ch半導體二極管三極管和場效應管

1、1、什么是半導體4.1 PN結(jié)絕緣體導電能力0 uUT時1eTUuTeSUuIi 當 u|U T |時1eTUuSIi4. PN結(jié)的電流方程4.1 PN結(jié)下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-202020 頁頁頁退出本章退出本章退出本章5. PN結(jié)的伏安特性曲線正偏IF（多子擴散）IR（少子漂移）反偏反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿4.1 PN結(jié)下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-212121 頁頁頁退出本章退出本章退出本章6. PN結(jié)的電容效應 當外加電壓發(fā)生變化時，耗盡層的寬度要相應地隨之改變，即PN結(jié)中存儲的電荷量要隨之變化，就像電容充放電一樣。 (

2、1) 勢壘電容CB空空 間間 電電 荷荷 區(qū)區(qū)W+R+E+PN4.1 PN結(jié)下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-222222 頁頁頁退出本章退出本章退出本章(2) 擴散電容CD當外加正向電壓不同時，PN結(jié)兩側(cè)堆積的非平衡少子的數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相當電容的充放電過程。+NPpLx濃濃度度分分布布耗耗盡盡層層NP區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)中中空空穴穴區(qū)區(qū)中中電電子子區(qū)區(qū)濃濃度度分分布布nL平衡少子：PN結(jié)處于平衡時的少子。非平衡少子：外加正向電壓時，從P區(qū)擴散到N區(qū)的空穴和從N區(qū)擴散到P區(qū)的自由電子。4.1 PN結(jié)下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-232323 頁頁

3、頁退出本章退出本章退出本章 PN結(jié)結(jié)電容（極間電容）CJCJ = CB + CD由于一般很小，對于低頻信號呈現(xiàn)較大的容抗，其作用可忽略不計，所以，只有在信號頻率較高時，才考慮電容的作用。4.1 PN結(jié)下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-242424 頁頁頁退出本章退出本章退出本章半導體本征半導體:本征激發(fā)雜質(zhì)半導體N型半導體P型半導體PN結(jié)形成過程單向?qū)щ娦孕〗Y(jié)：4.1 PN結(jié) 二極管 = PN結(jié) + 管殼 + 引線NP1、結(jié)構(gòu)2、符號正極+負極-4.2 半導體二極管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-262626 頁頁頁退出本章退出本章退出本章 3、二

4、極管的分類：1）、 點接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。N型 鍺正 極 引 線負 極 引 線外 殼金 屬 觸 絲4.2 半導體二極管3）、 平面型二極管 用于集成電路制造工藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。2）、 面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。SiO2正 極 引 線負 極 引 線N型 硅P型 硅負 極 引 線正 極 引 線N型 硅P型 硅鋁 合 金 小 球底 座4.2 半導體二極管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-282828 頁頁頁退出本章退出本章退出本章 硅：0.5 V 鍺： 0.1 V(1)

5、正向特性導通壓降反向飽和電流(2) 反向特性死區(qū)電壓iu0擊穿電壓UBR實驗曲線uEiVmAuEiVuA鍺 硅：0.7 V 鍺：0.3V4.2 半導體二極管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-292929 頁頁頁退出本章退出本章退出本章 (1) 最大整流電流IF二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大整流電流的平均值。(2) 反向擊穿電壓UBR 二極管反向電流急劇增加時對應的反向電壓值稱為反向擊穿電壓UBR。 (3) 反向電流IR 在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極管在微安(A)級。 (4) 最高工作頻率fM 二極管工

6、作的上限頻率4.2 半導體二極管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-303030 頁頁頁退出本章退出本章退出本章1、理想等效電路模型ui正偏反偏2、恒壓源等效電路ONUu ONUu U ON :二極管的導通壓降。硅管 0.7V，鍺管 0.3V。導通壓降二極管的伏安特性-+iuiu04.2 半導體二極管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-313131 頁頁頁退出本章退出本章退出本章1、理想二極管模型mA10K1V10I相對誤差：0000710032. 932. 910硅二極管電路如圖所示，若已知回路電流I測量值 為 9.32mA，試分別用理想模型和恒壓降模

