模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

半導(dǎo)體三極管及其電流放大原理場(chǎng)效應(yīng)管及其工作原理放大的概念及放大電路的性能指標(biāo)

§1.6半導(dǎo)體三極管一、晶體管外形又稱：晶體三極管、雙極型晶體管、晶體管晶體管的幾種常見(jiàn)外形多子濃度高多子濃度很低，且很薄集電結(jié)面積很大晶體管有三個(gè)極、三個(gè)區(qū)、兩個(gè)PN結(jié)。二、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)（NPN型）PNP集電極基極發(fā)射極PNP型晶體管：ECBNPN型晶體管NPN二、晶體管的電流放大原理進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IB，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正偏，且摻雜濃度高，所以大量自由電子向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。發(fā)射結(jié)正偏，基區(qū)摻雜濃度低，少量空穴向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，電流很小，可忽略。集電結(jié)反偏，且結(jié)面積大，由發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子在外電場(chǎng)的作用下越過(guò)集電結(jié)到達(dá)集電區(qū)，形成集電極電流IC。集電結(jié)反偏，集電區(qū)和基區(qū)的少子也參與漂移運(yùn)動(dòng)，但它的數(shù)量很少，可忽略不計(jì)

。發(fā)射區(qū)：多子濃度高基區(qū)：多子濃度低，薄集電區(qū)：結(jié)面積大穿透電流集電結(jié)反向電流直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)

IE＝IEN＋I(xiàn)EP＝ICN＋I(xiàn)BN＋I(xiàn)EP

IC＝ICN＋I(xiàn)CBO

IE＝IB＋I(xiàn)C

IB＝IBN＋I(xiàn)EP－ICBO

電流分配：RBCBEICmAAVVUCEUBEIBUSCUSBRC三、特性曲線描述B-E間和C-E間電壓電流的關(guān)系輸入特性曲線：UCE一定時(shí)，iB與uBE的關(guān)系。1、當(dāng)C-E間電壓為零時(shí)，即相當(dāng)于短路，此時(shí)相當(dāng)于兩個(gè)并聯(lián)的PN結(jié)，所以輸入特性曲線應(yīng)該與PN結(jié)類似；2、當(dāng)C-E間電壓增大時(shí)，由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的自由電子一部分越過(guò)基區(qū)和集電結(jié)形成集電極電流，而另一部分在基區(qū)參與復(fù)合運(yùn)動(dòng)的自由電子將隨C-E間電壓增加而減少。因此，要獲得同樣的基極電流，就必須加大B-E間電壓，使發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入更多的電子。因此，曲線右移。ECBNPN分三個(gè)工作區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。輸出特性曲線：1、當(dāng)C-E間電壓從零逐漸增大時(shí)，集電結(jié)電場(chǎng)增大，收集由發(fā)射區(qū)至基區(qū)的自由電子能力逐漸加強(qiáng)，因而，集電極電流也就逐漸增大（此期間CE間電壓小于BE間電壓）；2、當(dāng)C-E間電壓增大到一定數(shù)值時(shí)（超過(guò)BE間電壓）

，集電極電場(chǎng)足以將基區(qū)自由電子的絕大部分收集到集電區(qū)來(lái)，C-E間電壓再增大，收集能力已經(jīng)沒(méi)有明顯提高，表現(xiàn)為曲線幾乎平行于橫軸。ECBNPN輸出特性三個(gè)工作區(qū)的條件及特點(diǎn):(1)放大區(qū)

BE結(jié)正偏（uBE>Uon

），BC結(jié)反偏（uCE

uBE

），iC=IB,且

iC=

IB,表現(xiàn)出IB對(duì)iC的控制作用。(2)飽和區(qū)

BE結(jié)正偏，BC結(jié)正偏，即uCEuBE

，

IB>iC(3)截止區(qū)

uBE<Uon，IB=0，iC=ICEO0，uCE=VCC

NpN四、溫度對(duì)晶體管特性的影響晶體管的技術(shù)參數(shù)：（自學(xué)）（1）電流放大倍數(shù)（2）集-射間穿透電流ICEO（3）集-射間反向擊穿電壓UCEO(BR)（4）集電極最大電流ICM（5）集電極最大允許功耗PCM§1.7場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管的概念：是利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件（電壓控制電流）。場(chǎng)效應(yīng)管的分類：結(jié)型和絕緣柵型兩種。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管N溝道P溝道耗盡型增強(qiáng)型耗盡型增強(qiáng)型N溝道P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1.N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)在同一塊N型半導(dǎo)體上制作兩個(gè)高摻雜的P區(qū)，并將它們連接在一起，引出一個(gè)電極稱為柵極g，導(dǎo)電溝道N型半導(dǎo)體的兩端分別引出兩個(gè)電極，一個(gè)稱為源極s，一個(gè)稱為漏極d。2.N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工作原理（uGS<0，uDS

