沈陽(yáng)建筑大學(xué)信息與工程學(xué)院模擬電子第一章

1、,信息學(xué)院電氣信息類 之,模擬電子技術(shù)基礎(chǔ),主講者： 郭 聳 教研室： 計(jì)算機(jī)教研室,課程相關(guān)介紹,1、本課程是電氣信息類各專業(yè)的非常重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。 2、能夠使學(xué)生獲得模擬電子技術(shù)方面的基本理論、基本知識(shí)和基本技能；熟悉模擬電子電路的工作原理，掌握模擬電路分析方法和設(shè)計(jì)方法。 3、能夠使學(xué)生具有一定的實(shí)踐技能和應(yīng)用能力、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和從事相關(guān)技術(shù)工作打好基礎(chǔ)。,一、課程的重要性,課程相關(guān)介紹,1、半導(dǎo)體器件， 2、放大電路的基本原理， 3、放大電路的頻率響應(yīng)， 4、功率放大電路， 5、集成運(yùn)算放大電路， 6、放大電路中的反饋， 7、模擬信號(hào)運(yùn)算電路， 8、信號(hào)處

2、理電路， 9、波形發(fā)生電路， 10、直流電源。,二、本課程的主要內(nèi)容,課程相關(guān)介紹,主要把握幾個(gè)環(huán)節(jié)： 1、注重知識(shí)的連續(xù)性。 2、課前做好預(yù)習(xí)，做到心中有數(shù)；課上認(rèn)真聽講，做好課堂筆記；課后加強(qiáng)作業(yè)練習(xí)，以鞏固知識(shí)的掌握。 3、對(duì)學(xué)習(xí)中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)解決。 4、加強(qiáng)實(shí)踐環(huán)節(jié)，上好實(shí)驗(yàn)課。,三、如何學(xué)好該課程,課程相關(guān)介紹,參考書： 1、楊素行主編，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程教學(xué)指導(dǎo)書，高等教育出版社，2006年7月 2、閻石，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第五版，高等教育出版社，2006年5月,四、教材與參考書,教材： 1、楊素行主編，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡(jiǎn)明教程第三版，高等教育出版社，2006年5月,課程

3、相關(guān)介紹,成績(jī)主要由以下幾部分組成： （1）平時(shí)成績(jī) 包括：作業(yè) 課堂表現(xiàn)（點(diǎn)名+檢查課堂筆記） （2）實(shí)驗(yàn)成績(jī) 實(shí)驗(yàn)成績(jī)不及格將取消正?？荚囐Y格 。 （3）考試成績(jī),五、考核方式,關(guān)于我的聯(lián)系方式,1、郵箱：guosong_ 2、辦公地點(diǎn)：戊2-307,第一章 半導(dǎo)體器件,第一節(jié) 半導(dǎo)體的特性 第二節(jié) 半導(dǎo)體二極管 第三節(jié) 雙極型三極管 第四節(jié) 場(chǎng)效應(yīng)三極管,下頁(yè),總目錄,第一節(jié) 半導(dǎo)體的特性,本征半導(dǎo)體,雜質(zhì)半導(dǎo)體,下頁(yè),總目錄,1. 半導(dǎo)體(semiconductor),共價(jià)鍵Covalent bond,半導(dǎo)體的定義： 將導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的一大類物質(zhì)統(tǒng)稱為半導(dǎo)體。,一、本征半

4、導(dǎo)體(intrinsic semiconductors),在硅(或鍺)的晶體中, 原子在空間排列成規(guī)則的晶格。,下頁(yè),首頁(yè),上頁(yè),2. 本征半導(dǎo)體(intrinsic semiconductors),在本征半導(dǎo)體中，由于晶體中共價(jià)鍵的結(jié)合力很強(qiáng)， 在熱力學(xué)溫度零度（即T = 0K，）時(shí)， 價(jià)電子的能量不足以掙脫共價(jià)鍵的束縛， 晶體中不存在能夠?qū)щ姷妮d流子， 半導(dǎo)體不能導(dǎo)電，如同絕緣體一樣。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),本征半導(dǎo)體中的載流子,如果溫度升高， 少數(shù)價(jià)電子將掙脫共價(jià)鍵束縛成為自由電子。,在原來(lái)的共價(jià)鍵位置留下一個(gè)空位， 稱之為空穴。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),半導(dǎo)體中存在兩種載流子： 帶負(fù)電的自由電子

