《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》全冊配套課件

《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》全冊配套課件第0章導(dǎo)言模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程總學(xué)時(shí)：64學(xué)時(shí)課程學(xué)分：4課程類型：校3+6統(tǒng)考課授課教師：謝建志聯(lián)系方式電話/p>

電子信箱：xjz730@163.com

辦公室：科A-416(清水河校區(qū))教案發(fā)布地:網(wǎng)絡(luò)學(xué)堂-電工學(xué)院下載密碼：無導(dǎo)言一、課程名稱簡介

信號（按時(shí)間）連續(xù)時(shí)間信號（模擬信號）離散時(shí)間信號（數(shù)字信號）模擬電路數(shù)字電路

模擬信號（按頻率分）低頻高頻微波低頻電路高頻電路微波電路本課程主要討論處理低頻模擬信號的放大電路。（模擬電路基礎(chǔ)）1912年：美國青年發(fā)明家德.福雷斯特（L.DeForest）在帕洛阿托小鎮(zhèn)首次發(fā)現(xiàn)了電子管的放大作用，為電子工業(yè)奠定了基礎(chǔ)。1895年：英國青年工程師弗萊明（J.Fleming）通過“愛迪生效應(yīng)”發(fā)明了第一只真空二極管（檢波）。1.第一代電子器件——電子管電子管體積大、重量重、壽命短、耗電大。二、電子技術(shù)的發(fā)展歷程電子技術(shù)的發(fā)展以電子器件的更新?lián)Q代為標(biāo)志！導(dǎo)言2.第二代電子器件——晶體管1947年，肖克利(WilliamB.Shockley)，巴丁(JohnBardeen)，布拉頓(WalterH.Brattain)發(fā)明了世界上第一只點(diǎn)接觸型“鍺晶體管”。肖克利布拉頓巴丁1956年，三位小組成員獲得諾貝爾物理獎導(dǎo)言3.第三代電子器件——集成電路

1958年TI公司的基爾比（J.Kilby）研究小組將鍺晶體管內(nèi)的五個(gè)器件集成在一起，基于鍺材料制作了一個(gè)叫相移振蕩器的簡易集成電路。1959年7月，美國仙童半導(dǎo)體公司的諾伊斯研究出一種利用SiO2屏蔽擴(kuò)散技術(shù)和PN結(jié)隔離技術(shù)，基于Si平面工藝發(fā)明了世界上第一塊Si集成電路（實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)）。

導(dǎo)言3.第三代電子器件——集成電路分立元件電路：將元器件用導(dǎo)線相連構(gòu)成的實(shí)際電路，元器件是分立存在的實(shí)體。集成電路：將眾多的元器件及相互連線集成于一微小半導(dǎo)體晶片上，制成一個(gè)不可分割的整體——

集成電路器件。電子電路分為分立元件電路集成電路（IC）●

IC的推廣再次掀起電子設(shè)備的大規(guī)模更新?lián)Q代?！拔磥淼脑O(shè)備是一種沒有連接線的固體組件”。導(dǎo)言半導(dǎo)體元器件的發(fā)展1947年貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一只晶體管1958年集成電路誕生1969年大規(guī)模集成電路1975年超大規(guī)模集成電路

第一片集成電路只有4個(gè)晶體管，而1997年一片集成電路中有40億個(gè)晶體管。有科學(xué)家預(yù)測:集成度還將按10倍/6年的速度增長，到2015或2020年達(dá)到飽和(Why?)。學(xué)習(xí)電子技術(shù)方面的課程需時(shí)刻關(guān)注電子技術(shù)的發(fā)展！三、電子信息系統(tǒng)的組成模擬電子電路數(shù)字電子電路（系統(tǒng)）傳感器接收器隔離、濾波、放大運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、比較功放模擬-數(shù)字混合電子電路模擬電子系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)引言四、課程主要內(nèi)容半導(dǎo)體器件原理（外特性、模型及參數(shù)）基本應(yīng)用電路的工作原理、分析方法模擬集成電路中基本單元的分析與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)集成器件(運(yùn)放)原理和基本線性應(yīng)用電路。TL08490142N22023DG5+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差動放大級反饋級偏置電路共射放大級UBE倍增電路恒流源負(fù)載準(zhǔn)互補(bǔ)功放級保險(xiǎn)負(fù)載實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路：引言五、課程特點(diǎn)（入門難）工程性和實(shí)踐性強(qiáng)（計(jì)算中引入估算）電路千變?nèi)f化，靈活性大內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少，新知識點(diǎn)多六、學(xué)習(xí)方法抓“三基”：基本概念、基本原理、基本分析方法聽課、看書、習(xí)題……七、成績10%（平時(shí)）+30%（半期考試）+60%（期末考試）符號說明純直流信號：參量和下標(biāo)均大寫——VBE

、IB純交流信號：參量和下標(biāo)均小寫——

vbe

、ib交直流信號：參量小寫和下標(biāo)大寫——vBE

、iB交流分量有效值：參量大寫和下標(biāo)小寫

——Vbe

、Ib當(dāng)下標(biāo)有m時(shí)表示交流分量振幅——Vcm,Ibm第一章常用半導(dǎo)體器件第一章常用半導(dǎo)體器件§1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識§1.2半導(dǎo)體二極管§1.3晶體三極管§1.4場效應(yīng)管§1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識一、本征半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦运?、PN結(jié)的電容效應(yīng)

根據(jù)材料導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。

典型的半導(dǎo)體有單質(zhì)半導(dǎo)體[硅(Si)和鍺(Ge)]以及Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體[砷化鎵(GaAs)等]。導(dǎo)體：電阻率

<10-4Ω·cm，如鐵、鋁、銅等金屬元素等低價(jià)元素，其最外層電子在外電場作用下很容易產(chǎn)生定向移動，形成電流。一.半導(dǎo)體的定義與基本特性1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識絕緣體：電阻率

>109Ω·cm，如惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強(qiáng)，只有在外電場強(qiáng)到相當(dāng)程度時(shí)才可能導(dǎo)電。半導(dǎo)體：電阻率

介于前兩者之間。

半導(dǎo)體材料SiGeSi：+142Ge：+484+3228418價(jià)電子最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)慣性核表示：慣性核：除價(jià)電子外的內(nèi)層穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

當(dāng)半導(dǎo)體受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力大幅度增強(qiáng)，制成的光敏二極管可以用于光敏控制。二.半導(dǎo)體三大基本特性1.半導(dǎo)體的熱敏性(temperaturesensitive)

環(huán)境溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力大幅度增強(qiáng)，制成的熱敏電阻可以用于溫度控制。T電導(dǎo)率s

2.半導(dǎo)體的光敏性(lightsensitive)IVmA半導(dǎo)體T1.5光照度

光照3.半導(dǎo)體的摻雜性

(Doping

impuritive)