7、型計算回路電流I，并比較誤差。2、恒壓降模型mA3 . 9K1V)7 . 010(I00002 . 010032. 99.332. 9解：相對誤差：0.7V例1：4.2 半導體二極管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-323232 頁頁頁退出本章退出本章退出本章例：電路如圖所示，R1k，UREF=2V，輸入信號為ui。 (1)若 ui為4V的直流信號，分別采用理想二極管模型、恒壓降模型計算電流I和輸出電壓uo+-+UIuREFRiuO解：（1）采用理想模型分析。 采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。mA2k12VV4REFiRUuIV2REFoUumA31k1V702VV4D

8、REFi.RUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu4.2 半導體二極管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-333333 頁頁頁退出本章退出本章退出本章（2）如果ui為幅度4V的交流三角波，波形如圖（b）所示，UREF=2V,分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析電路并畫出相應的輸出電壓波形。+-+UIuREFRiuO解：采用理想二極管模型分析。波形如圖所示。0-4V4Vuit2V2Vuot4.2 半導體二極管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-343434 頁頁頁退出本章退出本章退出本章02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用

9、恒壓降模型分析，波形如圖所示。+-+UIuREFRiuO4.2 半導體二極管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-353535 頁頁頁退出本章退出本章退出本章已知ui10sint (V)，二極管正向?qū)妷嚎珊雎圆挥嫛Ｔ嚠嫵鰑i與uO的波形。4.2 半導體二極管uiuoDR下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-363636 頁頁頁退出本章退出本章退出本章0.7V-0.7V0.7V已知硅二極管組成電路，試畫出在輸入信號ui作用下輸出電壓uo波形。4.2 半導體二極管uiuoD2D1R-0.7VuOuitt下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-

10、373737 頁頁頁退出本章退出本章退出本章&L=ABBA0V010100110001BLA輸 入輸出3、用于數(shù)字電路B+VALDD3kR（+5V）CC12例：分析如圖所示電路的功能。解：輸輸 入入輸出輸出D1（V）D2（V）VL（V）0V0V5V5V0V5V0V5V0V0V0V0V0V0V0V0V5V4.2 半導體二極管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-383838 頁頁頁退出本章退出本章退出本章 iuUZIUIzminIzmax正向同二極管1、符號：穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿區(qū)4.2 半導體二極管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-39393

11、9 頁頁頁退出本章退出本章退出本章穩(wěn)定電壓2、伏安特性： 3、穩(wěn)壓二極管的主要 參數(shù) (1) 穩(wěn)定電壓UZ(2) 動態(tài)電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應的反向工作電壓。 rZ =U /I rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 (3) 最小穩(wěn)定工作 電流IZmin 保證穩(wěn)壓管擊穿所對應的電流，若IZIZmin則不能穩(wěn)壓。 (4) 最大穩(wěn)定工作電流IZmax 超過Izmax穩(wěn)壓管會因功耗過大而燒壞。iuUZIUIzminIzmax4.2 半導體二極管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-404040 頁頁頁退出本章退出本章退出本章RLUOIDZIRUOUR如圖所示

12、電路，若負載發(fā)生變化引起輸出減小，可利用該電路實現(xiàn)穩(wěn)壓作用。4.2 半導體二極管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-414141 頁頁頁退出本章退出本章退出本章4.3 雙極型晶體管1 晶體管的結(jié)構(gòu)BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PNPBCEPNP型4.3 雙極型晶體管兩PN結(jié)、三區(qū)、三極集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)集電結(jié)發(fā)射結(jié)下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-434343 頁頁頁退出本章退出本章退出本章BECIBIEICNPN型三極管BECIBIEICPNP型三極管4.3 雙極型晶體管2 符號下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-444444