5、和帶正電的空穴。,在一定溫度下電子 - 空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。,兩種載流子濃度相等,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),1. N型（或電子型）半導(dǎo)體 (N-type semiconductor),二、 雜質(zhì)半導(dǎo)體,則原來(lái)晶格中的某些硅原子將被雜質(zhì)原子代替。 雜質(zhì)原子與周圍四個(gè)硅原子組成共價(jià)鍵時(shí)多余一個(gè)電子。 這個(gè)電子只受自身原子核吸引，在室溫下可成為自由電子。,在4價(jià)的硅或鍺中摻入少量的5價(jià)雜質(zhì)元素，,下頁(yè),上頁(yè),在本征半導(dǎo)體中摻入某種特定的雜質(zhì)，就成為雜質(zhì)半導(dǎo)體。,自由電子,首頁(yè),失去自由電子的雜質(zhì)原子固定在晶格上不能移動(dòng)， 并帶有正電荷，稱為正離子。,在這種雜質(zhì)半導(dǎo)體中， 電子的濃度大大高于空穴的

6、濃度。,因其主要依靠電子導(dǎo)電， 故稱為電子型半導(dǎo)體。,下頁(yè),上頁(yè),5價(jià)的雜質(zhì)原子可以提供電子，所以稱為施主原子。,首頁(yè),在硅或鍺晶體中摻入少量的3價(jià)雜質(zhì)元素，,空位,2. P型半導(dǎo)體(P-type semiconductor),當(dāng)它與周圍的硅原子組成共價(jià)鍵時(shí)， 將缺少一個(gè)價(jià)電子， 產(chǎn)生了一個(gè)空位。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),硅原子外層電子由于熱運(yùn)動(dòng)填補(bǔ)此空位時(shí)， 雜質(zhì)原子成為負(fù)離子， 硅原子的共價(jià)鍵中產(chǎn)生一個(gè)空穴。,在這種雜質(zhì)半導(dǎo)體中，空穴的濃度遠(yuǎn)高于自由電子的濃度。,空穴,在室溫下仍有電子-空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合。,多數(shù) 載流子,P型半導(dǎo)體主要依靠空穴導(dǎo)電，所以又稱為空穴型半導(dǎo)體。,下頁(yè),上頁(yè),3價(jià)的雜

7、質(zhì)原子產(chǎn)生多余的空穴，起著接受電子的作用，所以稱為受主原子。,少數(shù) 載流子,首頁(yè),在雜質(zhì)半導(dǎo)體中： 雜質(zhì)濃度不應(yīng)破壞半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)， 多數(shù)載流子的濃度主要取決于摻入雜質(zhì)的濃度； 而少數(shù)載流子的濃度主要取決于溫度。 雜質(zhì)半導(dǎo)體的優(yōu)點(diǎn)： 摻入不同性質(zhì)、不同濃度的雜質(zhì)， 并使P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體以不同方式組合， 可以制造出形形色色、品種繁多、 用途各異的半導(dǎo)體器件。,總結(jié),上頁(yè),首頁(yè),第二節(jié) 半導(dǎo)體二極管,PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?二極管的伏安特性,二極管的主要參數(shù),穩(wěn)壓管,總目錄,下頁(yè),1. PN結(jié)中載流子的運(yùn)動(dòng),空間電荷區(qū),內(nèi)電場(chǎng),UD,即PN結(jié)，又稱耗盡層。,最終擴(kuò)散(diffusion)運(yùn)動(dòng)

8、與漂移(drift)運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，PN結(jié)中總電流為零。,內(nèi)電場(chǎng)又稱阻擋層，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，卻有利于漂移運(yùn)動(dòng)。,硅約為（0.60.8）V鍺約為（0.20.3）V,一、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),正向電流,外電場(chǎng)削弱了內(nèi)電場(chǎng)，有利于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，不利于漂移運(yùn)動(dòng)。,空間電荷區(qū)變窄,2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦?加正向電壓,內(nèi)電場(chǎng),UD - U,外電場(chǎng),稱為正向接法或正向偏置（簡(jiǎn)稱正偏）forward bias,PN結(jié)處于正向?qū)?on)狀態(tài)，正向等效電阻較小。,空間電荷區(qū),擴(kuò)散電流大于漂移電流，在回路中形成正向電流I。,稱為反向接法或反向偏置（簡(jiǎn)稱反偏）,一定溫度下， E 超過(guò)某一值后 I 飽

