電路與模擬5徐淑華

本章學習目標1.理解電子和空穴兩種載流子及擴散運動和漂移運動的概念。2.掌握PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?.掌握二極管的伏安特性、主要參數(shù)及基本應(yīng)用。4.掌握穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用、主要參數(shù)及應(yīng)用。5.理解三極管的工作原理、特性曲線、主要參數(shù)、放大作用和開關(guān)作用。6.會分析三極管的三種工作狀態(tài)。7.理解場效應(yīng)管的恒流、夾斷、變阻三種工作狀態(tài)，了解場效應(yīng)管的應(yīng)用。15.1半導體基礎(chǔ)知識導體：自然界中很容易導電的物質(zhì)，例如金屬。絕緣體：電阻率很高的物質(zhì)，幾乎不導電，如橡皮、陶瓷、塑料和石英等。半導體：導電特性處于導體和絕緣體之間的物質(zhì)，例如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等半導體的特點當受外界熱和光的作用時，它的導電能力明顯變化。往純凈的半導體中摻入某些雜質(zhì)，會使它的導電能力明顯改變。25.1.1本征半導體GeSi本征半導體的導電機理純凈的半導體。如：硅和鍺1）最外層四個價電子。2）共價鍵結(jié)構(gòu)+4+4+4+4共價鍵共用電子對+4表示除去價電子后的原子3共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導體中的自由電子很少，所以本征半導體的導電能力很弱。形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+443）在絕對0度和沒有外界激發(fā)時,價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導體中沒有可以運動的帶電粒子（即載流子），它的導電能力為0，相當于絕緣體。+4+4+4+44）在熱或光激發(fā)下，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。+4+4+4+4空穴束縛電子自由電子5在其它力的作用下，空穴吸引臨近的電子來填補，這樣的結(jié)果相當于空穴的遷移，而空穴的遷移相當于正電荷的移動，因此可以認為空穴是載流子。+4+4+4+45）自由電子和空穴的定向運動形成電流6本征半導體的導電機理本征半導體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。溫度越高

載流子的濃度越高

本征半導體的導電能力越強。本征半導體的導電能力取決于載流子的濃度。歸納

75.2.2雜質(zhì)半導體雜質(zhì)半導體使某種載流子濃度大大增加。在本征半導體中摻入某些微量雜質(zhì)。1）N型半導體在硅或鍺晶體（四價）中摻入少量的五價元素磷，使自由電子濃度大大增加。8+4+4+5+4N型半導體多余電子磷原子多數(shù)載流子（多子）：電子。取決于摻雜濃度；少數(shù)載流子（少子）：空穴。取決于溫度。92）P型半導體在硅或鍺晶體（四價）中摻入少量的三價元素硼，使空穴濃度大大增加。多數(shù)載流子（多子）：空穴。取決于摻雜濃度；少數(shù)載流子（少子）：電子。取決于溫度。+4+4+3+4空穴硼原子10雜質(zhì)半導體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導體++++++++++++++++++++++++N型半導體11歸納3、雜質(zhì)半導體中起導電作用的主要是多子。4、N型半導體中電子是多子，空穴是少子；

P型半導體中空穴是多子，電子是少子。1、雜質(zhì)半導體中兩種載流子濃度不同，分為多數(shù)載流子和少數(shù)載流子（簡稱多子、少子）。2、雜質(zhì)半導體中多數(shù)載流子的數(shù)量取決于摻雜濃度，少數(shù)載流子的數(shù)量取決于溫度?！簟簟簟?21、PN結(jié)的形成在同一片半導體基片上，分別制造P型半導體和N型半導體，經(jīng)過載流子的擴散和漂移，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。

因濃度差

多子的擴散運動

由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場

內(nèi)電場促使少子漂移

內(nèi)電場阻止多子擴散

5.1.3PN結(jié)多子的擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡13P型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導體++++++++++++++++++++++++擴散運動內(nèi)電場E漂移運動空間電荷區(qū)PN結(jié)處載流子的運動14擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。漂移運動P型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導體++++++++++++++++++++++++擴散運動內(nèi)電場EPN結(jié)處載流子的運動內(nèi)電場越強，就使漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。15漂移運動P型半導體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導體++++++++++++++++++++++++擴散運動內(nèi)電場EPN結(jié)處載流子的運動所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達到平衡，相當于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。16－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空間電荷區(qū)N型區(qū)P型區(qū)

