模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課件

—多媒體教學(xué)課件模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

FundamentalsofAnalogElectronics

童詩(shī)白、華成英主編第四版童詩(shī)白11.本課程的性質(zhì)

電子技術(shù)基礎(chǔ)課2.特點(diǎn)

非純理論性課程

實(shí)踐性很強(qiáng)

以工程實(shí)踐的觀點(diǎn)來(lái)處理電路中的一些問(wèn)題3.研究?jī)?nèi)容

以器件為基礎(chǔ)、以電信號(hào)為主線，研究各種模擬電子電路的工作原理、特點(diǎn)及性能指標(biāo)等。4.教學(xué)目標(biāo)

能夠?qū)σ话阈缘摹⒊Ｓ玫哪M電子電路進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)較簡(jiǎn)單的單元電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。導(dǎo)言第四版童詩(shī)白25.學(xué)習(xí)方法

重點(diǎn)掌握基本概念；基本電路的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)；基本分析估算方法。6.課時(shí)及成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)課時(shí)：80學(xué)時(shí)=64(理論）+16（實(shí)驗(yàn)）平時(shí)10%+實(shí)驗(yàn)30%+卷面60%7.教學(xué)參考書(shū)

康華光主編，《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分第三版，高教出版社

陳大欽主編，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)問(wèn)答：例題?試題》，

華科大出版社陳潔主編，《EDA軟件仿真技術(shù)快速入門-

Protel99SE+Multisim10+Proteus7

》中國(guó)電力出版社

導(dǎo)言第四版童詩(shī)白3目錄1

常用半導(dǎo)體器件（10學(xué)時(shí)）2

基本放大電路（8學(xué)時(shí)）3

多級(jí)放大電路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（6學(xué)時(shí)）7

信號(hào)的運(yùn)算和處理（6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

直流穩(wěn)壓電源（8學(xué)時(shí)）第四版童詩(shī)白（6學(xué)時(shí)）4第四版童詩(shī)白電子技術(shù):通常我們把由電阻、電容、三極管、二極管、集成電路等電子元器件組成并具有一定功能的電路稱為電子電路，簡(jiǎn)稱為電路。一個(gè)完整的電子電路系統(tǒng)通常由若干個(gè)功能電路組成，功能電路主要有：放大器、濾波器、信號(hào)源、波形發(fā)生電路、數(shù)字邏輯電路、數(shù)字存儲(chǔ)器、電源、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器等。電子技術(shù)就是研究電子器件及電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析及制造的工程實(shí)用技術(shù)。目前電子技術(shù)主要由模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩部分組成。在電子技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，電子電路的應(yīng)用在日常生活中無(wú)處不在，小到門鈴、收音機(jī)、DVD播放機(jī)、電話機(jī)等，大到全球定位系統(tǒng)GPS（GlobalPositioningSystems）、雷達(dá)、導(dǎo)航系統(tǒng)等。5第四版童詩(shī)白模擬電子技術(shù)：模擬電子技術(shù)主要研究處理模擬信號(hào)的電子電路。模擬信號(hào)就是幅度連續(xù)的信號(hào)，如溫度、壓力、流量等。數(shù)字電子技術(shù)主要研究處理數(shù)字信號(hào)的電子電路。

數(shù)字信號(hào)通常是指時(shí)間和幅度均離散的信號(hào)，如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)等等。時(shí)間時(shí)間幅度幅度T2T3T4T5T6T數(shù)字電子技術(shù)：6第四版童詩(shī)白第一章常用半導(dǎo)體器件1.1

半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

1.2

半導(dǎo)體二極管

1.3

雙極型晶體管

1.4

場(chǎng)效應(yīng)管

1.5單結(jié)晶體管和晶閘管

1.6集成電路中的元件7本章討論的問(wèn)題：2.空穴是一種載流子嗎？空穴導(dǎo)電時(shí)電子運(yùn)動(dòng)嗎？3.什么是N型半導(dǎo)體？什么是P型半導(dǎo)體？當(dāng)二種半導(dǎo)體制作在一起時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？4.PN結(jié)上所加端電壓與電流符合歐姆定律嗎？它為什么具有單向性？在PN結(jié)中另反向電壓時(shí)真的沒(méi)有電流嗎？5.晶體管是通過(guò)什么方式來(lái)控制集電極電流的？場(chǎng)效應(yīng)管是通過(guò)什么方式來(lái)控制漏極電流的？為什么它們都可以用于放大？1.為什么采用半導(dǎo)體材料制作電子器件？第四版童詩(shī)白8

