模拟电子技术课件完整(第四版)胡宴如主编

1、+4 +4 +4 +4 1.1.1 本征半导体本征半导体 半导体半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。 本征半导体本征半导体 纯净的半导体。如硅、锗单晶体。纯净的半导体。如硅、锗单晶体。 载流子载流子 自由运动的带电粒子。自由运动的带电粒子。 共价键共价键 相邻原子共有价电子所形成的束缚。相邻原子共有价电子所形成的束缚。 硅（锗）的原子结构硅（锗）的原子结构 si2 8 4 ge2 8 18 4 简化简化 模型模型 +4 惯性核惯性核 硅（锗）的共价键结构硅（锗）的共价键结构 价电子价电子 自自 由由 电电 子子 （束缚电子）（束缚电子） 本征激发：本

2、征激发： 在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱 共价键的束缚成为自由电子，并在共价键共价键的束缚成为自由电子，并在共价键 中留下一个空位（中留下一个空位（空穴空穴）的过程。）的过程。 复合：复合： 自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成 对消失的过程。对消失的过程。 漂移：漂移：自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。 两种载流子两种载流子 电子电子（自由电子）（自由电子） 空穴空穴 两种载流子的运动两种载流子的运动 自由电子自由电子（在共价键以外）（在共价键以外）的运的运 动动空穴空穴（

3、在共价键以内）（在共价键以内）的运动的运动 结论结论: 1. 本征半导体的电子空穴成对出现本征半导体的电子空穴成对出现, 且数量少；且数量少； 2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电； 3. 本征半导体导电能力弱，并与温度有关本征半导体导电能力弱，并与温度有关。 1.1. 2 杂质半导体杂质半导体 一、一、n 型半导体和型半导体和 p型半导体型半导体 n型型 +5 +4+4+4 +4+4 磷原子磷原子 自由电子自由电子 电子数电子数 空穴数空穴数 电子为多数载流子电子为多数载流子( (多子多子) ) 空穴为少数载流子空穴为少数载流子( (少子少子)

4、 ) 载流子数载流子数 = = 电子数电子数 + + 空穴数空穴数 电子数电子数 p 型型 +3 +4+4+4 +4+4 硼硼原子原子 空穴空穴 空穴数空穴数 电子数电子数 空穴空穴 多子多子 电子电子 少子少子 载流子数载流子数 空穴数空穴数 施主施主 离子离子 施主施主 原子原子 受主受主 离子离子 受主受主 原子原子 二、杂质半导体的导电作用二、杂质半导体的导电作用 i ip in i = ip + in n型半导体型半导体 i in p型半导体型半导体 i ip 三、三、p型、型、n型半导体的简化图示型半导体的简化图示 负离子负离子 多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子 正离子正离

5、子 多数载流子多数载流子 少数载流子少数载流子 1.1.3 pn结结 一、一、pn结结(pn junction)的形成的形成 1. 载流子的载流子的浓度差浓度差引起多子的引起多子的扩散扩散 2. 复合使交界面复合使交界面形成空间电荷区形成空间电荷区(耗尽层耗尽层) 空间电荷区特点空间电荷区特点: 无载流子无载流子阻止扩散进行阻止扩散进行利于少子的漂移利于少子的漂移 3. 扩散和漂移达到扩散和漂移达到动态平衡动态平衡 扩散电流扩散电流 = 漂移电流漂移电流 总电流总电流 = 0 内建电场内建电场 二、二、pn结的单向导电性结的单向导电性 1. 外加外加正向正向电压电压(正向偏置正向偏置) for

6、ward bias p区区n区区 内电场内电场 + ur 外电场外电场 外电场使多子向外电场使多子向pn结移动结移动, 中和部分离子中和部分离子使空间电荷区变窄使空间电荷区变窄 if if = i多子 多子 i少子少子 i多子多子 限流电阻限流电阻 2. 外加外加反向反向电压（反向偏置电压（反向偏置) reverse bias p区区n区区 + ur 内电场内电场 外电场外电场 外电场使少子背离外电场使少子背离pn结移动结移动 空间电荷区变宽空间电荷区变宽 ir ir = i少子 少子 0 pn结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大 反偏截止，

7、电阻很大，电流近似为零反偏截止，电阻很大，电流近似为零 扩散运动加强形成正向电流扩散运动加强形成正向电流if 漂移运动加强形成反向电流漂移运动加强形成反向电流ir 1.2.1 半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型 构成：构成：pn结结 + 引线引线 + 管壳管壳 = 二极管二极管 (diode) 符号：符号：a(anode)c(cathode) 分类：分类： 按材料分按材料分 硅二极管硅二极管 锗二极管锗二极管 按结构分按结构分 点接触型点接触型 面接触型面接触型 点接触型点接触型 正极正极 引线引线 触丝触丝 n型锗片型锗片 外壳外壳 负极负极 引线引线 负极引线负极引线 面接触

