模拟电子技术第1章

1、1退出退出21.3 特殊二极管特殊二极管.621.2 PN结与晶体二极管结与晶体二极管.221.1 半导体的基础知识半导体的基础知识31.4 晶体三极管晶体三极管.701.5 场效应晶体管场效应晶体管.90目目 录录退出退出31.1 半导体的基础知识半导体的基础知识1.1.1 本征半导体本征半导体1.1.2 杂质半导体杂质半导体1.1.3 载流子的运动方式及形成的电流载流子的运动方式及形成的电流退出退出返回返回41. 半导体及其材料半导体及其材料 常用半导体材料有常用半导体材料有: : 硅（硅（SiSi）、锗（）、锗（GeGe）等）等1.1.1 本征半导体本征半导体退出退出返回返回导体导体 :

2、 电阻率电阻率 小于小于10-3cm绝缘体绝缘体: 大于大于108cm半导体半导体: 介于导体和绝缘体之间介于导体和绝缘体之间5掺杂性：在纯净的半导体中掺入某些杂质，其电阻率掺杂性：在纯净的半导体中掺入某些杂质，其电阻率 大大下降而导电能力显著增强。大大下降而导电能力显著增强。据此可制作据此可制作 各种半导体器件，如二极管和晶体管等。各种半导体器件，如二极管和晶体管等。2. 半导体的特性半导体的特性 1.1.1 本征半导体本征半导体退出退出返回返回6光敏性：当受到光照时，半导体的电阻率随着光照增强而下光敏性：当受到光照时，半导体的电阻率随着光照增强而下降，其导电能力增强。降，其导电能力增强。据

3、此可制作各种光电器件，据此可制作各种光电器件，如光敏电阻、光电二极管、光电晶体管等。如光敏电阻、光电二极管、光电晶体管等。 2. 2. 半导体的特性半导体的特性 热敏性：半导体的电阻率随着温度的上升而明显下降，其导热敏性：半导体的电阻率随着温度的上升而明显下降，其导电能力增强。电能力增强。据此可制作温度敏感元件，如热敏电据此可制作温度敏感元件，如热敏电阻。阻。1.1.1 本征半导体本征半导体退出退出返回返回7半导体的原子结构半导体的原子结构本征半导体本征半导体：化学成分纯净的半导体。在物理结构上呈单化学成分纯净的半导体。在物理结构上呈单 晶体形态。晶体形态。 硅硅(Si) 锗锗(Ge)3. 3

4、. 本征半导体概念本征半导体概念 1.1.1 本征半导体本征半导体退出退出返回返回8半导体的共价键结构半导体的共价键结构4 共价键共价键共价键中的共价键中的两个价电子两个价电子原子核原子核3. 3. 本征半导体概念本征半导体概念 1.1.1 本征半导体本征半导体退出退出返回返回94 4. 4. 本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 1.1.1 本征半导体本征半导体本征激发产生的本征激发产生的 价电子受热或受光照价电子受热或受光照（即获得一定能量）后，可挣（即获得一定能量）后，可挣脱原子核的束缚，成为脱原子核的束缚，成为自由电自由电子子（带负电），同时共价键中（带负电），同时共价键中留下一个

5、带正电的留下一个带正电的空穴空穴。本征激发产生的本征激发产生的退出退出返回返回104 4. 4. 本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 在热激发下，本征半导体中存在在热激发下，本征半导体中存在两种能参与导电的载运电荷的粒两种能参与导电的载运电荷的粒子子( (载流子载流子) )：自由电子回到共价自由电子回到共价键结构中的现象。此时电子键结构中的现象。此时电子- -空穴成对消失。空穴成对消失。1.1.1 本征半导体本征半导体退出退出返回返回114. 4. 本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理 1.1.1 本征半导体本征半导体自由电子和空穴成对产生的同时，又不断复合。自由电子和空穴成对产生的

6、同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。半导体中载流子便维持一定的数目。退出退出返回返回12 1.1.1 本征半导体本征半导体 小结小结（1） 半导体及其材料（2） 半导体特性（3） 本征半导体概念（4） 本征半导体的导电机理退出退出返回返回13杂质半导体可分为：杂质半导体可分为： N(电子电子)型型半导体和半导体和P(空穴空穴)型型半导体两类半导体两类在本征半导体中掺入微量其他元素在本征半导体中掺入微量其他元素而得到的半导体。而得到的半导体。1.1.2 杂质半导体杂质半导体退出退出返回返回1

