模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 課件 第1章 常用半導(dǎo)體器件

第1章常用半導(dǎo)體器件1.2半導(dǎo)體二極管1.3晶體管1.4場效應(yīng)管1.1PN結(jié)極其特性內(nèi)容概述常用的半導(dǎo)體器件 二極管、晶體管和場效應(yīng)管討論二極管、晶體管和場效應(yīng)管的電路符號、工作原理、特性曲線和主要參數(shù)等。一、半導(dǎo)體物理的基本知識1.1PN結(jié)的形成及特性半導(dǎo)體：指導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)半導(dǎo)體材料：硅（Si）、鍺（Ge）和砷化鎵（GaAs）等導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體電阻率ρ（Ωcm）10-6~10-410-2~1091010~1020特點：（1）在外界光和熱的刺激下，其導(dǎo)電能力會增加（即ρ↓）（2）在半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)，也會使其導(dǎo)電能力增加（即ρ↓）晶格：在本征半導(dǎo)體中，原子按照一定的間隔排列成有規(guī)律的空間點陣。本征激發(fā)：共價鍵中的價電子受到激發(fā)獲得能量，并擺脫共價鍵的束縛成為“自由電子”，并在原共價鍵的位置上形成一個“空穴”，這一過程稱為本征激發(fā)。1、本征半導(dǎo)體本征激發(fā)產(chǎn)生兩種載流子——自由電子和空穴2、雜質(zhì)半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體

---摻入少量的3價元素（如硼、銦），即形成P型半導(dǎo)體。受主雜質(zhì)：3價雜質(zhì)原子能夠接納電子，稱為受主雜質(zhì)。P型半導(dǎo)體（空穴型半導(dǎo)體）空穴--多數(shù)載流子自由電子--少數(shù)載流子N型半導(dǎo)體 ---摻入少量的5價元素，（如磷、砷等）即形成N型半導(dǎo)體。施主雜質(zhì)：五價雜質(zhì)原子能夠提供自由電子，稱為施主雜質(zhì)。N型半導(dǎo)體中（電子型半導(dǎo)體）多數(shù)載流子---自由電子少數(shù)載流子---空穴

雜質(zhì)半導(dǎo)體注意幾點：（1）無論是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體，對外均顯電中性；（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子的濃度由摻雜決定。若在N型半導(dǎo)體中再摻入適量的三價元素，可使其轉(zhuǎn)型為P型半導(dǎo)體；反之亦然。1、

PN結(jié)的形成二、PN結(jié)PN結(jié)的形成形成過程：濃度不同→多子擴散→產(chǎn)生內(nèi)電場→少子漂移→動態(tài)平衡。對稱結(jié)和不對稱結(jié)（P+N，PN+）。2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)外加正向電壓的情況擴散運動>漂移運動IF總結(jié)：PN

結(jié)正偏→外電場與內(nèi)電場方向相反→擴散>漂移→PN

結(jié)變窄→有利于擴散進行→產(chǎn)生較大的擴散電流I正→PN

結(jié)正向?qū)ā獠侩娫床粩嗵峁╇姾?。PN結(jié)外加反向電壓的情況

漂移運動>擴散運動IR總結(jié)：PN

結(jié)反偏→外電場與內(nèi)電場方向相同→漂移>擴散→PN

結(jié)變厚→有利于漂移進行→產(chǎn)生較小的漂移電流I反→PN

結(jié)反向截止?？偨Y(jié)：

簡單地說，PN結(jié)單向?qū)щ娦跃褪荘N結(jié)的正向電阻很小，反向電阻很大。

綜上所述，PN結(jié)外加正向電壓時，外電場削弱內(nèi)電場，多子擴散占主導(dǎo)地位，正向電流較大，并隨外加電壓的變化有顯著變化；PN結(jié)外加反向電壓時，外電場加強內(nèi)電場，少子漂移占主導(dǎo)地位，反向電流極小，且不隨外加電壓變化。因此，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?、PN結(jié)的伏安特性PN結(jié)的電壓與電流具有非線性關(guān)系，可以用下面公式來表達：其中：