13、 頁頁頁退出本章退出本章退出本章BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高4.3 雙極型晶體管3 晶體管結(jié)構(gòu)的特點下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-454545 頁頁頁退出本章退出本章退出本章becRcRb 1、晶體管內(nèi)部載流子的運動I EIB1.發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴散運動形成發(fā)射極電流發(fā)射區(qū)的電子越過發(fā)射結(jié)擴散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴散到發(fā)射區(qū)形成發(fā)射極電流 IE (基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可忽略)。2. 擴散到基區(qū)的自由電子與空穴的復合運動形成基極電流電子到達基區(qū)，少數(shù)與空穴復合形成基極電流 Ibn，復合掉的空穴由 VBB 補

14、充。多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴散，到達集電結(jié)的一側(cè)。4.3 雙極型晶體管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-464646 頁頁頁退出本章退出本章退出本章becI EI BRcRb3.集電結(jié)加反向電壓，漂移運動形成集電極電流Ic 集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)擴散過來的電子而形成集電極電流 Icn。其能量來自外接電源 VCC 。I C另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場的作用下將進行漂移運動而形成反向飽和電流，用ICBO表示。ICBO4.3 雙極型晶體管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-474747 頁頁頁退出本章退出本章退出本章beceRcRb2、晶體管的電流分配關(guān)

15、系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC = ICn + ICBO IE= ICn + IBn + IEp = IEn+ IEpIB=IEp+ IBnICBOIE =IC+IB4.3 雙極型晶體管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-484848 頁頁頁退出本章退出本章退出本章3、晶體管的共射電流放大系數(shù)CBOBCBOCIIIICEOBCBOBC)1 ( IIIII整理可得：ICBO 稱反向飽和電流ICEO 稱穿透電流1) 共射直流電流放大系數(shù)BCIIBEI1I）（2) 共射交流電流放大系數(shù)BCII VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共發(fā)射極接法4.3 雙極

16、型晶體管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-494949 頁頁頁退出本章退出本章退出本章3) 共基直流電流放大系數(shù)ECnII CBOECBOCnCIIIII 11或4) 共基交流電流放大系數(shù)ECii直流參數(shù) 與交流參數(shù) 、 的含義是不同的，但是，對于大多數(shù)三極管來說， 與 ， 與 的數(shù)值卻差別不大，計算中，可不將它們嚴格區(qū)分。 、 5) 與的關(guān)系ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基極接法4.3 雙極型晶體管4、三極管的電流方向發(fā)射極的電流方向與發(fā)射極的箭頭方向一致4.3 雙極型晶體管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-515151 頁頁頁退出本章

17、退出本章退出本章1、輸入特性UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降： 硅管UBE0.60.7V,鍺管UBE0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.1V。4.3 雙極型晶體管 iB=f(uBE) UCE=const下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-525252 頁頁頁退出本章退出本章退出本章2、輸出特性1234IC(mA )UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。當UCE大于一定的數(shù)值時，IC只與IB有關(guān)，4.3 雙極型晶體管iC=f(uC

18、E) IB=const下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-535353 頁頁頁退出本章退出本章退出本章IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IBIC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。4.3 雙極型晶體管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-545454 頁頁頁退出本章退出本章退出本章IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE0.3V (3) 截止區(qū)： UBE 死區(qū)電壓， IB=0 ，

19、IC=ICEO 0 4.3 雙極型晶體管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-565656 頁頁頁退出本章退出本章退出本章判斷三極管工作狀態(tài)的方法三極管工作狀態(tài)電位法電流法截止發(fā)射結(jié)反偏IB= 0飽和兩結(jié)均正偏IC 0，即。4.3 雙極型晶體管下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-616161 頁頁頁退出本章退出本章退出本章例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當USB = -2V，2V，5V時，晶體管的靜態(tài)工作點Q位于哪個區(qū)？1） USB = - 2V時：IB=0 ， IC=0Q位于截止區(qū) 4.3 雙極型晶體管解：RCICUC