1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)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)體導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。一、導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體第四版童詩(shī)白9半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。光敏器件二極管第四版童詩(shī)白10+4+4+4+4+4+4+4+4+4

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

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)。價(jià)電子共價(jià)鍵圖1.1.1本征半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖二、本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)當(dāng)溫度T=0

K時(shí)，半導(dǎo)體不導(dǎo)電，如同絕緣體。第四版童詩(shī)白第四版童詩(shī)白11+4+4+4+4+4+4+4+4+4圖1.1.2本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴自由電子空穴

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(lái)的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位——空穴。T

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?？昭煽闯蓭д姷妮d流子。三、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子（動(dòng)畫(huà)1-1）（動(dòng)畫(huà)1-2）第四版童詩(shī)白12四、本征半導(dǎo)體中載流子的濃度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/cm3本征鍺的電子和空穴濃度:

n=p=2.38×1013/cm3ni=

pi=

K1T3/2e-EGO/(2KT)本征激發(fā)復(fù)合動(dòng)態(tài)平衡第四版童詩(shī)白131.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。小結(jié)：第四版童詩(shī)白141.1.2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)在硅或鍺的晶體中摻入少量的5價(jià)雜質(zhì)元素，如磷、銻、砷等，即構(gòu)成N型半導(dǎo)體(或稱電子型半導(dǎo)體)。常用的5價(jià)雜質(zhì)元素有磷、銻、砷等。第四版童詩(shī)白15

本征半導(dǎo)體摻入5價(jià)元素后，原來(lái)晶體中的某些硅原子將被雜質(zhì)原子代替。雜質(zhì)原子最外層有5個(gè)價(jià)電子，其中4個(gè)與硅構(gòu)成共價(jià)鍵，多余一個(gè)電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。

自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴的濃度，即n>>p。

電子稱為多數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱多子)，

空穴稱為少數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱少子)。5價(jià)雜質(zhì)原子稱為施主原子。第四版童詩(shī)白16+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由電子施主原子圖1.1.3

N型半導(dǎo)體第四版童詩(shī)白17二、P型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的3價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等，即構(gòu)成P型半導(dǎo)體?？昭舛榷嘤陔娮訚舛龋磒>>n。空穴為多數(shù)載流子，電子為少數(shù)載流子。

3價(jià)雜質(zhì)原子稱為受主原子。第四版童詩(shī)白18圖1.1.4

P型半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3受主原子空穴第四版童詩(shī)白19說(shuō)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。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。

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。(a)N型半導(dǎo)體(b)P型半導(dǎo)體圖雜質(zhì)半導(dǎo)體的的簡(jiǎn)化表示法第四版童詩(shī)白20

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)圖PN結(jié)的形成一、PN結(jié)的形成1.1.3

PN結(jié)第四版童詩(shī)白21PN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)。——PN結(jié)，耗盡層。PN

（動(dòng)畫(huà)1-3）第四版童詩(shī)白223.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

阻擋層第四版童詩(shī)白235.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?。浑S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。對(duì)稱結(jié)即擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。PN不對(duì)稱結(jié)第四版童詩(shī)白24二、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(jiǎn)稱正偏。外電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向耗盡層VRI空間電荷區(qū)變窄，有利于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，電路中有較大的正向電流。圖1.1.6PN什么是PN結(jié)的單向?qū)щ娦?？有什么作用？第四版童?shī)白25在PN結(jié)加上一個(gè)很小的正向電壓，即可得到較大的正向電流，為防止電流過(guò)大，可接入電阻R。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)的方向一致，增強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)的作用；外電場(chǎng)使空間電荷區(qū)變寬；不利于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，漂移電流大于擴(kuò)散電流，電路中產(chǎn)生反向電流I

