第2章+半導(dǎo)體器件

1、復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)第 2 章半導(dǎo)體器件復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)22022-2-5這一章，我們要討論什么?本章研究半導(dǎo)體器件：1.半導(dǎo)體材料的特點2.半導(dǎo)體材料是如何構(gòu)成的半導(dǎo)體電子元器件的？3.半導(dǎo)體電子元器件有怎樣的電路特性？復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)32022-2-5歷史簡述n19世紀(jì)末期，無線電通信被發(fā)明，當(dāng)時采用金屬粉末作為檢波器件n20世紀(jì)上半葉，電真空器件成為電子學(xué)器件的主力n1948年，巴丁、布萊頓和肖克利發(fā)明晶體三極管John Bardeen, William Shockley, and Walter Brattain (le

2、ft to right)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)42022-2-5半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 半導(dǎo)體材料的結(jié)構(gòu)與特點載流子及其運動PN結(jié)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)52022-2-5半導(dǎo)體材料nSi,Ge,GaAs,.n4價元素或化合物n電阻率介于導(dǎo)體與絕緣體之間n具有類似的結(jié)構(gòu)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)62022-2-5本征半導(dǎo)體n4價元素，外層有4個電子n每個原子與周圍4個原子形成共價鍵n本征激發(fā)：價電子受熱（或光照）獲得能量 脫離共價鍵 載流子（電子與空穴）+4空穴+4+4+4+4+4自由電子由于本征激發(fā)的載流子濃度不高，所以本征半導(dǎo)體材料的電阻率較高由于本

3、征激發(fā)受溫度與光照的影響較大，所以本征半導(dǎo)體材料的電阻率對于溫度和光照敏感復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)72022-2-5雜質(zhì)半導(dǎo)體n施主雜質(zhì)V族元素共價鍵多余1個電子材料中電子多于空穴N型半導(dǎo)體n受主雜質(zhì)III族元素共價鍵缺少1個電子材料中空穴多于電子P型半導(dǎo)體+4空穴+4+4+3+4+4+4+4+4+5+4+4自由電子復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)82022-2-5雜質(zhì)半導(dǎo)體中的載流子濃度n多數(shù)載流子（簡稱多子）基本上由摻雜形成，所以多子濃度接近摻雜濃度n少數(shù)載流子（簡稱少子）由本征激發(fā)形成n多子濃度遠大于少子濃度n若在一塊半導(dǎo)體材料中同時摻入施主雜質(zhì)和受主雜質(zhì)，則產(chǎn)生

4、雜質(zhì)補償作用，雜質(zhì)半導(dǎo)體的特性由摻雜濃度高的雜質(zhì)所決定 復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)92022-2-5載流子的運動n擴散載流子濃度梯度作用下載流子定向運動 擴散電流的大小取決于載流子濃度梯度以及載流子的擴散系數(shù)擴散系數(shù)隨溫度升高而加大，遷移率高的載流子擴散系數(shù)也大n漂移電場作用下的載流子定向運動電子與空穴的漂移速度(遷移率，記為 n和 p)不同，電子的遷移率大于空穴的，遷移率隨溫度升高也隨摻雜濃度上升而下降復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)102022-2-5PNPN結(jié)n利用雜質(zhì)補償原理，在P型和N型半導(dǎo)體的界面上形成PN結(jié)n在PN結(jié)的界面上發(fā)生載流子的擴散n由于復(fù)合作用，界

5、面上載流子被耗盡（耗盡層）復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)112022-2-5n耗盡層內(nèi)由于離子帶電形成空間電荷區(qū)n空間電荷形成內(nèi)建電場n內(nèi)建電場引起的漂移運動與擴散運動方向相反，最終阻止載流子的進一步移動+-PN內(nèi)建電場空間電荷區(qū)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)122022-2-5PN結(jié)的勢壘高度n由于空間電荷區(qū)存在內(nèi)建電場，電子在各處的電勢能不同，形成勢壘P區(qū)N區(qū)空間電荷區(qū)電子電勢能電子電勢能低電子電勢能高qVB22lnlnADADBTiiNNNNkTVVqnnCmV/dTdVB 2復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)132022-2-5正向偏置的PN結(jié) n 外電場與內(nèi)

