電子技術(shù)模擬部分ch1課件

2023/2/61電子技術(shù)

基礎(chǔ)3-3112023/2/621.本課程的性質(zhì)及特點(diǎn)技術(shù)基礎(chǔ)課，具有工程性、實(shí)踐性。

非純理論性課程

實(shí)踐性很強(qiáng)

以工程實(shí)踐的觀點(diǎn)來處理電路中的一些問題2.課程研究?jī)?nèi)容研究各種電子器件的結(jié)構(gòu)、工作原理及性能指標(biāo)等;用各種電子器件組成電路的分析與設(shè)計(jì)。包括：模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)3.學(xué)習(xí)目標(biāo)

前言能夠?qū)σ话阈缘?、常用的電子電路進(jìn)行分析，同時(shí)對(duì)較簡(jiǎn)單的單元電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。2023/2/634.電子技術(shù)的發(fā)展1904年弗萊明發(fā)明了電子二極管，并證實(shí)了電子管具有“閥門”作用，首先被用于無線電檢波。1906年美國(guó)的德弗雷斯在弗萊明的二極管中放進(jìn)了第三個(gè)電極――柵極而發(fā)明了電子三極管，從而建樹了早期電子技術(shù)上最重要的里程碑。半個(gè)多世紀(jì)以來，電子管在電子技術(shù)中立下了很大功勞；但是電子管成本高，制造繁，體積大，耗電多，從1948年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室的幾位研究人員發(fā)明晶體管以來，在大多數(shù)領(lǐng)域中已逐漸用晶體管來取代電子管。但是，我們不能否定電子管的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在有些裝置中,，不論從穩(wěn)定性，經(jīng)濟(jì)性或功率上考慮，還需要采用電子管。隨著生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的需要，電子技術(shù)得到高度發(fā)展和廣泛應(yīng)用（如空間電子技術(shù)，生物醫(yī)學(xué)電子技術(shù)，信息處理和遙感技術(shù)，微波應(yīng)用等），它對(duì)于社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，也起著變革性的推動(dòng)作用。發(fā)展特點(diǎn):以電子器件的發(fā)展為基礎(chǔ)電子管時(shí)代1906年，福雷斯特等發(fā)明了電子管；電子管體積大、重量重、耗電大、壽命短。目前在一些大功率發(fā)射裝置中使用。電壓控制器件電真空技術(shù)晶體管時(shí)代電流控制器件半導(dǎo)體技術(shù)半導(dǎo)體二極管、三極管器件半導(dǎo)體集成電路2023/2/696.成績(jī)?cè)u(píng)定平時(shí)成績(jī)：19% 考試成績(jī)：81%7.參考書康華光主編，《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分，高教出版社童詩白主編，《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》，高教出版社實(shí)驗(yàn)成績(jī)：20% 閆石主編，《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》，高教出版社康華光主編，《電子技術(shù)基礎(chǔ)》數(shù)字部分，高教出版社課堂成績(jī)：80% 5.學(xué)習(xí)方法重點(diǎn)掌握基本概念、基本電路的分析方法和解題技巧。2023/2/610第一章半導(dǎo)體器件2023/2/6111.1半導(dǎo)體的特性

1.導(dǎo)體：電阻率

<10-4

·cm的物質(zhì)。如銅、銀、鋁等金屬材料。

2.絕緣體：電阻率

>109·

cm物質(zhì)。如橡膠、塑料等。

3.半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。大多數(shù)半導(dǎo)體器件所用的主要材料是硅(Si)和鍺(Ge)。半導(dǎo)體導(dǎo)電性能是由其原子結(jié)構(gòu)決定的。2023/2/6131.1.1本征半導(dǎo)體

+4+4+4+4+4+4+4+4+4共價(jià)鍵價(jià)電子完全純凈的、不含其他雜質(zhì)且具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。

將硅或鍺材料提純便形成單晶體，它的原子結(jié)構(gòu)為共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。圖1.1.2單晶體中的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)

當(dāng)溫度T=0

K時(shí)，半導(dǎo)體不導(dǎo)電，如同絕緣體。2023/2/614+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴T

圖1.1.3本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴若T

，將有少數(shù)價(jià)電子克服共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，在原來的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位——空穴

自由電子和空穴使本征半導(dǎo)體具有導(dǎo)電能力，但很微弱?？昭煽闯蓭д姷妮d流子。2023/2/6151.半導(dǎo)體中兩種載流子帶負(fù)電的自由電子帶正電的空穴