9、和，稱為反向飽和電流 IS 。,反向電流非常小，PN結(jié)處于截止(cut-off)狀態(tài)。,加反向電壓,IS 對(duì)溫度十分敏感。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),二、二極管的伏安特性,二極管：在PN結(jié)上加上管殼和引線， 陽(yáng)極從P區(qū)引出，陰極從N區(qū)引出。,1. 二極管的類型 從材料分：硅二極管和鍺二極管。 從管子的結(jié)構(gòu)分：,點(diǎn)接觸型二極管，工作電流小，可在高頻下工作，適用于檢波和小功率的整流電路。 面接觸型二極管，工作電流大，只能在較低頻率下工作，可用于整流。 開關(guān)型二極管，在數(shù)字電路中作為開關(guān)管。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),正向特性,死區(qū)電壓,Is,UBR,反向特性,+,-,UD,I,2. 二極管的伏安特性,下頁(yè),上頁(yè),

10、首頁(yè),動(dòng)畫,當(dāng)正向電壓超過(guò)死區(qū)電壓后， 二極管導(dǎo)通, 電流與電壓關(guān)系近似指數(shù)關(guān)系。,硅二極管為0.7V左右 鍺二極管為0.2V左右,硅二極管為0.5V左右 鍺二極管為0.1V左右,死區(qū)電壓：,導(dǎo)通壓降：,正向特性,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),反偏時(shí)，反向電流值很小， 反向電阻很大， 反向電壓超過(guò)UBR則被擊穿。,IS,反向特性,UBR,結(jié)論：二極管具有單向?qū)щ娦?，正向?qū)ǎ聪蚪刂埂?二極管方程：,反向飽和電流,反向擊穿電壓,若|U| UT則 I - IS,式中： IS為反向飽和電流 UT 是溫度電壓當(dāng)量， 常溫下UT近似為26mV。,反向特性,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),三、二極管的主要參數(shù),最大整流電流 IF

11、 指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)， 允許通過(guò)管子的最大正向平均電流。 IF的數(shù)值是由二極管允許的溫升所限定。 最高反向工作電壓 UR 工作時(shí)加在二極管兩端的反向電壓不得超過(guò)此值， 否則二極管可能被擊穿。 為了留有余地，通常將擊穿電壓UBR的一半定為UR 。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),室溫條件下，在二極管兩端加上規(guī)定的反向電壓時(shí)， 流過(guò)管子的反向電流。 IR值愈小，說(shuō)明二極管的單向?qū)щ娦杂谩?IR受溫度的影響很大。 最高工作頻率 fM fM值主要決定于結(jié)結(jié)電容的大小。 結(jié)電容愈大，則二極管允許的最高工作頻率愈低。,下頁(yè),上頁(yè),反向電流 IR,首頁(yè),二極管除了具有單向?qū)щ娦砸酝猓?還具有一定的電容效應(yīng)。,原因：二極

12、管兩端的電壓變化， PN結(jié)中 存儲(chǔ)的電量也產(chǎn)生變化，如同電容器一樣。 這種電容效應(yīng)用PN結(jié)的結(jié)電容來(lái)表示。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),例1.2.1已知Ui = Umsin t ，畫出uo和uD的波形。設(shè)二極管的正向壓降和反向電流可以忽略。,Um,ui 0 時(shí)二極管導(dǎo)通， uo = ui uD = 0,ui 0 時(shí)二極管截止， uD = ui uo = 0,-Um,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),例1.2.2 二極管可用作開關(guān),正向偏置，相當(dāng)于開關(guān)閉合。,反向偏置，相當(dāng)于開關(guān)斷開。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),四、穩(wěn)壓管,穩(wěn)壓管實(shí)質(zhì)上也是一種二極管，但通常工作在反向擊穿區(qū)。 與二極管不同之處： 1.采用特殊工藝，擊穿狀態(tài)不致?lián)p