8、型面接触型 n型锗型锗 pn结结 正极引线正极引线铝合金铝合金 小球小球 底座底座 金锑金锑 合金合金 平面型平面型 正极正极 引线引线 负极负极 引线引线 集成电路中平面型集成电路中平面型 p n p型支持衬底型支持衬底 1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 一、一、pn结的伏安方程结的伏安方程 ut = 26 mv )1e ( / sd d t uu ii 反向饱和反向饱和 电流电流 ir 温度的温度的 电压当量电压当量 q kt ut 玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数 电子电量电子电量 当当t = 300（27 c） 二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性 o ud /v id /ma

9、 正向特性正向特性 uth 死区死区 电压电压 id = 0 uth = 0.5 v 0.1 v (硅管硅管) (锗管锗管) u uth id 急剧上升急剧上升 0 u uth ud(on) = 0.6 0.8 v硅管硅管0.7 v 0.1 0.3 v锗管锗管0.2 v 反向特性反向特性 isu (br) 反向击穿反向击穿 u（ （br) u 0 id = is 0.1 a(硅 硅) 几十几十 a (锗锗) u u（ （br） 反向电流急剧增大反向电流急剧增大 (反向击穿反向击穿) 反向击穿类型：反向击穿类型： 电击穿电击穿 热击穿热击穿 反向击穿原因反向击穿原因： 齐纳击穿齐纳击穿： （ze

10、ner) 反向电场太强，将电子强行拉出共价键。反向电场太强，将电子强行拉出共价键。 (击穿电压击穿电压 6v, 正正温度系数温度系数) 击穿电压在击穿电压在 6 v左右时，温度系数趋近零。左右时，温度系数趋近零。 id / ma ud / v 0.20.4 25 50 5 10 15 0.01 0.02 锗管的锗管的 伏安特性伏安特性 0 60 40 20 0.02 0.04 00.4 0.8 2550 id / ma ud / v 硅管的硅管的 伏安特性伏安特性 1.2.3 温度对二极管特性的影响温度对二极管特性的影响 60 40 20 0.02 o 0.4 2550 id / ma ud

11、/ v 20 c 90 c t升高时升高时， ud(on)以以 2 2.5 mv/ c下降下降 1.2.4 二极管的主要参数二极管的主要参数 1. if 最大整流电流最大整流电流（最大正向平均电流）（最大正向平均电流） 2. urm 最高反向工作电压最高反向工作电压，为，为u（ （br） /2 3. ir 反向电流反向电流（越小单向导电性越好）（越小单向导电性越好） 影响工作频率的原因影响工作频率的原因 4. fm 最高工作频率最高工作频率 （超过时单向导电性变差）（超过时单向导电性变差） pn结的电容效应结的电容效应 id ud u (br) i f urm 结论：结论： 1. 低频低频时，

12、因结电容很小，对时，因结电容很小，对pn结影响很小。结影响很小。 高频高频时，因容抗增大，时，因容抗增大，结电容分流结电容分流，使，使单向导电性变差。单向导电性变差。 2. 结面积小时结电容小，工作频率高。结面积小时结电容小，工作频率高。 1.3.1 理想二极管及二极管特性的折线近似理想二极管及二极管特性的折线近似 特性特性 ud id 符号及符号及 等效模型等效模型 ss 正偏导通正偏导通，ud= 0 ; 反偏截止反偏截止， id= 0 u(br)= ud id ud(on) ud = ud(on) 0.7 v (si) 0.2 v (ge)ud(on) ud id ud(on) u i i

13、 u r d 斜率斜率1/ rd rd ud(on) ud(on) 例例1.3.1 硅二极管，硅二极管，r = 2k ，分别用二极管理想模型和恒压降，分别用二极管理想模型和恒压降 模型求出模型求出vdd = 2v 和和 vdd = 10v 时时 io 和和 uo 的值。的值。 uovdd io r uovdd io r uovdd io r 解解vdd = 2v 理想理想 io = vdd / r = 2 / 2 = 1 (ma)uo = vdd = 2v 恒压降恒压降uo = vdd ud(on) = 2 0.7 = 1.3 (v) io = uo / r = 1.3 / 2 = 0.65

14、(ma) vdd= 10v 理想理想io = vdd/ r = 10 / 2 = 5 (ma) 恒压降恒压降 uo = 10 0.7 = 9.3 (v) io = 9.3 / 2 = 4.65 (ma) 结论：结论： vdd 大采用理想模型大采用理想模型 vdd 小用恒压降模型小用恒压降模型 例例1.3.2 试求电路中电流试求电路中电流 i1、i2、io和输出电压和输出电压uo的值的值。 解：解：假设二极管断开假设二极管断开 up = 15v (v) 9 12 31 3 n u up un二极管导通二极管导通 等效为等效为0.7 v 的恒压源的恒压源 uo= vdd1 ud(on)= 15 0

15、.7 = 14.3 (v) io= uo / rl= 14.3 / 3 = 4.8 (ma) i2 = (uo vdd2) / r = (14.3 12) / 1 = 2.3 (ma) i1= io + i2= 4.8 + 2.3 = 7.1 (ma) vdd1 vdd2 uo rl r 1k 3k io i1 i2 15v 12v pn 例例1.3.3 二极管构成二极管构成“门门”电路，设电路，设v1、v2均为理想均为理想 二极管，当输入电压二极管，当输入电压ua、ub为低电压为低电压0v和高电压和高电压 5v的不同组合时，求输出电压的不同组合时，求输出电压uo的值。的值。 uaub uo

