電子技術(shù)（十一五國(guó)家規(guī)劃）第1章

第1章常用半導(dǎo)體器件

內(nèi)容提要本章在簡(jiǎn)單介紹了半導(dǎo)體的基本知識(shí)后，重點(diǎn)討論了半導(dǎo)體二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管和集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)、特性和主要參數(shù)。

返回1.1二極管1.2特殊二極管1.3晶體管1.4場(chǎng)效應(yīng)管1.5集成運(yùn)算放大器

1.1二極管1.1.1二極管簡(jiǎn)介半導(dǎo)體二極管，實(shí)際上是由一個(gè)PN結(jié)加上電極引線與外殼制成的。由P區(qū)引出的電極稱為陽(yáng)極或正極，由N區(qū)引出的電極稱為陰極或負(fù)極。因PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?，所以二極管也具有單向?qū)щ娦浴Ｈ鐖D1.1所示為二極管的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意和符號(hào)。二極管按所用半導(dǎo)體材料可分為硅二極管和鍺二極管；按內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為點(diǎn)接觸型二極管和面接觸型二極管；按用途分類除了普通二極管外，還有穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、光電二極管等。圖1.1二極管的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意和符號(hào)

1.1.2二極管的電壓-電流關(guān)系

二極管的電壓-電流關(guān)系是指二極管兩端電壓和其中流過的電流之間的伏安特性曲線。圖1.2給出了較為典型的硅管伏安特性曲線。

圖1.2二極管伏安特性曲線

1．正向特性二極管陽(yáng)極接高電位，陰極接低電位，這種連接稱為二極管的正向偏置。死區(qū)：由圖1.2可見，對(duì)某一給定的二極管，當(dāng)外加的正向電壓低于一定值時(shí)，其正向電流很小，幾乎為零。而當(dāng)正向電壓超過此值時(shí)，正向電流增長(zhǎng)很快，這個(gè)正向電壓的定值通常被稱為“死區(qū)電壓”，其大小與材料及環(huán)境溫度有關(guān)。一般來說，硅管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺管的死區(qū)電壓約為0.1V。正向工作區(qū)：當(dāng)二極管正向電壓超過死區(qū)電壓后，正向電流變化很大，而電壓的變化極小，硅管的導(dǎo)通電壓約為0.6～0.7V，鍺管的導(dǎo)通電壓約為0.2～0.3V。為了討論計(jì)算的方便，通常認(rèn)為二極管正向?qū)ê箅妷汗潭ㄔ谀硞€(gè)值，這個(gè)值被稱為導(dǎo)通電壓，以后我們?cè)谟懻撚?jì)算時(shí)，統(tǒng)一取硅管的導(dǎo)通電壓為0.7V，鍺管的導(dǎo)通電壓為0.3V。2.反向特性二極管陽(yáng)極接低電位，陰極接高電位，這種連接稱為二極管的反向偏置。反向截止區(qū)：當(dāng)外加電壓為負(fù)時(shí)，即加以反向電壓，由圖1.2可見，反向電流很小，且在某一范圍內(nèi)基本保持不變，稱為反向飽和電流。由于半導(dǎo)體的熱敏特性，反向飽和電流將隨溫度的升高而增大。反向擊穿區(qū)：當(dāng)外加電壓過高而超過某一值時(shí)，則反向電流突然增大，二極管失去了單向?qū)щ娦裕@種現(xiàn)象稱為反向擊穿，此時(shí)的反向電壓稱為反向擊穿電壓。一般的二極管反向擊穿后將因反向電流過大而損壞。1.1.3二極管的主要參數(shù)

二極管的特性除用伏安特性曲線表示外，還可用它的參數(shù)來說明，二極管的主要參數(shù)有如下幾種。1．最大整流電流IFM

最大整流電流IFM是指二極管長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。使用時(shí)工作電流要小于這個(gè)電流，否則，電流過大，將有可能使二極管燒壞。2．最高反向工作電壓URM