13、壞； 2.擊穿是可逆的。 特性曲線如下圖所示：,U,I,值很小,有穩(wěn)壓特性,陰極,陽(yáng)極,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),1. 穩(wěn)定電壓UZ，穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時(shí)的工作電壓。 2. 穩(wěn)定電流Iz ，穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的參考電流。 3. 動(dòng)態(tài)內(nèi)阻rz ，穩(wěn)壓管兩端電壓和電流的變化量之比。 rz= U / I rz 越小，穩(wěn)壓效果越好。 4. 電壓的溫度系數(shù)U，穩(wěn)壓管電流不變時(shí)， 環(huán)境溫度每變化1時(shí)所引起的穩(wěn)定電壓變化的百分比。 5. 額定功耗Pz ，最大穩(wěn)定電流流過(guò)穩(wěn)壓管時(shí)消耗的功率。,主要參數(shù)：,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),使用穩(wěn)壓管組成穩(wěn)壓電路時(shí)的注意事項(xiàng)：,穩(wěn)壓管必須工作在反向擊穿區(qū)， 穩(wěn)壓管應(yīng)與負(fù)載RL并聯(lián)，

14、必須限制流過(guò)穩(wěn)壓管的電流IZ ，通過(guò)接入一個(gè)限流電阻R來(lái)調(diào)節(jié)IZ的大小。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),例1.2.3 電路如圖所示，已知UImax= 15V， UImin= 10V IZmax= 50mA， IZmin= 5mA，RLmax= 1k，RLmin= 600 UZ= 6V, 對(duì)應(yīng)UZ= 0.3V。 求rZ ，選擇限流電阻R。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),解：,IZ =IR - Io,=,UI - UZ,R,-,UZ,RL,IZmax ,UImax - UZ,R,-,UZ,RLmax,IZmin ,UImin - UZ,R,-,UZ,RLmin,rZ =,IZ,UZ,= 6.7,IZ = IZmax -

15、IZmin = 45mA,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),U,U,U,U,例1.2.4 有兩個(gè)穩(wěn)壓管 VD1 和 VD2 ，它們的穩(wěn)壓值為UZ1 = 6V，UZ2 = 8V，正向?qū)▔航稻鶠?UD = 0.6 V，將它們串聯(lián)可得到幾種穩(wěn)壓值。,U=UD+UD = 1.2V,U=UZ1+UD = 6.6V,U =UZ1+UZ2 = 14V,U=UD+UZ2 = 8.6V,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),第三節(jié) 雙極型結(jié)三極管,三極管的結(jié)構(gòu),三極管中載流子的運(yùn)動(dòng)和電流分配關(guān)系,三極管的特性曲線,三極管的主要參數(shù),總目錄,下頁(yè),半導(dǎo)體三極管 晶體管 (transistor) 雙極型三極管或簡(jiǎn)稱三極管,制作材料：,分類 ：,它們

16、通常是組成各種電子電路的核心器件。,雙極結(jié)型三極管 BJT, 又稱為 ：,硅或鍺,NPN型 PNP型,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),一、 三極管的結(jié)構(gòu),三個(gè)區(qū),NPN型三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào),N P N,實(shí)現(xiàn)放大的外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電極反向偏置。,實(shí)現(xiàn)放大的 內(nèi)部條件,一、 三極管的結(jié)構(gòu),PNP型三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào),下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),發(fā)射極電流,二、三極管中載流子的運(yùn)動(dòng)和電流分配關(guān)系,發(fā)射: 發(fā)射區(qū)大量電子向基區(qū)發(fā)射。,2. 復(fù)合和擴(kuò)散： 電子在基區(qū)中復(fù)合擴(kuò)散。,3. 收集： 將擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子收集到集電極。,同時(shí)形成反向飽和電流ICBO 。,IE,IC,IB,ICN,IEN,IBN,ICBO,集電極

17、電流,基極電流,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),動(dòng)畫,（以NPN型三極管為例進(jìn)行討論。）,IC = ICN + ICBO IE = ICN + IBN,當(dāng)ICBO IC時(shí)，可得,IEN = ICN + IBN,IE = IEN,IE = IC + IB,下頁(yè),上頁(yè),將 代入IC = ICN + ICBO 得,首頁(yè),將IE = IC + IB,可得,當(dāng)ICEO IC時(shí)，可得,ICEO =（ 1+ ）ICBO,IE = IC + IB,IC IB,IE =（ 1+ ）IB,ICEO稱為穿透電流。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),三、三極管的特性曲線,1. 輸入特性,UCE=0V,UCE=2V,當(dāng)UCE大于某一數(shù)值后，各條輸入

18、特性十分密集， 通常用UCE 1時(shí)(如UCE =2)的一條輸入特性來(lái)代表。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),2. 輸出特性,IC=f(UCE),IB=常數(shù),飽和區(qū),放 大 區(qū),截止區(qū)： IB 0的區(qū)域，IC 0 ， 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都反偏。,2. 放大區(qū)： 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏 =iC /iB,3. 飽和區(qū)： 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都正偏，UCE較小，IC 基本不隨IB 而變化。 當(dāng)UCE = UBE 時(shí)，為臨界飽和；當(dāng)UCE UBE 時(shí)達(dá)到飽和。,截止區(qū),下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),動(dòng)畫,發(fā)射結(jié)反向偏置, 集電結(jié)反向偏置, 三極管工作在截止區(qū), 可調(diào)換 EB 極性。,發(fā)射結(jié)反向偏置, 三極管工作在截止區(qū), 可調(diào)換 EC 極

19、性, 或?qū)T更換為PNP型。,兩PN結(jié)均正偏三極管工作在飽和區(qū)。,例1.3.1 判斷圖示各電路中三極管的工作狀態(tài)。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),EB = IB Rb + UBE,IB,IC,IB = 46.5 A, IB = 2.3 mA,假設(shè)三極管飽和， UCES = 0.3 V,則,ICS =,EC - UCES,Rc,= 4.85 mA, IB ICS,假設(shè)不成立， 三極管工作在放大區(qū)。,或者,IC = IB = 2.3 mA,UCE = EC - IC Rc = 5.4 V,發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏， 三極管工作在放大區(qū)。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),EB = IB Rb + UBE,IB,IC,IB =

20、 465 A, IB = 23 mA,假設(shè)三極管飽和， UCES = 0.3 V,則,ICS =,EC - UCES,Rc,= 4.85 mA, IB ICS,假設(shè)成立， 三極管工作在飽和區(qū)。,或者,IC = IB = 23 mA,UCE = EC - IC Rc = -36 V,發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)正偏， 三極管工作在飽和區(qū)。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),四、 三極管的主要參數(shù),共基電流放大系數(shù),1. 電流放大系數(shù),共射電流放大系數(shù), 和 滿足,或,2. 反向飽和電流,集電極和基極之間的反向飽和電流 ICBO,集電極和發(fā)射極之間的穿透電流 ICEO,兩者滿足,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),說(shuō)明：這兩個(gè)反向飽和電流越小

21、，表明三極管的質(zhì)量越好。,3. 極限參數(shù),a. 集電極最大允許電流 ICM,三極管的安全工作區(qū),過(guò)流區(qū),集射反向擊穿電壓U(BR)CEO,集基反向擊穿電壓U(BR)CBO,ICUCE=PCM,過(guò)壓區(qū),安 全 工作區(qū),ICM,U(BR)CEO,c. 極間反向擊穿電壓,b. 集電極最大允許耗散功率 PCM,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),五、 PNP型三極管,PNP型三極管的放大原理與NPN型基本相同， 但外加電源的極性相反。,NPN型三極管,PNP型三極管,練習(xí)題,在某放大電路中測(cè)得三極管三個(gè)極的靜態(tài)電位分別為0V、10V和9.3V，試判斷 （1）該管為 NPN管，還是PNP管？ （2）該管為 硅管，還是鍺管

22、？,答案：（1）NPN管 （2）硅管,練習(xí)題-續(xù),某放大電路中BJT的三個(gè)電極A、B、C的電流如圖，用萬(wàn)用表直流電流檔測(cè)得IA-2mA，IB-0.04mA，IC+2.04mA， （1）試分析A、B、C中哪個(gè)是基極b、發(fā)射級(jí)e、集電極c。 （2）說(shuō)明此管是NPN管還是PNP管。,答案：（1）B是基極b，C是發(fā)射極e，A是集電極c； （2） NPN管,練習(xí)題-續(xù),測(cè)得某放大電路中BJT的三個(gè)電極A、B、C的對(duì)地電位分別為VA-9V，VB-6V，VC-6.2V， （1）試分析A、B、C中哪個(gè)是基極b、發(fā)射級(jí)e、集電極c。 （2）該管為 NPN管，還是PNP管？ （3）該管為 硅管，還是鍺管？,答案：

23、（1）C是基極b，B是發(fā)射極e，A是集電極c； （2） PNP管 （3） 鍺管,第四節(jié) 場(chǎng)效應(yīng)三極管,結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管,場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù),下頁(yè),總目錄,場(chǎng)效應(yīng)三極管(Field Effect Transistor , FET)中參與導(dǎo)電的只有一種極性的載流子（多數(shù)載流子），故稱為單極型三極管。這種管子是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流大小的。場(chǎng)效應(yīng)三極管簡(jiǎn)稱為場(chǎng)效應(yīng)管。,分類：,結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 (JFET),絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（MOS場(chǎng)效應(yīng)管、MOSFET）,增強(qiáng)型,耗盡型,N溝道,P溝道,N溝道,N溝道,P溝道,P溝道,一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,1. 結(jié)構(gòu),N型溝道,N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和符號(hào),柵

24、極,漏極,源極,2. 工作原理,UGS = 0,UGS 0,UGS = UGS(off), 當(dāng)UDS = 0 時(shí)， UGS 對(duì)耗盡層和導(dǎo)電溝道的影響。,ID=0,ID=0,耗盡層變寬，導(dǎo)電溝道變窄,耗盡層合攏在一起，導(dǎo)電溝道被夾斷,ID,IS,ID,IS,UDS0，產(chǎn)生漏極電流ID,UDS 增大，但UDG | UGS(off)|, 當(dāng)UGS(off) UGS 0 時(shí)，UDS 對(duì)耗盡層和 ID 的影響。,耗盡層出現(xiàn)不等寬,ID 增大，耗盡層不等寬情況加劇。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),UDS 增大，當(dāng)UDG= |UGS(off)|時(shí)，耗盡層開始合攏， 導(dǎo)電溝道預(yù)夾斷。,達(dá)到預(yù)夾斷后，繼續(xù)增大UDS ，夾斷

25、部分將延長(zhǎng)， ID 不再隨UDS 的增大而增大，達(dá)到基本恒定。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),ID,IS,ID,IS,UGS=0，耗盡層較窄，溝道較寬，ID 較大。,UGS 0，耗盡層變寬,(3) 當(dāng)UDS 0 時(shí)， UGS 對(duì)耗盡層和 ID 的影響。,耗盡層出現(xiàn)不等寬。,溝道變窄， ID 減小。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),當(dāng)UGS UGS(off)時(shí)， ID 0， 導(dǎo)電溝道夾斷。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),截止區(qū)： UGS UGS(off) ，導(dǎo)電溝道被夾斷，不能導(dǎo)電。,（1）輸出特性,ID=f（UDS）|UGS=常數(shù),預(yù)夾斷軌跡,恒流區(qū),擊穿區(qū),|UGS(off)|,IDSS,|UGS-UDS|= |UGS(off)

26、|,可變電阻區(qū)： ID 與UDS 基本上線性關(guān)系， 但不同的UGS 其斜率不同。,恒流區(qū)：又稱飽和區(qū)， ID 幾乎不隨UDS 變化， ID 的值受UGS 控制。,N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性,擊穿區(qū)：反向偏置的PN結(jié)被擊穿， ID 電流突然增大。,截止區(qū),3. 特性曲線,（2）轉(zhuǎn)移特性,ID = f（UGS）|UDS=常數(shù),溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性,IDSS,UGS(off),飽和漏極電流,柵源間加反向電壓 UGS 0 柵極基本不取電流，輸入電阻很高。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),二、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管,1. N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管,. 結(jié)構(gòu),P型襯底,B,鋁,P襯底雜質(zhì)濃度較低， 引出電極用B表示。,

27、N+兩個(gè)區(qū)雜質(zhì)濃度很高， 分別引出源極和漏極。,柵極與其它電極是絕緣的，通常襯底與源極在管子內(nèi)部連接在一起。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),在源極和漏極的二氧化硅上面引出柵極。,. 工作原理,當(dāng)UGS 增大到一定值時(shí)， 形成一個(gè)N型導(dǎo)電溝道。,N型溝道,導(dǎo)電溝道的形成,假設(shè)UDS = 0 ，同時(shí)UGS 0,靠近二氧化硅的一側(cè)產(chǎn)生耗盡層， 若增大UGS ，則耗盡層變寬。,又稱之為反型層。,導(dǎo)電溝道隨UGS 增大而增寬。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),開啟電壓：用UGS(th)表示。,UDS對(duì)導(dǎo)電溝道、ID的影響,UGS為某一個(gè)大于UGS(th)的固定值，在漏極和源極之間加正電壓，且UDS UGS(th) 則有電流ID