PN結(jié)17

1）PN結(jié)加正向電壓時的導電情況外加的正向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相反，削弱了內(nèi)電場。于是,內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙減弱，擴散電流加大。擴散電流遠大于漂移電流，可忽略漂移電流的影響，PN結(jié)呈現(xiàn)低阻性。18

2).PN結(jié)加反向電壓時的導電情況

外加的反向電壓有一部分降落在PN結(jié)區(qū)，方向與PN結(jié)內(nèi)電場方向相同，加強了內(nèi)電場。內(nèi)電場對多子擴散運動的阻礙增強，擴散電流大大減小。此時PN結(jié)區(qū)的少子在內(nèi)電場的作用下形成的漂移電流大于擴散電流，可忽略擴散電流，PN結(jié)呈現(xiàn)高阻性。

19在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。20

空間電荷區(qū)中沒有載流子。

空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙多子（P中的空穴、N中的電子）的擴散運動。

P中的電子和N中的空穴（都是少子）數(shù)量有限，因此由它們形成的漂移電流很小。

空間電荷區(qū)中內(nèi)電場推動少子（P中的電子、N中的空穴）的漂移運動。歸納21正向特性反向特性◆◆P（+），N（-），外電場削弱內(nèi)電場，結(jié)導通，I正大；I正的大小與外加電壓有關(guān)；P（-），N（+），外電場增強內(nèi)電場，結(jié)不通，I反很?。籌反的大小與少子的數(shù)量有關(guān)，與溫度有關(guān)；2、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?23.PN結(jié)的電流方程和伏安特性式中，UT＝kT/q，稱為電壓溫度當量，與溫度成正比，T=300K時，UT＝26mV。IS為反向飽和電流電流方程:23uiU(BR)0正向特性：u>0，u↑→i↑，u>>UT時，按指數(shù)規(guī)律快速增加。反向特性：①u<0，|u|>>UT

時，i≈-IS，恒定不變。

②|u|↑>U(BR)時，|i|急劇增加－反向擊穿。PN結(jié)的伏安特性244.PN結(jié)的電容效應(yīng)

PN結(jié)具有一定的電容效應(yīng)，它由兩方面的因素決定。一是勢壘電容CB

，

二是擴散電容CD

。

PN結(jié)外加的正向電壓變化時，在擴散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴散電容CD。

PN結(jié)外加反向電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容CB。25結(jié)電容：若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦?！要考慮其電容特性：PN結(jié)正偏時，擴散電容起主要作用；PN結(jié)反偏時，勢壘電容其主要作用。

結(jié)電容不是常量！265.2半導體二極管5.2.1基本結(jié)構(gòu)PN結(jié)+

管殼和引線PN陽極陰極符號：D分類：點接觸型面接觸型平面型27半導體二極管28半導體二極管29半導體二極管30UI死區(qū)電壓硅管0.5V,鍺管0.1V。導通壓降:硅管0.6~0.8V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓UBR正向特性：EDI反向特性：EDI反U<死區(qū)電壓，不通；U>死區(qū)電壓，導通；U

I

I反很小，與溫度有關(guān)；U

擊穿電壓，擊穿導通；

I

5.2.2伏安特性315.2.3主要參數(shù)1.最大整流電流IOM2.最大反向工作電壓URM二極管長時間使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。二極管正常工作時允許承受的最大反向工作電壓。手冊上給出的最高反向工作電壓URM一般是UBR的一半。3.最大反向電流IRM指二極管加反向工作峰值電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆睿虼朔聪螂娏髟叫≡胶?。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要大幾十到幾百倍。32（1）理想二極管U>0，D導通；UD=0，I取決于外電路；相當于一個閉合的開關(guān)EDIUDEIUU