IS為反向飽和電流；UT=KT/q稱為溫度的電壓當量或熱電壓，在T=300K時，UT=26mV。

u、i的正方向：u的正方向為PN結(jié)正偏時的電壓的方向，i的方向是由P區(qū)流向N區(qū)。當u=0時，i=0；當u>0時，且u>>26mV時， 即PN結(jié)加正向電壓時，i隨u呈指數(shù)規(guī)律變化；當u<0時，且|u|>>26mV時，i=-Is，即PN結(jié)加反向電壓時，流過PN結(jié)的電流為反向飽和電流。反向擊穿特性

當加到PN結(jié)兩端的反向電壓增大到一定數(shù)值（UBR）以后，反向電流會急劇增加。這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿特性（電擊穿）。電擊穿分雪崩擊穿和齊納擊穿兩種類型，電擊穿過程是可逆的。熱擊穿，熱擊穿過程是不可逆的。擊穿破壞了PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕敁舸╇娏鬟^大時，會因發(fā)熱而燒壞PN結(jié)。注意，只要限制擊穿時流過PN結(jié)的電流，則擊穿并不損壞PN結(jié)。PN結(jié)的伏安特性4、溫度對PN結(jié)特性的影響PN結(jié)的特性對溫度的變化特別敏感；當溫度升高時，正向曲線向左移，反向曲線向下移；溫度每升高1℃，正向壓降減小2-2.5mV；溫度每升高10℃，反向飽和電流Is增大約一倍。5、PN結(jié)的電容效應(yīng)勢壘電容 當PN結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將隨之變化，即耗盡區(qū)的空間電荷量隨外加電壓而增加或者減少，這種現(xiàn)象類似于電容器的充、放電過程。其空間電荷量的變化所等效的電容，稱為勢壘電容，用Cb表示。擴散電容

在擴散區(qū)，電荷的積累和釋放過程類似于電容器的充、放電過程，這種因多子擴散所引起的電容效應(yīng)所對應(yīng)的等效電容稱之為擴散電容，用Cd表示。PN結(jié)的結(jié)總電容Cj為Cb與Cd之和，即：

Cj=Cb+Cd

PN結(jié)正偏時，結(jié)電容以Cd為主，即Cj≈Cd，其值通常為幾十~幾百pF；PN結(jié)反偏時，結(jié)電容以Cb為主，即Cj≈Cb，其值通常為幾~幾十pF。

PN結(jié)的電容效應(yīng)1.2半導(dǎo)體二極管普通二極管穩(wěn)壓二極管光電二極管發(fā)光二極管將PN結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成了二極管。小功率二極管大功率二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管----半導(dǎo)體二極管一、普通二極管利用PN結(jié)的單向?qū)щ娦灾瞥傻钠胀ǘO管簡稱二極管，廣泛應(yīng)用于整流、檢波、限幅及開關(guān)電路中。1、結(jié)構(gòu)（1）點接觸型：結(jié)面積小，不能通過較大的電流。

但是結(jié)電容小，可在較高的頻率下工作。金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼(

a

)點接觸型（2）面接觸型：結(jié)面積較大，可以通過較大電流。

但是結(jié)電容較大，只能在較低頻率下工作。鋁合金小球N型硅陽極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線(

b

)面接觸型（3）平面型：結(jié)面積可小、可大，小的工作頻率高，結(jié)面積大允許通過的電流大。陰極引線陽極引線二氧化硅保護層P型硅N型硅(

c

)平面型

符號陰極陽極(

d

)符號D二、二極管的伏安特性具有PN結(jié)的伏安特性，但是又有區(qū)別。（1）正向特征上，對于同一外加電壓值，二極管的正向電流值小于PN結(jié)的正向電流。