2.本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)，稱為電子-空穴對(duì)。

3.本征半導(dǎo)體中自由電子和空穴的濃度用ni和pi表示，顯然ni

=pi

。

4.由于物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，自由電子和空穴不斷的產(chǎn)生又不斷的復(fù)合。在一定的溫度下，產(chǎn)生與復(fù)合運(yùn)動(dòng)會(huì)達(dá)到平衡，載流子的濃度就一定了。

5.載流子的濃度與溫度密切相關(guān)，它隨著溫度的升高，基本按指數(shù)規(guī)律增加。2023/2/617+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由電子施主原子圖1.1.4

N型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體摻入5價(jià)元素后，原來晶體中的某些硅原子將被雜質(zhì)原子代替。雜質(zhì)原子最外層有5個(gè)價(jià)電子，其中4個(gè)與硅構(gòu)成共價(jià)鍵，多余一個(gè)電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴的濃度，電子稱為多數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱多子)，空穴稱為少數(shù)載流子(簡(jiǎn)稱少子)。2023/2/618+4+4+4+4+4+4+4+4+4二、P型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的3價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等，即構(gòu)成P型半導(dǎo)體。+3空穴濃度多于電子濃度，空穴為多數(shù)載流子，電子為少數(shù)載流子。

3價(jià)雜質(zhì)原子稱為受主原子。受主原子空穴圖1.1.5

P型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)2023/2/619說明：

1.摻入雜質(zhì)的濃度決定多數(shù)載流子濃度；溫度決定少數(shù)載流子的濃度。3.雜質(zhì)半導(dǎo)體總體上保持電中性。

4.雜質(zhì)半導(dǎo)體的表示方法如下圖所示。

2.雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子的數(shù)目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本征半導(dǎo)體，因而其導(dǎo)電能力大大改善。(a)N型半導(dǎo)體(b)P型半導(dǎo)體圖1.1.6雜質(zhì)半導(dǎo)體的的簡(jiǎn)化表示法2023/2/621一、PN結(jié)中載流子的運(yùn)動(dòng)耗盡層空間電荷區(qū)PN

2.擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成空間電荷區(qū)

1.電子和空穴濃度差形成多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)?！狿N結(jié)，耗盡層。圖1.2.1PN2023/2/6223.空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)PN空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)UD空間電荷區(qū)正負(fù)離子之間電位差UD

——電位壁壘；

4.漂移運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)有利于少子運(yùn)動(dòng)—漂移運(yùn)動(dòng)少子的運(yùn)動(dòng)與多子運(yùn)動(dòng)方向相反阻擋層內(nèi)電場(chǎng)阻止多子的擴(kuò)散

——

阻擋層。2023/2/6235.擴(kuò)散與漂移的動(dòng)態(tài)平衡擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使空間電荷區(qū)增大，擴(kuò)散電流逐漸減??；隨著內(nèi)電場(chǎng)的增強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)逐漸增加；當(dāng)擴(kuò)散電流與漂移電流相等時(shí)，PN結(jié)總的電流空間電荷區(qū)的寬度約為幾微米~幾十微米；等于零，空間電荷區(qū)的寬度達(dá)到穩(wěn)定。即擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。電壓壁壘UD，硅材料約為(0.6~0.8)V,鍺材料約為(0.2~0.3)V。2023/2/625在PN結(jié)加上一個(gè)很小的正向電壓，即可得到較大的正向電流，為防止電流過大，可接入電阻R。2.PN結(jié)外加反向電壓(反偏)反向接法時(shí)，外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)的方向一致，增強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)的作用；外電場(chǎng)使空間電荷區(qū)變寬；不利于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，漂移電流大于擴(kuò)散電流，電路中產(chǎn)生反向電流I

；由于少數(shù)載流子濃度很低，反向電流數(shù)值非常小。2023/2/626空間電荷區(qū)圖1.2.3反相偏置的PN結(jié)

反向電流又稱反向飽和電流。對(duì)溫度十分敏感，隨著溫度升高，IS將急劇增大。PN外電場(chǎng)方向內(nèi)電場(chǎng)方向VRIS2023/2/627綜上所述：當(dāng)PN結(jié)正向偏置時(shí)，回路中將產(chǎn)生一個(gè)較大的正向電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)PN結(jié)反向偏置時(shí)，回路中反向電流非常小，幾乎等于零，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)?？梢?，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?023/2/629半導(dǎo)體二極管圖片2023/2/630二極管的伏安特性在二極管的兩端加上電壓，測(cè)量流過管子的電流，I=f

