電子線路第一章

電子線路第一章1第1頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二第一章、半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.2晶體二極管1.3雙極型晶體管1.4場效應(yīng)晶體管2第2頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)1.1.1本征半導(dǎo)體1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1.1.3載流子的運(yùn)動(dòng)方式及形成的電流3第3頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二1.半導(dǎo)體及其材料

·導(dǎo)體:電阻率ρ小于10-3Ω·cm·絕緣體:ρ大于108Ω·cm·半導(dǎo)體:ρ介于導(dǎo)體和絕緣體之間。常用半導(dǎo)體材料有:硅（Si）、鍺（Ge）等1.1.1本征半導(dǎo)體4第4頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二摻雜性：在純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，其電阻率大大下降而導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)。據(jù)此可制作各種半導(dǎo)體器件，如二極管和雙極型晶體管等。2.半導(dǎo)體的特性

1.1.1本征半導(dǎo)體5第5頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，半導(dǎo)體的電阻率隨著光照增強(qiáng)而下降，其導(dǎo)電能力增強(qiáng)。據(jù)此可制作各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等。

2.半導(dǎo)體的特性

熱敏性：半導(dǎo)體的電阻率隨著溫度的上升而明顯下降，其導(dǎo)電能力增強(qiáng)。據(jù)此可制作溫度敏感元件，如熱敏電阻。1.1.1本征半導(dǎo)體6第6頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二半導(dǎo)體的原子結(jié)構(gòu):本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。3.本征半導(dǎo)體概念

1.1.1本征半導(dǎo)體

硅(Si)

鍺(Ge)7第7頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共價(jià)鍵中的兩個(gè)價(jià)電子原子核3.本征半導(dǎo)體概念

1.1.1本征半導(dǎo)體8第8頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二本征激發(fā)（熱激發(fā)）4.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

本征激發(fā)產(chǎn)生的空穴價(jià)電子

價(jià)電子受熱或受光照（即獲得一定能量）后，可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)帶正電的空穴。該現(xiàn)象稱為本征激發(fā)(熱激發(fā))本征激發(fā)產(chǎn)生的自由電子1.1.1本征半導(dǎo)體9第9頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二本征激發(fā)（熱激發(fā)）4.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

空穴價(jià)電子自由電子在熱激發(fā)下，本征半導(dǎo)體中存在兩種能參與導(dǎo)電的載運(yùn)電荷的粒子(載流子)：成對的電子和空穴復(fù)合——自由電子回到共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中的現(xiàn)象。此時(shí)電子空穴成對消失。1.1.1本征半導(dǎo)體10第10頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二4.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

自由電子和空穴成對地產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。注意：

(1)本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少,其導(dǎo)電性能很差。(2)溫度越高，載流子的數(shù)目越多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就越好?？梢姡瑴囟葘Π雽?dǎo)體器件性能影響很大。1.1.1本征半導(dǎo)體11第11頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二小結(jié)（1）半導(dǎo)體及其材料

（2）半導(dǎo)體特性

（3）本征半導(dǎo)體概念

（4）本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理1.1.1本征半導(dǎo)體12第12頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二

雜質(zhì)半導(dǎo)體—在本征半導(dǎo)體中摻入微量其它元素而得到的半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為：N型(電子)半導(dǎo)體和P型(空穴)半導(dǎo)體兩類。1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體13第13頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二

1.N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入微量五價(jià)元素物質(zhì)（磷、砷等）而得到的雜質(zhì)半導(dǎo)體。結(jié)構(gòu)圖1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體14第14頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二

摻雜后，某些位置上的硅原子被5價(jià)雜質(zhì)原子（如磷原子）取代。磷原子的5個(gè)價(jià)電子中，4個(gè)價(jià)電子與鄰近硅原子的價(jià)電子形成共價(jià)鍵，剩余價(jià)電子只要獲取較小能量即可成為自由電子。同時(shí)，提供電子的磷原子因帶正電荷而成為正離子。電子和正離子成對產(chǎn)生。上述過程稱為施主雜質(zhì)電離。5價(jià)雜質(zhì)原子又稱施主雜質(zhì)。1.N型半導(dǎo)體1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體15第15頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二這種電子為多數(shù)載流子的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為N型半導(dǎo)體。可見：在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子（簡稱多子）；空穴是少數(shù)載流子（簡稱少子）。N型半導(dǎo)體中還存在來自于熱激發(fā)的電子-空穴對。1.N型半導(dǎo)體1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體16第16頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二