6、建電場方向相反n 勢壘寬度減小，勢壘高度降低n 少子漂移削弱，多子擴散加強 n 產(chǎn)生很大的正向電流P N復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)142022-2-5反向偏置的PN結(jié) n外電場與內(nèi)建電場方向相同n勢壘寬度增加，勢壘高度增加n多子擴散削弱，少子漂移有加強趨勢 n由于少子數(shù)目有限，反向電流很小P N復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)152022-2-5PN結(jié)的伏安特性 nIs 是PN結(jié)的反向飽和電流nIs 正比于PN結(jié)的面積、電子和空穴的擴散系數(shù)、平衡載流子濃度，反比于載流子擴散長度n對于硅PN結(jié)來說， Is(10-1410-15)A exp()1exp()1ssTqVVIII

7、kTV復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)162022-2-5PN結(jié)的伏安特性的特點n正向電流基本上服從指數(shù)規(guī)律。當(dāng)V 4VT后，有n反向電流基本上是恒值，等于Isn單向?qū)щ娞匦詄xp()1exp()26mV, (300K)ssTTTVVIIIVVkTVq復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)172022-2-5PN結(jié)的擊穿特性 n反向電壓增加到達某個極限時，流過PN結(jié)的反向電流突然增加，稱為PN結(jié)的擊穿 V(V)I(mA)-6-3-2-4-9-12雪崩擊穿齊納擊穿復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)182022-2-5雪崩擊穿n反向電壓增加 勢壘區(qū)內(nèi)的電場強度增加 勢壘區(qū)內(nèi)的載流子

8、動能增加 碰撞加劇 原子電離 新產(chǎn)生載流子（電子和空穴） 進一步增加碰撞 n 雪崩擊穿電壓較高（大致高于5 6伏）n 雪崩擊穿具有正溫度系數(shù)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)192022-2-5齊納擊穿n高摻雜 勢壘區(qū)薄 足夠高的場強 價電子獲得足夠的能量 脫離共價鍵的束縛成為自由電子反向電流急劇增加擊穿n高摻雜的PN結(jié)的擊穿電壓比較低，大致低于56Vn具有負溫度系數(shù) 復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)202022-2-5PN結(jié)的擴散電容n正向偏置情況下，空間電荷區(qū)兩側(cè)由對方區(qū)域注入的非平衡少數(shù)載流子的堆積n只存在于正向偏置情況n擴散電容的大小與流過PN結(jié)的正向電流成正比 勢壘區(qū)注

9、入的電子注入的空穴電子濃度空穴濃度N區(qū)P區(qū)平衡電子平衡空穴IqkTCD/復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)212022-2-5PN結(jié)的勢壘電容n勢壘兩側(cè)空間電荷數(shù)目以及空間電荷區(qū)寬度的改變，類似平板電容 n偏置電壓越負，勢壘電容量越小 。非線性電容 ng 為結(jié)電容梯度因子。線性緩變結(jié)， g = 1/3；突變結(jié)， g = 1/2；超突變結(jié)， g = 16 0(1)BBDBCCVVg0(0.1)BBCCgVDVB：VDVB：CB0是偏置電壓為零時的勢壘電容 復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)222022-2-5半導(dǎo)體二極管結(jié)構(gòu)與伏安特性 等效模型主要特性參數(shù) 其他類型的二極管 復(fù)旦大學(xué)

10、電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)232022-2-5二極管的結(jié)構(gòu)與電路符號n結(jié)構(gòu)n符號負極引線正極引線二氧化硅N 型硅片P 區(qū)AK(P)(N)正極負極復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)242022-2-5二極管的伏安特性擊穿電壓導(dǎo)通電壓硅二極管的導(dǎo)通電壓( VD(on) )大致為0.60.8V復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)252022-2-5理想二極管模型n只考慮二極管的單向?qū)щ娦?，忽略所有其他因素n適用于定性分析二極管電路的功能IDVD0復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)262022-2-5理想二極管模型的應(yīng)用vivoDRvivo= viDRiviR0i vivo= 0

11、DR半波整流電路vivoDR復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)272022-2-5半波整流電路的平均輸出電壓輸入電壓輸出電壓輸出電壓平均值Vmtt01sin() ()0.3182mOmmVVVt dtV復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)282022-2-5帶導(dǎo)通閾值的理想二極管模型 IDVD0VD(on)等效電路理想二極管伏安特性VD(on)考慮了二極管導(dǎo)通時的正向壓降，可以用于一般的定量估算。通常在估算時，硅二極管的正向?qū)妷喝?.7V復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)292022-2-5考慮二極管導(dǎo)通閾值的半波整流電路輸入電壓輸出電壓不考慮二極管閾值的輸出Vmtt考慮二