7、4 1.1.2 杂质半导体杂质半导体1.N型半导体型半导体 在本征半导体中掺入微量在本征半导体中掺入微量物质（磷、砷等）而得到物质（磷、砷等）而得到的杂质半导体。的杂质半导体。 结构图结构图退出退出返回返回151.1.2 杂质半导体杂质半导体 掺杂后，某些位置上的掺杂后，某些位置上的硅原子被五价杂质原子（如磷硅原子被五价杂质原子（如磷原子）取代。磷原子的原子）取代。磷原子的5 5个价个价电子中，电子中，4 4个价电子与邻近硅个价电子与邻近硅原子的价电子形成共价键，剩原子的价电子形成共价键，剩余价电子只要获取较小能量即余价电子只要获取较小能量即可成为可成为。同时，提供电子的磷原子因带正电荷而成为

8、。同时，提供电子的磷原子因带正电荷而成为。电子和正离子成对产生。上述过程称为。电子和正离子成对产生。上述过程称为五五价杂质原子又称价杂质原子又称被全部被全部1. N型半导体型半导体退出退出返回返回16这种电子为多数载流子的杂质半导体称为这种电子为多数载流子的杂质半导体称为N型半导体型半导体。1.1.2 杂质半导体杂质半导体可见：在可见：在N N型半导体中型半导体中（简称（简称）；）；（简称（简称）。）。N N型半导体中还存在来自于热激发的电子型半导体中还存在来自于热激发的电子- -空穴对。空穴对。1. N型半导体型半导体退出退出返回返回17 在本征半导体中掺入微量在本征半导体中掺入微量物质（硼

9、、铝等）而得到物质（硼、铝等）而得到的杂质半导体的杂质半导体。结构图结构图1.1.2 杂质半导体杂质半导体2. P型半导体型半导体退出退出返回返回181.1.2 杂质半导体杂质半导体 掺杂后，某些位置上的掺杂后，某些位置上的硅原子被三价杂质原子（如硼硅原子被三价杂质原子（如硼原子）取代。硼原子有原子）取代。硼原子有3 3个价个价电子，与邻近硅原子的价电子电子，与邻近硅原子的价电子构成共价键时会形成构成共价键时会形成，导致共价键中的电子很容易导致共价键中的电子很容易运动到这里来。同时，接受一个电子的硼原子因带负电荷而成为运动到这里来。同时，接受一个电子的硼原子因带负电荷而成为不能移动的不能移动的

10、。空穴和负离子成对产生。上述过程称为。空穴和负离子成对产生。上述过程称为三价杂质原子又称三价杂质原子又称被全被全部部2. P型半导体型半导体退出退出返回返回19这种空穴为多数载流子的杂质半导体称为这种空穴为多数载流子的杂质半导体称为P型半导体型半导体。1.1.2 杂质半导体杂质半导体可见：在可见：在P P型半导体中型半导体中( (简称简称) ,) ,（简称（简称）。）。P P型半导体中还存在来自于热激发的电子型半导体中还存在来自于热激发的电子- -空穴对。空穴对。2. P型半导体型半导体退出退出返回返回20：载流子受扩散力的作用所作的运动称为扩散运动。载流子受扩散力的作用所作的运动称为扩散运动

11、。：载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。 扩散电流大小与载流子浓度梯度成正比扩散电流大小与载流子浓度梯度成正比1.1.3 载流子运动方式及形成电流载流子运动方式及形成电流1.1.扩散运动及扩散电流扩散运动及扩散电流退出退出浓度差 扩散运动 扩散电流扩散力返回返回21：载流子在电场力作用下所作的运动称为漂移运动。载流子在电场力作用下所作的运动称为漂移运动。：载流子漂移运动所形成的电流称为漂移电流。载流子漂移运动所形成的电流称为漂移电流。 漂移电流大小与电场强度成正比漂移电流大小与电场强度成正比1.1.3 载流子运动方式及形成电流载流子运动方式及形成电流

12、2.2.漂移运动及漂移电流漂移运动及漂移电流退出退出电位差 漂移运动 漂移电流电场力返回返回221.2 PN结与晶体二极管结与晶体二极管1.2.1 PN结的基本原理结的基本原理1.2.2 晶体二极管晶体二极管1.2.3 晶体二极管应用电路举例晶体二极管应用电路举例退出退出返回返回231.PN结的形成结的形成 1.2.1 PN结的基本原理结的基本原理 在一块本征半导体的两边在一块本征半导体的两边掺以不同的杂质，使其一边掺以不同的杂质，使其一边形成形成P型半导体，另一边形型半导体，另一边形成成N型半导体，则在它们交型半导体，则在它们交界处就出现了电子和空穴的界处就出现了电子和空穴的浓度差，于是浓度

