電子技術(shù)基礎(chǔ)項(xiàng)目化教程 第2版 課件全套 曹光躍 項(xiàng)目1-8 半導(dǎo)體器件的認(rèn)識(shí)- 時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程簡(jiǎn)介

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》是電子信息類(lèi)和機(jī)電自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)入門(mén)性質(zhì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握電子技術(shù)方面的基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，并為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和今后在實(shí)際工作中應(yīng)用電子技術(shù)打好基礎(chǔ)。

本書(shū)采用項(xiàng)目導(dǎo)向，任務(wù)驅(qū)動(dòng)的模式編寫(xiě)，通過(guò)項(xiàng)目和任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，圍繞項(xiàng)目和任務(wù)將每個(gè)知識(shí)點(diǎn)滲透于教學(xué)中，增強(qiáng)課程內(nèi)容與職業(yè)崗位能力要求的相關(guān)性。本課程的基本內(nèi)容包括：

半導(dǎo)體器件的認(rèn)識(shí)、常用測(cè)量?jī)x器儀表的使用、直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)、分立元件放大電路的設(shè)計(jì)、集成運(yùn)算放大電路的應(yīng)用、邏輯代數(shù)與邏輯門(mén)電路、組合邏輯電路的設(shè)計(jì)和時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)等?！峨娮蛹夹g(shù)基礎(chǔ)》課程簡(jiǎn)介

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》是電子信息類(lèi)和機(jī)電自動(dòng)化類(lèi)專(zhuān)業(yè)入門(mén)性質(zhì)的重要技術(shù)基礎(chǔ)課程，也是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)使學(xué)生掌握電子技術(shù)方面的基本理論、基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，并為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和今后在實(shí)際工作中應(yīng)用電子技術(shù)打好基礎(chǔ)。

本書(shū)采用項(xiàng)目導(dǎo)向，任務(wù)驅(qū)動(dòng)的模式編寫(xiě)，通過(guò)項(xiàng)目和任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神，圍繞項(xiàng)目和任務(wù)將每個(gè)知識(shí)點(diǎn)滲透于教學(xué)中，增強(qiáng)課程內(nèi)容與職業(yè)崗位能力要求的相關(guān)性。本課程的基本內(nèi)容包括：

半導(dǎo)體器件的認(rèn)識(shí)、常用測(cè)量?jī)x器儀表的使用、直流穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)、分立元件放大電路的設(shè)計(jì)、集成運(yùn)算放大電路的應(yīng)用、邏輯代數(shù)與邏輯門(mén)電路、組合邏輯電路的設(shè)計(jì)和時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)等。1.1項(xiàng)目分析1.項(xiàng)目?jī)?nèi)容3.能力要求下頁(yè)總目錄2.知識(shí)點(diǎn)

用半導(dǎo)體制成的電子器件，統(tǒng)稱(chēng)為半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件具有耗電少、壽命長(zhǎng)、重量輕、體積小、工作可靠、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此在電子技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。1.項(xiàng)目?jī)?nèi)容

本項(xiàng)目先討論了半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性和PN結(jié)的基本原理，然后討論了二極管、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)晶體管和特殊用途的二極管等的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線、主要參數(shù)及其應(yīng)用等。1.1項(xiàng)目分析下頁(yè)首頁(yè)上頁(yè)2.知識(shí)點(diǎn)

①半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電特性和PN結(jié)的基本原理；

②二極管結(jié)構(gòu)、伏安特性、主要參數(shù)及相關(guān)應(yīng)用；

③晶體管的結(jié)構(gòu)、伏安特性、電流分配原理、工作狀態(tài)和條件；

④特殊二極管的應(yīng)用。3.能力要求

①會(huì)識(shí)別二極管、能測(cè)繪其伏安特性；

②會(huì)識(shí)別晶體管、能分析其電流分配情況；

③能測(cè)繪晶體管的輸入、輸出特性曲線；

④能熟練應(yīng)用二極管、特殊二極管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)1.2相關(guān)知識(shí)1.2.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.2.2二極管1.2.3晶體管總目錄下頁(yè)1.2相關(guān)知識(shí)1.2.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)總目錄下頁(yè)

自然界中根據(jù)導(dǎo)電能力分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。常用的導(dǎo)體一般為銀、銅、鋁等物體；絕緣體為橡膠、塑料、膠木等；導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱(chēng)為半導(dǎo)體。自然界中屬于半導(dǎo)體的物質(zhì)很多，用來(lái)制造半導(dǎo)體器件的材料主要是硅（Si）、鍺(Ge)和砷化鎵(GaAs)等，硅用得最廣泛。其次是鍺。

將上述的半導(dǎo)體材料進(jìn)行特殊加工，使其成為性能可控，即可用來(lái)制造構(gòu)成電子電路的基本元件—半導(dǎo)體器件。1.2.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

半導(dǎo)體除了在導(dǎo)電能力方面不同于導(dǎo)體和絕緣體外，它還具有以下一些其他特點(diǎn)：當(dāng)半導(dǎo)體受光照射或熱刺激時(shí)，其導(dǎo)電能力將發(fā)生顯著改變；摻雜性，即在純凈半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力也

會(huì)顯著增加。

利用半導(dǎo)體的這些特性可制成二極管、晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管；還可制成各種不同性能、不同用途的半導(dǎo)體器件，例如光電二極管、光電晶體管、光敏電阻和熱敏電阻等。1.半導(dǎo)體的特性下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（1）本征半導(dǎo)體

純凈的、結(jié)構(gòu)完整具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。1）本征半

導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)和單晶體結(jié)構(gòu)

常用的半導(dǎo)體材料硅和鍺都是四價(jià)元素，其原子最外層軌道上有四個(gè)電子（稱(chēng)為價(jià)電子）。為便于討論，采用圖1-1所示的簡(jiǎn)化原子結(jié)構(gòu)模型。在單晶體結(jié)構(gòu)中，相鄰兩個(gè)原子的一對(duì)最外層電子成為共有電子，它們不僅受到自身原子核的作用，同時(shí)還受到相鄰原子核的吸引。2.本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

于是，兩個(gè)相鄰的原子共有一對(duì)價(jià)電子，組成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。故在晶體中，每個(gè)原子都和周?chē)模磦€(gè)原子用共價(jià)鍵的形式互相緊密地聯(lián)系起來(lái)，如圖1-2所示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖1-1硅和鍺簡(jiǎn)化原子模型圖1-2

本征半導(dǎo)體共價(jià)鍵

晶體結(jié)構(gòu)示意圖2）本征激發(fā)和兩種載流子（自由電子和空穴）

在絕對(duì)零度下，本征半導(dǎo)體中沒(méi)有可以自由移動(dòng)的電荷（載流子），因此不導(dǎo)電，但在一定的溫度和光照下，少數(shù)價(jià)電子由于獲得了足夠的能量擺脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子，這種現(xiàn)象叫本征激發(fā)。價(jià)電子擺脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子后，在原來(lái)共價(jià)鍵中必留有一個(gè)空位，稱(chēng)為空穴。原子失去價(jià)電子后帶正電，可等效地看成是因?yàn)橛辛藥д姷目昭?。在本征半?dǎo)體中自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)，數(shù)目相同，如圖1-3所示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)空穴很容易吸引鄰近共價(jià)鍵中的價(jià)電子去而被添補(bǔ)，從而使空位發(fā)生移動(dòng)，這種價(jià)電子添補(bǔ)空位的運(yùn)動(dòng)可以看成是空穴在運(yùn)動(dòng)，稱(chēng)為空穴運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)方向與電子的運(yùn)動(dòng)方向相反。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖1-3

本征半導(dǎo)體中的

自由電子和空穴

自由電子和空穴在運(yùn)動(dòng)中相遇時(shí)會(huì)重新結(jié)合而成對(duì)消失，這種現(xiàn)象叫復(fù)合。溫度一定時(shí)，自由電子和空穴的產(chǎn)生與復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡自由電子和空穴的濃度一定。

本征半導(dǎo)體中的帶負(fù)電的自由電子又叫電子載流子，帶正電的空穴又叫空穴載流子，因此半導(dǎo)體中有自由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電，分別形成電子電流和空穴電流，這一點(diǎn)與金屬導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同。在常溫下，本征半導(dǎo)體中的載流子濃度很低，溫度的升高，載流子濃度基本上按指數(shù)規(guī)律增加，因此，半導(dǎo)體中載流子的濃度對(duì)溫度十分敏感。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（2）雜質(zhì)半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入微量雜質(zhì)元素，可顯著提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力，摻雜后的半導(dǎo)體稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體。根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同，可形成兩種不同的雜質(zhì)半導(dǎo)體，即N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)1）N型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中，摻入微量五價(jià)元素，如磷、銻、砷等，則原來(lái)晶體中的某些硅(鍺)原子被雜質(zhì)原子代替。由于雜質(zhì)原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，因此它與周?chē)膫€(gè)硅(鍺)原子組成共價(jià)鍵時(shí)，還多余一個(gè)價(jià)電子。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)這個(gè)多余的價(jià)電子受雜質(zhì)原子束縛力較弱，很容易成為自由電子，并留下帶正電的雜質(zhì)離子，稱(chēng)為施主離子，半導(dǎo)體仍然是電中性，如圖1-4（a）所示。

摻入多少個(gè)雜質(zhì)原子就能產(chǎn)生多少個(gè)自由電子，因此自由電子的濃度大大增加，這時(shí)由本征激發(fā)產(chǎn)生的空穴被復(fù)合的機(jī)會(huì)增多，使空穴的濃度反而減少，顯然，這種雜質(zhì)半導(dǎo)體中電子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴的濃度，主要靠電子導(dǎo)電，所以稱(chēng)為電子型半導(dǎo)體，又叫Ｎ型半導(dǎo)體。Ｎ型半導(dǎo)體中，將自由電子稱(chēng)為多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)多子）；空穴稱(chēng)為少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)少子）。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2）P型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中，摻入微量三價(jià)元素，如硼、鎵、銦等，則原來(lái)晶體中的某些硅(鍺)原子被雜質(zhì)原子代替。由于雜質(zhì)原子的最外層只有三個(gè)價(jià)電子，因此它與周?chē)膫€(gè)硅(鍺)原子組成共價(jià)鍵時(shí)因缺少一個(gè)價(jià)電子而產(chǎn)生一個(gè)空位，室溫下這個(gè)空位極容易被鄰近共價(jià)鍵中的價(jià)電子所填補(bǔ)，使雜質(zhì)原子變成負(fù)離子，稱(chēng)為受主離子，如圖1-4（b）所示。

這種摻雜使空穴的濃度大大增加，這是以空穴導(dǎo)電為主的半導(dǎo)體，所以稱(chēng)為空穴型半導(dǎo)體，又叫P型半導(dǎo)體，其中空穴為多子，自由電子為少子。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能主要取決于多子濃度，多子濃度主要取決于摻雜濃度，其值較大并且穩(wěn)定，因此導(dǎo)電性能得到顯著改善。少子濃度主要與本怔激發(fā)有關(guān)，因此對(duì)溫度敏感，其大小隨溫度的升高而增大。3.PN結(jié)

（1）PN結(jié)的形成

在同一塊半導(dǎo)體基片的兩邊分別做成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。由于P型半導(dǎo)體中空穴的濃度大、自由電子的濃度小，N型半導(dǎo)體中自由電子的濃度大、空穴的濃度小，即在交界面兩側(cè)的兩種載流子濃度有很大的差異，因此會(huì)產(chǎn)生載流子從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為擴(kuò)散，如圖1-5（a）所示。P區(qū)中的多子空穴擴(kuò)散到N區(qū)，與N區(qū)中的自由電子復(fù)合而消失；N區(qū)中的多子電子向P區(qū)擴(kuò)散并與P中的空穴復(fù)合而消失。結(jié)果使交界面附近載流子濃度驟減，形成了由不能移動(dòng)的雜質(zhì)離子構(gòu)成的空間電荷區(qū)，同時(shí)建立了內(nèi)建電場(chǎng)（簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)電場(chǎng)），內(nèi)電場(chǎng)方向由N區(qū)指向P區(qū)，如圖1-5（b）所示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

內(nèi)電場(chǎng)將產(chǎn)生兩個(gè)作用：一方面阻礙多子的擴(kuò)散，另一方面促使兩個(gè)區(qū)靠近交界面處的少子越過(guò)空間電荷區(qū)，進(jìn)入對(duì)方，少子在內(nèi)電場(chǎng)作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為漂移運(yùn)動(dòng)。起始時(shí)內(nèi)電場(chǎng)較小，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)較強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)較弱，隨著擴(kuò)散的進(jìn)行，空間電荷區(qū)增寬，內(nèi)電場(chǎng)增大，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)逐漸困難，漂移運(yùn)動(dòng)逐漸加強(qiáng)。外部條件一定時(shí)，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，即擴(kuò)散過(guò)去多少載流子必然漂移過(guò)來(lái)同樣多的同類(lèi)載流子，因此擴(kuò)散電流等于漂移電流，這時(shí)空間電荷區(qū)的寬度一定，內(nèi)電場(chǎng)一定，形成了所謂的PN結(jié)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

由于空間電荷區(qū)中載流子極少，都被消耗殆盡，所以空間電荷區(qū)又稱(chēng)為耗盡區(qū)。另外，從PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)阻止多子繼續(xù)擴(kuò)散這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，空間電荷區(qū)也可稱(chēng)為阻擋層或勢(shì)壘區(qū)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（2）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

如果在PN兩端加上不同極性的電壓，PN結(jié)會(huì)呈現(xiàn)出不同的導(dǎo)電性能。。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)1）PN結(jié)外加正向電壓PN結(jié)P區(qū)接電位高端、N區(qū)接電位低端，則稱(chēng)PN結(jié)外接正向電壓或PN結(jié)正向偏置，簡(jiǎn)稱(chēng)正偏；如圖1-6（a）所示。PN結(jié)正偏時(shí)，外電場(chǎng)使PN結(jié)變窄，這時(shí)內(nèi)電場(chǎng)減弱，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)將大于漂移運(yùn)動(dòng)，從而形成較大的擴(kuò)散電流，擴(kuò)散電流通過(guò)回路形成正向電流。這時(shí)PN所處的狀態(tài)稱(chēng)為正向?qū)ǎê?jiǎn)稱(chēng)導(dǎo)通）。PN正向?qū)〞r(shí)，通過(guò)PN的電流（正向電流）大，而PN呈現(xiàn)的電阻（正向電阻）小。為了限制正向電流值，通常在回路中串接限流電阻R。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2）PN結(jié)外加反向電壓PN結(jié)P區(qū)接電位低端、N區(qū)接電位高端，則稱(chēng)PN結(jié)外接反向電壓或PN結(jié)反向偏置，簡(jiǎn)稱(chēng)反偏，如圖1-5（b）所示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)P(yáng)N結(jié)反偏時(shí)，外電場(chǎng)使空間電荷區(qū)變寬。因此，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)受阻，而少子的漂移運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，這時(shí)通過(guò)PN結(jié)的電流（稱(chēng)為反向電流）由少子的漂移電流決定。由于少子濃度很低，所以反向電流很小，一般為微安級(jí)，相對(duì)于正向電流可以忽略不計(jì)。此時(shí)，PN結(jié)呈現(xiàn)很大的電阻，稱(chēng)為截止。反向電流幾乎不隨外加電壓而變化，故又稱(chēng)為反向飽和電流。因?yàn)闇囟扔?，少?shù)載流子的數(shù)目愈多，所以溫度對(duì)反向電流的影響較大。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

綜上所述，PN結(jié)正偏時(shí)導(dǎo)通，呈現(xiàn)很小的電阻，形成較大的正向電流；反偏時(shí)截止，呈現(xiàn)很大的電阻，反向電流近似為零。因此，PN結(jié)具有單向?qū)щ娞匦?。下?yè)上頁(yè)首頁(yè)1.2相關(guān)知識(shí)1.2.2二極管總目錄下頁(yè)

在PN結(jié)的兩端各引出一根電極引線，然后用外殼封裝起來(lái)就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，由P區(qū)引出的電極稱(chēng)為正極(或陽(yáng)極)，由N區(qū)引出的電極稱(chēng)為負(fù)極（或陰極），其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-7(a)所示，電路符號(hào)如圖1—7(b)所示，電路符號(hào)中的箭頭方向表示正向電流的方向。1.2.2二極管下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖1-7二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)1．二極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)

按PN結(jié)面積的大小，半導(dǎo)體二極管可分為點(diǎn)接觸型和面接觸型兩大類(lèi)。點(diǎn)接觸型二極管的PN結(jié)面積很小，結(jié)電容小，不允許通過(guò)較大的電流，不能承受較高的反向電壓，但其高頻性能好，適用于作高頻檢波、小功率電路和脈沖電路的開(kāi)關(guān)元件等。

面接觸型二極管的PN結(jié)面積大，結(jié)電容大，可以通過(guò)較大的電流，能承受較高的反向電壓，適用于低頻電路，主要用于整流電路。

按照用途的不同，二極管分為整流、檢波、開(kāi)關(guān)、穩(wěn)壓、發(fā)光、快恢復(fù)和變?nèi)荻O管等。常的二極管有金屬、塑料和玻璃三種封裝形式，其外形各異。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

二極管由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，因此，它的特性就是PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?。常利用伏安特性曲線來(lái)形象地描述二極管的單向?qū)щ娦浴６O管的伏安特性，就是指二極管兩端的電壓U和流過(guò)二極管的電流I之間

的關(guān)系。若以二極管兩端的電壓U為橫坐標(biāo)，流過(guò)二極管的電流I為縱坐標(biāo)，用作圖法把電壓、電流的對(duì)應(yīng)點(diǎn)用平滑曲線連接起來(lái)，就得到了二極管的伏安特性曲線，如圖1-9所示（圖中實(shí)線為硅二極管的伏安特性曲線，虛線為鍺二極管的伏安特性曲線），下面就二極管的伏安特性曲線進(jìn)行說(shuō)明。2．二極管的伏安特性下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（1）正向特性

二極管兩端加正向電壓時(shí)，電流和電壓的關(guān)系稱(chēng)為二極管的正向特性。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

當(dāng)正向電壓比較小時(shí)（0＜U＜Uth），外電場(chǎng)不足以克服PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)造成的阻力，正向電流極小，二極管呈現(xiàn)為一個(gè)大電阻，此區(qū)域稱(chēng)為死區(qū)，電壓Uth稱(chēng)為死區(qū)電壓（又稱(chēng)門(mén)檻電壓）。

在室溫下硅管Uth≈0.5V，鍺管Uth≈0.1V，如圖1-9中OA（或OA/）段所示。圖1-9二極管的伏安特性曲線

當(dāng)外加正向電壓大于Uth時(shí)，PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)大為削弱，二極管的電流隨外加電壓增加而顯著增大，電流與外加電壓呈指數(shù)關(guān)系，二極管呈現(xiàn)很小的電阻而處于導(dǎo)通狀態(tài)，硅二極管的正向?qū)▔航导s為0.7V，鍺二極管的正向?qū)▔航导s為0.3V，如圖1-9中AB（或AB/段）所示。

二極管正向?qū)〞r(shí)，要特別注意它的正向電流不能超過(guò)最大值，防止PN結(jié)被燒。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（2）反向特性

二極管兩端加上反向電壓時(shí)，電流和電壓的關(guān)系稱(chēng)為二極管的反向特性，由圖1-9中OC（或OC’段）所示，二極管的反向電流很小，且與反向電壓無(wú)關(guān)，因此，稱(chēng)此電流值為二極管的反向飽和電流，這時(shí)二極管呈現(xiàn)很大的電阻而處于截止?fàn)顟B(tài)，一般硅二極管的反向飽和電流比鍺二極管小很多，在室溫下，小功率硅管的反向飽和電流小于0.1微安，鍺管為幾十微安。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（3）反向擊穿特性

當(dāng)加在二極管兩端的反向電壓增大到UBR時(shí)，二極管內(nèi)PN結(jié)被擊穿，二極管的反向電流將隨反向電壓的增加而急劇增大，如圖1-9中CD（或CD/）段所示，稱(chēng)此現(xiàn)象為反向擊穿，UBR為反向擊穿電壓。反向擊穿后，只要反向電流和反向電壓的乘積不超過(guò)PN結(jié)容許的耗散功率，二極管一般不會(huì)損壞。若反向電壓下降到擊穿電壓以下后，其性能可恢復(fù)到原有情況，即這種擊穿是可逆的，稱(chēng)為電擊穿；若反向擊穿電流過(guò)高，則會(huì)導(dǎo)致PN結(jié)結(jié)溫過(guò)高而燒壞，這種擊穿是不可逆的，稱(chēng)為熱擊穿。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（4）溫度對(duì)特性的影響

溫度對(duì)二極管的特性有顯著的影響，如圖1-10所示。當(dāng)溫度升高時(shí)，正向特性曲線向左移，反向特性曲線向下移。變化規(guī)律是：在室溫附近，溫度每升高1℃，正向壓降約減小2~2.2mV，溫度每升高

10℃,反向電流約增大一倍。若溫度過(guò)高，可能導(dǎo)致PN結(jié)消失。一般規(guī)定硅管所允許的最高結(jié)溫為50－200℃，鍺管為75－150℃。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖1-10溫度對(duì)二極管伏

安特性的影響

實(shí)用中一般通過(guò)查器件手冊(cè)，依據(jù)參數(shù)來(lái)合理使用二極管。二極管的主要參數(shù)有：

（1）最大整流電流IF

：指二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)，允許通過(guò)的最大正向電流的平均值。使用時(shí)若超過(guò)此值，二極管會(huì)因過(guò)熱而燒壞。點(diǎn)接觸型二極管的IF

較小，面接觸型二極管的

IF較大。

（2）最高反向工作電壓

URM：指二極管正常工作時(shí)，允許施加在二極管兩端的最高反向電壓（峰值），通常手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓URM為擊穿電壓UBR的一半。3．二極管的主要參數(shù)下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（3）反向飽和電流

IR

：指二極管未擊穿時(shí)的反向電流值。其值會(huì)隨溫度的升高而急劇增加，其值越小，二極管單向?qū)щ娦阅茉胶?。反向電流值?huì)隨溫度的上升而顯著增加，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)加以注意。（4）最高工作頻率

fM

：指保證二極管單向?qū)щ娮饔玫淖罡吖ぷ黝l率。當(dāng)工作頻率超過(guò)fM時(shí)，二極管的單向?qū)щ娦阅芫蜁?huì)變差，甚至失去單向?qū)щ娞匦?。fM的大小與PN結(jié)的結(jié)電容有關(guān)，點(diǎn)接觸型鍺管由于其PN結(jié)面積較小，故PN結(jié)電容很小，通常小于

，其最高工作頻率可達(dá)數(shù)百M(fèi)Hz，而面接觸型硅整流二極管，其最高工作頻率只有3KHz。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)1.2相關(guān)知識(shí)1.2.3晶體管總目錄下頁(yè)

晶體管又稱(chēng)為雙極型半導(dǎo)體晶體管，因由兩種載流子（空穴和自由電子）都參與導(dǎo)電而得名，用字母VT表示，它有兩大類(lèi)型，即PNP型和NPN型。實(shí)際應(yīng)用時(shí)它的種類(lèi)有很多，按半導(dǎo)體材料可分為：硅管和鍺管；按功率大小分為：大、中、小功率管；按工作頻率分為：高頻管和低頻管；按封裝形式分為：金屬封裝和塑料封裝等。1.2.3晶體管下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（1）晶體管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)

晶體管是在一塊半導(dǎo)體上通過(guò)特定的工藝摻入不同雜質(zhì)的方法制成兩個(gè)背靠背的PN結(jié)，并引出三個(gè)電極構(gòu)成的，如圖1-11所示。1.晶體管的工作原理下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖1-11晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖、符號(hào)下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)晶體管常見(jiàn)實(shí)物

晶體管有三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)，基區(qū)，集電區(qū)。各區(qū)引出的電極依次是發(fā)射極E，基極B，集電極C。

發(fā)射區(qū)和基區(qū)形成的PN結(jié)稱(chēng)為發(fā)射結(jié)；

集電區(qū)和基區(qū)形成的PN結(jié)稱(chēng)為集電結(jié)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（2）晶體管的電流放大作用

盡管晶體管從結(jié)構(gòu)上看相當(dāng)于兩個(gè)二極管背靠背的串連在一起的，但是把兩個(gè)二極管按上述關(guān)系簡(jiǎn)單連接時(shí)，將會(huì)發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有放大作用。晶體管之所以有放大作用是由它特殊的內(nèi)部特殊結(jié)構(gòu)和外部條件共同決定的。

晶體管內(nèi)部特殊結(jié)構(gòu)：

第一：基區(qū)很薄，通常只有1微米至幾十微米，而且摻雜濃度比較低。

第二：發(fā)射區(qū)是重?fù)诫s區(qū)，所以多數(shù)載流子的濃度很大。

第三：集電區(qū)的面積最大。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

應(yīng)滿(mǎn)足的外部條件：所加的直流電源必須保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)1）電路

圖1-12中，VBB為基極電源電壓，用于提供發(fā)射結(jié)正偏電壓，使發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，RB為限流電阻；VCC為集電極電源電壓，它通過(guò)RC、集電結(jié)、發(fā)射結(jié)形成回路。

圖1-12NPN晶體管中載流子的運(yùn)動(dòng)和各級(jí)電流

由于發(fā)射結(jié)獲正向偏置電壓，其壓降值很?。ü韫芗s為0.7V），所以VCC主要降落在電阻RC和集電結(jié)兩端，使集電結(jié)獲得反向偏置電壓，使集電結(jié)處于反偏狀態(tài)。這樣，VBB使發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，VCC使集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，滿(mǎn)足了放大作用的外部條件。圖中發(fā)射極E是輸入回路和輸出回路的公共端，這種連接方式的電路稱(chēng)為共發(fā)射極電路。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2）載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

電源VBB經(jīng)過(guò)電阻RB使發(fā)射結(jié)正偏，這樣發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（自由電子）不斷越過(guò)發(fā)射結(jié)而進(jìn)入基區(qū)。電子進(jìn)入基區(qū)后，少數(shù)電子通過(guò)基極流出，形成基極電流，剩下大量的電子使基區(qū)靠近發(fā)射結(jié)的電子濃度很大，而靠近集電結(jié)的電子濃度很低，這樣在基區(qū)存在明顯的濃度差，在濃度差的作用下，促使電子流在基區(qū)中向集電結(jié)擴(kuò)散，由于集電結(jié)外加反向電壓，這個(gè)反向電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)將阻止集電區(qū)的電子向基區(qū)擴(kuò)散，但能夠促使基區(qū)內(nèi)擴(kuò)散到集電結(jié)附近的電子將作漂移運(yùn)動(dòng)到達(dá)集電區(qū)，形成集電極電流。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)3）晶體管的電流分配關(guān)系

綜合載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，晶體管內(nèi)的電流分配如圖1-13所示，圖中箭頭方向表示電流方向。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)電流關(guān)系如下：從而可推出：

IE＝IC+IB各級(jí)電流滿(mǎn)足下列分配關(guān)系：NPN晶體管中載流子的運(yùn)動(dòng)和各級(jí)電流

由上述電流分配關(guān)系可知，在共發(fā)射極電路中，集電極電流IC正比于基極電流IB。如果能控制IB就能控制IC，而與集電極外部電路無(wú)關(guān)，所以晶體管是一個(gè)電流控制器件。以上分析的是NPN型晶體管的電流放大原理，對(duì)于PNP型晶體管，其工作原理相同，只是晶體管各級(jí)電壓極性相反，發(fā)射區(qū)發(fā)射的載流子是空穴而不是電子。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

晶體管有三個(gè)電極，而在連成電路時(shí)，必須有兩個(gè)電極接輸入回路，兩個(gè)電極接輸出回路，這樣必然就有一個(gè)公共端公用，根據(jù)公共端的不同，可以有三種基本連接方式。2.晶體管的三種連接方式下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖1-14晶體管的三種基本連接方式

晶體管的特性曲線全面反映了晶體管各級(jí)電壓與電流之間的關(guān)系，是分析晶體管各種電路的重要依據(jù)。3.晶體管的特性曲線下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

晶體管各電極電壓與電流之間的關(guān)系可用伏安特性曲線來(lái)表示，特性曲線可用晶體管特性圖示儀測(cè)得，下面對(duì)共發(fā)射極電路的特性曲線進(jìn)行討論，如圖1-15（a）。共發(fā)射極電路

（1）輸入特性曲線

如圖1-15（a），由輸入回路寫(xiě)出晶體管輸入特性的函數(shù)式：下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)NPN型硅晶體管的輸入特性曲線如圖1-15（b）所示，由圖可見(jiàn)曲線形狀與二極管的正向伏安特性相類(lèi)似。

由圖可見(jiàn)，只有大于0.5V（稱(chēng)為死區(qū)電壓）后，iB才隨uBE的增大迅速增大，正常工作時(shí)管壓降uBE約為0.6V~0.8V，通常取0.7V，稱(chēng)之為導(dǎo)通電壓UBE(on)。對(duì)鍺管，死區(qū)電壓約為0.1V，正常工作時(shí)管壓降約為0.2V~0.3V。輸入特性曲線

（2）輸出特性曲線

如圖1-15（a）所示的輸出回路可寫(xiě)出晶體管輸出特性的函數(shù)式：下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

由圖1-15（c）可見(jiàn)，根據(jù)晶體管的工作狀態(tài)可將輸出特性分為放大區(qū)，截止區(qū)，飽和區(qū)。輸出特性曲線1）放大區(qū)

在iB＝0的特性曲線上方，各條輸出特性曲線近似平行于橫軸的曲線簇部分。不同iB的特性曲線的形狀基本上是相同的，而且uCE＞1V后，特性曲線幾乎與橫軸平行，iB等量增加時(shí)，曲線等間隔地平行上移。即iB＝常數(shù)的情況下，晶體管uCE增大時(shí)，幾乎不變，即具有恒流特性。在放大區(qū)，iC的變化隨iB變化。即

。所以把這一區(qū)域稱(chēng)為放大區(qū)。此時(shí)發(fā)射結(jié)處于正向偏置且uBE>0.5v，集電結(jié)處于反向偏置且uCE≥1V。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2）截止區(qū)

在iB＝0曲線以下的區(qū)域稱(chēng)為截止區(qū)，這時(shí)iC=0。集電極到發(fā)射極只有微小的電流，稱(chēng)其為穿透電流。晶體管集電極與發(fā)射極之間近似開(kāi)路，類(lèi)似開(kāi)關(guān)斷開(kāi)狀態(tài)，無(wú)放大作用，呈高阻狀態(tài)。此時(shí)uBE低于死區(qū)電壓，晶體管截止，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于反向偏置。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)3）飽和區(qū)uCE比較小，且小于uBE時(shí)，uCB＝uCE--uBE<0，iC隨uCE的增大迅速上升而與iB不成比例，即不具有放大作用，這一區(qū)域稱(chēng)為飽和區(qū)。在飽和區(qū)晶體管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正向偏置，晶體管C、E之間的壓降很小。把晶體管工作在飽和區(qū)時(shí)C、E之間的壓降稱(chēng)為飽和壓降，記作UCE(sat)。此時(shí)晶體管集電極與發(fā)射極之間近似短路，類(lèi)似開(kāi)關(guān)接通狀態(tài)。常把uCE=uBE定為放大狀態(tài)與飽和狀態(tài)的分界點(diǎn)，在這曲線上，晶體管既在放大區(qū)又在飽和區(qū)，叫做臨界飽和狀態(tài)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

綜上所述，晶體管工作在放大區(qū)，具有電流放大作用，常用于構(gòu)成各種放大電路；晶體管工作在截止區(qū)和飽和區(qū)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)與接通，常用于開(kāi)關(guān)控制與數(shù)字電路。

工作在不同的區(qū)域各電極之間的電位關(guān)系不同。以NPN型晶體管為例，工作于放大區(qū)時(shí)VC>VB>VE，工作于截止區(qū)VC>VE>VB，工作于飽和區(qū)時(shí)VB>VC>VE。對(duì)于PNP晶體管來(lái)說(shuō)，它工作在各區(qū)時(shí)各極的電位關(guān)系與NPN管各極電位關(guān)系正好相反。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（3）溫度對(duì)特性曲線的影響

溫度對(duì)晶體管特性影響較大，輸入、輸出特性曲線簇都隨溫度的變化而變化。溫度升高，輸入特性曲線向左移，即溫度每升高1

C，晶體管的導(dǎo)通電壓約減少(2

2.5)mV，如圖1-16(a)所示。溫度每升高10

C，iCBO約增大1倍，因此溫度升高，輸出特性曲線向上移。如圖1-16(b)所示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

圖1-16溫度對(duì)晶體管特性曲線的影響

在實(shí)際應(yīng)用晶體管時(shí)，必須合理選擇晶體管，這就必須根據(jù)晶體管的參數(shù)來(lái)選取合適的晶體管。掌握晶體管的參數(shù)有助于合理選取并安全使用晶體管。其主要參數(shù)有：電流放大系數(shù)、極間反向電流以及極限參數(shù)等。4.晶體管的主要參數(shù)下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（1）電流放大系數(shù)

電流放大系數(shù)的大小反映了晶體管放大能力的強(qiáng)弱。1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)

晶體管電流放大系可分為直流電流放大系數(shù)和交流電流放大系數(shù)兩種。

①直流電流放大系數(shù)，常用

表示，定義為晶體管的集電極電流IC與基極電流IB之比，即

。

②交流電流放大系數(shù)，常用β表示，定義為集電極電流的變化量

與基極電流的變化量

之比，即

。有時(shí)

用hfe表示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

顯然，

和

的定義是不同的，

反映的是集電極的直流電流與基極的直流電流之比，而

是集電極的交流電流與基極的交流電流之比，但在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)工作電流不十分大的情況下，

與

值幾乎相等，故在應(yīng)用中不再區(qū)分，均用

表示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2）共基極電流放大系數(shù)

①直流電流放大系數(shù)，常用

表示，定義為晶體管的集電極電流IC與發(fā)射極電流IE之比，即

。

②交流電流放大系數(shù)，常用

表示，定義為晶體管的集電極電流的變化量

與發(fā)射極電流的變化量

之比，即

。

一般情況下

，且為常數(shù)，故可混用，其值小于1而接近1，一般在0.98以上，即共基接法時(shí)，晶體管無(wú)電流放大能力。根據(jù)以上關(guān)系可以得到

和

的關(guān)系為：

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（2）極間反向飽和電流

極間反向飽和電流同電流放大系數(shù)一樣，都是表征晶體管優(yōu)劣的主要指標(biāo)。常用的極間反向飽和電流有ICBO和ICEO。ICBO為發(fā)射極開(kāi)路時(shí)集電極和基極之間的反向飽和電流。室溫下，小功率硅管的ICBO小于1，鍺管約為幾微安到幾十微安。

ICEO為基極開(kāi)路時(shí)，集電極直通到發(fā)射極的電流，由于它是從集電區(qū)通過(guò)基區(qū)流向發(fā)射區(qū)的電流，所以又叫穿透電流。

由前面討論可知：

無(wú)論ICBO還是ICEO，受溫度的影響都很大。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（3）極限參數(shù)

極限參數(shù)是指晶體管正常工作時(shí)不得超過(guò)的最大值，以此保證晶體管的正常工作，使用晶體管時(shí)，若超過(guò)這些極限值，將會(huì)使管子性能變差，甚至損壞。1）集電極最大允許電流ICM

當(dāng)集電極電流太大時(shí)

值明顯降低。

下降到正常值的2/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的的值。使用中若iC>ICM，晶體管不一定會(huì)損壞，但

值明顯下降。2）集電極最大允許功率損耗PCM

晶體管工作時(shí)uCE的大部分降在集電結(jié)上，因此，集電結(jié)功率損耗（簡(jiǎn)稱(chēng)功耗）PC=uCEiC，近似為集電結(jié)功耗，它將使集電結(jié)溫度升高而使晶體管發(fā)熱。PCM就是由允許的最高集電結(jié)決定的最大集電極功耗，工作時(shí)PC必須小于PCM。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)3）反向擊穿電壓U(BR)CEO

基極開(kāi)路時(shí)集電極、發(fā)射極之間最大反向允許電壓為反向擊穿電壓U(BR)CEO，當(dāng)UCE>U(BR)CEO時(shí)，晶體管的IC、IE劇增，使晶體管擊穿。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

根據(jù)三個(gè)極限參數(shù)ICM、PCM、U(BR)CEO可以確定晶體管的安全工作區(qū)。如圖1-17所示，晶體管工作時(shí)必須保證工作在安全工作區(qū)內(nèi)，并留有一定的余量。圖1-17晶體管的安全工作區(qū)1.3項(xiàng)目實(shí)施1.3.1任務(wù)一二極管伏安特性測(cè)試下頁(yè)總目錄1.3.2任務(wù)二晶體管伏安特性測(cè)試1.3項(xiàng)目實(shí)施1.3.1任務(wù)一二極管伏安特性測(cè)試下頁(yè)總目錄1）了解二極管的特性及方法；2）掌握二極管伏安特性的測(cè)試方法；3）掌握用逐點(diǎn)法描繪二極管的伏安特性曲線；4）加深對(duì)二極管基本特性的理解。1.3.1任務(wù)一：二極管伏安特性測(cè)試下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．實(shí)驗(yàn)原理

二極管由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，具有單向?qū)щ姷淖饔?。加正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通，呈現(xiàn)很小的電阻，稱(chēng)其為正向電阻，二極管截止時(shí)，呈現(xiàn)高阻，稱(chēng)為反向電阻。

根據(jù)其原理，可以用萬(wàn)用表的電阻檔測(cè)量出二極管的正、反向電阻，來(lái)判斷二極管的管腳極性。當(dāng)測(cè)出二極管的正向電阻時(shí)，萬(wàn)用表的黑表筆接二極管的正極，紅表筆接二極管的負(fù)極。當(dāng)測(cè)出二極管的反向電阻時(shí)，萬(wàn)用表的黑表筆接二極管的負(fù)極，那么紅表筆接其正極。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

二極管的質(zhì)量好壞的判斷，關(guān)鍵是看它有無(wú)單向?qū)щ娦浴Ｕ螂娮柙叫?，反向電阻越大的二極管，其質(zhì)量越好。如果一個(gè)二極管的正、反向電阻值相差不大，則必為劣質(zhì)管。如果正、反向電阻都是無(wú)窮大或是零，則二極管內(nèi)部已經(jīng)斷路或被擊穿短路。

二極管的伏安特性是指加在二極管兩端的電壓與流過(guò)二極管的電流之間的關(guān)系?？捎弥瘘c(diǎn)測(cè)試法測(cè)量二極管的伏安特性。

根據(jù)二極管的特性，常常將二極管用在整流、限幅、檢波等電路中。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)3．實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1）直流穩(wěn)壓電源2）萬(wàn)用表（500型）3）電流表10mA×1±100μA×14．實(shí)驗(yàn)器材1）電阻1KΩ

2）電位器3）晶體二極管4007下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)5．實(shí)驗(yàn)電路

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖1－18二極管的正向特性測(cè)試圖

圖1－19二極管的反向特性測(cè)試圖6．實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容

（1）用萬(wàn)用表判斷二極管的管腳極性及其質(zhì)量的好壞1）將萬(wàn)用表置于R×1K（R×100）檔，調(diào)零。2）取二極管，用萬(wàn)用表測(cè)得其電阻，并記錄數(shù)據(jù)。3）二極管不動(dòng)，調(diào)換萬(wàn)用表的紅、黑表筆的位置，再測(cè)二極管的電阻，記下所測(cè)數(shù)值。4）根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)，判斷二極管的管腳的極性及其質(zhì)量好壞。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（2）用逐點(diǎn)測(cè)試法測(cè)二極管的正向特性1）按圖1－18正確連接電路，其中二極管是硅管4007，電位器RP是1KΩ。電流表的量程是10mA。2）調(diào)節(jié)直流穩(wěn)壓電源，使其輸出為5V，加上電路。3）調(diào)節(jié)RP使二極管兩端的電壓UD（用萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)）按表1－1的數(shù)值變化，每調(diào)一個(gè)電壓，觀察電路中的電流表的變化，結(jié)果填入下表1－1中。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)表1－1二極管的正向特性測(cè)試UD（V）00.10.20.30.40.50.60.650.7ID（mA）

（3）用逐點(diǎn)測(cè)試法測(cè)二極管的反向特性1)根據(jù)圖1－19正確接線，其中電流表是±100μA，注意二極管要按反接。2）調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源為20V，然后接入電路。3）調(diào)節(jié)RP按表1－2所給的電壓規(guī)律變化（用萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)，注意監(jiān)測(cè)位置），每調(diào)一個(gè)電壓，觀察微安表的讀數(shù)ID的變化。結(jié)果填入表1－2中。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)表1－2二極管的反向特性測(cè)試UD（V）01246815ID（μA）

（4）伏安特性曲線

根據(jù)表1－1和1－2測(cè)得的結(jié)果，在同一坐標(biāo)系中畫(huà)出二極管的正反、向伏安特性曲線。7．注意事項(xiàng)

用萬(wàn)用表監(jiān)測(cè)二極管兩端電壓時(shí)，圖1－1中可采用外接法也可采用內(nèi)接法測(cè)量，而圖1－2只能采用內(nèi)接法測(cè)量。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)1.3項(xiàng)目實(shí)施下頁(yè)總目錄1.3.2任務(wù)二晶體管伏安特性測(cè)試1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）掌握晶體晶體管三個(gè)電極的判斷方法；2）了解晶體晶體管的伏安特性測(cè)試方法；3）掌握用逐點(diǎn)法描繪晶體晶體管的輸入特性和輸出特性曲線。1.3.2任務(wù)二：晶體管伏安特性測(cè)試下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2．實(shí)驗(yàn)原理

晶體管實(shí)質(zhì)上是兩個(gè)PN結(jié)。為了方便理解，可以將它近似地看成兩個(gè)反向串聯(lián)的二極管，由此可以用萬(wàn)用表來(lái)判斷晶體管的極性和類(lèi)型。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（1）晶體管的基極與類(lèi)型的判斷

晶體管的集電極與發(fā)射極之間為兩個(gè)反向串聯(lián)的PN結(jié)，因此，兩個(gè)電極之間的電阻很大。在晶體管的三個(gè)管腳中任取兩個(gè)電極，將萬(wàn)用表置于R×1K（R×100）檔，測(cè)量它們之間的電阻，若很大，對(duì)調(diào)萬(wàn)用表的紅、黑表筆后再測(cè)這兩個(gè)電極間的電阻，若仍很大，則剩下的那只管腳為基極；若兩次測(cè)得的電阻值一大一小，則基極一定是這兩只管腳中的一個(gè)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

晶體管的基極找到以后，將萬(wàn)用表的黑表筆搭接在基極上，紅表筆搭接在另一管腳上，若測(cè)得的電阻值較小（幾千歐以下，即為正向電阻），則該管為NPN型晶體管；若電阻值很大（幾百千歐以上，即為反向電阻），則該管為PNP型晶體管。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（2）集電極的判別

對(duì)于NPN類(lèi)型的管子，當(dāng)晶體管的基極測(cè)出來(lái)以后，在剩余的兩只管腳中任取一只，并假定它為集電極。在假定的集電極與基極之間聯(lián)接一只大電阻（100K左右，可以用手來(lái)代替）。萬(wàn)用表置于R×1K檔，并將黑表筆接于假設(shè)的集電極上，紅表筆接在假設(shè)的發(fā)射極上，觀察此時(shí)萬(wàn)用表的指針偏轉(zhuǎn)情況。再假設(shè)另一個(gè)腳為集電極，方法同上面，再觀察此時(shí)萬(wàn)用表的指針偏轉(zhuǎn)情況。

兩次測(cè)得的電阻進(jìn)行比較可得：萬(wàn)用表指針偏轉(zhuǎn)大的（即測(cè)得電阻小的）假設(shè)正確。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（3）晶體管的伏安特性

晶體管的伏安特性有輸入特性和輸出特性。

輸入特性研究的是iB和uBE（uCE為常數(shù)時(shí)）之間的關(guān)系。

即：

輸出特性研究的是當(dāng)iB不變時(shí)，iC和uCE之間的關(guān)系。即：下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)3．實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備1）直流穩(wěn)壓電源2）萬(wàn)用表3）電流表10mA×1±100μA×14．實(shí)驗(yàn)器材1）晶體管3DG62）電位器10KΩ×23）電阻100KΩ×11KΩ×1下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)5．實(shí)驗(yàn)電路下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖1－20晶體管伏安特性測(cè)試電路6．實(shí)驗(yàn)步驟及內(nèi)容

（1）用萬(wàn)用表判斷晶體管的好壞和極性根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理來(lái)判斷晶體管的好壞和極性。

（2）晶體管的輸入特性的測(cè)試1）按圖1－20將各元件連接起來(lái)，其中晶體管為3DG6，兩個(gè)電位器為10KΩ，電流表分別為10mA和±100μA，注意位置不能接錯(cuò)。2）調(diào)好直流穩(wěn)壓電源，加入電路中。3）調(diào)節(jié)RP1改變UBE按表1－3中的數(shù)值變化，調(diào)RP2使UCE=1V不變。觀察不同的UBE對(duì)應(yīng)的IB的大小，結(jié)果填入表中。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4）根據(jù)測(cè)量結(jié)果畫(huà)出晶體管的輸入特性曲線。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)表1－3晶體管的輸入特性測(cè)試UBE（V）00.10.20.30.40.50.60.650.7IB（μA）

（3）晶體管的輸出特性測(cè)試1）在2的基礎(chǔ)上，電路不變，調(diào)節(jié)RP1使IB分別按表1－4所給的數(shù)值變化，然后再調(diào)節(jié)RP2改變UCE，測(cè)出對(duì)應(yīng)的IC，結(jié)果填入表1－4中。2）根據(jù)測(cè)量結(jié)果畫(huà)出晶體管的輸出特性曲線。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)表1－4晶體管的輸出特性測(cè)試1.4拓展知識(shí)1.4.1二極管的應(yīng)用電路1.4.2特殊二極管1.4.3場(chǎng)效應(yīng)晶體管下頁(yè)總目錄1.4拓展知識(shí)1.4.1二極管的應(yīng)用電路下頁(yè)總目錄

普通二極管是電子電路中最常用的半導(dǎo)體器件之一，其應(yīng)用非常廣泛。利用二極管的單向?qū)щ娦约皩?dǎo)通時(shí)正向壓降很小等特點(diǎn)，可用來(lái)完成整流、檢波、鉗位、限幅、開(kāi)關(guān)及電路元件保護(hù)等任務(wù)。1．整流電路

所謂整流，就是將交流電變成脈動(dòng)直流電。利用二極管的單向?qū)щ娦钥山M成多種形式的整流電路，常用的二極管整流電路有單相半波整流電路和橋式整流電路等。這些內(nèi)容將在項(xiàng)目三中詳細(xì)介紹。

1.4.1二極管的應(yīng)用電路下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2．箝位電路

箝位電路是指能把一個(gè)周期信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗虻模ㄖ挥姓蚧蛑挥胸?fù)向）或疊加在某一直流電平上，而不改變它的波形的電路。在箝位電路中，電容是不可缺少的元件。圖1-21（a）為一個(gè)實(shí)用的二極管正箝位電路，我們分析一下它的工作原理。設(shè)t=0時(shí)電容上的初始電壓為零，t=0+時(shí)，

，輸入信號(hào)經(jīng)二極管V向電容充電，充電時(shí)間常數(shù)極小，最終電容上的電壓大小為Um

。此過(guò)程中二極管導(dǎo)通

uo=0并且將一直保持到

t=t1。

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

當(dāng)ui突降-Um到

，二極管截止，如果電阻和電容再足夠大，電容通過(guò)R放電，由于R較大，放電速度較慢，

時(shí)間常數(shù)RC遠(yuǎn)大與輸入信號(hào)周期，則電容上的充電電壓一直保持

Um，于是輸出電壓為uo=ui-Um=-2Um

，并一直保持到

，其輸入輸出波形如圖1-21（b）所示。顯然，輸出信號(hào)總不會(huì)是正值，所以稱(chēng)為正箝位電路。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)3．限幅電路

當(dāng)輸入信號(hào)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，這就是限幅電路。通常將輸出電壓

uo開(kāi)始不變的電壓值稱(chēng)為限幅電平，當(dāng)輸入電壓高于限幅電平時(shí)，輸出電壓保持不變的限幅稱(chēng)為上限幅；當(dāng)輸入電壓低于限幅電平時(shí)，輸出電壓保持不變的限幅稱(chēng)為下限幅。

下面以上限幅電路為例加以說(shuō)明：

E=0V時(shí),限幅電平為0V。

當(dāng)ui=0時(shí),二極管導(dǎo)通,uo=0；ui<0時(shí),二極管截止,Uo=ui。波形如圖1-23(a)所示。

如果0<E<Um,則限幅電平為+E。當(dāng)ui<E,二極管截止,Uo=ui；當(dāng)ui>E,VD導(dǎo)通,Uo=E

。波形如圖1-23(ｂ)所示。

如果-Um<E<0,則限幅電平為

E<0,波形圖如圖1-23(ｃ)所示。4．元件保護(hù)電路

在電子電路中常用二極管來(lái)保護(hù)其他元器件，如圖1-24所示為二極管來(lái)保護(hù)其他元器件免受過(guò)高電壓損害的電路。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)1.4拓展知識(shí)1.4.2特殊二極管下頁(yè)總目錄

前面主要討論了普通二極管，另外還有一些特殊用途的二極管,如穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、光電二極管和變?nèi)荻O管等，現(xiàn)介紹如下。1．穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管又名齊納二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)穩(wěn)壓管，是一種用特殊工藝制作的面接觸型硅二極管，這種二極管的雜質(zhì)濃度大，容易被反向擊穿，其反向擊穿時(shí)的電壓基本上不隨電流的變化而變化，從而達(dá)到穩(wěn)壓的目的。1.4.2特殊二極管下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)（1）穩(wěn)壓管的伏安特性和符號(hào)

圖1-25所示為穩(wěn)壓管的特性曲線和符號(hào)。其正向特性與普通二極管相似，不同的是反向擊穿電壓較低，且擊穿特性曲線很陡，其反向擊穿是可逆的，只要對(duì)反向電流加以限制，就不會(huì)發(fā)生“熱擊穿”，當(dāng)去掉反向電壓后，穩(wěn)壓管又恢復(fù)正常。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

穩(wěn)壓二極管在電路中起穩(wěn)壓作用時(shí)應(yīng)工作在反向擊穿區(qū)，反向電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，擊穿電壓基本不變，因而具有穩(wěn)壓作用。

（2）穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)1）穩(wěn)定電壓

Uz:穩(wěn)定電壓是指當(dāng)流過(guò)規(guī)定電流時(shí)，穩(wěn)壓二極管兩端的反向電壓值，其值決定于穩(wěn)壓二極管的反向擊穿電壓。不同型號(hào)的穩(wěn)壓管其穩(wěn)定電壓值不同。同一型號(hào)的管子，由于制造工藝的分散性，各個(gè)管子的Uz值也有差別。例如穩(wěn)壓管2CW21A，其穩(wěn)壓范圍為4~5.5V之間，但對(duì)某一只穩(wěn)壓二極管而言，穩(wěn)定電壓Uz是確定的。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2）穩(wěn)定電流

IZ:穩(wěn)定電流是指穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，穩(wěn)壓管中的電流，當(dāng)工作電流低于IZ時(shí)，穩(wěn)壓效果變差，若低于最小穩(wěn)定電流

Imin，穩(wěn)壓管將失去穩(wěn)壓作用；當(dāng)大于最大穩(wěn)定電流

Imax，管子將因過(guò)流而損壞。一般情況是工作電流較大時(shí)，穩(wěn)壓性能較好。但電流要受穩(wěn)壓管功耗的限制。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)3）最大耗散功率

PZM:它是指穩(wěn)壓管正常工作時(shí)，管子上允許的最大耗散功率。若使用中穩(wěn)壓管的功率損耗超過(guò)此值，管子會(huì)因過(guò)熱而損壞。穩(wěn)壓管的最大功率損耗和PN結(jié)的面積、散熱條件等有關(guān)。由耗散功率PZM和穩(wěn)定電壓UZ可以決定最大穩(wěn)定電流Imax。穩(wěn)壓管正常工作時(shí)，PN結(jié)的功率損耗為PZ=UZ

IZ

。

下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4）電壓溫度系數(shù)

σ:σ指穩(wěn)壓管溫度變化1℃時(shí)，所引起的穩(wěn)定電壓變化的百分比。一般情況下，穩(wěn)定電壓大于7V的穩(wěn)壓管σ為正值，即當(dāng)溫度升高時(shí)，穩(wěn)定電壓值增大。而穩(wěn)定電壓小于4V的穩(wěn)壓管，σ為負(fù)值，即當(dāng)溫度升高時(shí)，穩(wěn)定電壓值減小。如2CW11，UZ=3.2~4.5V，σ=-(0.05%~0.03%)/℃

，

若σ=-0.05%/℃，則表明當(dāng)溫度升高1℃時(shí)，穩(wěn)定電壓減小0.05%。穩(wěn)定電壓在4~7V間的穩(wěn)壓管，其σ值較小，穩(wěn)定電壓值受溫度影響較小，性能比較穩(wěn)定。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)5）動(dòng)態(tài)電阻

rZ:rZ是穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓區(qū)時(shí)，兩端電壓變化量與電流變化量之比，即

。rZ值越小，則穩(wěn)壓性能越好。同一穩(wěn)壓管一般工作電流越大時(shí)，rZ值越小。通常手冊(cè)上給出的

值是在規(guī)定的穩(wěn)定電流之下測(cè)得的。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（3）使用穩(wěn)壓管應(yīng)注意的問(wèn)題

①穩(wěn)壓管穩(wěn)壓時(shí)，一定要外加反向電壓，保證管子工作在反向擊穿區(qū)。當(dāng)外加的反向電壓值大于或等于UZ時(shí)，才能起到穩(wěn)壓作用；若外加的電壓值小于

UZ，穩(wěn)壓二極管相當(dāng)于普通的二極管使用。

②在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，一定要配合限流電阻的使用，保證穩(wěn)壓管中流過(guò)的電流在規(guī)定的范圍之內(nèi)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4.穩(wěn)壓管應(yīng)用電路

例題1 如圖1-26所示穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，若限流電阻R＝1.6KΩ

，UZ＝12V，IZmax=18mA，通過(guò)穩(wěn)壓管V的電流IZ等于多少？限流電阻的值是否合適？

解：由圖可知,

因?yàn)?/p>

，

可知：限流電阻的值合適。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖1-26 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

例題2 穩(wěn)壓管限幅電路。如圖1-27（a）所示，輸入電壓ui為幅度為10V的正弦波，電路中使用兩個(gè)穩(wěn)壓管對(duì)接，已知

UZ1=6V，UZ2=3V，穩(wěn)壓二極管的正向?qū)▔航禐?.7V，試對(duì)應(yīng)輸入電壓ui

畫(huà)出輸出電壓uO的波形。

解：輸出電壓uO的波形如圖1-27(b)所示，

uO被限定在

－6.7~+3.7V之間。圖1-27 穩(wěn)壓二極管限幅電路2．發(fā)光二極管

發(fā)光二極管是一種光發(fā)射器件，英文縮寫(xiě)是

LED。此類(lèi)管子通常由鎵（Ga）、砷（As）、磷（P）等元素的化合物制成，管子正向?qū)ǎ?dāng)導(dǎo)通電流足夠大時(shí)，能把電能直接轉(zhuǎn)換為光能，發(fā)出光來(lái)。目前發(fā)光二極管的顏色有紅、黃、橙、綠、白和藍(lán)6種，所發(fā)光的顏色主要取決于制作管子的材料，例如用砷化鎵發(fā)出紅光，而用磷化鎵則發(fā)出綠光。其中白色發(fā)光二極管是新型產(chǎn)品，主要應(yīng)用在手機(jī)背光燈、液晶顯示器背光燈、照明等領(lǐng)域。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

發(fā)光二極管工作時(shí)導(dǎo)通電壓比普通二極管大，其工作電壓隨材料的不同而不同，一般為1.7~2.4V。普通綠、黃、紅、橙色發(fā)光二極管工作電壓約為2V；白色發(fā)光二極管的工作電壓通常高于2.4V；藍(lán)色發(fā)光二極管的工作電壓一般高于3.3V。發(fā)光二極管的工作電流一般在2~25mA的范圍。

發(fā)光二極管應(yīng)用非常廣泛，常用作各種電子設(shè)備如儀器儀表、計(jì)算機(jī)、電視機(jī)等的電源指示燈和信號(hào)指示等，還可以做成七段數(shù)碼顯示器等。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖1-28發(fā)光二極管的外形、符號(hào)和常見(jiàn)實(shí)物3．光電二極管

光電二極管又稱(chēng)為光敏二極管，是一種光接受器件，其PN結(jié)工作在反偏狀態(tài)，它可以將光能轉(zhuǎn)換為電能，實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。

圖1-29所示為光電二極管的基本電路符號(hào)。此類(lèi)管子在管殼上有一個(gè)玻璃窗口，以便接受光照。當(dāng)窗口接受到光照時(shí)，形成反向電流

IRL，通過(guò)回路中的電阻RL就可得到電壓信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光電二極管受到的光照越強(qiáng)，反向電流也越大，它的反向電流與光照度成正比。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖1-29光電二極管的基本電路、符號(hào)和常見(jiàn)實(shí)物

光電二極管的應(yīng)用非常廣泛，可用于光測(cè)量、光電控制等，如遙控接受器、光纖通信、激光頭等都離不開(kāi)光電二極管。大面積的光電二極管還可以作為能源器件，即光電池，這是一種極有發(fā)展前途的綠色能源。

光電二極管的檢測(cè)方法和普通二極管的一樣，通常正向電阻為幾千歐，反向電阻為無(wú)窮大。否則光電二極管質(zhì)量變差或損壞。當(dāng)受到光線照射時(shí)，反向電阻顯著變化,正向電阻不變。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)4．變?nèi)荻O管

變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)電容可變?cè)碇瞥傻陌雽?dǎo)體器件,它仍工作在反向偏置狀態(tài)，當(dāng)外加的反偏電壓變化時(shí)，其電容也量也隨著改變。它的壓控特性曲線和電路符號(hào)如圖1-30所示。變?nèi)荻O管可當(dāng)作可變電容使用，主要用于高頻技術(shù)中。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖1-30變?nèi)荻O管的壓控特性曲線、符號(hào)和常見(jiàn)實(shí)物5．激光二極管

激光二極管是在發(fā)光二極管的PN結(jié)間安置一層具有光活性的半導(dǎo)體，構(gòu)成一個(gè)光諧振腔。工作時(shí)加正向電壓，可發(fā)射出激光。常見(jiàn)的激光二極管如圖1-31所示。

激光二極管的應(yīng)用非常廣泛，如在計(jì)算機(jī)的光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、激光打印機(jī)中的打印頭、激光唱機(jī)、激光影碟機(jī)中都有激光二極管。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)1.4拓展知識(shí)1.4.3場(chǎng)效應(yīng)晶體管下頁(yè)總目錄

場(chǎng)效應(yīng)晶體管又叫單極型半導(dǎo)體晶體管（簡(jiǎn)稱(chēng)FET），它具有輸入電阻高，另外還具有噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛應(yīng)用。

場(chǎng)效應(yīng)晶體管根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，分成兩類(lèi)：金屬（Metal）—氧化物（Oxide）—半導(dǎo)體（Semiconductor）(簡(jiǎn)稱(chēng)MOSFET)和結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管（簡(jiǎn)稱(chēng)JFET）。

場(chǎng)效應(yīng)晶體管根據(jù)制造工藝和材料的不同，又分為N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管和P溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管。1.4.3場(chǎng)效應(yīng)晶體管下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)1.MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管按工作方式，又分為增強(qiáng)型和耗盡型兩類(lèi)。這里以N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管為例，討論MOS管的有關(guān)特性。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（1）N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管1）結(jié)構(gòu)與符號(hào)N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)如圖1－32(a)所示，它的制造工藝是：以一塊摻雜濃度較低的P型硅片作為襯底，然后利用擴(kuò)散的方法在襯底的兩側(cè)形成摻雜濃度比較高的N+區(qū)，并用金屬鋁引出兩個(gè)電極，分別是源極（S）和漏極（D），然后在硅片表面覆蓋一層很薄的二氧化硅（SiO2）的絕緣層，然后在漏源之間的絕緣層表面再用金屬鋁引出一個(gè)電極作為柵極（G），另外從襯底引出襯底引線B。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

可見(jiàn)這種場(chǎng)效應(yīng)晶體管由金屬、氧化物和半導(dǎo)體組成，所以簡(jiǎn)稱(chēng)為MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，源極和漏極可以交換使用。但再實(shí)際應(yīng)用中，通常源極和襯底引線B相連（此時(shí)S和D不能交換使用）。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

如果以N型硅片作為襯底，可制成P溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管。N溝道和P溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的符號(hào)分別如圖1－32(b)和(c)所示，圖中襯底B的方向始終是PN結(jié)加正偏電壓時(shí)正向電流的方向。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)2)工作原理N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管正常工作時(shí)，柵源之間加正向電壓uGS，漏源之間加正向電壓uDS，并將源極和襯底相連。襯底是電路中的最低電位。

①柵源間電壓uGS對(duì)iD的控制

當(dāng)柵源間無(wú)外加電壓時(shí)，由于漏源間不存在導(dǎo)電溝道，所以無(wú)論在漏源間無(wú)論加上何種極性的電壓，都不會(huì)產(chǎn)生漏極電流。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

