數(shù)字電子電路

數(shù)字電子電路第一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三模擬電子技術(shù)本課程是電類各專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，是必修、考試、主干課程之一，是核心課程。是理論性、實(shí)踐性較強(qiáng)的課程。通過本課程的學(xué)習(xí)為后讀課程的學(xué)習(xí)和今后工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

72學(xué)時(shí)（實(shí)驗(yàn)獨(dú)設(shè)課程，實(shí)驗(yàn)在電氣實(shí)驗(yàn)技術(shù)課中實(shí)施）1.性質(zhì):2.學(xué)時(shí):第二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三

選用童詩白、華成英主編的《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第三版），該教材是一本成熟的經(jīng)典教材，優(yōu)秀教材。平時(shí)成績占20%，期末考試成績占80%。3.考核:4.教材:*參考書：（1）康華光主編的《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬電子技術(shù)部分。（2）華成英編的《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第三版）習(xí)題解答。第三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三（1）常用半導(dǎo)器件;10學(xué)時(shí)（2）基本放大電路;10+2(習(xí)題)學(xué)時(shí)（3）多級(jí)放大電路；6學(xué)時(shí)（4）集成運(yùn)算放大電路；4學(xué)時(shí)（5）放大電路的頻率響應(yīng)；6學(xué)時(shí)（6）放大電路中的反饋；8+2(討論)學(xué)時(shí)（7）信號(hào)的運(yùn)算和處理；8+2(習(xí)題)學(xué)時(shí)（8）波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換；6學(xué)時(shí)（9）功率放大電路；4學(xué)時(shí)（10）直流電源。4學(xué)時(shí)

5.內(nèi)容：第四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三

學(xué)生初步具有一看、二算、三選、四干的能力。6.課程教學(xué)目標(biāo)

會(huì)看，就是能看懂典型的電子設(shè)備的原理圖，了解各部分的組成及其工作原理；

會(huì)算，就是對(duì)各環(huán)節(jié)的工作性能會(huì)進(jìn)行定性或定量分析、估算；

會(huì)選和會(huì)干，就是遇到本專業(yè)的一般性任務(wù)，能大致選定方案，選用有關(guān)的元、器件，并且通過安裝調(diào)試把它基本上研制出來。至于會(huì)選和會(huì)干，將在課程設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)課和實(shí)訓(xùn)等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中培養(yǎng)。第五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三（1）掌握基本概念、基本電路、基本分析方法；7.學(xué)習(xí)本課程的建議（2）掌握基本單元電路和典型電路的工作原理、及其分析計(jì)算方法；（3）要加強(qiáng)讀圖能力培養(yǎng)；（4）要重視實(shí)驗(yàn)，立足提高實(shí)際工作能力。通過實(shí)驗(yàn)及其它實(shí)踐環(huán)節(jié)，掌握常用電子儀器的使用方法，模擬電子電路的測(cè)試方法、故障的判斷和排除方法。提高分析問題和解決問題的能力，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐結(jié)合，做到會(huì)選會(huì)干。第六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三（5）學(xué)會(huì)全面、辯證地分析模擬電子電路中的問題，只有最合適的電路，沒有最好的電路。（6）注意電路基本定理、定律在模擬電子電路中

的應(yīng)用，如基爾霍夫定律、戴維寧定理、諾頓定理等；（7）充分利用課堂時(shí)間，主動(dòng)學(xué)習(xí)。課后及時(shí)復(fù)習(xí)，按時(shí)完成作業(yè)。第七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三第1章常用半導(dǎo)體器件重點(diǎn)：1.本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體；2.PN結(jié)的形成及其特性；3.半導(dǎo)體二極管特性及主要參數(shù)；4.半導(dǎo)體三極管放大原理及其特性、主要參數(shù)；5.場(chǎng)效應(yīng)管的分類、工作原理和特性曲線。第八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三半導(dǎo)體的基本知識(shí)1.1.1

本征半導(dǎo)體純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體半導(dǎo)體除了導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與半導(dǎo)體之間外，還具有三個(gè)重要的特性：一、半導(dǎo)體（1）摻雜：在純凈的半導(dǎo)體（本征半導(dǎo)體）中摻入微量的某種雜質(zhì)后，導(dǎo)電能力增加。

---利用這一特性可制成各種半導(dǎo)體器件。（2）溫度：T（℃）↑↓導(dǎo)電能力↑↓

---利用這一特性可制成熱敏電阻，但是這一特性對(duì)半導(dǎo)體器件穩(wěn)定性不利。（3）光照：光照后，導(dǎo)電能力增強(qiáng)。

---利用這一特性可制成光電管、光電池等，但是這一特性對(duì)半導(dǎo)體器件穩(wěn)定性不利。1.1第九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三二、本征半導(dǎo)體1.晶體結(jié)構(gòu)將硅或鍺材料提純便形成單晶體，它的原子結(jié)構(gòu)為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。

本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖共價(jià)鍵價(jià)電子完全純凈的、不含其他雜質(zhì)且具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。當(dāng)溫度T=0

K時(shí)，半導(dǎo)體不導(dǎo)電，如同絕緣體。+4+4+4+4+4+4+4+4+4第十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三2.兩種載流子+4+4+4+4+4+4+4+4+4若T

，將有少數(shù)價(jià)電子克服共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，在原來的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位——空穴。自由電子和空穴使本征半導(dǎo)體具有導(dǎo)電能力，但很微弱。

本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴空穴可看成帶正電的載流子。自由電子與空穴數(shù)目相等，是成對(duì)出現(xiàn)的。T

自由電子空穴第十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三本征半導(dǎo)體兩端外加一電場(chǎng)，則自由電子將產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，形成電子電流；同時(shí)價(jià)電子將一定的方向依次填補(bǔ)空穴，即空穴移動(dòng)，形成空穴電流。它們二者運(yùn)動(dòng)方向相反，其電流是兩個(gè)電流之和。運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子。半導(dǎo)體中存在兩種載流子，即自由電子和空穴均參與導(dǎo)電，這是半導(dǎo)體導(dǎo)電的最大特點(diǎn)，也是與導(dǎo)體導(dǎo)電的本質(zhì)區(qū)別。第十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三三、本征半導(dǎo)體中載流子的濃度動(dòng)態(tài)平衡本征激發(fā)復(fù)合在一定溫度下本征半導(dǎo)體中載流子的濃度是一定的，并且自由電子與空穴的濃度相等。本征半導(dǎo)體中載流子的濃度公式：T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.43×1010/cm3n=p=2.38×1013/cm3本征鍺的電子和空穴濃度:第十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三小結(jié)：1.半導(dǎo)體中兩種載流子帶負(fù)電的自由電子帶正電的空穴

