模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教程

—多媒體教學(xué)課件模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

FundamentalsofAnalogElectronics

童詩(shī)白、華成英主編第四版童詩(shī)白11.本課程的性質(zhì)

電子技術(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)、以電信號(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)σ话阈缘?、常用的模擬電子電路進(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)。導(dǎo)言第四版童詩(shī)白25.學(xué)習(xí)方法

重點(diǎn)掌握基本概念；基本電路的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)；基本分析估算方法。6.課時(shí)及成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)課時(shí)：80學(xué)時(shí)=64(理論）+16（實(shí)驗(yàn)）平時(shí)10%+實(shí)驗(yàn)30%+卷面60%7.教學(xué)參考書(shū)

康華光主編，《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分第三版，高教出版社

陳大欽主編，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)問(wèn)答：例題?試題》，

華科大出版社陳潔主編，《EDA軟件仿真技術(shù)快速入門(mén)-

Protel99SE+Multisim10+Proteus7

》中國(guó)電力出版社

導(dǎo)言第四版童詩(shī)白3目錄1

常用半導(dǎo)體器件（10學(xué)時(shí)）2

基本放大電路（8學(xué)時(shí)）3

多級(jí)放大電路4

集成運(yùn)算放大電路（4學(xué)時(shí)）5

放大電路的頻率響應(yīng)（6學(xué)時(shí)）6

放大電路中的反饋（6學(xué)時(shí)）7

信號(hào)的運(yùn)算和處理（6學(xué)時(shí)）8

波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換（6學(xué)時(shí)）9

功率放大電路（4學(xué)時(shí)）10

直流穩(wěn)壓電源（8學(xué)時(shí)）第四版童詩(shī)白（6學(xué)時(shí)）4第四版童詩(shī)白電子技術(shù):通常我們把由電阻、電容、三極管、二極管、集成電路等電子元器件組成并具有一定功能的電路稱(chēng)為電子電路，簡(jiǎn)稱(chēng)為電路。一個(gè)完整的電子電路系統(tǒng)通常由若干個(gè)功能電路組成，功能電路主要有：放大器、濾波器、信號(hào)源、波形發(fā)生電路、數(shù)字邏輯電路、數(shù)字存儲(chǔ)器、電源、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器等。電子技術(shù)就是研究電子器件及電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析及制造的工程實(shí)用技術(shù)。目前電子技術(shù)主要由模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)兩部分組成。在電子技術(shù)迅猛發(fā)展的今天，電子電路的應(yīng)用在日常生活中無(wú)處不在，小到門(mén)鈴、收音機(jī)、DVD播放機(jī)、電話機(jī)等，大到全球定位系統(tǒng)GPS（GlobalPositioningSystems）、雷達(dá)、導(dǎo)航系統(tǒng)等。5第四版童詩(shī)白模擬電子技術(shù)：模擬電子技術(shù)主要研究處理模擬信號(hào)的電子電路。模擬信號(hào)就是幅度連續(xù)的信號(hào)，如溫度、壓力、流量等。數(shù)字電子技術(shù)主要研究處理數(shù)字信號(hào)的電子電路。

數(shù)字信號(hào)通常是指時(shí)間和幅度均離散的信號(hào)，如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)等等。時(shí)間時(shí)間幅度幅度T2T3T4T5T6T數(shù)字電子技術(shù)：6第四版童詩(shī)白第一章常用半導(dǎo)體器件1.1

半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

1.2

半導(dǎo)體二極管

1.3

雙極型晶體管

1.4

場(chǎng)效應(yīng)管

1.5單結(jié)晶體管和晶閘管

1.6集成電路中的元件7本章討論的問(wèn)題：2.空穴是一種載流子嗎？空穴導(dǎo)電時(shí)電子運(yùn)動(dòng)嗎？3.什么是N型半導(dǎo)體？什么是P型半導(dǎo)體？當(dāng)二種半導(dǎo)體制作在一起時(shí)會(huì)產(chǎn)生什么現(xiàn)象？4.PN結(jié)上所加端電壓與電流符合歐姆定律嗎？它為什么具有單向性？在PN結(jié)中另反向電壓時(shí)真的沒(méi)有電流嗎？5.晶體管是通過(guò)什么方式來(lái)控制集電極電流的？場(chǎng)效應(yīng)管是通過(guò)什么方式來(lái)控制漏極電流的？為什么它們都可以用于放大？1.為什么采用半導(dǎo)體材料制作電子器件？第四版童詩(shī)白8

1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1本征半導(dǎo)體

純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱(chēng)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(chēng)為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類(lèi)物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱(chēng)為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。一、導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體第四版童詩(shī)白9半導(dǎo)體的導(dǎo)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。光敏器件二極管第四版童詩(shī)白10+4+4+4+4+4+4+4+4+4完全純凈的的、不含其其他雜質(zhì)且且具有晶體體結(jié)構(gòu)的半半導(dǎo)體稱(chēng)為為本征半導(dǎo)導(dǎo)體將硅或鍺材材料提純便便形成單晶晶體，它的的原子結(jié)構(gòu)構(gòu)為共價(jià)鍵鍵結(jié)構(gòu)。價(jià)電子共價(jià)鍵圖1.1.1本征半導(dǎo)體體結(jié)構(gòu)示意意圖二、本征半半導(dǎo)體的晶晶體結(jié)構(gòu)當(dāng)溫度T=0K時(shí)，半導(dǎo)體體不導(dǎo)電，，如同絕緣緣體。第四版童詩(shī)詩(shī)白第四版童詩(shī)詩(shī)白11+4+4+4+4+4+4+4+4+4圖1.1.2本征半導(dǎo)體體中的自由電子和和空穴自由電子空穴若T，將有少數(shù)數(shù)價(jià)電子克克服共價(jià)鍵鍵的束縛成成為自由電子，在原來(lái)的的共價(jià)鍵中中留下一個(gè)個(gè)空位——空穴。T自由電子和空穴使本征半導(dǎo)體體具有導(dǎo)電電能力，但但很微弱。?？昭煽闯沙蓭д姷牡妮d流子。。三、本征半半導(dǎo)體中的的兩種載流流子（動(dòng)畫(huà)1-1）（動(dòng)畫(huà)1-2）第四版童詩(shī)詩(shī)白12四、本征半導(dǎo)體體中載流子子的濃度在一定溫度度下本征半導(dǎo)體體中載流子的濃濃度是一定定的，并且且自由電子子與空穴的的濃度相等等。本征半導(dǎo)體體中載流子的濃濃度公式：：T=300K室溫下,本征硅的電電子和空穴穴濃度:n=p=1.43×1010/cm3本征鍺的電電子和空穴穴濃度:n=p=2.38×1013/cm3ni=pi=K1T3/2e-EGO/(2KT)本征激發(fā)復(fù)合動(dòng)態(tài)平衡第四版童詩(shī)詩(shī)白131.半導(dǎo)體中兩兩種載流子子帶負(fù)電的自由電子帶正電的空穴

