模擬電路-第1章-常用半導(dǎo)體器件課件

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1緒論《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》是電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)、通信工程專業(yè)、電子信息工程專業(yè)以及物理學(xué)專業(yè)本、專科的一門重要的專業(yè)核心課，具有很強(qiáng)的綜合性、技術(shù)性和實(shí)用性。該課程的研究對(duì)象是電子元器件及其組成的電路（包括分立、集成電路）。主要研究常用半導(dǎo)體器件、基本放大電路、多級(jí)放大電路、集成運(yùn)算放大電路、放大電路的頻率響應(yīng)、放大電路中的反饋、信號(hào)的運(yùn)算和處理、波形的發(fā)生和信號(hào)的變換、功率放大電路、直流電源和模擬電子電路讀圖等內(nèi)容。模擬電路已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于國防和國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域并極大地促進(jìn)了相關(guān)領(lǐng)域的迅速發(fā)展，特別是模擬電路中的新器件、新技術(shù)、新方法的廣泛應(yīng)用，使得電子測量和探索自然規(guī)律的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)入了一個(gè)新階段，因此《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》具有重要的地位和作用。2《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》與其他課程的聯(lián)系：本課程的先修課程是普通物理、電路分析基礎(chǔ)等。原子物理部分中的核外電子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、原子的能級(jí)、殼層結(jié)構(gòu)、能帶理論由普通物理講授，本課程在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究半導(dǎo)體器件的原理和性能。電壓源、電流源、受控源等概念，基爾霍夫定律、疊加定理，戴維南定理和諾頓定理，以及RC電路時(shí)間常數(shù)等概念由電路分析基礎(chǔ)（電工學(xué)）講授，本課程應(yīng)用上述內(nèi)容分析討論具體的電子電路等內(nèi)容。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、高頻電路等。3教學(xué)內(nèi)容與要求（60學(xué)時(shí)+實(shí)驗(yàn)12學(xué)時(shí)）

學(xué)分：4第一章常用半導(dǎo)體器件（6學(xué)時(shí)+習(xí)題課2學(xué)時(shí)）第二章基本放大電路（6學(xué)時(shí)+習(xí)題課2學(xué)時(shí)）第三章多級(jí)放大電路（4學(xué)時(shí)）第四章集成運(yùn)算放大電路（2學(xué)時(shí)）第五章放大電路的頻率響應(yīng)（4學(xué)時(shí)）第六章放大電路中的反饋（6學(xué)時(shí)+習(xí)題課2學(xué)時(shí)）第七章信號(hào)的運(yùn)算和處理（6學(xué)時(shí)+習(xí)題課2學(xué)時(shí)）第八章波形的發(fā)生和信號(hào)的轉(zhuǎn)換（8學(xué)時(shí)）第九章功率放大電路（4學(xué)時(shí)）第十章直流電源（4學(xué)時(shí)）第十一章模擬電子電路讀圖（了解）5參考書目《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第三版）清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，童詩白、華成英主編，高等教育出版社，2001《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》典型例題及習(xí)題解答王正奎編著聊大《模擬電子技術(shù)簡明教程》華成英主編，清華大學(xué)出版社2006《模擬電子技術(shù)簡明教程》（第二版）清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，楊素行主編，高等教育出版社，1998《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》，華中理工大學(xué)電子學(xué)教研室編，陳大欽主編，高等教育出版社，2000《電子技術(shù)基礎(chǔ)》（模擬部分）第四版，華中理工大學(xué)電子學(xué)教研室編，康華光主編：高等教育出版社，1999《模擬電子技術(shù)常見題型解析及模擬題》張疇先主編，西北工業(yè)大學(xué)出版社

