模電01半導(dǎo)體

1、緒論緒論 本課程是入門性質(zhì)的本課程是入門性質(zhì)的專業(yè)專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課技術(shù)基礎(chǔ)課 一、電子技術(shù)的發(fā)展一、電子技術(shù)的發(fā)展 很大程度上反映在元器件的發(fā)展上很大程度上反映在元器件的發(fā)展上 :u1947年年 貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一只晶體管貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一只晶體管u1958年年 集成電路集成電路u1969年年 大規(guī)模集成電路大規(guī)模集成電路u1975年年 超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路 第一片集成電路只有第一片集成電路只有4個(gè)晶體管，而個(gè)晶體管，而1997年一片集成電路中有年一片集成電路中有40億個(gè)晶體管。億個(gè)晶體管。有科學(xué)家預(yù)測(cè)，集成度還將按有科學(xué)家預(yù)測(cè)，集成度還將按10倍倍/6年的速度增長(zhǎng)，到年的速度增長(zhǎng)，

2、到2015或或2020年達(dá)到飽和。年達(dá)到飽和。中國(guó)首批碳化硅半導(dǎo)體外延晶片投產(chǎn)中國(guó)首批碳化硅半導(dǎo)體外延晶片投產(chǎn) F22廣泛使用廣泛使用2012年年04月月19日日 09:21來(lái)源：來(lái)源：中國(guó)質(zhì)量報(bào)中國(guó)質(zhì)量報(bào) 第三代新型半導(dǎo)體材料第三代新型半導(dǎo)體材料碳化硅半導(dǎo)體碳化硅半導(dǎo)體 學(xué)習(xí)電子技術(shù)方面的課程需時(shí)刻關(guān)注學(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！電子技術(shù)的發(fā)展！ 碳化硅是當(dāng)前國(guó)際上最先進(jìn)的第三代新型半導(dǎo)體材料，國(guó)內(nèi)目前主要處于研碳化硅是當(dāng)前國(guó)際上最先進(jìn)的第三代新型半導(dǎo)體材料，國(guó)內(nèi)目前主要處于研發(fā)階段。與傳統(tǒng)硅器件相比，碳化硅電力芯片減少能耗發(fā)階段。與傳統(tǒng)硅器件相比，碳化硅電力芯片減少能耗

3、75%，大幅降低各項(xiàng)設(shè)備，大幅降低各項(xiàng)設(shè)備系統(tǒng)的整體成本并提高系統(tǒng)可靠性。碳化硅可廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，系統(tǒng)的整體成本并提高系統(tǒng)可靠性。碳化硅可廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、高效電動(dòng)機(jī)、混合和純電動(dòng)如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、高效電動(dòng)機(jī)、混合和純電動(dòng)汽車汽車、高速列車、智能電網(wǎng)、高速列車、智能電網(wǎng)等。此外，美國(guó)在等。此外，美國(guó)在F-22戰(zhàn)斗機(jī)等多種先進(jìn)武器中也廣泛使用碳化硅半導(dǎo)體。戰(zhàn)斗機(jī)等多種先進(jìn)武器中也廣泛使用碳化硅半導(dǎo)體。第三代新型半導(dǎo)體材料第三代新型半導(dǎo)體材料碳化硅半導(dǎo)體碳化硅半導(dǎo)體學(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！學(xué)習(xí)電子技術(shù)方面的課程需時(shí)刻關(guān)注電

4、子技術(shù)的發(fā)展！緒論緒論 本課程是入門性質(zhì)的本課程是入門性質(zhì)的專業(yè)專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課技術(shù)基礎(chǔ)課 一、電子技術(shù)的發(fā)展一、電子技術(shù)的發(fā)展 很大程度上反映在元器件的發(fā)展上很大程度上反映在元器件的發(fā)展上 :憶阻器取代晶體管引全球技術(shù)競(jìng)賽憶阻器取代晶體管引全球技術(shù)競(jìng)賽 中國(guó)嚴(yán)重落后中國(guó)嚴(yán)重落后未來(lái)新型取代晶體管新技術(shù)未來(lái)新型取代晶體管新技術(shù)憶阻器憶阻器 憶阻器又名記憶電阻，是一種被動(dòng)電子元件，憶阻器被認(rèn)為是電路的第四憶阻器又名記憶電阻，是一種被動(dòng)電子元件，憶阻器被認(rèn)為是電路的第四種基本元件，僅次于電阻器、電容器及電感元件。種基本元件，僅次于電阻器、電容器及電感元件。憶阻器在關(guān)掉電源后，仍能憶阻器在關(guān)掉電源后，

5、仍能“記憶記憶”通過的電荷通過的電荷。(1-6)(1-6) 憶阻器又名記憶電阻，是一種被動(dòng)電憶阻器又名記憶電阻，是一種被動(dòng)電子元件，憶阻器被認(rèn)為是電路的第四種基子元件，憶阻器被認(rèn)為是電路的第四種基本元件，僅次于電阻器、電容器及電感元本元件，僅次于電阻器、電容器及電感元件。憶阻器在關(guān)掉電源后，仍能件。憶阻器在關(guān)掉電源后，仍能“記憶記憶”通過的電荷通過的電荷。憶阻器的未來(lái)憶阻器的未來(lái)未來(lái)新型取代晶體管新技術(shù)未來(lái)新型取代晶體管新技術(shù)憶阻器憶阻器 目前的技術(shù)每個(gè)電線間的開關(guān)大約是目前的技術(shù)每個(gè)電線間的開關(guān)大約是 3nm x 3nm 大，開關(guān)切換的時(shí)間約在大，開關(guān)切換的時(shí)間約在 1ns 左右，整體的運(yùn)作

6、速度約是左右，整體的運(yùn)作速度約是 DRAM 的的 1/10 - 還不足以取代還不足以取代 DRAM，但是靠著，但是靠著 1 cm 100 gigabit， 1cm 1 petabit（別忘（別忘了它是可以堆棧的）的驚人潛在容量，了它是可以堆棧的）的驚人潛在容量，干掉閃存是綽綽有余的干掉閃存是綽綽有余的。 HP 關(guān)于憶阻器的發(fā)現(xiàn)在關(guān)于憶阻器的發(fā)現(xiàn)在 2008 年時(shí)發(fā)表于年時(shí)發(fā)表于自然期刊，自然期刊，2009 年證明了年證明了 Cross Latch 的的系統(tǒng)很容易就能堆棧，形成立體的內(nèi)存。系統(tǒng)很容易就能堆棧，形成立體的內(nèi)存。 很多人認(rèn)為憶阻器電腦相對(duì)于晶體管的躍進(jìn)，和晶體管相對(duì)于真空管的躍很多人