13、差，于是P区空穴向区空穴向N区区扩散，扩散，N区电子向区电子向P区扩散。区扩散。 另一方面，随着扩散运动的进行，另一方面，随着扩散运动的进行，P区一边失去空穴留下负区一边失去空穴留下负离子，离子，N区一边失去电子留下正离子，形成空间电荷区，产生区一边失去电子留下正离子，形成空间电荷区，产生内建电场。电场方向由内建电场。电场方向由N区指向区指向P区，有利于区，有利于P区和区和N区的少子漂区的少子漂移运动，而阻止多子扩散运动。移运动，而阻止多子扩散运动。区区区区退出退出返回返回241.PN结的形成结的形成 扩散交界处的浓度差P区的空穴要向N区扩散N区的电子要向P区扩散P区留下带负电的受主离子N区留

14、下带正电的施主离子内建电场漂移电流扩散电流PN 结动态平衡退出退出1.2.1 PN结的基本原理结的基本原理返回返回25U ： 势垒电压 0.6V （硅材料）U = 0.2V（锗材料）PNPN结平衡结平衡空间电荷区空间电荷区/ /耗尽层耗尽层U 内建电场内建电场1. PN结的形成结的形成 退出退出1.2.1 PN结的基本原理结的基本原理返回返回26退出退出1.2.1 PN结的基本原理结的基本原理小结小结（1）载流子的扩散运动和漂移运动既互相联系又互相矛盾。）载流子的扩散运动和漂移运动既互相联系又互相矛盾。（2）漂移运动等于扩散运动时，）漂移运动等于扩散运动时，PN结形成且处于动态平衡状态。结形成

15、且处于动态平衡状态。 PN结没有电流通过。结没有电流通过。（3）若）若P区和区和N区掺杂浓度相同，则区掺杂浓度相同，则 ；若为；若为 结，结， 则则 。NPxxPNxxNP返回返回272. PN结的特性结的特性 1.2.1 PN结的基本原理结的基本原理（1 1） 单向导电性单向导电性（2 2） 击穿特性击穿特性（3 3） 电容效应电容效应退出退出返回返回28(1)(1)单向导电性单向导电性 1.2.1 PN结的基本原理结的基本原理2. PN结的特性结的特性 退出退出返回返回29加偏压时加偏压时的耗尽层的耗尽层U U U合成电场合成电场(1)(1)单向导电性单向导电性 1.2.1 PN结的基本原

16、理结的基本原理2. PN结的特性结的特性 PN结外加正向电压时，结外加正向电压时，内建电场被削弱，势垒高内建电场被削弱，势垒高度下降，空间电荷区宽度度下降，空间电荷区宽度变窄，这使得变窄，这使得P区和区和N区区能越过势垒的能越过势垒的数量大大增加，而反方向数量大大增加，而反方向的漂移电流要减小，的漂移电流要减小，。 未加偏压时的耗尽层未加偏压时的耗尽层退出退出返回返回30流过流过PNPN结的电流随外加电结的电流随外加电压压U的增加而迅速上升，的增加而迅速上升，PNPN结呈现为小电阻。该状结呈现为小电阻。该状态称为态称为加正向偏压加正向偏压时的耗尽层时的耗尽层U U U合成电场合成电场1.2.1

17、 PN结的基本原理结的基本原理未加偏压时的耗尽层未加偏压时的耗尽层退出退出返回返回31加反向偏压加反向偏压时的耗尽层时的耗尽层U U +U合成电场合成电场(1)(1)单向导电性单向导电性 2. PN结的特性结的特性 1.2.1 PN结的基本原理结的基本原理PN结加反向电压时，内建结加反向电压时，内建电场被增强，势垒高度升电场被增强，势垒高度升高，空间电荷区宽度变宽。高，空间电荷区宽度变宽。这就使得多子扩散运动很这就使得多子扩散运动很难进行，扩散电流趋于零；难进行，扩散电流趋于零；而而处于优势处于优势，形成微小的反向的电流。形成微小的反向的电流。 未加偏压时的耗尽层未加偏压时的耗尽层退出退出返回