2.本征半導(dǎo)體體中，自由由電子和空空穴總是成成對(duì)出現(xiàn)，，稱(chēng)為電子-空穴對(duì)。3.本征半導(dǎo)體體中自由電子和空穴的濃度用ni和pi表示，顯然然ni=pi。4.由于物質(zhì)的的運(yùn)動(dòng)，自自由電子和和空穴不斷斷的產(chǎn)生又又不不斷的復(fù)合合。在一定的溫溫度下，產(chǎn)產(chǎn)生與復(fù)合合運(yùn)動(dòng)會(huì)會(huì)達(dá)到到平衡，載載流子的濃濃度就一定定了。5.載流子的濃濃度與溫度度密切相關(guān)關(guān)，它隨著著溫度的升升高，基本按按指數(shù)規(guī)律律增加。小結(jié)：第四版童詩(shī)詩(shī)白141.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體體雜質(zhì)半導(dǎo)體體有兩種N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體一、N型半導(dǎo)體(Negative)在硅或鍺的的晶體中摻摻入少量的的5價(jià)雜質(zhì)元素，，如磷磷、銻、砷砷等，即構(gòu)構(gòu)成N型半導(dǎo)體(或稱(chēng)電子型型半導(dǎo)導(dǎo)體)。常用的5價(jià)雜質(zhì)元素素有磷、銻銻、砷等。。第四版童詩(shī)詩(shī)白15本征半導(dǎo)體體摻入5價(jià)元素后，，原來(lái)晶體體中的某些些硅原子將將被雜質(zhì)原原子代替。。雜質(zhì)原子子最外層有有5個(gè)價(jià)電子，，其中4個(gè)與硅構(gòu)成成共價(jià)鍵，，多余一個(gè)個(gè)電子只受受自身原子子核吸引，，在室溫下下即可成為為自由電子子。自由電子濃濃度遠(yuǎn)大于于空穴的濃濃度，即n>>p。電子稱(chēng)為多多數(shù)載流子子(簡(jiǎn)稱(chēng)多子)，空穴稱(chēng)為少少數(shù)載流子子(簡(jiǎn)稱(chēng)少子)。5價(jià)雜質(zhì)原子子稱(chēng)為施主原子。。第四版童詩(shī)詩(shī)白16+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由電子施主原子圖1.1.3

N型半導(dǎo)體第四版童詩(shī)詩(shī)白17二、P型半導(dǎo)體在硅或鍺的的晶體中摻摻入少量的的3價(jià)雜質(zhì)元素，，如硼、鎵鎵、銦等，，即構(gòu)成P型半半導(dǎo)導(dǎo)體體?？昭ㄑ鉂舛榷榷喽嘤谟陔婋娮幼訚鉂舛榷龋醇磒>>n?？昭ㄑ闉槎喽鄶?shù)數(shù)載載流流子子，電電子子為為少少數(shù)數(shù)載載流流子子。。3價(jià)雜雜質(zhì)質(zhì)原原子子稱(chēng)稱(chēng)為為受主主原原子子。。第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白18圖1.1.4P型半半導(dǎo)導(dǎo)體體+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3受主主原原子子空穴穴第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白19說(shuō)明明：：1.摻入入雜雜質(zhì)質(zhì)的的濃濃度度決決定定多多數(shù)數(shù)載載流流子子濃濃度度；；溫溫度度決決定定少少數(shù)數(shù)載載流流子子的的濃濃度度。。3.雜質(zhì)質(zhì)半半導(dǎo)導(dǎo)體體總總體體上上保保持持電電中中性性。。4.雜質(zhì)質(zhì)半半導(dǎo)導(dǎo)體體的的表表示示方方法法如如下下圖圖所所示示。。2.雜質(zhì)質(zhì)半半導(dǎo)導(dǎo)體體載流流子子的的數(shù)數(shù)目目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高高于于本本征征半半導(dǎo)導(dǎo)體體，，因因而而其其導(dǎo)導(dǎo)電電能能力力大大大大改改善善。。(a)N型半半導(dǎo)導(dǎo)體體(b)P型半半導(dǎo)導(dǎo)體體圖雜雜質(zhì)質(zhì)半半導(dǎo)導(dǎo)體體的的的的簡(jiǎn)簡(jiǎn)化化表表示示法法第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白20在一一塊塊半半導(dǎo)導(dǎo)體體單單晶晶上上一一側(cè)側(cè)摻摻雜雜成成為為P型半半導(dǎo)導(dǎo)體體，，另另一一側(cè)側(cè)摻摻雜雜成成為為N型半半導(dǎo)導(dǎo)體體，，兩兩個(gè)個(gè)區(qū)區(qū)域域的的交交界界處處就就形形成成了了一一個(gè)個(gè)特特殊殊的的薄薄層層，，稱(chēng)為為PN結(jié)。PNPN結(jié)圖PN結(jié)的的形形成成一、、PN結(jié)的的形形成成1.1.3PN結(jié)第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白21PN結(jié)中中載載流流子子的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)耗盡盡層層空間電荷區(qū)PN1.擴(kuò)散散運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)2.擴(kuò)散散運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)形形成成空空間間電電荷荷區(qū)區(qū)電子子和和空空穴穴濃濃度度差差形形成成多數(shù)數(shù)載載流流子子的的擴(kuò)擴(kuò)散散運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)。?！狿N結(jié)，，耗耗盡盡層層。。PN（動(dòng)畫(huà)畫(huà)1-3）第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白223.空間間電電荷荷區(qū)區(qū)產(chǎn)產(chǎn)生生內(nèi)內(nèi)電電場(chǎng)場(chǎng)PN空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)Uho空間間電電荷荷區(qū)區(qū)正正負(fù)負(fù)離離子子之之間間電電位位差差Uho———電位位壁壁壘壘；———內(nèi)電電場(chǎng)場(chǎng)；內(nèi)內(nèi)電電場(chǎng)場(chǎng)阻阻止止多多子子的的擴(kuò)擴(kuò)散散———阻擋擋層層。4.漂移移運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)內(nèi)電電場(chǎng)場(chǎng)有有利利于于少少子子運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)—漂移移。。少子子的的運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)與與多多子子運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)方方向向相相反反