6第一章常用半導(dǎo)體器件§1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)§1.2半導(dǎo)體二極管§1.3雙極型晶體管§1.4場效應(yīng)管§1.5單結(jié)晶體管和晶閘管（了解）§1.6集成電路中的元件（了解）重點(diǎn)掌握：基本概念，晶體二極管的伏安特性及主要參數(shù)、晶體三極管和場效應(yīng)管輸入、輸出特性及主要參數(shù)。不要將注意力過多放在管子內(nèi)部，而以理解外特性為主。7§1.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(dǎo)體：容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：幾乎不導(dǎo)電的物質(zhì)稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英等。半導(dǎo)體：導(dǎo)電特性介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體,如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。例如：室溫下，在純硅中參入百萬分之一的硼，可以使硅的導(dǎo)電能力提高50萬倍。8在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)電子。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：10二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在絕對(duì)0度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時(shí),價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為0，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā),使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴。1.載流子、自由電子和空穴+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子本征半導(dǎo)體中自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的，而且數(shù)量相等，稱為電子空穴對(duì)。121.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加了。P型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素(如硼)構(gòu)成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素(如磷)構(gòu)成的雜質(zhì)半導(dǎo)體。14一、N型半導(dǎo)體多余電子因不受共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，同時(shí)磷原子就成為不能移動(dòng)的帶正電的離子，稱為施主原子。另外N型半導(dǎo)體中還有少量的空穴，其濃度遠(yuǎn)小于自由電子的濃度，所以把自由電子稱為多數(shù)載流子，空穴稱為少數(shù)載流子，簡稱多子和少子。在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素多余電子磷原子+N型硅表示15二、P型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。當(dāng)附近硅原子的外層電子由于熱運(yùn)動(dòng)填補(bǔ)空穴時(shí)，硼原子成為不可移動(dòng)的負(fù)離子。硼原子稱為受主原子。在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)元素空穴硼原子P型硅表示16三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)為多子濃度與所摻雜質(zhì)濃度相等。17一.PN結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上采用不同的摻雜工藝分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，由于濃度的不同，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。PN

結(jié)具有單向?qū)щ娦?.1.3

PN結(jié)181、PN結(jié)正向偏置P正N負(fù),導(dǎo)通內(nèi)電場外電場變?。?+++REPN+_內(nèi)電場被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，能夠形成較大的擴(kuò)散電流。二.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?02、PN結(jié)反向偏置P負(fù)N正，截止內(nèi)電場外電場變厚內(nèi)電場被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。－－－－++++NP+_RE反向飽和電流21四、PN結(jié)的伏安特性UI正向特性（u>0）反向特性（u<0）反向擊穿部分PN結(jié)處于反向偏置時(shí)，反向電壓超過某一數(shù)值時(shí)，反向電流急劇增加，這種現(xiàn)象稱反向擊穿。五、PN結(jié)的電容效應(yīng)（了解）在一定條件下，PN結(jié)具有電容效應(yīng)：勢壘電容，擴(kuò)散電容U(BR)23§1.2半導(dǎo)體二極管PN結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。點(diǎn)接觸型：高頻、小功率整流面接觸型：整流符號(hào)平面型：大功率整流、開關(guān)1.2.1二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)24溫度對(duì)二極管伏安特性的影響在室溫附近，溫度每升高1℃，正向壓降減小2~2.5mV，溫度每升高10℃，反向電流大約增大一倍?？梢?，二極管的特性對(duì)溫度很敏感。溫度升高，正向曲線左移，反向曲線下移。261.2.3二極管的主要參數(shù)P151.最大整流電流

IF二極管長期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平均電流。2.最高反向工作電壓UR二極管工作時(shí)允許外加的最大反向電壓。通常UR是擊穿電壓UBR的一半。3.反向電流IR4.最高工作頻率fM指二極管加反向電壓且未擊穿時(shí)的反向電流。二極管工作的上限頻率。二極管的應(yīng)用：主要利用它的單向?qū)щ娦?，?yīng)用于整流、限幅、保護(hù)等等。271.理想模型3.折線模型2.恒壓降模型1.2.4二極管的等效電路（等效模型）一.由伏安特性折線化得到的等效電路28理想二極管：開啟電壓=0V，導(dǎo)通壓降=0V。二極管：開啟電壓=0.5V，導(dǎo)通壓降0.7V(硅二極管)RLuiuouiuott1：二極管半波整流二極管應(yīng)用電路舉例：302、