在半導(dǎo)體中摻入一定濃度的雜質(zhì)后，可改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型，導(dǎo)電能力也會大幅度增加，利用這種特性可以制造出不同用途的半導(dǎo)體晶體管與集成電路。半導(dǎo)體IVmA高溫?fù)诫s3DG5晶體管純凈的且具有完整晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。純度：大于99.9999%，“六個(gè)9”通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體?！?.1.1本征半導(dǎo)體硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)取決于原子結(jié)構(gòu)。硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)為金剛石結(jié)構(gòu)：每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：1.本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵內(nèi)的電子稱為束縛電子形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。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。在絕對0度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時(shí),價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為

0，相當(dāng)于絕緣體。2.本征激發(fā)+4+4+4+4+4+4+4+4+4掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子留下的空位稱為空穴

本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子隨著溫度升高，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，這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。自由電子空穴外電場作用下空穴導(dǎo)電過程：兩種載流子（動畫）1.本征半導(dǎo)體中有兩種載流子——

自由電子和空穴它們是成對出現(xiàn)的2.在外電場的作用下，產(chǎn)生電流——電子流和空穴流電子流：自由電子作定向運(yùn)動形成的與外電場方向相反空穴流：價(jià)電子遞補(bǔ)空穴形成的與外電場方向相同由此可以看出：3.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。

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)。

載流子的復(fù)合:自由電子與空穴在熱運(yùn)動中相遇，使一對自由電子和空穴消失的現(xiàn)象稱為載流子復(fù)合。

動態(tài)平衡:復(fù)合是產(chǎn)生的相反過程，當(dāng)產(chǎn)生等于復(fù)合時(shí)，稱載流子處于平衡狀態(tài)。

本征濃度(ni):平衡狀態(tài)下，本征半導(dǎo)體單位體積內(nèi)的自由電子數(shù)（空穴數(shù)）。它是溫度的敏感函數(shù)。3.

本征濃度ni：自由電子的濃度pi：空穴的濃度B

：系數(shù)T

：絕對溫度式中：k

：波爾茲曼常數(shù)EG：價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵所需能量,又叫禁帶寬度平衡狀態(tài)下本征半導(dǎo)體單位體積內(nèi)自由電子數(shù)（或空穴數(shù)）3.

本征濃度（1）相同溫度下，Ge的ni>>Si的ni（2）常溫下本征濃度遠(yuǎn)小于原子密度。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。

在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。

(impuritysemiconductor)

N型半導(dǎo)體(N-typesemiconductor)

——摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體(P-typesemiconductor)——摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。一般采用高溫?cái)U(kuò)散工藝進(jìn)行摻雜§1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1.N型半導(dǎo)體(Negative負(fù)）+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5在本征半導(dǎo)體中摻入少量的五價(jià)元素（如磷）施主電離：產(chǎn)生自由電子和正離子對N型半導(dǎo)體

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（常溫下幾乎完全電離），這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。這一現(xiàn)象稱為“施主電離”。磷原子稱為施主原子。本征激發(fā)：產(chǎn)生自由電子和空穴對載流子自由電子空穴施主電離本征激發(fā)自由電子和空穴自由電子和正離子——多數(shù)載流子（多子）——

少數(shù)載流子（少子）電荷模型：+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+51.N型半導(dǎo)體(Negative負(fù)）

空穴比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目多了？少了？為什么？++++++++++++++++++2.P型半導(dǎo)體（Positive正）+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3在本征半導(dǎo)體中摻入少量的三價(jià)元素（如硼）P型半導(dǎo)體。硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空位。價(jià)電子因熱運(yùn)動很容易來填補(bǔ)這個(gè)空位，使空位轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體原子上，產(chǎn)生空穴。同時(shí)使得硼原子成為不能移動的帶負(fù)電的離子。這一現(xiàn)象稱為受主電離。硼原子稱為受主原子。受主電離：產(chǎn)生空穴和負(fù)離子對本征激發(fā)：產(chǎn)生自由電子和空穴對受主電離本征激發(fā)自由電子和空穴空穴和負(fù)離子載流子自由電子空穴——多數(shù)載流子（多子）—

少數(shù)載流子（少子）電荷模型：+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+32.P型半導(dǎo)體（Positive正）

雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性可控。－－－－－－－－－－－－－－－－－－漂移電流

在電場作用下，半導(dǎo)體中的載流子受電場力作宏觀定向漂移運(yùn)動形成的電流，稱為漂移電流。漂移電流與電場強(qiáng)度、載流子濃度成正比。擴(kuò)散電流

在半導(dǎo)體中，因某種原因使載流子的濃度分布不均勻，載流子會從濃度高的地方向濃度低的地方作擴(kuò)散運(yùn)動，這種因載流子濃度差而產(chǎn)生的載流子宏觀定向運(yùn)動形成的電流稱為擴(kuò)散電流。3.半導(dǎo)體中的電流擴(kuò)散電流

半導(dǎo)體中某處的擴(kuò)散電流主要取決于該處載流子的濃度差（即濃度梯度），而與該處的濃度值無關(guān)。即擴(kuò)散電流與載流子在擴(kuò)散方向上的濃度梯度成正比，濃度差越大，擴(kuò)散電流也越大。濃度梯度：或

本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體

小結(jié)

自由電子、空穴、N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體；

多數(shù)載流子、少數(shù)載流子、漂移電流與擴(kuò)散電流。

導(dǎo)體或半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用是通過帶電粒子的運(yùn)動（形成電流）來實(shí)現(xiàn)的，這種電流的載體稱為載流子。導(dǎo)體中的載流子是自由電子，半導(dǎo)體中的載流子則是帶負(fù)電的電子和帶正電的空穴。

關(guān)鍵詞：－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++1.1.3PN結(jié)一.PN結(jié)形成及特點(diǎn)P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P