阻擋層第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白235.擴(kuò)散散與與漂漂移移的的動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)平平衡衡擴(kuò)散散運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)使使空空間間電電荷荷區(qū)區(qū)增增大大，，擴(kuò)擴(kuò)散散電電流流逐逐漸漸減減小?。?；隨著著內(nèi)內(nèi)電電場(chǎng)場(chǎng)的的增增強(qiáng)強(qiáng)，，漂漂移移運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)逐逐漸漸增增加加；；當(dāng)擴(kuò)擴(kuò)散散電電流流與與漂漂移移電電流流相相等等時(shí)時(shí)，，PN結(jié)總總的的電電流流等等于于零零，，空空間間電電荷荷區(qū)區(qū)的的寬寬度度達(dá)達(dá)到到穩(wěn)穩(wěn)定定。。對(duì)稱(chēng)稱(chēng)結(jié)結(jié)即擴(kuò)散散運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)與與漂漂移移運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)達(dá)達(dá)到到動(dòng)動(dòng)態(tài)態(tài)平平衡衡。。PN不對(duì)對(duì)稱(chēng)稱(chēng)結(jié)結(jié)第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白24二、、PN結(jié)的的單單向向?qū)?dǎo)電電性性1.PN結(jié)外加加正正向向電電壓壓時(shí)時(shí)處處于于導(dǎo)導(dǎo)通通狀狀態(tài)態(tài)又稱(chēng)稱(chēng)正正向向偏偏置置，，簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱(chēng)稱(chēng)正正偏偏。。外電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向耗盡層VRI空間電荷區(qū)變窄，有利于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，電路中有較大的正向電流。圖1.1.6PN什么是PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕坑惺裁醋饔?？第四四版版童童?shī)詩(shī)白白25在PN結(jié)加加上上一一個(gè)個(gè)很很小小的的正正向向電電壓壓，，即即可可得得到到較較大大的的正正向向電電流流，，為為防防止止電電流流過(guò)過(guò)大大，，可可接接入入電電阻阻R。2.PN結(jié)外加加反反向向電電壓壓時(shí)時(shí)處處于于截截止止?fàn)顮顟B(tài)態(tài)(反偏偏)反向向接接法法時(shí)時(shí)，，外外電電場(chǎng)場(chǎng)與與內(nèi)內(nèi)電電場(chǎng)場(chǎng)的的方方向向一一致致，，增增強(qiáng)強(qiáng)了了內(nèi)內(nèi)電電場(chǎng)場(chǎng)的的作作用用；；外電電場(chǎng)場(chǎng)使使空空間間電電荷荷區(qū)區(qū)變變寬寬；；不利利于于擴(kuò)擴(kuò)散散運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)，，有有利利于于漂漂移移運(yùn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)，，漂漂移移電電流流大大于于擴(kuò)擴(kuò)散散電電流流，，電電路路中中產(chǎn)產(chǎn)生生反反向向電電流流I；由于于少少數(shù)數(shù)載載流流子子濃濃度度很很低低，，反反向向電電流流數(shù)數(shù)值值非非常常小小。。第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白26耗盡層圖1.1.7PN結(jié)加加反反相相電電壓壓時(shí)時(shí)截截止止反向向電電流流又又稱(chēng)稱(chēng)反向向飽飽和和電電流流。對(duì)溫溫度度十十分分敏敏感感，隨著著溫溫度度升升高高，，IS將急急劇劇增增大大。PN外電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向VRIS第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白27當(dāng)PN結(jié)正正向向偏偏置置時(shí)時(shí)，，回回路路中中將將產(chǎn)產(chǎn)生生一一個(gè)個(gè)較較大大的的正正向向電電流流，，PN結(jié)處處于于導(dǎo)通通狀狀態(tài)態(tài)；當(dāng)PN結(jié)反反向向偏偏置置時(shí)時(shí)，，回回路路中中反反向向電電流流非非常常小小，，幾幾乎乎等等于于零零，，PN結(jié)處處于于截止止?fàn)顮顟B(tài)態(tài)。（動(dòng)動(dòng)畫(huà)畫(huà)1-4）（動(dòng)動(dòng)畫(huà)畫(huà)1-5）綜上上所所述述：：可見(jiàn)見(jiàn)，，PN結(jié)具具有有單向向?qū)?dǎo)電電性性。第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白28IS：反反向向飽飽和和電電流流UT：溫溫度度的的電電壓壓當(dāng)當(dāng)量量在常常溫溫(300K)下，，UT26mV三、、PN結(jié)的的電電流流方方程程PN結(jié)所所加加端端電電壓壓u與流流過(guò)過(guò)的的電電流流i的關(guān)關(guān)系系為為公式式推推導(dǎo)導(dǎo)過(guò)過(guò)程程略略第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白29四、、PN結(jié)的的伏伏安安特特性性i=f(u)之間間的的關(guān)關(guān)系系曲曲線線。。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50i/mAu/V正向向特特性性死區(qū)電壓擊穿電壓U(BR)反向向特特性性圖1.1.10PN結(jié)的的伏伏安安特特性性反向向擊擊穿穿齊納納擊擊穿穿雪崩崩擊擊穿穿第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白30五、、PN結(jié)的的電電容容效效應(yīng)應(yīng)當(dāng)PN上的的電電壓壓發(fā)發(fā)生生變變化化時(shí)時(shí)，，PN結(jié)中中儲(chǔ)儲(chǔ)存存的的電電荷荷量量將將隨隨之之發(fā)發(fā)生生變變化化，，使使PN結(jié)具具有有電電容容效效應(yīng)應(yīng)。。電容容效效應(yīng)應(yīng)包包括括兩兩部部分分勢(shì)壘壘電電容容擴(kuò)散散電電容容1.勢(shì)壘壘電電容容Cb是由由PN結(jié)的的空空間間電電荷荷區(qū)區(qū)變變化化形形成成的的。。(a)PN結(jié)加加正正向向電電壓壓（b)PN結(jié)加反向電電壓-N空間電荷區(qū)PVRI+UN空間電荷區(qū)PRI+-UV第四版童詩(shī)詩(shī)白31空間電荷區(qū)區(qū)的正負(fù)離離子數(shù)目發(fā)發(fā)生變化，，如同電容容的放電和和充電過(guò)程程。勢(shì)壘電容的的大小可用用下式表示示：由于PN結(jié)寬度l隨外加電壓壓u而變化，因因此勢(shì)壘電容Cb不是一個(gè)常常數(shù)。其Cb=f(U)曲線如圖示示。：半導(dǎo)體材材料的介電電比系數(shù)；；S：結(jié)面積；；l：耗盡層寬寬度。OuCb圖1.1.11（b)第四版童詩(shī)詩(shī)白322.擴(kuò)散電容CdQ是由多數(shù)載載流子在擴(kuò)擴(kuò)散過(guò)程中中積累而引引起的。在某個(gè)正向向電壓下，，P區(qū)中的電子子濃度np(或N區(qū)的空穴濃濃度pn)分布曲線如如圖中曲線線1所示。x=0處為P與耗盡層層的交界處處當(dāng)電壓加大大，np(或pn)會(huì)升高，如如曲線2所示(反之濃度會(huì)會(huì)降低)。OxnPQ12Q當(dāng)加反向電電壓時(shí)，擴(kuò)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)被被削弱，擴(kuò)擴(kuò)散電容的的作用可忽忽略。Q正向電壓變變化時(shí)，變變化載流子子積累電荷荷量發(fā)生變變化，相當(dāng)當(dāng)于電容器器充電和放放電的過(guò)程程——擴(kuò)散電容效效應(yīng)。圖1.1.12PNPN結(jié)第四版童詩(shī)詩(shī)白33綜上所述：：PN結(jié)總的結(jié)電電容Cj包括勢(shì)壘電電容Cb和擴(kuò)散電容容Cd兩部分。Cb和Cd值都很小，，通常為幾幾個(gè)皮法~幾十皮法，，有些些結(jié)面積大大的二極管管可達(dá)幾百百皮法。當(dāng)反向偏置置時(shí)，勢(shì)壘壘電容起主主要作用，，可以認(rèn)為為CjCb。一般來(lái)說(shuō)，，當(dāng)二極管管正向偏置置時(shí)，擴(kuò)散散電容起主主要作用，，即可以認(rèn)認(rèn)為CjCd；在信號(hào)頻率率較高時(shí)，，須考慮結(jié)結(jié)電容的作作用。第四版童詩(shī)詩(shī)白341.2半導(dǎo)體二極極管在PN結(jié)上加上引引線和封裝裝，就成為為一個(gè)二極極管。二極管按結(jié)結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、、面接觸型型和平面型型圖1.2.1二極管的幾幾種外形第四版童詩(shī)詩(shī)白351點(diǎn)接觸型二二極管(a)點(diǎn)接觸型