18、返回32加反向偏压加反向偏压时的耗尽层时的耗尽层 U U +U合成电场合成电场流过流过PN结的电流称为反结的电流称为反向饱和电流向饱和电流(即即IS)，PN结结呈现为大电阻。该状态呈现为大电阻。该状态称为称为1.2.1 PN结的基本原理结的基本原理未加偏压时的耗尽层未加偏压时的耗尽层退出退出返回返回331.2.1 PN结的基本原理结的基本原理退出退出返回返回小结小结（1）PN结加正向电压时结加正向电压时，正向扩散电流远大于漂移电流，正向扩散电流远大于漂移电流， PN结导通结导通；PN结加反向电压时结加反向电压时，仅有很小的反向饱和，仅有很小的反向饱和 电流电流IS，考虑到，考虑到 ，则认为，则

19、认为PN结截止结截止。（2）PN结正向导通、反向截止的特性称为结正向导通、反向截止的特性称为PN结的结的。S0I 34：PN结外加反向电压且电压值超过一定限度时，反向电结外加反向电压且电压值超过一定限度时，反向电流急剧增加而流急剧增加而PN结两端电压基本不变的现象。结两端电压基本不变的现象。(2)(2)击穿特性击穿特性 2. PN结的特性结的特性 击穿不一定导致损坏。击穿不一定导致损坏。击穿电压击穿电压UZ1.2.1 PN结的基本原理结的基本原理退出退出利用利用PN结击穿特性可以制作稳压管。结击穿特性可以制作稳压管。返回返回35雪崩击穿雪崩击穿击穿分类击穿分类(2)(2)击穿特性击穿特性 2.

20、 PN结的特性结的特性 1.2.1 PN结的基本原理结的基本原理 齐纳击穿齐纳击穿退出退出返回返回36雪崩击穿雪崩击穿( (碰撞击穿碰撞击穿) )时，空间电荷区的合成电场较强，通过空间时，空间电荷区的合成电场较强，通过空间电荷区的电子在强电场的作用下加速获得很大的动能，于是电荷区的电子在强电场的作用下加速获得很大的动能，于是有可能和晶体结构中的外层电子碰撞而使其脱离原子核的束有可能和晶体结构中的外层电子碰撞而使其脱离原子核的束缚。被撞出来的载流子在电场作用下获得能量之后，又可以缚。被撞出来的载流子在电场作用下获得能量之后，又可以去碰撞其他的外层电子，这种连锁反应就造成了载流子突然去碰撞其他的外

21、层电子，这种连锁反应就造成了载流子突然剧增的现象，犹如雪山发生雪崩那样，所以这种剧增的现象，犹如雪山发生雪崩那样，所以这种。(2)(2)击穿特性击穿特性 2. PN结的特性结的特性 1.2.1 PN结的基本原理结的基本原理退出退出返回返回37齐纳击穿齐纳击穿( (电场击穿电场击穿) )当当，空间电荷区中的电场强度达到，空间电荷区中的电场强度达到105Vcm以上时，可把共价键中的电子拉出来，产生电子以上时，可把共价键中的电子拉出来，产生电子空穴对，使空穴对，使载流子突然增多，产生击穿现象，称为齐纳击穿。载流子突然增多，产生击穿现象，称为齐纳击穿。掺入杂质浓度小的掺入杂质浓度小的PN结中，结中，雪

22、崩击穿雪崩击穿是主要的，击穿电压一是主要的，击穿电压一般在般在6V以上以上；在掺杂很重的；在掺杂很重的PN结中，结中，齐纳击穿齐纳击穿是主要的，击是主要的，击穿电压一般在穿电压一般在6V以下以下。击穿电压在。击穿电压在6V左右左右的的PN结常兼有结常兼有两种两种击穿现象击穿现象。(2)(2)击穿特性击穿特性 2. PN结的特性结的特性 1.2.1 PN结的基本原理结的基本原理退出退出返回返回38PN结存在电容效应。这将限制器件工作频率。结存在电容效应。这将限制器件工作频率。 势垒电容势垒电容 CT 扩散电容扩散电容 CD(3)(3)电容效应电容效应2. PN结的特性结的特性 1.2.1 PN结