；由于少數(shù)載流子濃度很低，反向電流數(shù)值非常小。第四版童詩(shī)白26耗盡層圖1.1.7

PN結(jié)加反相電壓時(shí)截止反向電流又稱反向飽和電流。對(duì)溫度十分敏感，

隨著溫度升高，IS將急劇增大。PN外電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向VRIS第四版童詩(shī)白27

當(dāng)PN結(jié)正向偏置時(shí)，回路中將產(chǎn)生一個(gè)較大的正向電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)PN結(jié)反向偏置時(shí)，回路中反向電流非常小，幾乎等于零，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。

（動(dòng)畫(huà)1-4）

（動(dòng)畫(huà)1-5）綜上所述：可見(jiàn)，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。第四版童?shī)白28IS：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(guò)的電流i的關(guān)系為公式推導(dǎo)過(guò)程略第四版童詩(shī)白29四、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)反向特性圖1.1.10

PN結(jié)的伏安特性反向擊穿齊納擊穿雪崩擊穿第四版童詩(shī)白30五、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第四版童詩(shī)白31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(guò)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圖1.1.11（b)第四版童詩(shī)白322.擴(kuò)散電容Cd

Q是由多數(shù)載流子在擴(kuò)散過(guò)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)。OxnPQ12

Q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(guò)程——擴(kuò)散電容效應(yīng)。圖1.1.12PNPN結(jié)第四版童詩(shī)白33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。Cb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(lái)說(shuō)，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。第四版童詩(shī)白34

1.2

半導(dǎo)體二極管在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型圖1.2.1二極管的幾種外形第四版童詩(shī)白351點(diǎn)接觸型二極管(a)點(diǎn)接觸型

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖1.2.1半導(dǎo)體二極管的幾種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。第四版童詩(shī)白363平面型二極管

往往用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。2面接觸型二極管PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型(c)平面型4二極管的代表符號(hào)D第四版童詩(shī)白37

1.2.2二極管的伏安特性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(kāi)啟電壓：0.5V導(dǎo)通電壓：0.7一、伏安特性鍺二極管2AP15的伏安特性UonU(BR)開(kāi)啟電壓：0.1V導(dǎo)通電壓：0.2V第四版童詩(shī)白38二、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，具有負(fù)溫度系數(shù)。–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.020溫度增加第四版童詩(shī)白39

1.2.3

二極管的參數(shù)(1)最大整流電流IF(2)反向擊穿電壓U（BR）和最高反向工作電壓URM(3)反向電流IR(4)最高工作頻率fM(5)極間電容Cj在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)管子所用的場(chǎng)合，按其所承受的最高反向電壓、最大正向平均電流、工作頻率、環(huán)境溫度等條件，選擇滿足要求的二極管。第四版童詩(shī)白40

1.2.4二極管等效電路一、由伏安特性折線化得到的等效電路1.理想模型第四版童詩(shī)白41

1.2.4二極管等效電路一、由伏安特性折線化得到的等效電路2.恒壓降模型第四版童詩(shī)白42

1.2.4二極管等效電路一、由伏安特性折線化得到的等效電路3.折線模型第四版童詩(shī)白43

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）圖1.2.7二極管的微變等效電路第四版童詩(shī)白44

應(yīng)用舉例

二極管的靜態(tài)工作情況分析理想模型（R=10k

）VDD=10V時(shí)恒壓模型（硅二極管典型值）折線模型（硅二極管典型值）設(shè)第四版童詩(shī)白451.2.5穩(wěn)壓二極管一、穩(wěn)壓管的伏安特性(a)符號(hào)(b)2CW17伏安特性

利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向電擊穿狀態(tài)，反向電壓應(yīng)大于穩(wěn)壓電壓。DZ第四版童詩(shī)白46(1)穩(wěn)定電壓UZ(2)動(dòng)態(tài)電阻rZ

在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。rZ=

VZ/

IZ(3)最大耗散功率

PZM(4)最大穩(wěn)定工作電流

IZmax和最小穩(wěn)定工作電流IZmin(5)溫度系數(shù)——

VZ二、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)第四版童詩(shī)白47↓

穩(wěn)壓電路正常穩(wěn)壓時(shí)UO=UZ#不加R可以嗎？#上述電路UI為正弦波，且幅值大于UZ

，UO的波形是怎樣的？（1）.設(shè)電源電壓波動(dòng)(負(fù)載不變)UI↑→UO↑→UZ↑→IZ↑↓UO↓←UR↑←IR↑（2）.設(shè)負(fù)載變化(電源不變)IO