型半導(dǎo)體和N

型半導(dǎo)體？？經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN

結(jié)。1PN結(jié)形成P區(qū)N區(qū)多子擴(kuò)散濃度差多子的擴(kuò)散雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)形成內(nèi)建電場內(nèi)建電場促使少子漂移，阻止多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散和少子漂移，達(dá)到動態(tài)平衡離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。內(nèi)電場E少子漂移擴(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。1.2PN結(jié)內(nèi)電場越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。2.PN結(jié)特點(diǎn):（1）空間電荷區(qū)是非中性區(qū)，內(nèi)建電場和內(nèi)建電位差φo（內(nèi)建電壓）。（2）PN結(jié)又稱耗盡層、又稱阻擋層（內(nèi)建電場E阻止兩區(qū)多子越結(jié)擴(kuò)散）、又稱勢壘區(qū)。（3）不對稱PN結(jié)，空間電荷區(qū)主要向低摻雜區(qū)延伸。P+N結(jié)PN+結(jié)二.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.正向偏置的PN結(jié)P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；RE內(nèi)電場P區(qū)N區(qū)外電場變薄內(nèi)電場被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成較大的擴(kuò)散電流。呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，即PN正偏導(dǎo)通限流電阻，以免燒壞PN結(jié)兩者方向相反，內(nèi)電場被削弱2.反向偏置的PN結(jié)P區(qū)的電位低于N區(qū)的電位，稱為加反向電壓，簡稱反偏；RE內(nèi)電場P區(qū)N區(qū)變厚外電場內(nèi)電場被加強(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。即反偏時(shí)PN結(jié)幾乎截止。兩者方向相同，內(nèi)電場被加強(qiáng)PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。PNRVIDPNRVID加正偏PN結(jié)導(dǎo)通加反偏PN結(jié)截止結(jié)論：由半導(dǎo)體物理可推出：PN結(jié)方程三.PN結(jié)的伏安特性式中IS——反向飽和電流

UT=kT/q

——熱電壓T=300k（室溫）時(shí)

UT=26mVk——波爾茲曼常數(shù)（1.38×10-23J/K)；u的符號正偏：反偏：u>0u<0

反偏時(shí)：

正偏時(shí)：T=300k（室溫）時(shí)，UT=26mV只要

u比UT大幾倍，有u的符號正偏：反偏：u>0u<0三.PN結(jié)的伏安特性

反向擊穿時(shí)的電壓值稱為反向擊穿電壓UBR四PN結(jié)的反向擊穿特性

當(dāng)加在PN結(jié)的反偏電壓超過某一數(shù)值時(shí)，反偏電流將急劇增大，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。導(dǎo)致二極管出現(xiàn)反向擊穿的原因：

（1）雪崩擊穿（2）齊納擊穿低摻雜，耗盡層寬，價(jià)電子被碰撞電離；通常

UBR>6V高摻雜，耗盡層窄，價(jià)電子被場致激發(fā)；通常UBR<4VVD(V)ID(mA)O清華大學(xué)華成英hchya@五、PN結(jié)的電容效應(yīng)1.勢壘電容

PN結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容Cb。2.擴(kuò)散電容

PN結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容Cd。結(jié)電容：

結(jié)電容不是常量?。╳hy?)由于Cj的存在，若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦?！問題為什么將自然界導(dǎo)電性能中等的半導(dǎo)體材料制成本征半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能極差，又將其摻雜，改善導(dǎo)電性能？為什么半導(dǎo)體器件的溫度穩(wěn)定性差？是多子還是少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素？為什么半導(dǎo)體器件有最高工作頻率？§2半導(dǎo)體二極管一、二極管的組成二、二極管的伏安特性及電流方程三、二極管的等效電路四、二極管的主要參數(shù)五、穩(wěn)壓二極管

一、二極管的組成將PN結(jié)封裝，引出兩個(gè)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

一、二極管的組成點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，結(jié)電容小，故結(jié)允許的電流小，最高工作頻率高。面接觸型：結(jié)面積大，結(jié)電容大，故結(jié)允許的電流大，最高工作頻率低。平面型：結(jié)面積可小、可大，小的工作頻率高，大的結(jié)允許的電流大。

二、二極管的伏安特性及電流方程材料開啟電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流硅Si0.5V0.5~0.8V1μA以下鍺Ge0.1V0.1~0.3V幾十μA開啟電壓反向飽和電流擊穿電壓熱電壓二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性。從二極管的伏安特性可以反映出：

1.

單向?qū)щ娦?.

伏安特性受溫度影響T（℃）↑→在電流不變情況下管壓降u↓→反向飽和電流IS↑，U(BR)↓T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移正向特性為指數(shù)曲線反向特性為橫軸的平行線增大1倍/10℃三、二極管的交、直流電阻線性電阻：非線性電阻：R的值為常數(shù)伏安特性為一條直線R的值不是常數(shù)伏安特性上為一條曲線二極管為是一種非線性電阻器件，其電阻值隨工作電流而改變1.直流電阻rD工作點(diǎn)：二極管上的直流電壓UD和直流電流ID稱為二極管的工作點(diǎn)rD定義：IDUDDRE幾何意義：工作點(diǎn)與原點(diǎn)連線斜率的倒數(shù)，即rD隨工作電流增大而減小Q2iDQ1ID2ID1OUD2UD1uDβ1β2例：右圖可用于測量二極管的直流電阻RD

。當(dāng)圖中電源電壓E加倍時(shí)，RD會（）。A.加倍B.變大C.不變D.變小√2.二極管的交流電阻rd定義：二極管工作點(diǎn)Q處的微變電壓（duD

）和微變電流（diD

）之比，稱為該點(diǎn)處的交流電阻rd。uDOQUD

uD

iDIDiD2.二極管的交流電阻rdrd幾何意義：伏安特性曲線在工作點(diǎn)Q處切線斜率的倒數(shù)rd求解：求導(dǎo)……有T=300K，有rd與工作電流近似成反比vDOQVD

vD

iDIDiDIDUDDRE問題：已知R、E的值；求ID、VD器件模型：由理想元件構(gòu)成的能近似反映電子器件特性的等效電路。引入模型的目的：簡化電路計(jì)算引入模型的方法：非線性元件作線性化處理

二極管的伏安特性的分段線性近似模型：

（1）理想開關(guān)模型

（2）恒壓源模型（3）折線近似模型四、二極管的等效電路理想二極管近似分析中最常用理想開關(guān)導(dǎo)通時(shí)UD＝0截止時(shí)IS＝0導(dǎo)通時(shí)UD＝Uon截止時(shí)IS＝0導(dǎo)通時(shí)△i與△u成線性關(guān)系應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路！1.將伏安特性折線化？100V？5V？1V？三種模型的計(jì)算精度比較

二極管的靜態(tài)工作情況分析，求iD①理想模型②恒壓模型③折線模型外加電壓越高，計(jì)算精度誤差越小。設(shè):

UON=0.5V;rD=0.2K

(UON=0.7V硅二極管）RDViDuD+–10k

10VNSDiDuD+–2.微變等效電路Q點(diǎn)越高，rd越小。

當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動態(tài)信號作用時(shí)，則可將二極管等效為一個(gè)電阻，稱為動態(tài)電阻，也就是微變等效電路。ui=0時(shí)直流電源作用小信號作用靜態(tài)電流四、二極管的主要參數(shù)最大整流電流IF：最大平均值最大反向工作電壓UR：最大瞬時(shí)值反向電流IR：即IS最高工作頻率fM：因PN結(jié)有電容效應(yīng)第四版——P20

利用二極管的單向?qū)щ娦?，相?dāng)于一個(gè)受外加電壓極性控制的開關(guān)。半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性：二極管電路分析方法：A)先將二極管從電路中斷開，分別求出其兩端的正向電壓。根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦?，二極管承受正向電壓則導(dǎo)通，反之則截止。B)若電路中存在兩只以上二極管，則正向電壓大的管子優(yōu)先導(dǎo)通。五.