7、認(rèn)為憶阻器電腦相對(duì)于晶體管的躍進(jìn)，和晶體管相對(duì)于真空管的躍進(jìn)是一樣大的。另一方面，也有人在討論電路自已實(shí)時(shí)調(diào)整自已的狀態(tài)來(lái)符合運(yùn)進(jìn)是一樣大的。另一方面，也有人在討論電路自已實(shí)時(shí)調(diào)整自已的狀態(tài)來(lái)符合運(yùn)算需求的可能性。這點(diǎn)，再搭配上憶阻器的記憶能力，代表著運(yùn)算電路和記憶電算需求的可能性。這點(diǎn)，再搭配上憶阻器的記憶能力，代表著運(yùn)算電路和記憶電路將可同時(shí)共存，而且隨需要調(diào)整。這已經(jīng)完全超出了這一代電腦的設(shè)計(jì)邏輯，路將可同時(shí)共存，而且隨需要調(diào)整。這已經(jīng)完全超出了這一代電腦的設(shè)計(jì)邏輯，可以朝這條路發(fā)展下去的話，或許代表著新一代的智慧機(jī)器人的誕生?？梢猿@條路發(fā)展下去的話，或許代表著新一代的智慧機(jī)器人的誕生

8、。一、電子技術(shù)的發(fā)展一、電子技術(shù)的發(fā)展 很大程度上反映在元器件的發(fā)展上很大程度上反映在元器件的發(fā)展上 :(1-7)電信號(hào)是指隨時(shí)間而變化的電壓電信號(hào)是指隨時(shí)間而變化的電壓u或電流或電流i ，記作，記作u=f(t) 或或i=f(t) 。2. 2. 電信號(hào)電信號(hào) 由于非電的物理量很容易轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，而且電信號(hào)又容易傳送和控制，由于非電的物理量很容易轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，而且電信號(hào)又容易傳送和控制，因此電信號(hào)成為應(yīng)用最為廣泛的信號(hào)。因此電信號(hào)成為應(yīng)用最為廣泛的信號(hào)。二、模擬信號(hào)與模擬電路二、模擬信號(hào)與模擬電路1. 1. 信號(hào)：是反映信息的物理量信號(hào)：是反映信息的物理量信息需要借助于某些物理量（如聲、光、電）

9、的變化來(lái)表示和傳遞。信息需要借助于某些物理量（如聲、光、電）的變化來(lái)表示和傳遞。 如溫度、壓力、流量，自然界的聲音信號(hào)等等，因而信號(hào)是信息的表現(xiàn)如溫度、壓力、流量，自然界的聲音信號(hào)等等，因而信號(hào)是信息的表現(xiàn)形式。形式。3. 電子電路中信號(hào)的分類電子電路中信號(hào)的分類 模擬信號(hào)模擬信號(hào) 對(duì)應(yīng)任意時(shí)間值對(duì)應(yīng)任意時(shí)間值t 均有確定的函數(shù)值均有確定的函數(shù)值u或或i，并且并且u或或 i 的幅值是連續(xù)取值的，即在時(shí)間的幅值是連續(xù)取值的，即在時(shí)間和數(shù)值上均具有連續(xù)性。和數(shù)值上均具有連續(xù)性。數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 在時(shí)間和數(shù)值上均具有離散性，在時(shí)間和數(shù)值上均具有離散性，u或或 i 的變的變化在時(shí)間上不連續(xù)，總是發(fā)生在

10、離散的瞬間；化在時(shí)間上不連續(xù)，總是發(fā)生在離散的瞬間；且它們的數(shù)值是一個(gè)最小量值的整數(shù)倍，當(dāng)其且它們的數(shù)值是一個(gè)最小量值的整數(shù)倍，當(dāng)其值小于最小量值時(shí)信號(hào)將毫無(wú)意義。值小于最小量值時(shí)信號(hào)將毫無(wú)意義。 大多數(shù)物理量所轉(zhuǎn)換成的信號(hào)均為模擬信號(hào)。大多數(shù)物理量所轉(zhuǎn)換成的信號(hào)均為模擬信號(hào)。 溫度傳感溫度傳感（輸入（輸入）信號(hào)放大信號(hào)放大信號(hào)濾波信號(hào)濾波控制執(zhí)行控制執(zhí)行（輸出）（輸出）功率放大功率放大數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)字邏輯數(shù)字邏輯電路電路模數(shù)轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換恒溫恒溫裝置裝置模擬小信號(hào)電路模擬小信號(hào)電路數(shù)字電路數(shù)字電路非電子物非電子物理系統(tǒng)理系統(tǒng)模擬大信模擬大信號(hào)電路號(hào)電路電子系統(tǒng)電子系統(tǒng)4. 電子系統(tǒng)的組成框

11、圖電子系統(tǒng)的組成框圖1. 輸入電路：非電子物理系統(tǒng)與電子系統(tǒng)的接口輸入電路：非電子物理系統(tǒng)與電子系統(tǒng)的接口2. 小信號(hào)放大電路：小信號(hào)放大電路：放大信號(hào)到所要求的電平放大信號(hào)到所要求的電平3. 濾波電路濾波電路：對(duì)信號(hào)的時(shí)域或頻域特性加以改變：對(duì)信號(hào)的時(shí)域或頻域特性加以改變4. 數(shù)字與模擬接口電路：包括模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)字與模擬接口電路：包括模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換5. 數(shù)字邏輯電路：數(shù)字信號(hào)的處理電路數(shù)字邏輯電路：數(shù)字信號(hào)的處理電路6. 功率放大電路：功率放大電路：放大信號(hào)到所要求的功率放大信號(hào)到所要求的功率7. 信號(hào)產(chǎn)生電路信號(hào)產(chǎn)生電路：產(chǎn)生必要的波形：產(chǎn)生必要的波形主要單元主要單元電路有：電

12、路有：8.電源電路：電源電路：提供電子系統(tǒng)的能源供應(yīng)提供電子系統(tǒng)的能源供應(yīng)5. 電子系統(tǒng)的根本作用電子系統(tǒng)的根本作用 電子系統(tǒng)的根本作用是完成對(duì)信號(hào)的各種處理與變換電子系統(tǒng)的根本作用是完成對(duì)信號(hào)的各種處理與變換 傳感器：傳感器： 物理量的測(cè)量和信號(hào)的采集物理量的測(cè)量和信號(hào)的采集 放大器：放大器： 微弱信號(hào)波形的放大微弱信號(hào)波形的放大 濾波器：濾波器： 無(wú)關(guān)信號(hào)和噪聲的濾除無(wú)關(guān)信號(hào)和噪聲的濾除 模數(shù)轉(zhuǎn)換：模數(shù)轉(zhuǎn)換： 模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào) 數(shù)字邏輯電路：數(shù)字信號(hào)的電路處理數(shù)字邏輯電路：數(shù)字信號(hào)的電路處理 數(shù)模轉(zhuǎn)換：數(shù)模轉(zhuǎn)換： 數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào) 功率放

13、大：功率放大： 放大信號(hào)功率放大信號(hào)功率1. 輸入電路：非電子物理系統(tǒng)與電子系統(tǒng)的接口輸入電路：非電子物理系統(tǒng)與電子系統(tǒng)的接口2. 小信號(hào)放大電路：小信號(hào)放大電路：放大信號(hào)到所要求的電平放大信號(hào)到所要求的電平3. 濾波電路濾波電路：對(duì)信號(hào)的時(shí)域或頻域特性加以改變：對(duì)信號(hào)的時(shí)域或頻域特性加以改變4. 數(shù)字與模擬接口電路：包括模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)字與模擬接口電路：包括模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換5. 數(shù)字邏輯電路：數(shù)字信號(hào)的處理電路數(shù)字邏輯電路：數(shù)字信號(hào)的處理電路6. 功率放大電路：功率放大電路：放大信號(hào)到所要求的功率放大信號(hào)到所要求的功率7. 信號(hào)產(chǎn)生電路信號(hào)產(chǎn)生電路：產(chǎn)生必要的波形：產(chǎn)生必要的波形主要單

14、元主要單元電路有：電路有：8.電源電路：電源電路：提供電子系統(tǒng)的能源供應(yīng)提供電子系統(tǒng)的能源供應(yīng)(1-10)6. 模擬電路模擬電路 模擬電路：模擬電路：對(duì)模擬量進(jìn)行處理的電路。對(duì)模擬量進(jìn)行處理的電路。 最基本的處理是對(duì)信號(hào)的放大。最基本的處理是對(duì)信號(hào)的放大。 放大：輸入為小信號(hào)，有源元件控制電源使負(fù)載獲得大信號(hào)，并保持線性放大：輸入為小信號(hào)，有源元件控制電源使負(fù)載獲得大信號(hào)，并保持線性關(guān)系。關(guān)系。 有源元件：能夠控制能量的元件。有源元件：能夠控制能量的元件。二、模擬信號(hào)與模擬電路二、模擬信號(hào)與模擬電路7. “模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)” 課程的內(nèi)容課程的內(nèi)容 半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件。 處理

15、模擬信號(hào)的電子電路及其相關(guān)的基本功能：各種放大電路、運(yùn)算電路、處理模擬信號(hào)的電子電路及其相關(guān)的基本功能：各種放大電路、運(yùn)算電路、濾波電路、信號(hào)發(fā)生電路、電源電路等等。濾波電路、信號(hào)發(fā)生電路、電源電路等等。 模擬電路的分析方法。模擬電路的分析方法。 不同的電子電路在電子系統(tǒng)中的作用。不同的電子電路在電子系統(tǒng)中的作用。 傳感器：傳感器： 物理量的測(cè)量和信號(hào)的采集物理量的測(cè)量和信號(hào)的采集 放大器：放大器： 微弱信號(hào)波形的放大微弱信號(hào)波形的放大 濾波器：濾波器： 無(wú)關(guān)信號(hào)和噪聲的濾除無(wú)關(guān)信號(hào)和噪聲的濾除 模數(shù)轉(zhuǎn)換：模數(shù)轉(zhuǎn)換： 模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào) 數(shù)字邏輯電路：數(shù)字信號(hào)的電路處理數(shù)

16、字邏輯電路：數(shù)字信號(hào)的電路處理 數(shù)模轉(zhuǎn)換：數(shù)模轉(zhuǎn)換： 數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)還原為模擬信號(hào) 功率放大：功率放大： 放大信號(hào)功率放大信號(hào)功率4 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 2 半導(dǎo)體二極管及其基本電路半導(dǎo)體二極管及其基本電路1 緒論緒論 3 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)5 功率放大電路功率放大電路6 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器7 反饋放大電路反饋放大電路8 信號(hào)的運(yùn)算與處理電路信號(hào)的運(yùn)算與處理電路9 信號(hào)產(chǎn)生電路信號(hào)產(chǎn)生電路 10 直流穩(wěn)壓電源直流穩(wěn)壓電源 7. “模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)” 課程的內(nèi)容課程的內(nèi)容(1-12)三、三、“模擬電

17、子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn)課程的特點(diǎn) 1、工程性工程性 實(shí)際工程需要證明其可行性。實(shí)際工程需要證明其可行性。強(qiáng)調(diào)定性分析。強(qiáng)調(diào)定性分析。 實(shí)際工程在滿足基本性能指標(biāo)的前提下總是容許存在一定的誤差范圍的。實(shí)際工程在滿足基本性能指標(biāo)的前提下總是容許存在一定的誤差范圍的。 電子電路的定量分析稱為電子電路的定量分析稱為“估算估算”。 近似分析要近似分析要“合理合理”。 抓主要矛盾和矛盾的主要方面。抓主要矛盾和矛盾的主要方面。 電子電路歸根結(jié)底是電子電路歸根結(jié)底是電路電路。 估算不同的參數(shù)需采用不同的模型，可用電路的估算不同的參數(shù)需采用不同的模型，可用電路的基本理論基本理論分析電子電分析電子

18、電路。路。2、 實(shí)踐性實(shí)踐性 實(shí)用的模擬電子電路幾乎都需要進(jìn)行調(diào)試才能達(dá)到預(yù)期的實(shí)用的模擬電子電路幾乎都需要進(jìn)行調(diào)試才能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，因而要掌握以下方法：目標(biāo)，因而要掌握以下方法： 常用電子儀器的使用方法常用電子儀器的使用方法 電子電路的測(cè)試方法電子電路的測(cè)試方法 故障的判斷與排除方法故障的判斷與排除方法 EDA軟件的模擬仿真應(yīng)用方法軟件的模擬仿真應(yīng)用方法KCLKVLVCR疊加原理疊加原理等效電源定理等效電源定理二端口網(wǎng)絡(luò)二端口網(wǎng)絡(luò)10準(zhǔn)則準(zhǔn)則(1-13)四、如何學(xué)習(xí)這門課程四、如何學(xué)習(xí)這門課程1. 掌握掌握基本概念、基本電路和基本分析方法基本概念、基本電路和基本分析方法 基本概念：基本概念

19、：概念是不變的，應(yīng)用是靈活的，概念是不變的，應(yīng)用是靈活的， “萬(wàn)變不離其宗萬(wàn)變不離其宗”。 基本電路：基本電路：構(gòu)成的原則是不變的，具體電路是多種多樣的。構(gòu)成的原則是不變的，具體電路是多種多樣的。 基本分析方法：基本分析方法：不同類型的電路有不同的性能指標(biāo)和描述方法，因而有不同類型的電路有不同的性能指標(biāo)和描述方法，因而有不同的分析方法。不同的分析方法。2. 學(xué)會(huì)辯證、全面地分析電子電路中的問題學(xué)會(huì)辯證、全面地分析電子電路中的問題 根據(jù)需求，最適用的電路才是最好的電路。根據(jù)需求，最適用的電路才是最好的電路。 要研究利弊關(guān)系，通常要研究利弊關(guān)系，通常“有一利必有一弊有一利必有一弊”。3. 注意電路

20、中常用定理在電子電路中的應(yīng)用注意電路中常用定理在電子電路中的應(yīng)用五、課程的目的五、課程的目的1. 掌握基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實(shí)驗(yàn)技能。掌握基本概念、基本電路、基本分析方法和基本實(shí)驗(yàn)技能。2. 具有能夠繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和接受電子技術(shù)新發(fā)展的能力，以及將所學(xué)知具有能夠繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和接受電子技術(shù)新發(fā)展的能力，以及將所學(xué)知識(shí)用于本專業(yè)的能力。識(shí)用于本專業(yè)的能力。 本課程通過對(duì)常用電子元器件、模擬電路及其系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，本課程通過對(duì)常用電子元器件、模擬電路及其系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得模擬電子技術(shù)方面的基礎(chǔ)知識(shí)、基礎(chǔ)理論和基本技能，為深入學(xué)使學(xué)生獲得模擬電子技術(shù)方面的基礎(chǔ)知識(shí)

21、、基礎(chǔ)理論和基本技能，為深入學(xué)習(xí)電子技術(shù)及其在專業(yè)中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。習(xí)電子技術(shù)及其在專業(yè)中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。 建立起系統(tǒng)的觀念、工程的觀念、科技進(jìn)步的觀念和創(chuàng)新意識(shí)。建立起系統(tǒng)的觀念、工程的觀念、科技進(jìn)步的觀念和創(chuàng)新意識(shí)。六、六、 電子技術(shù)的課程體系電子技術(shù)的課程體系理論基礎(chǔ)：電路理論、信號(hào)與線性系統(tǒng)同步課程：數(shù)字電子技術(shù)（數(shù)字電路與邏輯設(shè)計(jì)）后續(xù)課程：微機(jī)原理（計(jì)算機(jī)類課程）、高頻電路（通信類課程）等模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)是電子信息類各專業(yè)的重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)是電子信息類各專業(yè)的重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程，對(duì)于繼續(xù)學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程（通信類、計(jì)算機(jī)類、控制類、測(cè)量類、對(duì)于

22、繼續(xù)學(xué)習(xí)有關(guān)專業(yè)課程（通信類、計(jì)算機(jī)類、控制類、測(cè)量類、電力電力電子類電子類）有著重要的影響。）有著重要的影響。1. 注意系統(tǒng)與電路、電路與器件的關(guān)系；注意系統(tǒng)與電路、電路與器件的關(guān)系；以路為主以路為主2. 注意分析與綜合的關(guān)系；注意分析與綜合的關(guān)系；在弄懂基本原理和掌握基本分析方在弄懂基本原理和掌握基本分析方法上下功夫法上下功夫 注重物理概念；注重物理概念； 對(duì)課后習(xí)題予以充分重視，獨(dú)立完成；對(duì)課后習(xí)題予以充分重視，獨(dú)立完成； 充分利用實(shí)驗(yàn)來(lái)消化、理解課程的理論內(nèi)容；充分利用實(shí)驗(yàn)來(lái)消化、理解課程的理論內(nèi)容； 借助借助Pspice程序或其它程序或其它EDA軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)；軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)；3

23、.注意注意工程上簡(jiǎn)化分析的條件與處理方法；工程上簡(jiǎn)化分析的條件與處理方法； 10準(zhǔn)則準(zhǔn)則4. 注意理論與實(shí)踐相結(jié)合：注意理論與實(shí)踐相結(jié)合：5. 至少至少 有一本課程參考書有一本課程參考書(1-17)第第1章章常用電路元件常用電路元件:電阻元件電阻元件電容元件電容元件電感元件電感元件電源元件電源元件1. 正向?qū)?，反向截止；正向?qū)?，反向截止?. 有導(dǎo)通壓降，反向微電流，反向擊穿；有導(dǎo)通壓降，反向微電流，反向擊穿；3. 導(dǎo)電參數(shù)易受溫度影響。導(dǎo)電參數(shù)易受溫度影響。小功率二極管小功率二極管大功率二極管大功率二極管 發(fā)光二極管發(fā)光二極管電子元器件電子元器件 完全純凈完全純凈的具有晶體的具有晶體結(jié)構(gòu)

24、的半導(dǎo)結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為體稱為本征本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體 。它它具有共價(jià)鍵具有共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。 硅原子硅原子1.1 價(jià)價(jià)電電子子第第1章章19 在半導(dǎo)體中，同時(shí)存在著電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電。空穴和自由電子都稱為載流子載流子。它們成對(duì)出現(xiàn)，成對(duì)消失。在常溫下在常溫下受光照和溫升作用，受光照和溫升作用，自由電子和空穴的形成自由電子和空穴的形成復(fù)合自由電子自由電子本征本征激發(fā)激發(fā)電子空穴電子電子電子空穴電子電子電子電子電子空穴空穴20原理圖P自由電子自由電子結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖磷原子磷原子正離子正離子P+ 在硅或鍺在硅或鍺中摻入少量中摻入少量的五價(jià)元素，的五價(jià)元素，如磷或砷、如磷或砷、銻，則形成銻，則形成N型半導(dǎo)體型

25、半導(dǎo)體。多余價(jià)電子多余價(jià)電子電子電子少子少子多子多子正離子正離子在在N N型半導(dǎo)體中，電子是多子，空穴是少子型半導(dǎo)體中，電子是多子，空穴是少子 N N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體電子空穴21P P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在硅或鍺在硅或鍺中摻入三價(jià)中摻入三價(jià)元素，如硼元素，如硼或鋁、鎵，或鋁、鎵，則形成則形成 P P 型型半導(dǎo)體。半導(dǎo)體。原理圖原理圖BB- 硼原子硼原子負(fù)離子負(fù)離子空穴空穴填補(bǔ)空位填補(bǔ)空位結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖在在 P 型半導(dǎo)體中，空穴是多子，電子是少子。型半導(dǎo)體中，空穴是多子，電子是少子?？昭娮与娮与娮与娮与娮佣嘧佣嘧由僮由僮迂?fù)離子負(fù)離子 電子空穴 用專門的制用專門的制造工藝在同一造工藝在同一塊半導(dǎo)體

26、單晶塊半導(dǎo)體單晶上，形成上，形成P P型半型半導(dǎo)體區(qū)域和導(dǎo)體區(qū)域和N N型型半導(dǎo)體區(qū)域，半導(dǎo)體區(qū)域，在這兩個(gè)區(qū)域在這兩個(gè)區(qū)域的交界處就形的交界處就形成一個(gè)成一個(gè)PNPN結(jié)結(jié) 。P 區(qū)區(qū)N N 區(qū)區(qū)P區(qū)的空穴向區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散并與電子復(fù)合區(qū)擴(kuò)散并與電子復(fù)合N區(qū)的電子向區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散并與空穴復(fù)合區(qū)擴(kuò)散并與空穴復(fù)合空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向 3電子空穴擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由于濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)。由于濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)。Uho23空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向 在一定條件下，多子擴(kuò)散和少子漂移達(dá)到在一定條件下，多子擴(kuò)散和少子漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)態(tài)平衡。P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū)多子擴(kuò)散多子擴(kuò)

27、散少子漂移少子漂移電子空穴電子空穴Uho漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)在電場(chǎng)力作用下，載流子的運(yùn)動(dòng)。在電場(chǎng)力作用下，載流子的運(yùn)動(dòng)。24 在一定條件下，多子擴(kuò)散和少子漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬在一定條件下，多子擴(kuò)散和少子漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的寬度基本上穩(wěn)定。度基本上穩(wěn)定。內(nèi)電場(chǎng)阻擋多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)。內(nèi)電場(chǎng)阻擋多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)?？臻g電荷區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向PN多子擴(kuò)散多子擴(kuò)散少子漂移少子漂移結(jié)結(jié) 論論 ：在在PN結(jié)中同時(shí)存在多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和少子的漂移運(yùn)動(dòng)。結(jié)中同時(shí)存在多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和少子的漂移運(yùn)動(dòng)。電子空穴Uho25P區(qū)區(qū)N區(qū)區(qū)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電

28、場(chǎng)EI空間電荷區(qū)變窄空間電荷區(qū)變窄 P P區(qū)的空穴進(jìn)入空間電荷區(qū)的空穴進(jìn)入空間電荷區(qū)和一部分負(fù)離子中和區(qū)和一部分負(fù)離子中和 N N區(qū)電子進(jìn)入空間電荷區(qū)電子進(jìn)入空間電荷 區(qū)和一部分正區(qū)和一部分正 離子中和離子中和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成較大的正向電流。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成較大的正向電流。外加正向電壓外加正向電壓加正向電壓時(shí)，加正向電壓時(shí)，PNPN結(jié)電阻很低，正向電流較大。（結(jié)電阻很低，正向電流較大。（PNPN結(jié)處于結(jié)處于導(dǎo)通導(dǎo)通狀態(tài)）狀態(tài)）+正向偏置（正偏）正向偏置（正偏）26外電場(chǎng)驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走外電場(chǎng)驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的空穴和自由電子移走空間電荷區(qū)變寬空間電荷區(qū)變寬 內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電

29、場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)少子越過少子越過PN結(jié)形成結(jié)形成很小的反向電流很小的反向電流ISE 外加反向電壓外加反向電壓N區(qū)區(qū)P區(qū)區(qū)PN結(jié)具有結(jié)具有單向單向?qū)щ娦詫?dǎo)電性加正向電壓時(shí)，加正向電壓時(shí)，PNPN結(jié)電阻很低，正向電流較大。（結(jié)電阻很低，正向電流較大。（PNPN結(jié)處于結(jié)處于導(dǎo)通導(dǎo)通狀態(tài)）狀態(tài)） 加反向電壓時(shí)，加反向電壓時(shí)，PNPN結(jié)電阻很高，反向電流很小。（結(jié)電阻很高，反向電流很小。（PNPN結(jié)結(jié)截止截止）PN結(jié)具有電容效應(yīng)（結(jié)電容）結(jié)具有電容效應(yīng)（結(jié)電容）結(jié)電荷量隨結(jié)電壓的變化而改變。結(jié)電荷量隨結(jié)電壓的變化而改變。+反向偏置（反偏）反向偏置（反偏）271.2 1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.2.

30、1 1.2.1 表示符號(hào)表示符號(hào) 面接觸型面接觸型點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型引線引線觸絲觸絲外殼外殼N N型鍺片型鍺片N型硅型硅陽(yáng)極引線陽(yáng)極引線PNPN結(jié)結(jié)陰極引線陰極引線金銻合金金銻合金底座底座鋁合金小球鋁合金小球陰極陽(yáng)極D28小功率小功率二極管二極管大功率大功率二極管二極管 發(fā)光發(fā)光二極管二極管iuR 1.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 線性電阻的伏安特性線性電阻的伏安特性即是歐姆定律即是歐姆定律1.2.21.2.2二極管的伏安特性二極管的伏安特性-80-40OU/VI/mA604020-50-250.40.8正向正向反向反向擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U(BR)硅管的 伏安特性I/A

31、-20-40-250.40.2-5010O155I/mAU/V鍺管的伏安特性I/A死區(qū)死區(qū)電壓電壓死區(qū)電壓：硅管約為死區(qū)電壓：硅管約為：0.5V,鍺鍺管約為管約為：0.1V。導(dǎo)通時(shí)的正向壓降：硅管約導(dǎo)通時(shí)的正向壓降：硅管約為為:0.6V0.8V,鍺管約為鍺管約為:0.1V0.3V。常溫下，反向飽和電流很小常溫下，反向飽和電流很小. .當(dāng)當(dāng)PNPN結(jié)溫度升高時(shí)，反向電流明結(jié)溫度升高時(shí)，反向電流明顯增加顯增加。注 意:P6C020C080參表參表1.2.1二極管二極管電流方程：電流方程：)1( TUuSeII式（式（1.2.1）講講xt1-2, p34200C時(shí)時(shí):A A 800C時(shí)時(shí):31-40

32、-20OI/mA604020-50-250.40.8正向正向反向反向擊穿電壓擊穿電壓死區(qū)死區(qū)電壓電壓U(BR)I/AU/VP201周周2,5-6節(jié)節(jié)PN結(jié)具有電容效應(yīng)（結(jié)電容）結(jié)具有電容效應(yīng)（結(jié)電容）結(jié)電荷量隨結(jié)電壓的變化而改變。結(jié)電荷量隨結(jié)電壓的變化而改變。 1.2.4 二極管的等效電路及其分析方法二極管的等效電路及其分析方法) 1(DSD TUUeIi2. 二極管二極管V- I 特性的建模特性的建模1. 含非線性元件的電路一般分析方法含非線性元件的電路一般分析方法數(shù)學(xué)模型方法數(shù)學(xué)模型方法圖解分析方法圖解分析方法模型簡(jiǎn)化方法折線化簡(jiǎn)化模型模型簡(jiǎn)化方法折線化簡(jiǎn)化模型小信號(hào)線性化方法小信號(hào)線性化

33、方法其本質(zhì)是對(duì)非線性元件伏安特性的模型再構(gòu)建其本質(zhì)是對(duì)非線性元件伏安特性的模型再構(gòu)建設(shè)有如右圖含二極管的非線性設(shè)有如右圖含二極管的非線性電路，電路分析要解出電路，電路分析要解出iD 和和UD (1) 采用數(shù)學(xué)模型方法，采用數(shù)學(xué)模型方法，DUV DDRUVi （2）應(yīng)用圖解分析方法）應(yīng)用圖解分析方法需解非線性方程需解非線性方程據(jù)：據(jù)：iD=(V-UD)/R當(dāng)當(dāng)UD 0 時(shí)時(shí) iD=V/ R當(dāng)當(dāng)iD 0 時(shí)時(shí) UD =V則在兩線的交叉點(diǎn)上為所求則在兩線的交叉點(diǎn)上為所求 因?yàn)榧佑姓螂妷?，所以在二極管因?yàn)榧佑姓螂妷海栽诙O管的正向伏安特性上作直流負(fù)載線的正向伏安特性上作直流負(fù)載線IUOVRVU

34、QIQQ工作點(diǎn)工作點(diǎn)Q二極管的靜態(tài)電阻二極管的靜態(tài)電阻: :QQDIUR 講講xt1-3, p341周周3,1-2節(jié)節(jié)33IUQU0NOPU = Uth + rD I(3)(3)應(yīng)用折線化簡(jiǎn)化模型方法應(yīng)用折線化簡(jiǎn)化模型方法a）折線模型）折線模型正向?qū)〞r(shí)端電壓正向?qū)〞r(shí)端電壓U與電流與電流I成線性關(guān)系成線性關(guān)系+UthrDb b）恒壓降模型）恒壓降模型 正向?qū)〞r(shí)端電壓正向?qū)〞r(shí)端電壓U為常量為常量P21+UONU = UONc c）理想模型）理想模型等效為理想二極管等效為理想二極管U = 0陰極陽(yáng)極D二極管符號(hào)二極管符號(hào) 理想二極管符號(hào)理想二極管符號(hào) UON UthUthUON = 0UON

35、 0 UBCVBVE UBE0即即 VCVB 1BCII 通常通常 為電流放大系數(shù)，為電流放大系數(shù)，與管子的結(jié)構(gòu)尺與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，寸和摻雜濃度有關(guān)，一般一般 = 0.9 0.99ECNII 由由和和所以所以共基交流電流放大系數(shù)共基交流電流放大系數(shù) 共基直流電流放大系數(shù)共基直流電流放大系數(shù) ECNII CBOECIII (1.3.2)BE)1 (II BBII)1( 由由BC II ECII )1( ) (1 ECii -1 1 或或(1.3.6)共基放大電路共基放大電路ECII CBO CBO CBO，有，有故忽略故忽略由于由于III(1.3.4)(1.3.13)(1.3.14

36、)CBCiii BCBBC/ )(/iiiii 58OIC = f (UCE )IB 減小減小IB增加增加UCE /VIC /mAIB = 20AIB =60AIB =40AIEIBRBUBICUCCRC- - -UBEUCEIB = 常數(shù)常數(shù)UCE1VUBE/VIB/AOUCE=0IB = f (UBE)UC E = 常數(shù)常數(shù)Bi Ci BCii 1.3.3 三極管的特性曲線三極管的特性曲線講仿真三，講仿真三，p31323周周2,5-6節(jié)節(jié)593.晶體管輸出特性曲線分三個(gè)工作區(qū)晶體管輸出特性曲線分三個(gè)工作區(qū)UCE /VIC / mA806040 0 IB= 20 AO24681234截止區(qū)截

37、止區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)放大區(qū)放大區(qū)發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏有電流放大作用, IC=IB輸出曲線具有恒流特性CEB+-+發(fā)射結(jié)、集電結(jié)處于反偏失去電流放大作用, IC0晶體管C、E之間相當(dāng)于開路CEB+-+發(fā)射結(jié)、集電結(jié)處于正偏失去放大作用晶體管C、E之間相當(dāng)于短路CEB+-+3周周3,1-2節(jié)節(jié)60 1. 1.3.43.4三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)集電極基極間反向飽和電流集電極基極間反向飽和電流 ICBO集電極發(fā)射極間穿透電流集電極發(fā)射極間穿透電流 ICEOICEO=(1+)ICBO共射共射交流交流電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) =IC / IB共射直流電流放大系數(shù)共射直流電流放大系數(shù) =IC / I

38、BICEOCBEAAICBOCEB60集電極最大允許電流集電極最大允許電流 ICM集集- -射反向擊穿電壓射反向擊穿電壓 U(BR)CEO集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率 PCMPCM=ICUCEUCE/VU(BR)CEOIC/mAICMO注意：受溫度注意：受溫度影響時(shí)，各參影響時(shí)，各參數(shù)的變化趨勢(shì)！數(shù)的變化趨勢(shì)！例例1現(xiàn)測(cè)得放大電路中兩三極管兩只腳的電流現(xiàn)測(cè)得放大電路中兩三極管兩只腳的電流, 求另一只腳的電流與求另一只腳的電流與；畫出管子符號(hào)。畫出管子符號(hào)。與與電流值近似相等；電流值近似相等； 與與1mA10A例例2B極極據(jù)題意知：管子工作在放大區(qū)據(jù)題意知：管子工作在放大區(qū)5.1

39、mA100A解解=1.01mAB極極據(jù)據(jù) BE)1 (II BC II E極極C極極NPN管管BCII 100 E極極C極極=5mABCII 50 現(xiàn)測(cè)得現(xiàn)測(cè)得放大電路中放大電路中三極管三只腳的直流電位三極管三只腳的直流電位, 試判斷管子的管型與管腳。試判斷管子的管型與管腳。3.7V3V12VNPN: VCVBVE 即即 UBE0 PNP: VCVBVE 即即 UBE0 解解 Si管：管：UBE=0.60.7V Ce管：管：UBE=0.20.3V 15V14.8V12V據(jù)題意知：管子工作在放大區(qū)據(jù)題意知：管子工作在放大區(qū)B極極E極極C極極NPN型型Si管管B極極E極極C極極PNNPNNPPNP

40、型型Ce管管T1.8PNP管管3周周4,1-2節(jié)節(jié)例例3解解現(xiàn)測(cè)得現(xiàn)測(cè)得在電路中在電路中各三極管三只腳的直流電位各三極管三只腳的直流電位, 試回答下列問題：試回答下列問題： （1）判斷管子的管型與管材）判斷管子的管型與管材?（2）判斷管子處何種工作狀態(tài)？或有何損壞？）判斷管子處何種工作狀態(tài)？或有何損壞？2.7V2V8VB極極E極極C極極NPN型型Si管管PNN-0.3V0V-5V工作在放大區(qū)工作在放大區(qū)3V0V12V3.7V3V3.3V3V2V0V 正偏正偏 反偏反偏PN 正偏正偏PE極極C極極 反偏反偏PNP型型Ce管管在放大區(qū)在放大區(qū)NPE極極B極極 開路開路PC極極PNP型型已損壞已損壞

41、 發(fā)射極開路發(fā)射極開路B極極E極極PN 正偏正偏C極極N 正偏正偏NPN型型Si管管在飽和區(qū)在飽和區(qū)PN E極極B極極反偏反偏PNP型型PC極極在截止區(qū)在截止區(qū)B極極 反偏反偏3周周3,3-4節(jié)節(jié) 電路如圖所示，晶體管導(dǎo)通時(shí)電路如圖所示，晶體管導(dǎo)通時(shí)UBC=0.7V，=100, 飽和管壓降飽和管壓降UCES=0.4V， 穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓UZ=4V，正向?qū)ǎ驅(qū)妷弘妷篣D=0.7V，穩(wěn)定電流，穩(wěn)定電流IZ=(525)mA，試分析，試分析uI為為0V、1.5V、2.5V三種情況下的工作狀態(tài)和輸出電壓三種情況下的工作狀態(tài)和輸出電壓uO的值。的值。例例4解解 （1） uI=0V時(shí)，時(shí)，

42、 uBE=0V UBC=0.7V，T處截止區(qū)，處截止區(qū)，C極極E極之間處開路，極之間處開路，假設(shè)假設(shè)UCE=UZIC（2） uI=1.5V時(shí)，時(shí)，假設(shè)假設(shè)T工作在放大區(qū)，工作在放大區(qū)， uBC=UBC=0.7V，mARUVIIcZCCCDZ81000412 TVCCRb+uO uICEBRc k1 k10+12VDZIBDZ的電流：的電流：符合電流穩(wěn)壓條件符合電流穩(wěn)壓條件:IZmin IZ IZmax假設(shè)成立假設(shè)成立, 故故uO=UZ=4V。mAARUuIbBEIB08. 010107 . 05 . 13 mAmAIIBC808. 0100 VRIVUCCCCCE4812)101()1008.

43、 0(1233 VVC4 集電極處反偏，假設(shè)成立。集電極處反偏，假設(shè)成立。VUuCEO4 （3） uI=2.5V時(shí)，時(shí)， 假設(shè)假設(shè)T工作在放大區(qū)，工作在放大區(qū)， uBC=UBC=0.7V， 電路如圖所示，晶體管導(dǎo)通時(shí)電路如圖所示，晶體管導(dǎo)通時(shí)UBC=0.7V，=100, 飽和管壓降飽和管壓降UCES=0.4V， 穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓UZ=4V，正向?qū)ǎ驅(qū)妷弘妷篣D=0.7V，穩(wěn)定電流，穩(wěn)定電流IZ=(525)mA，試分析，試分析uI為為0V、1.5V、2.5V三種情況下的工作狀態(tài)和輸出電壓三種情況下的工作狀態(tài)和輸出電壓uO的值。的值。例例4解解IC（2） uI=1.5V時(shí)，時(shí)，

44、假設(shè)假設(shè)T工作在放大區(qū)，工作在放大區(qū)， uBC=0.7V，TVCCRb+uO uICEBRc k1 k10+12VDZIBmARUuIbBEIB08. 0 mAIIBC8 VRIVUCCCCCE4812 集電極處反偏，假設(shè)成立。集電極處反偏，假設(shè)成立。VUuCEO4 （3） uI=2.5V時(shí)，時(shí)， 假設(shè)假設(shè)T工作在放大區(qū)，工作在放大區(qū)， uBC=UBC=0.7V，mAARUuIbBEIB18. 010107 . 05 . 23 mAmAIIBC1818. 0100 VRIVUCCCCCE61812)101()1018. 0(1233 在在+Vcc供電下供電下UCE不可能不可能UGS（off）U

45、GS（off） uGS =0,且不變，且不變，VDD增大，增大，iD增增大大。 VDD的增大，的增大，幾乎全部用來(lái)幾乎全部用來(lái)克服溝道的電克服溝道的電阻，阻，iD幾乎不變，幾乎不變，進(jìn)入恒流區(qū)，進(jìn)入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定幾乎僅僅決定于于uGS。uGDUGS（off）預(yù)夾斷預(yù)夾斷 場(chǎng)效應(yīng)管工場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的作在恒流區(qū)的條件是什么？條件是什么？PP在在g-s 加反向電壓加反向電壓反向電壓反向電壓夾斷電壓夾斷電壓P20uDS=0常量DS)(GSDUufi2、輸出特性輸出特性場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，uDS uGS - UGS（off） 即即uGDUGS（off）。2GS(o

46、ff)GSDSSD)1( :UuIi 在恒流區(qū)時(shí)在恒流區(qū)時(shí) 為什么必須用轉(zhuǎn)移特性描述為什么必須用轉(zhuǎn)移特性描述uGS對(duì)對(duì)iD的控制作用？的控制作用？3、轉(zhuǎn)移特性、轉(zhuǎn)移特性常量DSGSDmUuig 不同型號(hào)的管子不同型號(hào)的管子UGS（off）、IDSS將不同。將不同。低頻跨導(dǎo)：低頻跨導(dǎo)：夾夾斷斷電電壓壓漏極飽漏極飽和電流和電流UGS（off）-4 -3 -2 -1 0UDS = 常數(shù)常數(shù)P23(1.4.3)電導(dǎo)電導(dǎo)的基本單位的基本單位 是西門子（是西門子（S）Dq7-1,7z1,5-6擊擊穿穿區(qū)區(qū)(1-70)可可變變電電阻阻區(qū)區(qū)恒恒流流區(qū)區(qū)iD幾乎僅決幾乎僅決定于定于uGS夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷區(qū)（

47、截止區(qū)）夾斷電壓夾斷電壓IDSSiD246810g-s電壓控制電壓控制d-s的等效電阻的等效電阻預(yù)夾斷軌跡，預(yù)夾斷軌跡，uGDUGS（off）場(chǎng)效應(yīng)管的兩組特性曲線之間互相聯(lián)系，可根據(jù)漏極特性用作圖的方場(chǎng)效應(yīng)管的兩組特性曲線之間互相聯(lián)系，可根據(jù)漏極特性用作圖的方法得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性。法得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性。UDS = 常數(shù)常數(shù)ID/mA0 0.5 1 1.5UGS /VUDS = 15 V5ID/mAUDS /V0UGS = 0 0.4 V 0.8 V 1.2 V 1.6 V10 15 20250.10.20.30.40.5結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵極基本不取電流，其輸入電阻很高，可達(dá)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵極基本不

48、取電流，其輸入電阻很高，可達(dá) 107 以上。以上。如希望得到更高的輸入電阻，可采用絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。如希望得到更高的輸入電阻，可采用絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。圖圖 1.4.5在漏極特性上用作圖法求轉(zhuǎn)移特性在漏極特性上用作圖法求轉(zhuǎn)移特性常量DS)(GSDUufi3、轉(zhuǎn)移特性、轉(zhuǎn)移特性P2472P P溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型N N溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管基本結(jié)構(gòu)和工作原理基本結(jié)構(gòu)和工作原理BG G柵極柵極D D漏極漏極SiO2P P型硅襯底型硅襯底S S源極源極(N溝道增強(qiáng)型結(jié)構(gòu)示意圖溝道增強(qiáng)型結(jié)構(gòu)示意圖)N+N+P2473a) a) UGS =

49、0SiO2絕緣層絕緣層高摻雜高摻雜襯底引線襯底引線BUDSID = 0GDSP型硅襯底型硅襯底SiO2N+N+耗盡層耗盡層(1)柵源電壓對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用柵源電壓對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用 D D與與S S之間是兩個(gè)之間是兩個(gè)PNPN結(jié)反向串結(jié)反向串聯(lián)，無(wú)論聯(lián)，無(wú)論D D與與S S之間加什么極性的之間加什么極性的電壓，漏極電流均接近于零。電壓，漏極電流均接近于零。P2474b) 0 UGS UGS(th) 柵極下柵極下P P型半導(dǎo)體表型半導(dǎo)體表面形成面形成N N型導(dǎo)電溝道。型導(dǎo)電溝道。 當(dāng)當(dāng)D D、S S加上正向電壓加上正向電壓后可產(chǎn)生漏極電流后可產(chǎn)生漏極電流I ID D 。 N+N+SiO2GD

50、S耗盡層耗盡層BP P型硅襯底型硅襯底UGSN型導(dǎo)電溝道IDUDS uGS增大，反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚增大，反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚變長(zhǎng)。當(dāng)反型層將兩個(gè)變長(zhǎng)。當(dāng)反型層將兩個(gè)N區(qū)相接時(shí)，形成區(qū)相接時(shí)，形成導(dǎo)電溝道。導(dǎo)電溝道。反型層反型層大到一定大到一定值才開啟值才開啟開啟電壓開啟電壓P25(1-76)（2）增強(qiáng)型）增強(qiáng)型MOS管管uDS對(duì)對(duì)iD的影響的影響 用場(chǎng)效應(yīng)管組成用場(chǎng)效應(yīng)管組成放大電路時(shí)應(yīng)使之放大電路時(shí)應(yīng)使之工作在恒流區(qū)。工作在恒流區(qū)。N溝溝道增強(qiáng)型道增強(qiáng)型MOS管工管工作在恒流區(qū)的條件作在恒流區(qū)的條件是什么？是什么？剛出現(xiàn)夾斷剛出現(xiàn)夾斷 iD隨隨uDS的增大而增大，的增大而增大，可變

51、電阻區(qū)可變電阻區(qū) uGDUGS（th）, 預(yù)夾斷預(yù)夾斷 iD幾乎僅僅受控于幾乎僅僅受控于uGS，恒流區(qū)恒流區(qū) uDS的增大幾乎全的增大幾乎全部用來(lái)克服夾斷區(qū)部用來(lái)克服夾斷區(qū)的電阻。的電阻。2. 特性曲線特性曲線輸輸出出特特性性轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)移移特特性性P27dq5-6,7z3,7-8增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOS管管2. 特性曲線特性曲線2GS(th)GSDOD)1( UuIi(1.4.4)iD 與與 uGS 的近似關(guān)系式的近似關(guān)系式uGS 0iDUGS（th）增強(qiáng)型增強(qiáng)型PMOS管管截止區(qū)截止區(qū)恒流區(qū)恒流區(qū)可變電可變電阻區(qū)阻區(qū)2UGS（th）ID0在恒流區(qū)時(shí)，在恒流區(qū)時(shí)，DGS(th)GSDO2iUuI時(shí)時(shí)的的

52、為為 P27播動(dòng)畫播動(dòng)畫4.1 JFET工作工作原理原理dq3-4,7z5,1-278 UGS愈大，導(dǎo)電溝道愈厚愈大，導(dǎo)電溝道愈厚, ,在在U UDSDS電壓作用下電壓作用下, ,電流電流I ID D愈大。愈大。即通過改變電壓即通過改變電壓U UGSGS的大小可以改變漏極電流的大小可以改變漏極電流I ID D的大小。的大小。 隨著柵極電壓隨著柵極電壓U UGSGS的增加，導(dǎo)電溝道不斷增加的場(chǎng)效管稱為的增加，導(dǎo)電溝道不斷增加的場(chǎng)效管稱為增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。 場(chǎng)效應(yīng)管只有一種載流子參與導(dǎo)電場(chǎng)效應(yīng)管只有一種載流子參與導(dǎo)電, ,故稱為單極型晶體管。故稱為單極型晶體管。普通晶體管中空穴和電子

53、兩種載流子參與導(dǎo)電稱為雙極型晶體管。普通晶體管中空穴和電子兩種載流子參與導(dǎo)電稱為雙極型晶體管。(1-79)3.耗盡型耗盡型MOS管管 耗盡型耗盡型MOS管在管在 uGS0、 uGS 0、 uGS 0時(shí)均可導(dǎo)通，且與結(jié)時(shí)均可導(dǎo)通，且與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管不同，由于型場(chǎng)效應(yīng)管不同，由于SiO2絕緣層的存在，在絕緣層的存在，在uGS0時(shí)仍保持時(shí)仍保持g-s間電阻間電阻非常大的特點(diǎn)。非常大的特點(diǎn)。加正離子加正離子uGS=0時(shí)就存在時(shí)就存在導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道（1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) 線性放大區(qū)線性放大區(qū)輸出特性輸出特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 0uDS/v10201234iD / mAUGS = 0

54、VUGS = -1 VUGS = -2 VUGS = 1 V截止區(qū)截止區(qū)UDS = 10 V小到一定小到一定值才夾斷值才夾斷N溝道耗盡型MOS管的特性曲線UGS = -3 V5iD/mA0uGS/V-212-3-11354IDSSdq1-2,7z5,3-4(1-80)dq1-2,7z5,3-4(1-81)MOS管的特性管的特性1)N溝增強(qiáng)型溝增強(qiáng)型MOS管管2) N溝耗盡型溝耗盡型MOS管管開啟開啟電壓電壓夾斷夾斷電壓電壓2GS(th)GSDOD)1( UuIi(1.4.4)iD 與與 uGS 的近似關(guān)系式的近似關(guān)系式在恒流區(qū)時(shí)，在恒流區(qū)時(shí)，DGS(th)GSDO2iUuI時(shí)時(shí)的的為為 結(jié)型結(jié)

55、型N溝溝道道MOS耗耗盡盡型型N溝溝道道P溝溝道道P28場(chǎng)場(chǎng)效效應(yīng)應(yīng)管管的的符符號(hào)號(hào)及及特特性性增增強(qiáng)強(qiáng)型型P溝溝道道MOS耗耗盡盡型型增增強(qiáng)強(qiáng)型型831.4.3場(chǎng)效應(yīng)管的場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)夾斷電壓夾斷電壓UGS(off)：是耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管當(dāng)ID為一微小電流時(shí)的柵源電壓。*最大漏源擊穿電壓最大漏源擊穿電壓U(BR)DS: :漏極和源極之間的擊穿電壓。*最大漏極電流最大漏極電流IDM，最大耗散功率，最大耗散功率PDM 。*低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)gm：在UDS為某一固定值時(shí)，漏極電流的微小變化和相應(yīng)的柵源輸入電壓變化量之比。*柵源直流輸入電阻柵源直流輸入電阻RGS：柵源電壓和柵極電流的比值。*開啟電壓開啟電壓UGS(th)：是增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管當(dāng)漏源之間出現(xiàn)導(dǎo)電溝道