P25例1.2.2UOUI第四版童詩(shī)白

RL

→↑如電路參數(shù)變化？48例1：穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用RLuiuORDZiiziLUZ穩(wěn)壓二極管技術(shù)數(shù)據(jù)為：穩(wěn)壓值UZ=10V，Izmax=12mA，Izmin=2mA，負(fù)載電阻RL=2k

，輸入電壓ui=12V，限流電阻R=200，求iZ。若負(fù)載電阻變化范圍為1.5k--4k

，是否還能穩(wěn)壓？第四版童詩(shī)白49RLuiuORDZiiziLUZUZ=10Vui=12VR=200Izmax=12mAIzmin=2mARL=2k(1.5k~4k)iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（mA）i=（ui-UZ）/R=（12-10）/0.2=10（mA）iZ=i-iL=10-5=5（mA）RL=1.5k,iL=10/1.5=6.7（mA）,iZ=10-6.7=3.3（mA）RL=4k,iL=10/4=2.5（mA）,iZ=10-2.5=7.5（mA）負(fù)載變化,但iZ仍在12mA和2mA之間,所以穩(wěn)壓管仍能起穩(wěn)壓作用第四版童詩(shī)白50例2：穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用解：ui和uo的波形如圖所示

（UZ＝3V）uiuODZR(a)(b)uiuORDZ第四版童詩(shī)白51一、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(1

2)V符號(hào)u/Vi

/mAO2特性1.2.6其它類型的二極管第四版童詩(shī)白52發(fā)光類型：可見(jiàn)光：紅、黃、綠顯示類型：普通LED，不可見(jiàn)光：紅外光點(diǎn)陣LED七段LED,第四版童詩(shī)白53二、光電二極管符號(hào)和特性符號(hào)特性u(píng)iOE=200lxE=400lx工作原理：三、變?nèi)荻O管四、隧道二極管五、肖特基二極管無(wú)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。第四版童詩(shī)白541.3雙極型晶體管(BJT)又稱半導(dǎo)體三極管、晶體三極管，或簡(jiǎn)稱晶體管。(BipolarJunctionTransistor)三極管的外形如下圖所示。三極管有兩種類型：NPN型和PNP型。

主要以NPN型為例進(jìn)行討論。圖1.3.1三極管的外形X：低頻小功率管D：低頻大功率管G：高頻小功率管A：高頻大功率管第四版童詩(shī)白551.3.1晶體管的結(jié)構(gòu)及類型常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面管和鍺合金管兩種類型。圖1.3.2a三極管的結(jié)構(gòu)(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NecNPb二氧化硅becPNPe發(fā)射極，b基極，c集電極。發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)第四版童詩(shī)白56圖1.3.2(b)三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)NPN型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第四版童詩(shī)白57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圖1.3.2?三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)(b)PNP型第四版童詩(shī)白581.3.2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(lái)保證。不具備放大作用第四版童詩(shī)白59三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：NNPebcNNNPPP

1.發(fā)射區(qū)高摻雜。

2.基區(qū)做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。

三極管放大的外部條件：外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。3.集電結(jié)面積大。第四版童詩(shī)白60becRcRb一、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)IEIB發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流發(fā)射區(qū)的電子越過(guò)發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)—形成發(fā)射極電流

IE

(基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可忽略)。2.擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流

電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù)合形成基極電流Ibn，復(fù)合掉的空穴由VBB

補(bǔ)充。多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散，到達(dá)集電結(jié)的一側(cè)。晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)第四版童詩(shī)白61becIEIBRcRb3.集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流Ic

集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子而形成集電極電流

Icn。其能量來(lái)自外接電源VCC

。IC另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場(chǎng)的作用下將進(jìn)行漂移運(yùn)動(dòng)而形成反向飽和電流，用ICBO表示。ICBO晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)第四版童詩(shī)白62beceRcRb二、晶體管的電流分配關(guān)系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBOIE=ICn+IBn+IEp

=IEn+IEpIB=IEP+IBN－ICBOIE=IC+IB圖1.3.4晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)與外部電流第四版童詩(shī)白63三、晶體管的共射電流放大系數(shù)整理可得：ICBO稱反向飽和電流ICEO稱穿透電流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)射極接法第四版童詩(shī)白643、共基直流電流放大系數(shù)或4、共基交流電流放大系數(shù)直流參數(shù)與交流參數(shù)

、

的含義是不同的，但是，對(duì)于大多數(shù)三極管來(lái)說(shuō)，

與，

與的數(shù)值卻差別不大，計(jì)算中，可不將它們嚴(yán)格區(qū)分。5.