在本征半導(dǎo)體中摻入微量三價(jià)元素物質(zhì)（硼、鋁等）而得到的雜質(zhì)半導(dǎo)體。結(jié)構(gòu)圖2.P型半導(dǎo)體1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體17第17頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二

摻雜后，某些位置上的硅原子被3價(jià)雜質(zhì)原子（如硼原子）取代。硼原子有3個(gè)價(jià)電子，與鄰近硅原子的價(jià)電子構(gòu)成共價(jià)鍵時(shí)會(huì)形成空穴，導(dǎo)致共價(jià)鍵中的電子很容易運(yùn)動(dòng)到這里來。同時(shí)，接受一個(gè)電子的硼原子因帶負(fù)電荷而成為不能移動(dòng)的負(fù)離子?？昭ê拓?fù)離子成對產(chǎn)生。上述過程稱為受主雜質(zhì)電離。3價(jià)雜質(zhì)原子又稱受主雜質(zhì)。2.P型半導(dǎo)體1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體18第18頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二這種空穴為多數(shù)載流子的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)體?？梢姡涸赑型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子(簡稱多子),自由電子是少數(shù)載流子（簡稱少子）。P型半導(dǎo)體中還存在來自于熱激發(fā)的電子-空穴對。2.P型半導(dǎo)體1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體19第19頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)—載流子受擴(kuò)散力的作用所作的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散電流—載流子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為擴(kuò)散電流。

擴(kuò)散電流大小與載流子濃度梯度成正比1.擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)及擴(kuò)散電流1.1.3載流子的運(yùn)動(dòng)方式及形成的電流20第20頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二漂移運(yùn)動(dòng)—載流子在電場力作用下所作的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。漂移電流—載流子漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流稱為漂移電流。漂移電流大小與電場強(qiáng)度成正比2.漂移運(yùn)動(dòng)及漂移電流1.1.3載流子的運(yùn)動(dòng)方式及形成的電流21第21頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二1.2晶體二極管1.2.1PN結(jié)的基本原理1.2.2晶體二極管1.2.3晶體二極管應(yīng)用電路舉例22第22頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二1.PN結(jié)的形成

在一塊本征半導(dǎo)體的兩邊摻以不同的雜質(zhì)，使其一邊形成P型半導(dǎo)體，另一邊形成N型半導(dǎo)體，則在它們交界處就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差，于是P區(qū)空穴向N區(qū)擴(kuò)散，N區(qū)電子向P區(qū)擴(kuò)散。另一方面，隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，P區(qū)一邊失去空穴留下負(fù)離子，N區(qū)一邊失去電子留下正離子，形成空間電荷區(qū)，產(chǎn)生內(nèi)建電場。電場方向由N區(qū)指向P區(qū)，有利于P區(qū)和N區(qū)的少子漂移運(yùn)動(dòng)，而阻止多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。1.2.1PN結(jié)的基本原理23第23頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二1.PN結(jié)的形成

擴(kuò)散交界處的濃度差P區(qū)的一些空穴向N區(qū)擴(kuò)散N區(qū)的一些電子向P區(qū)擴(kuò)散P區(qū)留下帶負(fù)電的受主離子N區(qū)留下帶正電的施主離子內(nèi)建電場漂移電流擴(kuò)散電流PN結(jié)動(dòng)態(tài)平衡1.2.1PN結(jié)的基本原理24第24頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二UΦ：勢壘電壓UΦ=0.6~0.8V或0.2~0.3VPN結(jié)平衡空間電荷區(qū)/耗盡層UΦ內(nèi)建電場1.PN結(jié)的形成

1.2.1PN結(jié)的基本原理25第25頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二小結(jié)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)既互相聯(lián)系又互相矛盾。漂移運(yùn)動(dòng)=擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)時(shí)，PN結(jié)形成且處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。PN結(jié)沒有電流通過。1.2.1PN結(jié)的基本原理26第26頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二2.PN結(jié)的特性

（1）單向?qū)щ娦裕?）擊穿特性（3）電容特性1.2.1PN結(jié)的基本原理27第27頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二(1)單向?qū)щ娦?.PN結(jié)的特性

1.2.1PN結(jié)的基本原理28第28頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二加偏壓時(shí)的耗盡層UΦUΦ–U合成電場(1)單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)加正向電壓2.PN結(jié)的特性

PN外加正向電壓時(shí)，內(nèi)建電場被削弱，勢壘高度下降，空間電荷區(qū)寬度變窄，這使得P區(qū)和N區(qū)能越過這個(gè)勢壘的多數(shù)載流子數(shù)量大大增加，形成較大的擴(kuò)散電流。