0，D截止；I=0，UD（負值）取決于外電路；相當于一個斷開的開關(guān)EDI反UDEI反U5.2.4二極管的等效電路1.二極管直流電源作用下的等效電路33理想二極管近似分析中最常用理想開關(guān)導通時UD＝0截止時IS＝0導通時UD＝Uon截止時IS＝0導通時i與u成線性關(guān)系應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路?。?）二極管折線等效電路342、二極管的微變等效電路(低頻小信號作用下的等效電路)uDiDOQΔiDΔuDIDUD當UD在Q附近作微小變化時，曲線可以用Q點處的切線近似令：設(shè)電壓的變化ΔuD引起電流的變化ΔiD則rd反映了變化的電壓與變化的電流之間的關(guān)系，稱之為動態(tài)電阻微變等效電路：工作點Q+△uD－△iDrd35根據(jù)近似關(guān)系，得：曲線上的變化近似等于切線上的變化即Q處切線斜率從公式上看，ID越大，rd越小，從圖形上看，工作點越高，切線斜率越大，rd越小，兩者是一致的。uDiDOQΔiDΔuDIDUD結(jié)論：動態(tài)電阻的大小與Q點位置有關(guān)36五、二極管的應(yīng)用舉例電路如圖示：已知E=5V，

ui=10sintVRDEuiuO解：此類電路的分析方法：當D的陽極電位高于陰極電位時，D導通，將D作為一短路線；當D的陽極電位低于陰極電位時，D截止，將D作為一斷開的開關(guān)；將二極管看成理想二極管ui

tuO

t10V5V5V削波例1求：uO的波形37RRLuiuRuotttuiuRuo設(shè)

=RC

tp，求uo的波形tp例238電路如圖示：已知

VA=3VVB=0V求：VF=？解：此類電路的分析方法：將二極管看成理想二極管。當幾個二極管共陽極或共陰極連接時，承受正向電壓高的二極管先導通。DB通，VF=0VRDAADBB+12VF箝位隔離例339判斷電路中二極管的工作狀態(tài)，求解AB兩端電壓。判斷二極管工作狀態(tài)的方法？假定電路即將導通，電路中的電流為零，判斷電路中各二極管上的壓降。壓降高的管子優(yōu)先導通。在電路即將導通時，D1、D2上的正偏電壓分別為10V，15V。D1反偏電壓為5VD2優(yōu)先導通則UAB=5VD1截止405.3.1穩(wěn)壓二極管UZIZIZmax

UZ

IZ曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。1、結(jié)構(gòu)和符號：結(jié)構(gòu)同二極管2、伏安特性：穩(wěn)壓值同二極管DZ穩(wěn)壓誤差+-+-5.3穩(wěn)壓二極管及其基本應(yīng)用電路UI412、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓UZ2.穩(wěn)定電流IZ3.額定功耗PZM穩(wěn)壓管中的電流為規(guī)定電流時，穩(wěn)壓管兩端的電壓值穩(wěn)壓管正常工作時的參考電流值，對應(yīng)UZ的值IZM為最大穩(wěn)定電流UIUZIZminIZmax4.最大穩(wěn)定電流Izm425.動態(tài)電阻rZ類似二極管的動態(tài)電阻，反映了穩(wěn)壓區(qū)電壓變化量與電流變化量之比，越小越好。一般為幾歐到幾十歐。6.溫度系數(shù)α溫度升高，UZ增加，正溫度系數(shù)。溫度升高，UZ減小，負溫度系數(shù)。（%/℃）UZ>7V，α>0，雪崩擊穿UZ<4V，α<0，齊納擊穿UIUZIZminIZmax434.穩(wěn)壓管與二極管的主要區(qū)別穩(wěn)壓管運用在反向擊穿區(qū)，電擊穿不會引起管子永久性損壞，而熱擊穿會引起管子永久性損壞。二極管運用在正向區(qū)；如果普通二極管加反向擊穿電壓會引起管子的永久性損壞。穩(wěn)壓管比二極管的反向特性更陡。44

穩(wěn)壓二極管在工作時應(yīng)反接，并串入一只電阻。電阻的作用：一是起限流作用，以保護穩(wěn)壓管；其次是當輸入電壓或負載電流變化時，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。UODZRRL+－5.3.2穩(wěn)壓二極管基本應(yīng)用電路45已知圖示電路中，UZ=6V，最小穩(wěn)定電流IZmin=5mA，最大穩(wěn)定電流IZmax=25mA，負載電阻RL=600Ω，求限流電阻R的取值范圍。RIRUODZRLILIDZ+－UI=10V解：由：得：例446例5穩(wěn)壓管的參數(shù)是：Uz=8V，Iz=10mA，Izm=29mA。選擇600Ω