與

的關(guān)系ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基極接法第四版童詩(shī)白651.3.3晶體管的共射特性曲線uCE=0VuBE

/V

iB=f(uBE)

UCE=const(2)當(dāng)uCE≥1V時(shí)，uCB=uCE

-uBE>0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開(kāi)始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，在同樣的uBE下IB減小，特性曲線右移。(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+-bce共射極放大電路UBBUCCuBEiCiB+-uCE第四版童詩(shī)白66飽和區(qū)：iC明顯受uCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般uCE＜0.7V(硅管)。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。iC=f(uCE)

IB=const二、輸出特性曲線輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域:截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時(shí)，uBE小于死區(qū)電壓，集電結(jié)反偏。放大區(qū)：iC平行于uCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。第四版童詩(shī)白67三極管的參數(shù)分為三大類:

直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)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/IB

vCE=const1.3.4晶體管的主要參數(shù)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ICBO集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEOICEO=（1+）ICBO第四版童詩(shī)白68二、交流參數(shù)1.共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)

=

iC/

iB

UCE=const2.

共基極交流電流放大系數(shù)α

α=

iC/

iE

UCB=const3.特征頻率fT

值下降到1的信號(hào)頻率第四版童詩(shī)白691.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(kāi)路時(shí)的集電結(jié)反 向擊穿電壓。UEBO——集電極開(kāi)路時(shí)發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。

UCEO——基極開(kāi)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第四版童詩(shī)白70

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

輸出特性曲線上的過(guò)損耗區(qū)和擊穿區(qū)

PCM=iCuCE

U(BR)CEOUCE/V第四版童詩(shī)白711.3.5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iCuCEOiB200600溫度對(duì)輸出特性的影響第四版童詩(shī)白72三極管工作狀態(tài)的判斷[例1]：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

＝6V

VB

＝0.7V

VE

＝0V（2）VC

＝6V

VB

＝4V

VE

＝3.6V（3）VC

＝3.6V

VB

＝4V

VE

＝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)第四版童詩(shī)白73[例2]

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。解：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(wàn)用表電阻法。參考實(shí)驗(yàn)。第四版童詩(shī)白74例[3]：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U1、U2、U3分別為：

（1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V

（2）U1=3V、U2=2.8V、U3=12V

（3）U1=6V、U2=11.3V、U3=12V

（4）U1=6V、U2=11.8V、U3=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）U1b、U2e、U3cNPN硅（2）U1b、U2e、U3cNPN鍺（3）U1c、U2b、U3ePNP硅（4）U1c、U2b、U3ePNP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UC

＞UB

＞UE

。

PNP管UBE＜0，UBC＜0，即UC

＜UB

＜UE

。解：第四版童詩(shī)白751.3.6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圖1.3.11光電三極管的輸出特性E1E2E3E4E＝0第四版童詩(shī)白76復(fù)習(xí)1.BJT放大電路三個(gè)電流關(guān)系？IE=IC+IB2.BJT的輸入、輸出特性曲線？uCE=0VuCE

1VuBE

/V3.BJT工作狀態(tài)如何判斷？第四版童詩(shī)白771.4場(chǎng)效應(yīng)三極管場(chǎng)效應(yīng)管：一種載流子參與導(dǎo)電，利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的三極管，又稱單極型三極管。場(chǎng)效應(yīng)管分類結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)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(jiǎn)單、易集成、功耗小、體積小、成本低。第四版童詩(shī)白78N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：第四版童詩(shī)白79DSGN符號(hào)1.4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JunctionFieldEffectTransistor結(jié)構(gòu)圖1.4.1