二極管開關(guān)電路例1,圖示電路中，設(shè)D導(dǎo)通時(shí)正向壓降為

0.7V，求流過二極管中的電流

ID

。D3V+?+?120ΩID1.2V120Ω

∴ID=4.5833mA300ΩD5V+?+?200Ω300ΩID2V200Ω

ID=(3-1.2-0.7)/240=4.5833mA解：運(yùn)用戴維寧定理由KVL:3-120ID-0.7-120ID-1.2=0例2，(填空題)如圖所示電路中，D1～D3為理想二極管，

A、B、C白熾燈泡功率相同，其中最亮的燈是

___。

+D1D2D3VSABC解：VS正半周時(shí)D1、D3導(dǎo)通，

D2截止A、C被短路，

VS

的正半周電壓全部加到B上。VS負(fù)半周時(shí)D1、D3截止，D2導(dǎo)通B被短路，

VS

的正半周電壓全部加到A、C上。VS全周期加到A、C上的平均電壓只有B的一半。所以最亮的燈是

B。例3．試判斷圖中二極管是導(dǎo)通還是截止？并求出AB兩端電壓VAB。設(shè)二極管為理想二極管。解：斷開D1、D2時(shí)D1管優(yōu)先導(dǎo)通VA1=12V，VA2=12-6=6V∵VA1>VA2;此時(shí)，VA2=-6V，D2管截止?！啻穗娐稤1導(dǎo)通，D2管截止VAB=0V。VAB=0V。D1D23KW6V12VAB12例4，或門電路假定二極管導(dǎo)通電壓忽略不計(jì)，我們用列表的方法來分析輸入信號VA，VB和輸出信號VF的關(guān)系：VAVBVFD2D15V5V5V5V0V0V0V0V導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止5V0V5V5V

如果定義5V電平為邏輯1，0V電平為邏輯0，則，該電路實(shí)現(xiàn)邏輯“或”的功能,即：F=A+B。D1D2R-12VVAVBVFDvsiDuD+–+–5k

例5,圖示電路中設(shè)D導(dǎo)通時(shí)正向壓降為

0.7V，設(shè)

vs=10V+2sin50t(mV)

,求iD。解：根據(jù)疊加原理

iD＝ID+id二極管的交流等效電阻rd

由特殊工藝制造專門工作在反向擊穿狀態(tài)下的二極管稱為穩(wěn)壓二極管。1.穩(wěn)壓二極管(ZenerDiode)

普通二極管反向擊穿電壓越大越好，一般VBR>100V。

普通穩(wěn)壓二極管工作電壓VBR＝VZ=2.5~30V。穩(wěn)壓二極管特點(diǎn)：

PN結(jié)面積大，散熱條件好，使反向擊穿是可逆。DZVZIZ+-VD(V)ID(mA)OVBR五穩(wěn)壓二極管2.穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線正向特性和普通二極管相同反向擊穿區(qū)曲線越陡，即動態(tài)電阻rZ越小，穩(wěn)壓性能越好。理想穩(wěn)壓二極管特性：?實(shí)際器件的rZ一般都很小，可以忽略;?加反向電壓當(dāng)IZ>0時(shí)，

VD≈VZ;?加正向電壓當(dāng)IZ>0時(shí)，

VD≈0.7V(si管)。V(V)I(mA)OVBRDZVZIZ+-1）穩(wěn)定電壓VZ

2）最小穩(wěn)定電流

IZmin3）最大穩(wěn)定電流IZMAX

不同型號的穩(wěn)壓管，都規(guī)定一個(gè)最大穩(wěn)定電流，防止穩(wěn)壓管過流發(fā)生熱擊穿而損壞。3.穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)保證穩(wěn)壓管穩(wěn)壓性能的最小工作電流。IZmin很小，常視為零。VZ＝2.5～30VV(V)IZ(mA)0IZminIZmaxVZ4）最大允許耗散功率PZM穩(wěn)壓管不發(fā)生熱擊穿的最大功率損耗。5）動態(tài)電阻動態(tài)電阻越小穩(wěn)壓管穩(wěn)壓效果越好6）電壓溫度系數(shù)

U穩(wěn)壓管受溫度變化的影響系數(shù)。PZM=0.25~2W

VZrZ模型V(V)IZ(mA)0IZminIZmaxVZ4.

典型穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路此時(shí)

VO=VZ穩(wěn)壓條件:IZmin

≤

IZ

≤

IZmaxR——限流電阻RL——負(fù)載電阻ILVZIZDZRVi+VO+RL––IRIZ=IR–ILV(V)IZ(mA)0IZminIZmaxVZ①當(dāng)IZmin＝0,且RL開路Vi>

VZ,IZ>0電路進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)

VO=VZ兩種特殊穩(wěn)壓情況：②當(dāng)IZmin＝0,且

RL≠∞電路進(jìn)入穩(wěn)壓狀態(tài)

VO=VZ當(dāng)ILVZIZDZRVi+VO+RL––IR例1.圖示電路中設(shè)R1=RL=500

,DZ的擊穿電壓VZ=6V;求:當(dāng)Vi=10V

時(shí)VO

=______________;當(dāng)Vi=20V時(shí)

IZ=____________。Vi=10V

時(shí)

VO

=Vi=20V時(shí)

IZ=IR-

IL5V16mAILVZIZDZR1Vi+VO+RL––IR例2.設(shè)VZ=5V；PZM=1/4W；R=1K

。A).當(dāng)RL=∞;VO=VZ時(shí),求Vi的變化范圍。B).當(dāng)Vi=20V;保證VO

=VZ

時(shí),求RL的變化范圍。解：A)Vi＞5V時(shí)，DZ反向擊穿；

VO=5V∵PZM

=250mW,

IZmax=PZM/VZ

=250m/5=50mA∴Vimax=RIZmax+VZ=1k×50m+5=55V得：Vi=5→55VILVZIZDZRVi+VO+RL––IR解：B)正常穩(wěn)壓時(shí)IZ＞0,必須滿足由得:

RLmin

=1/3K≈333∴RL

=333→∞B).當(dāng)Vi=20V;保證VO

=VZ

時(shí),求RL的變化范圍。臨界穩(wěn)壓時(shí)