23、的基本原理结的基本原理退出退出返回返回390/()TTCCUU由势垒区内电荷存储效应引起。势垒区相当于介质，它两边的由势垒区内电荷存储效应引起。势垒区相当于介质，它两边的P P区和区和N N区相当于金属。当外加电压改变时，势垒区的电荷量改区相当于金属。当外加电压改变时，势垒区的电荷量改变引起的电容效应，称为势垒电容。变引起的电容效应，称为势垒电容。CT值随外加电压的改变而改变，为非线性电容。值随外加电压的改变而改变，为非线性电容。(3)(3)电容效应电容效应2. PN结的特性结的特性 1.2.1 PN结的基本原理结的基本原理退出退出CT0为外加电压为零时的势垒电容，为外加电压为零时的势垒电容，

24、U为为PN结的结的外加电压（加反向电压时外加电压（加反向电压时UIOM易导致二极管过热失效。易导致二极管过热失效。允许加到二极管允许加到二极管(非稳压二极管非稳压二极管)的最高反向电压。的最高反向电压。实际功耗大于实际功耗大于PDM 时易导致二极管过热损坏。时易导致二极管过热损坏。3. 主要参数主要参数 1.2.2 晶体二极管晶体二极管退出退出返回返回521. 晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法 1.2.3 晶体二极管应用电路晶体二极管应用电路退出退出返回返回53RiUu i = f (u )电路 1. 晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法 1.2.3 晶体二极管应用电路举例

25、晶体二极管应用电路举例退出退出图解返回返回54(K)(K 1)(K)(K)(f xxxfxDTDSDDln(/1)()/UUI IIUUR据电路列方程组据电路列方程组采用牛顿采用牛顿- -拉夫森迭代算法拉夫森迭代算法迭代公式：迭代公式：1. 晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法 1.2.3 晶体二极管应用电路举例晶体二极管应用电路举例退出退出返回返回55 将实际二极管的伏安特性曲线作折线化近似。将实际二极管的伏安特性曲线作折线化近似。理想特性曲线理想特性曲线只考虑门限只考虑门限的特性曲线的特性曲线伏安特性伏安特性符号符号1. 晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法 1.2.3 晶

26、体二极管应用电路举例晶体二极管应用电路举例退出退出返回返回56考虑门限电压和考虑门限电压和正向导通电阻的正向导通电阻的特性曲线特性曲线伏安特性伏安特性符号符号rd d：工作点处的动态电阻：工作点处的动态电阻仅考虑正、反向仅考虑正、反向导通电阻的特性导通电阻的特性曲线曲线1. 晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法 1.2.3 晶体二极管应用电路举例晶体二极管应用电路举例退出退出返回返回57例例1-1：半波整流电路中：半波整流电路中VD为理想二极管，画出为理想二极管，画出uO(t)波形。波形。 输出输出uO(t) 取决于取决于VD 的工作状态是通还是断。的工作状态是通还是断。解解：2. 晶

27、体二极管电路应用举例晶体二极管电路应用举例 1.2.3 晶体二极管应用电路举例晶体二极管应用电路举例退出退出返回返回R58 )(0)(iOtutu；VD截止截止 ui 0V；VD导通导通 ui 0V2. 晶体二极管电路应用举例晶体二极管电路应用举例 1.2.3 晶体二极管应用电路举例晶体二极管应用电路举例退出退出返回返回59（b）（a）结合图中给定的参数分析：结合图中给定的参数分析： VD1、VD2开路时，阳极对地电位为开路时，阳极对地电位为+5V，阴极对，阴极对地电位分别为地电位分别为+1V、0V，例例1-2： 如图所示二极管门电路（如图所示二极管门电路（VD1、VD2为理想二极管）求：为理

28、想二极管）求：uO 。解：解：门电路的分析关键门电路的分析关键是判断电路中二极管的是判断电路中二极管的通、断。采用的方法是比较各二极管的正通、断。采用的方法是比较各二极管的正向开路电压，向开路电压，正向开路电压最大的一只二正向开路电压最大的一只二极管抢先导通极管抢先导通。可见可见VD2导通。导通。2. 晶体二极管电路应用举例晶体二极管电路应用举例 1.2.3 晶体二极管应用电路举例晶体二极管应用电路举例退出退出返回返回60uO ( t ) 取决于取决于VD 是否导通。是否导通。 例例1-3: 限幅电路中限幅电路中VD为理想二极管，求为理想二极管，求uO(t)并画出波形。并画出波形。 电路电路解

