模擬電子電路第7章

第7章常用半導(dǎo)體器件教學(xué)目標(biāo)與要求熟悉半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性。掌握PN結(jié)的特性。

了解二極管、三極管和場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握其特性曲線及其主要參數(shù)。

了解發(fā)光二極管、光電二極管、光電三極管和光電耦合器等新型半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)及工作原理。

7.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)物質(zhì)的分類（按導(dǎo)電性能分）①導(dǎo)體：低價(jià)元素（如Cu、AI等）導(dǎo)電性能好②絕緣體：高價(jià)元素（如惰性氣體）或高分子物質(zhì)（如橡膠）導(dǎo)電性能極差③半導(dǎo)體：四價(jià)元素（如Si、Ge等）導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間（1）熱敏特性半導(dǎo)體的多變特性（2）光敏特性溫度升高導(dǎo)電能力顯著變化。如熱敏電阻光線照射導(dǎo)電能力顯著變化。如光電二極管載流子（3）摻雜特性在本征半導(dǎo)體中摻入少量的有用的雜質(zhì)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)。如二極管、晶體管等。7.1.1本征半導(dǎo)體定義SiSiSiSiSiSiSiSiSi共價(jià)鍵價(jià)電子晶體原子的結(jié)合方式共價(jià)鍵純凈的具有單晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。如圖所示

2.本征半導(dǎo)體的特點(diǎn)（1）有兩種載流子，即自由電子和空穴，且數(shù)目相等，即成對(duì)出現(xiàn)。（2）可形成兩種電流，即電子電流和空穴電流。空穴自由電子注意

（1）金屬導(dǎo)體只有一種載流子即自由電子。本證激發(fā)復(fù)合（2）本證半導(dǎo)體中，自由電子和空穴的濃度相等。SiSiSiSiSiSiSiSiSi（3）本征半導(dǎo)體中載流子的濃度與環(huán)境溫度有關(guān)；溫度T載流子的濃度導(dǎo)電能力增強(qiáng)（4）導(dǎo)電能力仍不如導(dǎo)體。

（5）絕對(duì)零度（T=0K）時(shí)，本征半導(dǎo)體成為絕緣體。

7.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體①N型半導(dǎo)體②P型半導(dǎo)體多余電子

在純凈的硅晶體中摻入五價(jià)元素（如磷）

N型半導(dǎo)體的特點(diǎn)：

①有兩種載流子，即自由電子和空穴。自由電子是多子，空穴是少子；1.N型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體SiSiSiP+SiSiSiSiSi

②主要靠自由電子導(dǎo)電。2.P型半導(dǎo)體

在純凈的硅晶體中摻入三價(jià)元素（如硼）P型半導(dǎo)體SiSiSiSiB-SiSiSiSi空位空穴

P型半導(dǎo)體的特點(diǎn)：

①有兩種載流子，即自由電子和空穴。空穴是多子，自由電子是少子；

②主要靠空穴導(dǎo)電。特別提示

雜質(zhì)半導(dǎo)體中的雜質(zhì)原子必須是微量的，且有用，否則將改變半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)。

在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，所摻雜質(zhì)的濃度基本上決定了多子的濃度；而溫度決定少子的濃度。

雜質(zhì)半導(dǎo)體（N型半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體）仍呈中性。

7.2PN結(jié)

7.2.1PN結(jié)的形成

擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡（一定寬度）空間電荷區(qū)PN結(jié)---------------+++++++++++++++P區(qū)多子N區(qū)多子---------------+++++++++++++++空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)說(shuō)明空間電荷區(qū)又稱耗盡層

7.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

1.PN結(jié)正向偏置外加正向電壓或正向接法特別提示

PN結(jié)的正向電流可視為由多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的。---------------+++++++++++++++空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)RUS外電場(chǎng)變窄內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)USRP區(qū)N區(qū)---+++I

