模電基礎(chǔ)知識教程

模電基礎(chǔ)教程

01單元半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)

向Q忤導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

!導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體

I本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

i；卡雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

?PN結(jié)

由晶體二極管

!/二極管的結(jié)構(gòu)與伏安特性

i半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)

!半導(dǎo)體二極管的等效電路與開關(guān)特性

I二?穩(wěn)壓二極管

由??晶體三極管

!；??卡三極管的結(jié)構(gòu)與分類

1三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動規(guī)律、電流分配關(guān)系和放大作用

j1恪三極管的特性曲線

I?他三極管的主要參數(shù)

!L/三極管的開關(guān)特性

由?■場效應(yīng)管

!結(jié)型場效應(yīng)管

L

i8絕緣柵型場效應(yīng)管

加?■特殊半導(dǎo)體器件

發(fā)光二極管

光敏二極管和光敏三極管

02單元基本放大電路

由基本放大電路的工作原理

!基本放大電路的組成

!卜/直流通路與靜態(tài)工作點

!交流通路與放大原理

i放大電路的性能指標(biāo)

曲?放大電路的圖解分析法

i放大電路的靜態(tài)圖解分析

?放大電路的動態(tài)圖解分析

iL,?輸出電壓的最大幅度與非線性失真分析

由6微變等效甩路分析法

I，.晶體管的h參數(shù)

IK晶體管的微變等效電路

IL/用微變等效電路法分析放大電路

由Q隱態(tài)工作點的穩(wěn)定

IP?/溫度變化對靜態(tài)工作點的影響

:工作點穩(wěn)定的電路

由■場效應(yīng)管放大電路

I、恪場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析

由"多級放大電路

!卜/多級放大電路的級間耦合方式

I二一多級放大電路的分析方法

國?放大電路的頻率特性

上/單級阻容耦合放大電路的頻率特性

二/多級阻容耦合放大電路的頻率特性

03單元負(fù)反饋放大電路

由6反饋的基本概念和分類

I反饋的基本概念和一般表達(dá)式

I1恪反饋放大電路的類型與判斷

由6負(fù)反饋放大電路基本類型舉例

!K電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路

I電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路

I%/電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路

IL/電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路

由■負(fù)反饋對放大電路性能的影響

I恪降低放大倍數(shù)

!卜/提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性

I必展宜通頻帶

I卜/減小非線性失真

!二.改變輸入電阻和輸出電阻

由.負(fù)反饋放大電路的分析方法

X深度負(fù)反饋放大電路的近似計算

方框圖法分析負(fù)反饋放大電路

04單元功率放大器

由⑥功率放大電路的基本知識

!；/概述

!L/甲類單管功率放大電路

曲―互補(bǔ)對稱功率放大電路

I上.OCL類互補(bǔ)放大電路

i、/0TL甲乙類互補(bǔ)對稱電路

?復(fù)合互補(bǔ)對稱電路

6變壓器耦合推挽功率放大電路

05單元直接耦合放大電路

由?概述

|L.直接耦合放大電路中的零點漂移

由“基本差動放大電路的分析

基本差動放大電路

卜必基本差動放大電路抑制零點漂移的原理

基本差動放大電路的靜態(tài)分析

:…?/基本差動放大電路的動態(tài)分析

L/差動放大電路的改進(jìn)

06單元集成運(yùn)算放大器

由6集成電路基礎(chǔ)知識

I，/集成電路的特點

：X集成電路恒流源

|有源負(fù)載的基本概念

由??集成運(yùn)放的典型電路及參數(shù)

1%.典型集成運(yùn)放F007電路簡介

II.集成運(yùn)放的主要技術(shù)參數(shù)

由,■集成運(yùn)放的應(yīng)用

X概述

運(yùn)放的基本連接方式

L集成運(yùn)放在信號運(yùn)算方面的應(yīng)用

，…/集成運(yùn)放在使用中應(yīng)注意的問題

07單元直流電源

由“■整流電路

!半波整流電路

!卜干全波整流電路

I卜心橋式整流電路

!二恪倍壓整流電路

曲?，茂波電路

?:y電容漉波電路

!1y電感濾波電路

I復(fù)式濾波電路

IL/有源濾波電路

曲??穩(wěn)壓電路

?并聯(lián)型硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路

x中聯(lián)型穩(wěn)壓電路的穩(wěn)壓原理

:…?/帶有放大環(huán)節(jié)的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路

:…心穩(wěn)壓電源的質(zhì)量指標(biāo)

提高穩(wěn)壓電源性能的措施

08單元正弦波振蕩電路

■?6自激振蕩原理

!g…/自激振蕩的條件

iX自激振蕩的建立和振幅的穩(wěn)定

I**正弦波振蕩電路的組成

曲6LC正弦波振蕩電路

!二/變壓器反饋式振蕩電路

由??三點式LC振蕩電路

I三點式LC振蕩電路的構(gòu)成原則

I;,?卡電感三點式振蕩電路

I卜電容三點式振蕩電路

IL/克拉潑與席勒振蕩電路（改進(jìn)型電容三點式振蕩電路）

由倉石英晶體振蕩器

I石英晶體的基本特性和等效電路

1L石英晶振：并聯(lián)型晶體振蕩電路

i二?石英晶振：串聯(lián)型晶體振蕩電路

由“RC振蕩電路

KRC相移振蕩電路

'.卡文氏電橋振蕩電路

09單元調(diào)制、解調(diào)和變頻

@調(diào)制方式

由?■調(diào)幅

I，.調(diào)幅原理

i卜/調(diào)幅波的頻譜

I調(diào)幅波的功率

?二/調(diào)幅電路

由??檢波

!卜??/小信號平方律檢波

jL.大信號直線性檢波

曲調(diào)頻

I調(diào)頻的特點

?調(diào)頻波的表達(dá)式

?調(diào)頻電路：變?nèi)荻O管調(diào)頻電路

I『加調(diào)頻與調(diào)幅的比較

由，鑒頻

!a8對稱式比例鑒頻電路

j不對稱式比例鑒頻電路

由…6變頻

k.變頻原理

L.變頻電路

io單元無線廣播與接受

，無線電廣播與接收

⑥無線電波的傳播

由⑥超外差收音機(jī)

/超外差收音機(jī)方框圖

.超外差收音機(jī)性能指標(biāo)

由eLC諧振回路

IR<LC串聯(lián)諧振回路

IL<LC并聯(lián)諧振回路

輸入回路

統(tǒng)調(diào)

中頻放大電路

自動增益電路

整機(jī)電路分析

半導(dǎo)體導(dǎo)電特性

導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體

自然界的各種物質(zhì)就其導(dǎo)電性能來說、可以分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體三大類。

導(dǎo)體具有良好的導(dǎo)電特性，常溫下，其內(nèi)部存在著大量的自由電子，它們在外電場的作用下做定

向運(yùn)動形成較大的電流6因而導(dǎo)體的電阻率很小，只有10.6~10"Q?cm金屬一般為導(dǎo)體,如

銅、鋁、銀等0

絕緣體幾乎不導(dǎo)電，如橡膠、陶瓷、塑料等。在這類材料中，幾乎沒有自由電子，即使受外電場

作用也不會形成電流，所以，絕緣體的電阻率很大，在1010A,cm以上。

半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，如硅、錯、硒等，它們的電阻率通常在

109a,cm之間。半導(dǎo)體之所以得到廣泛應(yīng)用，是因為它的導(dǎo)電能力受摻雜、溫度和光照的

影響十分顯著。如純凈的半導(dǎo)體單晶硅在室溫下電阻率約為214*爐。?cm,若按百萬分之一的

比例摻入少量雜質(zhì)（如磷）后，其電阻率急劇下降為a'10"。'改1,幾乎降低了一百萬倍。半導(dǎo)