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖1.2.1半導(dǎo)體二極極管的幾種種常見(jiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)PN結(jié)面積小，，結(jié)電容小小，用于檢檢波和變頻頻等高頻電電路。第四版童詩(shī)詩(shī)白363平面型二極極管往往用于集集成電路制制造工藝中中。PN結(jié)面積可大大可小，用用于高頻整整流和開(kāi)關(guān)關(guān)電路中。。2面接觸型二二極管PN結(jié)面積大，，用于工頻頻大電流整整流電路。。(b)面接觸型(c)平面型4二極管的代代表符號(hào)D第四版童詩(shī)詩(shī)白371.2.2二極管的伏伏安特性二極管的伏伏安特性曲曲線可用下下式表示硅二極管2CP10的伏安特性正向特性反向特性反向擊穿特特性開(kāi)啟電壓：：0.5V導(dǎo)通電壓：：0.7一、伏安特特性鍺二極管2AP15的伏安特性UonU(BR)開(kāi)啟電壓：：0.1V導(dǎo)通電壓：：0.2V第四版童詩(shī)詩(shī)白38二、溫度對(duì)對(duì)二極管伏伏安特性的的影響在環(huán)境溫度度升高時(shí)，，二極管的的正向特性性將左移，，反向特性性將下移。。二極管的特特性對(duì)溫度度很敏感，，具有負(fù)溫度度系數(shù)。–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.020溫度增加第四版童詩(shī)詩(shī)白391.2.3二極管的參參數(shù)(1)最大整流電電流IF(2)反向擊穿電電壓U（BR）和最高反向向工作電壓壓URM(3)反向電流IR(4)最高工作頻頻率fM(5)極間電容Cj在實(shí)際應(yīng)用用中，應(yīng)根根據(jù)管子所所用的場(chǎng)合合，按其所所承受的最最高反向電電壓、最大大正向平均均電流、工工作頻率、、環(huán)境溫度度等條件，，選擇滿足足要求的二二極管。第四版童詩(shī)詩(shī)白401.2.4二極管等效電路一、由伏安安特性折線線化得到的的等效電路路1.理想模型第四版童詩(shī)詩(shī)白411.2.4二極管等效電路一、由伏安安特性折線線化得到的的等效電路路2.恒壓降模型第四版童詩(shī)詩(shī)白421.2.4二極管等效電路一、由伏安安特性折線線化得到的的等效電路路3.折線模型第四版童詩(shī)詩(shī)白43二、二極管管的微變等等效電路二極管工作作在正向特特性的某一一小范圍內(nèi)內(nèi)時(shí)，其正正向特性可可以等效成成一個(gè)微變變電阻。即根據(jù)得Q點(diǎn)處的微變變電導(dǎo)則常溫下（T=300K）圖1.2.7二極管的微變等效電路第四版童詩(shī)詩(shī)白44應(yīng)用舉例二極管的靜靜態(tài)工作情情況分析理想模型（R=10k）VDD=10V時(shí)恒壓模型（硅二極管典型值）折線模型（硅二極管典型值）設(shè)第四版童詩(shī)詩(shī)白451.2.5穩(wěn)壓二極管管一、穩(wěn)壓管管的伏安特特性(a)符號(hào)(b)2CW17伏安特性

利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向電擊穿狀態(tài)，反向電壓應(yīng)大于穩(wěn)壓電壓。DZ第四版童詩(shī)詩(shī)白46(1)穩(wěn)定電壓UZ(2)動(dòng)態(tài)電阻rZ在規(guī)定的穩(wěn)穩(wěn)壓管反向向工作電流流IZ下，所對(duì)應(yīng)應(yīng)的反向工工作電壓。。rZ=VZ/IZ(3)最大耗散功功率PZM(4)最大穩(wěn)定工工作電流IZmax和最小穩(wěn)定定工作電流流IZmin(5)溫度系數(shù)——VZ二、穩(wěn)壓管管的主要參參數(shù)第四版童詩(shī)詩(shī)白47↓穩(wěn)壓電路正常穩(wěn)壓時(shí)時(shí)UO=UZ#不加R可以嗎？#上述電路UI為正弦波，，且幅值大大于UZ，UO的波形是是怎樣的的？（1）.設(shè)電源電電壓波動(dòng)動(dòng)(負(fù)載不變變)UI↑→UO↑→UZ↑→IZ↑↓UO↓←UR↑←IR↑（2）.設(shè)負(fù)載變變化(電源不變變)IOP25例1.2.2UOUI第四版童童詩(shī)白R(shí)L→↑如電路參參數(shù)變化化？48例1：穩(wěn)壓二二極管的的應(yīng)用RLuiuORDZiiziLUZ穩(wěn)壓二極極管技術(shù)術(shù)數(shù)據(jù)為為：穩(wěn)壓壓值UZ=10V，Izmax=12mA，Izmin=2mA，負(fù)載電電阻RL=2k，輸入電電壓ui=12V，限流電電阻R=200，求iZ。若負(fù)載電阻阻變化范圍圍為1.5k--4k，是否還還能穩(wěn)壓壓？第四版童童詩(shī)白49RLuiuORDZiiziLUZUZ=10Vui=12VR=200Izmax=12mAIzmin=2mARL=2k(1.5k~4k)iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（mA）i=（ui-UZ）/R=（12-10）/0.2=10（mA）iZ=i-iL=10-5=5（mA）RL=1.5k,iL=10/1.5=6.7（mA）,iZ=10-6.7=3.3（mA）RL=4k,iL=10/4=2.5（mA）,iZ=10-2.5=7.5（mA）負(fù)載變化化,但iZ仍在12mA和2mA之間,所以穩(wěn)壓壓管仍能能起穩(wěn)壓作用用第四版童童詩(shī)白50例2：穩(wěn)壓二二極管的的應(yīng)用解：ui和uo的波形如如圖所示示（UZ＝3V）uiuODZR(a)(b)uiuORDZ第四版童童詩(shī)白51一、發(fā)光光二極管管LED(LightEmittingDiode)1.符號(hào)和特特性工作條件件：正向偏置置一般工作作電流幾幾十mA，導(dǎo)通電壓壓(12)V符號(hào)u/Vi

/mAO2特性1.2.6其它類(lèi)型型的二極極管第四版童童詩(shī)白52發(fā)光類(lèi)型型：可見(jiàn)光：：紅、黃、、綠顯示類(lèi)型型：普通LED，不可見(jiàn)光光：紅外光點(diǎn)陣LED七段LED,第四版童童詩(shī)白53二、光電電二極管管符號(hào)和特特性符號(hào)特性u(píng)iOE=200lxE=400lx工作原理理：三、變?nèi)萑荻O管管四、隧道道二極管管五、肖特特基二極極管無(wú)光照時(shí)時(shí)，與普普通二極極管一樣樣。有光照時(shí)時(shí)，分布布在第三三、四象象限。第四版童童詩(shī)白541.3雙極型晶晶體管(BJT)又稱(chēng)半導(dǎo)導(dǎo)體三極極管、晶晶體三極極管，或或簡(jiǎn)稱(chēng)晶晶體管。。(BipolarJunctionTransistor)三極管的的外形如如下圖所所示。三極管有有兩種類(lèi)類(lèi)型：NPN型和PNP型。主要以NPN型為例進(jìn)進(jìn)行討論論。圖1.3.1三極管的的外形X：低頻小小功率管管D：低頻大大功率管管G：高頻小小功率管管A：高頻大大功率管管第四版童童詩(shī)白551.3.1晶體管的的結(jié)構(gòu)及及類(lèi)型常用的三三極管的的結(jié)構(gòu)有有硅平面面管和鍺鍺合金管管兩種類(lèi)類(lèi)型。圖1.3.2a三極管的的結(jié)構(gòu)(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NecNPb二氧化硅becPNPe發(fā)射極，，b基極，c集電極。。發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)第四版童童詩(shī)白56圖1.3.2(b)三極管結(jié)構(gòu)示示意圖和符號(hào)號(hào)NPN型ecb符號(hào)集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極c基極b發(fā)射極eNNP第四版童詩(shī)白白57集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極c發(fā)射極e基極b