最高反向工作電壓URM是指允許加在二極管兩端的最大反向電壓。最高反向工作電壓一般為擊穿電壓的1/2或2/3。1.1.4二極管的應(yīng)用

利用二極管的單向?qū)щ娦?，可以組成整流、開關(guān)、限幅、鉗位等應(yīng)用電路。關(guān)于整流電路將在第11章中詳細(xì)論述。1．開關(guān)作用二極管在數(shù)字電路中應(yīng)用時(shí)，常將其理想化為一個(gè)無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)器件。二極管正向?qū)〞r(shí)，正向壓降為0V，相當(dāng)于開關(guān)閉合；二極管反向截止時(shí)，視其反向電流為0，相當(dāng)于開關(guān)斷開。

2．二極管限幅電路當(dāng)輸入信號(hào)幅度變化較大時(shí)，限制輸出信號(hào)幅度的電路稱為限幅電路，如圖1.3所示。設(shè)VD為理想二極管，即忽略其正向壓降和反向電流。若輸入電壓ui為正弦波，根據(jù)二極管的單向?qū)щ娦?，可得出輸出電壓uo的波形，從波形圖中不難看出，輸出電壓幅度被限制在E值。

圖1.3二極管限幅電路

3．二極管鉗位電路將電路中某點(diǎn)電位值鉗制在選定的數(shù)值上而不受負(fù)載變動(dòng)影響的電路叫鉗位電路，如圖1.4所示。只要二極管VD處于導(dǎo)通狀態(tài)，不論負(fù)載RL改變多少，電路的輸出電壓uo始終等于UG+UV，其中UV為二極管的導(dǎo)通電壓。

圖1.4鉗位電路

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1.2特殊二極管1.2.1穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型硅二極管，其符號(hào)和伏安特性曲線如圖1.5所示。其正向特性曲線與普通二極管基本相同。但反向擊穿特性曲線很陡且穩(wěn)壓管的反向擊穿是可逆的，故它可長(zhǎng)期工作在反向擊穿區(qū)而不致?lián)p壞。正常情況下穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)，由于曲線很陡，反向電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，穩(wěn)壓管兩端的電壓卻幾乎穩(wěn)定不變，穩(wěn)壓管就是利用這一特性在電路中起穩(wěn)壓作用的。只要反向電流不超過其最大穩(wěn)定電流，就不會(huì)引起破壞性的擊穿，因此，在電路中常與穩(wěn)壓管串聯(lián)一適當(dāng)?shù)南蘖麟娮琛D1.5穩(wěn)壓管的符號(hào)和伏安特性曲線

與一般二極管不同，穩(wěn)壓管的主要參數(shù)有以下幾種。（1）穩(wěn)定電壓UZ。穩(wěn)定電壓是指穩(wěn)壓管在正常工時(shí)管子兩端的電壓。（2）穩(wěn)定電流IZ。穩(wěn)定電流IZ是指保持穩(wěn)定電壓U時(shí)的工作電流。（3）最大穩(wěn)定電流IZmax。最大穩(wěn)定電流是指穩(wěn)壓管通過的最大反向電流。穩(wěn)壓管在工作時(shí)電流不應(yīng)超出這個(gè)值。1.2.2發(fā)光二極管發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱LED，是一種把電能直接轉(zhuǎn)換成光能的固體發(fā)光器件。發(fā)光二極管也是由PN結(jié)構(gòu)成的，具有單向?qū)щ娦?，?dāng)發(fā)光二極管加上正向電壓時(shí)能發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，采用不同的材料，可發(fā)出紅、黃、綠等不同顏色的光。圖1.6所示為發(fā)光二極管外形及其圖形符號(hào)。發(fā)光二極管常用做顯示器件，可單個(gè)使用，也可做成七段式或矩陣式數(shù)字顯示器件。工作電流一般為幾～幾十毫安之間。圖1.6發(fā)光二極管及符號(hào)1.2.3光電二極管光電二極管又稱做光敏二極管，是一種將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。它由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，具有單向?qū)щ娦裕涔軞ど嫌幸粋€(gè)用有機(jī)玻璃透鏡封閉的窗口，入射光通過透鏡正好照射在二極管上。使用時(shí)，其PN結(jié)工作在反向偏置狀態(tài)，在光的照射下，反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升，這時(shí)的反向電流稱為光電流。光電二極管常用做傳感器的光敏器件，其外形及符號(hào)如圖1.7所示。