(U

)之間的關(guān)系曲線。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50I/mAU/V正向特性硅管的伏安特性2CP31死區(qū)電壓擊穿電壓U(BR)反向特性–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.02鍺管的伏安特性2AP260圖1.2.4二極管的伏安特性2023/2/6311.正向特性當(dāng)正向電壓比較小時(shí)，正向電流很小，幾乎為零。相應(yīng)的電壓叫死區(qū)電壓。范圍稱死區(qū)。死區(qū)電壓與材料和溫度有關(guān)，硅管約0.5V左右，鍺管約0.1V左右。正向特性死區(qū)電壓60402000.40.8I/mAU/V當(dāng)正向電壓超過死區(qū)電壓后，隨著電壓的升高，正向電流迅速增大。2023/2/6322.反向特性–0.02–0.040–25–50I/mAU/V反向特性

當(dāng)電壓超過零點(diǎn)幾伏后，反向電流不隨電壓增加而增大，即飽和；二極管加反向電壓，反向電流很小；如果反向電壓繼續(xù)升高，大到一定數(shù)值時(shí)，反向電流會(huì)突然增大；反向飽和電流這種現(xiàn)象稱擊穿，對(duì)應(yīng)電壓叫反向擊穿電壓。

擊穿并不意味管子損壞，若控制擊穿電流，電壓降低后，還可恢復(fù)正常。擊穿電壓U(BR)2023/2/6333.伏安特性表達(dá)式(二極管方程)IS：反向飽和電流UT：溫度的電壓當(dāng)量在常溫(300K)下，

UT

26mV二極管加反向電壓，即U<0，且|U|

>>UT，則I

-IS。二極管加正向電壓，即U>0，且U>>UT

，則，可得，說明電流I與電壓U

基本上成指數(shù)關(guān)系。2023/2/634結(jié)論：二極管具有單向?qū)щ娦?。加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，呈現(xiàn)很小的正向電阻，如同開關(guān)閉合；加反向電壓時(shí)截止，呈現(xiàn)很大的反向電阻，如同開關(guān)斷開。從二極管伏安特性曲線可以看出，二極管的電壓與電流變化不呈線性關(guān)系，其內(nèi)阻不是常數(shù)，所以二極管屬于非線性器件。硅二極管的導(dǎo)通電壓為0.6—0.8V，一般取0.7V；鍺二極管的導(dǎo)通電壓為0.1—0.3V，一般取0.2V。2023/2/635知識(shí)點(diǎn)小結(jié)一、半導(dǎo)體自由電子（少子）空穴（多子）本征半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體自由電子（多子）空穴（少子）二、二極管1、PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?）正偏時(shí)，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；（2）反偏時(shí)，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。2023/2/6362、二極管的伏安特性硅二極管的導(dǎo)通電壓為0.6—0.8V，一般取0.7V；鍺二極管的導(dǎo)通電壓為0.1—0.3V，一般取0.2V。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50I/mAU/V正向特性死區(qū)電壓擊穿電壓U(BR)反向特性2023/2/637應(yīng)用舉例例2：P56習(xí)題1.5解：采用理想電路模型ui和uo的波形如圖所示

二極管的電流波形如何？例1：P55習(xí)題1.1欲使二極管具有良好的單向?qū)щ娦?，管子的正向電阻和反向電阻分別為大一些好，還是小一些好？解：二極管的正向電阻愈小愈好，反向電阻愈大愈好。根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦钥膳袛喽O管的陽極和陰極。2023/2/6381.2.3

二極管的主要參數(shù)1.最大整流電流IF二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。2.最高反向工作電壓UR

工作時(shí)允許加在二極管兩端的反向電壓值。通常將擊穿電壓UBR的一半定義為UR。3.反向電流IR通常希望IR

值愈小愈好。4.最高工作頻率fM

fM值主要決定于PN結(jié)結(jié)電容的大小。結(jié)電容愈大，二極管允許的最高工作頻率愈低。2023/2/639

1.2.5穩(wěn)壓管一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管。穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。