體具有?這種性能的根本原因在于半導(dǎo)體原子結(jié)構(gòu)的特殊性。

本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

常用的半導(dǎo)體材料是單晶硅(Si)和單晶楮(Ge)o所謂單晶，是指整塊晶體中的原子按一定規(guī)

則整齊地排列著的晶體。非常純凈的單晶半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體，

一、本征半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體銘和硅都是四價元素，其原子結(jié)構(gòu)示意圖如圖Z0102所示。它們的最外層都有4個電子，帶

4個單位負(fù)電荷。通常把原子核和內(nèi)層電子看作一個整體，稱為慣性核，如圖Z0101所示。

慣性核帶有4個單位正電荷，最外層有4個價電子帶有4個單位負(fù)電荷，因此，整個原子為電中

性。

二、本征激發(fā)

一般來說，共價鍵中的價電子不完全象絕緣體中價電子所受束縛那樣強(qiáng)，如果能從外界獲得一定

的能量(如光照、升溫、電磁場激發(fā)等)，一些價電子就可能掙脫共價鍵的束縛而成為自由電子。

理論和實驗表明：在常溫(T=30CK)下，硅共價鍵中的價電子只要獲得大于電離能反(=

l.leV)的能量便可激發(fā)成為自由電子。本征錯的電離能更小，只有O/72eV。

當(dāng)共價鍵中的一個價電子受激發(fā)掙脫原子核的束縛成為自由電子的同時，在共價犍中便留下了一

個空位子，稱為“空穴')當(dāng)空穴出現(xiàn)時，相鄰原子的價電子比較容易離開它所在的共價鍵而填補(bǔ)到

這個空穴中來使該價電子原來所在共價犍中出現(xiàn)一個新的空穴，這個空穴又可能被相鄰原子的價電

子填補(bǔ)，再出現(xiàn)新的空穴。價電子填補(bǔ)空穴的這種運(yùn)動無論在形式上還是效果上都相當(dāng)于帶正電荷

的空穴在運(yùn)動，且運(yùn)動方向與價電子運(yùn)動方向相反。為了區(qū)別于自由電子的運(yùn)動，把這種運(yùn)動稱為

空穴運(yùn)動，并把空穴看成是一種帶正點荷的載流子。

電子一空穴對

本征激發(fā)

復(fù)合：當(dāng)自由電子在運(yùn)動過程中遇到空穴時可能會填充進(jìn)去從而恢復(fù)

一個共價鍵，與此同時消失一個“電子一空穴"對，這一相反過程稱為復(fù)合。

動態(tài)平衡：在一定溫度條件下，產(chǎn)生的“電子一空穴對”和復(fù)合的“電子一空穴對“數(shù)量相等時，形

成相對平衡，這種相對平衡屬于動態(tài)平衡，達(dá)到動態(tài)平衡時”電子一空穴對"維持一定的數(shù)目。

可見，在半導(dǎo)體中存在著自由電子和空穴兩種載流子，而金屬導(dǎo)體中只有自由電子一種載流子,

這也是半導(dǎo)體與導(dǎo)體導(dǎo)電方式的不同之處。

雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，然穩(wěn)定性也很差，因此，不宜直接用它制造半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器

件多數(shù)是用含有?定數(shù)量的某種雜質(zhì)的半導(dǎo)體制成。根據(jù)摻入雜質(zhì)性質(zhì)的不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為N

型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體兩種。

一、N型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體硅（或錯）中摻入微量的5價元素，例如磷，則磷原子就取代了硅晶體中少量的硅

原子，占據(jù)品格上的某些位置。如圖Z0103所示。

由圖可見，磷原子最外層有5個價電子，其中4個價電子分別與鄰近4個硅原子形成共價鍵結(jié)

構(gòu)，多余的1個價電子在共價鍵之外，只受到磷原子對它微弱的束縛，因此在室溫下，即可獲得掙

脫束縛所需要的能量而成為自由電子，游離于晶格之間。失去電子的磷原子則成為不能移動的正離

子。磷原子由于可以釋放1個電子而被稱為施主原子，乂稱施主雜質(zhì)。

在本征半導(dǎo)體中每摻入1個磷原子就可產(chǎn)生1個自由電子，而本征激發(fā)產(chǎn)生的空穴的數(shù)目不變。

這樣，在摻入磷的半導(dǎo)體中，自由電子的數(shù)目就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了空穴數(shù)目，成為多數(shù)載流子（簡稱多

子），空穴則為少數(shù)載流子（簡稱少子）。顯然，參與導(dǎo)電的主要是電子，故這種半導(dǎo)體稱為電子

型半導(dǎo)體，簡稱N型半導(dǎo)體。

二、P型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體硅（或錯）中，若摻入微量的3價元素，如硼，這時硼原子就取代了晶體中的少量

硅原子，占據(jù)晶格上的某些位置，如圖Z0I04所示。由圖可知，硼原子的3個價電子分別與其鄰近

的3個硅原子中的3個價電子組成完整的共價鍵，而與其相鄰的另I個硅原子的共價鍵中則缺少1

個電子，出現(xiàn)了1個空穴。這個空穴被附近硅原子中的價電子來填充后，使3價的硼原子獲得了1

個電子而變成負(fù)離子。同時，鄰近共價鍵上出現(xiàn)1個空穴。由于硼原子起著接受電子的作用，故稱

為受主原子，又稱受主雜質(zhì)。

在本征半導(dǎo)體中每摻入1個硼原子就可以提供1個空穴，當(dāng)摻入一定數(shù)量的硼原子時，就可以使

半導(dǎo)體中空穴的數(shù)目遠(yuǎn)大于本征激發(fā)電子的數(shù)目，成為多數(shù)載流于，而電子則成為少數(shù)載流子。顯

然，參與導(dǎo)電的主要是空穴，故這種半導(dǎo)體稱為空穴型半導(dǎo)體，簡稱P型半導(dǎo)體。

PN結(jié)

一、PN結(jié)的形成

在一塊完整的硅片上，用不同的摻雜工藝使其一邊形成N型半導(dǎo)體，另一邊形成P型半導(dǎo)體，那么

在兩種半導(dǎo)體交界面附近就形成了PN結(jié)，如圖Z0105所示e由于P區(qū)的多數(shù)載流子是空穴，少數(shù)載流

于是電子：N區(qū)多數(shù)載流于是電子，少數(shù)載流子是空穴，這就使交界面兩側(cè)明顯地存在著兩種教流子的

濃度差。因此，N區(qū)的電子必然越過界面向P區(qū)擴(kuò)散，并與P區(qū)界面附近的空穴復(fù)合而消失，在N區(qū)

的一側(cè)留下了一層不能移動的施主正離子：同樣，P區(qū)的空穴也越過界面向N區(qū)擴(kuò)散，與N區(qū)界面附近

的電子復(fù)合而消失，在P區(qū)的一側(cè),留下一層不能移動的受生負(fù)離子。擴(kuò)散的結(jié)果，使交界而兩側(cè)出現(xiàn)

了由不能移動的帶電離子組成的空間口荷區(qū)，因而形成了一個由NIX指向P區(qū)的電場，稱為內(nèi)電場.