未加偏壓時(shí)的耗盡層1.2.1PN結(jié)的基本原理29第29頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二流過PN結(jié)的電流隨外加電壓U的增加而迅速上升，PN結(jié)呈現(xiàn)為小電阻。該狀態(tài)稱：加正向偏壓時(shí)的耗盡層UΦUΦ–U合成電場PN結(jié)正向?qū)顟B(tài)未加偏壓時(shí)的耗盡層PN結(jié)加正向電壓1.2.1PN結(jié)的基本原理30第30頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二加反向偏壓時(shí)的耗盡層UΦUΦ+U合成電場(1)單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)加反向電壓2.PN結(jié)的特性

PN外加反向電壓時(shí)，內(nèi)建電場被增強(qiáng)，勢壘高度升高，空間電荷區(qū)寬度變寬。這就使得多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)很難進(jìn)行，擴(kuò)散電流趨于零，而少子更容易產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)。未加偏壓時(shí)的耗盡層1.2.1PN結(jié)的基本原理31第31頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二加反向偏壓時(shí)的耗盡層UΦUΦ+U合成電場流過PN結(jié)的電流稱為反向飽和電流(即IS)，PN結(jié)呈現(xiàn)為大電阻。該狀態(tài)稱：PN結(jié)反向截止?fàn)顟B(tài)未加偏壓時(shí)的耗盡層PN結(jié)加反向電壓1.2.1PN結(jié)的基本原理32第32頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二小結(jié)PN結(jié)加正向電壓時(shí)，正向擴(kuò)散電流遠(yuǎn)大于漂移電流，PN結(jié)導(dǎo)通；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，僅有很小的反向飽和電流IS，考慮到IS0，則認(rèn)為PN結(jié)截止。PN結(jié)正向?qū)?、反向截止的特性稱PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦浴?.2.1PN結(jié)的基本原理33第33頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二擊穿——PN結(jié)外加反向電壓且電壓值超過一定限度時(shí)，反向電流急劇增加而結(jié)兩端電壓基本不變的現(xiàn)象。(2)擊穿特性

2.PN結(jié)的特性

擊穿不一定導(dǎo)致?lián)p壞。利用PN結(jié)擊穿特性可以制作穩(wěn)壓管。擊穿電壓Uz1.2.1PN結(jié)的基本原理34第34頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二

雪崩擊穿擊穿分類(2)擊穿特性

2.PN結(jié)的特性

齊納擊穿1.2.1PN結(jié)的基本原理35第35頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二雪崩擊穿(碰撞擊穿)反向電壓足夠高時(shí)，空間電荷區(qū)的合成電場較強(qiáng)，通過空間電荷區(qū)的電子在強(qiáng)電場的作用下加速獲得很大的動(dòng)能，于是有可能和晶體結(jié)構(gòu)中的外層電子碰撞而使其脫離原子核的束縛。被撞出來的載流子在電場作用下獲得能量之后，又可以去碰撞其它的外層電子，這種連鎖反應(yīng)就造成了載流子突然劇增的現(xiàn)象，猶如雪山發(fā)生雪崩那樣，所以這種擊穿稱為雪崩擊穿或碰撞擊穿。(2)擊穿特性

2.PN結(jié)的特性

1.2.1PN結(jié)的基本原理36第36頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二齊納擊穿(電場擊穿)當(dāng)反向電壓足夠高，空間電荷區(qū)中的電場強(qiáng)度達(dá)到105V／cm以上時(shí)，可把共價(jià)鍵中的電子拉出來，產(chǎn)生電子-空穴對，使載流子突然增多，產(chǎn)生擊穿現(xiàn)象，稱為齊納擊穿。摻入雜質(zhì)濃度小的PN結(jié)中，雪崩擊穿是主要的，擊穿電壓一般在6V以上；在摻雜很重的PN結(jié)中，齊納擊穿是主要的，擊穿電壓一般在6V以下。擊穿電壓在6V左右的PN結(jié)常兼有兩種擊穿現(xiàn)象。(2)擊穿特性

2.PN結(jié)的特性

1.2.1PN結(jié)的基本原理37第37頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二PN結(jié)存在電容效應(yīng)。這將限制器件工作頻率。分類

勢壘電容

擴(kuò)散電容(3)電容特性

2.PN結(jié)的特性

1.2.1PN結(jié)的基本原理38第38頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二勢壘電容CT由勢壘區(qū)內(nèi)電荷存儲(chǔ)效應(yīng)引起。勢壘區(qū)相當(dāng)于介質(zhì)，它兩邊的P區(qū)和N區(qū)相當(dāng)于金屬。當(dāng)外加電壓改變時(shí)，勢壘區(qū)的電荷量改變引起的電容效應(yīng)，稱為勢壘電容。CT值隨外加電壓的改變而改變，為非線性電容。(3)電容特性