28、產(chǎn)生，,ID,當(dāng)UDS 增大到UDS =UGS - UGS(th) 即UGD = UGS - UDS = UGS(th) 時(shí)， 溝道被預(yù)夾斷。,使導(dǎo)電溝道出現(xiàn)不等寬。,當(dāng)UDS 增大時(shí)，ID隨之增大，導(dǎo)電溝道不等寬情況加劇。,繼續(xù)增大UDS ，溝道夾斷區(qū)延長(zhǎng)， ID 基本不變，到達(dá)飽和 。,. 特性曲線,IDO,UGS(th),2UGS(th),預(yù)夾斷軌跡,恒流區(qū),當(dāng)UGS UGS(th)時(shí)。,轉(zhuǎn)移特性曲線可近似用以下公式表示：,2. N溝道耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管,預(yù)先在二氧化硅中摻入大量的正離子， 使UGS = 0 時(shí)，也能產(chǎn)生N型導(dǎo)電溝道。 當(dāng)uDS0時(shí)，有一個(gè)較大的漏極電流ID。 當(dāng)UGS

29、 0 時(shí)，溝道變寬，ID 增大。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),耗盡型： UGS = 0 時(shí)有導(dǎo)電溝道。 增強(qiáng)型： UGS = 0 時(shí)無(wú)導(dǎo)電溝道。,特性曲線,IDSS,UGS(off),預(yù)夾斷軌跡,恒流區(qū),IDSS,3. 場(chǎng)效應(yīng)管工作原理總結(jié),（1）P溝道MOS場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理與N溝道的類似；符號(hào)也與N溝道的類似，但B上箭頭的方向相反。 （2）說(shuō)明：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）與絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（ MOSFET ）的工作原理是不同的。 JFET是利用PN結(jié)反向電壓對(duì)耗盡層厚度的控制，來(lái)改變導(dǎo)電溝道的寬窄，從而控制漏極電流的大小。 而MOSFET則是利用柵源電壓來(lái)控制半導(dǎo)體表面感應(yīng)電荷的多少，以改變由這些感應(yīng)電

30、荷形成的導(dǎo)電溝道的狀況，從而控制漏極電流的大小。 （3）各種場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)與特性曲線見(jiàn)教材P28頁(yè)表1-1。要求能夠根據(jù)符號(hào)和特性曲線的特點(diǎn)判斷出場(chǎng)效應(yīng)管的類型。,例1.4.1,已知某FET的輸出特性如圖所示，試判別它的類型（ P溝道或N溝道，增強(qiáng)型或耗盡型，結(jié)型(JFET)或絕緣柵型(MOSFET) ）。,答案：（1）N溝道耗盡型MOSFET,例1.4.2,下圖所示的FET的轉(zhuǎn)移特性，請(qǐng)分別說(shuō)明各屬于何種類型（ P溝道或N溝道，增強(qiáng)型或耗盡型，結(jié)型(JFET)或絕緣柵型(MOSFET) ） 。如果是增強(qiáng)型，說(shuō)明它的開啟電壓UGS(th) (VT)？如果是耗盡型，說(shuō)明它的夾斷電壓UGS(off

31、) (VP)？（圖中iD的假定正向?yàn)榱鬟M(jìn)漏極）。,答案：P溝道增強(qiáng)型MOSFET，其UGS(th) (VT)-4V。,UGS(th),三、 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù),1. 直流參數(shù),. 飽和漏極電流 IDSS 是耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的一個(gè)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大于夾斷電壓時(shí)對(duì)應(yīng)的漏極電流。,. 夾斷電壓 UGS(off) 是耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管的一個(gè)重要參數(shù)。 其定義是當(dāng)uDS一定時(shí)， 使iD減小到某一個(gè)微小電流時(shí)所需的uGS值。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),. 開啟電壓 UGS(th) UGS(th)是增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管的一個(gè)重要參數(shù)。 其定義是當(dāng)uDS一定時(shí)， 使漏極電流達(dá)到某一數(shù)值時(shí)所需加的uGS值。,. 直流輸入電阻 RGS 柵源之間所加電壓與產(chǎn)生的柵極電流之比。 由于柵極基本不取電流，因此其輸入電阻很高。 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的RGS一般在107以上， 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的RGS更高，一般大于109。,下頁(yè),上頁(yè),首頁(yè),2. 交流參