I/mAU/VO+正向

+反向U(b)穩(wěn)壓管符號(hào)(a)穩(wěn)壓管伏安特性+I圖1.2.10穩(wěn)壓管的伏安特性和符號(hào)+2023/2/640

穩(wěn)壓管的參數(shù)主要有以下幾項(xiàng)：1.穩(wěn)定電壓UZ3.動(dòng)態(tài)電阻rZ2.穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時(shí)的穩(wěn)定工作電壓。正常工作的參考電流。I<IZ時(shí)，管子的穩(wěn)壓性能差；I>IZ

，只要不超過額定功耗即可。

rZ愈小愈好。對(duì)于同一個(gè)穩(wěn)壓管，工作電流愈大，rZ值愈小。IZ=5mArZ

16IZ=20mArZ

3IZ/mA2023/2/6414.電壓溫度系數(shù)U穩(wěn)壓管電流不變時(shí)，環(huán)境溫度每變化1℃引起穩(wěn)定電壓變化的百分比。

(1)

UZ>7V,U>0；UZ<4V，U<0；

(2)

UZ

在4~7V之間，U

值比較小，性能比較穩(wěn)定。

2CW17：UZ=9~10.5V，U=0.09

%/℃

2CW11：UZ=3.2~4.5V，U=-(0.05~0.03)%/℃

(3)2DW7系列為溫度補(bǔ)償穩(wěn)壓管，用于電子設(shè)備的精密穩(wěn)壓源中。2023/2/6425.額定功耗PZ額定功率決定于穩(wěn)壓管允許的溫升。PZ=UZIZPZ會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，使穩(wěn)壓管發(fā)熱。電工手冊(cè)中給出IZM，IZM=PZ/UZ

[例1]

求通過穩(wěn)壓管的電流IZ等于多少？R是限流電阻，其值是否合適？IZVDZ+20VR=1.6k+

UZ=12V-

IZM=18mA例題電路圖IZ

<IZM

，電阻值合適。[解]2023/2/643VDZR使用穩(wěn)壓管需要注意的幾個(gè)問題：圖1.2.13穩(wěn)壓管電路UOIO+IZIRUI+

1.外加電源的正極接管子的N區(qū)，電源的負(fù)極接P區(qū)，保證管子工作在反向擊穿區(qū)；RL

2.

穩(wěn)壓管應(yīng)與負(fù)載電阻RL并聯(lián)；

3.必須限制流過穩(wěn)壓管的電流IZ，不能超過規(guī)定值，以免因過熱而燒毀管子。2023/2/6441.3雙極型三極管(BJT)又稱半導(dǎo)體三極管、晶體管，或簡(jiǎn)稱為三極管。(BipolarJunctionTransistor)三極管的外形如下圖所示。三極管有兩種類型：NPN和PNP型。圖1.3.1三極管的外形2023/2/6451.3.1三極管的結(jié)構(gòu)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1.3.2三極管的結(jié)構(gòu)(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)becPNPe發(fā)射極，b基極，c集電極。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PN2023/2/646圖1.3.3三極管結(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eNNP2023/2/647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1.3.3三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)

(b)PNP型2023/2/6481.3.2三極管的放大作用和載流子的運(yùn)動(dòng)以NPN型三極管為例討論圖1.3.4三極管中的兩個(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2023/2/649三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：NNPebcNNNPPP

1.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。2023/2/650becRcRb三極管中載流子運(yùn)動(dòng)過程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1.3.5三極管中載流子的運(yùn)動(dòng)2023/2/651becIEIBRcRb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(chǎng)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1.3.5三極管中載流子的運(yùn)動(dòng)2023/2/652beceRcRb三極管的電流分配關(guān)系ICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBO

IE=ICn+IBn一般要求ICn在IE中占的比例盡量大。而二者之比稱共基直流電流放大系數(shù)，即一般可達(dá)0.95~0.992023/2/653三個(gè)極的電流之間滿足節(jié)點(diǎn)電流定律，即IE=IC+IB代入(1)式，得其中：

共射直流電流放大系數(shù)。2023/2/654上式中的后一項(xiàng)常用ICEO表示，ICEO稱穿透電流。當(dāng)ICEO<<IC

時(shí)，忽略ICEO，則由上式可得共射直流電流放大系數(shù)近似等于IC

與IB

之比。一般值約為幾十~幾百。2023/2/655三極管的電流分配關(guān)系一組三極管電流關(guān)系典型數(shù)據(jù)IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91