2.PN結(jié)的特性

1.2.1PN結(jié)的基本原理39第39頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二擴(kuò)散電容CDCD

值與PN結(jié)的正向電流I成正比。由勢壘區(qū)兩側(cè)的P區(qū)和N區(qū)正負(fù)電荷混合貯存所產(chǎn)生。PN結(jié)加正向電壓時(shí)P區(qū)的空穴注入到N區(qū)，吸引N區(qū)帶負(fù)電的電子到其附近；同時(shí)，N區(qū)的電子注入到P區(qū)，吸引P區(qū)里帶正電的空穴到其附近。它們不會(huì)立即復(fù)合，而有一定的壽命，從而形成勢壘區(qū)兩側(cè)正負(fù)電荷混合貯存的現(xiàn)象。呈現(xiàn)出的電容效應(yīng)稱為擴(kuò)散電容。(3)電容特性

2.PN結(jié)的特性

p

：空穴壽命n

：電子壽命UT

：熱電壓I:正向電流1.2.1PN結(jié)的基本原理40第40頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二小結(jié)PN結(jié)正向運(yùn)用時(shí)CT、CD同時(shí)存在，CD起主要作用PN結(jié)反向運(yùn)用時(shí)，只有CT。(3)電容特性

2.PN結(jié)的特性

1.2.1PN結(jié)的基本原理41第41頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二點(diǎn)接觸型面結(jié)合型平面型符號(hào)1.結(jié)構(gòu)與符號(hào)1.2.2晶體二極管42第42頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二伏安特性圖

2.伏安特性小電流范圍近似呈指數(shù)規(guī)律，大電流時(shí)接近直線。

正向特性存在門限電壓Ur鍺管Ur0.2V硅管Ur0.6V1.2.2晶體二極管43第43頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二伏安特性圖

2.伏安特性存在反向飽和電流IS反向特性曲線近似呈水平線，略有傾斜1.2.2晶體二極管44第44頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二伏安特性圖

2.伏安特性重要參數(shù)：UZ擊穿特性反向電流急劇增加而二極管端壓近似不變。（PN結(jié)擊穿）

1.2.2晶體二極管45第45頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二伏安特性的溫度特性：(c)擊穿特性

(b)反向特性(a)正向特性T則UrT則IST則UZ(雪崩擊穿)T則UZ(齊納擊穿)2.伏安特性1.2.2晶體二極管46第46頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二正向特性近似;時(shí)反向特性近似;時(shí)伏安特性數(shù)學(xué)表達(dá)式：2.伏安特性式中：mVT=300K時(shí)1.2.2晶體二極管47第47頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二表征性能性能參數(shù)表征安全工作范圍極限參數(shù)3.主要參數(shù)參數(shù)1.2.2晶體二極管48第48頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二直流電阻RD：定義RD=U/I|Q點(diǎn)處RD是u或i的函數(shù)

（1）性能參數(shù)3.主要參數(shù)1.2.2晶體二極管49第49頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二交流電阻rd：定義rd=du/di|Q點(diǎn)處計(jì)算rd=UT/IQ

（1）性能參數(shù)3.主要參數(shù)勢壘電容CT

：影響器件最高工作頻率1.2.2晶體二極管50第50頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二最大允許整流電流IOM：工作電流>IOM易導(dǎo)致二極管過熱失效最高反向工作電壓URM:允許加到二極管(非穩(wěn)壓管)的最高反向電壓最大允許功耗PDM:實(shí)際功耗大于PDM時(shí)易導(dǎo)致二極管過熱損壞（2）極限參數(shù)3.主要參數(shù)1.2.2晶體二極管51第51頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二穩(wěn)壓管V-A特性及符號(hào)4.特殊二極管1.2.2晶體二極管52第52頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二穩(wěn)壓管主要參數(shù)穩(wěn)定電壓UZ：即PN結(jié)擊穿電壓穩(wěn)定電流IZ：Izmin<IZ<IZmax動(dòng)態(tài)電阻rZ：定義rZ=u/irZ越小，則穩(wěn)壓性能越好額定功耗PZ：實(shí)際功耗超過PZ易使穩(wěn)壓管損壞4.特殊二極管——穩(wěn)壓管1.2.2晶體二極管53第53頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二Ur為門限電壓穩(wěn)壓管等效電路4.特殊二極管——穩(wěn)壓管這時(shí)穩(wěn)壓管就是一只二極管1.2.2晶體二極管54第54頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二變?nèi)荻O管