cbe符號(hào)NNPPN圖1.3.2?三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)(b)PNP型第四版童詩(shī)白白581.3.2晶體管的電流流放大作用以NPN型三極管為例例討論cNNPebbec表面看三極管若實(shí)現(xiàn)現(xiàn)放大，必須須從三極管內(nèi)部結(jié)結(jié)構(gòu)和外部所加電源源的極性來(lái)保證。不具備放大作作用第四版童詩(shī)白白59三極管內(nèi)部結(jié)結(jié)構(gòu)要求：NNPebcNNNPPP1.發(fā)射區(qū)高摻雜雜。2.基區(qū)做得很薄薄。通常只有幾幾微米到幾十十微米，而且且摻雜較少。三極管放大的的外部條件：外加電源的的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處于正正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反反向偏置狀態(tài)。3.集電結(jié)面積大大。第四版童詩(shī)白白60becRcRb一、晶體管內(nèi)內(nèi)部載流子的的運(yùn)動(dòng)IEIB發(fā)射結(jié)加正向向電壓，擴(kuò)散散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)發(fā)射極電流發(fā)射區(qū)的電子子越過(guò)發(fā)射結(jié)結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)區(qū)，基區(qū)的空空穴擴(kuò)散到發(fā)發(fā)射區(qū)—形成發(fā)射極電電流IE(基區(qū)多子數(shù)目目較少，空穴穴電流可忽略略)。2.擴(kuò)散到基區(qū)的的自由電子與與空穴的復(fù)復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成成基極電流流電子到達(dá)基區(qū)區(qū)，少數(shù)與空空穴復(fù)合形形成基極電流流Ibn，復(fù)合掉的空空穴由VBB補(bǔ)充。多數(shù)電子在基基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散散，到達(dá)集電電結(jié)的一側(cè)。。晶體管內(nèi)部載載流子的運(yùn)動(dòng)動(dòng)第四版童詩(shī)白白61becIEIBRcRb3.集電結(jié)加反向向電壓，漂移移運(yùn)動(dòng)形成集集電極電流Ic集電結(jié)反偏，，有利于收集集基區(qū)擴(kuò)散過(guò)過(guò)來(lái)的電子而而形成集電極極電流Icn。其能量來(lái)自外外接電源VCC。IC另外，集電區(qū)區(qū)和基區(qū)的少少子在外電場(chǎng)場(chǎng)的作用下將將進(jìn)行漂移運(yùn)運(yùn)動(dòng)而形成反向飽和電流，用ICBO表示。ICBO晶體管內(nèi)部載載流子的運(yùn)動(dòng)動(dòng)第四版童詩(shī)白白62beceRcRb二、晶體管的的電流分配關(guān)關(guān)系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBOIE=ICn+IBn+IEp=IEn+IEpIB=IEP+IBN－ICBOIE=IC+IB圖1.3.4晶體管內(nèi)部載載流子的運(yùn)動(dòng)動(dòng)與外部電流流第四版童詩(shī)白白63三、晶體管的的共射電流放放大系數(shù)整理可得：ICBO稱(chēng)反向飽和電電流ICEO稱(chēng)穿透電流1、共射直流電電流放大系數(shù)數(shù)2、共射交流電電流放大系數(shù)數(shù)VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共發(fā)射極接法第四版童詩(shī)白白643、共基直流電電流放大系數(shù)數(shù)或4、共基交流電電流放大系數(shù)數(shù)直流參數(shù)與交流參數(shù)、的含義是不同的，但是，對(duì)于大多數(shù)三極管來(lái)說(shuō)，與，與的數(shù)值卻差別不大，計(jì)算中，可不將它們嚴(yán)格區(qū)分。5.與的關(guān)系ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基極接法第四版童詩(shī)白白651.3.3晶體管的共射射特性曲線uCE=0VuBE

/ViB=f(uBE)UCE=const(2)當(dāng)uCE≥1V時(shí)，uCB=uCE-uBE>0，集電結(jié)已進(jìn)進(jìn)入反偏狀態(tài)態(tài)，開(kāi)始收集電子，基區(qū)區(qū)復(fù)合減少，，在同樣的uBE下IB減小，特性曲曲線右移。(1)當(dāng)uCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)發(fā)射結(jié)的正向向伏安特性曲曲線。一.輸入特性曲線線uCE=0VuCE

1VuBE

/V+-bce共射極放大電路UBBUCCuBEiCiB+-uCE第四版童詩(shī)白白66飽和區(qū)：iC明顯受uCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般uCE＜0.7V(硅管)。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。iC=f(uCE)IB=const二、輸出特性性曲線輸出特性曲線線的三個(gè)區(qū)域域:截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時(shí)，uBE小于死區(qū)電壓，集電結(jié)反偏。放大區(qū)：iC平行于uCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。第四版童詩(shī)白白67三極管的參數(shù)數(shù)分為三大類(lèi)類(lèi):直流參數(shù)、交交流參數(shù)、極極限參數(shù)一、直流參數(shù)數(shù)1.共發(fā)射極直流流電流放大系系數(shù)=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=const1.3.4晶體管的主要參數(shù)2.共基直流電流放大系數(shù)3.集電極基極間間反向飽和電電流ICBO集電極發(fā)射極極間的反向飽飽和電流ICEOICEO=（1+）ICBO第四版童詩(shī)白白68二、交流參數(shù)數(shù)1.共發(fā)射極交流流電流放大系系數(shù)=iC/iBUCE=const2.共基極交流電電流放大系數(shù)數(shù)αα=iC/iEUCB=const3.特征頻率fT值下降到1的信號(hào)頻率第四版童詩(shī)白白691.最大集電極耗耗散功率PCMPCM=iCuCE三、極限參數(shù)2.最大集電極電電流ICM3.反向擊穿電壓壓UCBO——發(fā)射極開(kāi)路時(shí)時(shí)的集電結(jié)反反向向擊穿電壓壓。UEBO——集電極開(kāi)路時(shí)時(shí)發(fā)射結(jié)的反反向向擊穿電壓壓。UCEO——基極開(kāi)路時(shí)集集電極和發(fā)射射極間的擊穿電電壓。幾個(gè)擊穿電壓壓有如下關(guān)系系UCBO＞UCEO＞UEBO第四版童詩(shī)白白70

由PCM、ICM和UCEO在輸出特性曲線上可以確定過(guò)損耗區(qū)、過(guò)電流區(qū)和擊穿區(qū)。

輸出特性曲線上的過(guò)損耗區(qū)和擊穿區(qū)

