失，稱為“預夾斷”。當vDS再增加時（即vDS＞vGS-VT）：iD將不再增加，趨向飽和。因為vDS再增加時，近漏端上的預夾斷點向s極延伸，使vDS的增加部分降落在預夾斷區(qū)，以維持iD的大小。表示漏極電流iD與漏-源電壓vDS之間的關(guān)系(1)輸出特性(漏極特性)

可變電阻區(qū)放大區(qū)(恒流區(qū)、飽和區(qū))

截止區(qū)(夾斷區(qū))特性與三極管相似，分為3個工作區(qū)，但工作區(qū)的作用有所不同。伏安特性與電流方程+vDS-iG+vGS-iD管子導通，但尚未預夾斷，即滿足的條件為：

可變電阻區(qū)iD不僅受vGS的控制，而且隨vDS增大而線性增大。vGS一定時，溝道厚度一定，漏源電阻幾乎為常數(shù)RDS

。又稱恒流區(qū)、飽和區(qū)。條件是：

放大區(qū)VDS較大時，溝道出現(xiàn)鍥型，予夾斷后，iD與vDS幾乎無關(guān)，表現(xiàn)為較好的恒流特性。

夾斷區(qū)又稱截止區(qū)。指管子未導通(vGS＜VT

)時的狀態(tài)。放大區(qū)和可變電阻區(qū)的過渡點是不明顯的予夾斷軌跡：(2)增強型NMOS管的轉(zhuǎn)移特性在一定vDS下，柵-源電壓vGS與漏極電流iD之間的關(guān)系IDO是vGS=2VT時的漏極電流IDOiG+vGS-iD+vDS-PMOS增強型PMOS與NMOS的工作原理完全相同，只是電流和電壓方向不同。-vGS+iD-vDS+

耗盡型MOS管制造過程中人為地在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的K+(鉀)或Na+(鈉)正離子。vGS=0，靠正離子作用，使P型襯底表面感應出N型反型層，將兩個N+區(qū)連通，形成原始的N型導電溝道。vDS一定，外加正柵壓(vGS＞0)，導電溝道變厚，溝道等效電阻下降，漏極電流iD增大；外加負柵壓(vGS＜0)時，溝道變薄，溝道電阻增大，iD減小。vGS負到某一定值VGS(off)(常以VP表示，稱為夾斷電壓)，導電溝道消失，整個溝道被夾斷，iD≈0，管子截止。+++++放大區(qū)的電流方程：耗盡型NMOS的伏安特性

IDSS為飽和漏極電流，是vGS=0時耗盡型MOS管的漏極電流。NMOSPMOS二、結(jié)型場效應管（JFET）結(jié)構(gòu)與符號N區(qū)作為N型導電溝道，引出s極和d極。在N區(qū)兩側(cè)擴散兩個P＋區(qū)，形成兩個PN結(jié)。兩個P＋區(qū)相連，引出g極。N溝道P溝道JFET通過vGS改變半導體內(nèi)耗盡層厚度（溝道的截面積）控制iD，稱為體內(nèi)場效應器件；MOSFET主要通過改變襯底表層溝道的厚度來控制iD，稱為表面場效應器件。vGS＝0時，d和s間存在N型導電溝道（N型區(qū)）。vGS＜0時，耗盡層增厚，導電溝道變薄。所以屬于耗盡型FET，原理和特性與耗盡型MOSFET相似。所不同的是JFET正常工作時，兩個PN結(jié)必須反偏，如對N溝道JFET，要求vGS≤0。工作原理vGS＜0vGS＝0JFET的伏安特性

（以N溝道JFET為例）伏安特性曲線和電流方程與耗盡型MOSFET相似。但要求VGS不能正偏。

不同F(xiàn)ET類型對偏置電壓的要求PMOS三、場效應管的主要參數(shù)

直流參數(shù)[開啟電壓VT]

增強型管的參數(shù)。[夾斷電壓VP]

耗盡型管的參數(shù)。[輸入電阻RGS(DC)]

因iG=0，所以輸入電阻很大。JFET大于107Ω，MOS管大于109Ω。[飽和漏極電流IDSS]

指耗盡型管在vGS=0時的漏極電流。

交流參數(shù)[低頻跨導(互導)gm][交流輸出電阻rds]跨導gm反映了柵壓對漏極電流的控制能力，且與工作點有關(guān)，是轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率。gm的單位是mS。rds反映了漏-源電壓變化量對漏極電流變化量的影響，在恒流區(qū)內(nèi)，是輸出特性曲線的切線斜率的倒數(shù)。其值一般為幾kΩ至幾十kΩ。

極限參數(shù)

[最大漏-源電壓

V(BR)DS]

漏極附近發(fā)生雪崩擊穿時的vDS。

[最大柵-源電壓

V(BR)GS]

柵極與源極間PN結(jié)的反向擊穿電壓

。

[最大耗散功率PDM]

同三極管的PCM相似。受管子的最高工作溫度及散熱條件決定。當超過PDM時，管子可能燒壞?！纠?/p>

有兩種場效應管，其漏極特性曲線如圖（a）、（b）所示。判斷它們的類型，并從圖中讀取VT

或VP

，IDSS

或IDO

的