(a)符號(hào)(b)特性變?nèi)荻O管利用PN結(jié)的勢壘電容效應(yīng)制作變?nèi)荻O管必須工作于反偏狀態(tài)。4.特殊二極管1.2.2晶體二極管55第55頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二光電二極管光電二極管工作于反偏狀態(tài)。其反向電流與光照度E成正比關(guān)系。光電二極管可用作光測量或做成光電池。發(fā)光二極管

發(fā)光二極管工作于正偏狀態(tài)。其發(fā)光強(qiáng)度隨正向電流增大而增大。發(fā)光二極管主要用作顯示器件。4.特殊二極管1.2.2晶體二極管56第56頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二圖解法迭代法折線化近似法1.晶體二極管電路分析方法1.2.3晶體二極管電路57第57頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二i=f(u)圖解法1.晶體二極管電路分析方法1.2.3晶體二極管電路58第58頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二迭代法據(jù)電路列方程組采用牛頓-拉夫森迭代算法迭代公式：1.晶體二極管電路分析方法1.2.3晶體二極管電路59第59頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二——將實(shí)際二極管的V-A特性曲線作折線化近似。折線化近似法1.晶體二極管電路分析方法理想特性曲線只考慮門限的特性曲線V-A特性符號(hào)1.2.3晶體二極管電路60第60頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二考慮門限電壓和正向?qū)娮璧奶匦郧€V-A特性符號(hào)rd：工作點(diǎn)處的動(dòng)態(tài)電阻折線化近似法1.晶體二極管電路分析方法僅考慮正、反向?qū)娮璧奶匦郧€1.2.3晶體二極管電路61第61頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二例1-1：半波整流電路中VD

理想，畫出uO(t)波形。輸出uO(t)取決于VD

的工作狀態(tài)是通還是斷。2.晶體二極管電路應(yīng)用舉例整流電路解：1.2.3晶體二極管電路62第62頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二；VD截止

ui<0V；VD導(dǎo)通ui>0V1.2.3晶體二極管電路63第63頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二結(jié)合圖中給定的參數(shù)分析：VD1、VD2開路時(shí)，陽極對地電位為+5V，陰極對地電位分別為+1V、0V，是判斷電路中二極管的通斷。采用的方法是比較各二極管的正向開路電壓，正向開路電壓最大的一只二極管搶先導(dǎo)通。例1-2：圖a所示二極管門電路（VD

理想）求：uO

解：2.晶體二極管電路應(yīng)用舉例門電路門電路的分析關(guān)鍵可見VD2導(dǎo)通。uO=01.2.3晶體二極管電路64第64頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二uO(t)取決于VD

是否導(dǎo)通。例1-3:限幅電路中VD

理想，求uO(t)并畫出波形。電路2.晶體二極管電路應(yīng)用舉例限幅電路解：1.2.3晶體二極管電路65第65頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二限幅電路傳輸特性輸出波形；VD截止

ui<5V；VD導(dǎo)通ui

5V1.2.3晶體二極管電路66第66頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二

RL上所得電壓值即為VZ管所承受的反向電壓值，分別為：8V、7.2V、4V和2.4V。例1-4：圖示穩(wěn)壓電路中：uI=12V，

UZ=6V，

R=4K。當(dāng)RL分別為8K、6K、2K和1K時(shí)，求對應(yīng)輸出電壓uO。2.晶體二極管電路應(yīng)用舉例穩(wěn)壓電路

解：故：uO分別為：6V、6V、4V和2.4V。輸出電壓uO(t)取決于VZ

的工作狀態(tài)，即：擊穿與否。1.2.3晶體二極管電路67第67頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二1.3雙極型晶體管1.3.1雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)1.3.2雙極型晶體管的運(yùn)用狀態(tài)1.3.3雙極型晶體管的放大原理1.3.4雙極型晶體管特性曲線1.3.5雙極型晶體管的主要參數(shù)68第68頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二雙極型晶體管存在：兩結(jié)三極三區(qū)發(fā)射區(qū)(E區(qū))：發(fā)送載流子基區(qū)(B區(qū))：傳輸載流子集電區(qū)(C區(qū))：收集載流子1.3.1雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)69第69頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二雙極型晶體管四種狀態(tài)

集電結(jié)