PCM=iCuCE

U(BR)CEOUCE/V第四版童詩(shī)白白711.3.5溫度對(duì)晶體管管特性及參數(shù)數(shù)的影響一、溫度對(duì)ICBO的影響溫度每升高100C，ICBO增加約一倍。。反之，當(dāng)溫度度降低時(shí)ICBO減少。硅管的ICBO比鍺管的小得得多。二、溫度對(duì)輸輸入特性的影影響溫度升高時(shí)正正向特性左移移，反之右移60402000.40.8I/mAU/V溫度對(duì)輸入特性的影響200600三、溫度對(duì)輸輸出特性的影影響溫度升高將導(dǎo)導(dǎo)致IC增大iCuCEOiB200600溫度對(duì)輸出特特性的影響第四版童詩(shī)白白72三極管工作狀狀態(tài)的判斷[例1]：測(cè)量某NPN型BJT各電極對(duì)地的的電壓值如下下，試判別管管子工作在什什么區(qū)域？（1）VC＝6VVB＝0.7VVE＝0V（2）VC＝6VVB＝4VVE＝3.6V（3）VC＝3.6VVB＝4VVE＝3.4V解：原則：正偏反偏反偏集電結(jié)正偏正偏反偏發(fā)射結(jié)飽和放大截止對(duì)NPN管而言，放大大時(shí)VC＞VB＞VE對(duì)PNP管而言，放大大時(shí)VC＜VB＜VE（1）放大區(qū)（2）截止區(qū)（3）飽和區(qū)第四版童詩(shī)白白73[例2]某放大電路中中BJT三個(gè)電極的電電流如圖所示示。IA＝-2mA,IB＝-0.04mA,IC＝+2.04mA,試判斷管腳、、管型。解：電流判斷斷法。電流的正方向向和KCL。IE=IB+ICABCIAIBICC為發(fā)射極B為基極A為集電極。管型為NPN管。管腳、管型的判判斷法也可采采用萬(wàn)用表電電阻法。參考考實(shí)驗(yàn)。第四版童詩(shī)白白74例[3]：測(cè)得工作在放大電路中幾個(gè)晶體管三三個(gè)電極的電電位U1、U2、U3分別為：（1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V（2）U1=3V、U2=2.8V、U3=12V（3）U1=6V、U2=11.3V、U3=12V（4）U1=6V、U2=11.8V、U3=12V判斷它們是NPN型還是PNP型？是硅管還還是鍺管？并并確定e、b、c。（1）U1b、U2e、U3cNPN硅（2）U1b、U2e、U3cNPN鍺（3）U1c、U2b、U3ePNP硅（4）U1c、U2b、U3ePNP鍺原則：先求求UBE，若等于0.6-0.7V，為硅管；；若等于0.2-0.3V，為鍺管。。發(fā)射結(jié)正正偏，集電電結(jié)反偏。。NPN管UBE＞0，UBC＜0，即UC＞UB＞UE。PNP管UBE＜0，UBC＜0，即UC＜UB＜UE。解：第四版童詩(shī)詩(shī)白751.3.6光電三極管管一、等效電電路、符號(hào)號(hào)二、光電三三極管的輸輸出特性曲曲線ceceiCuCEO圖1.3.11光電三極管的輸出特性E1E2E3E4E＝0第四版童詩(shī)詩(shī)白76復(fù)習(xí)1.BJT放大電路三三個(gè)電流流關(guān)系？？IE=IC+IB2.BJT的輸入、輸輸出特性曲曲線？uCE=0VuCE

1VuBE

/V3.BJT工作狀態(tài)如如何判斷？？第四版童詩(shī)詩(shī)白771.4場(chǎng)效應(yīng)三極極管場(chǎng)效應(yīng)管：：一種載流子子參與導(dǎo)電電，利用輸輸入回路的的電場(chǎng)效應(yīng)應(yīng)來(lái)控制輸輸出回路電電流的三極極管，又稱(chēng)稱(chēng)單極型三極極管。場(chǎng)效應(yīng)管分分類(lèi)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效效應(yīng)管特點(diǎn)單極型器件件(一種載流子子導(dǎo)電)；輸入電阻高高；工藝簡(jiǎn)單、、易集成、、功耗小、、體積小、、成本低。。第四版童詩(shī)詩(shī)白78N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型））FET場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)場(chǎng)效應(yīng)管分類(lèi)：第四版童詩(shī)詩(shī)白79DSGN符號(hào)1.4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)應(yīng)管JunctionFieldEffectTransistor結(jié)構(gòu)圖1.4.1N溝道結(jié)型場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)結(jié)構(gòu)圖N型溝道N型硅棒柵極源極漏極P+P+P型區(qū)耗盡層(PN結(jié))在漏極和源源極之間加加上一個(gè)正正向電壓，，N型半導(dǎo)體中中多數(shù)載流流子電子可以導(dǎo)電。。導(dǎo)電溝道是是N型的，稱(chēng)N溝道結(jié)型場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)管。第四版童詩(shī)詩(shī)白80P溝道場(chǎng)效應(yīng)應(yīng)管P溝道結(jié)型場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)結(jié)構(gòu)圖N+N+P型溝道GSDP溝道道場(chǎng)場(chǎng)效效應(yīng)應(yīng)管管是是在在P型硅硅棒棒的的兩兩側(cè)側(cè)做做成成高高摻摻雜雜的的N型區(qū)區(qū)(N+)，導(dǎo)電電溝溝道道為為P型，多多數(shù)數(shù)載載流流子子為為空空穴穴。。符號(hào)GDS第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白81一、、結(jié)結(jié)型型場(chǎng)場(chǎng)效效應(yīng)應(yīng)管管工工作作原原理理N溝道道結(jié)結(jié)型型場(chǎng)場(chǎng)效效應(yīng)應(yīng)管管用改改變變UGS大小小來(lái)來(lái)控控制制漏漏極極電電流流ID的。。(VCCS)GDSNN型溝道柵極源極漏極P+P+耗盡層*在柵柵極極和和源源極極之之間間加加反反向向電電壓壓，，耗耗盡盡層層會(huì)會(huì)變變寬寬，，導(dǎo)導(dǎo)電電溝溝道道寬寬度度減減小小，，使使溝溝道道本本身身的的電電阻阻值值增增大大，，漏漏極極電電流流ID減小小，，反反之之，，漏漏極極ID電流流將將增增加加。。*耗盡盡層層的的寬寬度度改改變變主主要要在在溝溝道道區(qū)區(qū)。。第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白821.當(dāng)UDS=0時(shí)，uGS對(duì)導(dǎo)導(dǎo)電電溝溝道道的的控控制制作作用用ID=0GDSN型溝道P+P+

(a)

UGS=0UGS=0時(shí)，，耗耗盡盡層層比比較較窄窄，，導(dǎo)導(dǎo)電電溝溝比比較較寬寬第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白831.當(dāng)UDS=0時(shí)，uGS對(duì)導(dǎo)導(dǎo)電電溝溝道道的的控控制制作作用用UGS由零零逐逐漸漸減減小小，，耗耗盡盡層層逐逐漸漸加加寬寬，，導(dǎo)導(dǎo)電電溝溝相相應(yīng)應(yīng)變變窄窄。。ID=0GDSP+P+N型溝道(b)

UGS(off)<UGS<0VGG第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白841.當(dāng)UDS=0時(shí)，uGS對(duì)導(dǎo)導(dǎo)電電溝溝道道的的控控制制作作用用當(dāng)UGS=UGS（Off)，耗耗盡盡層層合合攏攏，，導(dǎo)導(dǎo)電電溝溝被被夾夾斷斷.ID=0GDSP+P+