當(dāng)在柵源間外加正向電壓uGS時(shí)，外加的正向電壓在柵極和襯底之間的SiO2絕緣層中產(chǎn)生了由柵極指向襯底的電場(chǎng)，該強(qiáng)電場(chǎng)會(huì)使靠近SiO2一側(cè)P型硅中的多子（空穴）受到排斥而向體內(nèi)運(yùn)動(dòng)，從而在表面留下不能移動(dòng)的負(fù)離子，形成耗盡層。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

這時(shí)，如果在漏源間加上電壓，就會(huì)有漏極電流產(chǎn)生，如圖1－34(a)所示。人們將開(kāi)始形成反型層所需的uGS值稱(chēng)為開(kāi)啟電壓，用UGS(th)表示。顯然，柵源電壓uGS越大，作用于半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)越強(qiáng)，被吸引到反型層中的電子愈多，溝道愈厚，相應(yīng)的溝道電阻就愈小。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

可見(jiàn)，這種場(chǎng)效應(yīng)晶體管uGS=0時(shí)沒(méi)有導(dǎo)電溝道，只有uGS>UGS(th)才有導(dǎo)電溝道。其轉(zhuǎn)移特性曲線如圖1－34(b)所示，可近似用下式表示IDO是uGS＝2UGS(th)時(shí)的iD

的電流。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

②漏源電壓

對(duì)溝道的影響

iD流經(jīng)溝道產(chǎn)生壓降，使得柵極與溝道中各點(diǎn)的電位不再相等，也就是加在“平板電容器”上的電壓將沿著溝道產(chǎn)生變化，導(dǎo)電溝道從等寬到不等寬，呈楔形分布。當(dāng)uGS>UGS(th)且為某一定值，如果在漏源間加上正向電壓uDS，uDS將在溝道中產(chǎn)生自漏極指向源極的電場(chǎng)，該電場(chǎng)使得N溝道中的多數(shù)載流子電子沿著溝道從源極漂移到漏極形成漏極電流iD。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

其特性曲線如圖1－35所示。從圖中可以看出，管子的工作狀態(tài)可分為可變電阻區(qū)、放大區(qū)和截止區(qū)這三個(gè)區(qū)域。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖1－35增強(qiáng)型NMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出特性曲線

可變電阻區(qū)：這是uDS較小的區(qū)域，但uGS為一定值時(shí)，

與uDS成線性關(guān)系，其相應(yīng)直線的斜率受uGS控制，這時(shí)場(chǎng)效應(yīng)晶體管D、S間相當(dāng)于一個(gè)受電壓uGS控制的可變電阻，其阻值為相應(yīng)直線斜率的倒數(shù)。

放大區(qū)：這是uDS＞uGS-UGS(th),場(chǎng)效應(yīng)晶體管夾斷后對(duì)于的區(qū)域，其特點(diǎn)是曲線近似為一簇平行于uDS軸的直線，iD僅受uGS控制而與uDS基本無(wú)關(guān)。在這一區(qū)域，場(chǎng)效應(yīng)晶體管的D、S之間相當(dāng)于一個(gè)受電壓uDS控制的電流源，所以也稱(chēng)為恒流區(qū)，場(chǎng)效應(yīng)晶體管用于放大電路時(shí)，一般就工作于該區(qū)域。

截止區(qū)：指uGS<UGS(th)的區(qū)域，這時(shí)導(dǎo)電溝道消失，iD=0，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（2）N溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管N溝道耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)如圖1－36(a)所示，符號(hào)如圖1－36(b)所示。N溝道耗盡型MOS管在制造時(shí)，在二氧化硅絕緣層中摻入大量的正離子。這些正離子的存在，使得uGS=0時(shí)，就有垂直電場(chǎng)進(jìn)入半導(dǎo)體，并吸引自由電子到半導(dǎo)體的表面而形成N型導(dǎo)電溝道。

如果在柵源之間加負(fù)電壓，uGS所產(chǎn)生的外電場(chǎng)削弱正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)，使得溝道變窄，電流iD減小，反之則電流iD增大。故這種管子的柵壓uGS可以是正的，也可以是負(fù)的。改變uGS就可以改變溝道寬窄，從而控制漏極電流iD。其轉(zhuǎn)移特性曲線如圖1－37(b)所示，iD=0時(shí)場(chǎng)效應(yīng)晶體管截止，此時(shí)導(dǎo)電溝道消失的柵源電壓稱(chēng)為夾斷電壓，用UGS(off)

來(lái)表示。其中轉(zhuǎn)移特性曲線可近似用下式表示:式中，IDSS是uGS＝0時(shí)的iD

的電流，稱(chēng)為漏極飽和電流。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖1－37耗盡型NMOS管的特性曲線2.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管

（1）結(jié)構(gòu)與符號(hào)

結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管同MOS管一樣，也是電壓控制器件，但它的結(jié)構(gòu)和工作原理與MOS管是不同的。N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)如圖1－38(a)和(b)所示。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)圖1－38N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)

晶體管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)

它是以N型半導(dǎo)體作為襯底，在其兩側(cè)形成摻雜濃度比較高的P區(qū)，從而形成兩個(gè)PN結(jié)，從兩邊的P型半導(dǎo)體引出的兩個(gè)電極并聯(lián)在一起，作為柵極（G），在N型襯底的兩端各引出一個(gè)電極，分別是源極（S）和漏極（D），兩個(gè)PN結(jié)中間的N型區(qū)域稱(chēng)為導(dǎo)電溝道，它是漏、源之間電子流通的路徑，因此導(dǎo)電溝道是N型的，所以稱(chēng)為N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管工作時(shí)，要求PN結(jié)反向偏置。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（2）工作原理

當(dāng)漏源間短路，柵源間外加負(fù)向電壓uGS時(shí)，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中的兩個(gè)PN結(jié)均處反偏狀態(tài)。隨著uGS負(fù)向增大，加在PN結(jié)上的反向偏置電壓增大，則耗盡層加寬。由于N溝道摻雜濃度較低，故耗盡層主要集中在溝道一側(cè)。耗盡層加寬，使得溝道變窄，溝道電阻增大，如圖1－39所示。圖1－39時(shí)N溝道結(jié)型效應(yīng)管被夾斷

當(dāng)uGS負(fù)向增大到某一值后，PN結(jié)兩側(cè)的耗盡層向內(nèi)擴(kuò)展到彼此相遇，溝道被完全夾斷，此時(shí)漏源間的電阻將趨于無(wú)窮大，相應(yīng)此時(shí)的漏源間電壓uGS稱(chēng)為夾斷電壓，用UGS(off))表示。iD與uGS的關(guān)系可近似用下式來(lái)表示：式中，IDSS為uGS＝0的漏極飽和電流。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

由以上分析可知，改變柵源電壓uGS的大小，就能改變導(dǎo)電溝道的寬窄，也就能改變溝道電阻的大小。如果在漏極和源極之間接入一個(gè)適當(dāng)大小的正電壓VDD，則N型導(dǎo)電溝道中的多數(shù)載流子（電子）便從源極通過(guò)導(dǎo)電溝道向漏極作飄移運(yùn)動(dòng)，從而形成漏極電流iD，顯然，在漏源電壓VDD一定時(shí)，iD的大小是由導(dǎo)電溝道的寬窄決定的。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)各種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的符號(hào)、轉(zhuǎn)移特性及輸出特性類(lèi)型符號(hào)轉(zhuǎn)移特性輸出特性NMOS增強(qiáng)型NMOS耗盡型各種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的符號(hào)、轉(zhuǎn)移特性及輸出特性類(lèi)型符號(hào)轉(zhuǎn)移特性輸出特性PMOS增強(qiáng)型PMOS耗盡型各種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的符號(hào)、轉(zhuǎn)移特性及輸出特性類(lèi)型符號(hào)轉(zhuǎn)移特性輸出特性結(jié)型N溝道結(jié)型P溝道3.場(chǎng)效應(yīng)晶體管的主要參數(shù)

（1）直流參數(shù)1)開(kāi)啟電壓UGS(th)和夾斷電壓UGS(off)

：指uDS等于某一定值時(shí)，使漏極電流iD等于某一微小電流時(shí)柵、源之間的電壓uGS，對(duì)于增強(qiáng)型為開(kāi)啟電壓UGS(th)，對(duì)于耗盡型為夾斷電壓UGS(off)。2)飽和漏電流IDSS：指工作于放大區(qū)的耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管在uGS＝0條件下漏極的電流，它反映了場(chǎng)效應(yīng)晶體管作為放大電路時(shí)可能輸出的最大電流。3)直流輸入電阻RGS：指漏源短路時(shí)，柵源之間所加的電壓uGS與柵極電流iG

之比，一般大于108Ω。下頁(yè)上頁(yè)首頁(yè)

（2）交流參數(shù)1)低頻跨導(dǎo)gm（又叫低頻互導(dǎo)）：指uDS為一定值時(shí)，漏極電流的變化量iD與uGS的變化量之比，即

gm是表征場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大能力的重要參數(shù)。gm的值與管子的工作點(diǎn)有關(guān)，單位為西（門(mén)子），符