12、極管閾值的輸出復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)302022-2-5VDIDIDQVDQVDID二極管工作于交流小信號情況交流小信號條件：二極管上有兩個信號疊加，其中一個是直流電壓VDQ，它使得流過二極管的直流電流保持為IDQ，稱為靜態(tài)工作點電流；另一個是交流電壓VD ，它以VDQ 為中心振動，但是振幅很小 復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)312022-2-5交流小信號線性近似模型 n近似條件： VD的振幅很小，忽略非線性因素nIDgDVD IDVD0VD(on)VD(on)伏安特性等效電路理想二極管rDIDQ()DTDDQVDQVDsDTVVIdgI edVVTDDQVrI復(fù)旦

13、大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)322022-2-5應(yīng)用小信號近似模型的注意點n只適合于線性近似，在必須考慮非線性效應(yīng)的場合（例如大信號）不適用n只適合于低頻，在高頻場合不適用（要考慮PN結(jié)電容等作用）n僅考慮二極管對于交流信號的影響時，理想二極管和閾值電壓不起作用（即可以等效成僅有一個動態(tài)電阻）復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)332022-2-5二極管的主要特性參數(shù) n直流電阻 RD n動態(tài)內(nèi)阻 rD n極間電容 n額定電流 IM n反向擊穿電壓 VBR n最高工作頻率 fmax 直流參數(shù)交流參數(shù)極限參數(shù)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)342022-2-5部分半導(dǎo)體二極管

14、實物圖片復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)352022-2-5二極管應(yīng)用電路之一n橋式整流電路ViVoRLD1D4D3D2ViVottVmVo021sin() ()0.637mOmmVVVt dtV復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)362022-2-5ViVoRLD1D4D3D2VotCIo充電放電VVom tn帶電容濾波的橋式整流電路2ooIIVtCf C()222oomimD onVVVVVV復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)372022-2-5二極管應(yīng)用電路之二n限幅電路 VtVoR+VTHViVTHD2D1ViVo+VTH+VD(on)VTHVD(on)復(fù)旦大學(xué)電子工

15、程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)382022-2-5二極管應(yīng)用電路之三n鉗位電路 ViVoCRDVotVot(a) 電路 (b) 無鉗位之輸出 (c) 帶鉗位之輸出復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)392022-2-5穩(wěn)壓二極管n工作原理：利用PN結(jié)反向擊穿后二極管兩端電壓基本保持不變的特點n工作狀態(tài)：總是工作在反向擊穿狀態(tài)RVoViDZ+RL反向擊穿狀態(tài)反向擊穿狀態(tài)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)402022-2-5工作在反向擊穿狀態(tài)下的穩(wěn)壓二極管的等效電路穩(wěn)定電壓 VZ：穩(wěn)壓管正常工作時兩端的擊穿電壓動態(tài)內(nèi)阻 rZ：穩(wěn)壓管正常工作時的交流電阻，等于VZ / IZ穩(wěn)定電流 IZ：穩(wěn)壓

16、管正常工作時的參考電流值rZVZIZ實際電路 等效電路復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)412022-2-5穩(wěn)壓管電路估算的例子(1)RVoViDZ+RL穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：VZ = 6V、IZ = 10mA、rZ = 5負載電阻 RL = 600，限流電阻 R = 330估算輸入電壓 Vi 從 12V 變化到 16V 時輸出電壓的變化估算流過穩(wěn)壓管的電流復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)422022-2-5/LZLoZiZLZLRRrRVVVrRRRrR6.040(V) 6.099(V)ooVV和rZVZRRLViVo等效電路將 Vi=12V 及 16V 代入上式，得到輸入電壓從1

17、2V變化到16V，相對變化量是33%，而輸出電壓變化 59mV，相對變化量為1%復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)432022-2-5Vi = 16V 時，流過穩(wěn)壓管的電流 ID19.8mA 7.99(mA)DI當(dāng) Vi=12V 時，運用節(jié)點電壓法可得到流過穩(wěn)壓管的電流rZVZRRLViVo等效電路復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)442022-2-5穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)(1)n穩(wěn)壓系數(shù)S (電壓調(diào)整率)前面的例子，穩(wěn)壓系數(shù) S 1%33%0.03= Constant/LooiiRVVSVV復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)452022-2-5穩(wěn)壓管電路估算的例子(2)RVoV