(c)

UGS

＜UGS(off)VGGUGS(off)為夾夾斷斷電電壓壓,為負(fù)負(fù)值值。。UGS(off)也可可用用UP表示示第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白852.當(dāng)uGS為UGS（Off)~0中一一固固定定值值時(shí)時(shí),uDS對(duì)漏漏極極電電流流iD的影影響響。。uGS=0，uGD>UGS（Off)，iD較大大。GDSP+NiSiDP+P+VDDVGGuGS<0，uGD>UGS（Off)，iD更小小。。GDSNiSiDP+P+VDD注意意：：當(dāng)當(dāng)uDS>0時(shí)，，耗耗盡盡層層呈呈現(xiàn)現(xiàn)楔楔形形。。(a)(b)uGD＝uGS－uDS第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白86GDSP+NiSiDP+P+VDDVGGuGS<0,uGD=UGS(off),溝道道變變窄窄預(yù)預(yù)夾夾斷斷uGS<0,uGD<uGS(off),夾斷斷，，iD幾乎乎不不變變GDSiSiDP+VDDVGGP+P+改變uGS，改變了PN結(jié)中電場(chǎng)場(chǎng)，控制制了iD，故稱(chēng)場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)管管；(2)結(jié)型場(chǎng)效效應(yīng)管柵柵源之間間加反向向偏置電電壓，使使PN反偏，柵柵極基本本不取電電流，因因此，場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)管管輸入電電阻很高高。(c)(d)第四版童童詩(shī)白873.當(dāng)uGD<uGS(off)時(shí),uGS對(duì)漏極電電流iD的控制作作用場(chǎng)效應(yīng)管管用低頻跨導(dǎo)導(dǎo)gm的大小描描述柵源源電壓對(duì)對(duì)漏極電電流的控控制作用用。場(chǎng)效應(yīng)管管為電壓壓控制元元件(VCCS)。在uGD＝uGS－uDS<uGS(off),當(dāng)uDS為一常量量時(shí)，對(duì)對(duì)應(yīng)于確確定的uGS，就有確確定的iD。gm=iD/uGS(單位mS)第四版童童詩(shī)白88小結(jié)(1)在uGD＝uGS－uDS>uGS(off)情況下,即當(dāng)uDS<uGS-uGS(off)對(duì)應(yīng)于不不同的uGS，d-s間等效成成不同阻阻值的電電阻。(2)當(dāng)uDS使uGD＝uGS(off)時(shí)，d-s之間預(yù)夾夾斷(3)當(dāng)uDS使uGD<uGS(off)時(shí)，iD幾乎僅僅僅決定于于uGS，而與uDS無(wú)關(guān)。此此時(shí)，可以把iD近似看成成uGS控制的電電流源。。第四版童童詩(shī)白89二、結(jié)型型場(chǎng)效應(yīng)應(yīng)管的特特性曲線線1.轉(zhuǎn)移特性性(N溝道結(jié)型型場(chǎng)效應(yīng)應(yīng)管為例例)O

uGSiDIDSSUGS(off)圖1.4.6轉(zhuǎn)移特性性u(píng)GS=0，iD最大；uGS愈負(fù)，iD愈??；uGS=UGS(off)，iD0。兩個(gè)重要要參數(shù)飽和漏極極電流IDSS(UGS=0時(shí)的ID)夾斷電壓壓UGS(off)(ID=0時(shí)的UGS)UDSiDVDDVGGDSGV+V+uGS特性曲線測(cè)試電路+mA第四版童童詩(shī)白90轉(zhuǎn)移特性性O(shè)uGS/VID/mAIDSSUP圖1.4.6轉(zhuǎn)移特性2.輸出特性性曲線當(dāng)柵源之之間的的電壓UGS不變時(shí)，，漏極電電流iD與漏源之之間電壓壓uDS的關(guān)系，，即結(jié)型場(chǎng)效效應(yīng)管轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移特性性曲線的的近似公公式：≤≤第四版童童詩(shī)白91IDSS/ViD/mAuDS/VOUGS=0V-1-2-3-4-5-6-7預(yù)夾斷軌跡恒流區(qū)可變電阻阻區(qū)漏極特性性也有三三個(gè)區(qū)：：可變電阻阻區(qū)、恒恒流區(qū)和和夾斷區(qū)區(qū)。圖1.4.5(b)漏極特性性輸出特性性（漏極特性性）曲線夾斷區(qū)UDSiDVDDVGGDSGV+V+uGS圖1.4.5(a)特性曲線測(cè)試電路+mA擊穿區(qū)第四版童童詩(shī)白92＊結(jié)型型P溝道的特特性曲線線SGD轉(zhuǎn)移特性性曲線iDUGS（Off）IDSSOuGS輸出特性性曲線iDUGS=0V+uDS++o柵源加正正偏電壓壓，(PN結(jié)反偏)漏源加反反偏電壓壓。第四版童童詩(shī)白931.4.2絕緣柵型型場(chǎng)效應(yīng)應(yīng)管MOSFETMetal-OxideSemiconductorFieldEffectTransistor由金屬、、氧化物物和半導(dǎo)導(dǎo)體制成成。稱(chēng)為為金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)管管，或簡(jiǎn)稱(chēng)稱(chēng)MOS場(chǎng)效應(yīng)管管。特點(diǎn)：輸輸入電阻阻可達(dá)1010以上。類(lèi)型N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型增強(qiáng)型耗盡型UGS=0時(shí)漏源間間存在導(dǎo)導(dǎo)電溝道道稱(chēng)耗盡型場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)管管；UGS=0時(shí)漏源間間不存在在導(dǎo)電溝溝道稱(chēng)增強(qiáng)型場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)管管。第四版童童詩(shī)白94一、N溝道增強(qiáng)強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管管結(jié)構(gòu)P型襯底N+N+BGSDSiO2源極S漏極D襯底引線線B柵極G圖1.4.7N溝道增強(qiáng)強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管管的結(jié)構(gòu)構(gòu)示意圖圖SGDB第四版童童詩(shī)白951.工作原理理絕緣柵場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)管管利用UGS來(lái)控制“感應(yīng)電荷荷”的多少，，改變由由這些“感應(yīng)電荷荷”形成的導(dǎo)導(dǎo)電溝道道的狀況況，以控控制漏極極電流ID。2.工作原理理分析(1)UGS=0漏源之間間相當(dāng)于于兩個(gè)背背靠背的的PN結(jié)，無(wú)論論漏源之之間加何何種極性性電壓，，總是不導(dǎo)導(dǎo)電。SBD第四版童童詩(shī)白96(2)UDS=0，0<UGS<UGS(th)P型襯底N+N+BGSD柵極金屬屬層將聚聚集正電電荷，它它們排斥斥P型襯底靠靠近SiO2一側(cè)的空空穴，形成由負(fù)負(fù)離子組組成的耗耗盡層。。增大UGS耗盡層變變寬。VGG---------(3)UDS=0，UGS≥UGS(th)由于吸引引了足夠夠多P型襯底的的電子，，會(huì)在耗盡盡層和SiO2之間形成成可移動(dòng)動(dòng)的表面面電荷層層——---N型溝道反型層、、N型導(dǎo)電溝溝道。UGS升高，N溝道變寬寬。因?yàn)闉閁DS=0，所以ID=0。UGS(th)或UT為開(kāi)始始形成成反型型層所所需的的UGS，稱(chēng)開(kāi)啟電電壓。第四版版童詩(shī)詩(shī)白97(4)UDS對(duì)導(dǎo)電電溝道道的影影響(UGS>UT)導(dǎo)電溝溝道呈呈現(xiàn)一一個(gè)楔楔形。。漏極極形成成電流流ID。b.UDS=UGS–UT，UGD=UT靠近漏漏極溝溝道達(dá)達(dá)到臨臨界開(kāi)開(kāi)啟程程度，，出現(xiàn)現(xiàn)預(yù)夾夾斷。。c.UDS>UGS–UT，UGD<UT由于夾夾斷區(qū)區(qū)的溝溝道電電阻很很大，，UDS逐漸增增大時(shí)時(shí)，導(dǎo)導(dǎo)電溝溝道兩兩端電電壓基基本不不變，，iD因而基基本不不變。。a.UDS<UGS–UT，即UGD=UGS–UDS>UTP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區(qū)第四版版童詩(shī)詩(shī)白98DP型襯底N+N+BGSVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區(qū)圖1.4.9UDS對(duì)導(dǎo)電電溝道道的影影響(a)UGD>UT(b)UGD=UT(c)UGD<UT在UDS>UGS–UT時(shí)，對(duì)對(duì)應(yīng)于于不同同的uGS就有一一個(gè)確確定的的iD。此時(shí)，，可可以把把iD近似看看成是是uGS控制的的電流流源。。第四版版童詩(shī)詩(shī)白993.特性曲曲線與與電流流方程程(a)轉(zhuǎn)移特特性(b)輸出特特性UGS<UT，iD=0；UGS≥UT，形成成導(dǎo)電電溝道道，隨隨著UGS的增加加，ID逐漸增增大。。(當(dāng)UGS>UT時(shí))三個(gè)區(qū)區(qū)：可可變電電阻區(qū)區(qū)、恒恒流區(qū)區(qū)(或飽和和區(qū))、夾斷斷區(qū)。。UT2UTIDOuGS/ViD/mAO圖1.4.10(a)圖1.4.10(b)iD/mAuDS/VO預(yù)夾斷軌跡恒流區(qū)