隨著擴(kuò)散的進(jìn)行，空間電荷區(qū)加寬，內(nèi)電場增強(qiáng)，由于內(nèi)電場的作用是阻礙多子擴(kuò)散，促使少子漂移，

所以，當(dāng)擴(kuò)散運(yùn)動9漂移運(yùn)動達(dá)到動態(tài)平衡時，將形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，稱為PN結(jié)由于空間電荷

區(qū)內(nèi)缺少載流子，所以又稱PN結(jié)為耗盡層或高阻區(qū).

二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)在未加外加電壓時，擴(kuò)散運(yùn)動與漂移運(yùn)動處于動態(tài)平衡，通過PN結(jié)的電流為零。當(dāng)電源正極

接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)時，稱為給pN結(jié)加正向電壓或正向偏置.如圖Z0106所示。由于PN結(jié)是高阻

區(qū)，而P區(qū)和N區(qū)的電阻很小，所以正向電壓幾乎全部加在PN結(jié)兩端。在PN結(jié)上產(chǎn)生-?個外電場，

其方向與內(nèi)電場相反，在它的推動下，N區(qū)的電子要向左邊擴(kuò)散，并與原來空間電荷區(qū)的正離子中和，

使空間電荷區(qū)變窄。同樣.P區(qū)的空穴也要向右邊擴(kuò)散，并與原來空間電荷區(qū)的負(fù)離子中和，使空間電

荷區(qū)變窄。結(jié)果使內(nèi)電場減弱，破壞了PN結(jié)原有的動態(tài)平衡。于是擴(kuò)散運(yùn)動超過了漂移運(yùn)動，擴(kuò)散乂

繼續(xù)進(jìn)行。與此同時，電源不斷向P區(qū)補(bǔ)充正電荷，向N區(qū)補(bǔ)充負(fù)電荷，結(jié)果在電路中形成了較大的

正向電流介。而且仔隨著正向電壓的增大而增大。

當(dāng)電源正極接N區(qū)、負(fù)極接P區(qū)時，稱為給PN結(jié)加反向電壓或反向偏置反向電壓產(chǎn)生的外加電

場的方向與內(nèi)電場的方向相同，使PN結(jié)內(nèi)電場加強(qiáng)，它把PIX的多子（空穴）和N區(qū)的多子（自由電

子）從PN結(jié)附近拉走，使PN結(jié)進(jìn)一步加寬，PN結(jié)的電阻增大，打破了PN結(jié)原來的平衡，在電場

作用下的漂移運(yùn)動大于擴(kuò)散運(yùn)動。這時通過PN結(jié)的電流，主要是少子形成的漂移電流，稱為反向電流

/Ro由于在常溫下，少數(shù)載流子的數(shù)量不多，故反向電流很小，而且當(dāng)外加電壓在一定范圍內(nèi)變化時，

它幾乎不隨外加電壓的變化而變化，因此反向電流又稱為反向飽和電流。當(dāng)反向電流可以忽略時，就可

認(rèn)為PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。值得注意的是，由于本征激發(fā)隨溫度的升高而加原，導(dǎo)致電子一空穴對增

多，因而反向電流將隨溫度的升高而成倍增長。反向電流是造成電路噪聲的主，要原因之一，因此，在

設(shè)計電路時，必須考慮溫度補(bǔ)償問題。

綜上所述，PN結(jié)正偏時，正向電流較大，相當(dāng)于PN結(jié)導(dǎo)通，反偏時，反向電流很小，相當(dāng)于PN

結(jié)截止。這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?/p>

三、PN結(jié)的擊穿特性

當(dāng)PN結(jié)上加的反向電壓增大到一定數(shù)值時，反向電流突然劇增，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿，

PN結(jié)出現(xiàn)擊穿時的反向電壓稱為反向擊穿電壓，用VR表示。反向擊穿可分為雪崩擊穿和齊納擊穿兩

類。

1.雪崩擊穿

當(dāng)反向電壓較高時，結(jié)內(nèi)電場很強(qiáng)，使得在結(jié)內(nèi)作漂移運(yùn)動的少數(shù)載流子獲得很大的動能。當(dāng)它與

結(jié)內(nèi)原子發(fā)生亢接碰撞時，將原子電哥，產(chǎn)生新的“電子一空穴對"。這些新的“電子一空穴對"，又被強(qiáng)

電場加速再去碰搔其它原子，產(chǎn)生更多的”電子一空穴對"。如此鏈鎖反應(yīng)，使結(jié)內(nèi)載流子數(shù)目劇增，并

在反向電壓作用下作漂移運(yùn)動，形成履大的反向電流。這種擊穿稱為雪崩擊穿。顯然雪崩擊穿的物理本

質(zhì)是碰撞電離,

2.齊納擊穿

齊納擊穿通常發(fā)生在摻雜濃度很高的PN結(jié)內(nèi)。由于摻朵濃度很高，PN結(jié)很窄，這樣即使施加較小

的反向電壓（5V以下），結(jié)層中的電場卻很強(qiáng)（可達(dá)ZSXICPV/m左右）0在強(qiáng)電場作用下，會強(qiáng)

行促使PN結(jié)內(nèi)原子的價電子從共價鋌中拉出來，形成"電子一空穴對"，從而產(chǎn)生大量的載流子。它們

在反向電壓的作用下，形成很大的反向電流，出現(xiàn)了擊穿。顯然，齊納擊穿的物理本質(zhì)是場致電離

采取適當(dāng)?shù)膿诫s工藝，將硅PN結(jié)的雪崩擊穿電壓可控制在8?1000V。而齊納擊穿電壓低于5Vli

在5?8V之間兩種擊穿可能同時發(fā)生，

晶體二極管

二極管的結(jié)構(gòu)與伏安特性

晶體二極管也稱半導(dǎo)體二極管，它是在PN結(jié)上加接觸電極、引線和管殼封裝而成的。按

其結(jié)構(gòu)，通常有點接觸型和面結(jié)型兩類。常用符號如圖Z0107中V、VD（本資料用D）來

表示。

Y（VD、D）

.以?

舉導(dǎo)體二極管

電路符號

圖Z0107電路符號圖Z0108點接觸型圖Z0109面結(jié)合型圖Z0110平百

點接觸型適用于工作電流小、工作頻率高的場合：（如圖Z0108）

面結(jié)合型適用于工作電流較大、工作頻率較低的場合；（如圖Z0109）

平面型適用于工作電流大、功率大、工作頻率低的場合。（如圖Z0110）

按使用的半導(dǎo)體材料分，有硅二極管和楮二極管；按用途分，有普通二極管、整流二極

管、檢波二極管、混頻二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、光敏二極管、變?nèi)荻O管、光電