開啟電壓Uon：使二極管開始導(dǎo)通的臨界電壓。室溫下，硅二極管的Uon約為（0.6~0.7）V，鍺二極管的Uon約為（0.2~0.3）V（2）反向特征上，反向電流IR要比理想PN結(jié)的反向飽和電流Is大得多。硅二極管的IR小于0.1μA，鍺二極管的IR小于幾十微安。

溫度對二極管性能的影響及二極管的反相擊穿特性，均與PN結(jié)相同。三、二極管的主要參數(shù)最大整流電流IF

IF是指二極管長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。最高反向工作電壓URM URM是指二極管工作時，允許外加的最大反向工作電壓。通常取UBR的一半作為URM。反向電流IR

IR是指二極管未發(fā)生擊穿時的反向電流。最高工作頻率fM fM是與結(jié)電容有關(guān)的參數(shù)，當工作頻率超過此值時，二極管將不能很好地表現(xiàn)單向?qū)щ娦浴?/p>

二極管的主要參數(shù)直流電阻RD RD定義為：二極管兩端所加直流電壓UD與流過它的電流ID之比，即正向時，RD隨著工作電流增大而減小；反向時，RD隨著反向電壓的增大而增大。二極管的主要參數(shù)交流電阻rd

當二極管外加正向直流偏置電壓UD時，將產(chǎn)生電流ID，UD、ID在二極管的特性曲線上確定了一點Q(UD,ID)。定義在Q點附近的小范圍內(nèi)，電壓增量與電流增量之比為rd，即

由二極管的電流方程有 所以四、二極管的等效模型1、理想二極管等效電路

在大信號工作時，二極管的非線性主要表現(xiàn)為單向?qū)щ娦浴６O管反向偏置時可近似認為電流為零，正向偏置時，可近似認為正向壓降為零。

二極管的等效模型2、恒壓降型等效電路

從實際二極管的伏安特性可見，反向截至時電流為零；當其正偏導(dǎo)通時，盡管通過二極管的電流有較大的變化，但是其端電壓的變化很小。因此，用一個恒壓源與理想二極管的串聯(lián)電路來等效代替。二極管的等效模型3、折線型等效電路

二極管正向?qū)ê?，管壓降隨著電流的增大而線性增大，因此可以用恒壓降型再串聯(lián)一個電阻來等效代替，如右圖所示，其中4、交流等效電路

在二極管電路分析中，當關(guān)心伏安特性上一個確定點Q附近，二極管的動態(tài)工作情況時，可用其交流電阻rd來模擬二極管的動態(tài)工作情況。

二極管的應(yīng)用二極管的應(yīng)用：

整流---利用二極管的單相導(dǎo)電性；

限幅---利用二極管正向?qū)ê蠖穗妷夯静蛔儯?/p>

溫度補償元件---利用二極管的溫度效應(yīng)；

溫度傳感器---用于溫度測量等。定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通截止否則，正向管壓降硅≈0.7V鍺≈0.3V分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負。若V陽>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導(dǎo)通若V陽<V陰或UD為負(反向偏置)，二極管截止若二極管是理想的，正向?qū)〞r正向管壓降為零，反向截止時二極管相當于斷開。

二極管電路分析

1、整流電路■

單相半波整流u2的正半周，D導(dǎo)通，A→D→RL→B，uO=u2

。u2的負半周，D截止，承受反向電壓，為u2；uO=0?！鲆阎憾O管是理想的，試畫出uo

波形。u2的正半周

A→D1→RL→D3→B，uO=u2u2的負半周

B→D2→RL→D4→A，uO=-u2■

單相全波整流ui>8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二極管截止，可看作開路uo=ui■已知：二極管是理想的，試畫出uo