RL=RLminILVZIZDZRVi+VO+RL––IR穩(wěn)壓二極管的串并聯(lián)等效設(shè)兩只穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值分別為VZ1=9V;VZ2=6V，正向壓降均為0.7V,求串并聯(lián)的等效穩(wěn)壓值VZ。串聯(lián)：IZ9V6VVZ=15VIZ9V6VVZ=6.7VIZ9V6VVZ=9.7VIZ9V6VVZ=1.4V并聯(lián)：VZ=6VVZ=0.7V例3,設(shè)硅穩(wěn)壓管DZ1和DZ2的穩(wěn)定電壓分別為5V和8V,正向壓降均為0.7V,求圖1、圖2電路的輸出電壓

VO1=____;

VO2=____。

5VVO2+-DZ11KWDZ220VVO1+-DZ11KWDZ220V8.7V圖1圖2限幅電路當(dāng)輸入信號電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí),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(shí),輸出電壓保持不變。vittvo3V0.7Vvi(t)

的Vim=3V，D1、D2為Si管0.7V-0.7V時(shí)，D1導(dǎo)通，時(shí)，D2導(dǎo)通，D1、D2截止，時(shí)，D1E1D2E2例：設(shè)，D1、D2為理想二極管。E1=6V、E2=2V，試畫出vo的波形?tvo6V2V解：分析（1）要D1導(dǎo)通，只需此時(shí)，（2）要D2導(dǎo)通，只需此時(shí)，（3）當(dāng)D2截止，此時(shí)，時(shí)，D1、§1.3晶體三極管一、晶體管的結(jié)構(gòu)及類型二、晶體管的放大原理三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性四、溫度對晶體管特性的影響五、主要參數(shù)晶體三極管有兩大類型：

二是場效應(yīng)晶體三極管（FET）一是雙極型晶體三極管（BJT）

場效應(yīng)型晶體三極管僅由一種載流子參與導(dǎo)電，是一種VCCS器件。

雙極型晶體三極管是由兩種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，它由兩個(gè)PN結(jié)組合而成，是一種CCCS器件。雙極型晶體管的幾種常見外形（a）小功率管（b）小功率管（c）中功率管（d）大功率管一、BJT結(jié)構(gòu)及類型CBENPN

基極Base

發(fā)射極Emitter集電極Collector基區(qū)集電區(qū)PNPNPN電路符號發(fā)射區(qū)發(fā)射結(jié)（EB）

集電結(jié)（CB）收集載流子區(qū)域傳輸載流子區(qū)域發(fā)射載流子區(qū)域NPN型PNP型管芯結(jié)構(gòu)剖面圖BJT結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：基區(qū)摻雜濃度最低且很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大發(fā)射區(qū)摻雜濃度最高BJT的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是BJT能夠放大信號的內(nèi)部條件。二、BJT放大原理1、BJT的放大偏置BJT在放大工作狀態(tài)外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，稱為BJT放大偏置。NPN型PNP型VC＞VB

＞

VEVBE=0.7V（或0.3V）VC＜VB

＜

VEVBE=-0.7V（或-0.3V）CEBPPNRbVbIbICVCJCJEIECEBNNPRbVbIBICVCJCJEIE①中間電位對應(yīng)管腳B；②NPN管中間電位靠近低電位VE;③PNP管中間電位靠近高電位VE;④

VB?VE≈0.7V為Si-NPN管

;

VB?VE≈-0.3V為

Ge-PNP管;..............。3DG5V1V2V3正常工作時(shí)BJT的管腳與類型判別：NPN——VC>VB>VEPNP——VC<VB<VE例:在晶體管放大電路中，測得三個(gè)晶體管的各個(gè)電極的電位如圖。試判斷各晶體管的類型（是NPN管還是PNP管，是硅管還鍺管），并區(qū)分e、b、c三個(gè)電極。2V2.7V6V(a)90142.2V5.3V6V(b)90154V

1.2V

1.4V(c)9016解：

(a)硅NPN管，

①－e，②－b，③－c;(b)硅PNP管，

①－c，②－b，③－e;(c)鍺PNP管，

①－c，②－e，③－b。IENEBRBBECNNPIBNIEPICN發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IEN?；鶇^(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散形成空穴注入電流IEP（可忽略）。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)。集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。從基區(qū)擴(kuò)散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICN。2、放大偏置時(shí)BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程ICBOEBRBBECNNPECIBNIENICNIEPIE=IEN+IEPIB=IBN+IEP-ICBOIC=ICN+ICBO三電極的電流關(guān)系為：IE=IB+ICIEN=IBN+ICNICBO（1）三極管（放大電路）的三種組態(tài)共集電極接法：集電極作為公共電極，用CC表示;共基極接法：基極作為公共電極，用CB表示。共發(fā)射極接法：發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；3、放大偏置時(shí)電流關(guān)系

雙極型三極管有三個(gè)電極，其中兩個(gè)可以作為輸入,兩個(gè)可以作為輸出，這樣必然有一個(gè)電極是公共電極。三種接法也稱三種組態(tài)。CECBCC（2）iE與iC的關(guān)系定義共基極直流電流放大系數(shù)為而

IE＝IB

＋I(xiàn)C

，對（1.3.10）式整理可得因ICN中沒有IEP和IBN，所以＜1,但接近1，約為0.97～0.99。因ICBO較小，所以（1.3.10）ICEO為基極B開路時(shí)，集電極C與發(fā)射極E之間的穿透電流，ICEO受溫度影響更嚴(yán)重（因ICBO受T影響大）即（3）iC與iB的關(guān)系定義共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)為

約為20～200（1.3.5）整理上式可得因ICBO較小，所以則比較二式在溫度T不變以及一定的電流范圍內(nèi)，基本為常數(shù)。（CB）（CE）（CC）IE

、IB和

IC

之間近似成比例變化；

IC

受控于IE與IB，BJT是電流控制器件。三、BJT的靜態(tài)特性曲線

描述三極管的各極直流電流與電壓關(guān)系的曲線（伏安特性曲線）輸入特性曲線輸出特性曲線——輸入口電壓與電流的關(guān)系——輸出口電壓與電流的關(guān)系晶體管特性圖示儀10081、共射輸入特性曲線輸入特性曲線——iB=f(vBE)

vCE=const（2）當(dāng)VCE≥1V時(shí)，

VCB=VCE-VBE>0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的VBE下IB減小，特性曲線右移但移動不明顯（why？）。（1）當(dāng)VCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。2共射輸出特性曲線iC=f(vCE)

IB=constVCE(V)oIC(mA)IBIB1IB2IB3IB4IB5IB=0放大區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)飽和區(qū)臨界飽和線