可變電阻區(qū)夾斷區(qū)。UGS增加第四版版童詩(shī)詩(shī)白100二、N溝道耗耗盡型型MOS場(chǎng)效應(yīng)應(yīng)管P型襯底N+N+BGSD++++++制造過(guò)過(guò)程中中預(yù)先先在二二氧化化硅的的絕緣緣層中中摻入入正離離子，，這些些正離離子電電場(chǎng)在在P型襯底底中“感應(yīng)”負(fù)電荷荷，形形成“反型層層”。即使使UGS=0也會(huì)形形成N型導(dǎo)電電溝道道。++++++++++++UGS=0，UDS>0，產(chǎn)生生較大大的漏漏極電電流；；UGS<0，絕緣緣層中中正離離子感感應(yīng)的的負(fù)電電荷減減少，，導(dǎo)電電溝道道變窄窄，iD減??；；UGS=UP,感應(yīng)電電荷被被“耗耗盡””，iD0。UP或UGS(off)稱(chēng)為夾夾斷電電壓圖1.4.11第四版版童詩(shī)詩(shī)白101N溝道耗耗盡型型MOS管特性性工作條條件：：UDS>0；UGS正、負(fù)負(fù)、零零均可可。iD/mAuGS/VOUP(a)轉(zhuǎn)移特性IDSS耗盡型型MOS管的符符號(hào)SGDB(b)輸出特性iD/mAuDS/VO+1VUGS=0-3V-1V-2V43215101520N溝道耗耗盡型型MOSFET第四版版童詩(shī)詩(shī)白102三、P溝道MOS管1.P溝道增增強(qiáng)型型MOS管的開(kāi)啟啟電壓壓UGS(th)<0當(dāng)UGS<UGS(th)，漏-源之間間應(yīng)加加負(fù)電電源電電壓管子才才導(dǎo)通通,空穴導(dǎo)導(dǎo)電。2.P溝道耗耗盡型型MOS管的夾斷斷電壓壓UGS(off)＞0UGS可在正正、負(fù)負(fù)值的的一定定范圍圍內(nèi)實(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)iD的控制制，漏-源之間間應(yīng)加加負(fù)電電源電電壓。。SGDBP溝道SGDBP溝道四、VMOS管VMOS管漏區(qū)區(qū)散熱熱面積積大，，可制成成大功功率管管。第四版版童詩(shī)詩(shī)白103種類(lèi)符號(hào)轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線

結(jié)型N溝道耗盡型

結(jié)型P溝道耗盡型

絕緣柵型

N溝道增強(qiáng)型SGDSGDiDUGS=0V+uDS++oSGDBuGSiDOUT各類(lèi)場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)應(yīng)管的的符號(hào)號(hào)和特特性曲曲線+UGS=UTuDSiD+++OiDUGS=0V---uDSOuGSiDUPIDSSOuGSiD/mAUPIDSSO第四版版童詩(shī)詩(shī)白104種類(lèi)符號(hào)轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線絕緣柵型N溝道耗盡型絕緣柵型P溝道增強(qiáng)型耗盡型IDSGDBUDSID_UGS=0+__OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_IDUGS=UTUDS_o_UGS=0V+_IDUDSo+第四版版童詩(shī)詩(shī)白1051.4.3場(chǎng)效應(yīng)應(yīng)管的的主要要參數(shù)數(shù)一、直直流參參數(shù)飽和漏漏極電電流IDSS2.夾斷電電壓UP或UGS(off)3.開(kāi)啟電電壓UT或UGS(th)4.直流輸輸入電電阻RGS為耗耗盡盡型型場(chǎng)場(chǎng)效效應(yīng)應(yīng)管管的的一一個(gè)個(gè)重重要要參參數(shù)數(shù)。。為增增強(qiáng)強(qiáng)型型場(chǎng)場(chǎng)效效應(yīng)應(yīng)管管的的一一個(gè)個(gè)重重要要參參數(shù)數(shù)。。為耗耗盡盡型型場(chǎng)場(chǎng)效效應(yīng)應(yīng)管管的的一一個(gè)個(gè)重重要要參參數(shù)數(shù)。。輸入入電電阻阻很很高高。。結(jié)結(jié)型型場(chǎng)場(chǎng)效效應(yīng)應(yīng)管管一一般般在在107以上上，，絕緣緣柵柵場(chǎng)場(chǎng)效效應(yīng)應(yīng)管管更更高高，，一一般般大大于于109。第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白106二、、交交流流參參數(shù)數(shù)1.低頻跨跨導(dǎo)gm2.極間電電容用以描描述柵柵源之之間的的電壓壓uGS對(duì)漏極極電流流iD的控制制作用用。單位：：iD毫安(mA)；uGS伏(V)；gm毫西門(mén)門(mén)子(mS)這是場(chǎng)場(chǎng)效應(yīng)應(yīng)管三三個(gè)電電極之之間的的等效效電容容，包包括Cgs、Cgd、Cds。極間間電電容容愈愈小小，，則則管管子子的的高高頻頻性性能能愈愈好好。。一一般般為為幾幾個(gè)個(gè)皮皮法法。。第四四版版童童詩(shī)詩(shī)白白107三