波形。8Vui18V參考點二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––

2、限幅電路二極管雙向限幅電路如圖(a)所示，若輸入電壓us=5sinωtV，試分析畫出電路輸出電壓的波形，設(shè)二極管的Uon為0.7V。解：用恒壓降等效電路代替實際二極管，等效電路如圖(b)所示。 當us<-2.7V時，D2反偏截至，D1正偏導(dǎo)通，輸出電壓被鉗制在-2.7V； 當-2.7V<us<2.7V時，D1、D2均反偏截至，此時R中無電流，輸出電壓uo=us； 當2.7V<us時，D1反偏截至，D2正偏導(dǎo)通，輸出電壓被鉗制在2.7V； 畫出的波形如圖(c)所示。電路如圖，求：UAB

V陽=－6VV陰=－12VV陽>V陰二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1

取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。在這里，二極管起鉗位作用。D6V12V3k

BAUAB+–3、鉗位作用兩個二極管的陰極接在一起取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。V1陽=－6V，V2陽=0V，V1陰=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例2D1承受反向電壓為－6V。流過D2的電流為求：UAB在這里，D2起鉗位作用，D1起隔離作用。BD16V12V3k

AD2UAB+–二、

穩(wěn)壓二極管利用PN結(jié)反向擊穿后，在一定的電流范圍內(nèi)，電流有較大變化時，而電壓幾乎維持不變這一特性，可以制成穩(wěn)壓二極管。穩(wěn)壓管的伏安特性與等效電路i0UZuIZminΔu≈ΔiIZmaxUZD1D2rZ符號陰極陽極特性曲線等效電路+-

穩(wěn)壓管的主要參數(shù)穩(wěn)定電壓Uz Uz是指擊穿后，電流為規(guī)定值時，穩(wěn)壓管兩端的電壓值。穩(wěn)定電流Iz

Iz是指穩(wěn)壓管正常工作時的參考電流。最大穩(wěn)定電流Izmax Izmax是指穩(wěn)壓管正常工作時允許通過的最大電流。額定功率Pz Pz是指Uz和Izmax的乘積，是由管子結(jié)溫限制所給出的極限參數(shù)。動態(tài)電阻rz

rz是穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓區(qū)時，兩端電壓變化量與其電流變化量之比。溫度系數(shù)α

α表示溫度每變化1℃，穩(wěn)壓值的變化量，即

穩(wěn)壓管應(yīng)用舉例穩(wěn)壓管主要應(yīng)用于直流穩(wěn)壓電源中。穩(wěn)壓舉例：

當RL不變，Ui變化時：例1穩(wěn)壓電路如右圖所示，已知Uz=6V，Izmin=5mA，Izmax=25mA，R=200Ω，Ui=10V，試分別分析RL=200Ω

和600Ω時，電路的工作情況。 解當RL=200Ω時，

由于穩(wěn)壓管兩端電壓小于擊穿電壓Uz，故電路無法實現(xiàn)穩(wěn)壓作用。例1

當RL=600Ω時， 可見穩(wěn)壓管工作在反擊穿區(qū)，使輸出電壓穩(wěn)定。此時Uo=Uz=6V例2電路如圖左，設(shè)DZ1的穩(wěn)定電壓為5V，DZ2的穩(wěn)定電壓為7V，兩管正向壓降均為0V，在正常輸入Ui下，輸出Uo的值為（）。（1）5V（2）7V（3）12V（4）0V例3

電路如圖右，設(shè)DZ1的穩(wěn)定電壓為5V，DZ2的穩(wěn)定電壓為7V，兩管正向壓降均為0V，在正常輸入Ui下，輸出Uo的值為（）。（1）5V（2）7V（3）6V（4）0V三、