，0.125w的電阻作為限流電阻，是否合適？

DZ+20VR限流電阻R的阻值選得合適，但電阻的額定功率選得太?。?.125W<0.24W），會燒壞電阻。應(yīng)選600

Ω，0.25W的電阻比較合適。因此在選擇限流電阻時，要注意電阻的額定功率必須大于其實際消耗的最大功率47晶體管的分類頻率：高頻管、低頻管功率：小、中、大功率管材料：硅管、鍺管類型：NPN型、PNP型5.4晶體三極管由兩個PN結(jié)構(gòu)成的具有電流放大作用和開關(guān)作用的半導體器件485.4.1基本結(jié)構(gòu)NPN型BEC基極發(fā)射極集電極NNPPNP型PPNBEC發(fā)射極集電極基極由三層半導體、兩個PN結(jié)組成49BEC基極發(fā)射極集電極NNP基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大1.基區(qū)很薄2.發(fā)射區(qū)摻雜濃度>>基區(qū)摻雜濃度3.集電區(qū)尺寸>發(fā)射區(qū)尺寸，集電區(qū)摻雜濃度<發(fā)射區(qū)摻雜濃度發(fā)射結(jié)集電結(jié)發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高50放大的條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏VC>VB>VEVC<VB<VEB（P）C（N）IBIEICNPN型三極管E（N）IBIEICPNP型三極管C（P）B（N）E（P）5.4.2工作原理511.放大狀態(tài)BECNNPEBRBECRC放大的條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏EB保證發(fā)射結(jié)正偏，EC>EB保證集電結(jié)反偏。52進入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復合，形成電流IBE

，多數(shù)擴散到集電結(jié)。IBE基本上等于基極電流IB。BECNNPEBRBEc發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電流IE。IEIBERCIB53從基區(qū)擴散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進入集電結(jié)而被收集，形成ICE，基本上等于IE。BECNNPEBRBEcIEICICERCIBICBO很小的基極電流IB，就可以控制較大的集電極電流IC，從而實現(xiàn)了放大作用。IBE54IC與IB之比稱為電流放大倍數(shù)靜態(tài)電流放大系數(shù)：動態(tài)電流放大系數(shù)：通常：55BECIBIEICNPN型三極管BECIBIEICPNP型三極管注意！只有：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管才能工作在放大狀態(tài)。內(nèi)部條件是制造時使基區(qū)薄且摻雜濃度低，發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠高于集電區(qū)。562.飽和狀態(tài)當三極管的UCE<UBE時，BC結(jié)處于正向偏置，此時，即使再增加IB，IC也不會增加了。飽和狀態(tài)飽和的三極管相當于一個閉合的開關(guān)3.截止狀態(tài)當三極管的UBE<UT時，BE結(jié)處于反向偏置。截止狀態(tài)飽和的三極管相當于一個斷開的開關(guān)575.4.3特性曲線測試線路（共發(fā)射極電路）

輸入特性：

輸出特性：發(fā)射結(jié)電壓uBE與基極電流iB的關(guān)系；集電極電流iC與管壓降uCE的關(guān)系。e(N)c(N)b(P)++-uO△uI-VBBRbRcVCCmA

AVVuCEuBERBiBECEBRCiC58一、輸入特性曲線≥1V③UCE≥1V，曲線基本重合原因：UCE增大到一定程度，集電區(qū)收集載流子能力足夠強，再增加UCE，IC亦不再增加，曲線基本不變。iBuBEOECBiBuBE+-UCE=0①UCE=0，與二極管的伏安特性曲線類似原因：相當于兩個二極管并聯(lián)。0.5V②UCE增大，曲線右移原因：UCE增大，集電區(qū)收集載流子能力增強，IC增加，相應(yīng)地，基區(qū)復合掉的載流子數(shù)量減少，IB減少，曲線右移。開啟電壓與導通電壓的概念同二極管uBE

iB

59二、輸出特性曲線①取IB=IB2，起始部分很陡，UCE≥1V后，較平坦。原因：UCE較小時，UCE增加，集電區(qū)收集能力增強，使IC增強；UCE≥1V后，集電區(qū)收集能力足夠大，IC不再增強。②IB取不同的值，可得到一組曲線。原因：