二極管與門電路0V3VYABVCC=+5VD13kΩRD2&ABY=A·B電壓功能表0.7V0.7V0.7V3.7V硅管UD=0.7V313、二極管或門電路0V3VABYDD12R3kΩABY=A+B≥1電壓功能表0V2.3V2.3V2.3V硅管UD=0.7V32二.二極管的微變等效電路當(dāng)二極管外加正向電壓時(shí)，將有一直流電流，用二極管特性曲線上的點(diǎn)Q表示。

rd稱為微變電阻二極管的動(dòng)態(tài)電阻可用右圖表示：若在Q點(diǎn)基礎(chǔ)上外加微小的變化量,則可用以Q點(diǎn)為切點(diǎn)的直線來近似.即將二極管等效為一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻rd。33電路波形分析直流電壓源和交流電壓源

同時(shí)作用的二極管電路同學(xué)們可參看典型例題習(xí)題解答上冊(cè)第一章例題。V+ui-uD341.2.5穩(wěn)壓二極管UIIZIZmaxUZIZ曲線越陡,電壓越穩(wěn)定.UZ穩(wěn)壓二極管工作在二極管特性曲線的反向擊穿部分動(dòng)態(tài)電阻：rz越小，穩(wěn)壓性能越好。+-符號(hào)：（IZmin）外接負(fù)載電阻穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電流35（2）穩(wěn)定電流IZ、（3）額定功耗穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù):P18--19（1）穩(wěn)定電壓

UZ（5）溫度系數(shù)穩(wěn)壓值受溫度變化影響的系數(shù)。（4）動(dòng)態(tài)電阻36穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例：P20UoIZDZRILIRUIRL如圖所示電路，穩(wěn)壓管的輸入電壓UI=10V，負(fù)載電阻RL=600Ω，求限流電阻R的取值范圍。解：37限流電阻R的取值范圍為114~227Ω38一、發(fā)光二極管發(fā)光二極管有足夠大的正向電流流過時(shí)，能發(fā)出一定波長范圍的光。外形符號(hào)1.2.6其它類型的二極管P20--2239二、光電二極管光電二極管是一種把光能轉(zhuǎn)換成電能的器件，它的反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。IU照度增加401.3雙極型晶體管(BJT)又稱半導(dǎo)體三極管、晶體管，或簡稱為三極管。(BipolarJunctionTransistor)晶體管的外形如下圖所示。三極管有兩種類型：NPN和PNP型。主要以NPN型為例進(jìn)行討論。圖1.3.1晶體管的外形1.3.1晶體管的結(jié)構(gòu)及類型常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面管和鍺合金管兩種類型。圖1.3.2晶體管的結(jié)構(gòu)(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NecNPb二氧化硅becPNPe發(fā)射極b基極c集電極平面型(NPN)三極管制作工藝NcSiO2b硼雜質(zhì)擴(kuò)散e磷雜質(zhì)擴(kuò)散磷雜質(zhì)擴(kuò)散磷雜質(zhì)擴(kuò)散硼雜質(zhì)擴(kuò)散硼雜質(zhì)擴(kuò)散PN在N型硅片(集電區(qū))氧化膜上刻一個(gè)窗口，將硼雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散形成P型(基區(qū))，再在P型區(qū)上刻窗口，將磷雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散形成N型的發(fā)射區(qū)。引出三個(gè)電極即可。

合金型三極管制作工藝：在N型鍺片(基區(qū))兩邊各置一個(gè)銦球，加溫銦被熔化并與N型鍺接觸，冷卻后形成兩個(gè)P型區(qū)，集電區(qū)接觸面大，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高。圖1.3.3晶體管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)(a)NPN型ecb符號(hào)集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極c基極b發(fā)射極eNNP集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極c發(fā)射極e基極b

cbe符號(hào)NNPPN圖1.3.3晶體管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)(b)PNP型1.3.2晶體管的電流放大作用以NPN型三極管為例討論圖1.3.4晶體管中的兩個(gè)PN結(jié)cNNPebbec表面看三極管若實(shí)現(xiàn)放大，必須從三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部所加電源的極性來保證。

不具備放大作用三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：NNPebcNNNPPP1.發(fā)射區(qū)高摻雜。2.基區(qū)做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。

三極管放大的外部條件：外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。3.集電結(jié)面積大。becRcRb一、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)IEIB

1.發(fā)射

發(fā)射區(qū)的電子越過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴(kuò)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.復(fù)合和擴(kuò)散

電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù)合形成基極電流Ibn，復(fù)合掉的空穴由VBB補(bǔ)充。多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散，到達(dá)集電結(jié)的一側(cè)。圖1.3.4晶體管中載流子的運(yùn)動(dòng)becIEIBRcRb三極管中載流子運(yùn)動(dòng)過程

3.收集集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)擴(kuò)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。IC

另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場的作用下將進(jìn)行漂移運(yùn)動(dòng)而形成反向飽和電流，用ICBO表示。ICBO圖1.3.4晶體管中載流子的運(yùn)動(dòng)beceRcRb2、晶體管的電流分配關(guān)系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBO

IE=ICn+IBn+IEp=IEn+IEp一般要求ICn在IE中占的比例盡量大。而二者之比稱直流電流放大系數(shù)，即它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。IB=IBn+IEP-ICBO二、晶體管的電流分配關(guān)系IC=ICN+ICBOIB=IBN+IEP–ICBO=IB'-ICBOIE=IEN+IEPIE=IC+IB三、晶體管的共射電流放大系數(shù)ICN與IB’

之比稱為共射直流電流放大系數(shù)ICN與IE之比稱為共基極直流電流放大系數(shù)IC=ICN+ICBO經(jīng)轉(zhuǎn)換，得51要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。在前面電路的基礎(chǔ)上，若有交流電壓ΔUI

輸入，則在IB的基礎(chǔ)上疊加動(dòng)態(tài)電流ΔiB，在IC的基礎(chǔ)上疊加動(dòng)態(tài)電流ΔiC，ΔiC與ΔiB之比稱為交流電流放大系數(shù)：在一定范圍內(nèi)52IBIEIC總結(jié)：IEICIBIBIE=IC+IB531.3.3晶體管的共射特性曲線iCmAAVVUCEUBERbiBVCCVBB

實(shí)驗(yàn)線路RC54一、輸入特性曲線UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8導(dǎo)通壓降：硅管UBE0.6~0.8V,鍺管UBE0.1~0.3VUCE=0VUCE=0.5V開啟電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。55二、輸出特性曲線iC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A放大區(qū)IC=βIB截止區(qū),IB≈0,IC≈0飽和區(qū)IC<βIB臨界飽和UCE=UBEUBC=056輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn):(1)截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏UBE<

UON

，IB=0，IC=ICEO

0

(2)放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。UBE>UON,UCE>UBE

IE=IC+IB，IC=IB,且

IC

=

IB(3)飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。UBE>UON,

UCEUBE

IC<IB，UCE0.3V

臨界飽和時(shí)，

UCE=UBEUBC=0倒置狀態(tài)（反偏狀態(tài)）：發(fā)射結(jié)反偏；集電結(jié)正偏。即c、e互換，IE=βIB，Ic=IE+IB,但是β=0.01～0.02bec57例1：

=50，VCC

=12V，

Rb

=70k，RC

=6k，UBE=0.7V分析VBB

=-2V，2V，5V時(shí)晶體管的工作狀態(tài)。解：①當(dāng)VBB

=-2V時(shí)：UBE<0V，晶體管截止IB=0，IC=0ICUCEIBVCCRbVBBCBERCUBEIE②當(dāng)VBB

=2V時(shí)：UBE>VON，晶體管導(dǎo)通IC最大飽和電流：IC<

ICmax工作在放大區(qū)。58例1：

=50，VCC

=12V，

Rb

=70k，RC

=6k，UBE=0.7V分析VBB

=-2V，2V，5V時(shí)晶體管的工作狀態(tài)。ICUCEIBVCCRbVBBCBERCUBEIE③當(dāng)VBB

=5V時(shí)：UBE>VON，晶體管導(dǎo)通IC最大飽和電流：IC>

ICmax工作在飽和區(qū)?；蛘撸杭僭O(shè)工作在放大區(qū)假設(shè)錯(cuò)誤，工作在飽和區(qū)。591.3.4晶體管的主要參數(shù)共射直流電流放大倍數(shù)：工作于動(dòng)態(tài)的三極管，真正的信號(hào)是疊加在直流上的交流信號(hào)?；鶚O電流的變化量為IB，相應(yīng)的集電極電流變化為IC，則交流電流放大倍數(shù)為：1.電流放大倍數(shù)和

例：UCE=6V時(shí)：IB=40A,IC=1.5mA；IB=60A,IC=2.3mA。在以后的計(jì)算中，一般作近似處理：=602.集-基極反向飽和電流ICBOICBO是發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向飽和電流。受溫度變化的影響較大。AICBO613.基極開路時(shí),集-射極間的穿透電流ICEObecNNPICBOICEO=

IBP+ICBO

=(1+

)ICBO

IBP

IBPICBO進(jìn)入N區(qū)，形成IBP根據(jù)放大關(guān)系，由于IBP的存在,必有電流IBP。集電結(jié)反偏有ICBOICEO受溫度影響很大,當(dāng)溫度上升時(shí)，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。624.集電極最大電流ICM集電極電流IC大到一定程度時(shí)，會(huì)導(dǎo)致三極管的值下降，當(dāng)值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為ICM。5.反向擊穿電壓UCBO：發(fā)射極開路時(shí)集電極-基極間的反向擊穿電壓UCEO：基極開路時(shí)集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓UEBO：集電極開路時(shí)發(fā)射極-基極間的反向擊穿電壓636.集電極最大允許功耗PCM集電極電流IC流過三極管所產(chǎn)生的功耗為PC=ICUCEPC太大必定導(dǎo)致結(jié)溫上升,所以PC有限制。PCPCMICUCEPCM=ICUCE=常數(shù)ICMU(BR)CEO安全工作區(qū)641.3.5溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響1、對(duì)ICBO的影響：溫度升高，ICBO增大2、對(duì)輸入特性的影響3、對(duì)輸出特性的影響65由PNP型三極管組成的基本放大電路：ICIBVCCRbVBBcbeRCIEICUCE0UBEIB電源電壓為負(fù)。同樣具有三個(gè)區(qū)：放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)，集電結(jié)均正偏截止區(qū)：

|UBE|<VONPNP特性曲線661.3.6光電三極管光電三極管根據(jù)光照的強(qiáng)度來控制集電極電流的大小光電三極管的等效電路、符號(hào)和外形67光電三極管的輸出特性曲線68§1.4場效應(yīng)管場效應(yīng)管是利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件，它僅靠多數(shù)載流子導(dǎo)電,又稱單極型晶體管。場效應(yīng)管不但具有雙極型晶體管體積小、重量輕、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，而且具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、能耗低等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)型場效應(yīng)管:JFET絕緣柵型場效應(yīng)管:MOS場效應(yīng)管有兩種:691.4.1結(jié)型場效應(yīng)管一、結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)柵極源極漏極結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)：N型導(dǎo)電溝道兩邊是P區(qū)基底：N型半導(dǎo)體柵極源極漏極dgSdgS70二、工作原理（以N溝道為例）為使N溝道結(jié)型場效應(yīng)管正常工作，應(yīng)在柵源之間加負(fù)電壓，以保證耗盡層反偏；在漏源之間加正電壓，以形成iD1、UDS=0V時(shí)，UGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用UGS=0有導(dǎo)電溝道R較小UGS(off)<UGS<0溝道變窄R增大UGSUGS(off)溝道夾斷R≈∞耗盡層閉合，溝道消失時(shí)的UGS稱為夾斷電壓UGS(off)712、UGS(off)<UGS<0