發(fā)光二極管發(fā)光二極管是一種將電能轉(zhuǎn)換為光能的器件。發(fā)光二極管正偏導(dǎo)通時，其開啟電壓比普通二極管大，紅色的在1.6~1.8V之間，綠色的約為2V。發(fā)光二極管主要用于顯示設(shè)備中。四、光電二極管光電二極管是一種將光能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件。光電二極管中的PN結(jié)在使用中一般處于反向偏置狀態(tài)，在光照下，產(chǎn)生大量的自由電子、空穴對，這些被激發(fā)的載流子通過外電路形成反向電流，稱為光電流。光電二極管主要應(yīng)用于測量及控制電路中。1.8二極管電路如圖所示。試判斷圖中各二極管是導(dǎo)通還是截止，并求出A、O兩端間的電壓UAO，(設(shè)二極管的正向電壓降和反向電流均可忽略)。習題1.9二極管電路如圖所示．已知輸入電壓ui＝30sinωtV，二極管的正向壓降和反向電流均可忽略。試畫出輸出電壓的波形。1.10電路如圖所示，已知D1是硅管，D2是鍺管，其余參數(shù)如圖示。試計算UO和ID。1.11在圖所示電路中，穩(wěn)壓管參數(shù)為UZ＝12V，IZ＝5mA，PZM＝200mW，試分析：

(1)穩(wěn)壓管是否工作于穩(wěn)壓狀態(tài)?并求UO值;(2)穩(wěn)壓管是否能安全工作?

1.12已知2CW18的穩(wěn)壓值為10V，IZ為20mA；2CW11的穩(wěn)壓值為4.5V，IZ為55mA。正向?qū)妷?.7V。試問：1）將它們串聯(lián)，可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？2）將它們并聯(lián)，可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？3）在連接過程中，主要應(yīng)注意那些問題？1.晶體管：三極管中有兩種帶有不同極性電荷的載流子參與導(dǎo)電，因此又稱為雙極性晶體管（BJT）。1.3晶體管

2.晶體管的外形小功率管中功率管大功率管一、

基本結(jié)構(gòu)和符號晶體管的結(jié)構(gòu)(a)平面型；(b)合金型BEP型硅N型硅二氧化硅保護膜銦球N型鍺N型硅CBECPP銦球(a)(b)基本結(jié)構(gòu)晶體管的結(jié)構(gòu)(a)平面型；(b)合金型BEP型硅N型硅二氧化硅保護膜銦球N型鍺N型硅CBECPP銦球(a)(b)

結(jié)構(gòu)示意圖和表示符號(a)NPN型晶體管；(a)NNCEBPCETBIBIEIC(b)BECPPNETCBIBIEIC(b)PNP型晶體管CE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BCE發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)P發(fā)射結(jié)P集電結(jié)N集電極發(fā)射極基極B基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極

結(jié)構(gòu)特點：集電區(qū)：面積最大

（1）發(fā)射區(qū)摻雜濃度大于集電區(qū)，有利于提高發(fā)射效率；（2）基區(qū)的寬度很窄且摻雜濃度低,以便減少載流子的復(fù)合而提高載流子的傳輸效率。（3）集電結(jié)的面積大于發(fā)射結(jié)的面積,目的在于提高接受效率。晶體管BJT的結(jié)構(gòu)特點：注意：由于BJT這些特點，在使用中，發(fā)射極和集電極是不能互換的。二、晶體管工作狀態(tài)●發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子

●自由電子在基區(qū)中邊擴散邊復(fù)合●集電區(qū)收集電子

1、發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置1）載流子的傳輸過程2）電流分配關(guān)系

晶體管工作狀態(tài)分析共射極直流電流放大倍數(shù)共基極直流電流放大倍數(shù)兩者的關(guān)系：同理：3）共發(fā)射極電流放大作用IB作為輸入電流，IC作為輸出電流，則小結(jié)：1、晶體管的結(jié)構(gòu)特點保證了在發(fā)射極正偏、集電極反偏時的電流放大作用。2、晶體管是一種電流控制器件，即通過基極電流或發(fā)射極電流去控制集電極電流。所謂放大作用，實質(zhì)上是一種控制作用。

晶體管工作狀態(tài)分析2、發(fā)射結(jié)反向偏置、集電結(jié)反向偏置

由于發(fā)射結(jié)反向偏置，流過發(fā)射結(jié)的電流僅為少子所形成的漂移電流，其值近似為零。3、發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)正向偏置集電結(jié)對基區(qū)的非平衡載流子的收集能力大大降低三、晶體管的共射特性曲線晶體管的共發(fā)射極特性曲線 如右圖所示，以e點作為公共端時，可以形成兩個回路：輸入回路、輸出回路。為什么UCE增大曲線右移？