圖1.7光電二極管及符號(hào)

返回1.3晶體管1.3.1晶體管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體晶體管的種類很多，按頻率分有高頻管、低頻管；按功率分有小、中、大功率管；按結(jié)構(gòu)分有NPN型和PNP兩種類型。晶體管（亦稱半導(dǎo)體晶體管）是通過一定的工藝，將兩個(gè)PN結(jié)結(jié)合在一起的器件。圖1.8所示為晶體管的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)。圖1.8晶體管的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)

晶體管是由三層半導(dǎo)體制成的兩個(gè)PN結(jié)（發(fā)射結(jié)和集電結(jié)），其特點(diǎn)是中間一層P（或N）型半導(dǎo)體特別薄，兩邊各為一層N（或P）型半導(dǎo)體。從三層半導(dǎo)體上分別引出3個(gè)電極，稱為集電極C、基極B和發(fā)射極E，對(duì)應(yīng)的每塊半導(dǎo)體稱為集電區(qū)、基區(qū)和發(fā)射區(qū)。雖然發(fā)射區(qū)和集電區(qū)都是N（或P）型半導(dǎo)體，但是發(fā)射區(qū)比集電區(qū)摻的雜質(zhì)重，因此它們并不對(duì)稱，使用時(shí)這兩個(gè)極不能混淆。

1.3.2晶體管的放大作用

以NPN型晶體管為例，通過實(shí)驗(yàn)來了解半導(dǎo)體晶體管的放大原理和其中的電流分配情況，實(shí)驗(yàn)電路如圖1.9所示。圖1.9電流放大實(shí)驗(yàn)電路將晶體管接成兩條電路，一條是由電源電壓UCC的正極經(jīng)過電阻RB（通常為幾百千歐的可調(diào)電阻）、基極、發(fā)射極到電源電壓UCC的負(fù)極，稱為基極回路。另一條是由電源電壓UCC的正極經(jīng)過電阻RC、集電極、發(fā)射極再回到電源電壓UCC的負(fù)極，稱為集電極回路?？梢?，發(fā)射極是兩個(gè)回路所共用的，所以這種接法稱為共發(fā)射極電路。改變可變電阻RB，則基極電流IB、集電極電流IC和發(fā)射極電流IE都發(fā)生變化，電流方向如圖1.9所示，測(cè)試結(jié)果列于表1.1中。

表1.1實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)

電流（mA）實(shí)驗(yàn)次數(shù)123456IB00.020.040.060.080.10IC<0.0010.701.502.303.103.95IE<0.0010.721.542.363.184.05由實(shí)驗(yàn)及測(cè)試結(jié)果可得出如下結(jié)論。（1）三個(gè)電流符合基爾霍夫定律，即IE

=IB

+IC（1-1）

且基極電流IB很小，忽略IB不計(jì)，則有IE≈IC（2）晶體管有電流放大作用，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，IC與IB的的比值近似為一個(gè)常數(shù)，即（1-2）基極電流IB的微小變化能引起集電極電流IC較大的變化，即（1-3）以上兩式中的和分別稱為晶體管的直流和交流電流放大系數(shù)。從表1.1中可以看出，，且在一定范圍內(nèi)幾乎不變，故工程上不必嚴(yán)格區(qū)分，估算時(shí)可以通用。1.3.3晶體管的特性曲線及工作狀態(tài)晶體管采用共發(fā)射極接法時(shí)，信號(hào)從基極-發(fā)射極回路輸入，從集電極-發(fā)射極回路輸出，所以有兩條伏安特性曲線。這些特性曲線可用晶體管特性圖示儀直觀地顯示出來，也可通過如圖1.10所示的實(shí)驗(yàn)電路進(jìn)行測(cè)繪。圖中，UCC＞UBB，以使發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，保證晶體管放大的外部條件。