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。第四版童詩(shī)白80P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GSDP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第四版童詩(shī)白81一、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(lái)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)。第四版童詩(shī)白821.當(dāng)UDS=0時(shí)，uGS

對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用ID=0GDSN型溝道P+P+

(a)

UGS=0UGS=0時(shí)，耗盡層比較窄，導(dǎo)電溝比較寬第四版童詩(shī)白831.當(dāng)UDS=0時(shí)，uGS

對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用UGS由零逐漸減小，耗盡層逐漸加寬，導(dǎo)電溝相應(yīng)變窄。ID=0GDSP+P+N型溝道(b)

UGS(off)<UGS<0VGG第四版童詩(shī)白841.當(dāng)UDS=0時(shí)，

uGS

對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用當(dāng)UGS=UGS（Off)，耗盡層合攏，導(dǎo)電溝被夾斷.ID=0GDSP+P+

(c)

UGS

＜UGS(off)VGGUGS(off)為夾斷電壓,為負(fù)值。UGS(off)也可用UP表示第四版童詩(shī)白852.當(dāng)uGS

為UGS（Off)~0中一固定值時(shí),uDS對(duì)漏極電流iD的影響。uGS=0，uGD>UGS（Off)

，iD

較大。GDSP+NiSiDP+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)uGD

＝uGS

－uDS

第四版童詩(shī)白86GDSP+NiSiDP+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；(2)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵源之間加反向偏置電壓，使PN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)第四版童詩(shī)白873.當(dāng)uGD<uGS(off)時(shí)

,uGS對(duì)漏極電流iD的控制作用場(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)第四版童詩(shī)白88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(wú)關(guān)。此時(shí)，

可以把iD近似看成uGS控制的電流源。第四版童詩(shī)白89二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線1.轉(zhuǎn)移特性(N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例)O

uGSiDIDSSUGS(off)圖1.4.6轉(zhuǎn)移特性u(píng)GS=0，iD最大；uGS

愈負(fù)，iD愈??；uGS=UGS(off)

，iD

0。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第四版童詩(shī)白90

轉(zhuǎn)移特性O(shè)uGS/VID/mAIDSSUP圖1.4.6轉(zhuǎn)移特性2.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

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線的近似公式：≤≤第四版童詩(shī)白91IDSS/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)。圖1.4.5(b)漏極特性輸出特性（漏極特性）曲線夾斷區(qū)UDSiDVDDVGGDSGV

+V

+uGS圖1.4.5(a)特性曲線測(cè)試電路+

mA擊穿區(qū)第四版童詩(shī)白92＊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。第四版童詩(shī)白931.4.2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOSFETMetal-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(jiǎn)稱MOS場(chǎng)效應(yīng)管。特點(diǎn)：輸入電阻可達(dá)1010

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。第四版童詩(shī)白94一、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圖1.4.7

N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖SGDB第四版童詩(shī)白951.工作原理

絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管利用UGS

來(lái)控制“感應(yīng)電荷”的多少，改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，以控制漏極電流ID。2.工作原理分析(1)UGS=0

漏源之間相當(dāng)于兩個(gè)背靠背的PN結(jié)，無(wú)論漏源之間加何種極性電壓，總是不導(dǎo)電。SBD第四版童詩(shī)白96(2)

UDS=0，0<UGS<UGS(th)P型襯底N+N+BGSD

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。VGG---------(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之間形成可移動(dòng)的表面電荷層——---N型溝道反型層、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(kāi)始形成反型層所需的UGS，稱開(kāi)啟電壓。第四版童詩(shī)白97(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

。b.UDS=UGS–UT，

UGD=UT靠近漏極溝道達(dá)到臨界開(kāi)啟程度，出現(xiàn)預(yù)夾斷。c.UDS>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。a.UDS<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)第四版童詩(shī)白98DP型襯底N+N+BGSVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區(qū)圖1.4.9

UDS

對(duì)導(dǎo)電溝道的影響(a)

UGD>UT(b)

UGD=UT(c)

UGD<UT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。第四版童詩(shī)白993.特性曲線與電流方程(a)轉(zhuǎn)移特性(b)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圖1.4.10(a)圖1.4.10(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增加第四版童詩(shī)白100二、N溝道耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管P型襯底N+N+BGSD++++++制造過(guò)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