相同UCE下，IB增加，

IC增加，曲線上移。iCuCEECB+-uCEiC0IB=0IB1IB2IB3IB4IB560IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A當UCE大于一定的數(shù)值時，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。晶體管的三個工作區(qū)域61IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域UCE

UBE,集電結(jié)正偏，IB>IC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。62IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中:IB=0,IC=ICEO≈0,UBE<死區(qū)電壓,稱為截止區(qū)。63②放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏特點：iC受IB的控制，iC=βIB；

uCE增加，iC基本不變①截止區(qū)：發(fā)射結(jié)電壓小于開啟電壓Uon

,集電結(jié)反偏。特點：IB=0，IC=0uCEiC0IB=0IB1IB2IB3IB4IB5放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)IB

iCiC=0uCEECB64③飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏因為uCE很小，有uCE〈uBE，集電結(jié)處于正向偏置，集電極吸引電子的能力大大削弱。這時即使IB增加，IC也很少增加，甚至不變。破壞IB對IC的控制作用，成為晶體管飽和。特點：集電結(jié)正偏，集電極收集能力弱，集電極漂移電流小，故iC≦βIB。飽和壓降：UCE(sat)≈0.1ViCuCE

≈0ECBuCEiC0IB=0IB1IB2IB3IB4IB5放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)IB

iC65特性歸納輸入特性同二極管的正向特性UBE

IB

輸出特性一組曲線（一個IB對應(yīng)一條曲線）UBE>0，UCE>UBE發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏IC=

IB電流放大作用UBE<0，IB

0

發(fā)射結(jié)反偏UBE>0，UCE<UBEIC=

IB發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏無電流放大作用放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)66

測量三極管三個電極對地電位，試判斷三極管的工作狀態(tài)。

放大截止飽和發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為反偏。發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。例5675.4.4晶體管

主要參數(shù)直流電流放大倍數(shù)：交流電流放大倍數(shù)：兩者非常接近，通常用作：一般為20~2001.電流放大倍數(shù)682.集-射極反向截止電流ICEO基極開路時的集電極電流。（又稱穿透電流）。隨溫度變化。所以集電極電流應(yīng)為：IC=

IB+ICEO而ICEO受溫度影響很大，當溫度上升時，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。

AICEO+-694.集電極最大允許電流ICM集電極電流IC上升會導致三極管的值的下降，當值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。3.集-基極反向截止電流ICBO發(fā)射極開路時的基極電流。隨溫度變化。硅管在溫度穩(wěn)定性方面勝于鍺管。

AICBO+-所以基極電流應(yīng)為：IB=IBE-ICBO705.集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO當集---射極之間的電壓UCE超過一定的數(shù)值時，三極管就會被擊穿。手冊上給出的數(shù)值是25C、基極開路時的擊穿電壓U(BR)CEO。6.集電極最大允許功耗PCM集電極電流IC流過三極管，所發(fā)出的焦耳熱為：PC=ICUCE必定導致結(jié)溫上升，所以PC有限制。PC

PCM71ICUCEICUCE=PCM安全工作區(qū)ICMU(BR)CEO過流區(qū)過壓區(qū)過損耗區(qū)725.4.5溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響iBuBE60℃20℃OUBE1UBE2溫度增加，使UBE下降，輸入曲線左移。原因：少數(shù)載流子增加，漂移增加，PN結(jié)變窄，內(nèi)電場變?nèi)酰T坎電壓下降。1.溫度對輸入曲線的影響。73溫度增加，輸出曲線上移。4.溫度對輸出曲線的影響。iBuBE60℃20℃OUBE1UBE2uCEiC0IB=0IB1I’B1IB2I’B2IB3I’B360℃20℃△i'C△iCI'CEO溫度IC2.溫度對ICEO的影響。原因：少數(shù)載流子增加。溫度增加，使ICBO增加