圖1.10晶體管特性曲線實(shí)驗(yàn)電路

1．輸入特性曲線輸入特性是指當(dāng)集-射電壓UCE為常數(shù)時(shí)，基極電流IB與基-射電壓UBE之間的關(guān)系曲線，如圖1.11所示。可以看到，它類似二極管的正向伏安特性曲線，晶體管的輸入特性曲線也有一段死區(qū)，硅管的死區(qū)電壓約為0.5V，鍺管的死區(qū)電壓約為0.1V。在正常導(dǎo)通時(shí)，硅管的UBE約為0.7V，而鍺管UBE約為0.3V。且對(duì)晶體管而言，當(dāng)UCE＞1V后，即使加大UCE，這條輸入特性曲線基本上也是與UCE無(wú)關(guān)的。圖1.11輸入特性曲線

2．輸出特性曲線輸出特性是指當(dāng)基極電流IB為常數(shù)時(shí)，集電極電流IC與集-射電壓UCE之間的關(guān)系曲線。在不同的IB下，可得出不同的曲線，所以晶體管的輸出特性曲線是一組曲線，如圖1.12（a）所示。

圖1.12輸出特性曲線

通常把晶體管的輸出特性曲線分為3個(gè)工作區(qū)。（1）放大區(qū)。輸出特性曲線近于水平的區(qū)域是放大區(qū)，也稱線性區(qū)。此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。對(duì)NPN型管，就是UBE＞0.5V（或UBE＞0.1V），且UCE＞1V時(shí)，晶體管工作于放大狀態(tài)。在此區(qū)域，晶體管具有恒流特性：，可見

IB不變時(shí)，IC基本不變，IC受IB的控制，與UCE基本無(wú)關(guān)。（2）截止區(qū)。IB=0曲線與橫軸之間的區(qū)域是截止區(qū)。此時(shí)發(fā)射結(jié)反偏或零偏，集電結(jié)反偏。對(duì)NPN型硅管，當(dāng)UBE=0時(shí)，即已開始截止，但是為了截止可靠，常使UBE＜0。當(dāng)減小IB使工作點(diǎn)下移到Q2點(diǎn)時(shí)，晶體管即進(jìn)入截止區(qū)，此時(shí)IB=0，IC=ICEO≈0（ICEO稱做穿透電流），UCE≈UCC。C，B，E3個(gè)電極間相當(dāng)于開路，其等效電路如圖1.12（b）所示。（3）飽和區(qū)。IC隨UCE的增大而增大的區(qū)域是飽和區(qū)。此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。對(duì)NPN型管，當(dāng)UCE＜UBE時(shí)，晶體管工作于飽和狀態(tài)。當(dāng)增加IB使工作點(diǎn)上移到Q1點(diǎn)時(shí)，晶體管即進(jìn)入飽和區(qū)，此時(shí)IB的變化對(duì)IC的影響較小，IC≠IB，其管壓降UCE稱為飽和壓降UCES，一般硅管約為0.3V，鍺管約為0.1V，都可近似為0V。因UCES≈0，C，E極近似于短路，UBE≈0.7V，B，E極也近似于短路，等效電路如圖1.12（c）所示。可見，晶體管具有開關(guān)作用，它相當(dāng)于一個(gè)由基極電流控制的無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)，截止時(shí)相當(dāng)于開關(guān)斷開，飽和時(shí)相當(dāng)于開關(guān)閉合。在模擬電路中，晶體管常用做放大元件，工作在放大區(qū)；在數(shù)字電路中，晶體管常用做開關(guān)元件，工作在截止區(qū)和飽和區(qū)。晶體管工作區(qū)的判別分析非常重要，當(dāng)放大電路中的晶體管不工作在放大區(qū)時(shí)，放大信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重失真。例1.1已知圖1.13中各晶體管均為硅管，測(cè)得各管腳的電壓值分別如圖中所示值，試判別各晶體管的工作狀態(tài)。圖1.13例1.1的圖

解：（1）在圖1.13（a）中，因?yàn)閁BE=0.7V＞0，發(fā)射結(jié)正偏；UBC=0.5V＞0，集電結(jié)正偏，故可判斷它工作在飽和區(qū)。（2）在圖1.13（b）中，因?yàn)閁BE=0.7V＞0，發(fā)射結(jié)正偏；UBC=-5.3V＜0，集電結(jié)反偏，故可判斷它工作在放大區(qū)。（3）在圖1.13（c）中，因?yàn)閁EB=0V，發(fā)射結(jié)零偏；UCB=-2V＜0，集電結(jié)反偏，故可判斷它工作在截止區(qū)。