IE/mA00.010.571.161.772.372.961.任何一列電流關(guān)系符合IE=IC+IB，IB<IC<IE,ICIE。

2.當(dāng)IB有微小變化時(shí)，IC

較大。說明三極管具有電流放大作用。

3.共射電流放大系數(shù)共基電流放大系數(shù)2023/2/656

根據(jù)和

的定義，以及三極管中三個(gè)電流的關(guān)系，可得故與兩個(gè)參數(shù)之間滿足以下關(guān)系：直流參數(shù)與交流參數(shù)、的含義是不同的，但是，對(duì)于大多數(shù)三極管來說，與，與的數(shù)值卻差別不大，計(jì)算中，可不將它們嚴(yán)格區(qū)分。2023/2/657輸出回路輸入回路+UCE-1.3.3三極管的特性曲線

特性曲線是選用三極管的主要依據(jù)，可從半導(dǎo)體器件手冊(cè)查得。IBUCE圖1.3.6三極管共射特性曲線測(cè)試電路ICVCCRbVBBcebRcV+V+A++mA

輸入特性：輸出特性：+UCE-+UCE-IBIBIBUBE2023/2/658一、輸入特性

(1)UCE=0時(shí)的輸入特性曲線RbVBBcebIB+UBE_VBBIB+UBE_bceOIB/A當(dāng)UCE=0時(shí)，基極和發(fā)射極之間相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)。所以，當(dāng)b、e之間加正向電壓時(shí)，應(yīng)為兩個(gè)二極管并聯(lián)后的正向伏安特性。圖1.3.7(上中圖)

圖1.3.8(下圖)

2023/2/659

(2)

UCE>0時(shí)的輸入特性曲線

當(dāng)UCE>0時(shí)，這個(gè)電壓有利于將發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子收集到集電極。UCE>UBE，三極管處于放大狀態(tài)。

*特性右移(因集電結(jié)開始吸引電子)OIB/AIBUCEICVCCRbVBBcebRCV+V+A++mAUBE*UCE

≥1V，特性曲線重合。圖1.3.6三極管共射特性曲線測(cè)試電路圖1.3.8三極管的輸入特性UCE=1V2023/2/660二、輸出特性圖1.3.9

NPN三極管的輸出特性曲線IC

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)

1.截止區(qū)

條件：兩個(gè)結(jié)都處于反向偏置。

IB=0時(shí)，IC=ICEO。

硅管約等于1A，鍺管約為幾十~幾百微安。截止區(qū)截止區(qū)2023/2/6612.放大區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏

特點(diǎn)：各條輸出特性曲線比較平坦，近似為水平線，且等間隔。IC

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321放大區(qū)

集電極電流和基極電流體現(xiàn)放大作用，即放大區(qū)放大區(qū)對(duì)NPN

管UBE>0，UBC<0圖1.3.9

NPN三極管的輸出特性曲線2023/2/6623.飽和區(qū)：條件：兩個(gè)結(jié)均正偏I(xiàn)C

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321對(duì)NPN型管，UBE>0UBC>0

特點(diǎn)：IC基本上不隨IB而變化，在飽和區(qū)三極管失去放大作用。

IC

IB。當(dāng)UCE=UBE，即UCB=0時(shí)，稱臨界飽和，UCE

<

UBE時(shí)稱為過飽和。飽和管壓降

UCES<0.4V(硅管)，UCES<

0.2V(鍺管)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)2023/2/663[例1]:三極管工作狀態(tài)的判斷例：測(cè)量某硅材料NPN型BJT各電極對(duì)地的電壓值如下，試判別管子工作在什么區(qū)域？（1）

VC

＝6V

VB

＝0.7V

VE

＝0V（2）VC

＝6V

VB

＝4V

VE

＝4.6V（3）VC

＝2V

VB

＝4V

VE

＝3V解：原則：正偏反偏反偏集電結(jié)正偏正偏反偏發(fā)射結(jié)飽和放大截止對(duì)NPN管而言，放大時(shí)VC

＞VB

＞VE

對(duì)PNP管而言，放大時(shí)VC

＜VB

＜VE

（1）放大區(qū)（2）截止區(qū)（3）飽和區(qū)練習(xí)2023/2/664一、穩(wěn)壓管的特點(diǎn)工作在反向擊穿區(qū)。二、雙極型三極管1、符號(hào)表示ecbNPN

cbePNP知識(shí)點(diǎn)小結(jié)2023/2/6653、特性曲線OIB/AUCE=1V2、三極管的作用:電流分配和放大作用IC

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)工作狀態(tài)截止放大飽和工作條件iB=00＜iB