2.本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)，稱為電子-空穴對(duì)。

3.本征半導(dǎo)體中自由電子和空穴的濃度用ni和pi

表示，顯然ni

=pi。

4.由于物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，自由電子和空穴不斷的產(chǎn)生又不斷的復(fù)合。在一定的溫度下，產(chǎn)生與復(fù)合運(yùn)動(dòng)會(huì)達(dá)到平衡，載流子的濃度就一定了。

5.載流子的濃度與溫度密切相關(guān)，它隨著溫度的升高，基本按指數(shù)規(guī)律增加。第十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.1.2

雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體有兩種N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體一、N型半導(dǎo)體(Negative)

在本征硅或鍺中摻入微量的5價(jià)元素(如磷)，由于磷原子最外層有5個(gè)價(jià)電子，與硅(鍺)原子的價(jià)電子組成共價(jià)鍵時(shí)，則磷原子還多出一個(gè)電子，它不受周圍原子核的束縛，易脫離磷原子核對(duì)它的束縛而成為自由電第十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由電子施主原子

N型半導(dǎo)體子，如圖所示。這樣，在硅(或鍺)半導(dǎo)體中產(chǎn)生很多自由電子。在常溫下，熱激發(fā)產(chǎn)生電子--空穴對(duì)。這樣，n>>p，所以稱為自由電子為多數(shù)載流子，而空穴稱為少數(shù)載流子。由于雜質(zhì)原子可以提供電子，稱之為施主原子。這種半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，稱為電子型半導(dǎo)體，因電子帶負(fù)電，所以稱為N型半導(dǎo)體（Ngative）。第十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三二、P型半導(dǎo)體受主原子空穴+4+4+4+4+4+4+4+4+4在本征半導(dǎo)體硅（或鍺）中摻入微量的3價(jià)元素（如硼），由于硼原子最外層只有三個(gè)價(jià)電子，與硅原子的價(jià)電子組成共價(jià)鍵時(shí)，則硼原子的周圍少一個(gè)價(jià)電子，即出現(xiàn)一個(gè)“空位”（空穴），如圖示。3價(jià)雜質(zhì)原子為受主原子。這種半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，稱之為空穴型半導(dǎo)體，因空穴帶正電，所以稱為P型半導(dǎo)體（positve)。+3P型半導(dǎo)體空穴為多數(shù)載流子，電子為少數(shù)載流子。空穴濃度多于電子濃度，即p>>n。第十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三說明：

1.摻入雜質(zhì)的濃度決定多數(shù)載流子濃度；溫度決定少數(shù)載流子的濃度。

2.

雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子的數(shù)目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本征半導(dǎo)體，因而其導(dǎo)電能力大大改善。3.雜質(zhì)半導(dǎo)體總體上保持電中性。

4.雜質(zhì)半導(dǎo)體的表示方法如下圖所示。(a)N型半導(dǎo)體(b)P型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體的的簡化表示法第十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三在一塊半導(dǎo)體單晶上一側(cè)摻雜成為P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成為N型半導(dǎo)體，兩個(gè)區(qū)域的交界處就形成了一個(gè)特殊的薄層，稱為

PN結(jié)。PNPN結(jié)一、PN結(jié)的形成1.1.3

PN結(jié)第十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三

PN結(jié)中載流子的運(yùn)動(dòng)耗盡層空間電荷區(qū)PN1.擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

2.擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成空間電荷區(qū)電子和空穴濃度差形成多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)?！狿N結(jié)，耗盡層。PN第二十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三3.空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)PN空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)Uho空間電荷區(qū)正負(fù)離子之間電位差Uho——電位壁壘；——

內(nèi)電場(chǎng)；內(nèi)電場(chǎng)阻止多子的擴(kuò)散——

阻擋層。

4.漂移運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)有利于少子運(yùn)動(dòng)—漂移。少子的運(yùn)動(dòng)與多子運(yùn)動(dòng)方向相反阻擋層第二十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三5.擴(kuò)散與漂移的動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)增大，擴(kuò)散電流逐漸減??；隨著內(nèi)電場(chǎng)的增強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)逐漸增加；當(dāng)擴(kuò)散電流與漂移電流相等時(shí)，PN結(jié)總的電流等于零，空間電荷區(qū)的寬度達(dá)到穩(wěn)定。即擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。第二十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.PN結(jié)外加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)又稱正向偏置，簡稱正偏。PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)，呈現(xiàn)正向電阻很小。PN結(jié)加正向電壓第二十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三2.PN結(jié)外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)(反偏)反向接法時(shí)，外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向一致，使空間電荷變寬，不利于多子擴(kuò)散，有利于少子漂移運(yùn)動(dòng)，漂流電流大于擴(kuò)散電流，電路中產(chǎn)生反向電流。PN結(jié)加反向電壓第二十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三由于少子數(shù)目很小，因此反向電流很小，?？珊雎?，認(rèn)為PN外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)。PN結(jié)呈現(xiàn)的反向電阻很高。

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，即正偏時(shí)導(dǎo)通，反偏時(shí)截止。結(jié)論：第二十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三IS

：反向飽和電流UT

：溫度的電壓當(dāng)量在常溫(300K)下，

UT

26mV三、PN結(jié)的電流方程PN結(jié)所加端電壓u

與流過的電流i

的關(guān)系為公式推導(dǎo)過程略第二十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三四、PN結(jié)的伏安特性

i=f(u)之間的關(guān)系曲線。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50i/mAu/V正向特性死區(qū)電壓擊穿電壓U(BR)反向特性

PN結(jié)的伏安特性齊納擊穿雪崩擊穿反向擊穿電擊穿-可逆熱擊穿-不可逆第二十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三五、PN結(jié)的電容效應(yīng)當(dāng)PN上的電壓發(fā)生變化時(shí)，PN結(jié)中儲(chǔ)存的電荷量將隨之發(fā)生變化，使PN結(jié)具有電容效應(yīng)。電容效應(yīng)包括兩部分勢(shì)壘電容擴(kuò)散電容1.勢(shì)壘電容Cb是由PN結(jié)的空間電荷區(qū)變化形成的。(a)PN結(jié)加正向電壓（b)PN結(jié)加反向電壓-N空間電荷區(qū)PVRI+UN空間電荷區(qū)PRI+-UV五、PN結(jié)的電容效應(yīng)第二十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三空間電荷區(qū)的正負(fù)離子數(shù)目發(fā)生變化，如同電容的放電和充電過程。勢(shì)壘電容的大小可用下式表示：

由于PN結(jié)寬度l隨外加電壓u而變化，因此勢(shì)壘電容Cb不是一個(gè)常數(shù)。其Cb

=f(u)曲線如圖示。：半導(dǎo)體材料的介電比系數(shù)；S

：結(jié)面積；l

：耗盡層寬度。OuCb第二十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三2.擴(kuò)散電容CdQ是由多數(shù)載流子在擴(kuò)散過程中積累而引起的。在某個(gè)正向電壓下，P區(qū)中的電子濃度

np(或N區(qū)的空穴濃度pn)分布曲線如圖中曲線1所示。x=0處為P

與耗盡層的交界處當(dāng)電壓加大，np

(或pn)會(huì)升高，如曲線2所示(反之濃度會(huì)降低)。OxnPQ12Q

當(dāng)加反向電壓時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)被削弱，擴(kuò)散電容的作用可忽略。Q正向電壓變化時(shí)，變化載流子積累電荷量發(fā)生變化，相當(dāng)于電容器充電和放電的過程——擴(kuò)散電容效應(yīng)。PNPN結(jié)第三十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三綜上所述：PN結(jié)總的結(jié)電容Cj

包括勢(shì)壘電容Cb和擴(kuò)散電容Cd

兩部分。Cj=

Cb

+CdCb和Cd

值都很小，通常為幾個(gè)皮法~幾十皮法，有些結(jié)面積大的二極管可達(dá)幾百皮法。當(dāng)反向偏置時(shí)，勢(shì)壘電容起主要作用，可以認(rèn)為Cj

Cb。一般來說，當(dāng)二極管正向偏置時(shí)，擴(kuò)散電容起主要作用，即可以認(rèn)為

Cj

Cd；在信號(hào)頻率較高時(shí)，須考慮結(jié)電容的作用。第三十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三半導(dǎo)體二極管將PN結(jié)用管殼封裝起來，并加上電極引線，就構(gòu)成半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。由P區(qū)引出的電極為陽極，由N區(qū)引出的電極為陰極，常見的外形如圖示。1.2第三十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三第三十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.2.1

二極管的結(jié)構(gòu)及分類一、按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類1.點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖特點(diǎn)：PN結(jié)的面積小，允許通過電流小，用于小電流整流或作開關(guān)；結(jié)電容小，用于高頻檢波。第三十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三3.平面型二極管2.面接觸型二極管特點(diǎn)：PN結(jié)面積大，允許通過的電流大（可達(dá)上千安），用于低頻整流；結(jié)電容大，主要用于低頻電路，不能用于高頻電路面接觸型平面型

特點(diǎn)：結(jié)面積小的管子：結(jié)電容小，允許電流小，作開關(guān)管；結(jié)面積大的管子：允許通過電流大，用于大功率整流。第三十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三二、按材料分類硅二極管，鍺二極管。圖形符號(hào)如圖示。陽極陰極D第三十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.2.2

二極管的伏安特性一、二極管的伏安特性曲線二極管的伏安特性曲線可用下式表示硅二極管2CP10的伏安特性正向特性反向特性反向擊穿特性開啟電壓：0.5V導(dǎo)通電壓：0.7V鍺二極管2AP15的伏安特性UonU(BR)開啟電壓：0.1V導(dǎo)通電壓：0.2V第三十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三

國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：

D代表P型Si第三十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三二、溫度對(duì)二極管伏安特性的影響在環(huán)境溫度升高時(shí)，二極管的正向特性將左移，反向特性將下移。二極管的特性對(duì)溫度很敏感。–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.020溫度增加第三十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.2.3

二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流IF：二極管長時(shí)間運(yùn)行時(shí)允許通過的最大正向平均電流，IF

值與PN結(jié)面積及外部散熱條件有關(guān)。（2）最高工作反向電壓UR：二極管允許外加的最大反向電壓。一般，UR

=（1/2～2/3）U(BR)。（3）反向電流IR：二極管未擊穿時(shí)的反向電流，IR小，單向?qū)щ娦院?。IR對(duì)溫度敏感。IR(Si)<IR(Ge)。(4)最高工作頻率fM

：二極管工作的上限頻率。超過fM，由于Cj的作用，二極管不能很好體現(xiàn)單向?qū)щ娦浴?/p>

（1）由于工藝分散性，半導(dǎo)體器件參數(shù)具有分散性，同一型號(hào)管子參數(shù)不同。使用時(shí)注意測(cè)試條件，當(dāng)使用條件與測(cè)試條件不同時(shí)，參數(shù)會(huì)發(fā)生變化。（2）根據(jù)管子使用場(chǎng)合，按其承受的UR、IF、fM、環(huán)流溫度等條件，選擇滿足要求的二極管。注：第四十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三

1.2.4

二極管的等效電路一、由伏安特性折線化得到的等效電路1.理想模型2.恒壓降模型3.折線模型UUU第四十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三

二、二極管的微變等效電路

二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時(shí)，其正向特性可以等效成一個(gè)微變電阻。即根據(jù)得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)則常溫下（T=300K）第四十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三電路如圖所示，UD

=0.7V，試估算開關(guān)斷開和閉合時(shí)，輸出電壓UO

。例1開關(guān)斷開時(shí)，D導(dǎo)通，開關(guān)閉合時(shí)，D截止，U1=6VU2

=12VDSR＋－UO解：第四十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.2.5

穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是一種硅面接觸型半導(dǎo)體二極管，簡稱穩(wěn)壓管。它在反向擊穿時(shí)，在一定的電流范圍內(nèi)，端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛用于穩(wěn)壓電路與限幅電路。一、穩(wěn)壓管的伏安特性穩(wěn)壓管有著與普通二極管類似的伏安特性，如圖。但穩(wěn)壓管的反向特性曲線比較陡，且反向擊穿是可逆的，只要反向電流不超過一定值，管子不會(huì)過熱損壞。UZIZIZMUZIZUIO第四十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三穩(wěn)壓管的符號(hào)及等效電路如圖所示。

穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向擊穿狀態(tài)，即利用反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。陽極陰極陽極陰極第四十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三二、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓UZ：在規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。（2）穩(wěn)定電流IZ:穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)的參考電流，常認(rèn)為IZ=IZmin。IZ<IZmin不穩(wěn)壓，IZ>IZmin才穩(wěn)壓。（3）額定功耗PZM:穩(wěn)定電壓UZ

與最大穩(wěn)定電流IZM(IZmax)的乘積。（4）動(dòng)態(tài)電阻rZ

:穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓時(shí)，端電壓變化量與其電流變化量之比，即：,rZ

愈小，穩(wěn)壓特性愈好。（5）溫度系數(shù):溫度每變化穩(wěn)壓值的變化量,即

。穩(wěn)壓值小于4V具有負(fù)溫度系數(shù)（屬于齊納擊穿）；穩(wěn)壓值大于7V具有正溫度系數(shù)（屬于雪崩擊穿）；4~7V之間的管子，溫度糸數(shù)非常小，近似為零（齊納擊穿和雪崩擊穿均有）。第四十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三

穩(wěn)壓管正常工作的兩個(gè)條件：

必須工作在反向擊穿狀態(tài)（利用其正向特性除外）；

流過管子的電流必須介于穩(wěn)定電流和最大電流之間。

典型應(yīng)用如圖所示。當(dāng)輸入電壓Ui和負(fù)載電阻RL在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流發(fā)生變化，而穩(wěn)壓管兩端的電壓Uz變化很小，即輸出電壓Uo基本穩(wěn)定。電阻R的作用:一是起限流作用，以保護(hù)穩(wěn)壓管；其次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，通過該電阻上電壓降的變化，以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。問題：不加R可以嗎？穩(wěn)壓條件是什么？UiUO

UZ

＋＋＋－－－第四十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用解：（UZ＝3V）uiuODZR(a)(b)uiuORDZ例2ui和uo的波形如圖所示

第四十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三一、發(fā)光二極管LED(LightEmittingDiode)1.符號(hào)和特性工作條件：正向偏置一般工作電流幾十mA，導(dǎo)通電壓(12)V符號(hào)u

/

Vi

/mAO2特性1.2.6其它類型的二極管

第四十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三發(fā)光類型：可見光：紅、黃、綠顯示類型：普通LED，不可見光：紅外光點(diǎn)陣LED七段LED,第五十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三二、光電二極管符號(hào)和特性符號(hào)特性工作原理：三、變?nèi)荻O管四、隧道二極管(請(qǐng)同學(xué)們查找有關(guān)資料）五、肖特基二極管(請(qǐng)同學(xué)們查找有關(guān)資料）無光照時(shí)，與普通二極管一樣。有光照時(shí)，分布在第三、四象限。第五十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.3又稱半導(dǎo)體三極管、晶體三極管，或簡稱晶體管。(BipolarJunctionTransistor)(a)小功率管(b)小功率管(c)中功率管(d)大功率管雙極型晶體管(BJT)第五十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三我國晶體管型號(hào)的命名方法

第五十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.3.1

晶體管的結(jié)構(gòu)及類型具有兩個(gè)PN結(jié)，加上三個(gè)電極引線，并用管殼封裝就構(gòu)成晶體管，常見平面型和合金型兩種，硅管主要是平面型，鍺管都是合金型。三極管的結(jié)構(gòu)(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)ebbecPNPe發(fā)射極，b基極c集電極。NcNP二氧化硅發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)第五十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)

ecb符號(hào)集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極c基極b發(fā)射極eNNP注：符號(hào)中，發(fā)射極箭頭的方向表示發(fā)射結(jié)正偏時(shí)發(fā)射極電流的方向，即多子的擴(kuò)散方向。NPN型第五十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極c發(fā)射極e基極b

cbe符號(hào)NNPPN三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)注：符號(hào)中，發(fā)射極箭頭的方向表示發(fā)射結(jié)正偏時(shí)發(fā)射極電流的方向，即多子的擴(kuò)散方向。PNP型第五十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.3.2晶體管的電流放大作用以NPN型三極管為例討論cNNPebbec表面看三極管若實(shí)現(xiàn)放大，必須從三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部所加電源的極性來保證。不具備放大作用第五十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三NNPebc1.

放大作用(1)內(nèi)部條件三極管的基區(qū)很薄，且摻雜很少（減少復(fù)合，利于擴(kuò)散）；發(fā)射區(qū)、集電區(qū)摻雜較多；集電結(jié)面積大（利于接收載流子）。(2)外部條件外加電源的極性使三極管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即NPN：PNP:一、晶體管處于放大工作狀態(tài)的條件第五十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三2.三極管的三種組態(tài)三極管在電路中有三種連接方式（或稱三種組態(tài)），即共射極，共集電極和共基極。若輸入回路和輸出回路的共公端點(diǎn)是發(fā)射極，稱共發(fā)射極接法（如A圖）。若公共端點(diǎn)是集電極，稱為共集電極接法（如B圖），若公共端點(diǎn)是基極稱為共基極接法（如C圖）。A圖B圖C圖第五十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三beceRcRbIEPIEIEN晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)與外部電流1.發(fā)射結(jié)正偏，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流IE。(很小)二、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)

三極管發(fā)射結(jié)正偏，空間電荷區(qū)變窄，有利于多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，所以發(fā)射區(qū)的多子（電子）向基區(qū)擴(kuò)散，并不斷從電源負(fù)極獲得補(bǔ)充，形成發(fā)射極電子電流IEN;同時(shí)基區(qū)中多子（空穴）也向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散形成空穴電流IEP。發(fā)射極電流e第六十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三beceRcRbIEPICBOIEIBIENIBN晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)與外部電流2.擴(kuò)散到基區(qū)的電子擴(kuò)散與空穴復(fù)合形成基極電流IB。（很小，可忽略，當(dāng)）二、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)由于濃度差，擴(kuò)散到基區(qū)的電子向集電結(jié)擴(kuò)散。在擴(kuò)散中，絕大部分電子擴(kuò)散到集電結(jié)，極少部分電子與基區(qū)空穴復(fù)合，復(fù)合掉的空穴由VBB補(bǔ)充，形成基區(qū)復(fù)合電流IBN（很小）。由于集電結(jié)反偏，集電區(qū)和基區(qū)本身少子漂移形成ICBO（反向飽和電流）。形成基極電流e第六十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三由于集電結(jié)加反向電壓且其結(jié)面積大，擴(kuò)散到基電結(jié)的電子在外電場(chǎng)作用下越過集電結(jié)到達(dá)集電區(qū)，形成漂移電流ICN；同時(shí)集電區(qū)與基區(qū)本身少子漂移電流ICBO。在VCC作用下，漂移運(yùn)動(dòng)形成的電流beceRcRbIEPICBOIEICIBIENIBnICN晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)與外部電流3.集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流IC。

二、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)e第六十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三beceRcRbIEPICBOIEICIBIENIBNICN晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)與外部電流三、晶體管的電流分配關(guān)系IC=ICN+ICBO

IE=IEN+IEPIE=IC+IBIB=IBN－ICBO可見，三極管是一個(gè)電流控制器件（cccs)。e第六十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.共射電流放大系數(shù)整理可得：（1）共射直流電流放大系數(shù)（2）共射交流電流放大系數(shù)VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共發(fā)射極接法四、晶體管的電流放大系數(shù)ICEO

是基極開路時(shí)，集-射間的電流。稱為穿透電流。第六十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三2.共基極電流放大系數(shù)之間關(guān)系3.與~ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基極接法第六十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.3.3

晶體管的共射特性曲線uCE=0VuBE

/V

iB=f(uBE)

UCE=const(2)隨著UCE值增大，曲線將右移。(1)當(dāng)uCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。一、輸入特性曲線uCE=0VuCE

1VuBE

/V(3)當(dāng)UCE

1V時(shí)，能夠到達(dá)集電結(jié)附近的電子幾乎全部被集電極收集，再增加UCE，IB也不會(huì)明顯地減少，因此，UCE

>1V以后幾條曲線幾乎重合，所以常畫UCE

=0和UCE

1V兩條特性曲線。+-bce共射極放大電路UBBUCCuBEiCiB+-uCE第六十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.曲線特點(diǎn)（1）二、輸出特性曲線

很小時(shí)，（2）時(shí)，曲線平坦。因?yàn)椋矗┧暂敵鎏匦詫?shí)質(zhì)是基區(qū)電子不變情況下的集電結(jié)反向特性。第六十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三飽和區(qū)：特性曲線的上升和彎曲部分的區(qū)域稱截止區(qū)。兩個(gè)PN結(jié)均正偏(UBE>UOn,UCE<UBE)。忽略UCES，相當(dāng)開關(guān)閉合。2.輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域截止區(qū)：特性曲線中的區(qū)域稱為截止區(qū)。ic=ICEO

≈0

,三極管c、e間相當(dāng)開關(guān)斷開。截止條件：UBE≤UOn,發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏?？煽織l件：UBE<0,發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。注：當(dāng)，即時(shí)，三極管處于臨界狀態(tài)，即臨界飽和或臨界放大狀態(tài)，?？傊?，三極管具有放大作用：工作在放大區(qū)開關(guān)作用：工作在截止區(qū)或飽和區(qū)放大區(qū)：曲線的平面區(qū)域稱為放大區(qū)。三極管發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏(UBE>UOn,

UCE≥UBE),第六十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三一、直流參數(shù)1.共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBUCE=const1.3.4

晶體管的主要參數(shù)三極管的參數(shù)分為三大類:

直流參數(shù)交流參數(shù)極限參數(shù)第六十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三2.共基直流電流放大系數(shù)3.集電極基極間反向飽和電流ICBO4.集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEOICEO=（1+）ICBO一般選管子時(shí)，左右，ICBO、ICEO盡量最小。第七十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三二、交流參數(shù)1.共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)3.特征頻率fT值下降到1的信號(hào)頻率。2.共基極交流電流放大系數(shù)α

U第七十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.

最大集電極耗散功率PCM

PCM=iCuCE

三、極限參數(shù)2.

最大集電極電流ICM3.

反向擊穿電壓

UCBO——發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)反向擊穿電壓。UEBO——集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反向擊穿電壓。

UCEO——基極開路時(shí)集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。幾個(gè)擊穿電壓有如下關(guān)系

UCBO＞UCEO＞UEBO第七十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三

由PCM、ICM和UCEO在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。

輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū)

PCM=iCuCE

U

(BR)CEOUCE/V第七十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.3.5溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響一、溫度對(duì)ICBO的影響溫度每升高100C，ICBO增加約一倍。反之，當(dāng)溫度降低時(shí)ICBO減少。硅管的ICBO比鍺管的小得多。二、溫度對(duì)輸入特性的影響溫度升高時(shí)正向特性左移，反之右移。60402000.40.8I/mAU/V溫度對(duì)輸入特性的影響200600三、溫度對(duì)輸出特性的影響溫度升高將導(dǎo)致

IC

增大i

Cu

CEOi

B200600溫度對(duì)輸出特性的影響結(jié)論：第七十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三三極管工作狀態(tài)的判斷測(cè)量某NPN型BJT各電極對(duì)地的電壓值如下，試判別管子工作在什么區(qū)域？（1）

VC＝6VVB＝0.7VVE＝0V

（2）VC＝6VVB＝4VVE＝3.6V

（3）VC＝3.6VVB＝4VVE＝3.4V

解：原則：正偏反偏反偏集電結(jié)正偏正偏反偏發(fā)射結(jié)飽和放大截止對(duì)NPN管而言，放大時(shí)VC＞VB＞VE

對(duì)PNP管而言，放大時(shí)VC＜VB＜VE

（1）放大區(qū)（2）截止區(qū)（3）飽和區(qū)例1第七十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三某放大電路中BJT三個(gè)電極的電流如圖所示。

IA＝-2mA,IB＝-0.04mA,IC＝+2.04mA,試判斷管腳、管型。

電流判斷法。電流的正方向和KCL。IE=IB+ICABC

IAIBICC為發(fā)射極B為基極A為集電極。管型為NPN管。管腳、管型的判斷法也可采用萬用表電阻法。參考實(shí)驗(yàn)。例2

解：第七十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三

測(cè)得工作在放大電路中幾個(gè)晶體管三個(gè)電極的電位V1、V2、V3分別為：

（1）V1=3.5V、V2=2.8V、V3=12V（2）V1=3V、V2=2.8V、V3=12V（3）V1=6V、V2=11.3V、V3=12V（4）V1=6V、V2=11.8V、V3=12V判斷它們是NPN型還是PNP型？是硅管還是鍺管？并確定e、b、c。（1）V1

b、V2

e、V3

c

、NPN硅（2）V1

b、V2

e、V3

c

、NPN鍺（3）V1

c、V2

b、V3

e

、PNP硅（4）V1

c、U2

b、V3

e

、PNP鍺原則：先求UBE，若等于0.6-0.7V，為硅管；若等于0.2-0.3V，為鍺管。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

NPN管UBE＞0，UBC＜0，即VC＞VB＞VE

。PNP管UBE＜0，UBC

＞

0，即VC

＜VB＜VE

。解：例3第七十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.3.6光電三極管一、等效電路、符號(hào)二、光電三極管的輸出特性曲線ceceiCuCEO光電三極管的輸出特性E1E2E3E4E＝0第七十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三復(fù)習(xí)1.BJT放大電路三個(gè)電流關(guān)系？2.BJT的輸入、輸出特性曲線？uCE=0VuCE

1VuBE

/V3.BJT工作狀態(tài)如何判斷？IE=IC+IB第七十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三場(chǎng)效應(yīng)三極管場(chǎng)效應(yīng)管（FET）：是利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來控制半導(dǎo)體中多數(shù)載流子（即輸出電流）的一種半導(dǎo)體器件，由于場(chǎng)效應(yīng)管中只有一種極性的載流子參與導(dǎo)電，所以稱為單極型三極管。特點(diǎn)單極型器件(一種載流子導(dǎo)電)；輸入電阻高；工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。1.4第八十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)場(chǎng)效應(yīng)管分類：第八十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三DSGN符號(hào)1.4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JunctionFieldEffectTransistor）結(jié)構(gòu)N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N型溝道N型硅棒柵極源極漏極P+P+P型區(qū)耗盡層(PN結(jié))在漏極和源極之間加上一個(gè)正向電壓，N型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子可以導(dǎo)電。導(dǎo)電溝道是N型的，稱N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管。第八十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三P溝道場(chǎng)效應(yīng)管

P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N+N+P型溝道GSD

P溝道場(chǎng)效應(yīng)管是在P型硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的N型區(qū)(N+)，導(dǎo)電溝道為P型，多數(shù)載流子為空穴。符號(hào)GDS第八十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工作原理

N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管用改變UGS大小來控制漏極電流ID

的。(VCCS)GDSNN型溝道柵極源極漏極P+P+耗盡層*在柵極和源極之間加反向電壓，耗盡層會(huì)變寬，導(dǎo)電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流ID減小，反之，漏極ID電流將增加。

*耗盡層的寬度改變主要在溝道區(qū)。第八十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.

uGS

對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用（UDS=0）ID=0GDSN型溝道P+P+(a)UGS=0UGS=0時(shí)，耗盡層比較窄，導(dǎo)電溝比較寬UGS由零逐漸減小，耗盡層逐漸加寬，導(dǎo)電溝相應(yīng)變窄。當(dāng)UGS=UGS（Off)，耗盡層合攏，導(dǎo)電溝被夾斷.ID=0GDSP+P+N型溝道(b)UGS(off)<UGS<0VGGID=0GDSP+P+

(c)UGS＜UGS(off)VGGUGS(off)為夾斷電壓,為負(fù)值。UGS(off)也可用UP表示第八十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三2.uDS對(duì)漏極電流iD的影響uGS=0，uGD>UGS（Off)，iD

較大。GDSNiSiDP+P+VDDVGG

uGS<0，uGD>UGS（Off)，iD更小。GDSNiSiDP+P+VDD

注意：當(dāng)uDS>0

時(shí)，耗盡層呈現(xiàn)楔形。(a)(b)(當(dāng)uGS=UGS(Off)~0的任一值時(shí)）

uGD＝uGS－uDS

第八十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三GDSNiSiDP+P+VDDVGGuGS<0,uGD=UGS(off),

溝道變窄預(yù)夾斷uGS<0,uGD<uGS(off),夾斷，iD幾乎不變GDSiSiDP+VDDVGGP+P+改變uGS，改變了PN結(jié)中電場(chǎng)，控制了iD，故稱場(chǎng)效應(yīng)管;結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵源之間加反向偏置電壓，使PN結(jié)反偏，柵極基本不取電流，因此，場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻很高。(c)(d)第八十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三3.uGS對(duì)漏極電流iD的控制作用(uGD<UGS(off))場(chǎng)效應(yīng)管用低頻跨導(dǎo)gm的大小描述柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。場(chǎng)效應(yīng)管為電壓控制元件(VCCS)。在uGD=uGS－uDS<uGS(off),當(dāng)uDS為一常量時(shí)，對(duì)應(yīng)于確定的uGS，就有確定的iD。gm=iD/uGS(單位mS)第八十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三小結(jié)（1）在uGD＝uGS－uDS>UGS(off)情況下,即當(dāng)uDS<uGS-UGS(off)

，對(duì)應(yīng)于不同的uGS，d-s間等效成不同阻值的電阻。（2）當(dāng)uDS使uGD＝UGS(off)時(shí)，d-s之間預(yù)夾斷。（3）當(dāng)uDS使uGD<UGS(off)時(shí)，iD幾乎僅僅決定于uGS，

而與uDS

無關(guān)。此時(shí)，可以把iD近似看成uGS控制的電流源。第八十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線與雙極性三極管對(duì)應(yīng)，場(chǎng)效應(yīng)管有共源、共漏、共柵三種組態(tài)，以共源為例。1.輸出特性曲線當(dāng)柵源之間的電壓UGS不變時(shí)，漏極電流iD與漏源之間電壓uDS

的關(guān)系，即第九十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三IDSS/ViD/mAuDS/VOUGS=0V-1-2-3-4-5-6-7預(yù)夾斷軌跡恒流區(qū)可變電阻區(qū)漏極特性也有三個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和夾斷區(qū)。(b)

漏極特性輸出特性（漏極特性）曲線夾斷區(qū)UDSiDVDDVGGDSGV+V+uGS(a)特性曲線測(cè)試電路+mA擊穿區(qū)第九十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三2.轉(zhuǎn)移特性(N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例)O

uGSiDIDSSUGS(off)轉(zhuǎn)移特性u(píng)GS=0，iD最大；uGS

愈負(fù)，iD愈??；uGS=UGS(off)

，iD0。兩個(gè)重要參數(shù)飽和漏極電流

IDSS(uGS=0時(shí)的ID)夾斷電壓UGS(off)(ID=0時(shí)的uGS)UDSiDVDDVGGDSGV+V+uGS特性曲線測(cè)試電路+mA第九十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三轉(zhuǎn)移特性O(shè)uGS/ViD/mAIDSSUP轉(zhuǎn)移特性結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線的近似公式：第九十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三＊結(jié)型P溝道的特性曲線SGD轉(zhuǎn)移特性曲線iDUGS（Off）

IDSSOuGS輸出特性曲線iDUGS=0V+uDS++o柵源加正偏電壓，(PN結(jié)反偏)漏源加反偏電壓。第九十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.4.2

絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（IGFET）Metal-OxideSemiconductorFieldEffectTransistor由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，或簡稱MOS場(chǎng)效應(yīng)管。特點(diǎn)：輸入電阻可達(dá)1010(有資料介紹可達(dá)1014）以上。類型N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型增強(qiáng)型耗盡型UGS=0時(shí)漏源間存在導(dǎo)電溝道稱耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管；UGS=0時(shí)漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。第九十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三一、N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)P型襯底N+N+BGSDSiO2源極S漏極D襯底引線B柵極G

N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖SGDB第九十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.工作原理(1)UGS=0漏源之間相當(dāng)于兩個(gè)背靠背的PN

結(jié)，無論漏源之間加何種極性電壓，總是不導(dǎo)電。SBD(2)UDS=0，0<UGS<UGS(th)

柵極金屬層將聚集正電荷，它們排斥P型襯底靠近SiO2

一側(cè)的空穴，形成由負(fù)離子組成的耗盡層。增大UGS

耗盡層變寬。第九十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三(3)UDS=0，UGS≥UGS(th)

由于吸引了足夠多P型襯底的電子，會(huì)在耗盡層和SiO2的表面電荷層——反型層之間形成可移動(dòng)、N型導(dǎo)電溝道。UGS升高，N溝道變寬。因?yàn)閁DS=0，所以ID=0。UGS(th)

或UT為開始形成反型層所需的UGS，稱開啟電壓。第九十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三(4)UDS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響(UGS>UT)導(dǎo)電溝道呈現(xiàn)一個(gè)楔形。漏極形成電流ID

。②UDS=UGS–UT，

UGD=UT靠近漏極溝道達(dá)到臨界開啟程度，出現(xiàn)預(yù)夾斷。③UDS>UGS–UT，

UGD<UT由于夾斷區(qū)的溝道電阻很大，UDS逐漸增大時(shí)，導(dǎo)電溝道兩端電壓基本不變，iD因而基本不變。①UDS<UGS–UT，即UGD=UGS–UDS>UTP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區(qū)第九十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三在UDS>UGS–UT時(shí)，對(duì)應(yīng)于不同的uGS就有一個(gè)確定的iD。此時(shí)，可以把iD近似看成是uGS控制的電流源。第一百頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三2.特性曲線與電流方程(1)轉(zhuǎn)移特性(2)輸出特性UGS<UT，iD=0；

UGS≥UT，形成導(dǎo)電溝道，隨著UGS的增加，ID

逐漸增大。(當(dāng)UGS>UT

時(shí))三個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)恒流區(qū)(或飽和區(qū))夾斷區(qū)。UT2UTIDOuGS/ViD/mAO

(a)

(b)iD/mAuDS/VO預(yù)夾斷軌跡恒流區(qū)可變電阻區(qū)夾斷區(qū)。UGS增加第一百零一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三二、N溝道耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管P型襯底N+N+BGSD++++++

制造過程中預(yù)先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，這些正離子電場(chǎng)在P型襯底中“感應(yīng)”負(fù)電荷，形成“反型層”。即使UGS=0也會(huì)形成N型導(dǎo)電溝道。++++++++++++

UGS=0，UDS>0，產(chǎn)生較大的漏極電流；

UGS<0，絕緣層中正離子感應(yīng)的負(fù)電荷減少，導(dǎo)電溝道變窄，iD

減?。?/p>

UGS=UP,感應(yīng)電荷被“耗盡”，iD

0。UP或UGS(off)稱為夾斷電壓第一百零二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三N溝道耗盡型MOS管特性工作條件：UDS>0；UGS

正、負(fù)、零均可。iD/mAuGS/VOUP(a)轉(zhuǎn)移特性IDSS耗盡型MOS管的符號(hào)SGDB(b)輸出特性iD/mAuDS/VO+1VUGS=0-3V-1V-2V43215101520N溝道耗盡型MOSFET第一百零三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三三、P溝道MOS管1.P溝道增強(qiáng)型MOS管的開啟電壓UGS(th)<0當(dāng)UGS<UGS(th)，漏-源之間應(yīng)加負(fù)電源電壓管子才導(dǎo)通,空穴導(dǎo)電。2.P溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓UGS(off)＞0UGS

可在正、負(fù)值的一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)iD的控制，漏-源之間應(yīng)加負(fù)電源電壓。SGDBP溝道SGDBP溝道四、VMOS管VMOS管漏區(qū)散熱面積大，可制成大功率管。第一百零四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三種類符號(hào)轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線結(jié)型N溝道耗盡型

結(jié)型P溝道耗盡型

絕緣柵型

N溝道增強(qiáng)型SGDSGDiDUGS=0V+uDS++OSGDBuGSiDOUT各類場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)和特性曲線+UGS=UTuDSiD+++OiDUGS=0V---uDSOuGSiDUPIDSSOuGSiD/mAUPIDSSO第一百零五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三種類符號(hào)轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線絕緣柵型N溝道耗盡型絕緣柵型P溝道增強(qiáng)型耗盡型IDSGDBUDSID_UGS=0+__OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_IDUGS=UTUDS_o_UGS=0V+_IDUDSo+第一百零六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.4.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)一、直流參數(shù)飽和漏極電流

IDSS2.夾斷電壓UP或UGS(off)3.開啟電壓UT

或UGS(th)4.直流輸入電阻RGS為耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的一個(gè)重要參數(shù)。為增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的一個(gè)重要參數(shù)。為耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的一個(gè)重要參數(shù)。

輸入電阻很高。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管一般在107以上，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管更高，一般大于109。第一百零七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三二、交流參數(shù)1.低頻跨導(dǎo)gm2.極間電容用以描述柵源之間的電壓uGS

對(duì)漏極電流

iD

的控制作用。單位：iD毫安(mA)；uGS

伏(V)；gm毫西門子(mS)

這是場(chǎng)效應(yīng)管三個(gè)電極之間的等效電容，包括Cgs、Cgd、Cds。極間電容愈小，則管子的高頻性能愈好。一般為幾個(gè)皮法。第一百零八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三三、極限參數(shù)3.漏極最大允許耗散功率PDM2.漏源擊穿電壓U(BR)DS4.柵源擊穿電壓U(BR)GS

由場(chǎng)效應(yīng)管允許的溫升決定。漏極耗散功率轉(zhuǎn)化為熱能使管子的溫度升高。當(dāng)漏極電流ID急劇上升產(chǎn)生雪崩擊穿時(shí)的UDS。

場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)，柵源間PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，若UGS>U(BR)GS，PN將被擊穿，這種擊穿與電容擊穿的情況類似，屬于破壞性擊穿。1.最大漏極電流IDM第一百零九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三例1.4.1已知某管子的輸出特性曲線如圖所示。試分析該管是什么類型的場(chǎng)效應(yīng)管（結(jié)型、絕緣柵型、N溝道、P溝道、增強(qiáng)型、耗盡型）。分析：N溝道增強(qiáng)型MOS管，開啟電壓UGS(th)＝4V第一百一十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三例1.4.2電路如左圖所示，其中管子T的輸出特性曲線如右圖所示。試分析ui為0V、8V和10V三種情況下uo分別為多少伏？分析：N溝道增強(qiáng)型MOS管，開啟電壓UGS(th)＝4V第一百一十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三解：(1)ui為0V，即uGS=ui=0，管子處于夾斷狀態(tài)所以u(píng)0=VDD=15V(2)uGS=ui=8V時(shí)，從輸出特性曲線可知，管子工作

在恒流區(qū)，iD=1mA，

u0=uDS=VDD-iD

RD=10V第一百一十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三(3)uGS=ui=10V時(shí)，若工作在恒流區(qū)，iD＝2.2mA。因而u0＝15–

2.2×5＝4V但是，uGS=10V時(shí)的預(yù)夾斷電壓為uDS=uGS–UT

=(10-4)V=6V可見，此時(shí)管子工作在可變電阻區(qū)。第一百一十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三從輸出特性曲線可得uGS=10V時(shí)d-s之間的等效電阻(D在可變電阻區(qū)，任選一點(diǎn)，如圖)所以輸出電壓為第一百一十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.4.4

場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較晶體管場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)NPN型、PNP型結(jié)型耗盡型N溝道P溝道絕緣柵增強(qiáng)型N溝道P溝道絕緣柵耗盡型N溝道P溝道C與E一般不可倒置使用D與S有的型號(hào)可倒置使用載流子多子擴(kuò)散少子漂移多子運(yùn)動(dòng)輸入量電流輸入電壓輸入控制電流控制電流源電壓控制電流源CCCS(β)VCCS(gm)噪聲較大較小溫度特性受溫度影響較大較小，可有零溫度系數(shù)點(diǎn)輸入電阻幾十到幾千歐姆幾兆歐姆以上靜電影響不受靜電影響易受靜電影響集成工藝不易大規(guī)模集成適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成第一百一十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三一、單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)和等效電路N型硅片P區(qū)PN結(jié)eb1b2單結(jié)晶體管又稱為雙基極晶體管。(a)結(jié)構(gòu)(b)符號(hào)(c)等效電路

單結(jié)管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)單結(jié)晶體管和晶閘管（自學(xué)）1.5.1單結(jié)晶體管*1.5第一百一十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三特性：+-UA+-UD+-UEB1+-UBB——分壓比OUEB1IEAPVBIPUP截止區(qū)負(fù)阻區(qū)飽和區(qū)峰點(diǎn)UP：峰點(diǎn)電壓IP：峰點(diǎn)電流谷點(diǎn)UV：谷點(diǎn)電壓IV：谷點(diǎn)電流第一百一十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三二、單結(jié)管的脈沖發(fā)生電路

單結(jié)管的脈沖發(fā)生電路第一百一十八頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三三、單結(jié)管的觸發(fā)電路第一百一十九頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三四、單結(jié)管的脈沖發(fā)生電路

單結(jié)管的脈沖發(fā)生電路第一百二十頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三1.5.2晶閘管一、結(jié)構(gòu)和等效模型晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)CCC陽極陰極控制極第一百二十一頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三二、工作原理

1.控制極不加電壓，無論在陽極與陰極之間加正向或反向電壓，晶閘管都不導(dǎo)通?！Q為阻斷

2.控制極與陰極間加正向電壓，陽極與陰極之間加正向電壓，晶閘管導(dǎo)通。PNPIGβ1β2IGβ1IGCNPNCC第一百二十二頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三結(jié)論：晶閘管由阻斷變?yōu)閷?dǎo)通的條件是在陽極和陰極之間加正向電壓時(shí)，再在控制極加一個(gè)正的觸發(fā)脈沖；

晶閘管由導(dǎo)通變?yōu)樽钄嗟臈l件是減小陽極電流IA，或改變A-C電壓極性的方法實(shí)現(xiàn)。晶閘管導(dǎo)通后，管壓降很小，約為0.6~1.2V左右。第一百二十三頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三三、晶閘管的伏安特性1.伏安特性O(shè)UAKIAUBOABCIHIG=0正向阻斷特性：當(dāng)IG=0，而陽極電壓不超過一定值時(shí)，管子處于阻斷狀態(tài)。UBO——正向轉(zhuǎn)折電壓正向?qū)ㄌ匦裕汗茏訉?dǎo)通后，伏安特性與二極管的正向特性相似。IH

——維持電流當(dāng)控制極電流IG0時(shí)，使晶閘管由阻斷變?yōu)閷?dǎo)通所需的陽極電壓減小。IG

增大反向特性：與二極管的反向特性相似。UBR晶閘管的伏安特性曲線第一百二十四頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三四、晶閘管的主要參數(shù)1.額定正向平均電流IF

2.維持電流

IH3.觸發(fā)電壓

UG和觸發(fā)電流IG4.正向重復(fù)峰值電壓UDRM5.反向重復(fù)峰值電壓URRM其它：正向平均電壓、控制極反向電壓等。第一百二十五頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三單相橋式可控整流電路+-uG在u2正半周，當(dāng)控制極加觸發(fā)脈沖，VT1和VD2導(dǎo)通；

在u2負(fù)半周，當(dāng)控制極加觸發(fā)脈沖，VT2和VD1導(dǎo)通；αθ：控制角；：導(dǎo)電角例：第一百二十六頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三小結(jié)第1章第一百二十七頁，共一百四十二頁，編輯于2023年，星期三一、兩種半導(dǎo)體和兩種載流子兩種載流子的運(yùn)動(dòng)電子空穴兩種半導(dǎo)體N型(多電子)P型(多空穴)二、二極管1.特性—單