1.3.4晶體管的主要參數(shù)1．電流放大系數(shù)

是指輸出電流與輸入電流的比值，用于衡量晶體管電流放大能力的參數(shù)。由于制造工藝的分散性，即使是同一型號(hào)的晶體管，

值也有很大差別。但對(duì)一個(gè)給定的管子，值是一定的。一般值為20～200之間。選用晶體管時(shí)，值太大穩(wěn)定性差，值太小則電流放大能力弱。2．穿透電流ICEOICEO是基極開路時(shí)集-射極之間的電流。由于這個(gè)電流似乎是從集電區(qū)穿過基區(qū)流至發(fā)射區(qū)，所以稱穿透電流。這個(gè)電流越小，表明晶體管的質(zhì)量越好。3．集電極最大允許電流ICM

集電極電流過大時(shí)，

值明顯下降，當(dāng)

值下降到正常值的2/3時(shí)的集電極電流IC，稱為集電極最大允許電流ICM。作為放大管使用時(shí)，IC不宜超過ICM，超過時(shí)會(huì)引起

值下降、輸出信號(hào)失真，過大時(shí)還會(huì)燒壞管子。4．集-射極反向擊穿電壓U（BR）CEOU（BR）CEO是基極開路時(shí)加在集-射極之間的最大允許電壓。當(dāng)晶體管的集-射極電壓大于此值時(shí)，ICEO大幅度上升，說明晶體管已被擊穿。電子器件手冊(cè)上給出的一般是常溫（25℃）時(shí)的值。在高溫下，其反向擊穿電壓將會(huì)降低，使用時(shí)應(yīng)特別注意。5．集電極最大允許耗散功率PCM

由于集電極電流在流經(jīng)集電結(jié)時(shí)要產(chǎn)生功率損耗，使結(jié)溫升高，從而會(huì)引起晶體管參數(shù)變化。當(dāng)晶體管因受熱而引起的變化不超過允許值時(shí)，集電極所消耗的最大功率，稱為集電極最大允許耗散功率PCM。PCM=ICUCE

工作時(shí)，應(yīng)使PC＜PCM。返回

1.4場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管是一種較新型的半導(dǎo)體器件，它的輸入電阻極高，可達(dá)109～1014，同時(shí)它有噪聲小、熱穩(wěn)定性好、耗電少和便于集成化等優(yōu)點(diǎn)，因此在大規(guī)模集成電路中應(yīng)用極為廣泛。場(chǎng)效應(yīng)管有兩種類型：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管可以分成增強(qiáng)型和耗盡型兩大類，每一類中又有N溝道和P溝道之分。在此我們簡(jiǎn)單介紹絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。1.4.1絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)如圖1.14（a）所示，它是用一塊P型薄硅片做襯底，其上擴(kuò)散兩個(gè)N+區(qū)作為源極S和漏極D，在硅片表面生成一層SiO2絕緣體，絕緣體上的金屬電極為柵極G。因柵極和其他電極及導(dǎo)電溝道是絕緣的，所以稱絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管，或稱金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱MOS管。工作時(shí)在漏極D和源極S之間形成導(dǎo)電溝道，稱做N溝道。由于摻入離子數(shù)量不同，工作中有差別，又分為耗盡型NMOS管和增強(qiáng)型NMOS管，其符號(hào)分別如圖1.14（b）、（c）所示。若圖中符號(hào)的箭頭方向相反，則分別表示P溝道耗盡型PMOS管和增強(qiáng)型PMOS管。圖1.14N溝道絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管

1.4.2場(chǎng)效應(yīng)管的原理和特性1．工作原理當(dāng)UGS=0時(shí)，D,S兩極間為由半導(dǎo)體N-P-N組成的兩個(gè)反向串聯(lián)的PN結(jié)，因此，可認(rèn)為漏極電流ID=0。當(dāng)UGS＞0時(shí)，P型襯底中的電子受到吸引而到達(dá)表層形成N型薄層，即N型導(dǎo)電溝道。導(dǎo)電溝道形成后，若在D，S兩極間加上正向電壓就會(huì)有漏極電流ID。這種MOS管在UGS=0時(shí)沒有導(dǎo)電溝道，只有在UGS增大到開啟電壓UGS(th)時(shí)才能形成導(dǎo)電溝道，因而稱為增強(qiáng)型NMOS管。在UGS＞UGS(th)時(shí)，隨柵源電壓UGS的變化，ID亦隨之變化，這就是增強(qiáng)型MOS管的柵極控制作用。