16、r3k 12v vdd v1 v2 b a y 输入电压输入电压理想二极管理想二极管输出输出 电压电压uaubv1v2 0v 0v 正偏正偏 导通导通 正偏正偏 导通导通 0v 0v5v 正偏正偏 导通导通 反偏反偏 截止截止 0v 5v0v 反偏反偏 截止截止 正偏正偏 导通导通 0v 5v 5v 正偏正偏 导通导通 正偏正偏 导通导通 5v 例例1.3.4 画出硅二极管构成的桥式整流电路在画出硅二极管构成的桥式整流电路在 ui =15 sin t (v)作用下输出作用下输出 uo的波形。的波形。(按理想模型按理想模型) rl v1 v2 v3 v4 ui b a uo ot uo/ v 1

17、5 ot ui / v 15 ui b a uo s1 s2 s3 s4 ui b a uo s1 s2 s3 s4 切换到切换到ewb环境环境 观察桥式整流波形观察桥式整流波形 例例1.3.5 ui = 2 sin t (v), 分析二极管的限幅作用。分析二极管的限幅作用。 ui 较小，宜采用恒压降模型较小，宜采用恒压降模型 v1 v2 uiuo r ui 0.7v v1、v2均截止均截止uo ui uo 0.7v ui 0.7v v2导通导通v 截止 截止 ui 0.7v v1导通导通v2截止截止 uo 0.7v 思考题思考题: v1、v2支路各串联恒压源，支路各串联恒压源， 输出波形如何

18、？（切至输出波形如何？（切至ewb） ot uo/ v 0.7 ot ui / v 2 0.7 理想二极管理想二极管： 正偏导通正偏导通 电压降为零电压降为零 相当开关合上相当开关合上 反偏截止反偏截止 电流为零电流为零 相当开关断开相当开关断开 恒压降模型恒压降模型： 正偏电压正偏电压 ud(on)时导通时导通 等效为恒压源等效为恒压源ud(on) 否则截止，相当于二极管支路断开否则截止，相当于二极管支路断开 1.3.2 图解法和微变等效电路法图解法和微变等效电路法 一、二极管电路的直流图解分析一、二极管电路的直流图解分析 vdd ud r ud= vdd idr id = f (ud) 1

19、.2v 100 id / ma 12 8 4 0 0.30.6 ud / v 1.20.9 m n 直流负载线直流负载线 斜率斜率 1/r 静态工作点静态工作点 也可取也可取 uq = 0.7viq= (vdd uq) / r = 5 (ma) 二极管直流电阻二极管直流电阻 rd 140)k( 14. 05/7 . 0 q q d i u r 斜率斜率1/rd id q iq uq 二、交流图解法二、交流图解法 电路中含直流和小信号交流电源时电路中含直流和小信号交流电源时, ,二极管中二极管中含交、直流含交、直流成分成分 vdd ui ud r c id c 隔直流隔直流 通交流通交流 当当

20、ui = 0 时时id = iq uq= 0.7v (硅硅)，0.2v (锗锗) r uv i qdd q 设设 ui = sin t id / ma ud /v o vdd vdd/ r qiq t o ui uq id / ma t o dqd iii dqd uuu id 斜率斜率1/rd q du di r d d d 1 )1( / sd d t uu eii t u u t u i e u i r t q s d q 1 rd = ut / iq= 26 mv / iq 当当 ui 幅度较小时，幅度较小时， 二极管伏安特性在二极管伏安特性在 q点附近近似为直线点附近近似为直线 三、

21、微变等效电路分析法三、微变等效电路分析法 对于交流信号对于交流信号 电路可等效为电路可等效为 例例1.3.6 ui = 5sin t (mv)，vdd= 4 v，r = 1 k ，求求 id和和ud 解解 1. 静态分析静态分析 令令 ui = 0, 取取 uq 0.7 v iq= (vdd uq) / r = 3.3 ma 2. 动态分析动态分析 rd = 26 / iq = 26 / 3.3 8 ( ) idm= udm/ rd= 5 /8 0.625 (ma),id = 0.625 sin t 3. 总电压、电流总电压、电流 dqd uuu dqd iii = (0.7 + 0.005

22、sin t ) v = (3.3 + 0.625 sin t ) ma vdd ui ud r c id ui udr id rd 1.4.1 稳压二极管稳压二极管 一、伏安特性一、伏安特性 iz /ma uz/v o uz izmin izmax uz iz iz 符号符号 特性特性 工作条件：工作条件：反向击穿反向击穿 二、主要参数二、主要参数 1. 稳定电压稳定电压 uz 流过规定电压时稳压管两端的反向电压值。流过规定电压时稳压管两端的反向电压值。 2. 稳定电流稳定电流 iz 越大稳压效果越好，小于越大稳压效果越好，小于imin时不稳压。时不稳压。 3. 最大工作电流最大工作电流 iz