ICEO增加。溫度增加，β增加。3.溫度對β的影響。74放大、開關(guān)。電流控制器件，有電流放大作用。三極管的主要特點三極管的應(yīng)用AFRB+12VRC+3V755.5絕緣柵型場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)管是一種利用電場效應(yīng)來控制電流的半導體器件。其作用有放大、開關(guān)、可變電阻。特點：輸入電流很小，耗能?。惠斎腚娮韬艽?；便于集成分類： 絕緣柵型增強型（N溝道、P溝道） 耗盡型（N溝道、P溝道）76場效應(yīng)管是一種不同于雙極型晶體管（BJT）的一種半導體器件。雙極型晶體管（BJT）有兩種載流子（多子、少子）場效應(yīng)管（FET）有一種載流子（多子）工作機理不同雙極型晶體管（BJT）電流控制方式場效應(yīng)管（FET）電壓控制方式控制方式不同775.5.1絕緣柵場效應(yīng)管(MOS管)特點：輸入電流更小，輸入電阻更大；便于集成分類：增強型（N溝道、P溝道） 耗盡型（N溝道、P溝道）一、N溝道增強型MOS管結(jié)構(gòu)：N+N+sgdBP（襯底）符號：gsdBN溝道gsdBP溝道781．工作原理①GS間開路時此時，漏源間有兩個背靠背的PN結(jié)，因此DS間接什么電壓，都不會有電流產(chǎn)生。即此時不存在導電溝道。②uGS>0，DS短接此時，柵極接正，襯底接負，襯底中的多子空穴被排斥到下方，上面形成耗盡層。且uGS越大，耗盡層越寬。NN耗盡層PdgsuGSB通常源極和襯底是連在一起的N+N+sgdBP（襯底）79當uGS↑=UGS(th)時，襯底中的少子電子被吸引到耗盡層，形成N型薄層，稱為反型層。該反型層即導電溝道。uGS再↑，則反型層加寬，溝道變寬。NN反型層PdgsuGSBUGS(th)稱為開啟電壓。③uGS>UGS(th)，uDS>0uDS很小時，uGD

=uGS-uDS>UGS(th)，由于S端電壓低于D端電壓，故S端溝道寬，D端溝道窄，溝道仍呈楔型。溝道中的電子在uDS的作用下形成電流iD且uDS↑→iD↑，呈現(xiàn)電阻性。電阻的大小與uGS有關(guān)NNPdgsuGSBuDSiD80uGS對iD的影響：uGS↑→溝道寬度↑→iD↑當uDS↑→uGD=UGS(th)時，D端反型層消失，溝道被夾斷，稱為預夾斷（因S端未被夾斷）； NNPdgsuGSBuDSiD預夾斷后，uDS↑，夾斷長度↑，增加的電壓uDS大部分落在夾斷區(qū)，溝道上電壓幾乎不↑，故iD基本不↑，呈飽和性。NNPdgsuGSBuDSiD812．特性曲線與電流方程輸出特性曲線與結(jié)型類似，分為三個區(qū)。不同之處在于開啟電壓>0。轉(zhuǎn)移特性曲線與結(jié)型形狀類似，但在第一象限，因開啟電壓>0。IDOiDuGSUGS(th)O2UGS(th)轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線uDSiDUGS=UGS(th)OUGS1UGS2UGS3=2UGS(th)可變電阻區(qū)夾斷區(qū)預夾斷軌跡uDS=uGS-UGS(th)恒流區(qū)IDO方程：★★82二、N溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管情況與增強型類似。不同的只是開啟電壓不同。增強型UGS(th)>0，耗盡型UGS(off)<0。uGS<0的某個值UGS(off)時，反型層消失，溝道夾斷。故在uGS>UGS(off)時，在ds間加正壓，有電流iD產(chǎn)生。結(jié)構(gòu)與增強型類似，只不過在二氧化硅中加入大量正離子，故在uGS=0時，即有反型層存在。符號：gsdBN溝道gsdBP溝道PdgsuGSBNN反型層++++++++++83uDSiDUGS=UGS(off)<0OUGS=0可變電阻區(qū)夾斷區(qū)恒流區(qū)iDuGSUGS(off)O特性曲線輸出特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線84三、P溝道場效應(yīng)管P溝道是N溝道的對偶型使用時uGS、uDS的極性應(yīng)于N溝道相反，電流的方向也與N溝道相反。開啟電壓：增強型MOS管UGS(th)<0，

耗盡型MOS管，UGS(off)>0。特性曲線：將N溝道對應(yīng)曲線旋轉(zhuǎn)180度即得85例：P溝道絕緣柵型場效應(yīng)管的特性曲線P溝道UGS(th)<0