2．特性曲線（1）轉(zhuǎn)移特性曲線。轉(zhuǎn)移特性是指在UDS一定時(shí)，輸入電壓UGS對(duì)輸出電流ID的控制特性。雖然UDS不同時(shí)會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)移特性有影響，但在場(chǎng)效應(yīng)管的工作區(qū)內(nèi)，ID幾乎與UDS無(wú)關(guān)；對(duì)應(yīng)不同UDS值的轉(zhuǎn)移特性曲線幾乎重合，所以通常只用一條曲線來表示，如圖1.15所示。由轉(zhuǎn)移特性曲線可以更清楚地看出柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用，所以說場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制器件。（2）輸出特性曲線。輸出特性曲線是指在UGS一定時(shí)，漏極電流ID與漏-源電壓UDS之間的關(guān)系曲線。如圖1.16所示，輸出特性曲線也是一組曲線。觀察ID隨UGS的變化情況，可以分成可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和夾斷區(qū)。場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)用于放大電路時(shí)就工作在恒流區(qū)。在這個(gè)區(qū)域，ID幾乎與UDS無(wú)關(guān)，而由電壓UGS控制。用一個(gè)小電壓去控制一個(gè)大電流，是場(chǎng)效應(yīng)管的最大特點(diǎn)。

圖1.15增強(qiáng)型NMOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線圖1.16增強(qiáng)型NMOS管的輸出特性曲線

1.4.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)

1．夾斷電壓UGS(off)當(dāng)UDS為常數(shù)時(shí)，使ID等于一個(gè)微弱電流（如50A）時(shí)，柵源之間所加電壓，稱為夾斷電壓UGS(off)。2．開啟電壓UGS(th)當(dāng)UDS為常數(shù)時(shí)，有溝道將漏、源極連接起來的最小UGS值，稱為開啟電壓UGS(th)。3．飽和漏電流IDSS當(dāng)UGS=0，且UDS＞時(shí)的漏極電流，稱為飽和漏電流IDSS。4．直流輸入電阻RGS

柵-源電壓UGS與對(duì)應(yīng)的柵極電流IG之比，稱為直流輸入電阻RGS。5．低頻跨導(dǎo)gm當(dāng)UDS為常數(shù)時(shí)，漏極電流ID與柵-源電壓UGS變化量的比值稱為低頻跨導(dǎo)，表示為1.4.4場(chǎng)效應(yīng)管的使用注意事項(xiàng)（1）由于MOS管的輸入電阻很高，柵極的感應(yīng)電荷不宜釋放，可形成很高電壓，將絕緣層擊穿而損壞，因此，使用時(shí)柵極不能開路，保存時(shí)各極需短路。（2）結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管漏極與源極可互換使用。對(duì)MOS管，若管子內(nèi)部已將襯底與源極短路，則不能互換，否則可互換。（3）低頻跨導(dǎo)與工作電流有關(guān)，ID越大，gm也越大。1.4.5場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的性能比較

場(chǎng)效應(yīng)管與一般晶體管的比較，見表1.2?？梢姡瑘?chǎng)效應(yīng)管的突出優(yōu)點(diǎn)是輸入電阻極高，主要不足之處是跨導(dǎo)低，單級(jí)放大倍數(shù)不如晶體管。

器件名稱項(xiàng)目雙極型管場(chǎng)效應(yīng)管載流子有兩種不同極性的載流子（電子與空穴）同時(shí)能參與導(dǎo)電，故稱為雙極型管只有一種極性的載流子（電子或空穴）參與導(dǎo)電，故又稱為單極型管控制方式電流控制電壓控制類型NPN型和PNP型兩種N溝道和P溝道兩種放大參數(shù)=20～200gm=（1～5）mA/V輸入電阻102～104107～1014輸出電阻rce很高rds很高熱穩(wěn)定性差好制造工藝較復(fù)雜簡(jiǎn)單，成本低對(duì)應(yīng)極基極-柵極，發(fā)射極-源極，集電極-漏極表1.2場(chǎng)效應(yīng)管與一般晶體管的比較