時(shí)，UDS對(duì)漏極電流iD的影響UDS=0,iD=0UDS增加（未夾斷）iD增加UGD>UGS(off)

寬UDS再增加到預(yù)夾斷UGD=UGS(off)UDS再增加，夾斷區(qū)加長,iD不再增加UGD<UGS(off)723、UGD<UGS(off)

時(shí)，UGS對(duì)漏極電流iD的控制作用UGD=UGS-UDS

<UGS(off)

時(shí)，UDS再增加，夾斷區(qū)加長,iD不再增加—→恒流區(qū)。此時(shí)，可通過改變UGS來控制iD的大小。∣UGS∣減小，iD增加。故稱場效應(yīng)管為電壓控制元件。低頻跨導(dǎo)gm：場效應(yīng)管用gm來描述動(dòng)態(tài)柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。73三、特性曲線1.轉(zhuǎn)移特性(N溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例)O

UGSIDIDSSUGS(off)圖1.4.6轉(zhuǎn)移特性UGS=0，ID最大；UGS愈負(fù)，ID愈?。籙GS=UGS（off），ID0。兩個(gè)重要參數(shù)飽和漏極電流IDSS(UGS=0時(shí)的ID)夾斷電壓UGS（off），(ID=0時(shí)的UGS)UDSIDVDDVGGDSGV+V+UGS圖1.4.5特性曲線測試電路+mA1.轉(zhuǎn)移特性O(shè)uGS/VID/mAIDSSUGS(off)圖1.4.6轉(zhuǎn)移特性2.漏極特性當(dāng)柵源之間的電壓UGS不變時(shí)，漏極電流ID與漏源之間電壓UDS的關(guān)系，即結(jié)型場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線的近似公式：≤≤IDSS/VID/mAUDS/VOUGS=0V-1-2-3-4-5-6-7預(yù)夾斷軌跡恒流區(qū)擊穿區(qū)可變電阻區(qū)漏極特性也有三個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和擊穿區(qū)。2.漏極特性UDSIDVDDVGGDSGV+V+UGS圖1.4.5特性曲線測試電路+mA圖1.4.6(b)漏極特性場效應(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。UDS=常數(shù)ID/mA0-0.5-1-1.5UGS/VUDS=15V5ID/mAUDS/V0UGS=0-0.4V-0.8V-1.2V-1.6V101520250.10.20.30.40.5結(jié)型場效應(yīng)管柵極基本不取電流，其輸入電阻很高，可達(dá)107以上。如希望得到更高的輸入電阻，可采用絕緣柵場效應(yīng)管。圖1.4.7在漏極特性上用作圖法求轉(zhuǎn)移特性P溝道結(jié)型場效應(yīng)管dgSdgSPNNg柵極S源極d漏極結(jié)構(gòu)示意圖：符號(hào)預(yù)夾斷曲線IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可變電阻區(qū)夾斷區(qū)恒流區(qū)輸出特性曲線0轉(zhuǎn)移特性曲線UGS0IDIDSSVP1.4.2絕緣柵型場效應(yīng)管由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管，或簡稱MOS場效應(yīng)管。特點(diǎn)：輸入電阻可達(dá)109以上。類型N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型增強(qiáng)型耗盡型UGS=0時(shí)漏源間存在導(dǎo)電溝道稱耗盡型場效應(yīng)管；UGS=0時(shí)漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱增強(qiáng)型場效應(yīng)管。一、N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)P型襯底N+N+BGSDSiO2源極S漏極D襯底引線B柵極G圖1.4.8N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖2.工作原理絕緣柵場效應(yīng)管利用UGS來控制“感應(yīng)電荷”的多少，改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，以控制漏極電流ID。工作原理分析(1)UGS=0漏源之間相當(dāng)于兩個(gè)背靠背的PN結(jié)，無論漏源之間加何種極性電壓，總是不導(dǎo)電。SBD圖1.4.9(2)