2.PN結(jié)反向偏置外加反向電壓或反向接法特別提示

PN結(jié)的反向電流可視為由少子的漂移運(yùn)動(dòng)形成。---------------+++++++++++++++空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)RUS外電場(chǎng)---------+++++++++變寬內(nèi)電場(chǎng)RUS外電場(chǎng)I

PN結(jié)的反向電流對(duì)溫度很敏感。

PN結(jié)正向偏置空間電荷區(qū)變窄正向電阻很小正向電流較大PN結(jié)導(dǎo)通

PN結(jié)反向偏置空間電荷區(qū)變寬

（理想時(shí)為∞）反向電流（反向飽和電流）極?。ɡ硐霑r(shí)為0）PN結(jié)截止反向電阻很大PN結(jié)正向偏置時(shí)導(dǎo)通，反向偏置時(shí)截止單向?qū)щ娦越Y(jié)論（理想時(shí)為0）說(shuō)明PN結(jié)的結(jié)電容Cj①勢(shì)壘電容Cb②擴(kuò)散電容CdCj=Cb+Cd

7.2.3PN結(jié)的電流方程IS：反向飽和電流q：電子電量k：波爾茲曼常數(shù)T：熱力學(xué)溫度溫度的電壓當(dāng)量則常溫時(shí)，即T=300K（即27℃）時(shí)，UT≈26mV說(shuō)明構(gòu)成:實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)PN結(jié)PN結(jié)+引線+管殼7.3二極管+-陽(yáng)極陰極

特性：?jiǎn)蜗驅(qū)щ娦酝庑渭皥D形符號(hào)陽(yáng)極陰極PN7.3.1二極管的類型和結(jié)構(gòu)

1.二極管的類型按所用材料不同分①硅管②鍺管按用途不同分①普通管②整流管③開(kāi)關(guān)管按內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同分①點(diǎn)接觸型②面接觸型③平面型大功率整流元件多為鍺管多為硅管1.二極管的結(jié)構(gòu)（1）點(diǎn)接觸型金屬觸絲陽(yáng)極引線N型鍺片陰極引線外殼結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向電流小。特點(diǎn)用途用于高頻電路的檢波和變頻等。（2）面接觸型結(jié)面積大、正向電流大、結(jié)電容大。特點(diǎn)用途多用于工頻大電流整流電路。（3）平面型鋁合金小球N型硅陽(yáng)極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線結(jié)面積可大可小。特點(diǎn)用途多用于低頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。陰極引線陽(yáng)極引線SiO2保護(hù)層P型硅N型硅1.2.2、二極管的伏安特性硅管0.5V鍺管0.1V反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。

外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴Ｕ蛱匦苑聪蛱匦蕴攸c(diǎn)硅0.6~0.8V典型值0.7V鍺0.1~0.3V典型值0.2V死區(qū)電壓

反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。uiPN+–PN–+非線性

二極管的特性與環(huán)境溫度有關(guān)。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，正向特性曲線將左移，反向特性曲線將下移，反向飽和電流將增加，而反向擊穿電壓將降低，如圖所示。