二極管等。

二四管是由一個PN結(jié)構(gòu)成的，它的主要特性就是單向?qū)щ娦?，通營主要用它的伏安特性

來表示。

二極管的伏安特性是指流過二極管的電流心與加于二極管兩端的電壓〃D之間的關(guān)系或

曲線。用逐點測量的方法測繪出來或用晶體管圖示儀顯示出來的U?I曲線，稱二極管的伏

安特性曲線。圖Z01H是二極管的伏安特性曲線示意圖，依此為例說明其特性。

一、正向特性

由圖可以看出，當(dāng)所加的正向電壓為零時，電流為零；當(dāng)正向電壓較小時，由于外電場遠(yuǎn)不

足以克服PN結(jié)內(nèi)電場對多數(shù)載流子擴(kuò)散運(yùn)動所造成的阻力，故正向電流很?。◣缀鯙?/p>

零），二極管呈現(xiàn)出較大的電阻。這段曲線稱為死區(qū)。

當(dāng)正向電壓升高到一定值Uy（Uth.）以后內(nèi)電場被顯著減弱，正向電流才有明顯增加。

Uy被稱為門限電壓或閥電壓。Uy視二極管材料和溫度的不同而不同，常溫下，硅管一般為

0.5V左右，錯管為0.1V左右,在實際應(yīng)用中，常把正向特性較直部分延長交于橫軸的一

點，定為門限電壓Uy的值，如圖中虛線與U軸的交點。

當(dāng)正向電壓大于Uy以后，正向電流隨正向電壓幾乎線性增長。把正向電流隨正向電壓線

性增長時所對應(yīng)的正向電壓，稱為二極管的導(dǎo)通電壓，用UF來表示。通常，硅管的導(dǎo)通電

壓約為0.6~0.8V（一般取為0.7V）,錯管的導(dǎo)通電壓約為0.1?0.3V（一般取為

0.2V）。

二、反向特性

當(dāng)二極管兩端外加反向電壓時，PN結(jié)內(nèi)電場進(jìn)一步增強(qiáng)，使擴(kuò)散更難進(jìn)行。這時只有少

數(shù)載流子在反向電壓作用下的漂移運(yùn)動形成微弱的反向電流/R。反向電流很小，且?guī)缀醪浑S

反向電壓的增大而增大（在一定的范圍內(nèi)），如圖Z0111中所示。但反向電流是溫度的函

數(shù)，將隨溫度的變化而變化。常溫下，小功率硅管的反向電流在nA數(shù)量級，錯管的反向電

流在UA數(shù)量級。

三、反向擊穿特性

當(dāng)反向電壓增大到一定數(shù)值UBR時，反向電流劇增，這種現(xiàn)象稱為二極管的擊穿，UBR

（或用VB表示）稱為擊穿電壓，UBR視不同二極管而定，普通二極管一般在幾十伏以上且

硅管較錯管為高。

擊穿特性的特點是，雖然反向電流劇增，但二極管的端電壓卻變化很小，這一特點成為

制作穩(wěn)壓二極管的依據(jù)。

四、二極管伏安特性的數(shù)學(xué)表達(dá)式

由理論分析可知，二極管的伏安特性可近似用下面的數(shù)學(xué)表達(dá)式來表示；

坦

'=”回（/一1）GS0101

式中，為流過二極管的電流，MDo為加在二極管兩端的電壓，VT稱為溫度的電壓當(dāng)量，

與熱力學(xué)溫度成正比，表示為

VT=AT/q其中T為熱力學(xué)溫度，單位是K：q是電子的電荷量，q=l-602X10^C;k為玻

耳茲曼常數(shù)，k=l物乂lO2J/K室溫下，可求得力?二26mV,"而"是二極管的反向

飽和電流。

五、溫度對二極管伏安特性的影響

二極管是溫度的敏感器件，溫度的變化對其伏安特性的影響主要表現(xiàn)為：隨著溫度的升

高，其正向特性曲線左移，即正向壓降減小；反向特性曲線下移，即反向電流增大。一般在

室溫附近，溫度每升高1。（2,其正向壓降減小2~2.5mV；溫度每升高10。C，反向電流大

約增大1倍左右。

綜上所述，二極管的伏安特性具有以下特點：

①二極管具有單向?qū)щ娦裕?/p>

②二極管的伏安特性具有非線性;

③二極管的伏安特性與溫度有關(guān)。

半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)

描述二極管特性的物理量稱為二極管的參數(shù)，它是反映二極管電性能的質(zhì)量指標(biāo)，是合

理選擇和使用二極管的主要依據(jù)。在半導(dǎo)體器件手冊或生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品目錄中，對各種型號

的二極管均用表格列出其參數(shù)。二極管的主要參數(shù)有以下幾種：

1.最大平均整流電流/F(AN)

IF是指二極管長期工作時，允許通過的最大正向平均電流。它與PN結(jié)的面積、材

料及散熱條件有關(guān)B實際應(yīng)用時，工作電流應(yīng)小于/F(AN),否則，可能導(dǎo)致結(jié)溫過高而

燒毀PN結(jié)。

2.最高反向工作電壓VRM

VRM是指二極管反向運(yùn)用時，所允許加的最大反向電壓。實際應(yīng)用時，當(dāng)反向電壓增加

到擊穿電壓VBR時，二極管可能被擊穿損壞，因而，VRM通常取為(1/2?2/3)VBR。

3.反向電流/R

/R是指二極管未被反向擊穿時的反向電流。理論上/R=/R(sat),但考慮表面漏電等因

素，實際上/R稍大一些。人愈小，表明二極管的單向?qū)щ娦阅苡?。另外?R與溫度密

切相關(guān)，使用時應(yīng)注意。

4.最高工作頻率/M

加是指二極管正常工作時，允許通過交流信號的最高頻率。實際應(yīng)用時，不要超過此

值，否則二極管的單向?qū)щ娦詫@著退化。加的大小主要由二極管的電容效應(yīng)來決定。

5.二極管的電阻

就二極管在電路中電流與電壓的關(guān)系而言，可以把它看成一個等效電阻，且有直流電阻與

交流電阻之別e

(1)直流等效電阻RD

直流電阻定義為加在二極管兩端的直流電壓UD與流過二極管的直流電流/D之比，即

=——GS0102

RD的大小與二極管的工作點有關(guān)。通常用萬用表測出來的二極管電阻即直流電阻。不過應(yīng)

注意的是，使用不同的歐姆檔測出來的直流等效電阻不同。其原因是二極管工作點的位置不

同。一般二極管的正向直流電阻在幾十歐姆到幾千歐姆之間，反向直流電阻在幾十千歐姆到

幾百千歐姆之間。正反向直流電阻差距越大，二極管的單向?qū)щ娦阅茉胶谩?/p>

(2)交流等效電阻rd

。=空)0然。1。3

先亦隨工作點而變化，是非線住電阻。通常，二極管的交流正向電阻在幾?幾十歐姆之

間。

需要指出的是，由于制造工藝的限制，即使是同類型號的二極管，其參數(shù)的分散性很

大。通常半導(dǎo)體手冊上給出的參數(shù)都是在一定測試條件下測出的，使用時應(yīng)注意條件。

半導(dǎo)體二極管的型號命名

二極管的型號命名通常根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB?249?74規(guī)定，由五部分組成。第一部分用數(shù)字

表示器件電極的數(shù)目：第二部分用漢語拼音字母表示器件材料和極性；第三部分用漢語拼音

字母表示器件的類型：第四部分用數(shù)字表示罌件序號：第五部分用漢語拼音字母表示規(guī)格

號。如表Z101所示。

半導(dǎo)體二極管的等效電路與開關(guān)特性

一、二極管的電容效應(yīng)

二極管具有電容效應(yīng)。它的電容包括勢壘電容6和獷散電容8。

1,勢壘電容CB(Cx)

前面已經(jīng)講過，PN結(jié)內(nèi)缺少導(dǎo)電的栽流子，其電導(dǎo)率很低，相當(dāng)于介質(zhì)；而PN結(jié)兩側(cè)的P