20、EIBUSCRBUSBCBE下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-626262 頁頁頁退出本章退出本章退出本章2）USB =5V時:IB IBmax， Q位于飽和區(qū)。(實際上，此時IC和IB 已不是的關(guān)系，晶體管飽和失真）mA061070705.RUUIBBESBB4.3 雙極型晶體管RCICUCEIBUSCRBUSBCBE例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當USB = -2V，2V，5V時，晶體管的靜態(tài)工作點Q位于哪個區(qū)？ICMAX (USCUCES)/RC (120.3)/6 1.95(mA)下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1

21、-1-1-636363 頁頁頁退出本章退出本章退出本章IBMAX ICMAX/ 1.95/50=0.039 mAIB IBmax (=1.95mA) ， Q位于放大區(qū)。3）USB =2V時：9mA01070702.RUUIBBESBB0.95mA9mA01050.IIBC4.3 雙極型晶體管RCICUCEIBUSCRBUSBCBE例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當USB = -2V，2V，5V時，晶體管的靜態(tài)工作點Q位于哪個區(qū)？下一頁下一頁下一頁前一頁前一頁前一頁第第第 1-1-1-646464 頁頁頁退出本章退出本章退出本章IBMAX ICMAX/ 1.9

22、5/50=0.039 mA6V20K200K1.5KS1VABC例： 電路如圖所示， =50，當開關(guān)S分別接到ABC三個觸點時，判斷三極管的工作狀態(tài)。4.3 雙極型晶體管4.3 雙極型晶體管三極管的參數(shù)分為三大類: 直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)1、直流參數(shù)1）共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)=（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const2）共基直流電流放大系數(shù)ECII3）集電極基極間反向飽和電流ICBO集電極發(fā)射極間的穿透電流ICEOICEO=（1+ ）ICBO2、交流參數(shù)1）共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) =iC/iBUCE=const2） 共基極交流電流放大系數(shù) =iC/iE UCB=con

23、st3）特征頻率 fT值下降到1的信號頻率4.3 雙極型晶體管1）最大集電極耗散功率PCM PC= iCuCE 3、 極限參數(shù)2）最大集電極電流ICM3）反向擊穿電壓 UCBO發(fā)射極開路時的集電結(jié)反 向擊穿電壓。 U EBO集電極開路時發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。 UCEO基極開路時集電極和發(fā)射 極間的擊穿電壓。幾個擊穿電壓有如下關(guān)系 UCBOUCEOUEBO4.3 雙極型晶體管 由PCM、 ICM和UCEO在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。 輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū) PC= iCuCE U (BR) CEOUCE/V4、溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響1）溫度對ICBO的影

24、響溫度每升高100C ， ICBO增加約一倍。反之，當溫度降低時ICBO減少。硅管的ICBO比鍺管的小得多。2）溫度對輸入特性的影響溫度升高時正向特性左移，反之右移6040200 0.4 0.8I / mAU / V溫度對輸入特性的影響2006003）溫度對輸出特性的影響溫度升高將導致 IC 增大iCuCEOiB200600溫度對輸出特性的影響場效應管：一種載流子參與導電，利用輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流的三極管，又稱單極型三極管。場效應管分類結(jié)型場效應管絕緣柵場效應管特點單極型器件(一種載流子導電)； 輸入電阻高；工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。 4.4 場效應管N溝道P溝

25、道增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場效應管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)場效應管分類： 由金屬、氧化物和半導體制成。稱為金屬-氧化物-半導體場效應管，或簡稱 MOS 場效應管。特點：輸入電阻可達 1010 以上。類型N 溝道P 溝道增強型耗盡型增強型耗盡型UGS = 0 時漏源間存在導電溝道稱耗盡型場效應管；UGS = 0 時漏源間不存在導電溝道稱增強型場效應管。1、N 溝道增強型 MOS 場效應管 結(jié)構(gòu)P 型襯底N+N+BGSDSiO2源極 S漏極 D襯底引線 B柵極 GSGDB1. 工作原理 絕緣柵場效應管利用 UGS 來控制“感應電荷”的多少，改變由這