＜IBSiB

＞IBS工作特點(diǎn)偏置情況發(fā)射結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏集電結(jié)正偏UBE＜0，UBE＜0UBE＞0，UBE＜0UBE＞0，UBE＞0集電極電流iC=0

iC=βiBiC=ICSc、e間電壓uCE=VCCuCE=VCC-iC

RCuCE=UCES≈0.3Vc、e間等效電阻很大，可變，受iB控制很小，相當(dāng)開關(guān)斷開相當(dāng)開關(guān)閉合NPN型三極管的三種工作狀態(tài)及其特點(diǎn)2023/2/667[例2]

某放大電路中BJT三個(gè)電極的電流如圖所示。

IA＝-2mA,IB＝-0.04mA,IC＝+2.04mA,試判斷管腳、管型。解：電流判斷法。

電流的正方向和KCL。IE=IB+ICABC

IAIBICC為發(fā)射極B為基極A為集電極。管型為NPN管。2023/2/668[例3]:測(cè)得工作在放大電路中幾個(gè)晶體管三個(gè)電極的電位U1、U2、U3分別為：

（1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V

（2）U1=-3V、U2=-2.8V、U3=-12V

（3）U1=16V、U2=5.7V、U3=5V

（4）U1=-6V、U2=-2.2V、U3=-2V判斷它們是NPN型還是PNP型？是硅管還是鍺管？確定e、b、c（1）U1b、U2e、U3cNPN硅（2）U1b、U2e、U3cPNP鍺（3）U1c、U2b、U3eNPN硅（4）U1c、U2b、U3ePNP鍺分析：NPN：UBE>0，UCB>0，Uc>Ub>Ue

PNP：UBE<0，UCB<0，Uc<Ub<Ue先求UBE，若等于0.7V，為硅管；若等于0.2V，為鍺管。解：2023/2/6691.3.4三極管的主要參數(shù)三極管的連接方式ICIE+C2+C1VEEReVCCRc(b)共基極接法VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+(a)共發(fā)射極接法圖1.3.10

NPN三極管的電流放大關(guān)系2023/2/670一、電流放大系數(shù)表征管子放大作用的參數(shù)，有以下幾個(gè)：1.共射電流放大系數(shù)

2.共射直流電流放大系數(shù)忽略穿透電流ICEO時(shí)，2023/2/6713.共基電流放大系數(shù)

4.共基直流電流放大系數(shù)忽略反向飽和電流ICBO時(shí)，和

這兩個(gè)參數(shù)不是獨(dú)立的，而是互相聯(lián)系，關(guān)系為：練習(xí)2023/2/672二、反向飽和電流（自學(xué)）1.集電極和基極之間的反向飽和電流ICBO2.集電極和發(fā)射極之間的反向飽和電流ICEO三、極限參數(shù)（自學(xué)）1.集電極最大允許電流ICM2.集電極最大允許耗散功率

PCM3.極間反向擊穿電壓2023/2/6731.3.5

PNP型三極管放大原理與NPN型基本相同，但為了保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，外加電源的極性與NPN正好相反。圖1.3.13三極管外加電源的極性(a)NPN型VCCVBBRCRb~

NNP++uoui(b)PNP型VCCVBBRCRb~++uouiPPN2023/2/674判斷（工作狀態(tài)、管型、管腳）截止區(qū)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)反偏NPN：UBE<0，UCB>0，Uc>Ue>UbPNP：UBE>0，UCB<0，Uc<Ue<Ub放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏

NPN：UBE>0，UCB>0，Uc>Ub>Ue

PNP：UBE<0，UCB<0，Uc<Ub<Ue飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏

NPN：UBE>0，UCB<0，Ub>Uc>UePNP：UBE<0，UCB>0，Ub<Uc<Ue當(dāng)UCE

=UBE，即UCB=0時(shí)，稱臨界飽和

UCES=0.3V---臨界飽和電壓

IBS---

臨界飽和電流，IB>IBS2023/2/6751.4場(chǎng)效應(yīng)三極管只有一種載流子參與導(dǎo)電，且利用電場(chǎng)效應(yīng)來控制電流的三極管，稱為場(chǎng)效應(yīng)管，也稱單極型三極管。場(chǎng)效應(yīng)管分類結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管特點(diǎn)單極型器件(一種載流子導(dǎo)電)；輸入電阻高；工藝簡(jiǎn)單、易集成、功耗小、體積小、成本低。2023/2/676DSGN符號(hào)1.4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管一、結(jié)構(gòu)圖1.4.1