區(qū)、N區(qū)的電導(dǎo)率高，相當(dāng)于金屬導(dǎo)體。從這一結(jié)構(gòu)來看，PN結(jié)等效于一個電容器。

事實上，當(dāng)PN結(jié)兩端加正向電壓時，PN結(jié)變窄，結(jié)中空間電荷量減少，相當(dāng)于電容"放電"，當(dāng)

PN結(jié)兩端加反向電壓時，PN結(jié)變寬，結(jié)中空間電荷量增多，相當(dāng)于電容"充電"。這種現(xiàn)象可以用

一個電容來模擬，稱為勢壘電容。勢壘電容與普通電容不同之處，在于它的電容量并非常數(shù)，而是

與外加電壓有關(guān)。當(dāng)外加反向電壓增大時，勢壘電容減小；反向電壓減小時，勢壘電容增大。目前

廣泛應(yīng)用的變?nèi)荻O管，就是利用PN結(jié)電容隨外加電壓變化的特性制成的。

2.擴(kuò)散電容8

PN結(jié)正向偏置時，N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散，在P區(qū)形成一定的非平衡載流子的濃度分布，即靠

近PN結(jié)一側(cè)濃度高，遠(yuǎn)離PN結(jié)的一側(cè)濃度低。顯然，在P區(qū)積累了電子，即存貯了一定數(shù)量的

負(fù)電荷：同樣，在N區(qū)也積累了空穴，即存貯了一定數(shù)即正電荷。當(dāng)正向電壓加大時，擴(kuò)散增強(qiáng)，

這時由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子數(shù)和由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴數(shù)將增多，致使在兩個區(qū)域內(nèi)形成了

電荷堆枳，相當(dāng)于電容器的充電。相反，當(dāng)正向電壓減小時，擴(kuò)散減弱，即由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電

子數(shù)和由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴數(shù)減少，造成兩個區(qū)域內(nèi)電荷的減少，、這相當(dāng)于電容器放電。因

此，可以用一個電容來模擬，稱為擴(kuò)散電容，

總之，二極管呈現(xiàn)出兩種電容，它的總電容Q相當(dāng)于兩者的并聯(lián)，即0=6+6。二極管正向

偏置時，獷散電容遠(yuǎn)大于勢壘電容6＞?？冢憾聪蚱脮r，擴(kuò)散電容可以忽略，勢壘電容起主要

作用，q^CBo

二、二極管的等效電路

二極管是一個非線性器件，對于非線性電路的分析與計算是比較復(fù)雜的°為了使電路的分析簡

化，可以用線性元件組成的電路來模擬二極管。使線性電路的電壓、電路關(guān)系和二極管外特性近似

?致，那么這個線性電路就稱為二極管的等效電路。顯然等效電路是在一定條件下的近似。

二極管應(yīng)用于直流電路時，常用一個理想二極管模型來等效，可把它看成一個理想開關(guān)。正偏

時,相當(dāng)于“開關(guān)”閉合(ON),電阻為零,壓降為零；反偏時，相當(dāng)于“開關(guān)"斷開(OFF),電阻

為無限大，電流為零。由于理想二極管模型突出表現(xiàn)了二極管最基本的特性??單向?qū)щ娦?，所以廣

泛應(yīng)用于直流電路及開關(guān)電路中。

在直流電路中如果考慮到二極管的電阻和門限電壓的影響。實際二極管可用圖ZOI12所示的電路

來等效。

在二極管兩端加直流偏置電壓和工作在交流小信號的條件下，可以用簡化的電路來等效。圖中rs

為二極管P區(qū)和N區(qū)的體電阻。

三、二極管的開關(guān)特性

二極管正偏時導(dǎo)通，相當(dāng)于開關(guān)的接通；反偏時截止相當(dāng)于開關(guān)的斷開，表明二極管具有開關(guān)特

性。不過一個理想的開關(guān)，在接通時開關(guān)本身電阻為零，壓降為零，而斷開時電阻為無窮大，電流

為零，而且要求在高速開關(guān)時仍具有以上特性，不需要開關(guān)時間。但實際二極管作為開關(guān)運(yùn)用，并

不是太理想的。因為二極管正向?qū)〞r，其正向電阻和正向降壓均不為零；反向戳止時，其反向電

阻也不是無窮大，反向電流也不為零。并且二極管開、關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換需要一定時間.這就限制了它

的開關(guān)速度。因此作開關(guān)時，應(yīng)選用正向電阻m小、反向電阻RR大、開關(guān)時間小的開關(guān)二極管。

穩(wěn)壓二極管

硅穩(wěn)壓二極管（簡稱硅穩(wěn)壓管）實質(zhì)上是一個硅晶體二極管。穩(wěn)壓二極管的實例和管子的符號如

圖Z0113所示。

1.二極管的擊穿現(xiàn)象

由二極管的伏安特性可知，當(dāng)加于它兩端的反偏電壓超過反向擊穿電壓之后，二極管將發(fā)生擊穿

現(xiàn)象。二極管的擊穿通常有三種情況，即雪崩擊穿、齊納擊穿和熱擊穿。

（1）雪崩擊穿

對于摻雜濃度較低的PN結(jié)，結(jié)較厚，當(dāng)外加反向電壓高到一定數(shù)值時，因外電場過強(qiáng)，使PN

結(jié)內(nèi)少數(shù)載流子獲得很大的動能而直接與原子碰撞，將原子電離，產(chǎn)生新的電子空穴對，由于鏈鎖

反應(yīng)的結(jié)果，使少數(shù)載流子數(shù)目急劇增多，反向電流雪崩式地迅速增大，這種現(xiàn)象叫雪崩擊穿。雪

崩擊穿通常發(fā)生在高反壓、低摻雜的情況下。

（2）齊納擊穿

對于采用高摻雜（即雜質(zhì)濃度很大）形成的PN結(jié)，由于結(jié)很?。ㄈ?.04Fim）即使外加電壓并不

高（如4V）,就可產(chǎn)生很強(qiáng)的電場（如|1的丫/CI"）將結(jié)內(nèi)共價健中的價電子拉出來，產(chǎn)生大量的

電子一空穴對，使反向電流劇增，這種現(xiàn)象叫齊納擊穿（因齊納研究而得名）。齊納擊穿一般發(fā)生

在低反壓、高摻雜的情況下。

（3）熱擊穿

在使用二極管的過程中，如由于PN結(jié)功耗（反向電流與反向電壓之積）過大，使結(jié)溫升高，電

流變大，循環(huán)反復(fù)的結(jié)果，超過PN結(jié)的允許功耗，使PN結(jié)擊穿的現(xiàn)象叫熱擊穿，熱擊穿后二極

管將發(fā)生永久性損壞。

對于硅PN結(jié)，擊穿電壓在7V以上的為雪崩擊穿；4V以下的為齊納擊穿；在。4?7V之間的兩

種情況都有。無論哪種擊穿，只要控制反向電流的數(shù)值不致引起熱擊穿，當(dāng)反向電壓下降到擊穿電

壓以下，其性能可以恢復(fù)到未擊穿前的狀況。

2,穩(wěn)壓管的擊穿特性穩(wěn)壓管的正向特性與一般二極管相同，而反向擊穿特性很陡峭。

3.穩(wěn)壓管的主要參數(shù)