UDS=0，0<UGS<UTP型襯底N+N+BGSDP型襯底中的電子被吸引靠近SiO2與空穴復(fù)合，產(chǎn)生由負(fù)離子組成的耗盡層。增大UGS耗盡層變寬。VGG---------(3)

UDS=0，UGS≥UT由于吸引了足夠多的電子，會(huì)在耗盡層和SiO2之間形成可移動(dòng)的表面電荷層——---N型溝道反型層、N型導(dǎo)電溝道。UGS升高，N溝道變寬。因?yàn)閁DS=0，所以ID=0。UT為開始形成反型層所需的UGS，稱開啟電壓。(4)

UDS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響(UGS>UT)導(dǎo)電溝道呈現(xiàn)一個(gè)楔形。漏極形成電流ID。b.UDS=UGS–UT，

UGD=UT靠近漏極溝道達(dá)到臨界開啟程度，出現(xiàn)預(yù)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(shí)，導(dǎo)電溝道兩端電壓基本不變，ID因而基本不變。a.UDS<UGS–UT，即UGD=UGS–UDS>UTP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+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)圖1.4.11UDS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響(a)

UGD>UT(b)

UGD=UT(c)

UGD<UT3.特性曲線(a)轉(zhuǎn)移特性(b)漏極特性ID/mAUDS/VO預(yù)夾斷軌跡恒流區(qū)擊穿區(qū)可變電阻區(qū)UGS<UT，ID=0；UGS

≥

UT，形成導(dǎo)電溝道，隨著UGS的增加，ID

逐漸增大。(當(dāng)UGS>UT時(shí))三個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)(或飽和區(qū))、擊穿區(qū)。UT2UTIDOUGS/VID/mAO圖1.4.12(a)圖1.4.12(b)二、N溝道耗盡型MOS場效應(yīng)管P型襯底N+N+BGSD++++++制造過程中預(yù)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(yīng)”負(fù)電荷，形成“反型層”。即使UGS=0也會(huì)形成N型導(dǎo)電溝道。++++++++++++UGS=0，UDS>0，產(chǎn)生較大的漏極電流；UGS<0，絕緣層中正離子感應(yīng)的負(fù)電荷減少，導(dǎo)電溝道變窄，ID減?。籙GS=-UP,感應(yīng)電荷被“耗盡”，ID

0。UP稱為夾斷電壓圖1.4.13N溝道耗盡型MOS管特性工作條件：UDS>0；UGS正、負(fù)、零均可。ID/mAUGS/VOUP(a)轉(zhuǎn)移特性IDSS圖1.4.15MOS管的符號(hào)SGDBSGDB(b)漏極特性ID/mAUDS/VO+1VUGS=0-3V-1V-2V43215101520圖1.4.14特性曲線1.4.3場效應(yīng)管的主要參數(shù)（教材P45~46）一、直流參數(shù)飽和漏極電流

IDSS2.夾斷電壓UP3.開啟電壓UT4.直流輸入電阻RGS為耗盡型場效應(yīng)管的一個(gè)重要參數(shù)。為增強(qiáng)型場效應(yīng)管的一個(gè)重要參數(shù)。為耗盡型場效應(yīng)管的一個(gè)重要參數(shù)。輸入電阻很高。結(jié)型場效應(yīng)管一般在107以上，絕緣柵場效應(yīng)管更高，一般大于109。二、交流參數(shù)1.低頻跨導(dǎo)gm2.極間電容用以描述柵源之間的電壓UG