26、些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況，以控制漏極電流 ID。2.工作原理分析(1)UGS = 0 漏源之間相當于兩個背靠背的 PN 結(jié)，無論漏源之間加何種極性電壓，總是不導電。SBD(2) UDS = 0，0 UGS UT)導電溝道呈現(xiàn)一個楔形。漏極形成電流 ID 。b. UDS= UGS UT， UGD = UT靠近漏極溝道達到臨界開啟程度，出現(xiàn)預夾斷。c. UDS UGS UT， UGD UT由于夾斷區(qū)的溝道電阻很大，UDS 逐漸增大時，導電溝道兩端電壓基本不變， iD因而基本不變。a. UDS UTP 型襯底N+N+BGSDVGGVDDP 型襯底N+N+BGSDVGGVDDP 型襯底N+N

27、+BGSDVGGVDD夾斷區(qū)DP型襯底N+N+BGSVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區(qū)(a) UGD UT(b) UGD = UT(c) UGD UGS UT時，對應于不同的uGS就有一個確定的iD 。此時， 可以把iD近似看成是uGS控制的電流源。3. 特性曲線與電流方程(a)轉(zhuǎn)移特性(b)輸出特性UGS UT 時)三個區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)(或飽和區(qū))、夾斷區(qū)。UT 2UTIDOuGS /ViD /mAOiD/mAuDS /VOTGSUU 預夾斷軌跡恒流區(qū) 可變電阻區(qū)夾斷區(qū)。UGS增加二、N 溝道耗盡型 MOS 場效應管P型襯底N+N

28、+BGSD+制造過程中預先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，這些正離子電場在 P 型襯底中“感應”負電荷，形成“反型層”。即使 UGS = 0 也會形成 N 型導電溝道。+UGS = 0，UDS 0，產(chǎn)生較大的漏極電流；UGS 0；UGS 正、負、零均可。iD/mAuGS /VOUP(a)轉(zhuǎn)移特性IDSS耗盡型 MOS 管的符號SGDB(b)輸出特性iD/mAuDS /VO+1VUGS=03 V1 V2 V43215101520N 溝道耗盡型MOSFET三、P溝道MOS管1.P溝道增強型MOS管的開啟電壓UGS(th) 0 當UGS UGS(th) ，漏-源之間應加負電源電壓管子才導通,空穴導電

29、。2.P溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓UGS(off)0 UGS 可在正、負值的一定范圍內(nèi)實現(xiàn)對iD的控制，漏-源之間應加負電源電壓。SGDBP溝道SGDBP溝道四、VMOS管VMOS管漏區(qū)散熱面積大，可制成大功率管。DSGN符號1、結(jié)構(gòu)N型溝道N型硅棒柵極源極漏極P+P+P 型區(qū)耗盡層(PN 結(jié))在漏極和源極之間加上一個正向電壓，N 型半導體中多數(shù)載流子電子可以導電。導電溝道是 N 型的，稱 N 溝道結(jié)型場效應管。P 溝道場效應管N+N+P型溝道GSD P 溝道場效應管是在 P 型硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的 N 型區(qū)(N+)，導電溝道為 P 型，多數(shù)載流子為空穴。符號GDS2、結(jié)型場效應管工作原理

