武漢大學(xué)模電課件第 一 章

第一章半導(dǎo)體器件與模型1.1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性1.1.1本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體具有某些特殊性質(zhì)：光敏熱敏、摻雜特性

1、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)與模型GeSi通過(guò)一定的工藝過(guò)程，可以將半導(dǎo)體制成晶體?，F(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。＋4除去價(jià)電子后的原子價(jià)電子本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共用電子對(duì)+4+4+4+4共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵。形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4（1）本征激發(fā)2、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子載流子:自由電子、空穴+4+4+4+4本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。（2）本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電原理本征半導(dǎo)體中外界激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)，兩者數(shù)目相同。同時(shí)，自由電子也能跳入空穴，重新為共價(jià)鍵束縛，兩者同時(shí)消失，此現(xiàn)象稱為“復(fù)合”。3、本征半導(dǎo)體中載流子濃度溫度一定時(shí)，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合將達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)載流子濃度為一熱平衡值，溫度升高，本征激發(fā)產(chǎn)生的載流子數(shù)目將增加，但同時(shí)復(fù)合作用也增加，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合將在新的更大濃度值的基礎(chǔ)上達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。本征激發(fā)中有據(jù)理論分析和實(shí)驗(yàn)證明，有本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，可通過(guò)摻雜來(lái)進(jìn)行改善。溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體摻入雜質(zhì)后的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，主要由摻雜形成；電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成。空穴很容易俘獲電子，使雜質(zhì)原子成為負(fù)離子。三價(jià)雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)。本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等形成P型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，可形成N型半導(dǎo)體。在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子,它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子,由熱激發(fā)形成。提供自由電子的五價(jià)雜質(zhì)原子因自由電子脫離而帶正電荷成為正離子，五價(jià)雜質(zhì)原子被稱為施主雜質(zhì)N型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子濃度近似等于雜質(zhì)濃度，少子濃度與雜質(zhì)濃度成反比，與本征半導(dǎo)體載流子濃度的平方成正比，故溫度上升時(shí)，多子濃度幾乎不便，而少子濃度則迅速增加。少子濃度隨溫度的變化是影響半導(dǎo)體器件性能的主要原因。雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響典型的數(shù)據(jù):

T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子濃度:4.96×1022/cm3

3以上三個(gè)濃度基本上依次相差106/cm3

。

2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm31.1.3半導(dǎo)體中的電流1、漂移電流外加電場(chǎng)時(shí)，載流子在電場(chǎng)力的作用下形成定向運(yùn)動(dòng)，稱為漂移運(yùn)動(dòng)，并由此產(chǎn)生電流，稱為漂移電流。漂移電流為兩種載流子漂移電流之和，方向與外電場(chǎng)一致。2、擴(kuò)散電流當(dāng)半導(dǎo)體有光照或者載流子注入時(shí)，半導(dǎo)體中將出現(xiàn)載流子的濃度差，載流子將由高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域運(yùn)動(dòng)，這種定向運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，由此形成的電流稱為擴(kuò)散電流。1.2PN結(jié)1.2.1PN結(jié)的形成N型施主雜質(zhì):自由電子正離子P型受主雜質(zhì):空穴負(fù)離子空間電荷區(qū)（PN結(jié)）濃度差多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)阻止多子擴(kuò)散促使少子漂移內(nèi)電場(chǎng)N指向P內(nèi)電場(chǎng)電位耗盡層阻擋層勢(shì)壘區(qū)1.2.2PN結(jié)的導(dǎo)電特性1、正向特性PN結(jié)外加直流電壓VF：P區(qū)接高電位（正電位），N區(qū)接低電位（負(fù)電位）內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)變?。?+++PN+_內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，能夠形成較大的擴(kuò)散電流?！螂娏髡珪r(shí)，PN結(jié)呈現(xiàn)為一個(gè)小電阻。2、反向特性＊硅PN結(jié)的Is為

pA級(jí)＊溫度T增加→

Is增大內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)PN結(jié)反偏：P區(qū)接低電位（負(fù)電位），N區(qū)接高電位（正電位）。NP+－+變厚_－－－+++－+－－－+++內(nèi)電場(chǎng)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，只能形成較小電流反偏時(shí)，PN結(jié)呈現(xiàn)為一個(gè)大電阻。→反偏→反向電流結(jié)論

PN結(jié)正向偏置空間電荷區(qū)變窄正向電阻很?。ɡ硐霑r(shí)為0）正向電流較大PN結(jié)導(dǎo)通

PN結(jié)反向偏置空間電荷區(qū)變寬想時(shí)為∞）反向電流（反向飽和電流）極小（理想時(shí)為0）PN結(jié)截止反向電阻很大（理單向?qū)щ娦訮N結(jié)正向偏置時(shí)導(dǎo)通，反向偏置時(shí)截止正偏反偏3、PN結(jié)的伏安特性PN結(jié)所加端電壓vD與流過(guò)它的電流I的關(guān)系為：一般而言，要產(chǎn)生正向電流時(shí)，外加電壓遠(yuǎn)大于VT，正向電流遠(yuǎn)大于Is，則可得Is非常小，常忽略不計(jì)。門坎電壓

VthPN結(jié)的溫度特性T（℃）↑→在電流不變情況下管壓降Vth↓→反向飽和電流IS↑，V(BR)↓T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移硅PN結(jié)穩(wěn)定性較鍺結(jié)好溫度每升高10度，反相飽和電流增加1倍1.2.3PN結(jié)的擊穿特性

二極管處于反向偏置時(shí)，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過(guò)PN結(jié)的電流很小，但電壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，反向電流急劇增加，這種現(xiàn)象我們就稱為反向擊穿。擊穿時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓稱為擊穿電壓，計(jì)為V(BR)。擊穿形式分為兩種：雪崩擊穿和齊納擊穿。雪崩擊穿：如果摻雜濃度較低，PN結(jié)較厚實(shí)，當(dāng)反向電壓增高時(shí)，空間電荷區(qū)增厚，內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)，有利于少子的漂移運(yùn)動(dòng)，使少子在其中獲得加速，從而把電子從共價(jià)鍵中撞出，形成雪崩式的連鎖反應(yīng)，載流子急劇增加，反向電流猛增，形成雪崩擊穿。

由于PN結(jié)較厚，對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度要求高，所需反向電壓大。齊納擊穿：

高摻雜情況下，阻擋層很窄，宜于形成強(qiáng)電場(chǎng)，而破壞共價(jià)鍵，使價(jià)電子脫離共價(jià)鍵束縛形成電子－空穴對(duì)，致使電流急劇增加。擊穿現(xiàn)象破壞了PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕覀冊(cè)谑褂脮r(shí)要避免。*擊穿并不意味著PN結(jié)燒壞?？衫脫舸┨匦灾瞥煞€(wěn)壓二極管。1.2.4PN結(jié)的電容特性1、勢(shì)壘電容CT：PN結(jié)上的反偏電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)相應(yīng)變化，結(jié)區(qū)中的正負(fù)離子數(shù)量也發(fā)生改變，即存在電荷的增減，這相當(dāng)于電容的充放電，PN結(jié)顯出電容效應(yīng)，稱為勢(shì)壘電容。PN結(jié)的總電容：2、擴(kuò)散電容CD：正偏時(shí)，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，多子從一個(gè)區(qū)進(jìn)入另一區(qū)后繼續(xù)擴(kuò)散，一部分復(fù)合掉了，這樣形成一定濃度分布，結(jié)的靠P區(qū)一側(cè)集結(jié)了電子，另一側(cè)集結(jié)了空穴，即形成了電荷的積累，這種效應(yīng)用擴(kuò)散電容表示。低頻使用時(shí)，可忽略結(jié)電容的影響。1.2.5二極管的結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)1、二極管的結(jié)構(gòu)平面型二極管：用于集成電路中。面接觸型二極管：PN結(jié)面積大，允許通過(guò)較高較大電流，但結(jié)電容大，適于低頻工作。點(diǎn)接觸型二極管：PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，工作頻率高，但不能承受較高反向電壓和較大電流。引線外殼線觸絲線基片PN結(jié)PN符號(hào)A陽(yáng)極K陰極2、二極管的V－I特性VI死區(qū)電壓硅管0.6V,鍺管0.2V。導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓VBR

二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流2、二極管的主要參數(shù)1）最大整流電流IFM2）最高反向電壓VRM3）反向電流IR4）最高工作頻率fM

二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過(guò)熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓VWRM一般是VBR的一半

二極管加反向峰值工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流越小，管子的單向?qū)щ娦栽胶?。溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流小于鍺管前三項(xiàng)是二極管的直流參數(shù)，主要利用二極管的單向?qū)щ娦?，?yīng)用于整流、限幅、保護(hù)等等1.3二極管的等效模型及分析方法1、指數(shù)模型2、理想二極管開(kāi)關(guān)模型適應(yīng)于電源電壓遠(yuǎn)大于二極管的管壓降時(shí)特性模型電路模型3、二極管恒壓降模型電源電壓不是很大，可與二極管的導(dǎo)通壓降比擬時(shí)，應(yīng)考慮二極管的管壓降硅二極管管壓降常取為0.7V，鍺管壓降取0.2V。恒壓降模型特性模型4、折線模型當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，端電壓很小的變化將引起電流的很大變化，在一些應(yīng)用場(chǎng)合，不能忽略這個(gè)變化。折線電路模型特性模型二極管特性曲線在Q點(diǎn)的斜率為當(dāng)二極管工作在Q點(diǎn)附近時(shí)，折線與曲線正切于該點(diǎn)，由切線的斜率可求得等效電壓5、小信號(hào)模型當(dāng)外加信號(hào)工作在特性曲線的某一小范圍內(nèi)時(shí)，二極管的電流將與外加電壓的變化成線性關(guān)系，可用小信號(hào)模型來(lái)進(jìn)行等效。小信號(hào)模型高頻小信號(hào)模型特性模型靜態(tài)電壓靜態(tài)電流未加交流信號(hào)時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)管子的體電阻1.3.2二極管電路的分析方法1、圖解法靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解線性電路方程二極管電流方程據(jù)電路原理，兩者端電壓和電流相等。兩線交點(diǎn)Q為靜態(tài)工作點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的IQ為靜態(tài)電流，VQ為靜態(tài)電壓。直流負(fù)載線交流信號(hào)的圖解線性電路方程2、工程近似法1）整流電路2）限幅電路限幅電路常來(lái)選擇預(yù)置電平范圍內(nèi)的信號(hào)。作用是把輸出信號(hào)幅度限定在一定的范圍內(nèi)，亦即當(dāng)輸入電壓超過(guò)或低于某一參考值后，輸出電壓將被限制在某一電平（稱作限幅電平），且再不隨輸入電壓變化。若二極管具有理想的開(kāi)關(guān)特性，那么，當(dāng)vｉ低于E時(shí)，D截止，vo＝E；當(dāng)vｉ高于E以后，D導(dǎo)通，vo＝vｉ。串聯(lián)下限幅電路限幅特性思考：將二極管極性反轉(zhuǎn)，將得到什么效果？3）低電壓穩(wěn)壓電路當(dāng)電路工作時(shí)，若電源出現(xiàn)波動(dòng)或者負(fù)載發(fā)生改變，將引起輸出電壓的變化，為穩(wěn)定輸出電壓，可采用二極管穩(wěn)壓電路。4）靜態(tài)工作點(diǎn)的近似計(jì)算在求解二極管電路時(shí)，常取管子的導(dǎo)通電壓為其靜態(tài)電壓，靜態(tài)電流由回路參數(shù)決定。3、小信號(hào)等效分析法小信號(hào)等效電路二極管電路如圖，求輸出電壓。其中輸入交流信號(hào)較小時(shí)，可將二極管視為線性元件，用引線電阻和體電阻串聯(lián)來(lái)等效。1.3.3特殊二極管1、穩(wěn)壓二極管(a)符號(hào)(b)2CW17伏安特性利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向電擊穿狀態(tài)，反向電壓應(yīng)大于穩(wěn)壓電壓DZ反向擊穿電壓即穩(wěn)壓值穩(wěn)壓管的主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓VZ(2)動(dòng)態(tài)電阻rZ在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓rZ=

VZ/

IZ(3)最大耗散功率

PZM(4)最穩(wěn)定工作電流IZmax

和最大小穩(wěn)定工作電流IZmin(5)溫度系數(shù)——

VZ簡(jiǎn)單穩(wěn)壓電路問(wèn)題：1）不加R可以嗎？2）上述電路VI為正弦波，且幅值大于VZ，VO的波形是怎樣的？（1）設(shè)電源電壓波動(dòng)(負(fù)載不變)VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑↓VO↓←VR↑←IR↑（2）設(shè)負(fù)載變化(電源不變)略2、變?nèi)荻O管4、PIN二極管5、光電二極管發(fā)光二極管光敏二極管光電耦合器件3、肖特基二極管1.4半導(dǎo)體三極管1.4.1三極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)及分類1、三極管的分類按照材料分：硅管、鍺管等按照頻率分：高頻管、低頻管按照功率分：小、中、大功率管按照結(jié)構(gòu)分：NPN型和PNP型(a)和(b)都是小功率管，(c)為中功率管，(d)為大功率管2、基本結(jié)構(gòu)和符號(hào)beTcNPNNPN型N+發(fā)射區(qū)N集電區(qū)P基區(qū)b基極e發(fā)射極c集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)NPN+ebcPNP型三極管PNP型NP+Peb基區(qū)集電區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電極c發(fā)射極基極beTcPNP結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1）發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高，且發(fā)射結(jié)的面積較小2）集電結(jié)的面積大于發(fā)射結(jié)的面積，便于收集電子3）基區(qū)非常薄，摻雜溶度也很低三極管具有電流放大作用的內(nèi)因3、三極管（放大電路）的三種組態(tài)共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示;共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；如何判斷組態(tài)？PNP管：

VBE<0

VBC>0即VC<VB<VEcebNPN管：

VBE>0

VBC<0即VC>VB>VEceb發(fā)射結(jié)正向偏置集電結(jié)反向偏置晶體管具有電流放大作用的外部條件：IEIBRBVEEICVCC輸入電路輸出電路RCbce三極管的工作狀態(tài)正偏正偏反偏反偏飽和區(qū)反向工作區(qū)截止區(qū)正向工作區(qū)小信號(hào)放大電路的工作區(qū)1.4.2三極管放大區(qū)的工作原理VEERBNPN發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子電子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合電源負(fù)極向發(fā)射區(qū)補(bǔ)充電子形成發(fā)射極電流IEIEEB正極拉走電子，補(bǔ)充被復(fù)合的空穴，形成IBIB集電區(qū)收集電子電子流向電源正極形成ICIC發(fā)射極注入載流子電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合集電區(qū)收集電子1、三極管的載流子運(yùn)動(dòng)過(guò)程三極管的電流分配關(guān)系集電極電流發(fā)射極電流基極電流IC>>IB2、直流電流傳輸方程bceIEICbVBE-+-+VCB1）共基極電路直流電流傳輸方程集電結(jié)收集的電子為發(fā)射區(qū)發(fā)射電子的一部分，用系數(shù)表示為

為共基極電流放大系數(shù)，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(wú)關(guān)。一般

=0.90.99共基極直流電流傳輸方程2）共發(fā)射極電路直流電流傳輸方程VBEVCEb—+-+eecICIB可得共發(fā)電路直流電流傳輸系數(shù)三極管的基極電流對(duì)集電極電流具有控制作用穿透電流

是共射極電流放大系數(shù)，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(wú)關(guān)。一般

>>1（10～100）共發(fā)射極直流電流傳輸方程3）共集電極電路直流電流傳輸方程VCBVCEb+--+cceIEIB1.4.3三極管的伏安特性曲線1、共基電路特性曲線輸入特性曲線基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)導(dǎo)致輸出電壓的增加使曲線左移。iEiCvBE-+-+vCBVEEVCC輸出特性曲線截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，輸入電流對(duì)輸出電流有控制作用。共基組態(tài)交流電流傳輸系數(shù)基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)導(dǎo)致曲線隨vCB增加而略微上傾截止區(qū)：飽和區(qū)：vCB<0,集電結(jié)正偏，iC隨之下降，達(dá)到飽和。2、共發(fā)射極電路特性曲線輸入特性曲線vBEvCE—+-+ICIBVEEVCC兩個(gè)結(jié)正偏，iB為兩結(jié)正向電流之和。集電結(jié)由正偏轉(zhuǎn)為反偏，管子由飽和向放大狀態(tài)轉(zhuǎn)化，iB大大減小。集電極收集能力已達(dá)到最大，特性曲線變化很小。兩個(gè)結(jié)反偏，iB為兩結(jié)反向電流之和。vBE太大將反向擊穿。輸出特性曲線截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)：vCB>0,發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，iC隨iB線性變化。共發(fā)組態(tài)交流電流傳輸系數(shù)飽和區(qū)：vCB<0,兩結(jié)正偏，iC不受iB控制，達(dá)到飽和。iC隨vCE增大而增大。VCES為飽和壓降。臨界飽和線臨界飽和線：vCB＝0為集電結(jié)處于正偏和反偏的臨界值，對(duì)應(yīng)的曲線為臨界飽和線。基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)導(dǎo)致曲線隨vCE增加而上傾。輸出特性曲線向左延伸交于一點(diǎn)，相應(yīng)的電壓VA稱為厄爾利電壓。擊穿區(qū)：vCE太大，出現(xiàn)擊穿其值與iB成正比。對(duì)應(yīng)iB

＝0（iC

＝ICEO）的擊穿電壓為V(BR)CEO對(duì)應(yīng)iE

＝0（iB

＝-ICBO）的擊穿電壓為V(BR)CBO截止區(qū)：截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)1.4.4三極管的主要參數(shù)集電結(jié)反向飽和電流ICBO集電極穿透電流ICEOICEO=(1+β)ICBO

電流傳輸系數(shù)（放大倍數(shù)）極間反向飽和電流發(fā)射結(jié)反向飽和電流IEBO結(jié)電容發(fā)射結(jié)電容Cb’e集電結(jié)電容Cb’c電流放大系數(shù)、α、β極限參數(shù)集電極最大允許電流ICM反向擊穿電壓V(BR)CEO

、

V(BR)CEO

、V(BR)CBO集電極最大允許耗散功率PCM使用時(shí)不允許超過(guò)這些極限參數(shù).V(BR)CEOPCM=ICVCEICM安全工作區(qū)過(guò)損區(qū)iC/mAOvCE溫度對(duì)三極管參數(shù)及特性的影響溫度T

少子濃度

IC

ICBO,

ICEO

IC=IB+(1+)ICBOIB

VBE

載流子運(yùn)動(dòng)加劇，發(fā)射相同數(shù)量載流子所需電壓

輸入特性曲線左移

載流子運(yùn)動(dòng)加劇，多子穿過(guò)基區(qū)的速度加快，復(fù)合減少

IC

IB輸出特性曲線上移輸出特性曲線族間隔加寬溫度每上升l℃，β值約增大0.5～1％溫度上升10℃，ICEO將增加一倍溫度上升1℃，VBE將下降2～2.5mV1.4.6三極管的小信號(hào)模型vBEvCE—+-+iCiBVBEQVCC+—viRCvi＝0時(shí)對(duì)應(yīng)的偏置電流電壓值為靜態(tài)偏置值。加入vi，電路中的瞬時(shí)值為靜態(tài)值與交流瞬時(shí)值的疊加。如vi較小時(shí)，其對(duì)應(yīng)變化范圍內(nèi)的輸入輸出特性可視為直線，此時(shí)的非線性器件三極管可等效為線性器件來(lái)進(jìn)行分析。小信號(hào)的范圍VBEQ對(duì)應(yīng)的靜態(tài)電流為時(shí)，上式可展開(kāi)成冪級(jí)數(shù)忽略二次方及以上項(xiàng)可得:三極管的跨導(dǎo)：此時(shí)，輸出電流瞬時(shí)值與輸入電壓瞬時(shí)值成線性關(guān)系。小信號(hào)的條件：三極管放大工作時(shí)，在靜態(tài)點(diǎn)上疊加交流小信號(hào)，三極管對(duì)交流信號(hào)具有線性傳輸特性，三極管可用線性有源網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行等效。此網(wǎng)絡(luò)具有和三極管相同的端電壓、電流關(guān)系，為三極管的小信號(hào)模型。小信號(hào)模型的獲得有兩種途徑：由物理結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型可以得到混合π型等效電路。視三極管為二端口網(wǎng)絡(luò)，利用端口電流電壓關(guān)系，得到網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型。1、共發(fā)射極三極管混合π型模型的引入vBEvCE—+-+iCiBVCCVBEQ+—viRC在工作點(diǎn)Q附近展開(kāi)成泰勒級(jí)數(shù)小信號(hào)時(shí)可忽略高階項(xiàng)，并利用可得為簡(jiǎn)化表達(dá)，引入四個(gè)g參數(shù)輸出短路時(shí)的輸入電導(dǎo)輸出短路時(shí)的正向傳輸電導(dǎo)（跨導(dǎo)）輸入短路時(shí)的輸出電導(dǎo)輸入短路時(shí)的反向傳輸電導(dǎo)相對(duì)很小，可忽略。＋－＋－ceeb線性g參數(shù)模型取考慮基區(qū)體電阻低頻混合π型電路模型＋－＋－ceeb＋－＋－＋－ceeb＋－低頻混合π型簡(jiǎn)化模型＋－＋－ceeb＋－高頻混合π型電路模型2、混合π型參數(shù)與工作點(diǎn)電流的關(guān)系在工作點(diǎn)Q處對(duì)指數(shù)模型求導(dǎo)可得到相應(yīng)的g參數(shù)1）三極管的跨導(dǎo)gm：發(fā)射結(jié)正偏時(shí)Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)電阻跨導(dǎo)gm反映了作為控制電壓時(shí)對(duì)集電極電流的控制能力。室溫時(shí)，2）發(fā)射結(jié)的結(jié)層電阻表示指數(shù)特性工作點(diǎn)Q處的斜率可見(jiàn)發(fā)射結(jié)結(jié)電阻與工作點(diǎn)有關(guān)。3）集射電阻集射電阻一般在幾千歐以上，與集電極靜態(tài)電流成反比，與VA成正比，其大小反映了輸出特性曲線的傾斜程度，為基區(qū)寬度調(diào)制參數(shù)。4）集電結(jié)的結(jié)層電阻值在100KΩ～10MΩ之間，反映了輸出電壓對(duì)輸入電流的影響，也為基區(qū)寬度調(diào)制參數(shù)。5）基區(qū)體電阻6）極間電容和為基區(qū)體電阻和接觸電阻，低頻小功率管約為300Ω；ICQ增大，體電阻將減小，VCEQ增大，體電阻將增大。為發(fā)射結(jié)電容，小功率管為幾十至幾百pF；為集電結(jié)電容，三極管放大使用時(shí)，其值很小，只有零點(diǎn)幾到幾pF。3、三極管的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)模型1）H參數(shù)的引出＋－＋－二端口網(wǎng)絡(luò)放大器采用不同組態(tài)，其端口參量必然不同，得到的參數(shù)也會(huì)不同，下面以共射電路為例進(jìn)行分析。小信號(hào)下，考慮電壓、電流之間的微變關(guān)系，對(duì)上面兩式取全微分可得：式中hie

hre

hfe

hoe

稱為BJT的H參數(shù)由于dvBE、dvCE、diB、diC代表無(wú)限小的信號(hào)增量，也就是可以用電流、電壓的交流分量來(lái)代替。即：H參數(shù)的含義輸出交流短路時(shí)，三極管的輸入電阻輸出交流短路時(shí)，三極管的正向電流傳輸系數(shù)（放大倍數(shù)）。輸入交流開(kāi)路時(shí)，三極管的反向電壓傳輸系數(shù)。屬于內(nèi)反饋，10－4數(shù)量級(jí)可忽略不計(jì)輸入交流開(kāi)路時(shí)，三極管的輸出電導(dǎo)。2）共發(fā)組態(tài)的H參數(shù)模型簡(jiǎn)化模型＋－＋－bcee電路模型＋－＋－bcee受控電壓源受控電流源3、兩種參數(shù)模型的比較混合π型模型：適用頻率范圍很寬，參數(shù)有比較明確的物理意義，但引入了內(nèi)基極點(diǎn)，參數(shù)不容易測(cè)得。高頻分析時(shí)采用。H參數(shù)模型：模型簡(jiǎn)單，低頻參數(shù)容易測(cè)得，適于對(duì)低頻小信號(hào)電路進(jìn)行分析。簡(jiǎn)化模型＋－＋－bcee＋－＋－ceeb＋－低頻混合π型簡(jiǎn)化模型1.5

場(chǎng)效應(yīng)管(4)在大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn)(1)它是利用改變外加電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)控制其導(dǎo)電能力的半導(dǎo)體器件。(2)它具有體積小、重量輕、耗電少、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。(3)還具有輸入電阻高、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、噪聲低、制造工藝簡(jiǎn)單、便于集成等特點(diǎn)。場(chǎng)效應(yīng)管的分類(2)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)(1)金屬絕緣柵型半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MISFET)(3)金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管(MESFET)(4)異質(zhì)場(chǎng)效應(yīng)管(HeteroFET)1.5.1MOS場(chǎng)效應(yīng)管N溝道P溝道按照導(dǎo)電機(jī)理分為MOS場(chǎng)效應(yīng)管由金屬、二氧化硅絕緣層、半導(dǎo)體構(gòu)成。增強(qiáng)型耗盡型按照工作方式分為控制電壓為0時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道控制電壓為0時(shí)，沒(méi)有導(dǎo)電溝道1、增強(qiáng)型MOS管N溝道增強(qiáng)型管的電路符號(hào)P溝道增強(qiáng)型管的電路符號(hào)N溝道增強(qiáng)型MOS管1）N溝道的形成及導(dǎo)電過(guò)程?hào)艠O懸空時(shí)，漏極和源極之間未形成導(dǎo)電溝道，取小電壓時(shí)，N＋N＋Psgdb襯底表面形成空間電荷區(qū)，增大時(shí)，P型襯底出現(xiàn)N型層，稱為反型層。反型層將兩個(gè)N區(qū)連接，形成N溝道。同時(shí)，連續(xù)的耗盡層將源區(qū)、漏區(qū)和溝道與襯底分隔開(kāi)來(lái)?？吭鰪?qiáng)柵源電壓來(lái)形成導(dǎo)電溝道的MOS管，稱為增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管。反型層開(kāi)始形成導(dǎo)電溝道的VGS稱為開(kāi)啟電壓VGS（th）（或記為VT）N＋N＋Psgdb后，加入形成漏極電流iDiD隨VGS由0到VT

，再繼續(xù)增大，iD也相應(yīng)由o到大變化，反之亦然，實(shí)現(xiàn)VGS對(duì)iD的控制。漏源電流對(duì)溝道的影響溝道各處的VGD不同，使得溝道厚度不同增大VDS

，iD

將增大，但同時(shí)VGD減小，溝道變窄；當(dāng)VGD＝

VGS－

VDS=

VT，漏端溝道被夾斷且當(dāng)VDS繼續(xù)增大時(shí)，夾斷點(diǎn)稍微左移夾斷點(diǎn)到源極電壓不變，iD保持不變。iD主要受VGS

的控制，在漏端夾斷前還受VDS影響。N＋N＋PsgdbiD2）輸出特性曲線FET的組成形式有三類：共漏、共源、共柵。－-+iDiGVDSVGS+3.5V4V4.5V5VVGS＝5.5V非飽和區(qū)飽和區(qū)擊穿區(qū)截止區(qū)非飽和區(qū)3.5V4V4.5V5VVGS＝5.5V非飽和區(qū)又稱為可變電阻區(qū)，vDS很小時(shí)，可忽略其平方項(xiàng)溝道電導(dǎo)：可見(jiàn)，在非飽和區(qū)vGS可控制溝道等效電導(dǎo)。飽和區(qū)3.5V4V4.5V5VVGS＝5.5V飽和區(qū)漏端被夾斷后，iD基本不隨vDS變化，達(dá)到飽和可見(jiàn)，在飽和區(qū)vGS對(duì)iD有很強(qiáng)的控制作用。在放大電路中，場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)工作在飽和區(qū)，故飽和區(qū)又稱為場(chǎng)效應(yīng)管的放大區(qū)。截止區(qū)飽和區(qū)，vDS對(duì)溝道長(zhǎng)度有調(diào)節(jié)作用，使輸出特性曲線略微上翹。λ為溝道調(diào)制因子溝道沒(méi)有形成，iD≈0擊穿區(qū)3.5V4V4.5V5VVGS＝5.5V擊穿區(qū)vDS增大到一定值，iD急劇增長(zhǎng)，管子進(jìn)入擊穿區(qū)，vDS為漏源擊穿電壓V(BR)DSvDS過(guò)大穿可能引起穿通擊穿vGS太大時(shí)，絕緣層可能在強(qiáng)電場(chǎng)作用下發(fā)生擊穿，造成永久性損壞，v(BR)

GS為柵源擊穿電壓。2、耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管耗盡型管的電路符號(hào)P溝道N溝道飽和漏電流Vp為夾斷電壓1.5.2結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）1、JFET的構(gòu)造NPPg(柵極)s源極d漏極導(dǎo)電溝道N溝道JFET基底：N型半導(dǎo)體兩邊是P區(qū)dgsdgsP溝道JFETs源極PNNg(柵極)d