電子電路基礎(chǔ)：第1章 半導(dǎo)體器件概述

1、電子電路基礎(chǔ)前 言1. 本課程的性質(zhì) 是一門(mén)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)ΤＳ秒娮与娐愤M(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)，為電子電路應(yīng)用打下扎實(shí)基礎(chǔ)。5. 學(xué)習(xí)方法 重點(diǎn)掌握基本概念、基本電路、基本方法。前 言6. 成績(jī)?cè)u(píng)定 平時(shí)： 10 %(作業(yè)、點(diǎn)名和當(dāng)堂作業(yè)） 考試： 90 %7. 參考書(shū)1、劉京南，電子電路基礎(chǔ)，電子工業(yè)出版社2、堵國(guó)樑，電子電路學(xué)習(xí)指導(dǎo)，東南大學(xué)出版社 3、康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)（ 模擬部分）

2、, 高教出版社, 第四版 4、童詩(shī)白，模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)，高教出版社， 第二版第一章 半導(dǎo)體器件概述 1.1 PN結(jié)及二極管 1.4 場(chǎng)集成運(yùn)算放大器 1.2 半導(dǎo)體三極管 1.3 半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管 1.1 PN結(jié)及二極管1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié) 1.1.4 特殊二極管1.1.2 二極管的基本特性1.1.3 二極管的電路模型及主要參數(shù)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，如橡膠、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。 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)半導(dǎo)體的導(dǎo)

3、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。 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)一、本征半導(dǎo)體 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)（一）本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體?，F(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)，原子結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化模型如下：+4原子核和內(nèi)層電子價(jià)電子（最外層的電子）硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共用電子對(duì)+4+4+4+4+4表示除去價(jià)電子后的原子 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱

4、為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。 共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)（二）本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在絕對(duì)0度（T=0K）和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí),價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒(méi)有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為 0，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴。1.載流子、自由電子和空穴 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子 1.1

5、.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。+4+4+4+4 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)溫度越高，載流子的濃度越高，因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)。溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1. 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流。 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)二、雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)

6、，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體中的某種載流子濃度大大增加。P 型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體。N 型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體。 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)（一）、N 型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷，晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子。 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)+4+4+5+4多余電子磷原子 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié) 磷原子成為不能移動(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原子給出一個(gè)電子，稱為施主原子。N型半導(dǎo)

7、體+(1-18) 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)N 型半導(dǎo)體中的載流子是什么？1.由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。2. 本征半導(dǎo)體中成對(duì)產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)吸引一個(gè)束縛電子來(lái)填補(bǔ)（二）P 型半導(dǎo)體+4+4+3+4空穴硼原子+4+4+3+4P 型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子

8、形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子來(lái)填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子。P型半導(dǎo)體（一） PN 結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P 型半導(dǎo)體和N 型半導(dǎo)體，在它們的交界面形成一個(gè)具有特殊性質(zhì)的薄層，稱之PN 結(jié)。 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)三、PN結(jié)P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體+濃度差引起多子的擴(kuò)散PN 結(jié)形成之一：多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)(1-22) 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)PN 結(jié)形成之二：擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生耗盡層和內(nèi)電場(chǎng)P型半導(dǎo)體N 型半導(dǎo)體+內(nèi)電場(chǎng)E耗盡層空間電荷區(qū)電位VV0 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)+P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體+內(nèi)電場(chǎng)E耗盡

9、層空間電荷區(qū)PN 結(jié)形成之三：內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)了少子的漂移運(yùn)動(dòng)少子的飄移運(yùn)動(dòng)(1-24) 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)PN 結(jié)形成之四：漂移和擴(kuò)散達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)+內(nèi)電場(chǎng)E耗盡層空間電荷區(qū)擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。空間電荷區(qū)越寬，內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。(1-25) 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒(méi)有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。（二）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN 結(jié)加上正向電壓、正向偏置的意思都是： P 區(qū)加正、N 區(qū)加負(fù)電壓。 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)變薄R

10、E+PN+_內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成較大的擴(kuò)散電流。 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)變厚 PN 結(jié)加上反向電壓、反向偏置的意思都是： P區(qū)加負(fù)、N 區(qū)加正電壓。外電場(chǎng)RE+_+PN+內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié) 當(dāng)PN結(jié)正偏時(shí)，形成較大電流，PN結(jié)處于正向?qū)顟B(tài)；當(dāng)PN結(jié)反偏時(shí)，只有非常小的反向飽和電流，PN結(jié)處于反向截止?fàn)顟B(tài)。PN結(jié)V- I 特性表達(dá)式：其中：IS 反向飽和電流VT 溫度的電壓當(dāng)量常溫下（T=300K）PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕篕 玻耳茲曼常數(shù)=8.6310-5eV/K=1.381

11、0-23J/Kq 電子電量=1.610-19C(庫(kù)侖) 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)vD/ViD/mAUDRISUTH 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)（三）PN結(jié)的擊穿齊納擊穿：雪崩擊穿：A.摻雜濃度高B.耗盡層寬度較窄C.較小的反向電壓，很強(qiáng)電場(chǎng)D.直接破壞共價(jià)鍵，拉出電子，產(chǎn)生電子-空穴對(duì)A.摻雜濃度不高B.耗盡層寬度較寬C.較大的反向電壓，很強(qiáng)電場(chǎng)D.漂移運(yùn)動(dòng)的少子被加速，將共價(jià)鍵中的價(jià)電子碰撞出來(lái),形成電子-空穴對(duì),以此循環(huán) 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)電擊穿：熱擊穿：A.采取限流措施，電流不會(huì)過(guò)大B.控制PN結(jié)溫度，不會(huì)過(guò)熱C.PN結(jié)不會(huì)損壞D.取消反向擊穿電壓后,恢復(fù)正常A.反向電流過(guò)大B

12、. PN結(jié)溫度快速升高C.PN結(jié)損壞D.取消反向擊穿電壓后,不能恢復(fù) 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)（四）PN結(jié)電容勢(shì)壘電容CB：耗盡層中的電荷量隨外加電壓的變化而變化形成的電容效應(yīng)。電容CB的特點(diǎn)：B. CB為非線性電容，反偏電壓越高， CB 越?。徽妷涸礁? CB 越大。A.外加電壓的變化頻率高,電容效 應(yīng)明顯。 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)擴(kuò)散電容CD：電容CD的特點(diǎn)：B. CD為非線性電容，反偏時(shí)， CD很小，可忽略；正偏電壓越高, CD 越大。A.外加電壓的變化頻率高,電容效 應(yīng)明顯。外加正向偏壓的變化引起PN結(jié)兩側(cè)區(qū)域內(nèi)積累電荷量的變化，形成的電容效應(yīng)。 1.1.1 半導(dǎo)體及PN結(jié)P

13、N結(jié)電容的高頻等效：Cjrj其中：rj PN結(jié)電阻Cj PN結(jié)電容=CB+CD正偏時(shí)：rj較小，cj較大（主要是CD）反偏時(shí)：rj較大，cj較小（主要是CB）一、基本結(jié)構(gòu)PN 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。引線外殼線觸絲線基片點(diǎn)接觸型PN結(jié)面接觸型PN二極管的電路符號(hào)：1.1.2 二極管的基本特性 二、伏安特性UI1.1.2 二極管的基本特性死區(qū)電壓 硅管0.5V,鍺管0.1V。UTH正向特性反向特性導(dǎo)通壓降: 硅管0.60.8V,鍺管0.20.3V。UONUBR反向擊穿電壓IS反向飽和電流：硅管0.1uA以下，鍺管幾十微安。 三、二極管的開(kāi)關(guān)特性1.1.2 二極管的基本特性二極管在正

14、向?qū)ㄅc反向截止兩中狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換過(guò)程。（一） 反向恢復(fù)過(guò)程RLuiuD+-iUFtui-URt10tre=ts+tt反向恢復(fù)時(shí)間IFtit10tt0.1IRtt渡越時(shí)間ts存儲(chǔ)時(shí)間-IRts1.1.2 二極管的基本特性（二） 反向恢復(fù)過(guò)程形成的原因 由于擴(kuò)散電容效應(yīng),PN結(jié)加正向電壓時(shí)（擴(kuò)散電流），注入P區(qū)的少子（電子）在P區(qū)有濃度差，越靠近PN結(jié)濃度越大，即在P 區(qū)有電子的積累。同理，在N區(qū)有空穴的積累。正向電流大，積累的電荷多。 當(dāng)PN結(jié)由正偏突變?yōu)榉雌珪r(shí)，兩側(cè)的少子的積累并不馬上消失，在反向電場(chǎng)的作用下，一方面與多子復(fù)合，另一方面將漂移到原來(lái)的區(qū)域，即N區(qū)的空穴漂移到P區(qū)，而P區(qū)的電子

15、被拉到N區(qū)。 此時(shí)PN結(jié)電阻很小，與RL相比可忽略，因而有較大的反向電流IR。（三） 二極管的開(kāi)通時(shí)間二極管從反向截止轉(zhuǎn)為正向?qū)ǖ臅r(shí)間，很小可忽略。UiD0(a)伏安特性UiD0(a)伏安特性一、電路模型1.1.3 二極管的電路模型及主要參數(shù)（一） 理想模型（二） 直流恒壓模型UD(ON)(b)代表符號(hào)+-(b)代表符號(hào)+-UiD0(a)伏安特性1.1.3 二極管的電路模型及主要參數(shù)（三） 小信號(hào)模型IDQUDQQIU(b)代表符號(hào)rd uD+- iD微變電阻由二極管伏安特性表達(dá)式可得：即：在室溫下有：二、二極管的主要參數(shù)1.最大整流電流IF 二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電

16、流。2.最高反向工作電壓UR 二極管在使用時(shí)所允許外加的最大反向電壓。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓UR一般是擊穿電壓UBR的一半。1.1.3 二極管的電路模型及主要參數(shù)3. 反向電流 IR 二極管在室溫下加規(guī)定的反向工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流越小越好，表明管子的單向?qū)щ娦栽胶?。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流比硅管大幾十到幾百倍。1.1.3 二極管的電路模型及主要參數(shù)4.最高工作頻率fM 不破壞二極管單向?qū)щ娦缘那疤嵯碌耐饧有盘?hào)的最高工作頻率。其取決于PN結(jié)電容。5.極間電容Cj 指二極管的結(jié)電容，即為勢(shì)壘電容與擴(kuò)散電容之和。直接決定fM 的大

17、小。二極管：死區(qū)電壓=0 .5V，正向壓降0.7V(硅二極管) 理想二極管：死區(qū)電壓=0 ，正向壓降=0 RLuiuouiuott二極管的應(yīng)用舉例：二極管半波整流1.1.3 二極管的電路模型及主要參數(shù)一、穩(wěn)壓二極管UIIZIZmaxUZIZ穩(wěn)壓誤差曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。UZ動(dòng)態(tài)電阻：rz越小，穩(wěn)壓性能越好。1.1.4 特殊二極管+-電路符號(hào)（4）穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。（5）最大允許功耗穩(wěn)壓二極管的參數(shù):（1）穩(wěn)定電壓 UZ（2）電壓溫度系數(shù)U（%/） 穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。（3）動(dòng)態(tài)電阻1.1.4 特殊二極管(1-46)二、變?nèi)荻O管1.1.4 特殊二

18、極管ka電路符號(hào)二極管的結(jié)電容Cj不為常數(shù)而與外加的電壓有關(guān)。在加反向電壓下，其容值隨電壓值的增大而減小，這種效應(yīng)顯著的二極管就稱為變?nèi)荻O管。(1-47)三、光電二極管1.1.4 特殊二極管ka電路符號(hào)反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。IU照度增加特性曲線k等效電路iPuPa+-(1-48)4、發(fā)光二極管1.1.4 特殊二極管ka電路符號(hào) 在外加正向電壓時(shí)，電子與空穴直接復(fù)合釋放能量，從而發(fā)光。其光譜較窄，由半導(dǎo)體材料決定，用由砷化稼及磷化稼等化合物制成。負(fù)載電阻 。要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生20%波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變。穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例uoiZDZRiLiuiRL穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):解：

19、令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流為Izmax 。求：電阻R和輸入電壓 ui 的正常值。方程11.1.4 特殊二極管令輸入電壓降到下限時(shí)，流過(guò)穩(wěn)壓管的電流為Izmin 。方程2uoiZDZRiLiuiRL聯(lián)立方程1、2，可解得：1.1.4 特殊二極管(1-51) 1.2 半導(dǎo)體三極管1.2.1 三極管的基本工作原理1.2.3 三極管的主要參數(shù)及電路模型1.2.2 三極管的基本特性一、基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PNP集電極基極發(fā)射極BCEPNP型1.2.1 三極管的基本工作原理(1-53)BECNPN型三極管BECPNP型三極管三極管符號(hào)NPNCBEPNPCBE1.2.1

20、三極管的基本工作原理BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高1.2.1 三極管的基本工作原理BECNNP基極發(fā)射極集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)1.2.1 三極管的基本工作原理(1-56)二、三極管內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程1.2.1 三極管的基本工作原理VBERBCBENNPVCERCIBN進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBN ，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略（基區(qū)雜質(zhì)濃度低）。ICBO集電結(jié)反偏，有少子漂移形成的反向電流ICBO。ICN從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICN。IE發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電

21、子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。(1-57)1.2.1 三極管的基本工作原理BECNNPVBERBVCERCIBNICNICBOIB=IBN-ICBOIC=ICN+ICBOIEIBICICN=IE-IBN 三極管工作時(shí)，內(nèi)部?jī)煞N載流子均參與導(dǎo)電，故又稱為雙極型三極管。三、電流分配關(guān)系1.2.1 三極管的基本工作原理IB=IBN-ICBOIC=ICN+ICBOIE=ICN+IBN引入=ICN/IE，稱為共基極直流電流放大倍數(shù)。由于ICBO很小，故通常IC/IE。令： 為共射極直流放大系數(shù) IB=(1-)IE-ICBOIC=IE+ICBO為穿透電流 (1-59) 此即為三極管中流過(guò)的直流電流

22、之間的近似分配關(guān)系1.2.1 三極管的基本工作原理則：當(dāng)ICEOIC，忽略ICEO則有：(1-60) 在分析信號(hào)放大作用時(shí)，通常需知道三個(gè)電極中的電流微小變化量之間的關(guān)系。1.2.1 三極管的基本工作原理 故引入三個(gè)電極的電流微小變化量IB、 IC和IE。 并引入= IC /IB 為共射交流電流放大系數(shù)； = IC /IE為共基交流電流放大系數(shù)。則、有： ， ，與，的物理意義不同，但通常由于其兩兩的數(shù)值相差不大，故在后面的數(shù)值計(jì)算和電路分析時(shí)，不再進(jìn)行區(qū)分。(1-61)四、放大作用1.2.1 三極管的基本工作原理設(shè): =50， Ui =12mV， 引起IB =20uA。則: IC = . IB

23、 =1(mA) UO=-IC .RL=-1(V) 電壓放大倍數(shù)：iB=IB+IBVCCUiVBBCBERLUBE+-UO+-iC=IC+ICiE=IE+IE1K(1-62)1.2.2 三極管的基本特性mAECICAVVUCEUBERBIB 實(shí)驗(yàn)線路 由于半導(dǎo)體三極管為非線性器件，其特性常用伏安特性曲線來(lái)描述。UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降： 硅管UBE0.60.7V,鍺管UBE0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.2V。一、輸入特性曲線1.2.2 三極管的基本特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=0

24、20A40A60A80A100A此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。當(dāng)UCE大于一定的數(shù)值時(shí)，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。1.2.2 三極管的基本特性二、輸出特性曲線IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IBIC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。1.2.2 三極管的基本特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE0.3V (3) 截止區(qū)： UBE 死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0 1.2.2 三極管的

25、基本特性(1-68)1.2.2 三極管的基本特性三、三極管的開(kāi)關(guān)特性 當(dāng)輸入 uI 為低電平，使 uBE Uth（死區(qū)電壓）時(shí)，三極管截止。 iB 0，iC 0，C、E 間相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。三極管關(guān)斷的條件和等效電路IC(sat)AOiCMNT負(fù)載線臨界飽和線 飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)uBE ton 開(kāi)關(guān)時(shí)間主要由于電荷存儲(chǔ)效應(yīng)引起，要提高開(kāi)關(guān)速度，必須降低三極管飽和深度，加速基區(qū)存儲(chǔ)電荷的消散。例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個(gè)區(qū)？當(dāng)USB =-2V時(shí)：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB

26、=0 ， IC=0IC最大飽和電流：Q位于截止區(qū) 1.2.2 三極管的基本特性例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個(gè)區(qū)？ICUGSUGS(off)，且UDS0,UDG UGS(off) 時(shí)NGSDUDSIDUGSNNP+P+越靠近漏端，PN結(jié)反壓越大1.3.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管由于UDGUGSUGS(off)，且UDS0,UDG=UGS(off) 時(shí)NGSDUDSIDUGSNNP+P+漏端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。NGSDUDSIDUGSNNP+P+UDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。0UGSUGS(off)，

27、且UDS0,UDGUGS(off) 時(shí)預(yù)夾斷以后，隨著UDS增大，雖然夾斷區(qū)變長(zhǎng)，但夾斷區(qū)場(chǎng)強(qiáng)也增大，所以電流ID基本不隨UDS的增加而增加，呈恒流特性。1.3.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1.3.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管三、特性曲線 (N溝道為例)輸出特性曲線UGS=0ViDu DS0-1V-3V-4V-5V-2VIDSSUGS(off)恒流區(qū)可變電阻區(qū)擊穿區(qū)預(yù)夾斷軌跡1.3.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線uGS0iDIDSSUGS(off)飽和漏極電流夾斷電壓 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的缺點(diǎn)：1. 柵源極間的電阻雖然可達(dá)107以上，但在某些場(chǎng)合仍嫌不夠高。3. 柵源極間的PN結(jié)加正向電壓時(shí)，將出現(xiàn)較大的柵極電流。絕緣柵場(chǎng)效

28、應(yīng)管可以很好地解決這些問(wèn)題。2. 在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會(huì)顯著下降。1.3.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管一、結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)N溝道增強(qiáng)型1.3.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管PN+GSDP型基底兩個(gè)N+區(qū)SiO2絕緣層金屬鋁N+GSDBMOS:金屬-氧化物-半導(dǎo)體N 溝道耗盡型1.3.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管GSDBPGSD予埋了導(dǎo)電溝道 N+N+P 溝道增強(qiáng)型1.3.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管GSDBNP+GSDP+P 溝道耗盡型NP+GSD予埋了導(dǎo)電溝道 1.3.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管P+GSDB二、MOS管的工作原理以N 溝道增強(qiáng)型為例1.3.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管UGS=0時(shí)D-S 間相當(dāng)于兩個(gè)反接的PN結(jié),

29、 ID=0UDSPGSDUGSID=0N+N+PGSDUDSUGSN+N+UGS0，UDS=0時(shí)UGS足夠大時(shí)(UGS UGS(th) )感應(yīng)出足夠多電子，這里出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主的N型導(dǎo)電溝道。感應(yīng)出電子UGS(th)稱為開(kāi)啟電壓1.3.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來(lái)，UGS越大此電阻越小。1.3.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管UGSUGS(th), UDS0且UGDUGS(th)時(shí)PNNGSDUDSUGS由于iD 沿溝道產(chǎn)生壓降使溝道各點(diǎn)與G之間的電壓不等，靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄。iD(1-108)1.3.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管UGSUGS(th), UDS0且UGD=UGS(th)時(shí)

30、PNNGSDUDSUGS當(dāng)UDS增大到使UGD=UGS(th)時(shí)，出現(xiàn)預(yù)夾斷。(1-109)1.3.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管UGSUGS(th)，UDS0且UGDUGS(th)時(shí)PNNGSDUDSUGS當(dāng)UDS增大到使UGD01.3.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管輸出特性曲線iDu DS0恒流區(qū)可變電阻區(qū)擊穿區(qū)預(yù)夾斷軌跡三、增強(qiáng)型N溝道MOS管的特性曲線(1-111)1.3.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSUGS(th)IDO2UGS(th)四、耗盡型N溝道MOS管的特性曲線耗盡型的MOS管UGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSUGS(off)1.3.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管

31、IDSS輸出特性曲線UGS=0UGS01.3.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管iDu DS0恒流區(qū)可變電阻區(qū)擊穿區(qū)預(yù)夾斷軌跡(1-114)1.3.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)及電路模型一、主要參數(shù)1.直流參數(shù) 夾斷電壓UGS(off) ：耗盡型管子的參數(shù)，UDS一定時(shí)，漏極電流約為零時(shí)的UGS值 。開(kāi)啟電壓UGS(th)：增強(qiáng)型管子的參數(shù)，UDS一定時(shí)，漏極電流略大于零時(shí)的UGS值 。飽和漏極電流IDSS：耗盡型管子的參數(shù)， UGS=0，UDS大于UGS(off)時(shí)，對(duì)應(yīng)的漏極電流。直流輸入電阻RGS：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，反偏時(shí)RGS大于107；而絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管，RGS大于109。(1-115)1.3.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主

32、要參數(shù)及電路模型 低頻跨導(dǎo)gm： 低頻跨導(dǎo)反映了uGS對(duì)iD的控制作用。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是mS(毫西門(mén)子)。 輸出電阻rds：2.交流參數(shù) 極間電容：柵源電容Cgs、柵漏電容Cgd和漏源電容Cds。(1-116)1.3.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)及電路模型3.極限參數(shù) 最大漏極功耗PDM最大漏源電壓V(BR)DS最大柵源電壓V(BR)GS最大漏極電流IDM(1-117)1.3.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)及電路模型二、電路模型近似等效原則:當(dāng)工作在小信號(hào)模式下，用一線性的電路模型來(lái)替代原非線性電路。rgsCgsCgdgmUgsds+IdrdsCdsg-Ugs+-Uds(a)場(chǎng)效應(yīng)管的電路模型(1-118)1.3.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要