對于小功率晶體管，UCE大于1V的一條輸入特性曲線可以取代UCE大于1V的所有輸入特性曲線。為什么像PN結(jié)的伏安特性？為什么UCE增大到一定值曲線右移就不明顯了？1.輸入特性:當uce

=0時，發(fā)射結(jié)與集電結(jié)并聯(lián)，等同于兩個二極管并聯(lián)。當0<uce<1V時，隨著uce的增加，輸入特性曲線右移。當uce

≥1V時，隨著uce的增加，輸入特性曲線右移不明顯。2.輸出特性對應(yīng)于一個IB就有一條iC隨uCE變化的曲線。

為什么uCE較小時iC隨uCE變化很大？為什么進入放大狀態(tài)曲線幾乎是橫軸的平行線？飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)

在飽和區(qū)，IB

IC，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)也處于正偏。

深度飽和時，硅管UCES0.3V

鍺管UCES0.1V。

IC

UCC/RC

。IB=0的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。

IB=0時,IC=ICEO(很小)。(ICEO<0.001mA)

在放大區(qū)IC=

IB

，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。晶體管的三個工作區(qū)域四、晶體管的主要參數(shù)1、電流放大系數(shù) 1)共基極直流電流放大系數(shù) 2)共基極交流電流放大系數(shù)

3)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)

4)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)當晶體管接成共發(fā)射極電路時，注意：和

的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICEO

較小的情況下，兩者數(shù)值接近。

常用晶體管的

值在20~200之間。

由于晶體管的輸出特性曲線是非線性的，只有在特性曲線的近于水平部分，IC隨IB成正比變化，

值才可認為是基本恒定的。例題：

在UCE=6V時，在Q1點IB=40AIC=1.5mA；在Q2點IB=60A,IC=2.3mA。在以后的計算中，一般作近似處理：

=。IB=020A40A60A80A100A36IC/mA1234UCE/V9120Q1Q2在Q1點，有由Q1和Q2點，得2.極間反向電流

1)集-基極反向截止電流ICBO

ICBO是由少數(shù)載流子的漂移運動所形成的電流，受溫度的影響大。溫度

ICBO

ICBO

A+–EC2)集-射極反向截止電流(穿透電流)ICEO

AICEOIB=0+–

ICEO受溫度的影響大。溫度

ICEO，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。1）集電極最大允許耗散功率PCM2）集電極最大允許電流ICM

ICM一般指β下降到正常值的2/3時所對應(yīng)的集電極電流。3）極間反向擊穿電壓U(BR)CBO是指發(fā)射極開路時，集—基極之間的反向擊穿電壓。U(BR)CEO是指基極開路時，集—射極之間的反向擊穿電壓。U(BR)EBO是指集電極開路時，射—基極之間的反向擊穿電壓。U(BR)EBO<U(BR)CEO<U(BR)CBO3.極限參數(shù)五、溫度對晶體管特性的影響作業(yè)：1.18

在放大電路中，測得三個晶體管的三個電極1、2、3對參考點的電壓U1、U2、U3分別為以下幾組數(shù)值，試判斷它們是NPN型還是PNP型?是硅管還是鍺管？并確定e、b、c。

(1)U1＝3.3V，U2＝2.6V，U3＝12V(2)U1＝3.3V，U2＝3V,U3＝12V(3)U1＝5.5V，U2＝11.3V,U3＝12V

作業(yè)：1.20

用電壓表測量某電路中幾個晶體管的極間電壓，得到下列幾組值，試依據(jù)這些數(shù)據(jù)說明各個管子是NPN型還是PNP型，是硅管還是鍺管，并說明它們工作在什么區(qū)域。（1）UBE=0.7V，UCE=0.3V；（2）UBE=0.7V，UCE=5V；（3）UBE=–0.3V，UCE=–5V；練習題：晶體管的直流偏置電路如圖所示，已知UBE（on）