18、iDZ+RL穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：VZ = 6V、IZ = 10mA、rZ = 5輸入電壓Vi=12V，限流電阻 R = 330試估算負載電阻 RL 從 600 變化到 1200 時的負載電流和輸出電壓的變化復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)462022-2-5將 RL = 600 和 1200 代入上式，Vo=6.040V 和6.065V所以 VO 25(mV)負載電流分別為 IRL1 = 6.040/600 10mA，IRL2 = 6.065/1200 5mA負載電流變化 5mA，電壓變化 25mVrZVZRRLViVo等效電路/LZLoZiZLZLRRrRVVVrRRRrR復(fù)旦大學(xué)電子

19、工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)472022-2-5穩(wěn)壓電路的性能指標(biāo)(2)n動態(tài)內(nèi)阻 ro （電流調(diào)整率）前面的例子，動態(tài)內(nèi)阻 ro25mV5mA=5WioooVVrI常數(shù)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)482022-2-5發(fā)光二極管n單向?qū)щ姡鬟^正向電流時發(fā)光n閾值電壓1.5V3.6V不等n實際使用時根據(jù)需要選擇合適的工作電流Vi+RD常見的接法：串聯(lián)電阻限制電流iTHDVVIR復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)492022-2-5部分發(fā)光二極管實物圖片復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)502022-2-5雙極型晶體管結(jié)構(gòu)與工作原理伏安特性 等效模型與性能參數(shù) 復(fù)旦大學(xué)電

20、子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)512022-2-5晶體管的結(jié)構(gòu) NPNNPN晶體管的結(jié)構(gòu)與符號PNPPNP晶體管的結(jié)構(gòu)與符號EECCBBEECCBB復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)522022-2-5隱埋層SiO2AlCEBN+N+N+P+NPP+P+基區(qū)硅襯底集電區(qū)發(fā)射區(qū)晶體管的剖面圖晶體管的結(jié)構(gòu) 復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)532022-2-5晶體管的電流傳輸過程 NNP+ECBIENIEPIBNICNICBOBBNEPCBOEENEPCCNCBOIIIIIIIIII發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠遠高于基區(qū)，所以 IEP IEN 由于晶體管的基區(qū)一般都非常薄，所以 IBN IEN

21、電流 ICBO 是基區(qū)少子和集電區(qū)少子形成的電流，所以很小正向偏置復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)542022-2-5晶體管正向偏置下的電流關(guān)系 n外部電流關(guān)系 n集電極電流與發(fā)射極電流的關(guān)系 恒小于1但十分接近于1，常見值為0.980.995 n集電極電流與基極電流的關(guān)系 ，通常為幾十到幾百 EBCIIICECBOEIIIICBCEOBIIII1復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)552022-2-5晶體管共發(fā)射極伏安特性 n輸入特性VBE(V)IB(mA)12340.515VCE =1VVCE =0VVCE =10V() |CEBBEVIf V常數(shù)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬

22、電子學(xué)基礎(chǔ)562022-2-5晶體管共發(fā)射極伏安特性n輸出特性VCE(V)IC (mA)12345IB = 50 A246IB = 20AIB = 0IB = 10AIB = 30AIB = 40A飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)() |BCCEIIf V常數(shù)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)572022-2-5晶體管輸出特性的3個區(qū)域n放大區(qū)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏 ，晶體管具有放大作用n飽和區(qū)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏飽和壓降很低，晶體管飽和導(dǎo)通n截止區(qū)發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏電流很小，晶體管近似開路CBCEOBIIII復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)582022-2-5晶體管的放大作用n晶體管處

23、于放大區(qū)，集電極電流與基極電流的關(guān)系近似線性n共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) n實際低頻運用中大致有 n存在基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng) CECBVII常數(shù)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)592022-2-5晶體管的開關(guān)作用n在飽和區(qū)，晶體管3個電極接近于短路n在截止區(qū)，晶體管3個電極接近于開路n適當(dāng)組成電路，可以輸出2個電平：0和1vivoVCCRBRC復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)602022-2-5晶體管等效模型n為什么要用等效模型？ 數(shù)學(xué)模型，目的是用數(shù)學(xué)方法分析電路n怎樣運用等效模型？ 實際晶體管特性非線性，模型及其復(fù)雜 手工估算采用簡化模型 簡化模型突出基本物理概念，忽略次要的因素