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集成運(yùn)算放大器是用集成電路工藝制成的高增益放大器，簡(jiǎn)稱運(yùn)放。它的應(yīng)用已超出早期的數(shù)學(xué)運(yùn)算范疇，能夠?qū)崿F(xiàn)各種不同功能的線性和非線性應(yīng)用。運(yùn)放的內(nèi)部電路相當(dāng)復(fù)雜，但作為使用者，只需要關(guān)注它的外部特性。目前運(yùn)放已經(jīng)像晶體管一樣成為一種通用性極強(qiáng)的基本單元器件。

1.5集成運(yùn)算放大器1.5.1集成運(yùn)算放大器的外形和符號(hào)集成運(yùn)算放大器是一個(gè)多端元件，主要采用圓殼式和雙列直插式兩種封裝外形。如圖1.17所示是CF741集成運(yùn)算放大器，它通過7個(gè)管腳與外電路相接。各管腳的作用如下：2為反相輸入端，由此端接輸入信號(hào)，則輸出信號(hào)與輸入信號(hào)是反相的。3為同相輸入端，由此端接輸入信號(hào)，則輸出信號(hào)與輸入信號(hào)是同相的。4為負(fù)電源端，接-10V穩(wěn)壓電源。7為正電源端，接+10V穩(wěn)壓電源。6為輸出端。1和5為外接調(diào)零電位器（通常為10k）的兩個(gè)端子。8為空腳。圖1.17運(yùn)算放大器的外形（a）金屬圓殼封裝；（b）塑料雙列直插式封裝不同類型運(yùn)放的管腳排列規(guī)律是不同的，可查閱產(chǎn)品手冊(cè)來確定。畫電路圖時(shí)集成運(yùn)放的電路符號(hào)如圖1.18所示。圖（a）是國(guó)家新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號(hào)；圖（b）是舊符號(hào)。通常只畫出輸入和輸出端，其余各端可不畫出。圖1.18集成運(yùn)放的電路符號(hào)

（a）新符號(hào)；（b）舊符號(hào)

1.5.2理想運(yùn)算放大器

運(yùn)算放大器的特點(diǎn)包括：輸入電阻非常高（10k～1000M），輸出電阻很?。?0～500），電壓放大倍數(shù)很大（104～106），零點(diǎn)漂移很小，能放大交流信號(hào)，也能放大直流信號(hào)等。根據(jù)運(yùn)放的這些特點(diǎn)，可將實(shí)際運(yùn)放理想化：電壓增益Au

→∞；

輸入電阻Ri

→∞；

輸出電阻Ro→0。

此外，可認(rèn)為其通頻帶為無(wú)限寬，沒有失調(diào)現(xiàn)象，即當(dāng)輸入電壓為零時(shí)，輸出電壓也為零。理想運(yùn)放的符號(hào)如圖1.19所示，表示信號(hào)傳輸方向，∞表示理想條件。

圖1.19理想運(yùn)放符號(hào)

1.5.3集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)集成運(yùn)算放大器的工作區(qū)分為線性區(qū)和非線性區(qū)（飽和區(qū)）。它可工作在線性區(qū)也可工作在非線性區(qū)，但分析方法不同。1．集成運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)集成運(yùn)放線性應(yīng)用的必要條件是：集成運(yùn)放必須引入深度負(fù)反饋。（1）虛短。在線性區(qū)，輸出電壓與輸入電壓成簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，即uo=Ao(u+-u-)

因?yàn)槔硐脒\(yùn)放的Ao→∞，而uo為有限值（絕對(duì)值小于電源電壓值），所以

即u+=u－（1-4）于是反相端與同相端之間可視為短路。但事實(shí)上Ao不可能無(wú)限大，兩輸入端又不可能短接，所以不是真正短路，而是“虛假短路”，簡(jiǎn)稱虛短。（2）虛斷。由于理想運(yùn)放的Ri

→∞，故認(rèn)為反相輸入端與同相輸入端的輸入電流均趨于零，即有