（1）穩(wěn)定電壓Yz

Vz穩(wěn)壓管反向擊穿后其電流為規(guī)定值時它兩端的電壓值。不同型號的穩(wěn)壓管其物的范圍不同；

同種型號的穩(wěn)壓管也常因工藝上的差異而有一定的分散性。所以，Vz一般給出的是范圍值，例如

2CWU的收在3.2?4.5V（測試電流為10mA）。當(dāng)然，二極管（包括穩(wěn)壓管）的正向?qū)ㄌ匦?/p>

也有穩(wěn)壓作用，但穩(wěn)定電壓只有0.6?O,8V,且隨溫度的變化較大，故一般不常用。

（2）穩(wěn)定電流比

/Z是指穩(wěn)壓管正常工作時的參考電流。/7通常在最小穩(wěn)定電流/Zmin與最大穩(wěn)定電流瓦儂之間。

其中無而是指穩(wěn)壓管開始起穩(wěn)壓作用時的最小電流，電流低于此值時，穩(wěn)壓效果差；無皿是指穩(wěn)

壓管穩(wěn)定工作時的最大允許電流，超過此電流時，只要超過額定功耗，穩(wěn)壓管將發(fā)生永久性擊穿。

故?般要求/ZminV/zV//max。

《3》動態(tài)電阻，N

是指在穩(wěn)壓管正常工作的范圍內(nèi)，電壓的微變量與電流的微變量之比。々越小，表明穩(wěn)壓管

性能越好6

<4）額定功耗Pz

Pz是由管子溫升所決定的參數(shù)，Pz=Vz/Zmax。

（5）溫度系數(shù)a

a是指Vz受溫度膨響的程度。硅穩(wěn)壓管在4V時aVO；在％>7V時，a>0；在％=4?

7V時，a很小

三極管的結(jié)構(gòu)與分類

晶體三極管

晶體三極管又稱半導(dǎo)體三極管，簡稱晶體管或三極管。在三極管內(nèi)，有兩種載流子；電子與空

穴，它們同時參與導(dǎo)電，故晶體三極管又稱為雙極型晶體三極管，簡記為BJT（英文Bipolar

Junc【ionTransisK）i?的縮寫）。它的基本功能是具有電流放大作用。

一、結(jié)構(gòu)

圖Z0113和圖Z0I14給出了NPN卻PNP型兩類三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和表示符號。它有兩個PN

結(jié)（分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)），三個區(qū)（分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)），從三個區(qū)域引出三

個電極(分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c)o發(fā)射極的箭頭方向代表發(fā)射結(jié)正向?qū)〞r的電

流的實際流向。

為了保證三極管具有良好的電流放大作用，在制造三極管的工藝過程中，必須作到：

①使發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高，以有效地發(fā)射載流子；

②使基區(qū)摻雜濃度最小，且區(qū)最薄，以有效地傳輸截流子；

電0113三極管釉示蒯

三做春的電路符號vr(v>T)

PNP型NPNffl

*10114三根管的電路符號

二、分類

在實際應(yīng)用中，從不同的角度對三極管可有不同的分類方法。

按材料分，有硅管和鋁管；

按結(jié)構(gòu)分，有NPN型管和PNP型管；

按工作頻率分，有高頻管和低頻管；

按制造工藝分，有合金管和平面管：

按功率分，有中、小功率管和大功率管等等。

三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動規(guī)律、電流分配關(guān)系和放大作用

一、三極管的三種連接方式

三極管在電路中的連接方式有三種：①共基極接法：②共發(fā)射極接法，③共集電極接法。如圖

Z0115所示。共什么極是指電路的輸入端及輸出端以這個極作為公共端。必須注意，無論那種接

法，為了使三極管具有正常的電流放大作用，都必須外加大小和極性適當(dāng)?shù)碾妷?。即必須給發(fā)射結(jié)

加正向偏置電壓，發(fā)射區(qū)才能起到向基區(qū)注入載流子的作用；必須給集電紹加反向偏置電壓（一般

幾?幾十伏），在集電結(jié)才能形成較強(qiáng)的電場，才能把發(fā)射區(qū)注入基區(qū)，并擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的載

流子拉入集電區(qū)，使集電區(qū)起到收集載流子的作用。

二、三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動規(guī)律

在發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的條件下，三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動，可分為3個過程，下面以

NPN型三極管為例來討論（共射極接法）。

1.發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入載流子的過程

由于發(fā)射結(jié)外加正向電壓，發(fā)射區(qū)的電子載流子源源不斷地注入基區(qū)，基區(qū)的多數(shù)載流子空穴，

也要注入發(fā)射區(qū)。如圖Z0116所示，二者共同形成發(fā)射極電流IE。但是，由于基區(qū)摻雜濃度比發(fā)

射區(qū)小2?3個數(shù)量級，注入發(fā)射區(qū)的空穴流與注入基區(qū)的電子流相比，可略去。

三段管內(nèi)部電痣分正關(guān)系

Ipe?Ine

Inb,辟Ine盛里與撤廖中蛉空穴

成分.

Inc『,集解電結(jié)盛反電印，入在結(jié)第電

ICBO.集基反向飽和電流

IE=Ine+Ipe=Ine

ID=Inb+Ipe-ICBO

fcInb-ICBO

Ic=Inc+ICBO

(Ine=Inc+Inb)

Ii=IB+Ic

圖Z0116三極件內(nèi)部電流分配關(guān)系示意圖

2.載流子在基區(qū)中擴(kuò)散與復(fù)合的過程

由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子載流子，其濃度從發(fā)射結(jié)邊緣到集電結(jié)邊緣是逐漸遞減的，即形成了一定

的濃度梯度，因而，電子便不斷地向集電結(jié)方向擴(kuò)散。由于基區(qū)寬度制作得很小，且摻雜濃度也很

低，從而大大地減小了復(fù)合的機(jī)會，使注入基區(qū)的95%以上的電子載流子都能到達(dá)集電結(jié)-故基

區(qū)中是以擴(kuò)散電流為主的，且擴(kuò)散與復(fù)合的比例決定了三極管的電流放大能力。

3.集電區(qū)收集載流子的過程

集電結(jié)外加較大的反向電壓，使結(jié)內(nèi)電場很強(qiáng)，基區(qū)中擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的電子，受強(qiáng)電場的作

用，迅速漂移越過集電結(jié)而進(jìn)入集電區(qū)，形成集電極電流加C。另一方面，集電結(jié)兩邊的少數(shù)教流

子，也要經(jīng)過集電結(jié)漂移，在C,b之間形成所謂反向飽和電流/CBO,不過./CBO一般很小，因而

集電極電流

/NC+ZCBO-/NCGS0105

同時基極電流

/B=/PB+/E-/CBO=/PB-/CBOGS0106

反向飽和電流/CBO與發(fā)射區(qū)無關(guān)，對放大作用無貢獻(xiàn)，但它是溫度的函數(shù)，是管子工作不穩(wěn)定

的主要因素。制造時，總是盡量設(shè)法減小它。

三、三極管的電流分配關(guān)系與放大作用

1.電流分配關(guān)系

由圖Z0I16可知，三極管三個電極上的電流組成如下：

發(fā)射極電流/E

/E=/NE77PE=/NEGS0107

基極電流/B

/B=/PB+/PE-fCBO~/PB-/CBO

集電極電流/C

/C=/NC+/CBO^INC

同時由圖Z0116也可看出

/NE=/NC-A/PBG$0108

由以上諸式可得到

/E=/C7-/BGS0109

它表明，發(fā)射極電流店按一定比例分配為集電極電流/c和基極電流/B兩個部分，因而晶體H極

管實質(zhì)上是一個電流分配器件。對于不同的晶體管，盡管/c與/B的比例是不同的，但上式總是成

立的，所以它是三極管各極電流之間的基本關(guān)系式。

由圖Z0116也可以看出，/NC代表由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)進(jìn)而擴(kuò)散到集電區(qū)的電子流，/PB代表從發(fā)射區(qū)