24、，有利于對于電路功能的分析，可以指導(dǎo)設(shè)計進行的方向復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)612022-2-5晶體管直流與交流大信號模型n發(fā)射結(jié)正向偏置，等效成正向?qū)ǖ亩O管n集電極電流受控于發(fā)射極或基極電流，等效為受控電流源BVBEEC+IEICIBIE復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)622022-2-5根據(jù)大信號模型得到晶體管的轉(zhuǎn)移特性n晶體管發(fā)射結(jié)正向偏置時的特性近似一個正向?qū)ǖ亩O管其中 IES 是集電結(jié)短路時的發(fā)射極反向飽和電流 n定義IS = IES，則有exp()1BEEESTVIIVexp()1exp()BEBECSSTTVVIIIVV復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬

25、電子學(xué)基礎(chǔ)632022-2-5根據(jù)直流模型計算晶體管直流工作點RBRCVCC()CCBE onBBCBCECCCCVVIRIIVVIR晶體管直流工作點計算的例1 通常在計算晶體管直流工作點時采用帶閾值的理想二極管模型去等效晶體管的B-E結(jié)VBE(on)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)642022-2-5晶體管直流工作點計算的例2RB1RCVCCRB2RERBRCVCCREVBBVRE+()()BBBBBE onRERECBECBVI RVVVIIRII21212/BBBCCBBBBBRVVRRRRR等效當(dāng)IBRBVRE時，有重要近似()()REBBBE onBBBE onRECEEVV

26、VVVVIRR復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)652022-2-5晶體管直流工作點計算的例3VCCRBRC()()CECCCBCCEBE onBBCBVVIIRVVIRII復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)662022-2-5晶體管低頻交流小信號模型 n晶體管的輸入信號中既包含直流成分，又包含交流成分 n有效信號只是其中的交流部分n將電路分成兩個模型：直流模型（前面已經(jīng)討論）用來解決工作點問題；交流模型用來解決信號放大問題n交流模型中不包含直流信號復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)672022-2-5晶體管共基極交流模型n輸入交流小信號時，發(fā)射結(jié)二極管可用交流小信號近似模型

27、取代n不考慮其中直流成分，二極管的交流小信號近似模型僅是一個動態(tài)電阻BEC+IEICVBEIEbec+ieicvbe ie)regmvbe直流與大信號模型交流小信號模型大信號模型交流小信號模型復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)682022-2-5bec+ieicvbe ie)regmvbe共基極交流模型參數(shù)的計算/EQCQembebeeeTTIIigvvirVVre是發(fā)射結(jié)的動態(tài)內(nèi)阻流過發(fā)射結(jié)的直流電流為IEQ可以將發(fā)射結(jié)看成一個二極管，所以.因為gmvbe= ie所以.beTeeEQvVriI復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)692022-2-5晶體管共發(fā)射極交流模型將共基極電路

28、的模型變形，可以得到共發(fā)射極電路的交流模型ecgmvbeic+rbebvbeib( ib)bec+ieicvbe ie)regmvbeib復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)702022-2-5共發(fā)射極交流模型參數(shù)的計算與共基極電路比較：由于在相同的 vbe 輸入時應(yīng)該有相同的輸出，所以(1)(1)bebeTbeebeCQvvVrriiIecgmvbeic+rbebvbeibCQmTIgV因為vbe= ibrbe，所以復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)712022-2-5直流項直流項 線性項線性項 非線性項非線性項晶體管小信號線性化近似的條件 exp()BECSTVIIV在 Q 點作

29、級數(shù)展開222221()() +.2()1.2CCCCQBEBEQBEBEQBEBEQQCQCQCQBEBETTdId IIIVVVVdVd VIIIVVVVVBEICQICQVBEQ 線性近似條件：VBE = vbe 0，流過漏極的電流隨VDS的增加而增加，但是由于柵極與漏極附近的電位差下降，導(dǎo)致導(dǎo)電溝道開始傾斜，漏源之間的電阻開始增加DGSN+襯底PN+VGSVDSVGS -VDS VTH加上VDS后溝道形狀的變化(2)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)892022-2-5VDS進一步增加，當(dāng)柵極與漏極之間的電位差等于導(dǎo)通閾值時，漏極附近的導(dǎo)電溝道深度接近于0，漏源之間的電阻幾乎達到最大值DGSN+襯底PN+VGSVDSVGS -VDS =VTH加上VDS后溝道形狀的變化(3)復(fù)旦大學(xué)電子工程系 陳光夢模擬電子學(xué)基礎(chǔ)902022-2-5DGSN+襯底PN+VGSVDSVGS