23、m ； 最大耗散功率最大耗散功率 pzmp zm = uz iz 4. 动态电阻动态电阻 rz= uz / iz 越小稳压效果越好，几越小稳压效果越好，几 几十几十 。 5. 稳定电压温度系数稳定电压温度系数 ctv %100 z z tv t u u c 一般，一般， uz 4v, ctv 7v, ctv 0 (为雪崩击穿为雪崩击穿) 具有正温度系数具有正温度系数; 4v uz 7v, ctv 很小。很小。 例例1.4.1 分析简单稳压电路的工作原理，分析简单稳压电路的工作原理，r为限流电阻。为限流电阻。 ir = iz + il uo= ui ir r 当当ui 波动时波动时(rl不变不变

24、) o rzol u iiur i u o u z i r i o u 反之亦然反之亦然 当当 rl 变化时（变化时（ ui 不变）不变） 反之亦然反之亦然 uiuo r rl ilir iz 1.4.2 光电二极管光电二极管 一、发光二极管一、发光二极管 led(light emitting diode) 1. 符号和特性符号和特性 工作条件：工作条件：正偏正偏 一般工作电流几十一般工作电流几十ma， 导通电压导通电压1 2v 2. 主要参数主要参数 电学参数：电学参数：i fm , u（ （br） , ir 光学参数：光学参数：峰值波长峰值波长 p，亮度亮度 l，光通量光通量 发光类型：发

25、光类型： 可见光：可见光：红、黄、绿红、黄、绿 显示类型：显示类型： 普通普通led ， 不可见光：不可见光：红外光红外光 ，点阵，点阵led 符号符号 u /v i /ma o 2 特性特性 七段七段led 二、光敏二极管二、光敏二极管 1符号和特性符号和特性 符号符号 特性特性 u i o 暗电流暗电流 e = 200 lx e = 400 lx 工作条件：工作条件：反反 偏偏 2. 主要参数主要参数 电学参数：电学参数： 暗电流，光电流，最高工作范围暗电流，光电流，最高工作范围 光学参数：光学参数： 光谱范围，灵敏度，峰值波长光谱范围，灵敏度，峰值波长 补充：补充：选择二极管限流电阻选择

26、二极管限流电阻 步骤：步骤： 1. 设定工作电压（如设定工作电压（如0.7 v; 2 v (led); uz） 2. 确定工作电流（如确定工作电流（如1 ma; 10 ma; 5 ma） 3. 根据欧姆定律求电阻根据欧姆定律求电阻 r =（ui uv）/ iv （r要选择标称值）要选择标称值） r uiuv iv 1.5.1 半导体器件型号命名方法半导体器件型号命名方法 (第二章介绍第二章介绍) 1.5.2 半导体二极管参数选录半导体二极管参数选录(参见参见p19 20) 1.5.3 半导体二极管的识别与检测半导体二极管的识别与检测 一、目测判别极性一、目测判别极性 触丝触丝半导体片半导体片

27、二、用万用表检测二极管二、用万用表检测二极管 在在 r 1k 挡进行测量，挡进行测量， 红红表笔是表笔是(表内表内)负极负极 , 黑黑表笔是表笔是(表内表内)正极正极 测量时手不要接触引脚测量时手不要接触引脚 1. 用万用表指针式检测用万用表指针式检测 1k 0 0 0 一般硅管正向电阻为几千欧一般硅管正向电阻为几千欧 锗管正向电阻为几百欧锗管正向电阻为几百欧 正反电阻相差不大为劣质管正反电阻相差不大为劣质管 正反电阻都是无穷大或零正反电阻都是无穷大或零 则二极管内部断路或短路则二极管内部断路或短路 第第 2 章章 (semiconductor transistor) 2.1.1 晶体三极管晶

28、体三极管 一、结构与符号一、结构与符号 n n p 发射极发射极e 基极基极b 集电极集电极c 发射结发射结 集电结集电结 基区基区 发射区发射区 集电区集电区 emitter base collector npn型型 e c b p p n e b c e c b pnp型型 分类：分类： 按材料分：按材料分：硅管、锗管硅管、锗管 按结构分：按结构分：npn、pnp 按使用频率分按使用频率分 高频管高频管 低频管低频管 按功率分按功率分 小功率管小功率管 1 w 第二章第二章 半导体三极管半导体三极管 二、电流放大原理二、电流放大原理 1. 三极管放大的条件三极管放大的条件 内部内部 条件条

29、件 发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高 基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低 集电结面积大集电结面积大 外部外部 条件条件 发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏 2. 满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路 uiuo ce b e c b ui uo e c b ui uo 共发射极共发射极共集电极共集电极共基极共基极 实现电路实现电路 ui uo rb rc uo ui rc re 第二章第二章 半导体三极管半导体三极管 3. 三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程 1) 发射区向基区注入多子发射区向基区注入多子电子电子， 形成发射极电流形成发射极电流 ie i cn

30、 （基区空穴运动因浓度低而忽略）（基区空穴运动因浓度低而忽略） 2) 电子到达基区后电子到达基区后 大部分向大部分向bc结方向扩散，形成结方向扩散，形成icn i e 少部分与空穴复合，形成少部分与空穴复合，形成 ibn 。 i bn 基区空穴来源：基区空穴来源： 基极电源提供基极电源提供( ib ) 集电区少子漂移集电区少子漂移 (icbo) i cbo i b i bn i b + i cbo 即：即： ib = ibn icbo 3) 集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流 i c i c i c=icn +icbo 第二章第二章 半导体三极管半

31、导体三极管 4. 三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系 当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结 面积等确定，故电流的比例关系确定，即：面积等确定，故电流的比例关系确定，即： ib = i bn icbo ic = icn + icbo bn cn i i ceobcbobc )1(iiiii ie = ic + ib 穿透电流穿透电流 ceobc iii bce iii bc ii be )1(ii 第二章第二章 半导体三极管半导体三极管 ceobe )1(iii cbobn cboc ii ii 2.1.2 晶体三极管的特性曲线晶

32、体三极管的特性曲线 一、输入特性一、输入特性 输入输入 回路回路 输出输出 回路回路 常数常数 cebeb )(uufi 0 ce u与二极管特性相似与二极管特性相似 rc vcc ib ie rb + ube +uce vbb c e b ic + + + ib rb + ube vbb + vbb + be u b i o 0 ce u v1 ce u 0 ce u v1 ce u 特性基本重合（电流分配关系确定）特性基本重合（电流分配关系确定） 特性右移（因集电结开始吸引电子）特性右移（因集电结开始吸引电子） 导通电压导通电压 ube（ （on） si 管管: 0.6 0.8 v ge管

33、管: 0.2 0.3 v 取取 0.7 v 取取 0.2 v 第二章第二章 半导体三极管半导体三极管 二、输出特性二、输出特性 常数常数 bcec )(iufi ic / ma uce /v 50 a 40a 30 a 20 a 10 a ib =0 o 2 4 6 8 4 3 2 1 放大区放大区 截止区截止区 饱饱 和和 区区 1. 截止区：截止区： i b 0 的区域的区域 条件：条件：两个结反偏两个结反偏 2. 放大区：放大区： ceobc iii 条件：条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏 特点：水平、等间隔特点：水平、等间隔 3. 饱和区：饱和区：uce u be uc

34、b = uce u be 0 条件：条件：两个结正偏两个结正偏 特点：特点：1) i c ib 2) 临界饱和：临界饱和： 3) 深度饱和：深度饱和： u ce（sat）= 0.3 v (硅管 硅管) u ce（ （sat）= 0.1 v (锗管 锗管) uce = ube 第二章第二章 半导体三极管半导体三极管 三、温度对特性曲线的影响三、温度对特性曲线的影响 1. 温度升高温度升高,输入特性曲线输入特性曲线向左移向左移 温度每升高温度每升高1 c，ube 2 2.5 mv 温度每升高温度每升高10 c，icbo 约增大约增大1倍倍 2. 温度升高温度升高,输出特性曲线输出特性曲线向上移向上

35、移 be u b i o t2 温度每升高温度每升高1 c， 0.5% 1% 输出特性曲线间距增大输出特性曲线间距增大 ic uce t2 t2 ib = 0 第二章第二章 半导体三极管半导体三极管 t2 2.1.2 晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数 一、电流放大系数一、电流放大系数 1. 共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数 ic / ma uce /v 50 a 40a 30 a 20 a 10 a ib =0 o 2 4 6 8 4 3 2 1 直流电流放大系数直流电流放大系数 b c cbob cboc bn cn i i ii ii i i 交流电流放大系数交流电流放大系

36、数 b c i i 一般为几十一般为几十 几百几百 p33 例例2.1.2 2. 共基极电流放大系数共基极电流放大系数 11 bc c e c ii i i i 1 一般为一般为 0.95 0.99 二、极间反向饱和电流二、极间反向饱和电流 cb间反向饱和电流间反向饱和电流 icboce间反向饱和电流间反向饱和电流 iceo 第二章第二章 半导体三极管半导体三极管 ic icm u(br)ceo uce pcm o iceo 安安 全全 工工 作作 区区 三、极限参数三、极限参数 1. icm 集电极最大允许电流，超过时集电极最大允许电流，超过时 值明显降低值明显降低 u(br)cbo发射极开

37、路时发射极开路时 c、b 间反向击穿电压间反向击穿电压 2. pcm 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗 pc = ic uce 3. u（ （br）ceo 基极开路时 基极开路时 c、e 间反向击穿电压间反向击穿电压 u(br)ebo集电极极开路时集电极极开路时 e、b间反向击穿电压间反向击穿电压 u(br)cbo u(br)ceo u(br)ebo (p34 2.1.7)已知已知: icm = 20 ma, pcm = 100 mw, u(br)ceo = 20 v, 当当uce = 10v时，时，ic ma 当当uce = 1v，则，则 ic ma 当当ic= 2 ma，则，则

38、 uce v 10 20 20 第二章第二章 半导体三极管半导体三极管 场效应管场效应管 fet (field effect transistor) 类型类型 结型结型 jfet (junction field effect transistor) 绝缘栅型绝缘栅型 igfet (insulated gate fet) 特点：特点： 1. 单极性器件单极性器件(一种载流子导电一种载流子导电) 3. 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低 2. 输入电阻高输入电阻高(107 1015 ，igfet可高达可高达1015 ) 一、增强型一、增强型n沟道沟道m

39、osfet (mental oxide semi fet) 2.2.1 mos场效应管场效应管 1. 结构与符号结构与符号 p型衬底型衬底 （掺杂浓度低）（掺杂浓度低） n+n+ 用扩散的方法用扩散的方法 制作两个制作两个 n 区区 在硅片表面生一在硅片表面生一 层薄层薄sio2绝缘层绝缘层 s d 用金属铝引出用金属铝引出 源极源极s和漏极和漏极d g 在绝缘层上喷金在绝缘层上喷金 属铝引出栅极属铝引出栅极g b 耗尽层耗尽层 s 源极源极 source g 栅极栅极 gate d 漏极漏极 drain s g d b 第二章第二章 半导体三极管半导体三极管 2. 工作原理工作原理 1) u

40、gs 对导电沟道的影响对导电沟道的影响 (uds = 0) 反型层反型层 ( (沟道沟道) ) a. 当当 0 ugs ugs(th) 时，衬底中电子时，衬底中电子 被吸引到表面，形成导电沟道被吸引到表面，形成导电沟道 ugs 越大，沟道越厚越大，沟道越厚 2) uds对对 id的影响的影响(ugs ugs(th) ds间的电位差使沟道呈楔形间的电位差使沟道呈楔形, uds , 靠近漏极端的沟道厚度变薄靠近漏极端的沟道厚度变薄 预夹断：预夹断：漏极附近反型层消失漏极附近反型层消失 预夹断发生之前：预夹断发生之前： uds id 预夹断发生之后：预夹断发生之后：uds id不变不变 第二章第二章

41、 半导体三极管半导体三极管 3. 转移特性曲线转移特性曲线 dsgsd )(uufi 2 4 6 4 3 2 1 ugs /v id /ma uds =10v ugs (th) 当当 ugs ugs(th) 时：时： 2 gs(th) gs dod )1( u u ii ugs = 2ugs(th) 时的时的 id 值值 4. 输出特性曲线输出特性曲线 gsdsd )(uufi 可变电阻区可变电阻区uds 0 这时这时 ugd = ugs（ （off） 沟道呈楔型沟道呈楔型 耗尽层刚相碰时称耗尽层刚相碰时称预夹断预夹断 预夹断预夹断 当当uds ，预夹断预夹断点点下移下移 3. 转移特性和输出

42、特性转移特性和输出特性 ugs（ （off） 当当ugs（ （off） ugs 0 时 时, 2 gs(off) gs dssd )1( u u ii 1. 结构与符号结构与符号 第二章第二章 半导体三极管半导体三极管 ugs id idss uds id ugs = 3v 2v 1v 0 v 3v n 沟道沟道增强型增强型 s g d b id p 沟道沟道增强型增强型 s g d b id 2 2 ugs /v id /ma ugs(th) uds /v id /ma 2v 4v 6v 8vugs = 8v 6v 4v 2v s g d b id n 沟道耗尽沟道耗尽型型 id s g d

43、 b p 沟道耗尽沟道耗尽型型 ugs(off) idss ugs /v id /ma 55 uds /v id /ma 5v 2v 0v 2vugs = 2v 0v 2v 5v n 沟道结沟道结型型 s g d id s g d id p沟道结沟道结型型ugs /v id /ma 5 5 idss ugs(off) uds /v id /ma 5v 2v 0vugs = 0v 2v 5v mosfet符号、特性的比较符号、特性的比较 第二章第二章 半导体三极管半导体三极管 2.2.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数 pdm = uds id，受温度限制。，受温度限制。 1. 开启电压开

44、启电压 ugs(th) (增强型增强型)和夹断电压和夹断电压 ugs(off) (耗尽型耗尽型) 指指uds = 某值，使漏极电流某值，使漏极电流 id 为某一小电流时的为某一小电流时的ugs值。值。 2. 饱和漏极电流饱和漏极电流idss 耗尽型场效应管，当耗尽型场效应管，当ugs = 0 时所对应的漏极电流。时所对应的漏极电流。 3. 直流输入电阻直流输入电阻rgs 指漏源间短路时指漏源间短路时, 栅、源间加反向电压呈现的直流电阻。栅、源间加反向电压呈现的直流电阻。 jfet：rgs 107 mosfet：rgs = 109 1015 4. 低频跨导低频跨导gm 常数常数 dsgs d m

45、u u i g 反映了反映了ugs对的对的id的控制能力，单位的控制能力，单位ms(毫西门子毫西门子)。 5. 漏源动态电阻漏源动态电阻 rds 常数常数 gsd ds dsu i u r 6. 最大漏极功耗最大漏极功耗 pdm 第二章第二章 半导体三极管半导体三极管 基本思想：基本思想： 根据叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分根据叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分 一、分析三极管电路的基本思想和方法一、分析三极管电路的基本思想和方法 直流通路直流通路(ui = 0)称为称为静态静态 交流通路交流通路(ui 0, 动态动态) 只考虑变化的电压和电流只考虑变化的电压和电流 画交流通路原则

46、：画交流通路原则： 1. 固定不变的电压源都视为短路固定不变的电压源都视为短路 2. 固定不变的电流源都视为开路固定不变的电流源都视为开路 3. 视电容对交流信号短路视电容对交流信号短路0j/1 c 基本方法：基本方法： 图解法：图解法： 在输入、输出特性图上画交、直流负载线，在输入、输出特性图上画交、直流负载线， 求静态工作点求静态工作点“q”，分析动态波形及失真等。，分析动态波形及失真等。 解析法：解析法：根据发射结导通压降估算根据发射结导通压降估算“q” 用小信号等效电路法分析计算电路动态参数。用小信号等效电路法分析计算电路动态参数。 第第2章章 二、电量的符号表示规则二、电量的符号表示

47、规则 a a a 大写大写表示电量与时间无关表示电量与时间无关（直流、平均值、有效值）（直流、平均值、有效值） a 小写小写表示电量随时间变化表示电量随时间变化（瞬时值）（瞬时值） 大写大写表示直流量或总电量表示直流量或总电量（总最大值，总瞬时值）（总最大值，总瞬时值） 小写小写表示交流分量表示交流分量 bebebe uuu 总瞬时值总瞬时值 直流量直流量 交流瞬时值交流瞬时值 be u交流有效值交流有效值 直流量往往在下标中加注直流量往往在下标中加注q a 主要符号主要符号 a 下标符号下标符号 t u o be u be u be u be u 第第2章章 2.3.1 直流分析直流分析 一

48、、图解分析法一、图解分析法 + rb rc+ uce + ube + vccvbb 3v 5v ib ic 输入直流负载线方程输入直流负载线方程: uce = vcc ic rc ube = vbb ibrb 输出直流负载线方程输出直流负载线方程: 输入回路图解输入回路图解 q ube/v ib/ a 静态工作点静态工作点 vbb vbb/rb 115k ubeq ibq 0.7 20 输出回路图解输出回路图解 uce/v ic/ma vcc vcc/rc ib=20 a 1k q 2 3uceq icq 二、工程近似分析法二、工程近似分析法 b be(on)bb bq r uv i cqcq

49、 ii ccqccceq rivu 第第2章章 三、电路参数对静态工作点的影响三、电路参数对静态工作点的影响 1. 改变改变rb，其它参数不变，其它参数不变 ube ib uce ic vcc vbb vbb rb q q r b ib q 趋近截止区趋近截止区 r b ib q 趋近饱和区趋近饱和区 2. 改变改变rc ，其它参数不变，其它参数不变 rc q 趋近饱和区趋近饱和区 ic ube ib uce vcc uceq q q icq vcc rc 第第2章章 例例2.3.1 设设rb = 38 k , 求求vbb = 0 v、3v时的时的 ic、uce。 + rb rc+ uce +

50、 ube + vcc vbb 3v 5v ib ic解解 uce/v ic/m a ib=0 10 a 20 a 30 a 40 a 50 a 60 a 4 1 2 3 vbb= 0 v uce 5 vic 0则则 ib 0 5 vbb = 3 v ma 0.06 38 7 . 03 b be(on)bb b r uv i 0.3 uce 0.3 v 0 5 ic 5 ma 第第2章章 s b c e vcc + rc rb 截止状态的等效截止状态的等效 ib 0 ic 0 uce 5v 饱和状态的等效饱和状态的等效 s b c e vcc + rc rb + ib ic = vcc /rc

51、uce 0 判断是否饱和判断是否饱和 临界饱和电流临界饱和电流: , c cc c ce(sat)cc cs r v r uv i 若若 ib ibs，则三极管则三极管饱和饱和 c cccs bs r vi i 例例2.3.2 耗尽型耗尽型n沟道沟道mos管，管，rg = 1 m ，rs = 2 k ， rd= 12 k ，vdd = 20 v。idss = 4 ma，ugs（ （off）= 4v， ， 求求 id 和和 uo 。 2 gs(off) gs dssd )1( u u ii ig = 0 ugs = idrs 2 d d ) 4 2 1(4 i i 045 d 2 d ii id

52、1= 4 ma id2= 1 ma ugs = 8 v ibm o q ib o t t o ube/v ib ube/v ib ui uce ic ic t o ic t uce q uce 交流负载线交流负载线 第第2章章 2. “q” 过高引起饱和失真过高引起饱和失真 uce ic t o ic t uce q ics 集电极临界集电极临界 饱和电流饱和电流 npn管：管： 底部底部失真为饱和失真失真为饱和失真 pnp管：管： 顶部顶部失真为饱和失真失真为饱和失真 l ce(sat)cc cs bs r uv i i ibs 基极临界饱和电流基极临界饱和电流 不接负载时，交、直流负载线重

53、合，不接负载时，交、直流负载线重合，vcc= vcc 不发生饱和失真的条件：不发生饱和失真的条件： ibq + i bm ibs vcc 第第2章章 饱和失真的本质：饱和失真的本质： 负载开路时：负载开路时： 接负载时：接负载时： 受受rc 的限制，的限制，ib 增大增大，ic 不可能超过不可能超过vcc/rc 。 受受rl的限制，的限制，ib 增大增大，ic 不可能超过不可能超过vcc/rl 。 c1 + rc rb +vcc c2 rl + uo + + ib ic v ui (rl= rc /rl) 第第2章章 选择工作点的原则：选择工作点的原则： 当当 ui 较小时，为减少功耗和噪声，

54、较小时，为减少功耗和噪声，“q”可设得低一些；可设得低一些； 为提高电压放大倍数，为提高电压放大倍数，“q”可以设得高一些；可以设得高一些； 为获得最大输出，为获得最大输出，“q”可设在交流负载线中点。可设在交流负载线中点。 第第2章章 2.3.2 交流分析交流分析 二、小信号等效分析法二、小信号等效分析法(微变等效微变等效) 1. 晶体三极管电路小信号等效电路分析法晶体三极管电路小信号等效电路分析法 三极管电路可当成三极管电路可当成 双口网络来分析双口网络来分析 (1) 晶体三极管晶体三极管h (hybrid)参数小信号模型参数小信号模型 )( c ce b be be u i u r 从输

55、入端口看进去，相当于电阻从输入端口看进去，相当于电阻 rbe rbe hie eqbq bb be 26 )1(200 ii u rr t 从输出端口看进去为一个从输出端口看进去为一个受受 ib 控制的电流源控制的电流源 ic = ib hfe 第第2章章 + uce + ube ib icc b e rbe e ib ic ic + ube + uce b c (2) 晶体三极管交流分析晶体三极管交流分析 步骤：步骤： 1. 分析直流电路，求出分析直流电路，求出“q”，计算，计算rbe。 2. 画电路的交流通路画电路的交流通路 。 3. 在交流通路上把三极管画成在交流通路上把三极管画成h 参

56、数模型。参数模型。 4. 分析计算叠加在分析计算叠加在“q” 点上的各极交流量。点上的各极交流量。 例例2.3.4 = 100，us = 10sin t (mv)，求，求叠加在叠加在“q” 点上的各交流点上的各交流 量。量。 第第2章章 + uo + ib ic rb vcc vbb rc rl c1 c2 us + + rs + uce + ube 12v 12v 510 470k 2.7k 3.6k 解解 令令ui = 0，求静态电流，求静态电流 ibq 1. 求求“q”，计算，计算 rbe ma)( 024. 0 470 7 . 012 bq i ma)( 4 . 2 bqcq ii v

57、)( 5 . 57 . 24 . 212 ceq u )( 1283 024. 0 26 200 26 200 26 )1(200 bqeq be ii r 2. 交流通路交流通路 + uo + ib ic rb vcc vbb rc rl c1 c2 us + + rs + uce + ube ube uce 3.小信号等效小信号等效 + uo + rb rl rs rbe e ib ic ic bc us rc + ube 4. 分析各极交流量分析各极交流量 be bs be bs be / )/( rrr rru u )a( sin5 . 5 be be b t r u i )ma( s

58、in55. 0 b c tii oce uu (v) sin85. 0)/( lcc trri 5. 分析各极总电量分析各极总电量 ube = (0.7 + 0.0072sin t )v ib = (24 + 5.5sin t ) a ic = ( 2.4 + 0.55sin t ) ma uce = ( 5.5 0.85sin t ) v )ma( sin2 . 7t 第第2章章 2. 场效应管电路小信号等效电路分析法场效应管电路小信号等效电路分析法 小信号模型小信号模型 rgs s id gmugs + ugs + uds g d从输入端口看入，相当于电阻从输入端口看入，相当于电阻 rgs

59、( ) 从输出端口看入为受从输出端口看入为受 ugs 控制的电流源控制的电流源 id = gmugs 例例2.3.4 gm= 0.65 ma/v, ui = 20sin t (mv), 求交流输出求交流输出uo。 + rd g d s rg rs id + uo + vdd ui + vgg 10k 4k 交流通路交流通路 + rd g d s rg rs id + uo ui + vgg 小信号等效电路小信号等效电路 + ui rs rd s id gmugs + ugs + uo gd ui = ugs+ gmugsrs ugs= ui / (1+gmrs) uo = gmugsrd /

60、(1 + gmrs) = 36sin t (mv) 第第2章章 2.4.1 半导体三极管使用基本知识半导体三极管使用基本知识 一、外型及引脚排列一、外型及引脚排列 e b c e b c e b c be c 第第2章章 二、万用表检测晶体三极管的方法二、万用表检测晶体三极管的方法 1. 根据外观判断极性根据外观判断极性 3. 用万用表电阻挡测量三极管的好坏用万用表电阻挡测量三极管的好坏 pn结正偏时电阻值较小结正偏时电阻值较小(几千欧以下几千欧以下) 反偏时电阻值较大反偏时电阻值较大(几百千欧以上几百千欧以上) 指针式万用表指针式万用表 在在 r 1k 挡进行测量挡进行测量 红红表笔是表笔是