為什么uCE較小時(shí)iC隨uCE變化很大？為什么進(jìn)入放大狀態(tài)曲線幾乎是橫軸的平行線？對應(yīng)于一個(gè)IB就有一條iC隨uCE變化的曲線。1)截止區(qū)(Cutoff

region)IB=0曲線以下的區(qū)域。條件：發(fā)射結(jié)零偏或反偏集電結(jié)反偏I(xiàn)B=0,IC=IE=ICEO

(穿透電流)

由于ICEO很小，此時(shí)VCE近似等于VCC，C與E之間相當(dāng)于斷路，稱BJT截止。VBE≤VON截止區(qū)ICEO=(1+

)ICBO2468VCE(V)oIC(mA)IB1IB2IB3IB4IB5IB=0RCVCCRBVBBIB=0ICIEVCEVBE2)飽和區(qū)(Saturationregion)條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。

即：VBE>0，VBE>VCE,

VC<VB。vCB=0（集電結(jié)零偏）情況。對應(yīng)點(diǎn)軌跡為臨界飽和線

此時(shí)IB對IC失去了控制作用，

IC≠

IB

，管子處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。飽和時(shí)的VCE電壓記為VCES

。輸出特性曲線靠近縱軸邊VCE很小的區(qū)域。VCES飽和區(qū)VCES——飽和壓降2468VCE(V)oIC(mA)IB1IB2IB3IB4IB5IB=0臨界飽和狀態(tài)：2468VCE(V)oIC(mA)IB1IB2IB3IB4IB5IB=03）放大區(qū)(Activeregion)條件:發(fā)射結(jié)正偏；集電結(jié)反偏。特點(diǎn)：特性曲線中，接近水平的部分。

IC=

IB，集電極電流與基極電流成正比。因此放大區(qū)又稱為線性區(qū)、恒流區(qū)。VCES<VCE<VCC飽和區(qū)放大區(qū)RCVCCRBVBBIBICIEVCEVBE++--2468VCE(V)oIC(mA)IB1IB2IB3IB4IB5IB=04）擊穿區(qū)(Activeregion)特點(diǎn)：特性曲線右，曲線上翹部分VCE增大到基極開路時(shí)，集電結(jié)被擊穿，集電極電流急劇增大。對應(yīng)的集電結(jié)的反向擊穿電壓為BVCEO

，而且反向擊穿電壓BVCEO

隨IB增加而減少。飽和區(qū)放大區(qū)擊穿區(qū)晶體管的三個(gè)工作區(qū)域

晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，輸出回路的電流iC幾乎僅僅決定于輸入回路的電流iB，即可將輸出回路等效為電流iB

控制的電流源iC

。狀態(tài)uBEiCuCE截止＜UonICEOVCC放大≥UonβiB≥uBE飽和≥Uon＜βiB≤uBE四、溫度對晶體管特性的影響五、

BJT主要參數(shù)一）直流參數(shù)1.直流電流放大系數(shù)1）C-B極反向飽和電流ICBO硅管小于鍺管，受溫度影響較大。應(yīng)用時(shí)選用ICBO較小的BJT。2.極間反向電流

2）C-E極反向飽和電流ICEOB極開路時(shí)，C-E極間的穿透電流有ICEO=(1+β)ICBO二）

交流參數(shù)1.交流電流放大系數(shù)α和β（1）共基交流電流放大系數(shù)（2）共射交流電流放大系數(shù)（3）α與β的關(guān)系

、α和β的含義是不同的。但在分析交流小信號時(shí)，BJT工作在線性放大區(qū)的同一工作點(diǎn)處，可以近似認(rèn)為≈α，≈β

。2.

頻率參數(shù)

BJT的

值不僅與工作電流有關(guān)，而且與工作頻率有關(guān)。由于BJT的PN結(jié)具有電容效應(yīng)，當(dāng)信號頻率較高時(shí)，BJT的電流放大系數(shù)

將隨信號頻率f的變化而變化，是頻率f

的函數(shù)，兩者之間關(guān)系為：β0：直流（低頻）電流放大系數(shù)（1）截止頻率

fβ：共射電流放大系數(shù)由β0下降3dB時(shí)所對應(yīng)的頻率。（2）特征頻率

fT：當(dāng)高頻β的模等于1（0dB）所對應(yīng)的頻率。此時(shí)集電極電流增量與基極電流增量相等，共射接法的BJT失去電流放大能力。應(yīng)盡量選用fT

較高的BJT。三）

極限參數(shù)1.集電極最大允許電流ICmaxiC在較大范圍內(nèi)，β

基本不變，但iC

增大到一定數(shù)值時(shí)，β值會隨著iC增大而減少。ICmax一般指β下降到最大值的2/3時(shí)所對應(yīng)的集電極電流。當(dāng)iC＞

ICmax時(shí)，管子β值將顯著下降，甚至?xí)p壞三極管。2.集電極最大允許耗散功率PCmaxPCmax是集電結(jié)時(shí)允許功耗的最大值，PCmax=

iCvCE為常數(shù)。因發(fā)射結(jié)正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集電結(jié)上；若PC＞

PCmax管子性能變壞甚至燒毀。PCmax還與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度越高，則PCmax越小。根據(jù)PCmax可分為小功率管和大功率管。3.反向擊穿電壓：表示三極管電極間承受反向電壓的能力BVCBO：大小可從幾十至上千伏。BVEBO：一般只有幾伏，三種反向擊穿電壓關(guān)系為：BVEBO

＜

BVCEO＜BVCBO。因電源電壓往往加在C極和E極之間，只要保證VCE＜

BVCEO，集電結(jié)不會被擊穿，工作則安全。BVCEO輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū)清華大學(xué)華成英hchya@討論一由圖示特性求出PCM、ICM、U（BR）CEO

、β。2.7uCE=1V時(shí)的iC就是ICMU（BR）CEO1.4場效應(yīng)管場效應(yīng)管：FieldEffectTransistor，F(xiàn)ET

是繼三極管之后發(fā)展起來的另一類具有放大作用的半導(dǎo)體器件；FET特點(diǎn)：輸入阻抗高、內(nèi)部噪聲小、耗電省、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、制造工藝簡單，便于集成，工作頻率高等。

按照場效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)劃分，有結(jié)型場效應(yīng)管和金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管兩大類。

N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道JFET為耗盡型FETJunctionFET

從參與導(dǎo)電的載流子來劃分，F(xiàn)ET有自由電子導(dǎo)電的N溝道器件和空穴導(dǎo)電的P溝道器件。結(jié)型場效應(yīng)管金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管MetalOxideSemiconductorFET，JFETMOSFET

溝道在施加外電壓后才形成－增強(qiáng)型溝道在施加外電壓前就存在－耗盡型1.結(jié)構(gòu)（以N溝道JFET為例）NPPDGS(Drain)(Gate)(Source)DGSDGS電路符號：N溝道：P溝道：一、