注入基區(qū)被復(fù)合后形成的電流。對于一個特定的三極管，這二者的比例關(guān)系是確定的，通常將這個

比值稱為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)。用》表示，

聲強(qiáng)」「電。GS0110

加牛GS0111

如果忽略/CBO,則*

該式說明/B對/c有控制作用。

變換一下式GS01I0,可寫成

1c=B1B+Q+B）】CBOGS0112

令/信。=（1+￡”以0則上式可寫成；

=

ZBIg-Ic

~B+3o

IR=（l+￡）/z+/函。GS0114

此式表明，集電極電流由兩部分組成：一部分是應(yīng)E它表示/c與/B的比例關(guān)系，另一部分是

Wo=（1+

稱為穿透電流其意義將在三極管參數(shù)中介紹。

綜合共射極三極管的電流分配關(guān)系，可寫為

=

ZBIg-IC

[c=雙B+1cso

h=（1+仍4+1csoGS0114

三極管的電流分配關(guān)系還可以用由發(fā)射區(qū)傳輸?shù)郊妳^(qū)的電子流/NC與發(fā)射極總發(fā)射的電子流/E

之間的比例關(guān)系來表示。將這二者的比值稱為共基極直流電流放大系數(shù)，用工表示即：

反=乎GS0115

由于/C=/NC+//CBO,且/C>>/CBO?故：

豆」c一y4GS0116

該式說明/E對/C也有控制作用。

由上可得出共基極電流分配關(guān)系為

A?=以3+1080GS0H7

As=Q-GS0118

臺和過都是描述三極管的同一過程，它們之間必然存在著內(nèi)在聯(lián)系。由它們各自的表達(dá)式知：

a=^=------區(qū)-----2地-米二一L

電。。

ls（1+￡4+（1+6）（1+0）G1+￡

即：

,￡

。=「丁GS0119

1+萬

一股過￡1（約09?099）,§>>1（約20?200）。

2,三極管的放大作用

圖Z0117為共射接法的三極管放大電路。待放大的輸入信號〃i接在基極回路，負(fù)教電阻股接在集

電極回路，&兩端的電壓變化量〃。就是輸出電壓。由于發(fā)射結(jié)電壓增加了〃i（由UBE變成UBE+

Wi）引起基極電流增加了43,集電極電流隨之增加了d/c,庶邛4瓜它在RC形成輸出電壓

Uo=AlcRc=pAliiRCO

只要Rc取值較大，便有Mo??fontsize="^l">ui,從而實現(xiàn)了放大。

三極管的特性曲線

三極管外部各極電壓和電流的美系曲線，稱為三極管的特性曲線，又稱伏安特性曲線。它不僅能

反映三極管的質(zhì)量與特性，還能用來定量地估算出三極管的某些參數(shù)，是分析和設(shè)計三極管電路的

重要依據(jù)。

對于三極管的不同連接方式，有著不同的特性曲線。應(yīng)用最廣泛的是共發(fā)射極電路，其基本測試

電路如圖Z0118所示，共發(fā)射極特性曲線可以用描點法繪出，也可以由品體管特性圖示儀直接顯示

出來6

一、輸入特性曲線

在三極管共射極連接的情況下，當(dāng)集電極與發(fā)射極之間的電壓UBE維持不同的定值時，

UBE和e之間的一簇關(guān)系曲線，稱為共射極輸入特性曲線，如圖Z0119所示。輸入特性曲線的數(shù)

學(xué)表達(dá)式為：

/R=/（UBE）|URE=常數(shù)GS0120

由圖Z0U9可以看出這簇曲線，有下面幾個特點：

（1）UBE=0的一條曲線與二極管的正向特性相似。這是因為UCE=0時，集電極與發(fā)射極短

路，相當(dāng)于兩個二極管并聯(lián)，這樣/B與UCE的關(guān)系就成了兩個并聯(lián)二極管的伏安特性。

（2）UCE由零開始逐漸增大時輸入特性曲線右移，而且當(dāng)UCE的數(shù)值增至較大時（如UCE>

IV）,各曲線幾乎重合。這是因為UCE由零逐漸增大時，使集電結(jié)寬度逐漸增大，基區(qū)寬度相應(yīng)

地減小，使存貯于基區(qū)的注入載流子的數(shù)量減小，復(fù)合減小，因而/B減小。如保持/B為定值，就

必須加大UBE,故使曲線右移。當(dāng)UCE較大時（如UCE>1V）,集電結(jié)所加反向電壓，已足能把

注入基區(qū)的非平衡載流子絕大部分都拉向集電極去，以致UCE再增加，/B也不再明顯地減小，這

樣，就形成了各曲線幾乎重合的現(xiàn)象。

（3）和二極管一樣，三極管也有一個門限電壓V》通常硅管約為0.5?0.6V,錨管約為0.1?

0.2V°

二、輸出特性曲線

輸出特性曲線如圖Z0120所示。測試電路如圖ZOI17o

I/fB/yc（C表示常數(shù)）GS0121

輸出特性曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

由圖還可以看出，輸出特性曲線可分為三個區(qū)域：

（1）截止區(qū)：指向二0的那條特性曲線以下的區(qū)域。在此區(qū)域里，三極管的發(fā)射結(jié)利集電結(jié)都處

于反向偏置狀態(tài)，三極管失去了放大作用，集電極只有微小的穿透電流〃￡0。

（2）飽和區(qū)：指綠色區(qū)域。在此區(qū)域內(nèi)，對應(yīng)不同加值的輸出特性曲線簇幾乎重合在一起。也

就是說，UCE較小時，/C雖然增加，但/C增加不大，即飽失去了對/C的控制能力。這種情況，稱

為三極管的飽和。飽和時，三極管的發(fā)射給和集電結(jié)都處于正向偏置狀態(tài)。三極管集電極與發(fā)射極

間的電壓稱為集一射飽和壓降，用UCES表示。UCES很小，通常中小功率硅管UCESV0.5V；三極

管基極與發(fā)射極之間的電壓稱為基一射飽和壓降，以UCES表示，硅管的UCES在0.8V左右。

0A線稱為臨界飽和線（綠色區(qū)域方邊緣線），在此曲線上的每一點應(yīng)有

UCE|=|URE|。它是各特性曲線急劇拐彎點的連線。在臨界飽和狀態(tài)下的三極管，其集電極電流稱

為臨界集電極電流，以依表示：其基極電流稱為臨界基極電流，以/BS表示。這時/CS與/BS的關(guān)

系仍然成立。

（3）放大區(qū)：在截止區(qū)以上，介三1飽和區(qū)與擊穿區(qū)之間的區(qū)域為放大區(qū)。在此區(qū)域內(nèi)，特性曲

戰(zhàn)近似于一籟平行等距的水平線，距的變化量與的變量基本保持線性關(guān)系，即4c可切/B,且

乂C?A/B,就是說在此區(qū)域內(nèi)，三極管具有電流放大作用。此外集電極電玉對集電極電流的控制

作用也很弱，當(dāng)UCE>1V后，即使再增加UCE,/C幾乎不再增加，此時，若/B不變，則三極管可

以看成是一個恒流源。

在放大區(qū)，三極管的發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。

三極管的主要參數(shù)