特別提示Ou/Vi/mA25℃60℃U(BR)Bi/μA死區(qū)電壓正向特性反向特性A

一般地，硅二極管所允許的結(jié)溫比鍺二極管的高（硅管的最高結(jié)溫約為150℃，鍺管的約為90℃），故大功率的二極管幾乎均為硅管。

二極管的正向特性曲線不是直線，而是近似為指數(shù)曲線。故二極管是一個(gè)非線性器件。7.3.3二極管的主要參數(shù)1.最大整流電流IFM：指平均值。要求IVD(AV)≤IFM2.最高反向工作電壓URM：指最大值。要求URm≤URM3.最大反向電流IRM:要求IRM4.最高工作頻率fM好注意：IRM對(duì)溫度十分敏感。7.3.4二極管的主要用途1.整流將大小和方向隨時(shí)間變化的交流電壓變成單一方向的、脈動(dòng)的直流電壓的過(guò)程稱為整流。整流原理詳見(jiàn)第12章。2.檢波調(diào)制的方式通常分為調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相三種。tuo調(diào)制信號(hào)O低通濾波器包絡(luò)檢波原理檢波輸出調(diào)幅波檢波器ui載波調(diào)制信號(hào)Ot3.限幅將輸出電壓的幅值限制在一定數(shù)值范圍之內(nèi)的電路稱為限幅器。限幅器又稱為削波器。4.鉗位將電路中某點(diǎn)的電位鉗制在某一數(shù)值上，稱為鉗位。5.保護(hù)保護(hù)電路中某些元器件，防止受到過(guò)電壓而損壞。

二極管電路分析舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通截止若二極管是理想的，正向?qū)〞r(shí)正向管壓降為零，反向截止時(shí)二極管相當(dāng)于斷開(kāi)。否則，正向管壓降硅0.6～0.8V（典型值取0.7V）鍺0.1～0.3V（典型值取0.2V）-10（b）波形圖uo/VOωt5.7-5.7π2π3π10ui【例7-1】如圖（a）所示電路，設(shè)輸入電壓，，US1＝US2＝5V，VD1和VD2均為硅管，其正向?qū)妷航礥VD＝0.7V。試畫(huà)出輸出電壓uo的波形。VD1VD2Ruiuo+-US1US2+-（a）【解】當(dāng)ui≥5.7V時(shí)，VD1導(dǎo)通，VD2因反向偏置而截止，uo＝UVD1＋US1＝5.7V。當(dāng)ui≤－5.7V時(shí)，VD1因反向偏置而截止，VD2導(dǎo)通，uo＝－UVD2＋US2＝－5.7V。當(dāng)－5.7V＜ui＜5.7V時(shí)，VD1和VD2均截止，uo＝ui。輸出電壓uo的波形如圖（b）所示。分析二極管電路的一般方法：若U陽(yáng)>U陰或UVD為正(正向偏置)，二極管導(dǎo)通將二極管斷開(kāi)，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UVD的正負(fù)。若U陽(yáng)<U陰或UVD為負(fù)(反向偏置)，二極管截止【例7-2】如圖（a）所示電路，VD為硅管，其正向?qū)妷航?，，，，。試求輸出端電壓uO。AUS1US2VDR1R2+-UOBC（a）原電路

可見(jiàn)，A點(diǎn)的電位高于B點(diǎn)的電位。若將二極管接入電路中，則二極管的陽(yáng)極電位高于陰極電位，故二極管因正向偏置而導(dǎo)通。【解】先將二極管從電路中斷開(kāi)，并設(shè)C點(diǎn)接地，如圖（b）所示。則A點(diǎn)的電位B點(diǎn)的電位

在此，二極管VD起鉗位的作用，它將B點(diǎn)的電位鉗制在8.3V上。（b）二極管斷開(kāi)時(shí)的電路AUS1US2VDR1R2+-UOBC（a）原電路AUS1US2VDR1R2+-UOBC+-UVD7.4穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管。穩(wěn)壓區(qū)：反向擊穿區(qū)1.符號(hào)

2.伏安特性UZIZIZM

UZ

IZu/Vi/mAO3.穩(wěn)壓管的主要參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓UZ（2）穩(wěn)定電流

IZ（或IZmin)（4）額定功耗PZM（5）動(dòng)態(tài)電阻rzIZ好要求：rZ好注意穩(wěn)壓管電路中必須要串聯(lián)限流電阻！UZIZIZM