30、 N 溝道結(jié)型場效應管用改變 UGS 大小來控制漏極電流 ID 的。(VCCS)GDSNN型溝道柵極源極漏極P+P+耗盡層*在柵極和源極之間加反向電壓，耗盡層會變寬，導電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流 ID 減小，反之，漏極 ID 電流將增加。 *耗盡層的寬度改變主要在溝道區(qū)。1)當UDS = 0 時， uGS 對導電溝道的控制作用ID = 0GDSN型溝道P+P+ (a) UGS = 0UGS = 0 時，耗盡層比較窄，導電溝比較寬UGS 由零逐漸減小，耗盡層逐漸加寬，導電溝相應變窄。當 UGS = UGS（Off)，耗盡層合攏，導電溝被夾斷.ID = 0GDSP+P+N型溝

31、道(b) UGS(off) UGS UGS（Off) ，iD 較大。GDSP+NiSiDP+P+VDDVGG uGS UGS（Off) ，iD 變小。GDSNiSiDP+P+VDD注意：當 uDS 0 時，耗盡層呈現(xiàn)楔形。(a)(b)uGD uGS uDS GDSP+NiSiDP+P+VDDVGGuGS 0,uGD = UGS(off), ,溝道變窄預夾斷uGS 0 ,uGD uGS(off),夾斷，iD幾乎不變GDSiSiDP+VDDVGGP+P+(1) 改變 uGS ，改變了 PN 結(jié)中電場，控制了 iD ，故稱場效應管； (2)結(jié)型場效應管柵源之間加反向偏置電壓，使 PN 反偏，柵極 基

32、本不取電流，因此，場效應管輸入電阻很高。(c)(d)3.當uGD uGS(off),時， , uGS 對漏極電流iD的控制作用場效應管用低頻跨導gm的大小描述柵源電壓對漏極電流的控制作用。場效應管為電壓控制元件(VCCS)。在uGD uGS uDS uGS(off)情況下, 即當uDS uGS -uGS(off) 對應于不同的uGS ，d-s間等效成不同阻值的電阻。(2)當uDS使uGD uGS(off)時，d-s之間預夾斷(3)當uDS使uGD U(BR)GS ，PN 將被擊穿，這種擊穿與電容擊穿的情況類似，屬于破壞性擊穿。1.最大漏極電流IDM例電路如圖1所示，其中管子T的輸出特性曲線如圖

33、2所示。試分析ui為0V、8V和10V三種情況下uo分別為多少伏？圖1圖2分析：N溝道增強型MOS管，開啟電壓UGS(th) 4VGSD解:(1) ui為0V ，即uGSui0，管子處于夾斷狀態(tài)所以u0 VDD 15V(2) uGSui8V時，從輸出特性曲線可知，管子工作 在恒流區(qū)， iD 1mA， u0 uDS VDD - iD RD 10V(3) uGSui10V時，若工作在恒流區(qū)， iD 2.2mA。因而u0 15- 2.2*5 4V但是， uGS 10V時的預夾斷電壓為uDS= uGS UT=(10-4)V=6V可見，此時管子工作在可變電阻區(qū)從輸出特性曲線可得uGS 10V時d-s之間

34、的等效電阻(D在可變電阻區(qū)，任選一點，如圖)KiuRDdsds3)1013(3所以輸出電壓為VVRRRuDDddsds6 . 50圖2晶體管場效應管結(jié)構(gòu)NPN型、PNP型結(jié)型耗盡型 N溝道 P溝道絕緣柵增強型 N溝道 P溝道絕緣柵耗盡型 N溝道 P溝道C與E一般不可倒置使用D與S有的型號可倒置使用載流子 多子擴散少子漂移 多子運動輸入量 電流輸入 電壓輸入控制電流控制電流源CCCS()電壓控制電流源VCCS(gm)場效應管與晶體管的比較噪聲 較大 較小溫度特性 受溫度影響較大 較小，可有零溫度系數(shù)點輸入電阻 幾十到幾千歐姆 幾兆歐姆以上靜電影響 不受靜電影響 易受靜電影響集成工藝 不易大規(guī)模集