JFET1.結(jié)構(gòu)（以N溝道JFET為例）NPPDGS(Drain)(Gate)(Source)FET名詞：

溝道：D到S之間的電流通道。

溝道電流：D到S之間流動的電流，又稱漏極電流iD；iD=iS。

溝道電阻：D和S之間呈現(xiàn)的等效電阻。一、

JFET2.工作原理（以N溝道JFET為例）PPDGS①VGS對溝道的控制作用當(dāng)VGS＜0時(shí)，當(dāng)溝道全夾斷時(shí)，對應(yīng)的柵源電壓VGS稱為夾斷電壓VGS(off)

。對于N溝道的JFET：PN結(jié)反偏耗盡層加厚溝道變窄。

VGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄；VGSNVGS(off)<0溝道存在的條件：VGS(off)

＜vGS＜0②VDS對溝道的控制作用當(dāng)VGS=0時(shí)，VDS

ID

形成一個(gè)非均勻的導(dǎo)電溝道（呈楔形分布）。

當(dāng)VDS

到使VGD=VGS(off)

時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時(shí)VDS

夾斷長度略有增加，稱為部分夾斷。

ID基本不變2.工作原理（以N溝道JFET為例）PPDGSVGSNVDSIDABH③

VGS和VDS同時(shí)作用時(shí)導(dǎo)電溝道更容易夾斷，即對于同樣的VDS

，

ID的值比VGS=0時(shí)的值要小。在預(yù)夾斷處:VGD=VGS-VDS=VGS(off)

當(dāng)VGS(off)

<VGS<0

時(shí)，2.工作原理（以N溝道JFET為例）vDSiDo-VPIDSSHVGD=VGS(off)

VGS=0VGS=VP有：VDS=VGS-VGS(off)

工作在放大區(qū)的條件:VDS>VGS-VTN綜上分析可知：

溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管。

JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制

JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因此iG0，輸入電阻很高。2.工作原理（以N溝道JFET為例）

預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。#JFET有正常放大作用時(shí)，溝道處于什么狀態(tài)？3JFET的特性曲線及參數(shù)轉(zhuǎn)移特性VP輸出特性

夾斷電壓漏極飽和電流轉(zhuǎn)移特性場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，因而uGS＞UGS（off）且uGD＜UGS（off）。uDG＞－UGS（off）g-s電壓控制d-s的等效電阻輸出特性預(yù)夾斷軌跡，uGD＝UGS（off）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IDSSΔiD

不同型號的管子UGS（off）、IDSS將不同。低頻跨導(dǎo)：BN+N+P--Si金屬(Metal

)

Al層氧化物(Oxide)

SiO2層P型Si襯底(Semiconductor)金屬引線一.N溝道增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)

由于SiO2的高絕緣性,柵極與器件其他部分實(shí)現(xiàn)了電絕緣。故MOS管又稱為絕緣柵晶體管?！?.4.2N溝道增強(qiáng)型MOSFETGDS2.原理

未加電壓時(shí)，在漏極和源極之間等效兩個(gè)PN結(jié)。等效電路

即使施加電壓VDS，它們之間也不會產(chǎn)生電流。①VGS對溝道的控制作用

在柵極和源極（襯底）之間施加的電壓VGS>0；

形成自上而下（指向P型襯底，且垂直襯底表面）的電場；

電場隨電壓的增大而加強(qiáng)。N+N+P--SiGDSN+N+VGSSD2.原理VGS對溝道的控制作用

形成自上而下的電場

在電場的作用下，P區(qū)中的多子（空穴）向襯底下部移動；

在P型襯底表面形成一層耗盡層（負(fù)離子）;

如果VGS足夠大，P型硅中的少子（自由電子）在電場力的作用下大量吸引到襯底的表面，形成自由電子層。

自由電子層形成N型導(dǎo)電溝道，稱為反型層，在vDS的作用下形成iD。N+N+P--SiGDSN+N+VGS反型層IDVDS門限電壓VTN

：反型層剛形成時(shí)對應(yīng)的VＧS值。2.原理VGS對溝道的控制作用當(dāng)VGS>VTＮ時(shí),溝道加厚，RDS減少，在相同VDS的作用下，ID將進(jìn)一步增加。MOSFET是利用柵源電壓的大小，來改變半導(dǎo)體表面感生電荷的多少，從而控制漏極電流的大小。

溝道存在的條件：N+N+P--SiGDSN+N+反型層VGSIDVDS3.MOSFET的特性曲線輸出特性

取VGS為大于等于VTN的某個(gè)確定值，分析iD

與vDS的關(guān)系。vDSiD形成一個(gè)非均勻的導(dǎo)電溝道形成了曲線的線性段(OA段),這段稱為線性電阻區(qū)vDS

較小時(shí),反型層的厚度在整個(gè)溝道基本保持不變。AO電位梯度從漏極至源極不斷沿著N溝道減少,

造成了靠近Ｄ端的溝道變薄。N+N+N--SiGDSP+P+VGSIDVDSN+N+N--SiGDSP+P+VGS3.MOSFET的特性曲線輸出特性

vDSiD

當(dāng)繼續(xù)增加vDS

時(shí)；電流不再滿足線性關(guān)系。AOH當(dāng)增加vDS

時(shí)；靠近Ｄ端的溝道繼續(xù)變薄。

電流還在增大,但增大的速率減少,形成了曲線的非線性段(AH段),這段稱為可變電阻區(qū)取VGS為大于等于VTN的某個(gè)確定值，分析iD

與vDS的關(guān)系。IDVDS3.MOSFET的特性曲線輸出特性

vDSiDAOH當(dāng)vDS增加到vGD=VTN時(shí)；靠近Ｄ端的反型層消失，溝道被夾斷（預(yù)夾斷）。在預(yù)夾斷處:VGD=VGS-VDS=VTN

有：VDS=VGS-VTN

預(yù)夾斷VDS(sat)夾斷方程：VDS(sat)=VGS-VTN取VGS為大于等于VTN的某個(gè)確定值，分析iD

與vDS的關(guān)系。N+N+N--SiGDSP+P+VGSIDVDSC3.MOSFET的特性曲線輸出特性

vDSiDAOH當(dāng)vDS繼續(xù)增加時(shí)；夾斷向S極延伸,溝道被部分夾斷。vDS的增量幾乎全部降落在夾斷層,使得在N溝道上的電壓幾乎不變，所以電流基本保持不變,形成了曲線的HC段。電流iD幾乎不隨vDS而變,形狀類似三極管的輸出特性。取VGS為大于等于VTN的某個(gè)確定值，分析iD