運(yùn)用狀態(tài)發(fā)射結(jié)正向運(yùn)用反向運(yùn)用正向運(yùn)用飽和狀態(tài)放大狀態(tài)反向運(yùn)用反向放大狀態(tài)截止?fàn)顟B(tài)1.3.2雙極型晶體管的運(yùn)用狀態(tài)70第70頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二1.載流子傳輸過程（以NPN管為例）1.3.3雙極型晶體管的放大原理71第71頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子(IEn)：

發(fā)射極電流IEIEn

注入電子在基區(qū)邊擴(kuò)散邊復(fù)合(IBn)：是基極電流IB的一部分集電區(qū)收集擴(kuò)散來的電子(Icn)：

Icn構(gòu)成集電極電流IC的主要成份集電結(jié)兩邊少子定向漂移(ICBO)：

ICBO對放大無貢獻(xiàn)應(yīng)設(shè)法減小1.載流子傳輸過程（以NPN管為例）1.3.3雙極型晶體管的放大原理72第72頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二雙極型晶體管放大應(yīng)滿足兩方面條件：外部條件：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏內(nèi)部條件：薄基區(qū)發(fā)射區(qū)重?fù)诫s基區(qū)輕摻雜1.載流子傳輸過程（以NPN管為例）1.3.3雙極型晶體管的放大原理73第73頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二電流分配關(guān)系圖2.電流分配關(guān)系1.3.3雙極型晶體管的放大原理74第74頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二定義時(shí)有：2.電流分配關(guān)系1.3.3雙極型晶體管的放大原理75第75頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二電流分配關(guān)系2.電流分配關(guān)系1.3.3雙極型晶體管的放大原理76第76頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二指由發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的載流子基區(qū)非平衡載流子濃度分布圖

分析表明：3.電基區(qū)非平衡載流子的濃度分布1.3.3雙極型晶體管的放大原理77第77頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二指uCE為參變量，iB隨uBE變化的關(guān)系曲線特點(diǎn)：

uCE=0V時(shí)，特性曲線類似二極管V-A特性uCE>0V時(shí)，特性曲線右移直至uCE3V時(shí)曲線基本重合1.共射接法輸入特性曲線1.3.4雙極型晶體管的特性曲線78第78頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二2.共射接法輸出特性曲線指iB為參變量，iC隨uCE變化的關(guān)系曲線1.3.4雙極型晶體管的特性曲線79第79頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二曲線分為四區(qū)：截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)2.共射接法輸出特性曲線截止區(qū)：對應(yīng)截止?fàn)顟B(tài):E結(jié)C結(jié)反偏特點(diǎn)：iE=0iC=ICBO=–iB1.3.4雙極型晶體管的特性曲線80第80頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二曲線分為四區(qū)：截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)2.共射接法輸出特性曲線放大區(qū)：對應(yīng)放大狀態(tài):E結(jié)正偏C結(jié)反偏特點(diǎn)：放大效應(yīng)----

定義1.3.4雙極型晶體管的特性曲線81第81頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二2.共射接法輸出特性曲線

特點(diǎn)：基調(diào)(厄立)效應(yīng)----UA表現(xiàn):曲線略微上斜1.3.4雙極型晶體管的特性曲線82第82頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二

特點(diǎn)：穿透電流----ICEO

計(jì)算:ICEO=(1+)ICBO曲線分為四區(qū)：截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)2.共射接法輸出特性曲線1.3.4雙極型晶體管的特性曲線83第83頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二曲線分為四區(qū)：截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)2.共射接法輸出特性曲線飽和狀態(tài):E結(jié)正偏C結(jié)正偏特點(diǎn)：飽和現(xiàn)象：固定uCE,iC基本不隨iB變化uCE控制iC：固定iB,iC隨uCE劇烈變化1.3.4雙極型晶體管的特性曲線84第84頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二曲線分為四區(qū)：截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)2.共射接法輸出特性曲線注意：

臨界飽和：UBC=0（考慮到發(fā)射結(jié)導(dǎo)通存在門限電壓的作用，則：UBC=UBEO）臨界飽和電壓：UCES1.3.4雙極型晶體管的特性曲線85第85頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二關(guān)系集電極----基極間反向飽和電流ICBO集電極----發(fā)射極穿透電流ICEO

關(guān)系：ICEO=(1+)ICBO1.放大參數(shù)2.極間反向電流極限電流----集電極最大允許電流ICM極限電壓----U(BR)CBO，U(BR)CEO3.極限參數(shù)1.3.5雙極型晶體管的主要參數(shù)86第86頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二極限功率----集電極最大允許功耗PCM3.極限參數(shù)安全工作區(qū)1.3.5雙極型晶體管的主要參數(shù)87第87頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二

ICBO的溫度特性T100C則ICBO約1倍

UBEO的溫度特性T10C則UBEO（UEBO，對于PNP管）(23)mV

的溫度特性T100C則

(0.51)%

4.晶體管參數(shù)的溫度特性1.3.5雙極型晶體管的主要參數(shù)88第88頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二1.4場效應(yīng)晶體管1.4.1結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）1.4.2絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）1.4.3場效應(yīng)管的參數(shù)及特點(diǎn)89第89頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二1.JFET結(jié)構(gòu)與符號(hào)P-JFETN-JFET1.4.1結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）90第90頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二導(dǎo)電溝道兩個(gè)P+區(qū)與N區(qū)形成兩個(gè)PN結(jié)，夾在其中的N區(qū)是電子由源極流向漏極的通道，稱為導(dǎo)電溝道。2.JFET工作原理（以NJFET為例）1.4.1結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）91第91頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二受控機(jī)理通過改變加在PN結(jié)上的反向偏壓(柵源電壓uGS)的大小來改變耗盡層的寬度，進(jìn)而改變導(dǎo)電溝道的寬度，以達(dá)到控制溝道漏極電流的目的，漏極電流iD受控于uGS。2.JFET工作原理（以NJFET為例）1.4.1結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）92第92頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二uGS控制iD(uDS=C0)uGS增大時(shí)，溝道變窄，溝道電阻增大則iD減小。溝道被夾斷時(shí)管子截止，iD

=0。2.JFET工作原理（以NJFET為例）

管子剛好截止時(shí)的柵極電壓稱為夾斷電壓，用UGS(off)

表示。

1.4.1結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）93第93頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二uDS增大時(shí)，溝道變窄，溝道電阻增大。以預(yù)夾斷為分界線，預(yù)夾斷前iD增大，預(yù)夾斷后iD近似恒定。uDS影響iD(uGS=C0)2.JFET工作原理（以NJFET為例）預(yù)夾斷：溝道在近漏極處出現(xiàn)即將消失的狀態(tài)。此時(shí)

uGD=UGS(off)

1.4.1結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）94第94頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二2.JFET工作原理（以NJFET為例）小結(jié)：iD受控于uGS:uGS則iD直至iD

=0

iD受uDS影響

:uDS則iD先增隨后近似不變 預(yù)夾斷前uDS則iD以預(yù)夾斷狀態(tài)為分界線 預(yù)夾斷后uDS則iD不變1.4.1結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）95第95頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二

特別注意：區(qū)別夾斷與預(yù)夾斷：夾斷時(shí)：uGSUGS(off)，iD=0預(yù)夾斷時(shí)：uGD=UGS(off)(或uGS-uDS=UGS(off))

iD0

預(yù)夾斷前：uGD>UGS(off)(或uGS-uDS

>

UGS(off))預(yù)夾斷后：uGD<UGS(off)(或uGS-uDS

<

UGS(off)

)2.JFET工作原理（以NJFET為例）1.4.1結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）96第96頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二（1）輸出特性曲線指uGS為參變量，iD隨uDS變化的關(guān)系曲線3.JFET特性曲線（以NJFET為例）1.4.1結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）97第97頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二輸出曲線分四區(qū)：截止區(qū)放大區(qū)可變電阻區(qū)擊穿區(qū)截止區(qū)：對應(yīng)夾斷狀態(tài)特點(diǎn)：uGSUGS(off)iD=0

（1）輸出特性曲線截止區(qū)1.4.1結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）98第98頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二放大區(qū)：對應(yīng)管子預(yù)夾斷后的狀態(tài)特點(diǎn)：受控放大，iD

只受uGS控制

uGS則iD放大區(qū)輸出曲線分四區(qū)：截止區(qū)

放大區(qū)可變電阻區(qū)擊穿區(qū)（1）輸出特性曲線1.4.1結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）99第99頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二可變電阻區(qū)：對應(yīng)預(yù)夾斷前狀態(tài)特點(diǎn)：固定uGS，uDS則iD近似線性--------電阻特性固定uDS，變化uGS則阻值變化--------變阻特性

輸出曲線分四區(qū)：截止區(qū)放大區(qū)可變電阻區(qū)擊穿區(qū)（1）輸出特性曲線可變電阻區(qū)1.4.1結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）100第100頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二擊穿區(qū)：對應(yīng)PN結(jié)擊穿狀態(tài)

特點(diǎn)：uDS很大

iD急劇增加

輸出曲線分四區(qū)：截止區(qū)放大區(qū)可變電阻區(qū)

擊穿區(qū)（1）輸出特性曲線擊穿區(qū)1.4.1結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）101第101頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二指uGS為參變量，iD隨uDS變化的關(guān)系曲線（2）轉(zhuǎn)移特性曲線3.JFET特性曲線（以NJFET為例）1.4.1結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）102第102頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二

預(yù)夾斷后轉(zhuǎn)移特性曲線重合曲線方程條件

（2）轉(zhuǎn)移特性曲線1.4.1結(jié)型場效應(yīng)晶體管（JFET）103第103頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二根據(jù)柵極絕緣材料分為:金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MOSFET或MOS)金屬-氮化硅-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MNSFET或MNS)金屬-氧化鋁-半導(dǎo)體場效應(yīng)管(MALSFET)根據(jù)導(dǎo)電溝道類型分為:N溝道和P溝道根據(jù)是否存在原始導(dǎo)電溝道分為:增強(qiáng)型和耗盡型

1.特點(diǎn)——柵極同其余電極之間絕緣1.4.2絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）104第104頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二N溝道增強(qiáng)型MOSFET2.結(jié)構(gòu)與符號(hào)1.4.2絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）105第105頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二

導(dǎo)電溝道uGS=0時(shí)，無導(dǎo)電溝道(夾斷狀態(tài))uGSUGS(th)時(shí)，產(chǎn)生導(dǎo)電溝道(開啟狀態(tài))

定義開啟電壓UGS(th)為剛開始出現(xiàn)導(dǎo)電溝道時(shí)的柵源電壓數(shù)值3.工作原理（以增強(qiáng)型NMOS管為例）1.4.2絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）106第106頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二受控機(jī)理：漏極電流iD受控于uGS通過改變加在絕緣層上的電壓(柵源電壓)的大小來改變導(dǎo)電溝道的寬度，進(jìn)而改變溝道電阻的大小以達(dá)到控制漏極電流的目的，漏極電流iD受控于uGS。3.工作原理（以增強(qiáng)型NMOS管為例）1.4.2絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）107第107頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二uDS<(uGS-UGS(th))開啟狀態(tài)iD>0uDSiD近似不變uDS=(uGS-UGS(th))預(yù)夾斷狀態(tài)uDSiDuDS影響iD(uGS=C0)3.工作原理（以增強(qiáng)型NMOS管為例）uDS<(uGS-UGS(th))預(yù)夾斷后1.4.2絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）108第108頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二小結(jié)：iD受控于uGS:uGS則iD直至iD

=0

iD受uDS影響

:uDS則iD先增隨后近似不變 預(yù)夾斷前uDS則iD以預(yù)夾斷狀態(tài)為分界線 預(yù)夾斷后uDS則iD不變3.工作原理（以增強(qiáng)型NMOS管為例）1.4.2絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）109第109頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二特別注意：區(qū)別夾斷與預(yù)夾斷：夾斷時(shí)：uGSUGS(th)，iD=0預(yù)夾斷時(shí)：uGD=UGS(th)(或uGS-uDS=UGS(th))iD0

預(yù)夾斷前：uGD>UGS(th)(或uGS-uDS

>

UGS(th))預(yù)夾斷后：uGD<UGS(th)(或uGS-uDS

<

UGS(th)

)3.工作原理（以增強(qiáng)型NMOS管為例）1.4.2絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）110第110頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二（1）輸出特性曲線指uDS為參變量，iD隨uGS變化的關(guān)系曲線

4.特性曲線（以增強(qiáng)型NMOS管為例）1.4.2絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）111第111頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二輸出特性曲線主要分三區(qū)：截止區(qū)放大區(qū)可變電阻區(qū)（1）輸出特性曲線可變電阻區(qū)放大區(qū)截止區(qū)1.4.2絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）112第112頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二UGS(th)=4V輸出特性曲線主要分三區(qū)：

截止區(qū)放大區(qū)可變電阻區(qū)（1）輸出特性曲線截止區(qū)：對應(yīng)夾斷狀態(tài)特點(diǎn)：uGSUGS(th)iD=0

1.4.2絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）113第113頁，共126頁，2023年，2月20日，星期二放大區(qū)：對應(yīng)管子預(yù)夾斷后的狀態(tài)

特點(diǎn)：受控放大uGS則

iD輸出特性曲線主要分三區(qū)：截止區(qū)放大區(qū)可變電阻區(qū)（1）輸出特性曲線1.4.2絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）