35、成 適宜大規(guī)模和 超大規(guī)模集成晶體管場效應管小 結(jié)第 4 章一、兩種半導體和兩種載流子兩種載流子的運動電子空穴兩 種半導體N 型 (多電子)P 型 (多空穴)二極管單向正向電阻小(理想為 0)，反向電阻大()。)1e (DSD TUuIi)1e ( , 0DSDD TUuIiu0 , 0SD IIuiDO uDU (BR)I FURM正向 最大平均電流 IF反向 最大反向工作電壓 U(BR)(超過則擊穿)反向飽和電流 IR (IS)(受溫度影響)IS3. 二極管的等效模型理想模型 (大信號狀態(tài)采用)uDiD正偏導通 電壓降為零 相當于理想開關(guān)閉合反偏截止 電流為零 相當于理想開關(guān)斷開恒壓降模型

36、UD(on)正偏電壓 UD(on) 時導通 等效為恒壓源UD(on)否則截止，相當于二極管支路斷開UD(on) = (0.6 0.8) V估算時取 0.7 V硅管：鍺管：(0.1 0.3) V0.2 V折線近似模型相當于有內(nèi)阻的恒壓源 UD(on)4. 二極管的分析方法圖解法微變等效電路法5. 特殊二極管工作條件主要用途穩(wěn)壓二極管反 偏穩(wěn) 壓發(fā)光二極管正 偏發(fā) 光光電二極管反 偏光電轉(zhuǎn)換三、兩種半導體放大器件雙極型半導體三極管(晶體三極管 BJT)單極型半導體三極管(場效應管 FET)兩種載流子導電多數(shù)載流子導電晶體三極管1. 形式與結(jié)構(gòu)NPNPNP三區(qū)、三極、兩結(jié)2. 特點基極電流控制集電極

37、電流并實現(xiàn)放大放大條件內(nèi)因：發(fā)射區(qū)載流子濃度高、 基區(qū)薄、集電區(qū)面積大外因：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏3. 電流關(guān)系IE = IC + IBIC = IB + ICEO IE = (1 + ) IB + ICEOIE = IC + IBIC = IB IE = (1 + ) IB 4. 特性iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321O0.4 0.8iB / AuBE / V60402080死區(qū)電壓(Uth)：0.5 V (硅管) 0.1 V (鍺管)工作電壓(UBE(on) ) ：0.6 0.8 V 取 0.7 V (硅管) 0.2

38、 0.3 V 取 0.3 V (鍺管)飽和區(qū)截止區(qū)iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321放大區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)特點：1)iB 決定 iC2)曲線水平表示恒流3)曲線間隔表示受控5. 參數(shù)特性參數(shù)電流放大倍數(shù) = /(1 ) = /(1 + )極間反向電流ICBOICEO極限參數(shù)ICMPCMU(BR)CEOuCEOICEOiCICMU(BR)CEOPCM安 全 工 作 區(qū)= (1 + ) ICBO場效應管1. 分類按導電溝道分 N 溝道P 溝道按結(jié)構(gòu)分 絕緣柵型(MOS)結(jié)型按特性分 增強型耗盡型uGS = 0 時， iD

39、= 0uGS = 0 時， iD 0增強型耗盡型(耗盡型)2. 特點柵源電壓改變溝道寬度從而控制漏極電流輸入電阻高，工藝簡單，易集成由于 FET 無柵極電流，故采用轉(zhuǎn)移特性和輸出特性描述3. 特性不同類型 FET 轉(zhuǎn)移特性比較結(jié)型N 溝道uGS /ViD /mAO增強型耗盡型MOS 管(耗盡型)2GS(th)GSDOD)1( UuIiIDSS開啟電壓UGS(th)夾斷電壓UGS(off)2GS(off)GSDSSD)1(UuIi IDO 是 uGS = 2UGS(th) 時的 iD 值四、晶體管電路的基本問題和分析方法三種工作狀態(tài)狀態(tài)狀態(tài)電流關(guān)系電流關(guān)系 條條 件件放大I C = IB發(fā)射結(jié)正偏集