UZ

IZu/Vi/mAOAB（3）最大穩(wěn)定電流

IZM

穩(wěn)壓管的正常穩(wěn)壓區(qū)在其反向擊穿區(qū)內(nèi)。

特別提示

為保證穩(wěn)壓管安全地起到穩(wěn)壓作用，要求

IZ≤IVZ≤IZM

【例7-3】如圖所示電路UI＝24V，VZ的型號(hào)為2CW58，UZ＝10V，IZ＝5mA，IZM＝23mA，限流電阻R＝500Ω，為保證電路為負(fù)載RL提供10V的穩(wěn)定直流電壓，試確定負(fù)載電阻RL的適用范圍。RRLVZ+-UO+-UIIVZIRIL當(dāng)穩(wěn)壓管工作于穩(wěn)壓區(qū)時(shí)，若負(fù)載電阻RL最小，則負(fù)載電流IL最大。由于IR不變，故由上式可知，穩(wěn)壓管的電流IVZ最小。此時(shí)，應(yīng)有【解】為保證電路輸出10V的穩(wěn)定直流電壓，應(yīng)使穩(wěn)壓管安全地工作于穩(wěn)壓區(qū)。根據(jù)KCL得解得RRLVZ+-UO+-UIIVZIRIL若負(fù)載電阻RL最大，則負(fù)載電流IL最小。由于IR不變，故穩(wěn)壓管的電流最大。此時(shí)，應(yīng)有解得RRLVZ+-UO+-UIIVZIRIL所以，負(fù)載電阻RL的適用范圍為435Ω～2kΩ。

7.5晶體管（晶體三極管、半導(dǎo)體三極管簡(jiǎn)稱三極管或晶體管）晶體管的幾種常見(jiàn)外形7.5.1晶體管的類型和結(jié)構(gòu)按構(gòu)成管子材料的不同分①硅管②鍺管按管子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同分①平面型管②合金型管按PN結(jié)的構(gòu)成方式不同分①NPN型管②PNP型管多為硅管多為鍺管1.類型多為硅管多為鍺管2.基本結(jié)構(gòu)晶體管的結(jié)構(gòu)(a)平面型(b)合金型EP型硅N型硅SiO2保護(hù)層大銦球N型鍺N型硅CBECPP小銦球BPNP型晶體管ECBCE發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)集電結(jié)發(fā)射結(jié)PPN基極發(fā)射極集電極B（a）結(jié)構(gòu)示意圖（b）圖形符號(hào)NPN型晶體管CEBCE發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)集電結(jié)發(fā)射結(jié)NNP基極發(fā)射極集電極B（a）結(jié)構(gòu)示意圖（b）圖形符號(hào)構(gòu)成：三區(qū)、三極、兩結(jié)集電區(qū)：摻雜濃度低，面積最大3.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：特別提示晶體管的兩個(gè)PN結(jié)不能用兩個(gè)二極管來(lái)簡(jiǎn)單的代替。一般地，發(fā)射極和集電極不能互換使用?；鶇^(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高，面積小發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極7.5.2晶體管的電流放大原理（以NPN管為例）晶體管放大的條件（1）內(nèi)部條件：管子內(nèi)部結(jié)構(gòu)要合理（2）外部條件：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏如圖所示的共射放大電路++-△uO△uIRBRCVCC-VBBVT為保證集電結(jié)反偏：要求VCC＞VBBNNPRCVCCVBBIEIBICRbIENICNICBO擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成發(fā)射極電流IE。由漂移運(yùn)動(dòng)，形成集電極電流IC。1.三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)△uI=0由復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流IBIBN2.電流分配關(guān)系及電流放大系數(shù)若不計(jì)從基區(qū)擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)的空穴而形成的擴(kuò)散電流，則發(fā)射極電流集電極電流

ICBO的物理意義是，當(dāng)發(fā)射極斷開(kāi)，集電結(jié)反向偏置時(shí)，從集電極流向基極的集電結(jié)反向飽和電流。

ICBO是由少子的漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流，對(duì)溫度敏感。溫度

ICBO

ICBO

A+–VCC于是，有滿足KCL

ICE與IBE之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)

ICEO稱為穿透電流。其物理意義是，當(dāng)基極斷開(kāi)時(shí)，在集電極電源VCC的作用下，使集電結(jié)反向偏置，發(fā)射結(jié)正向偏置時(shí)從集電極流向發(fā)射極的電流。

AICEOIB=0+–

ICEO對(duì)溫度敏感。溫度

ICEO，故IC也相應(yīng)增加。晶體管的溫度特性較差。當(dāng)集電極與發(fā)射極之間的電壓uCE為常數(shù)時(shí)，集電極電流的變化量與基極電流的變化量之比，稱為共射交流電流放大系數(shù)，即說(shuō)明①一般，不加嚴(yán)格區(qū)分；②一般選β＝幾十～100多的管子為好。③PNP型晶體管的放大原理。+UBE

ICIEIB

CVTEB

+UCE

(a)NPN型晶體管電流的實(shí)際方向和發(fā)射結(jié)與集電結(jié)的實(shí)際極性+UBE

IBIEICCVTEB

+UCE

(b)PNP型晶體管特別提示

一般地，在對(duì)放大電路進(jìn)行分析時(shí)，不管是NPN型管還是PNP型管，各電極電流的參考方向均規(guī)定為從晶體管的基極和集電極流進(jìn)，從發(fā)射極流出。死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。7.5.3晶體管的輸入和輸出特性曲線1.輸入特性曲線說(shuō)明

①UCE=0時(shí)，輸入特性曲線與PN的伏安特性相似；

②UCE曲線右移

③UCE≥1后，曲線基本重合。OiB/

AuBE/VUCE≥1VUCE=0V正常工作時(shí)發(fā)射結(jié)電壓：NPN型硅管

uBE

0.6~0.8VPNP型鍺管

uBE

(0.1~0.3)V說(shuō)明

①輸出特性曲線是一族曲線；

②曲線的起始部分較陡；

③UCE≥1后，曲線幾乎與橫軸平行。iC/mAuCE/VIB5

IB4

IB3

IB2OIB1=0臨界飽和線飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)

2.輸出特性曲線

④晶體管有三個(gè)工作區(qū)

（a）放大區(qū)外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。iC/mAuCE/VIB5

IB4

IB3

IB2OIB1=0臨界飽和線飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)uBE大于死區(qū)電壓，且uCE>

uBE輸出特性曲線近于平直的區(qū)域就是放大區(qū)。在放大區(qū)（也稱為線性區(qū)）內(nèi)，晶體管具有恒流特性。

晶體管放大的特點(diǎn)（b）飽和區(qū)-RBRCVCCVT++-iBiCuCEuBEVBB外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正向偏置。uBE大于死區(qū)電壓，且uCE<uBE

當(dāng)晶體管工作于放大區(qū)時(shí)，由圖可知uCE＝VCC－iCRC＝VCC－βIBRC

IBuCEuCE=uBE臨界飽和狀態(tài)集電極臨界飽和電流基極臨界飽和電流硅管UCES=0.7V鍺管UCES=0.2VIBuCE<uBE飽和狀態(tài)晶體管飽和的特點(diǎn)①②uCE很小，NPN硅管PNP鍺管的,C和E之間相當(dāng)于短路.iC/mAuCE/VIB5

IB4

IB3

IB2OIB1=0臨界飽和線飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)如圖所示

（c）截止區(qū)外部條件：發(fā)射結(jié)電壓小于死區(qū)電壓，集電結(jié)反向偏置。iC/mAuCE/VIB5

IB4

IB3

IB2OIB1=0臨界飽和線飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)晶體管截止的特點(diǎn)①②C和E之間相當(dāng)于開(kāi)路.【例7-4】在如圖所示的電路中，若VCC＝12V，RB＝5kΩ，RC＝1kΩ，UBE＝0.7V。試分別分析當(dāng)VBB＝－1V、1V和3V時(shí)晶體管的工作狀態(tài)。-RC+VCCVT++-IBICUCEUBERBVBB集電極臨界飽和電流為【解】基極臨界飽和電流為（1）當(dāng)VBB＝－1V時(shí)，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置，故晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)。（2）當(dāng)VBB＝1V時(shí)，因?yàn)榛鶚O電流VT處于放大狀態(tài)（3）當(dāng)VBB＝3V時(shí)，因?yàn)榛鶚O電流故VT處于深度飽和狀態(tài)當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置時(shí),另一種判斷方法：先假設(shè)晶體管工作于放大狀態(tài)，求出集-射極電壓uCE，然后，判斷集電結(jié)的偏置情況。（1）若集電結(jié)反向偏置（即|uCE|>|uBE|），則晶體管處于放大狀態(tài)；（2）若集電結(jié)正向偏置（即|uCE|＜|uBE|），則晶體管處于飽和狀態(tài)；（3）若uCE=uBE，則晶體管處于臨界飽和狀態(tài)。說(shuō)明【例7-5】晶體管VT1三個(gè)引腳的直流電位分別為6V、2V和1.3V；晶體管VT2三個(gè)引腳直流電位分別為6V、3V和6.2V。試分別指出晶體管各引腳的名稱以及管子的類型（NPN型或PNP型、硅管或鍺管）。思路：①先定基極

由UE<UB<UC（NPN管）和UC<UB<UE（NPN管）知，中間電位所對(duì)應(yīng)的極為基極B。②再定發(fā)射極和集電極

與基極間電壓絕對(duì)值為0.7V或0.2V的電極為發(fā)射極E，則剩下的電極為集電極C。③最后定類型若UB>UE，則為NPN型，否則為NPN型；若|UBE|=0.7V，則為硅管；若為0.2V，則為鍺管。7.5.4晶體管的主要參數(shù)（1）共射直流電流放大系數(shù)（2）共射交流電流放大系數(shù)β

1.共射電流放大系數(shù)2.極間反向電流①I(mǎi)CBO：集電結(jié)反向飽和電流。

②ICEO：穿透電流說(shuō)明選管原則：β＝幾十～100多，好硅管比鍺管的熱穩(wěn)定性好4.集電極最大耗散功率PCM

3.集電極最大允許電流

ICM

5.集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO要求：pC<PCM要求：iC<ICM要求：uCE<u(BR)CEOICM、PCM和U（BR）CEO是晶體管的三個(gè)極限參數(shù)，是選擇管子的主要依據(jù)，由其構(gòu)成了晶體管的安全工作區(qū)。U(BR)CEOICMuCEiCO等功耗線PCM=uCEiC過(guò)損耗區(qū)安全工作區(qū)晶體管的安全工作區(qū)7.6場(chǎng)效應(yīng)晶體管

場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)是利用外加電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流大小的一種半導(dǎo)體器件。

它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電，又稱單極型晶體管。

類型①結(jié)型②絕緣柵型（MOS管）

優(yōu)點(diǎn)：輸入電阻大（109Ω

～1014Ω）、噪音低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)等N溝道MOS管P溝道MOS管按導(dǎo)電溝道不同分按是否具有原始溝道分增強(qiáng)型MOS管耗盡型MOS管MOS管的類型①N溝道增強(qiáng)型MOS管②P溝道增強(qiáng)型MOS管③N溝道耗盡型MOS管④P溝道耗盡型MOS管7.6.1N溝道MOS管1.N溝道增強(qiáng)型MOS管1）結(jié)構(gòu)及符號(hào)柵極和其它電極之間是絕緣的，故稱絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，又稱為MOS管。漏極金屬鋁片柵極源極DGSSIO2P型硅襯底N+N+BGSDB耗盡層漏極金屬鋁片柵極源極DGSSIO2P型硅襯底N+N+BGSDB耗盡層①柵極電流幾乎為零，輸入電阻很高（最高可達(dá)

1014）。說(shuō)明②柵極電容的形成。2）工作原理（1）uGS對(duì)溝道的控制作用當(dāng)柵源電壓uGS

=0時(shí)，漏極和源極之間是兩個(gè)背靠背的PN結(jié),不管漏極和源極之間所加電壓的極性如何，其中總有一個(gè)PN結(jié)是反向偏置,漏極電流近似為零。當(dāng)柵-源極加正向電壓，即uGS>0,而uDS=0時(shí)，絕緣層與襯底之間形成耗盡層，如圖所示。DGSP型硅襯底N+N+B耗盡層P型硅襯底BDGSuGSN+N+耗盡層開(kāi)啟電壓UGS(th)：使溝道剛剛形成的柵源電壓

uGS反型層加厚溝道電阻變小DGSP型硅襯底N+N+BuGS反型層當(dāng)uGS耗盡層加厚反型層導(dǎo)電溝道（3）當(dāng)uGS>UGS(th)且一定時(shí)，uDS對(duì)iD的影響

uDSuGD溝道變窄（漏極附近）若在漏-源極之間加正向電壓，即uDS>0，則導(dǎo)電溝道的形狀如圖所示。P型硅襯底N+uGSS–G+N+DN溝道–+uDS若uGD=UGS(th)預(yù)夾斷

uDSP型硅襯底N+uGSS–G+N+DN溝道–+uDSP型硅襯底N+uGSS–G+N+DN溝道–+uDSuDS=uGS-UGS(th)P型硅襯底N+uGSS–G+N+DN溝道–+uDS

預(yù)夾斷前：d—s間呈電阻特性（溝道電阻基本不變）

uDS夾斷區(qū)加長(zhǎng)

預(yù)夾斷后：uGD<UGS(th)iD幾乎只由uGS決定，與uDS無(wú)關(guān)恒流特性u(píng)GD>UGS(th)，即uDS<uGS-UGS(th)uGD<UGS(th)，即uDS>uGS-UGS(th)3）特性曲線與電流方程（1）輸出特性曲線（曲線族）可變電阻區(qū)預(yù)夾斷軌跡說(shuō)明

Ⅰ預(yù)夾斷軌跡uDS=uGS-UGS(off)即uGD=UGS(off)

Ⅱ場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)工作區(qū)

外部條件①可變電阻區(qū)（又稱非飽和區(qū)）a.

uGS>UGS(th)>0（正向電壓）b.0<uDS<uGS-UGS(th)（正向電壓）uDS/ViD/mAOUGS1＝UGS(th)>0UGS2UGS3UGS4UGS增加恒流區(qū)夾斷區(qū)②恒流區(qū)（又稱飽和區(qū)）外部條件a.uGS>uGS(th)>0

（正向電壓）b.uDS>uGS-UGS(th)（正向電壓）③夾斷區(qū)外部條件：uGS<UGS(th)特點(diǎn)：a.iD∝uDS

（uGS一定）

RDS特點(diǎn)：a.

uGS

iD

b.uDSiD

幾乎不變特點(diǎn)：iD=0b.

uGS可變電阻區(qū)預(yù)夾斷軌跡uDS/ViD/mAOUGS1＝UGS(th)>0UGS2UGS3UGS4UGS增加注意場(chǎng)效應(yīng)晶體管是電壓控制型器件

（2）轉(zhuǎn)移特性u(píng)DS/ViD/mAOUGS1＝UGS(th)>0UGS2UGS3UGS4UGS增加無(wú)溝道有溝道uGS/VUGS(th)iD/mAO2UGS(th)IDO（3）電流方程[uGS>UGS（th)>0](uDS>uGS-UGS(th))

2.N溝道耗盡型MOS管

耗盡型管和增強(qiáng)型管的主要區(qū)別：有無(wú)原始導(dǎo)電溝道。1）結(jié)構(gòu)及符號(hào)2）工作原理P型硅襯底BDGSN+N+uGS++++N溝道SGDB3）特性曲線與電流方程（b）輸出特性曲線uDSiDOUGS＝UGS(off)UGS1＜0UGS2＝0UGS3＞0UGS增加uGS（a）轉(zhuǎn)移特性曲線OiDUGS(off)IDSS(UGS（off)<uGS<0)(uDS>uGS-UGS(off))說(shuō)明

①N溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓UGS(off)為負(fù)值；

②工作時(shí)uGS在一定范圍內(nèi)可正、可負(fù)、可零（一般為負(fù)）；漏極飽和電流7.6.2P溝道MOS管G、S之間加一定電壓才形成導(dǎo)電溝道在制造時(shí)就具有原始導(dǎo)電溝道P溝道GSD增強(qiáng)型N溝道BGSDB耗盡型GSDN溝道P溝道GSDBB名稱圖形符號(hào)轉(zhuǎn)移特性輸出特性工作于恒流區(qū)條件N溝道增強(qiáng)型

N溝道耗盡型

GDSBGDSBuGSOiDUGS(off)N溝道MOS管的圖形符號(hào)、特性曲線及放大條件uGS>uGS(th)>0uDS>uGS-uGS(th)>0uGS>uGS(off)uDS>uGS-uGS(off)>0uDSiDuGS>0uGS>0uGS>0OuDSiDOuGS=0uGS<0uGS>0uDS=uGS-uGS(th)uDS=uGS-uGS(off)uGSUGS(th)OiD名稱圖形符號(hào)轉(zhuǎn)移特性輸出特性工作于恒流區(qū)條件P溝道增強(qiáng)型

P溝道耗盡型

GDSBGDSBP溝道MOS管的圖形符號(hào)、特性曲線及放大條件uGS<uGS(th)<0uDS<uGS-uGS(th)<0uGS<uGS(off)uDS<uGS-uGS(off)<0UGS(off)OiDuGSuDSiDuGS<0OuGS<0uGS<0uDSiDuGS>0OuGS=0uGS<0uDS=uGS-uGS(th)uDS=uGS-uGS(off)UGS(th)OiDuGS

7.6.3場(chǎng)效應(yīng)晶體管的主要參數(shù)1.開(kāi)啟電壓UGS（th)和夾斷電壓UGS（0ff)2.漏極飽和電流IDSS增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)結(jié)型管和耗盡型MOS管的參數(shù)

對(duì)于耗盡型管，在UGS=0時(shí)產(chǎn)生預(yù)夾斷時(shí)的iD定義為IDSS。UGS（th)UGS（0ff)3.低頻跨導(dǎo)gm恒流區(qū)時(shí)說(shuō)明①gm是轉(zhuǎn)移特性曲線上某點(diǎn)切線的斜率；②iDgm4.極間電容：

Cgs、Cgd、Cds8.最大耗散功率PDM

7.漏極最大允許電流IDM

9.噪聲系數(shù)5.柵-源極擊穿電壓U(BR)GS柵-源極擊穿電壓是指SiO2絕緣層（指MOS管）被擊穿時(shí)的柵-源極電壓。6.漏-源極擊穿電壓U(BR)DS漏-源極擊穿電壓是指漏極和源極耗盡層被擊穿時(shí)漏-源極電壓。場(chǎng)效應(yīng)晶體管的極限參數(shù)，由其輸出特性曲線限定了管子的安全工作區(qū)NF越小越好注意對(duì)于MOS管：③焊接時(shí)，電烙鐵應(yīng)好接地。①要避免柵極懸空；②在工作電路中，應(yīng)給柵-源極間提供直流通路；7.6.4場(chǎng)效應(yīng)晶體管與晶體管的比較場(chǎng)效應(yīng)晶體管晶體管只有一種極性的載流子，即多子載流子有兩種極性的載流子，即多子和少子控制方式電壓控制型電流控制型導(dǎo)電類型N溝道型和P溝道型NPN型和PNP型放大能力輸入電阻較低較高功耗很低較高熱穩(wěn)定性好差抗輻射能力強(qiáng)弱噪聲系數(shù)小大制造工藝簡(jiǎn)單、成本低較復(fù)雜集成化容易較難電極對(duì)應(yīng)關(guān)系柵