三極管的參數(shù)反映了三極管各種性能的指標(biāo)，是分析三極管電路和選用三極管的依據(jù)。

一、電流放大系數(shù)

1.共發(fā)射極電流放大系數(shù)

（1）共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)G,它表示三極管在共射極連接時，某工作點處直流電流/c

與/B的比值，當(dāng)忽略/CBO時

7%,GS0122

（2）共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)￡它表示三極管共射極連接、且UCE恒定時，集電極電流變化

后與基極電流變化量d/B之比，即

管子的少值大小時，放大作用差；夕值太大時，工作性能不穩(wěn)定。因此，一般選用￡為30~80

的管子。

2.共基極電流放大系數(shù)

共基極直流電流放大系數(shù)它表示三極管在共基極連接時，某工作點處/C與/E的比值。在忽略

/CBO的情況下

衩=衛(wèi)=

1+s

(2)共基極交流電流放大系數(shù)。，它表示三極管作共基極連接時，在UCB恒定的情況下，/C和

/E的變化量之比，即：

GS0124

通常在/CRO很小時，》與B，次與a相差很小，因此，實際使用中經(jīng)常混用而不加區(qū)別。

二、極間反向電流

1.集-基反向飽和電流/CBO

/C8。是指發(fā)射極開路，在集電極與基極之間加上一定的反向電壓時，所對應(yīng)的反向電流。它是少

子的漂移電流。在一定溫度下，/CBO是一個常量。隨著溫度的升高/CBO將增大，它是三極管工作

不穩(wěn)定的主要因素。在相同環(huán)境溫度下，硅管的/CBO比楮管的/CBO小得多。

2.穿透電流/CEO

/CE。是指基極開路，集電極與發(fā)射極之間加一定反向電壓時的集電極電流g/CEO與/CB。的關(guān)系

為：

/CEO=/CBO+￡/CBO=(\+B)/CBOGS0125

該電流好象從集電極直通發(fā)射極一樣，故稱為穿透電流6/CEO和/CB。一樣，也是衡量三極管熱

穩(wěn)定性的重要參數(shù)。

三、頻率參數(shù)

頻率參數(shù)是反映三極管電流放大能力與工作頻率關(guān)系的參數(shù)，表征三極管的頻率適用范圍。

1.共射極截止頻率力

三極管的夕值是頻率的函數(shù)，中頻段小飽幾乎與頻率無關(guān)，但是隨著頻率的增高，少值下降。

當(dāng)少值下降到中頻段伙刀/3回倍時，所對應(yīng)的頻率，稱為共射極截止頻率，用心表示。

2.特征頻率亦

當(dāng)三極管的夕值下降到夕=1時所對應(yīng)的頻率，稱為特征頻率。在加華的范圍內(nèi)，/?值與了幾乎

成線性關(guān)系，/越高，s越小，當(dāng)工作頻率加，時，三極管便失去了放大能力。

四、極限參數(shù)

1.最大允許集電極耗散功率

PCM是指三極管集電結(jié)受熱而引起晶體管參數(shù)的變化不超過所規(guī)定的允許值時，集電極耗散的最

大功率。當(dāng)實際功耗Pc大于PCM時，不僅使管子的參數(shù)發(fā)生變化，甚至還會燒壞管子。PCM可由

下式計算：

PCM=/CUCEGS0126

當(dāng)已知管子的PCM時，利用上式可以在輸出特性曲線上畫出PCM曲線。

2.最大允許集電極電流/CM

當(dāng)/c很大時，夕值逐漸下降。一般規(guī)定在夕值下降到額定值的2/3（或1/2）時所對應(yīng)的集電

極電流為忙M當(dāng)/O/CM時，在值己減小到不實用的程度，且有燒毀管子的可能。

3.反向擊穿電壓8死E0與8比￡0

8VCE0是指基極開路時，集電極與發(fā)射極間的反向擊穿電壓。

3KBQ是指發(fā)射極開路時，集電極與基極間的反向擊穿電壓。一般情況二同一管子的

BVCEO（0.5?0.8）BVCBO。三極管的反向工作電壓應(yīng)小于擊穿電壓的（1/2?1/3）,以保證

管子安全可靠地工作。

三極管的3個極限參數(shù)PCM,/CM.6MCE。和前而講的臨界飽和線、截止線所包圍的區(qū)域，便是

三極管安全工作的線性放大區(qū)。一般作放大用的三極管，均須工作于此區(qū)。

三極管的開關(guān)特性

在脈沖與數(shù)字電路中，三極管作為最基本的開關(guān)元件得到了普遍的應(yīng)用。三極管工作在飽和狀態(tài)

時，其UCESM,相當(dāng)于開關(guān)的接通狀態(tài)；工作在截止?fàn)顟B(tài)時，相當(dāng)于開關(guān)的斷開狀態(tài)，因

此，三極管可當(dāng)做開關(guān)器件使用。

（這部分內(nèi)容將在16單元；”脈沖波形的產(chǎn)生與整形”中再作詳細(xì)介紹。）

結(jié)型場效應(yīng)管

場效應(yīng)管

場效應(yīng)管（FjeldEffectTransistoi?簡稱FET）是利用電場效應(yīng)來控制半導(dǎo)體中電流的一種半導(dǎo)體

器件，故因此而得名。場效應(yīng)管是一種電壓控制器件，只依靠一種載流子參與導(dǎo)電，故又稱為單極

型晶體管。與雙極型晶體三極管相比，它具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗福射能力強(qiáng)、

功耗小、制造工藝簡單和便于集成化等優(yōu)點。

場效應(yīng)管有兩大類，結(jié)型場效應(yīng)管JFET和絕緣柵型場效應(yīng)管IGFET,后者性能更為優(yōu)越，發(fā)展

迅速，應(yīng)用廣泛。圖Z0121為場效應(yīng)管的類型及圖形、符號.

一、結(jié)構(gòu)與分類

圖Z0122為N溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)示意圖和它的圖形、符號。它是在同一塊N型硅片的兩側(cè)

分別制作摻雜濃度較高的P型區(qū)（用P+表示），形成兩個對稱的PN結(jié)，符兩個PIX的引出線連在

一起作為一個電極，稱為柵極（g）,在N型硅片兩端各引出一個電極，分別稱為源極（s）和漏極

（d）o在形成PN結(jié)過程中，由于P+區(qū)是重?fù)诫s區(qū)，所以N―區(qū)側(cè)的空間電荷層寬度遠(yuǎn)大

二、工作原理

N溝道和P溝道結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理完全相同，只是偏置電壓的極性和載流子的類型不同而

己。下面以N溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例來分析其工作原理。電路如圖Z0123所示。由于柵源間加反

向電壓，所以兩側(cè)PN結(jié)均處于反向偏置，柵源電流幾乎為零。漏源之間加正向電壓使N型半導(dǎo)體

中的多數(shù)載流子-電子由源極出發(fā)，經(jīng)過溝道到達(dá)漏極形成漏極電流ID.

1.柵源電壓UGS對導(dǎo)電溝道的影響（設(shè)UDS=O）

在圖Z0123所示電路中，UGS<