0

）導(dǎo)電溝道要使其正常工作，uGS<0，uDS

0uGS<0

，既保證了柵源之間內(nèi)阻很高的特點(diǎn)，又實(shí)現(xiàn)了uGS對(duì)溝道的控制作用。？？？PN結(jié)反向偏置內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，抑制擴(kuò)散、加劇漂移，形成反向電流，也稱漂移電流，因?yàn)槠齐娏魇怯缮僮舆\(yùn)動(dòng)引起的，而其數(shù)目極少，因此漂移電流很小，常可忽略不計(jì)，認(rèn)為PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。反向飽和電流很小，A級(jí)(1)當(dāng)漏源間電壓為零uDS

（短路）時(shí)，uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用。耗盡層很窄，導(dǎo)電溝到很寬耗盡層變寬，溝道變窄，溝道電阻增大導(dǎo)電溝道消失，夾斷狀態(tài)(2)當(dāng)uGS為某一固定值時(shí)，uDS對(duì)漏極電流iD的影響——輸出特性當(dāng)柵源之間電壓在0至夾斷電壓之間的某一個(gè)確定值時(shí)，若漏源之間電壓為零，則雖然存在導(dǎo)電溝道，但由于沒(méi)有漏源電壓，因此，N區(qū)的多子不會(huì)產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成漏極電流。漏源之間加電壓后，溝道各點(diǎn)相對(duì)柵極電壓不再相等柵源電壓為常量時(shí)，漏極電流與漏源電壓的關(guān)系。PN結(jié)反向偏置漏源間電壓的增加一方面使得導(dǎo)電溝道變窄，電流有變小的趨勢(shì)；另一方面，漏源電壓的增大使得漏源間縱向電場(chǎng)增大，必然使漏源電流有變大的趨勢(shì)。在柵漏間沒(méi)出現(xiàn)夾斷區(qū)之前，電流增大的趨勢(shì)強(qiáng)于減小趨勢(shì)。出現(xiàn)夾斷區(qū)后，溝道電阻明顯增加，使得電流明顯減小，其減小趨勢(shì)與漏源電壓增加引起的電流增加趨勢(shì)相抵消，電流不再隨漏源電壓增加而變化。場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)：漏源電壓為常量時(shí)，柵源間電壓對(duì)漏極電流的控制關(guān)系。(3)當(dāng)uDS

為某一固定值時(shí)，漏極電流iD與uGS的關(guān)系——轉(zhuǎn)移特性u(píng)DS為常量4.

場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較場(chǎng)效應(yīng)管的柵極g、源極s、漏極d對(duì)應(yīng)晶體管的基極b、發(fā)射極e、集電極c；場(chǎng)效應(yīng)管用柵－源電壓uGS控制漏極電流

iD

，柵極基本不取電流，具有高輸入電阻；場(chǎng)效應(yīng)管只有多子參與導(dǎo)電，晶體管內(nèi)既有多子又有少子參與導(dǎo)電，而少子數(shù)目受溫度影響影響大，因此場(chǎng)效應(yīng)管溫度穩(wěn)定性好；場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極可以互換使用，互換后特性變化不大，而晶體管的發(fā)射極和集電極互換后特性差異很大。放大的對(duì)象：變化量放大的本質(zhì)：能量的控制和轉(zhuǎn)換，即在輸入信號(hào)作用下，通過(guò)放大電路將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為負(fù)載獲得的能量放大的特征：功率放大，即負(fù)載上總是獲得比輸入信號(hào)大得多的電壓或電流放大的基本要求：不失真放大的核心元件：晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管等有源元件為了使放大電路不產(chǎn)生失真，對(duì)電路中的晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管的工作狀態(tài)有什么要求？？第二章基本放大電路

性能指標(biāo)放大倍數(shù)（這里指電壓放大倍數(shù)）2.輸入電阻：從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻直接衡量放大電路放大能力的指標(biāo)Ri越大，表明放大電路從信號(hào)源索取的電流越小，放大電路所得到的輸入電壓越接近信號(hào)源電壓，即信號(hào)電壓損失越小。3.輸出電阻：把放大電路的輸出看成一個(gè)有內(nèi)阻的電壓源，從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻。RO越小，負(fù)載電阻RL變化時(shí)，UO變化越小，稱為電路的帶負(fù)載能力越強(qiáng)。輸入電阻與輸出電阻是描述電子電路在相互連接時(shí)所產(chǎn)生的影響而引入的參數(shù)。當(dāng)兩個(gè)放大電路相互連接時(shí)，放大電路II的輸入電阻是放大電路I的負(fù)載電阻，而放大電路I可看成為放大電路II的信號(hào)源，信號(hào)源的內(nèi)阻就是放大電路I的輸出電阻。4.通頻帶：衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力。放大倍數(shù)隨頻率變化曲線—幅頻特性曲線3dB帶寬由于放大電路中電容、電感及半導(dǎo)體器件結(jié)電容等的存在，在輸入信號(hào)頻率較低或者較高時(shí)放大倍數(shù)的數(shù)值會(huì)下降。5.最大不失真電壓：即當(dāng)輸入電壓再增大就