=0.6V，β=50，

當輸入電壓Ui分別為0V、3V、5V時，判斷晶體管的狀態(tài)，并計算輸出電壓Uo

。場效應(yīng)管（FET，F(xiàn)ieldEffectTransistor）

場效應(yīng)管是利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件。 由于它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電，又稱為單極性晶體管。分為兩種類型：

結(jié)型場效應(yīng)管（JFET，JunctionFieldEffectTransistor）

絕緣柵型場效應(yīng)管（IGFET，InsulatedGateFieldEffectTransistor），又因為其柵極為金屬鋁，稱為MOS（Metal-Oxide-Semiconductor）。1.4場效應(yīng)管一、結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和符號符號中箭頭方向表明柵結(jié)正偏時的電流方向。1)柵-源電壓對導(dǎo)電溝道寬度的控制作用溝道最寬溝道變窄溝道消失稱為夾斷

uGS可以控制導(dǎo)電溝道的寬度。為什么g-s必須加負電壓？UP1、JFET工作原理UP稱為夾斷電壓ID=IDSS電流最大2)漏-源電壓對漏極電流的影響uGS＞UP且不變，VDD增大，iD增大。預(yù)夾斷uGD＝UPVDD的增大，幾乎全部用來克服溝道的電阻，iD幾乎不變，進入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定于uGS。uGD>UPuGD<UPuGD=UGS-UDS場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件是什么？可見在正常工作時，柵結(jié)反偏，不對稱PN結(jié)的耗盡區(qū)主要向溝道中擴展；當uDS較小時，溝道相當于壓控電阻，iD與uGS成線性關(guān)系；當uDS較大時溝道出現(xiàn)預(yù)夾斷，iD受uGS控制而與uDS幾乎無關(guān)，器件特性相當于一個壓控電流源。JFET的工作原理表現(xiàn)在uGS對iD的控制作用和uDS對iD的影響兩個方面，而uGS對iD的控制作用起主導(dǎo)作用?？偨Y(jié)：JFET工作原理2、JFET的特性曲線1）輸出特性曲線（1）可變電阻區(qū)

預(yù)夾斷軌跡左邊的區(qū)域稱為可變電阻區(qū)。（2）恒流區(qū)

當uGS為常數(shù)時，uDS的增加對iD影響很小，此段曲線平行于橫軸，因此飽和區(qū)又叫恒流區(qū)。（3）夾斷區(qū)

當uGS≤UP時，溝道出現(xiàn)夾斷，此時iD=0。g-s電壓控制d-s的等效電阻輸出特性預(yù)夾斷軌跡，uGD＝UP可變電阻區(qū)恒流區(qū)iD幾乎僅決定于uGS擊穿區(qū)夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓ΔiD

不同型號的管子UP

、IDSS將不同。低頻跨導(dǎo)：IDSS當uGS=0時的電流即為飽和電流IDSS，iD隨著|uGS|增大而減小；當iD減小到接近于零時，柵源電壓即為夾斷電壓UP。 可以表示為2）轉(zhuǎn)移特性曲線漏極飽和電流夾斷電壓二、

絕緣柵型場效應(yīng)管(MOS管）■

MOS管比結(jié)型場效應(yīng)管具有更高的輸入電阻，且功耗低、集成度高、制造工藝簡單，應(yīng)用廣泛。（1）按工作狀態(tài)可分為：增強型和耗盡型兩類■分類：

（2）按導(dǎo)電溝道可分為：N溝道和P溝道

以N溝道增強型MOS場效應(yīng)管為例。它以低摻雜的P型硅材料作襯底，在它上面制造兩個高摻雜的N型區(qū)，分別引出兩個電阻性接觸電極，作為源極S、漏極d。在P型襯底的表面覆蓋一層很薄的二氧化硅絕緣層，并在兩個N區(qū)之間的絕緣層上蒸發(fā)鋁并引線作為柵極。1、MOS型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)與符號GSD漏極金屬電極柵極源極

高摻雜N區(qū)DGSSIO2絕緣層P型硅襯底N+N+襯底引出線2.增強型MOS管的工作原理

uGS增大，反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚變長。當反型層將兩個N區(qū)相接時，形成導(dǎo)電溝道。SiO2絕緣層襯底耗盡層空穴高摻雜反型層大到一定值才開啟,開啟電壓UT導(dǎo)電溝道的產(chǎn)生：在uGS的控制下,

uDS對iD的影響

用場效應(yīng)管組成放大電路時應(yīng)使之工作在恒流區(qū)。N溝道增強型MOS管工作在恒流區(qū)的條件是什么？

iD隨uDS的增大而增大，可變電阻區(qū)uGD＝UT,預(yù)夾斷

iD幾乎僅僅受控于uGS，恒流區(qū)剛出現(xiàn)夾斷uGS的增大幾乎全部用來克服夾斷區(qū)的電阻uGS＞UT，且uGD＜UT,3、MOS型場效應(yīng)管的特性曲線分為四個區(qū)域，MOS作為放大元件使用時，工作在恒流區(qū)，此時iD主要受uGS的控制，而幾乎不隨uDS增加而變化。1）輸出特性曲線 當uGS<ＵT時，iD等于零； 當uGS>ＵT時，iD隨著uGS的增加而增大。 iD隨著uGS的近似關(guān)系式 其中，ID0當uGS=2ＵT時的iD。2）轉(zhuǎn)移特性曲線N溝道耗盡型MOS管

耗盡型MOS管在

uGS＞0、uGS＜0、uGS＝0時均可導(dǎo)通，且與結(jié)型場效應(yīng)管不同，由于SiO2絕緣層的存在，在uGS＞0時仍保持g-s間電阻非常大的特點。小到一定值才夾斷uGS=0時就存在導(dǎo)電溝道預(yù)埋了N型導(dǎo)電溝道SiO2絕緣層中摻有正離子N溝道MOS管的特性1)增強型MOS管2)耗盡型MOS管開啟電壓夾斷電壓N型襯底P+P+GSD符號：結(jié)構(gòu)P溝道增強型MOS管SiO2絕緣層加電壓才形成P型導(dǎo)電溝道

增強型場效應(yīng)管只有當UGS

UT時才形成導(dǎo)電溝道。P溝道增強型管子只要調(diào)換電源的極性，電流的方向也相反。P溝道耗盡型MOS管符號：GSD予埋了P型導(dǎo)電溝道SiO2絕緣層中摻有負離子耗盡型GSDGSD增強型N溝道P溝道GSDGSDN溝道P溝道G、S之間加一定電壓才形成導(dǎo)電溝道在制造時就具有原始導(dǎo)電溝道注意：符號中箭頭表示導(dǎo)電溝道的類型，其方向都是P區(qū)指向N區(qū)?？偨Y(jié)：場效應(yīng)管的分類

工作在恒流區(qū)時g-s、d-s間的電壓極性uGS=0可工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？uGS＞0才工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？uGS＜0才工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？三、

場效應(yīng)管的主要參數(shù)1、直流參數(shù)（1）夾斷電壓UP 當uDS為一固定值，使iD等于規(guī)定的微小電流時，柵源之間所加的電壓稱為夾斷電壓，此參數(shù)適用于結(jié)型和耗盡型場效應(yīng)管。（2）開啟電壓UT 當uDS為一固定值時，使iD大于零所需的最小|uDS|之稱為開啟電壓UT。此參數(shù)適用于增強型MOS場效應(yīng)管。直流參數(shù)（3）飽和電流IDSS 在uGS=0的情況下，當uDS≥|UP|時的漏極電流稱為飽和電流。對于結(jié)型場效應(yīng)管，IDSS也是管