與vDS的關(guān)系。VDS(sat)N+N+N--SiGDSP+P+VGSIDVDS3.MOSFET的特性曲線輸出特性

vDSiDAOH這個(gè)區(qū)域稱為恒流區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。VDS(sat)C夾斷方程：VDS(sat)=VGS-VTN工作在放大區(qū)的條件:VDS>VGS-VTN取VGS為大于等于VTN的某個(gè)確定值，分析iD

與vDS的關(guān)系。N+N+N--SiGDSP+P+VGSIDVDS

時(shí)，不同的VGS對應(yīng)不同的特性曲線。3.MOSFET的特性曲線輸出特性

vDSiDAOHVDS(sat)夾斷方程：VDS(sat)=VGS-VTNVGS越大,反型層越厚，溝道的導(dǎo)電能力就越強(qiáng)。在相同VDS作用下，產(chǎn)生的漏源電流就越大。VGS1VGS2VGS3增大VGS<VTNVGS4取VGS為大于等于VTN的某個(gè)確定值，分析iD

與vDS的關(guān)系。N+N+N--SiGDSP+P+VGSIDVDS3.MOSFET的特性曲線輸出特性

vDSiDAOHVDS(sat)

夾斷方程：VDS(sat)=VGS-VTNVGS1VGS2VGS3增大VGS<VTNVGS4也可以分為三個(gè)區(qū)：VGS<VTN截止區(qū)：電阻區(qū)：VDS<VGS-VTN放大區(qū)（飽和區(qū)、恒流區(qū)）：VDS>VGS-VTN轉(zhuǎn)移特性iDAOHVDS(sat)夾斷方程：VDS(sat)=VGS-VTNVGS1VGS2VGS3增大VGS<VTNVGS43.MOSFET的特性曲線vGSiDOvDSVTNVGS1VGS2VGS3VGS4在放大區(qū)：電流、電壓關(guān)系的數(shù)學(xué)描述？？轉(zhuǎn)移特性方程：判斷MOSFET電路的工作區(qū)（重點(diǎn)）:vDSiDOVGS1VGS2VGS3增大VGS<VTNVGS4夾斷方程：VDS(sat)=VGS-VTN電阻區(qū)放大區(qū)截止區(qū)求VGS，VGS>VTN?假設(shè)工作在放大區(qū)，有：ID=Kn(VGS-VTN)2工作在截止區(qū)由ID求VDS;VDS>VGS-VTN?放大區(qū)電阻區(qū)是否是否vGSiDOVTN2.絕緣柵型場效應(yīng)管uGS增大，反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚變長。當(dāng)反型層將兩個(gè)N區(qū)相接時(shí)，形成導(dǎo)電溝道。SiO2絕緣層襯底耗盡層空穴高摻雜反型層增強(qiáng)型管大到一定值才開啟增強(qiáng)型MOS管uDS對iD的影響

用場效應(yīng)管組成放大電路時(shí)應(yīng)使之工作在恒流區(qū)。N溝道增強(qiáng)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＝UGS（th）,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)的電阻耗盡型MOS管

耗盡型MOS管在

uGS＞0、uGS

＜0、uGS

＝0時(shí)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(shí)仍保持g-s間電阻非常大的特點(diǎn)。加正離子小到一定值才夾斷uGS=0時(shí)就存在導(dǎo)電溝道MOS管的特性1)增強(qiáng)型MOS管2)耗盡型MOS管開啟電壓夾斷電壓3.場效應(yīng)管的分類

工作在恒流區(qū)時(shí)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才可能工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？uGS＜0才可能工作在恒流區(qū)的場效應(yīng)管有哪幾種？作業(yè)1.31.41.61.71.91.111.121.131.151.16第一章常用半導(dǎo)體器件第一章常用半導(dǎo)體器件§1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識§1.2半導(dǎo)體二極管§1.3晶體三極管§1.4場效應(yīng)管§1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識一、本征半導(dǎo)體二、雜質(zhì)半導(dǎo)體三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦运摹N結(jié)的電容效應(yīng)

根據(jù)材料導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。

典型的半導(dǎo)體有單質(zhì)半導(dǎo)體[硅(Si)和鍺(Ge)]以及Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體[砷化鎵(GaAs)等]。導(dǎo)體：電阻率

<10-4Ω·cm，如鐵、鋁、銅等金屬元素等低價(jià)元素，其最外層電子在外電場作用下很容易產(chǎn)生定向移動，形成電流。一.半導(dǎo)體的定義與基本特性1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識絕緣體：電阻率

>109Ω·cm，如惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強(qiáng)，只有在外電場強(qiáng)到相當(dāng)程度時(shí)才可能導(dǎo)電。半導(dǎo)體：電阻率

介于前兩者之間。

半導(dǎo)體材料SiGeSi：+142Ge：+484+3228418價(jià)電子最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)慣性核表示：慣性核：除價(jià)電子外的內(nèi)層穩(wěn)定結(jié)構(gòu)

當(dāng)半導(dǎo)體受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力大幅度增強(qiáng)，制成的光敏二極管可以用于光敏控制。二.半導(dǎo)體三大基本特性1.半導(dǎo)體的熱敏性(temperaturesensitive)

環(huán)境溫度升高時(shí)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力大幅度增強(qiáng)，制成的熱敏電阻可以用于溫度控制。T電導(dǎo)率s

2.半導(dǎo)體的光敏性(lightsensitive)IVmA半導(dǎo)體T1.5光照度

光照3.半導(dǎo)體的摻雜性

(Doping

impuritive)

在半導(dǎo)體中摻入一定濃度的雜質(zhì)后，可改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電類型，導(dǎo)電能力也會大幅度增加，利用這種特性可以制造出不同用途的半導(dǎo)體晶體管與集成電路。半導(dǎo)體IVmA高溫?fù)诫s3DG5晶體管純凈的且具有完整晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。純度：大于99.9999%，“六個(gè)9”通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體?！?.1.1本征半導(dǎo)體硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)取決于原子結(jié)構(gòu)。硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)為金剛石結(jié)構(gòu)：每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：1.本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)和共價(jià)鍵+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵內(nèi)的電子稱為束縛電子形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。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。在絕對0度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時(shí),價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為

0，相當(dāng)于絕緣體。2.本征激發(fā)+4+4+4+4+4+4+4+4+4掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子留下的空位稱為空穴

本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子隨著溫度升高，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，這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。自由電子空穴外電場作用下空穴導(dǎo)電過程：兩種載流子（動畫）1.本征半導(dǎo)體中有兩種載流子——

自由電子和空穴它們是成對出現(xiàn)的2.在外電場的作用下，產(chǎn)生電流——電子流和空穴流電子流：自由電子作定向運(yùn)動形成的與外電場方向相反空穴流：價(jià)電子遞補(bǔ)空穴形成的與外電場方向相同由此可以看出：3.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。

溫度越高，載流子的濃