減小；

UGS=

UP,感應(yīng)電荷被“耗盡”，iD

0。UP或UGS(off)稱為夾斷電壓圖1.4.11第四版童詩(shī)白101N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第四版童詩(shī)白102三、P溝道MOS管1.P溝道增強(qiáng)型MOS管的開(kāi)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。第四版童詩(shī)白103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第四版童詩(shī)白104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+第四版童詩(shī)白1051.4.3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(kāi)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

。第四版童詩(shī)白106二、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。第四版童詩(shī)白107三、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第四版童詩(shī)白108例1.4.2電路如圖1.4.14所示，其中管子T的輸出特性曲線如圖1.4.15所示。試分析ui為0V、8V和10V三種情況下uo分別為多少伏？

圖1.4.14圖1.4.15分析：N溝道增強(qiáng)型MOS管，開(kāi)啟電壓UGS(th)

＝4V第四版童詩(shī)白109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(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(jiàn)，此時(shí)管子工作在可變電阻區(qū)第四版童詩(shī)白110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[例1.4.3]自閱第四版童詩(shī)白111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CCCS(β)電壓控制電流源VCCS(gm)1.4.4場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較第四版童詩(shī)白112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)模集成晶體管場(chǎng)效應(yīng)管第四版童詩(shī)白113一、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)等效電路圖

1.5.1

單結(jié)管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)1.5單結(jié)晶體管和晶閘管1.5.1單結(jié)晶體管第四版童詩(shī)白114二、工作原理和特性曲線+-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)電流圖

10.9.11(a)圖

10.9.11(b)第四版童詩(shī)白115三、應(yīng)用舉例：?jiǎn)谓Y(jié)管的脈沖發(fā)生電路圖

1.5.3

單結(jié)管的脈沖發(fā)生電路第四版童詩(shī)白1161.5.2晶閘管（晶體閘流管）一、結(jié)構(gòu)和等效模型圖

1.5.5

晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)CCC陽(yáng)極陰極控制極第四版童詩(shī)白硅可控元件，由三個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的大功率半導(dǎo)體器件。117二、工作原理圖

1.5.6

1.控制極不加電壓，無(wú)論在陽(yáng)極與陰極之間加正向或反向電壓，晶閘管都不導(dǎo)通。——稱為阻斷

2.控制極與陰極間加正向電壓，陽(yáng)極與陰極之間加正向電壓，晶閘管導(dǎo)通。PNPIGβ1β2IGβ1IG圖

1.5.5CNPNCC第四版童詩(shī)白C118結(jié)論：晶閘管由阻斷變?yōu)閷?dǎo)通的條件是在陽(yáng)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(yáng)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。第四版童詩(shī)白119三、晶閘管的伏安特性1.伏安特性O(shè)UACIAUBOABCIHIG=0正向阻斷特性：當(dāng)IG=0，而陽(yáng)極電壓不超過(guò)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(yáng)極電壓減小。IG

增大反向特性：與二極管的反向特性相似。UBR圖

1.5.7晶閘管的伏安特性曲線第四版童詩(shī)白120四、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。第四版童詩(shī)白121例：?jiǎn)蜗鄻蚴娇煽卣麟娐?-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)電角圖

1.5.8第四版童詩(shī)白122單結(jié)管的觸發(fā)電路第四版童詩(shī)白123小結(jié)第1

章第四版童詩(shī)白124一、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—單向?qū)щ娬螂娮栊?理想為0)，反向電阻大(

)。第四版童詩(shī)白125iDO

uDU(BR)IFURM2.主要參數(shù)正向—最大平均電流IF反向—最大反向工作電壓U(BR)(超過(guò)則擊穿)反向飽和電流IR(IS)(受溫度影響)IS第四版童詩(shī)白1263.二極管的等效模型理想模型(大信號(hào)狀態(tài)采用)uDiD正偏導(dǎo)通電壓降為零相當(dāng)于理想開(kāi)關(guān)閉合反偏截止電流為零相當(dāng)于理想開(kāi)關(guān)斷開(kāi)恒壓降模型UD(on)正偏電壓

UD(on)

時(shí)導(dǎo)通等效為恒壓源UD(on)否則截止，相當(dāng)于二極管支路斷開(kāi)UD(on)=(0.6

0.8)V估算時(shí)取0.7V硅管：鍺管：(0.1

0.3)V0.2V折線近似模型相當(dāng)于有內(nèi)阻的恒壓源UD(on)第四版童詩(shī)白1274.二極管的分析方法圖解法微變等效電路法5.特殊二極管工作條件主要用途穩(wěn)壓二極管反偏穩(wěn)壓發(fā)光二極管正偏發(fā)光光電二極管反偏光電轉(zhuǎn)換第四版童詩(shī)白128三、兩種半導(dǎo)體放大器件雙極型半導(dǎo)體三極管(晶體三極管

BJT)單極型半導(dǎo)體三極管(場(chǎng)效應(yīng)管

FET)兩種載流子導(dǎo)電多數(shù)載流子導(dǎo)電晶體三極管1.形式與結(jié)構(gòu)NPNPNP三區(qū)、三極、兩結(jié)2.特點(diǎn)基極電流控制集電極電流并實(shí)現(xiàn)放大第四版童詩(shī)白129放大條件內(nèi)因：發(fā)射區(qū)載流子濃度高、

基區(qū)薄、集電區(qū)面積大外因：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏3.電流關(guān)系IE=IC+IBIC=

IB+ICEO

IE=(1+

)

IB+ICEOIE=IC+IBIC=

IB

IE=(1+)

IB

第四版童詩(shī)白1304.特性iC

/mAuCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O369124321O0.40.8iB

/

AuBE/V60402080死區(qū)電壓(Uth)：0.5V(硅管)0.1V(鍺管)工作電壓(UBE(on))

：0.6

0.8V取0.7V

(硅管)0.2

0.3V取0.3V

(鍺管)飽和區(qū)截止區(qū)第四版童詩(shī)白131iC

/mAuCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O369124321放大區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)特點(diǎn)：1)iB決定iC2)曲線水平表示恒流3)曲線間隔表示受控第四版童詩(shī)白1325.參數(shù)特性參數(shù)電流放大倍數(shù)

=

/(1

)

=

/(1+

)極間反向電流ICBOICEO極限參數(shù)ICMPCMU(BR)CEOuCEOICEOiCICMU(BR)CEOPCM安全工作區(qū)=(1+

)ICBO第四版童詩(shī)白133場(chǎng)效應(yīng)管1.分類按導(dǎo)電溝道分N溝道P溝道按結(jié)構(gòu)分絕緣柵型(MOS)結(jié)型按特性分增強(qiáng)型耗盡型uGS=0時(shí)，iD

=0uGS=0時(shí)，iD

0增強(qiáng)型耗盡型(耗盡型)第四版童詩(shī)白1342.特點(diǎn)柵源電壓改變溝道寬度從而控制漏極電流輸入電阻高，工藝簡(jiǎn)單，易集成由于FET無(wú)柵極電流，故采用轉(zhuǎn)移特性和輸出特性描述3.特性不同類型FET的特性比較參見(jiàn)圖1.4.13第49頁(yè)。第四版童詩(shī)白135不同類型FET轉(zhuǎn)移特性比較結(jié)型N溝道uGS/ViD/mAO增強(qiáng)型耗盡型MOS管(耗盡型)IDSS開(kāi)啟電壓UGS(th)夾斷電壓UGS(off)IDO

是uGS=2UGS(th)時(shí)的iD值第四版童詩(shī)白136四、晶體管電路的基本問(wèn)題和分析方法三種工作狀態(tài)狀態(tài)電流關(guān)系

條件放大I

C=

IB發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏飽和

IC

IB兩個(gè)結(jié)正偏I(xiàn)CS=

IBS集電結(jié)零偏臨界截止IB<0,IC=0兩個(gè)結(jié)反偏判斷導(dǎo)通還是截止：UBE>U(th)

則導(dǎo)通以NPN為例：UBE<U(th)

則截止第四版童詩(shī)白137判斷飽和還是放大：1.電位判別法NPN管UC>UB>UE放大UE<UC

UB飽和PNP管UC<UB<UE放大UE>UC

U

B飽和2.電流判別法IB>IBS

則飽和I