，iD<0旋轉(zhuǎn)180度N溝道UGS(th)>0，

iD>0gsdBN溝道gsdBP溝道iDuGSUGS(th)OUGS(th)uGSiDO86uDSiDOUGS=0UGS(off)<0N溝道，uDS>0，iD>0uDSiDOUGS=0UGS(off)>0P溝道，uDS<0，iD<0旋轉(zhuǎn)180度同樣可得增強型MOS管，耗盡型MOS管的特性曲線如圖875.5.3場效應(yīng)管的主要參數(shù)一、直流參數(shù)1.開啟電壓UGS(th)：是增強型MOS管的參數(shù)2.夾斷電壓UGS(off)：是耗盡型MOS管的參數(shù)3.飽和漏極電流IDSS：是耗盡型MOS管的參數(shù)二、交流參數(shù)1.低頻跨導gm2.極間電容：場效應(yīng)管三個電極之間存在的等效電容4.直流輸入電阻RGS(DC)：柵源電壓與柵極電流的之比。很大88三、極限參數(shù)1.最大漏極電流IDM2.擊穿電壓u(BR)DS3.最大耗散功率PDM89場效應(yīng)管(FET)和雙極型晶體管(BJT)比較導電機理：多子（單極型）工作控制方式：壓控輸入阻抗：

108～1012放大能力：gm小工藝：簡單，易集成使用：D—S可置換輻射光照溫度特性：好抗干擾能力：好

.

FETBJT導電機理：多子、少子（雙極型）工作控制方式：流控輸入阻抗：102～103放大能力：大工藝：復雜使用：C—E不可置換輻射光照溫度特性：不好抗干擾能力：差

90使用FET的幾點注意事項：保存：注意將幾個管腳短路（用金屬絲捆綁）焊接：各電極焊接順序為：

S→D→G斷電焊接。電烙鐵要有中線。

911）發(fā)光二極管LED發(fā)光器件結(jié)構(gòu)：由能發(fā)光的化合物半導體材料制作成PN結(jié)功能：將電能轉(zhuǎn)換成光能。工作原理：PN結(jié)加正向電壓導通時，發(fā)光；PN結(jié)加反向電壓截止時，不發(fā)光。導通電壓：1~2V導通電流：幾

~幾十毫安，須接限流電阻5.6其它半導體器件92注意：光電二極管工作在反向狀態(tài)！2）光電二極管受光器件功能：將光能轉(zhuǎn)換成電能。工作原理：光照時，產(chǎn)生隨光照強度而增加的反向電流；無光照時，反向電流（暗電流）很小。光電流很小，一般幾十微安，應(yīng)用時須放大。93注意：光電三極管工作時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏！3）光電三極管受光器件功能：將光能轉(zhuǎn)換成電能，且有電流放大作用。工作原理：無光照時，暗電流為IC=（1+

）ICBO；有光照時，光電流為IC=（1+

）IL

。IL為光照時流過集電結(jié)的反向電流。E（-）C（+）94特點：輸入輸出電氣隔離，抗干擾能力強；傳輸信號失真小，工作穩(wěn)定可靠。4）光電耦合器功能：由光將輸入端的電信號傳遞到輸出端。工作原理：輸入端加電信號發(fā)光二極管發(fā)光光電三極管受光產(chǎn)生電流輸出+-CE9596第五章總結(jié)主要內(nèi)容半導體的基礎(chǔ)知識二極管、三極管、場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理和特性曲線重點掌握：1.概念：兩種載流子；擴散運動和漂移運動；

PN結(jié)的形成；PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?.掌握二極管的伏安特性曲線及特性方程。3.會分析簡單的二極管電路。4.掌握穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用。5.會計算穩(wěn)壓電路的限流電阻。96976.掌握三極管的放大作用和開關(guān)作用。7.掌握三極管的特性曲線。8.會分析三極管的三種工作狀態(tài)。9.掌握場效應(yīng)管的放大作用、開關(guān)作用和變阻作用。10.掌握場效應(yīng)管的恒流、夾斷、變阻三種工作狀態(tài)。11.會分析場效應(yīng)管的三種工作狀態(tài)。97一、兩種半導體和兩種載流子兩種載流子的運動電子—自由電子空穴—價電子兩種半導體N型(多電子)P型(多空穴)二、二極管1.特性—單向?qū)щ娬螂娮栊?理想為0)，反