N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖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(gè)正向電壓，N型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子可以導(dǎo)電。導(dǎo)電溝道是N型的，稱N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管。2023/2/677P溝道場(chǎng)效應(yīng)管圖1.4.2

P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N+N+P型溝道GSD

P溝道場(chǎng)效應(yīng)管是在P型硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的N型區(qū)(N+)，導(dǎo)電溝道為P型，多數(shù)載流子為空穴。符號(hào)GDS2023/2/678二、工作原理

N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管用改變UGS大小來控制漏極電流ID的。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(huì)變寬，導(dǎo)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)。2023/2/679

1.設(shè)UDS=0，在柵源之間加負(fù)電源VGG，改變VGG大小。觀察耗盡層的變化。ID=0GDSN型溝道P+P+(a)

UGS=0UGS=0時(shí)，耗盡層比較窄，導(dǎo)電溝比較寬UGS

由零逐漸增大，耗盡層逐漸加寬，導(dǎo)電溝相應(yīng)變窄。當(dāng)UGS=UP，耗盡層合攏，導(dǎo)電溝被夾斷，夾斷電壓UP

為負(fù)值。ID=0GDSP+P+N型溝道

(b)

UGS<0VGGID=0GDSP+P+

(c)

UGS=UPVGG2023/2/680

2.在漏源極間加正向VDD，使UDS>0，在柵源間加負(fù)電源VGG，觀察UGS變化時(shí)耗盡層和漏極ID

。UGS=0，UGD>UP

，ID

較大。GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0，UGD>UP

，ID更小。GDSNISIDP+P+VDD

注意：當(dāng)UDS>0時(shí)，耗盡層呈現(xiàn)楔形。(a)(b)2023/2/681GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0,UGD=UP,預(yù)夾斷UGS<0

,UGD<UP,

夾斷,ID基本不變。GDSISIDP+VDDVGGP+P+(1)

改變UGS，改變了PN結(jié)中電場(chǎng)，控制了ID

，故稱場(chǎng)效應(yīng)管；(2)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵源之間加反向偏置電壓，使PN反偏，柵極基本不取電流，因此，場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻很高。(c)(d)2023/2/682三、特性曲線1.轉(zhuǎn)移特性(N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例)O

UGSIDIDSSUP圖1.4.6轉(zhuǎn)移特性UGS=0，ID最大；UGS

愈負(fù)，ID愈小；UGS=UP，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UP

(ID=0時(shí)的UGS)UDSIDVDDVGGDSGV+V+UGS圖1.4.5特性曲線測(cè)試電路+mA2023/2/683轉(zhuǎn)移特性公式OuGS/VID/mAIDSSUP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(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線的近似公式：≤≤2023/2/684IDSS/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)。漏極特性UDSIDVDDVGGDSGV+V+UGS圖1.4.5特性曲線測(cè)試電路+mA圖1.4.6(b)漏極特性夾斷區(qū)2023/2/685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。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(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管。圖1.4.7在漏極特性上用作圖法求轉(zhuǎn)移特性2023/2/6861.4.2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET（Metal-OxideSemiconductorFieldEffectTransistor）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(chǎng)效應(yīng)管，或簡(jiǎn)稱MOS場(chǎng)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(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管。2023/2/687一、N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)及符號(hào)示意圖P型襯底N+N+BGSDSiO2源極S漏極D襯底引線B柵極G圖1.4.8

N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖SGDB符號(hào)2023/2/6882.工作原理絕緣柵場(chǎng)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。(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1.4.92023/2/689(2)

UDS=0，

UGS>0P型襯底N+N+BGSD

P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。VGG---------(3)

UDS=0，UGS

繼續(xù)增大增大UGS

耗盡層變寬。由于吸引了足夠多的電子，形成可移動(dòng)的表面電荷層——反型層、N型導(dǎo)電溝道。---N型溝道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。2023/2/690(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)2023/2/691DP型襯底N+N+BGSVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVG