《電工電子技術(shù)》課件-第8章

第8章常見半導(dǎo)體器件8.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識

8.2二極管

8.3三極管

8.4場效應(yīng)管

8.5可控硅

本章小結(jié)習(xí)題與思考題

各種電子線路最重要的組成部分是半導(dǎo)體器件，如半導(dǎo)體二極管、三極管、場效應(yīng)管和集成電路。本章先討論構(gòu)成各種半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)的PN結(jié)，然后分別介紹半導(dǎo)體二極管和三極管的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線、主要參數(shù)和等效電路。

8.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識

物質(zhì)按其導(dǎo)電能力可分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三種。通常人們把容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，如金、銀、銅等；把在正常情況下很難導(dǎo)電的物質(zhì)稱為絕緣體，如陶瓷、云母、塑料、橡膠等；把導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體，如硅和鍺。導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體的劃分，嚴(yán)格地說是以物質(zhì)的電阻率P的大小來確定的。電阻率小于10-4Ω·cm的物質(zhì)稱為導(dǎo)體；電阻率大于1012Ω·cm的物質(zhì)稱為絕緣體；電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體之所以受到人們的高度重視，并獲得廣泛的應(yīng)用，不是因為它的電阻率介于導(dǎo)體和絕緣體之間，而是它具有不同于導(dǎo)體和絕緣體的獨特性質(zhì)。這些獨特的性質(zhì)集中體現(xiàn)在它的電阻率可以因某些外界因素的改變而明顯地變化，具體表現(xiàn)在以下三個方面：

(1)熱敏性：一些半導(dǎo)體對溫度的反應(yīng)很靈敏，其電阻率將隨著溫度的上升而明顯地下降，利用這種特性很容易制成各種熱敏元件，如熱敏電阻、溫度傳感器等。

(2)光敏性：有些半導(dǎo)體的電阻率隨著光照的增強(qiáng)而明顯地下降，利用這種特性可以做成各種光敏元件，如光敏電阻和光電管等。

(3)摻雜性：半導(dǎo)體的電阻率受摻入的“雜質(zhì)”影響極大，在半導(dǎo)體中即使摻入少量的雜質(zhì)，也能使其電阻率大大地下降，利用這種獨特的性質(zhì)可以制成各種各樣的晶體管器件。半導(dǎo)體為什么會具有上述特性呢?要回答這個問題，必須研究半導(dǎo)體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。8.1.1本征半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體是指純凈的、不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體。在近代電子學(xué)中，用得最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的簡化原子結(jié)構(gòu)示意圖如圖8-1所示。由圖可知，硅和鍺的外層電子都是4個，外層電子受原子核的束縛力最小，稱為價電子，物質(zhì)的導(dǎo)電性與價電子數(shù)有很大關(guān)系。有幾個價電子就稱為幾價元素，硅和鍺都是四價元素。把硅和鍺材料拉制成單晶體時，相鄰兩個原子的一對最外層電子(價電子)成共有電子，它們一方面圍繞自身的原子核運動，另一方面又出現(xiàn)在相鄰原子所屬的軌道上。即價電子不僅受到自身原子核的作用，同時還受到相鄰原子核的吸引。于是，兩個相鄰的原子共用一對價電子，組成共價鍵結(jié)構(gòu)。故晶體中，每個原子核周圍的4個原子用共價鍵的形式互相緊密地聯(lián)系起來，如圖8-2所示。圖8-1硅和鍺簡化原子結(jié)構(gòu)模型圖8-2本征半導(dǎo)體共價鍵晶體結(jié)構(gòu)示意圖共價鍵中的價電子由于熱運動而獲得一定的能量，其中少數(shù)能夠擺脫共價鍵的束縛而成為自由電子，同時必然在共價鍵中留下空位，成為空穴，空穴帶正電，如圖8-3所示。在外電場作用下，一方面自由電子產(chǎn)生定向移動，形成電子電流；另一方面，價電子也按一定方向依次填補空穴，即空穴產(chǎn)生定向移動，形成所謂的空穴電流。由此可見，半導(dǎo)體中存在著兩種載流子：帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴。本征半導(dǎo)體中，自由電子與空穴是同時成對產(chǎn)生的，因此，它們的濃度是相等的。我們用n和p分別表示電子和空穴的濃度，即ni=pi，下標(biāo)i表示本征半導(dǎo)體。圖8-3本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴價電子在熱運動中獲得能量而產(chǎn)生了電子-空穴對；同時，自由電子在運動過程中失去能量，與空穴相遇，使電子、空穴對消失，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生過程和復(fù)合過程是相對平衡的，載流子的濃度是一定的。本征半導(dǎo)體中載流子的濃度除了與半導(dǎo)體材料本身的性質(zhì)有關(guān)以外，還與溫度有關(guān)，而且隨著溫度的升高，基本上按指數(shù)規(guī)律增加。因此，半導(dǎo)體載流子濃度對溫度十分敏感。對于硅材料，大約溫度每升高8℃，本征載流子濃度ni增加一倍；對于鍺材料，大約溫度每升高12℃，ni增加一倍。除此之外，半導(dǎo)體載流子濃度還與光照有關(guān)，人們正是利用此特性制成了光敏器件。8.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體

雜質(zhì)半導(dǎo)體是指在本征半導(dǎo)體中摻入了微量其它元素(稱為雜質(zhì))的半導(dǎo)體。雜質(zhì)的摻入可以使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著的變化。根據(jù)摻入的雜質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為N型(電子)半導(dǎo)體和P型(空穴)半導(dǎo)體兩大類。

1.N型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入少量五價元素磷(砷、銻等)，由于磷原子數(shù)目比硅原子要少得多，因此整個晶體結(jié)構(gòu)基本不變，只是某些位置上的硅原子將被磷原子所代替，磷原子有5個價電子，其中4個價電子與鄰近的硅原子的價電子形成共價鍵。剩下的一個價電子雖然還受到磷原子的束縛，但是這種束縛作用終究要比共價鍵的束縛作用微弱得多，只要給這個價電子較小的能量，它就能掙脫磷原子的束縛而成為自由電子。磷原子釋放出多余的價電子后，因失去電子而成為正離子，如圖8-4所示。我們把這類能釋放電子的雜質(zhì)稱為施主雜質(zhì)，這一釋放過程稱為施主雜質(zhì)電離?？梢?，每摻入一個施主雜質(zhì)原子，電離后就產(chǎn)生一個電子和一個正離子，它們是成對產(chǎn)生的。電子是能自由運動的，而正離子是不能運動的。此外，雜質(zhì)半導(dǎo)體中同樣存在熱激發(fā)，可產(chǎn)生少量的電子-空穴對。因此，自由電子數(shù)遠(yuǎn)大于空穴數(shù)，這種使電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體。我們稱自由電子為多數(shù)載流子(簡稱多子)，而稱空穴為少數(shù)載流子(簡稱少子)。圖8-4N型半導(dǎo)體共價鍵結(jié)構(gòu)

2.P型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入少量三價元素硼(鋁等)，由于硼原子數(shù)量比硅原子要少得多，因此整個晶體結(jié)構(gòu)基本不變，只是某些位置上的硅原子被硼原子所代替。硼原子只有3個價電子，它與周圍的硅原子組成共價鍵時，因缺少一個電子，在晶體中便產(chǎn)生一個空位，周圍共價鍵中的電子很容易運動到這里來，于是形成一個空穴，而硼原子由于多了一個電子而成為不能運動的負(fù)離子，如圖8-5所示。我們把這類能接受電子的雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)，這個接受過程稱為主雜質(zhì)電離。可見，每摻入一個受主雜質(zhì)，原子電離后就產(chǎn)生一個空穴和一個負(fù)離子，它們是成對產(chǎn)生的。此外，雜質(zhì)半導(dǎo)體中同樣存在熱激發(fā)，可產(chǎn)生少量的電子-空穴對。因此，空穴數(shù)遠(yuǎn)大于自由電子數(shù)，使空穴濃度大大增加，故稱為P型半導(dǎo)體。顯然，在P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子，而自由電子是少數(shù)載流子。綜上所述，本征半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)元素構(gòu)成雜質(zhì)半導(dǎo)體后，在常溫下雜質(zhì)原子均已電離，載流子濃度大大增加，使半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力顯著提高。因此，摻雜是提高半導(dǎo)體導(dǎo)電能力的最有效方法。還需指出，無論是N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，其正負(fù)電荷量是相等的，呈電中性。圖8-5P型半導(dǎo)體共價鍵結(jié)構(gòu)8.1.3PN結(jié)

在一塊本征半導(dǎo)體上，用工藝的辦法使其一邊形成N型半導(dǎo)體，另一邊形成P型半導(dǎo)體，則會在兩種半導(dǎo)體的交界處形成PN結(jié)。PN結(jié)是構(gòu)成其它半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。

1.異型半導(dǎo)體接觸現(xiàn)象在P型和N型半導(dǎo)體的交界面兩側(cè)，由于電子和空穴的濃度相差懸殊，因而將產(chǎn)生擴(kuò)散運動。電子由N區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散；空穴由P區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散。由于它們均是帶電粒子(離子)，因而電子由N區(qū)向P區(qū)擴(kuò)散的同時，在交界面N區(qū)剩下不能移動(不參與導(dǎo)電)的帶正電的雜質(zhì)離子；空穴由P區(qū)向N區(qū)擴(kuò)散的同時，在交界面P區(qū)剩下不能移動(不參與導(dǎo)電)的帶負(fù)電的雜質(zhì)離子，于是形成了空間電荷區(qū)。在P區(qū)和N區(qū)的交界處形成了電場(稱為自建場)。在此電場作用下，載流子將作漂移運動，其運動方向正好與擴(kuò)散運動方向相反，阻止擴(kuò)散運動。電荷擴(kuò)散的越多，電場越強(qiáng)，因而漂移運動越強(qiáng)，對擴(kuò)散的阻力越大。當(dāng)達(dá)到平衡時，擴(kuò)散運動的作用與漂移運動的作用相等，通過界面的載流子總數(shù)為0，即PN結(jié)的電流為0。此時在PN區(qū)交界處形成一個缺少載流子的高阻區(qū)，我們稱為阻擋層(又稱耗盡層)。PN結(jié)的形成過程如圖8-6(a)、(b)所示。圖8-6PN結(jié)的形成

2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

在PN結(jié)兩端外加不同方向的電壓，就可以破壞原來的平衡，從而呈現(xiàn)出單向?qū)щ娞匦浴?/p>

1)PN結(jié)外加正向電壓若將電源的正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)，則稱此為正向接法或正向偏置。此時外加電壓在阻擋層內(nèi)形成的電場與自建場方向相反，削弱了自建場，使阻擋層變窄，如圖8-7(a)所示。顯然，擴(kuò)散作用大于漂移作用，在電源作用下，多數(shù)載流子向?qū)Ψ絽^(qū)域擴(kuò)散形成正向電流，其方向由電源正極通過P區(qū)、N區(qū)到達(dá)電源負(fù)極。圖8-7PN結(jié)單向?qū)щ娞匦源藭r，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)，它所呈現(xiàn)出的電阻為正向電阻，其阻值很小。正向電壓越大，正向電流越大，其關(guān)系是指數(shù)關(guān)系：式中：ID為流過PN結(jié)的電流；U為PN結(jié)兩端的電壓；，為溫度電壓當(dāng)量，其中k為波耳茲曼參數(shù)，T為絕對溫度，q為電子的電量，在室溫下即T=300K時，UT=26mV；IS為反向飽和電流。電路中的電阻R是為了限制正向電流的大小而接入的限流電阻。

2)PN結(jié)外加反向電壓若將電源的正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)，則稱此為反向接法或反向偏置。此時外加電壓在阻擋層內(nèi)形成的電場與自建場方向相同，增強(qiáng)了自建場，使阻擋層變寬，如圖8-7(b)所示。此時漂移作用大于擴(kuò)散作用，少數(shù)載流子在電場作用下作漂移運動，由于其電流方向與正向電壓時相反，故稱反向電流。由于反向電流是由少數(shù)載流子所形成的，故反向電流很小，而且當(dāng)外加反向電壓超過零點幾伏時，少數(shù)載流子基本全被電場拉過去形成漂移電流，此時反向電壓再增加，載流子數(shù)也不會增加，因此反向電流也不會增加，故稱其為反向飽和電流，即ID=-IS。此時，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，呈現(xiàn)的電阻稱為反向電阻，其阻值很大，高達(dá)幾百千歐以上。綜上所述：PN結(jié)外加正向電壓，處于導(dǎo)通狀態(tài)；加反向電壓，處于截止?fàn)顟B(tài)，即PN結(jié)具有單向?qū)щ娞匦浴⑸鲜鲭娏髋c電壓的關(guān)系寫成如下通式：此方程稱為伏安特性方程，如圖8-8所示，該曲線稱為伏安特性曲線。(8-1)圖8-8PN結(jié)伏安特性

3.PN結(jié)的擊穿

PN結(jié)處于反向偏置時，在一定電壓范圍內(nèi)，流過PN結(jié)的電流是很小的反向飽和電流。但是當(dāng)反向電壓超過某一數(shù)值(UB)后，反向電流急劇增加，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿，如圖8-8所示。UB稱為擊穿電壓。

PN結(jié)的擊穿分為雪崩擊穿和齊納擊穿。當(dāng)反向電壓足夠高時，阻擋層內(nèi)電場很強(qiáng)，少數(shù)載流子在結(jié)區(qū)內(nèi)受強(qiáng)烈的電場的加速作用較高，獲得很大的能量，在運動中與其它原子發(fā)生碰撞時，有可能將價電子“打”出共價鍵，形成新的電子-空穴對。這些新的載流子與原先的載流子一道，在強(qiáng)電場作用下碰撞其它原子而打出更多的電子-空穴對，如此連鎖反應(yīng)，使反向電流迅速增大。這種擊穿稱為雪崩擊穿。所謂“齊納擊穿”，是指當(dāng)PN結(jié)兩邊摻入高濃度的雜質(zhì)時，其阻擋層寬度很小，即使外加反向電壓不太高(一般為幾伏)，在PN結(jié)內(nèi)就可形成很強(qiáng)的電場(可達(dá)2×106V/cm)，將共價鍵的價電子直接拉出來，產(chǎn)生電子-空穴對，使反向電流急劇增加，出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。對硅材料的PN結(jié)，擊穿電壓UB大于7V時通常是雪崩擊穿，小于4V時通常是齊納擊穿；UB在4V和7V之間時兩種擊穿均有。由于擊穿破壞了PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦裕蚨谑褂脮r應(yīng)避免出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象。需要指出的是，發(fā)生擊穿并不一定意味著PN結(jié)被損壞。當(dāng)PN結(jié)反向擊穿時，只要注意控制反向電流的數(shù)值(一般通過串接電阻R實現(xiàn))，不使其過大，以免因過熱而燒壞PN結(jié)，當(dāng)反向電壓(絕對值)降低時，PN結(jié)的性能就可以恢復(fù)正常。穩(wěn)壓二極管正是利用PN結(jié)的反向擊穿特性來實現(xiàn)穩(wěn)壓的，當(dāng)流過PN結(jié)的電流變化時，PN結(jié)保持電壓UB基本不變。

4.PN結(jié)的電容效應(yīng)

按電容的定義或即電壓變化將引起電荷變化，從而反映出電容效應(yīng)。在PN結(jié)兩端加上電壓，PN結(jié)內(nèi)就有電荷的變化，說明PN結(jié)具有電容效應(yīng)。PN結(jié)具有兩種電容：勢壘電容和擴(kuò)散電容。

1)勢壘電容CT勢壘電容是由阻擋層內(nèi)的空間電荷引起的?？臻g電荷區(qū)是由不能夠移動的正、負(fù)雜質(zhì)離子所形成的，均具有一定的電荷量，所以在PN結(jié)儲存了一定的電荷，當(dāng)外加電壓使阻擋層變寬時，電荷量增加，如圖8-9所示；反之，當(dāng)外加電壓使阻擋層變窄時，電荷量減少。即阻擋層中的電荷量隨外加電壓變化而變化，形成了電容效應(yīng)，稱為勢壘電容，用CT表示。理論推導(dǎo)如下：式中：ε為半導(dǎo)體材料的介電系數(shù)；S為結(jié)面積；W為阻擋層寬度。對于同一PN結(jié)，由于W隨電壓變化，不是一個常數(shù)，因而勢壘電容CT不是一個常數(shù),一般為幾皮法到200pF。CT與外加電壓的關(guān)系如圖8-10所示。我們可以利用電容效應(yīng)做成變?nèi)荻O管，作為壓控可變電容器。圖8-9阻擋層電荷量隨外加電壓變化圖8-10勢壘電容和外加電壓的關(guān)系

2)擴(kuò)散電容CD擴(kuò)散電容是PN結(jié)在加正向電壓時，多數(shù)載流子在擴(kuò)散過程中引起電荷積累而產(chǎn)生的。當(dāng)PN結(jié)加正向電壓時，N區(qū)的電子擴(kuò)散到P區(qū)，同時P區(qū)的空穴也向N區(qū)擴(kuò)散。顯然，在PN區(qū)交界處(x=0)載流子的濃度最高。由于擴(kuò)散運動，離交界處越遠(yuǎn)，載流子濃度越低，這些擴(kuò)散的載流子在擴(kuò)散區(qū)積累了電荷，電荷量相當(dāng)于圖8-11中曲線1以下的部分(圖8-11表示了P區(qū)電子np的分布)。若PN結(jié)正向電壓加大，則多數(shù)載流子擴(kuò)散加強(qiáng)，電荷積累由曲線1變?yōu)榍€2，電荷增加量為ΔQ；反之，若正向電壓減小，則積累的電荷將減少。這就是擴(kuò)散電容效應(yīng)，擴(kuò)散電容正比于正向電流，即CD∝I。所以,PN結(jié)的結(jié)電容Cj包括兩部分，即Cj=CT+CD。一般說來，當(dāng)PN結(jié)正偏時，擴(kuò)散電容起主要作用，Cj≈CD；當(dāng)PN結(jié)反偏時，勢壘電容起主要作用，即Cj≈CT。圖8-11P區(qū)中電子濃度的分布曲線及電荷的積累8.2二極管

二極管又稱晶體二極管，是只往一個方向傳送電流的電子零件。它是一個具有PN結(jié)的兩個端子器件，具有按照外加電壓的方向，使電流流動或不流動的性質(zhì)。晶體二極管為一個由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體形成的PN結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時，由于PN結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。一個PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來(集成電路則不單獨封裝),便構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。

1.二極管的類型與結(jié)構(gòu)

圖8-12列出了幾種類型的二極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)及電路符號。圖8-12(a)是點結(jié)型二極管，它是由管芯引線和玻璃管殼組成的。管芯是用一根細(xì)金屬絲壓在硅(或鍺)的晶片上，利用電形成工藝獲得PN結(jié)。其特點是結(jié)面積小，因而結(jié)電容小，一般在1pF以下，可以工作在高頻，但不允許通過較大的電流。圖8-12(b)是面結(jié)型二極管，它是用合金法將一合金小球高溫熔化在晶體上形成PN結(jié)的。由于其結(jié)面積較大，因而允許較大電流通過，也能承受較高的反向電壓，但由于結(jié)電容較大，不能用于高頻，可用于低頻整流。圖8-12半導(dǎo)體二極管的類型和符號圖8-12(c)是平面型二極管，這是20世紀(jì)60年代后期隨著平面工藝的發(fā)展而出現(xiàn)的一種類型。它的制造工藝過程大致是：先在N型硅片上生成一層氧化膜，再用光刻技術(shù)開一窗口，進(jìn)行高濃度硼擴(kuò)散，形成P區(qū)，這樣在P型區(qū)與N型區(qū)之間便形成了PN結(jié)。這種工藝廣泛地應(yīng)用在分立元件和集成電路中。平面管的主要優(yōu)點是，PN結(jié)位于SiO2保護(hù)膜下面，不受污染，因而性能穩(wěn)定。由于采用光刻技術(shù)，可以在一塊硅片上制造數(shù)千只管子，因此管子參數(shù)一致性較好。PN結(jié)的面積也可大可小，適用面較寬。半導(dǎo)體二極管的電路符號如圖8-12(d)所示。箭頭的方向表示正向電流的方向，所以標(biāo)“+”的一極接的是P區(qū)，標(biāo)“-”的一極接的是N區(qū)。沿襲電子管的習(xí)慣，正極也稱為陽極，負(fù)極也稱為陰極。

2.二極管的伏安特性

二極管是由PN結(jié)構(gòu)成的，一般來說，可以認(rèn)為PN結(jié)的特性也就是二極管的特性，在很多理論計算中也是這樣做的。但是，嚴(yán)格觀察可以發(fā)現(xiàn)，實際二極管的特性與PN結(jié)的特性還是有區(qū)別的，硅二極管和鍺二極管的特性也是不同的。

1)二極管特性與PN結(jié)特性的區(qū)別圖8-13所示為理想PN結(jié)的特性(虛線)和實際二極管的特性(實線)，為了消除IS值不同所帶來的影響，縱坐標(biāo)采用I/IS的相對值。由圖可見，正向特性實際曲線比理想曲線低，即對應(yīng)同一電壓值，實際二極管的電流比理想PN結(jié)的電流小。這是因為我們在分析PN結(jié)特性時，認(rèn)為外加電壓全部降在PN結(jié)上。事實上，PN結(jié)以外的半導(dǎo)體中性區(qū)是存在著體電阻的，圖8-13實際二極管與理想PN結(jié)U—I特性的差別作為二極管，其金屬電極引線與半導(dǎo)體之間存在著接觸電阻。所以，當(dāng)給二極管加上電壓U時，實際降落在PN結(jié)上的電壓小于U，因而電流就比理想特性低。我們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電流較大時，實際二極管的特性曲線接近直線，而不再是指數(shù)曲線。這是因為當(dāng)電流較大時，PN結(jié)的直流電阻更小，中性區(qū)體電阻和引線的接觸電阻占到更大比例，當(dāng)PN結(jié)的直流電阻小到可以忽略時，當(dāng)然電流和電壓也就成為直線關(guān)系了。至于反向特性，由圖8-12可見，實際二極管的反向電流比PN結(jié)的大，且隨反向電壓的增大而略有增加。這是因為實際二極管由于工藝上的原因，會引起PN結(jié)表面存在漏電流，即相當(dāng)于PN結(jié)上并聯(lián)有較大的電阻。盡管如此，由8-12可以看到，理想曲線還是基本反映了二極管的特性。因此，在定量計算中，二極管方程還是有效的。

2)硅二極管與鍺二極管特性的差異圖8-14所示為硅和鍺兩種二極管的特性曲線。可以看出，二者有以下幾點明顯差異：

(1)硅二極管的反向電流比鍺二極管小得多，鍺管為μA級，硅管只有nA級。這是因為在相同溫度下鍺的ni比硅的ni要高出約三個數(shù)量級，所以在同樣摻雜濃度下硅的少子濃度比鍺的少子濃度低得多，故硅管IS很小。

(2)在正向電壓較小時，不論硅管還是鍺管，導(dǎo)通都不明顯，只有電壓達(dá)到某一值后，電流才明顯增長。我們把電流開始明顯增長時的電壓稱為二極管的門限電壓(也稱為死區(qū)電壓或閾值電壓)。鍺二極管的門限電壓約為0.1~0.2V，硅二極管的門限電壓約為0.5~0.6V。硅管門限電壓高的一個重要原因是它的IS小。圖8-14硅和鍺二極管特性比較

(3)硅管的正向特性比鍺管的更陡直些。這是因為鍺管多為點結(jié)型，體電阻和引線電阻的影響要大一些，因而正向特性不如硅管陡直。硅管正向特性曲線較為陡直的特點，在電路中常被用作精度要求不高的穩(wěn)壓元件，有時將幾個硅二極管串聯(lián)起來以獲得所要求的穩(wěn)定電壓值。

3)溫度對二極管特性的影響溫度的變化對二極管的特性是有影響的，概括起來說就是：當(dāng)溫度升高時，二極管的正向特性曲線左移，反向特性曲線下移，如圖8-15所示。這一現(xiàn)象是不難理解的。因為IS是由少子的漂移形成的，而少子濃度是與n2i成正比的，所以IS對溫度很敏感。理論上，IS隨溫度的變化對硅管而言是8％／℃，圖8-15溫度對二極管特性的影響性的影響對鍺管是11％／℃。實際二極管稍有偏離，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，溫度每上升1℃，硅和鍺的IS都增加約7％。由于(1.07)10≈2，所以可以認(rèn)為，不論硅管還是鍺管，溫度每上升10℃，反向飽和電流大約增加一倍,即(8-2)當(dāng)外加正向電壓一定時，雖然結(jié)電壓隨溫度升高而略有下降，但遠(yuǎn)沒有IS隨溫度升高的程度大，所以，二極管正向電流要增大。若維持電流不變，則電壓必然要降低。分析指出，在電流一定時，電壓的溫度系數(shù)為即當(dāng)電流保持不變時，溫度每上升1℃，結(jié)電壓下降2.5mV。

3.二極管的主要參數(shù)

器件的參數(shù)是其外特性的定量描述，是正確使用和合理選擇器件的重要依據(jù)。半導(dǎo)體二極管的參數(shù)很多，這里簡要介紹幾個最常用到的參數(shù)。

1)最大正向平均電流IF

最大正向平均電流指的是二極管長期工作時所允許通過的最大正向平均電流，也稱為最大整流電流。它是由PN結(jié)的面積和外部散熱條件決定的。使用時，其平均電流不超過此值，并要滿足所規(guī)定的散熱條件，否則，將導(dǎo)致溫度過高，性能變壞，甚至?xí)龤ФO管。

2)反向峰值電壓URM

反向峰值電壓簡稱反峰壓，指的是二極管在使用時所允許加的最大反向電壓。雖然此值尚未達(dá)到反向擊穿電壓(通常是擊穿電壓的一半)，但使用時應(yīng)使反向電壓不超過此值，以免發(fā)生擊穿或反向電流過大。

3)反向電流IR

反向電流指二極管未擊穿時的反向電流值。此值越小，二極管單向?qū)щ娦阅茉胶?。前已述及，它是由IS和漏電流組成的，對溫度很敏感，高溫下使用時尤其應(yīng)注意。

4)最高工作頻率fM

最高工作頻率決定于PN結(jié)電容，使用頻率超過此值，二極管伏安特性將受到破壞，不能體現(xiàn)二極管的特性。在器件手冊和二極管的產(chǎn)品說明書中，對二極管的參數(shù)都有詳細(xì)說明。但應(yīng)注意，所給的數(shù)據(jù)只是同一型號管子在一定測試條件下的平均數(shù)值。由于生產(chǎn)條件的差異，同一型號的器件，參數(shù)分散性很大，且測試條件也可能與使用條件有差別。必要時，要在規(guī)定條件下對參數(shù)進(jìn)行實測。

4.二極管的模型

在分析和設(shè)計含有二極管的電路時，我們所感興趣的是二極管的外部電特性。迄今為止，我們所掌握的二極管的特性有二：一是二極管方程式(8-1)，另一個便是二極管的特性曲線。通過下面的例子將會看到，作為分析的手段，這二者都存在一些困難。圖8-16(a)是一個最簡單的二極管電路，如果UDD和R已經(jīng)給定，如何確定二極管的管壓降UD和流過它的電流I0呢？如果二極管用式(8-1)來描述，則應(yīng)解以下的聯(lián)立方程：圖8-16用圖解法解二極管電路即使IS已知，也將遇到解超越方程的困難，手工計算幾乎是不可能的。而且二極管方程是理想PN結(jié)的方程，與二極管的特性還有一定的誤差?？梢姡苯佑枚O管方程來分析電路是不可行的。由數(shù)學(xué)知識我們知道，二元聯(lián)立方程的解，可以通過在平面上作出兩方程的曲線，二曲線的交點便是解。這種方法稱為圖解法。的確，上述電路通過圖解來求解是可以實現(xiàn)的。為此，在U—I平面上作兩條曲線，顯然代替二極管方程的是二極管的特性曲線，它可以是實測曲線，使得到的解更精確。另一方程UD=UDD-IDR對二極管來說是外電路的方程。顯然I與U是直線關(guān)系，或者說該方程是U—I平面上的一條直線。對于一條直線來說，只要知道線上兩點便可作圖。令I(lǐng)＝0，得U=UDD，這是直線與U軸的交點；令U＝0，則I=UDD/R，這是I軸上的交點。過此二點作一直線，其即外電路方程對應(yīng)的直線，通常稱為負(fù)載線。負(fù)載線與特性曲線在Q點相交，Q點稱為工作點。該點對應(yīng)的坐標(biāo)UD、ID便是電路的解，如圖8-16(b)所示。由以上分析可見，只要作圖精確其解便是精確的，不失為一種有效的分析方法。當(dāng)然，作一個精確的圖是比較麻煩的。圖8-16(b)只是一個示意圖，實際上二極管特性曲線只分布在UD＝0.7V左右，而UDD的值往往是幾伏，要精確作圖，勢必要橫向拉得很長，否則很難精確。圖解法最大的局限性是對復(fù)雜一些的電路無能為力。為了簡化分析，人們根據(jù)所要求精度不同，對二極管進(jìn)行了電路模擬，即用若干電路元件來代替實際的二極管。這些元件所組成的網(wǎng)絡(luò)就是二極管的電路模型，簡稱二極管模型。在這一小節(jié)里，我們將介紹幾種模型，請讀者注意它們各自的適用場合。

1)理想二極管模型實際二極管的正向壓降很小，我們已經(jīng)知道硅管的門限電壓為0.5~0.6V，鍺管的門限電壓為0.1~0.2V，它們的工作電壓分別在0.7V(Si)和0.3V(Ge)附近。在很多場合，如此微小的正向壓降是可以忽略不計的。二極管的反向電流通常也是可以忽略不計的。簡言之，如果認(rèn)為二極管正偏時壓降為零，反偏時電流為零，則這樣的二極管就稱為理想二極管，其特性曲線如圖8-17(a)中粗實線所示，它是兩段直線，反偏特性與橫軸(U軸)重合，正向特性與縱軸(I軸)重合。為與實際二極管相區(qū)別，其電路符號如圖8-17(b)所示。由圖可見，理想特性與實際特性(圖中虛線所示)雖有差別，但當(dāng)二極管正向壓降比與它串聯(lián)的元件上的電壓小得多時，二極管反向電流比同它并聯(lián)電路的電流小得多時，應(yīng)用理想模型分析不會帶來多大的誤差，卻使分析大為簡化。圖8-17理想二極管

2)定壓降模型定壓降模型與理想二極管模型的區(qū)別，僅在于它的正向壓降不再認(rèn)為是零，而是接近實際工作電壓的某一定值。對于硅管來說，習(xí)慣上取其壓降為0.7V。這種模型的特性和符號如圖8-18所示。由圖可見，對于圖示的實際曲線而言，這種模型在電流從1mA到10mA的范圍內(nèi)，電壓的誤差只有0.1V。如果取UD=0.75V，則誤差可小到0.05V。其模型的符號是一理想二極管與一電壓源相串聯(lián)，故這種模型也稱為理想二極管串聯(lián)電壓源模型。不難想象，用這一模型分析二極管電路將比理想二極管模型精確。圖8-18定壓降模型

3)分段線性模型分段線性模型也稱為折線模型，其特性和符號分別示于圖8-19(a)、(b)。它的特性也是由兩段直線組成的，在uD≤UD0時，是一段與橫軸重合的直線段;在uD≥UD0時，是段斜線，其斜率為1/rD，rD是工作范圍內(nèi)電壓與電流的增量比。以圖中曲線為例，當(dāng)uD從UD0＝0.65V變至0.85V時，電流由0增至10mA，所以rD＝(0.85-0.65)／10＝0.02kΩ＝20Ω。折線特性可由式(8-4)來描述:

UD0和rD的值如何選取，應(yīng)視具體情況和對計算精度的要求而定，同時也要兼顧計算方便。圖8-19分段線性模型

例8-1

試用不同模型計算圖8-16所示電路的UD和ID。設(shè)UDD=5V，R=1kΩ。

解

(1)用圖8-17所示的理想模型可算得

(2)用圖8-18所示的定壓降模型可得

(3)用圖8-19所示的折線模型(UDD=0.65V，rD=20Ω)得

4)小信號模型上面給出的三種模型，是兼顧了二極管在較大的電壓、電流范圍內(nèi)盡可能接近實際情況而建立的。從圖8-19(a)可以看到，只有在7mA附近，直線段偏離特性曲線較小，其他位置偏離較大。如果我們要考慮比如說3mA附近電流、電壓變化的規(guī)律，顯然用這種模型是不恰當(dāng)?shù)?。因此，我們說，以上三種模型適用于研究較大范圍的電流、電壓關(guān)系，包括確定二極管的工作點,稱為大信號模型。在實際應(yīng)用中，常常會遇到這樣的情況，即對一個正偏的二極管，在它的直流量上疊加了一個幅度很小的信號，我們所感興趣的是信號的電壓和電流的關(guān)系。為此，我們就要建立適于這種場合的模型即小信號模型。在建立模型之前，讓我們先對所使用的電參量的符號作一規(guī)范，這一規(guī)范將貫穿本書始終。我們用大寫字母加大寫下標(biāo)來代表直流量，如我們前面用過的：UDD表示電源的直流電壓，UD表示二極管的直流壓降，ID表示二極管的直流電流等。從現(xiàn)在起，我們將用小寫字母加小寫下標(biāo)來表示信號的瞬時值(它是時變量但不一定是正弦量)，如us(t)表示信號源電壓，ud(t)表示二極管上的信號壓降，id(t)表示通過二極管的信號電流等。信號的瞬時值有時簡單地稱之為交流量或增量。信號量與直流量疊加在一起時，用小寫字母加大寫下標(biāo)來表示，如uD=UD+ud，iD=ID+id，稱為總瞬時值。我們在前面已經(jīng)開始使用它們，特別是在坐標(biāo)系中，現(xiàn)在已逐漸把它們擴(kuò)展到表達(dá)式中。以后還會用到，正弦量的有效值將用大寫字母加小寫下標(biāo)表示。

5.二極管的應(yīng)用

二極管的應(yīng)用基礎(chǔ)就是二極管的單向?qū)щ娞匦?。因此，在?yīng)用電路中，關(guān)鍵是判斷二極管的導(dǎo)通或截止。二極管導(dǎo)通時一般用電壓源UD=0.7V(硅管，如是鍺管則用0.3V)代替，或近似用短路線代替。截止時，一般將二極管斷開，即認(rèn)為二極管的反向電阻為無窮大。

1)限幅電路當(dāng)輸入信號電壓在一定范圍內(nèi)變化時，輸出電壓隨輸入電壓相應(yīng)變化；而當(dāng)輸入電壓超出該范圍時，輸出電壓保持不變，這就是限幅電路。通常將輸出電壓uo開始不變的電壓值稱為限幅電平，當(dāng)輸入電壓高于限幅電平時，輸出電壓保持不變的限幅稱為上限幅；當(dāng)輸入電壓低于限幅電平時，輸出電壓保持不變的限幅稱為下限幅。限幅電路如圖8-20所示。改變E值就可改變限幅電平。如果E=0V，則限幅電平為0V。ui>0V時,二極管導(dǎo)通，uo=0V；ui<0V時，二極管截止，ui=uo，波形如圖8-21(a)所示。如果0<E<Um，則限幅電平為+E。當(dāng)ui<E時，二極管截止，ui=uo；當(dāng)ui>E時，二極管導(dǎo)通，ui=E,波形如圖8-21(b)所示。如果-Um<E<0，則限幅電平為-E，波形如圖8-21(c)所示。圖8-20所示電路中，二極管與輸出端并聯(lián)，故稱為并聯(lián)限幅電路。由于該電路限去了ui>E的部分，故稱為上限幅電路。如將二極管極性反過來接，如圖8-22所示，則組成下限幅電路。圖8-20并聯(lián)二極管上限幅電路圖8-21二極管并聯(lián)上限幅電路波形關(guān)系圖8-22并聯(lián)下限幅電路二極管VD與輸出端串聯(lián)時，可組成串聯(lián)限幅電路，如圖8-23所示。將上、下限幅電路合起來，則組成雙向限幅電路，如圖8-24所示。其原理請讀者自己分析。限幅電路可應(yīng)用于波形變換，輸入信號的幅度選擇、極性選擇和波形整形。

2)二極管門電路二極管組成的門電路，可實現(xiàn)一定的邏輯運算。如圖8-25所示，該電路中只要有一路輸入信號為低電平，輸出即為低電平；僅當(dāng)全部輸入為高電平時，輸出才為高電平。這在邏輯運算中稱為“與”運算。圖8-23串聯(lián)限幅電路圖8-24雙限幅電路圖8-25二極管“與”門電路

6.其它二極管

1)發(fā)光二極管發(fā)光二極管簡稱LED，它是一種用于將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體器件，其符號如圖8-26所示。它由一個PN結(jié)組成，當(dāng)加正向電壓時，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子擴(kuò)散至對方與少數(shù)載流子復(fù)合，復(fù)合的過程中，有一部分以光子的形式放出，使二極管發(fā)光。發(fā)出的光波可以是紅外光或可見光。發(fā)光二極管常用作顯示器件，如指示燈、七段數(shù)碼管和矩陣顯示器等。工作時加正向電壓，并接入限流電阻，工作電流一般為幾毫安至幾十毫安。電流愈大，發(fā)出的光愈強(qiáng)，但是會出現(xiàn)亮度衰退的老化現(xiàn)象，使用壽命將縮短。發(fā)光二極管導(dǎo)通時的管壓降為1.8~2.2V。圖8-26發(fā)光二極管符號

2)光電二極管光電二極管是將光能轉(zhuǎn)換為電能的半導(dǎo)體器件。光電二極管的符號如圖8-27所示。其結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，只是在管殼上留有一個能使光線照入的窗口。光電二極管被光照時，將產(chǎn)生大量的電子和空穴，從而提高了少子的濃度，在反向偏置下，產(chǎn)生漂流電流，從而使反向電流增加。這時外電路的電流隨光照的強(qiáng)弱而改變，此外還與入射光的波長有關(guān)。圖8-27光電二極管符號

3)光電耦合器件將光電二極管和發(fā)光二極管組合起來可組成二極管型的光電耦合器，如圖8-28所示，它以光為媒介，可實現(xiàn)電信號的傳遞。在輸入端加入電信號，則發(fā)光二極管的光隨信號而變，它照在光電二極管上，則在輸出端產(chǎn)生了與信號變化一致的電信號。由于發(fā)光器件和光電器件分別接在輸入和輸出回路中，相互隔離，因而常用于信號的傳輸，但需要輸入輸出電路間電隔離的場合。通常光電耦合器用在計算機(jī)控制系統(tǒng)的接口電路中。

4)變?nèi)荻O管利用PN結(jié)的勢壘電容隨外加反向電壓的變化特性可制成變?nèi)荻O管，其符號如圖8-29所示。變?nèi)荻O管主要用于高頻電子線路，如電子調(diào)諧、頻率調(diào)制等。圖8-28光電耦合器件圖8-29變?nèi)荻O管符號8.3三極管

半導(dǎo)體三極管又稱為晶體管、雙極性三極管，是組成各種電子電路的核心器件。8.3.1三極管的結(jié)構(gòu)及類型

若將兩個PN結(jié)“背靠背”地(同極區(qū)相對)連接起來(用工藝的辦法制成)，則可組成三極管。按PN結(jié)的組合方式，三極管有PNP和NPN兩種類型，其結(jié)構(gòu)示意圖和符號如圖8-30所示.圖8-30三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號無論是NPN型或PNP型三極管，它們均包含三個區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，并相應(yīng)地引出三個電極：發(fā)射極(e)、基極(b)和集電極(c)。同時，在三個區(qū)的兩兩交界處，形成兩個PN結(jié)，分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。常用的半導(dǎo)體材料有硅和鍺，因此共有四種三極管類型，它們對應(yīng)的型號分別為3A(鍺PNP)、3B(鍺NPN)、3C(硅PNP)、3D(硅NPN)系列。由于硅NPN三極管用的最廣，故在無特殊說明時，下面均以硅NPN三極管為例來講述。8.3.2三極管的三種連接方式因為放大器一般是四端網(wǎng)絡(luò)，而三極管只有三個電極，所以組成放大電路時，勢必要有一個電極作為輸入與輸出的公共端。根據(jù)所選擇的公共端電極的不同，三極管有共發(fā)射極、共基極和共集電極三種不同的連接方式(指對交流信號而言)，如圖8-31所示。圖8-31三極管的三種連接方式8.3.3三極管的放大作用三極管盡管從結(jié)構(gòu)上看，相當(dāng)于兩個二極管背靠背地串聯(lián)在一起。但是，當(dāng)我們用單獨的兩個二極管按上述關(guān)系串聯(lián)起來時將會發(fā)現(xiàn)，它們并不具有放大作用。其原因是，為了使三極管實現(xiàn)放大，必須由三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部條件來保證。從三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來看，應(yīng)具有以下三點：

(1)發(fā)射區(qū)進(jìn)行重?fù)诫s，因而多數(shù)載流子電子濃度大于基區(qū)多數(shù)載流子空穴濃度。

(2)基區(qū)做得很薄，通常只有幾微米到幾十微米，而且是低摻雜。

(3)集電極面積大，以保證盡可能收集到發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子。從外部條件來看，外加電源的極性應(yīng)保證發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，集電結(jié)應(yīng)處于反向偏置狀態(tài)。在滿足上述條件下，我們來分析放大過程。(由于共發(fā)射極應(yīng)用廣泛，故下面以共發(fā)射極為例。)

1．載流子的傳輸過程

我們分三個過程討論三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程。

(1)發(fā)射。由于發(fā)射結(jié)正向偏置，則發(fā)射區(qū)的電子大量地擴(kuò)散注入到基區(qū)，與此同時，基區(qū)的空穴也向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散。由于發(fā)射區(qū)是重?fù)诫s，因而注入到基區(qū)的電子濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散的空穴數(shù)。在下面的分析中，將這部分空穴的作用忽略不計。

(2)擴(kuò)散和復(fù)合。由于電子的注入，使基區(qū)靠近發(fā)射結(jié)處的電子濃度很高；集電結(jié)反向運用，使靠近集電結(jié)處的電子濃度很低(近似為0)。因此在基區(qū)形成電子濃度差，從而電子靠擴(kuò)散作用向集電區(qū)運動。電子擴(kuò)散的同時，在基區(qū)將與空穴相遇產(chǎn)生復(fù)合。由于基區(qū)空穴濃度比較低，且基區(qū)做得很薄，因此，復(fù)合的電子是極少數(shù)，絕大多數(shù)電子均能擴(kuò)散到集電結(jié)處，被集電極收集。

(3)收集。由于集電結(jié)反向運用，在結(jié)電場作用下，通過擴(kuò)散到達(dá)集電結(jié)的電子將做漂移運動，到達(dá)集電區(qū)。因為集電結(jié)的面積大，所以基區(qū)擴(kuò)散過來的電子基本上全部被集電區(qū)收集。此外，因為集電結(jié)反向偏置，所以集電區(qū)中的空穴和基區(qū)中的電子(均為少數(shù)載流子)在結(jié)電場的作用下做漂移運動。上述載流子的傳輸過程如圖8-32所示。圖8-32三極管中載流子的傳輸過程

2．電流分配

載流子的運動可形成相應(yīng)的電流，其電流關(guān)系如圖8-33所示。集電極電流IC由兩部分組成：ICn和ICBO。前者是由發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子被集電極收集后形成的，后者是由集電區(qū)和基區(qū)的少數(shù)載流子漂移運動形成的，稱為反向飽和電流。于是有IC=ICn+ICBO

(8-5)發(fā)射極電流IE也由兩部分組成：IEn和IEp。IEn為發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子所形成的電流，IEp是由基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散的空穴所形成的電流。因為發(fā)射區(qū)是重?fù)诫s，所以IEp可忽略不計，即IE≈IEn。IEn又分成兩部分，主要部分是ICn，極少部分是IBn。IBn是電子在基區(qū)與空穴復(fù)合時所形成的電流，基區(qū)空穴是由電源UBB提供的，故它是基極電流的一部分。即圖8-33三極管電流分配

IE≈IEn=ICn+IBn(8-6)基極電流IB是IBn與ICBO之差：

IB=IBn-ICBO

(8-7)我們希望發(fā)射區(qū)注入的電子絕大多數(shù)能夠到達(dá)集電極，形成集電極電流，即要求ICn≥IBn。通常用共基極直流放大系數(shù)衡量上述關(guān)系，用來表示，其定義為一般三極管的值為0.97~0.99。將(8-9)式代入(8-5)式，可得(8-9)通常IC＞＞ICBO，可將ICBO忽略，由上式可得出(8-10)如將基極作為輸入，集電極作為輸出，我們希望知道IC與IB的關(guān)系式，推導(dǎo)如下:三極管的三個極的電流滿足節(jié)點電流定律，即

IE=IC+IB

(8-11)將此式代入(8-9)式得經(jīng)過整理后得令稱為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)。當(dāng)IC>>ICBO時，又可寫成(8-12)(8-13)則(8-14)其中ICEO稱為穿透電流，即(8-15)一般三極管的約為幾十到幾百。太小，管子的放大能力就差，而過大,則管子不夠穩(wěn)定。為了對三極管的電流關(guān)系增加一些感性認(rèn)識，我們將某個實際的晶體管的電流關(guān)系列成表8-1。表8-1三極管電流關(guān)系的一組典型數(shù)據(jù)從表可看出，任一列三個電流之間的關(guān)系均符合公式IE=IC+IB，而且除一、二列外均符合以下關(guān)系：

IB<IC<IE,IC≈IE

我們還可看出，當(dāng)三極管的基極電流IB有一個微小的變化時，例如由0.02mA變?yōu)?.04mA(ΔIB=0.02mA)，相應(yīng)的集電極電流則產(chǎn)生了較大的變化，由1.14mA變化為2.33mA(ΔIC=1.19mA)，這就說明了三極管的電流放大作用。我們定義這兩個變化電流之比為共發(fā)射極交流放大系數(shù)，即(8-16)相應(yīng)地，將集電極電流與發(fā)射極電流的變化量之比定義為共基極交流電流放大系數(shù)，即(8-17)故(8-18)雖然β與、α與的意義是不同的，但是在多數(shù)情況下、。8.3.4三極管的特性曲線

三極管外部各極電壓電流的相互關(guān)系，當(dāng)用圖形描述時稱為三極管的特性曲線。它既簡單又直觀，全面反映了各極電流與電壓之間的關(guān)系。特性曲線與參數(shù)是選用三極管的主要依據(jù)。特性曲線通常用晶體管特性圖示儀顯示出來。其測試電路如圖8-34所示。三極管的不同連接方式，有不同的特性曲線，因共發(fā)射極用得最多，為此，我們只討論共發(fā)射極特性曲線。下面討論NPN三極管的共射輸入特性和輸出特性。圖8-34三極管共發(fā)射極特性曲線測試電路

1．輸入特性

當(dāng)UCE不變時，輸入回路中的電流IB與電壓UBE之間的關(guān)系曲線稱為輸入特性，即

IB=f(UBE)|UCE=常數(shù)

輸入特性如圖8-35所示。

UCE=0V時，從三極管的輸入回路看，相當(dāng)于兩個PN結(jié)(發(fā)射結(jié)和集電結(jié))并聯(lián)。當(dāng)b、e間加上正電壓時，三極管的輸入特性就是兩個正向二極管的伏安特性。

UCE≥1V，b、e間加正向電壓，此時集電極的電位比基極高，集電結(jié)為反向偏置，阻擋層變寬，基區(qū)變窄，基區(qū)電子復(fù)合減少，故基極電流IB下降。與UCE=0V時相比，在相同的條件下，IB要小得多。其結(jié)果是輸入特性右移。圖8-35三極管的輸入特性當(dāng)UCE繼續(xù)增大時，嚴(yán)格地講，輸入特性應(yīng)該繼續(xù)右移。但是，當(dāng)UCE大于某一數(shù)值以后(如1V)，在一定的UBE之下，集電結(jié)的反向偏置電壓已足以將注入基區(qū)的電子基本上都收集到集電極，此時UCE再增大，IB變化不大。因此UCE>1V以后，不同UCE值的各條輸入特性幾乎重疊在一起。所以常用UCE>1V(例如2V)的一條輸入特性曲線來代表UCE

更高的情況。在實際的放大電路中，三極管的UCE一半都大于零，因而UCE>1V的特性更具有實用意義。

2．輸出特性

當(dāng)IB不變時，輸出回路中的電流IC與電壓UCE之間的關(guān)系曲線稱為輸出特性，即

IC=f(UCE)|IB=常數(shù)

固定一個IB值，得一條輸出特性曲線，改變IB值后可得一簇輸出特性曲線，如圖8-36所示。在輸出特性上可以劃分出三個區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。

(1)截止區(qū)。一般將IB≤0的區(qū)域稱為截止區(qū)，在圖中IB=0所示曲線的以下部分，此時IC也近似為零。由于各極電流基本上都等于零，因而此時三極管沒有放大作用。其實IB=0，IC并不等于零，而是等于穿透電流ICEO。一般硅三極管的穿透電流小于1μA，在特性曲線上無法表示出來。鍺三極管的穿透電流約為幾十至幾百微安。圖8-36三極管的輸出特性當(dāng)發(fā)射結(jié)反向偏置時，發(fā)射區(qū)不再向基區(qū)注入電子，則三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。所以在截止區(qū)，三極管的兩個結(jié)均處于反向偏置狀態(tài)。對NPN三極管，UBE<0，UBC<0。

(2)放大區(qū)。此時發(fā)射結(jié)正向運用，集電結(jié)反向運用,在曲線上是比較平坦的部分，表示當(dāng)IB一定時，IC的值基本上不隨UCE而變化。在這個區(qū)域內(nèi)，當(dāng)基極電流發(fā)生微小的變化量ΔIB時，相應(yīng)的集電極電流將產(chǎn)生較大的變化量ΔIC，此時二者關(guān)系為

ΔIC=βΔIB

該式體現(xiàn)了三極管的電流放大作用。對于NPN三極管，工作在放大區(qū)時UBE≥0.7V，而UBC<0。

(3)飽和區(qū)。曲線靠近縱軸附近，各條輸出特性曲線的上升部分屬于飽和區(qū)。在這個區(qū)域，不同的IB值的各條特性曲線幾乎重疊在一起，即當(dāng)UCE較小時，管子的集電極電流IC基本上不隨基極電流IB而變化，這種現(xiàn)象稱為飽和。此時三極管失去了放大作用，IC=

IB或ΔIC=

ΔIB關(guān)系不成立。一般認(rèn)為UCE=UBE，即UCB=0時，三極管處于臨界飽和狀態(tài)，當(dāng)UCE<UBE時稱為過飽和。三極管飽和時的管壓降用UCES表示。在深度飽和時，小功率管管壓降通常小于0.3V。三極管工作在飽和區(qū)時，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正向偏置狀態(tài)。對NPN三極管，UBE>0，UBC>0。8.3.5三極管的主要參數(shù)

三極管參數(shù)描述了三極管的性能，是評價三極管質(zhì)量以及選擇三極管的依據(jù)。

1．電流放大系數(shù)

三極管的電流放大系數(shù)是表征管子放大作用的參數(shù)。按前面討論，有如下幾種：

(1)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)β。β體現(xiàn)共射極接法之下的電流放大作用,

(2)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)。由式(8-14)得當(dāng)IC>>ICEO時，

(3)共基極交流電流放大系數(shù)α。α體現(xiàn)共基極接法下的電流放大作用,

(4)共基極直流電流放大系數(shù)。在忽略反向飽和電流ICBO時，

2．極間反向電流

(1)集電極-基極反向飽和電流ICBO。它表示當(dāng)e極開路時，c、b之間的反向電流，測量電路如圖8-37(a)所示。

(2)集電極-發(fā)射極穿透電流ICEO。它表示當(dāng)b極開路時，c、e之間的電流，測量電路如圖8-37(b)所示。實際工作中使用三極管時，要求所選用管子的ICBO和ICEO盡可能得小。它們越小，則表明三極管的質(zhì)量越高。圖8-37三極管極間反向電流的測量

3．極限參數(shù)

三極管的極限參數(shù)是指使用時不得超過的極限值，以保證三極管安全工作或工作性能正常。

(1)集電極最大允許電流ICM。由于三極管電流放大系數(shù)β與工作電流有關(guān)，其關(guān)系曲線如圖8-38所示。從曲線可看出,工作電流太大將使β下降太多，使三極管性能下降，使放大的信號產(chǎn)生嚴(yán)重失真。一般定義當(dāng)β值下降為正常值的1/3~2/3時的IC值為ICM。圖8-38β與IC關(guān)系曲線

(2)集電極最大允許功率損耗PCM。當(dāng)三極管工作時，管子兩端的電壓為UCE，集電極電流為IC，因此集電極損耗的功率為

PC=ICUCE

集電極消耗的電能將轉(zhuǎn)化為熱能，使管子的溫度升高，這將使三極管的性能惡化，甚至被損壞，因而應(yīng)加以限制。將IC與UCE的乘積等于PCM值的各點連接起來，可得一條雙曲線，如圖8-39所示。雙曲線下方區(qū)域PC<PCM為安全區(qū)；上方區(qū)域PC>PCM為過耗區(qū)，易燒壞管子。需要指出的是，PCM與工作環(huán)境溫度有關(guān)，如工作環(huán)境溫度高或散熱條件差，則PCM值下降。圖8-39三極管的安全工作區(qū)

4．反向擊穿電壓

反向擊穿電壓表示使用三極管時外加在各電極之間的最大允許反向電壓，如果超過這個限度，則管子的反向電流急劇增大，可能損壞三極管。反向擊穿電壓有以下幾項：

BUCBO——發(fā)射極開路時，集電極-基極間的反向擊穿電壓。

BUCEO——基極開路時，集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓。

BUCER——基射極間接有電阻R時，集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓。

BUCES——基射極間短路時，集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓。

BUEBO——集電極開路時，發(fā)射極-基極間的反向擊穿電壓，此電壓一般較小，僅有幾伏左右。上述電壓一般存在如下關(guān)系：

BUCES>BUCER>BUCEO

由于BUCEO最小，因此使用時使UCE<BUCEO即可安全工作。由上可見，三極管應(yīng)工作在安全工作區(qū)，而安全工作區(qū)受ICM、PCM、BUCEO的限制。圖8-39表示了三極管的安全工作區(qū)。8.3.6溫度對三極管參數(shù)的影響由于半導(dǎo)體的載流子濃度受溫度影響，因而，三極管的參數(shù)也會受溫度影響。這將嚴(yán)重影響到三極管電路的熱穩(wěn)定性。通常，半導(dǎo)體三極管的如下參數(shù)受溫度影響比較明顯。

1．溫度對UBE的影響輸入特性曲線隨溫度的升高將向左移，即IB不變時，UBE將下降，其變化規(guī)律是溫度每升高1℃，UCE減小2~2.5mV，即

2．溫度對ICBO的影響

ICBO是由少數(shù)載流子形成的,當(dāng)溫度上升時，少數(shù)載流子增加，故ICBO也上升。其變化規(guī)律是，溫度每升高10℃，ICBO約上升1倍。ICEO隨溫度變化的規(guī)律大致與ICBO相同。在輸出特性曲線上，溫度上升，曲線上移。

3．溫度對β的影響

β隨溫度升高而增大，變化規(guī)律是：溫度每升高1℃，β值增大0.5%~1%。在輸出特性曲線圖上，曲線間的距離隨溫度升高而增大。綜上所述：溫度對UBE、ICBO、β的影響，均將使IC隨溫度上升而增加，這將嚴(yán)重影響三極管的工作狀態(tài)。8.4場效應(yīng)管由于半導(dǎo)體三極管工作在放大狀態(tài)時，必須保證發(fā)射結(jié)正向運用，故輸入端始終存在輸入電流。改變輸入電流就可改變輸出電流，所以三極管是電流控制器件。因而由三極管組成的放大器，其輸入電阻不高。場效應(yīng)管是通過改變輸入電壓(即利用電場效應(yīng))來控制輸出電流的，屬于電壓控制器件。它不吸收信號源電流，不消耗信號源功率，因此其輸入電阻十分高，可高達(dá)上百兆歐。除此之外，場效應(yīng)管還具有溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、噪聲低、制造工藝簡單、便于集成等優(yōu)點，得到廣泛應(yīng)用。場效應(yīng)管分為結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)和絕緣柵場效應(yīng)管(IGFET)，目前最常用的是MOS管。由于半導(dǎo)體三極管參與導(dǎo)電的是兩種極性的載流子：電子和空穴，所以又稱半導(dǎo)體三極管為雙極性三極管。場效應(yīng)管僅依靠一種極性的載流子導(dǎo)電，所以又稱為單極性三極管。8.4.1結(jié)型場效應(yīng)管

1．結(jié)構(gòu)

結(jié)型場效應(yīng)管有兩種結(jié)構(gòu)形式：圖8-40(a)為N型溝道結(jié)型場效應(yīng)管；圖8-40(b)為P型溝道結(jié)型場效應(yīng)管。其電路符號如圖8-40(c)、(d)所示。圖8-40結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號以N溝道為例。在一塊N型硅半導(dǎo)體材料的兩邊，利用合金法、擴(kuò)散法或其它工藝做成高濃度的P+型區(qū)，使之形成兩個PN結(jié)，然后將兩邊的P+型區(qū)連在一起，引出一個電極，稱為柵極G。在N型半導(dǎo)體兩端各引出一個電極，分別作為源極S和漏極D。夾在兩個PN結(jié)中間的N型區(qū)是源極和漏極之間的電流通道，稱為導(dǎo)電溝道。由于N型半導(dǎo)體多數(shù)載流子是電子，故稱此溝道為N型溝道。同理，P型溝道結(jié)型場效應(yīng)管中，溝道是P型區(qū)，稱為P型溝道，柵極與N+型區(qū)相連。電路符號中柵極的箭頭方向可理解為兩個PN結(jié)的正向?qū)щ姺较颉?/p>

2．工作原理從結(jié)構(gòu)圖8-40可看出，我們在D、S間加上電壓UDS，則在源極和漏極之間可形成電流ID。通過改變柵極和源極的反向電壓UGS，可以改變兩個PN結(jié)阻擋層(耗盡層)的寬度。由于柵極區(qū)是高摻雜區(qū)，所以阻擋層主要降在溝道區(qū)。故|UGS|的改變會引起溝道寬度的變化，其溝道電阻也會隨之而變，從而改變了漏極電流ID。如|UGS|上升，則溝道變窄，電阻增加，ID下降，反之亦然。所以，改變UGS的大小可以控制漏極電流。這是場效應(yīng)管工作的核心部分。

1)UGS對導(dǎo)電溝道的影響為便于討論，先假設(shè)UDS=0。當(dāng)UGS由零向負(fù)值增大時，PN結(jié)的阻擋層加厚，溝道變窄，電阻增大，如圖8-41(a)、(b)所示。若UGS的負(fù)值再進(jìn)一步增大，當(dāng)UGS=UP時，兩個PN結(jié)的阻擋層相遇，溝道消失，我們稱之為溝道被“夾斷”了，UP稱為夾斷電壓，此時ID=0，如圖8-41(c)所示。圖8-41當(dāng)UDS=0時UGS對導(dǎo)電溝道的影響示意圖

2)ID與UDS、UGS之間的關(guān)系假定柵、源電壓|UGS|<|UP|，如UGS=-1V，而UP=-4V，當(dāng)漏、源之間加上電壓UDS=2V時，溝道中將有電流ID通過。此電流將沿著溝道的方向產(chǎn)生一個電壓降，這樣溝道上各點的電位就不同，因而溝道內(nèi)各點與柵極之間的電位差也就不相等。漏極端與柵極之間的反向電壓最高，如UDG=UDS-UGS=2-(-1)=3V，沿著溝道向下逐漸降低，使源極端為最低，如USG=-UGS=1V，兩個PN結(jié)的阻擋層將出現(xiàn)楔形，使得靠近源極端的溝道較寬，而靠近漏極端的溝道較窄，如圖8-42(a)所示。此時，若增大UDS，由于溝道電阻增長較慢，所以ID隨之增加。當(dāng)UDS進(jìn)一步增加到使柵、漏間電壓UGD等于UP時，即

UGD=UGS-UDS=UP

則在D極附近，兩個PN結(jié)的阻擋層相遇，如圖8-42(b)所示，我們稱此為預(yù)夾斷。如果繼續(xù)升高UDS，就會使夾斷區(qū)向源極端方向發(fā)展，溝道電阻增加。由于溝道電阻的增長率與UDS的增長率基本相同，故這一期間ID趨于一恒定值，不隨UDS的增大而增大，此時，漏極電流的大小僅取決于UGS的大小。UGS越負(fù)，溝道電阻越大，ID便越小，直到UGS=UP，溝道被全部夾斷，ID=0，如圖8-42(c)所示。由于結(jié)型場效應(yīng)管工作時，我們總是在柵、源之間加一個反向偏置電壓，使得PN結(jié)始終處于反向接法，故IG≈0。所以，場效應(yīng)管的輸入電阻rgs很高。圖8-42UDS對導(dǎo)電溝道和ID的影響

3．特性曲線

1)輸出特性曲線圖8-43為N溝道場效應(yīng)管的輸出特性曲線。以UGS為參變量時，漏極電流ID與漏、源電壓UDS之間的關(guān)系稱為輸出特性曲線，即

ID=f(UDS)|UGS=常數(shù)

(8-19)根據(jù)工作情況，輸出特性可劃分為4個區(qū)域，即可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊穿區(qū)和截止區(qū)。

(1)可變電阻區(qū)。可變電阻區(qū)位于輸出特性曲線的起始部分，圖中用陰影線標(biāo)出。此區(qū)的特點是：固定UGS時，ID隨UDS增大而線性上升，相當(dāng)于線性電阻；改變UGS時，特性曲線的斜率變化，即相當(dāng)于電阻的阻值不同，UGS增大，相應(yīng)的電阻增大。因此，在此區(qū)域場效應(yīng)管可看做一個受UGS控制的可變電阻，即漏、源電阻RDS=f(UGS)。圖8-43N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的輸出特性

(2)恒流區(qū)。該區(qū)的特點是：ID基本不隨UDS而變化，僅取決于UGS的值，輸出特性曲線趨于水平，故稱為恒流區(qū)或飽和區(qū)。當(dāng)組成場效應(yīng)管放大電路時，為防止出現(xiàn)非線性失真，應(yīng)使工作點設(shè)置在此區(qū)域。

(3)擊穿區(qū)。擊穿區(qū)位于特性曲線的最右部分，當(dāng)UDS升高到一定程度時，反向偏置的PN結(jié)被擊穿，ID將突然增大。由于UGS愈負(fù)時，達(dá)到雪崩擊穿所需的UDS電壓愈小，故對應(yīng)于UGS愈負(fù)的特性曲線擊穿越早。其擊穿電壓用BUDS表示，當(dāng)UGS=0時，其擊穿電壓用BUDSS表示。

(4)截止區(qū)。當(dāng)|UGS|≥|UP|時，管子的導(dǎo)電溝道處于完全夾斷狀態(tài)，ID=0，場效應(yīng)管截止。

2)轉(zhuǎn)移特性曲線圖8-44所示為N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線。當(dāng)漏、源之間的電壓UDS保持不變時，漏極電流ID和柵、源之間的電壓UGS的關(guān)系稱為轉(zhuǎn)移特性，即

ID=f(UGS)|UDS=常數(shù)

(8-20)它描述了柵、源之間電壓UGS對漏極電流ID的控制作用。由圖可見，UGS=0時，ID=IDSS稱為飽和漏極電流。隨|UGS|增大，ID愈小，當(dāng)UGS=-UP時，ID=0。UP稱為夾斷電壓。結(jié)型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性在UGS為0~UP的范圍內(nèi)可用下面的近似公式表示：(8-21)圖8-44N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性和輸出特性同樣是反映場效應(yīng)管工作時，UDS、UGS和ID三者之間的關(guān)系的，所以它們之間是可以相互轉(zhuǎn)換的。如根據(jù)輸出特性曲線可作出轉(zhuǎn)移特性曲線，其作法如下：在輸出特性曲線上，對應(yīng)于UDS等于某一固定電壓作一條垂直線，將垂線與各條輸出特性曲線的交點所對應(yīng)的ID、UGS轉(zhuǎn)移到ID—UGS坐標(biāo)中，即可得轉(zhuǎn)移特性曲線，如圖8-45所示。由于在恒流區(qū)內(nèi)，對于同一UGS下不同的UDS，ID保持基本不變，故不同UDS下的轉(zhuǎn)移特性曲線幾乎全部重合，因此可用一條轉(zhuǎn)移特性曲線來表示恒流區(qū)中UGS與ID的關(guān)系。在結(jié)型場效應(yīng)管中，由于柵極與溝道之間的PN結(jié)被反向偏置，所以輸出端電流近似為零，其輸入電阻可達(dá)107Ω以上。當(dāng)需要更高的輸入電阻時，應(yīng)采用絕緣柵場效應(yīng)管。圖8-45由輸出特性畫轉(zhuǎn)移特性8.4.2絕緣柵場效應(yīng)管

絕緣柵場效應(yīng)管通常由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成，所以又稱為金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管，簡稱MOS場效應(yīng)管。由于這種場效應(yīng)管的柵極被絕緣層(SiO2)隔離，因此其輸入電阻更高，可達(dá)109Ω以上。從導(dǎo)電溝道來區(qū)分，絕緣柵場效應(yīng)管也有N溝道和P溝道兩種類型。此外，無論是N溝道或P溝道，又有增強(qiáng)型和耗盡型兩種類型。下面以N溝道增強(qiáng)型的MOS場效應(yīng)管為主，介紹其結(jié)構(gòu)、工作原理和特性曲線。

1．N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管

1)結(jié)構(gòu)

N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖8-46所示。把一塊摻雜濃度較低的P型半導(dǎo)體作為襯底，然后在其表面上覆蓋一層SiO2的絕緣層，再在SiO2層上刻出兩個窗口，通過擴(kuò)散工藝形成兩個高摻雜的N型區(qū)(用N+表示)，并在N+區(qū)和SiO2的表面各自噴上一層金屬鋁，分別引出源極、漏極和控制柵極。襯底上也接出一根引線，通常情況下將它和源極在內(nèi)部相連。圖8-46N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖

2)工作原理結(jié)型場效應(yīng)管是通過改變UGS來控制PN結(jié)的阻擋層的寬窄，從而改變導(dǎo)電溝道的寬度，達(dá)到控制漏極電流ID的目的。而絕緣柵場效應(yīng)管則是利用UGS來控制“感應(yīng)電荷”的多少，以改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，然后達(dá)到控制漏極電流ID的目的。對N溝道增強(qiáng)型的MOS場效應(yīng)管，當(dāng)UGS=0時，在漏極和源極的兩個N+區(qū)之間是P型襯底，因此漏、源之間相當(dāng)于兩個背靠背的PN結(jié)。所以，無論漏、源之間加上任何極性的電壓，總是不導(dǎo)通的，ID=0。當(dāng)UGS>0時(為方便假定UDS=0)，在SiO2的絕緣層中，將產(chǎn)生一個垂直于半導(dǎo)體表面、由柵極指向P型襯底的電場。這個電場排斥空穴吸引電子，當(dāng)UGS>UT時，在絕緣柵下的P型區(qū)中形成了一層以電子為主的N型層。由于源極和漏極均為N+型，故此N型層在漏、源極間形成了電子導(dǎo)電的溝道，稱為N型溝道。UT稱為開啟電壓，此時在漏、源極間加UDS，則形成電流ID。顯然，此時改變UGS時，可改變溝道的寬窄，即改變溝道電阻大小，從而控制了漏極電流ID的大小。由于這類場效應(yīng)管在UGS=0時，ID=0，只有在UGS>UT后才出現(xiàn)溝道，形成電流，故稱增強(qiáng)型。上述過程如圖8-47所示。圖8-47UGS>UT時形成的導(dǎo)電溝道

3)特性曲線

N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管也用輸出特性、轉(zhuǎn)移特性來表示ID、UGS、UDS之間的關(guān)系，如圖8-48所示。由圖8-48(a)所示的轉(zhuǎn)移特性曲線可見，當(dāng)UGS<UT時，由于尚未形成導(dǎo)電溝道，因此ID基本為零。當(dāng)UGS≥UT時，形成導(dǎo)電溝道，才能產(chǎn)生電流，而且UGS增大，溝道變寬，溝道電阻變小，ID也增大。通常將ID開始出現(xiàn)某一小數(shù)值(例如10μA)時的UGS定義為開啟電壓UT。

MOS場效應(yīng)管的輸出特性同樣可以劃分為四個區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊穿區(qū)和截止區(qū)，如圖8-48(b)所示。圖8-48N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管的特性曲線

2．N溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管

N溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管是在制造過程中，預(yù)先在SiO2絕緣層中摻入大量的正離子，因此，當(dāng)UGS=0時，這些正離子產(chǎn)生的電場也能在P型襯底中“感應(yīng)”出足夠的電子，形成N型導(dǎo)電溝道，如圖8-49所示。所以當(dāng)UDS>0時，將產(chǎn)生較大的漏極電流ID。如果使UGS<0，則將削弱正離子所形成的電場，使N溝道變窄，從而使ID減小。當(dāng)ID更負(fù)而達(dá)到某一數(shù)值時，溝道將消失，ID=0。使ID=0的UGS我們也稱為夾斷電壓，仍用UP表示。N溝道MOS耗盡型場效應(yīng)管的特性曲線如圖8-50所示。圖8-49N溝道耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖圖8-50N溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管的特性曲線

N溝道MOS場效應(yīng)管的電路符號如圖8-51所示。其中，圖(a)表示增強(qiáng)型，圖(b)表示耗盡型，而圖(c)是N溝道MOS管的簡化符號，既可表示增強(qiáng)型，也可表示耗盡型。

P溝道場效應(yīng)管的工作原理與N溝道類似，此處不再贅述，它們的電路符號也與N溝道相似，圖中箭頭方向相反，如圖8-51(d)、(e)、(f)所示。圖8-51MOS場效應(yīng)管電路符號8.4.3場效應(yīng)管的主要參數(shù)

場效應(yīng)管的主要參數(shù)包括直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)三部分。

1．直流參數(shù)

1)飽和漏極電流IDSS

IDSS是耗盡型和結(jié)型場效應(yīng)管的一個重要參數(shù)，它的定義是當(dāng)柵、源之間的電壓UGS等于零，而漏、源之間的電壓UDS大于夾斷電壓UP時對應(yīng)的漏極電流。

2)夾斷電壓U