29、：解：2.晶体二极管电路应用举例晶体二极管电路应用举例 1.2.3 晶体二极管应用电路举例晶体二极管应用电路举例退出退出返回返回61 V5)()(iOtutu；VD截止截止 ui 5V；VD导通导通 ui 5V限幅电路限幅电路传输特性传输特性输出波形输出波形 1.2.3 晶体二极管应用电路举例晶体二极管应用电路举例退出退出返回返回621.3 特殊二极管特殊二极管1.3.1 稳压管稳压管1.3.2 光电二极管光电二极管1.3.3 发光二极管发光二极管1.3.4 变容二极管变容二极管退出退出返回返回63伏安特性及符号伏安特性及符号退出退出 1.3.1 稳压管稳压管返回返回64稳压管主要参数稳压管主

30、要参数稳定电压稳定电压UZ：即即PN结击穿电压结击穿电压稳定电流稳定电流IZ ： IZmin IZ IEp ，发射极电流，发射极电流IEIEn 基区复合电流，是基极电基区复合电流，是基极电流流IB 的一部分。的一部分。ICn构成集电极电流构成集电极电流 IC 的主的主要成份要成份 ； ICBO对放大无贡献，应设对放大无贡献，应设法减小。法减小。 1.4.3 晶体管的放大原理晶体管的放大原理1. 载流子传输过程（以载流子传输过程（以NPN管为例）管为例）退出退出返回返回75晶体管放大应满足两方面条件晶体管放大应满足两方面条件 外部条件：外部条件：发射结正偏，集电结反偏；发射结正偏，集电结反偏；

31、内部条件：内部条件：薄基区，发射区重掺杂，基区轻掺杂。薄基区，发射区重掺杂，基区轻掺杂。 1.4.3 晶体管的放大原理晶体管的放大原理1. 载流子传输过程（以载流子传输过程（以NPN管为例）管为例）退出退出 晶体管除了存在扩散与漂移一对矛盾外，还存在扩散与晶体管除了存在扩散与漂移一对矛盾外，还存在扩散与复合的矛盾。复合的矛盾。返回返回76电流分配关系图电流分配关系图 1.4.3 晶体管的放大原理晶体管的放大原理2. 电流分配关系电流分配关系退出退出返回返回77 1.4.3 晶体管的放大原理晶体管的放大原理2. 电流分配关系电流分配关系退出退出BnCnEIII基区复合电流量传输到集电极的电流分E

32、CnEEIIII发射极电流量传输到集电极的电流分1时有：ECII/BCII/1关系：,返回返回78CBOBC)1(III 1.4.3 晶体管的放大原理晶体管的放大原理2. 电流分配关系电流分配关系CBOBE)1()1(III 退出退出返回返回79指指uCE为参变量，为参变量，iB随随uBE变化变化的关系曲线的关系曲线 uCE =0V时，特性曲线类似二极管伏时，特性曲线类似二极管伏 安特性；安特性；uCE 0V时，特性曲线右移直至时，特性曲线右移直至 uCE 3V时曲线基本重合。时曲线基本重合。 1.4.4 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线1. 共射接法输入特性曲线共射接法输入特性曲线退出退出i

33、B= f1(uCE , uBE)返回返回80 1.4.4 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线指iB为参变量，iC随uCE变化的关系曲线),(CEB2Cuifi 退出退出返回返回81曲线分为四区：曲线分为四区： 放大区放大区 饱和区饱和区 击穿区击穿区 1.4.4 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线截止区：截止区： 对应截止状态对应截止状态:E结、结、C结反偏结反偏 特点：特点：iE =0 iC =ICBO = iB退出退出返回返回82曲线分为四区：截止区曲线分为四区：截止区 饱和区饱和区 击穿区击穿区 1.

34、4.4 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线放大区：放大区： 对应放大状态对应放大状态: E结正偏、结正偏、C结反偏结反偏 特点：特点：放大效应：放大效应： 定义定义CECBCuii退出退出返回返回83 1.4.4 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线特点：特点：基调基调( (厄立厄立) )效应：效应：UA 表现表现: :曲线略微上斜曲线略微上斜退出退出返回返回84 特点：特点：穿透电流：穿透电流：ICEO 计算计算:ICEO=(1+ ) ICBO曲线分为四区：截止区曲线分为四区：截止区 饱和区饱和区 击穿区击

35、穿区 1.4.4 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线退出退出返回返回85曲线分为四区：截止区曲线分为四区：截止区 放大区放大区 击穿区击穿区 1.4.4 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线饱和状态饱和状态: E结正偏、结正偏、C结正偏结正偏 特点：特点：饱和现象：饱和现象：固定uCE , iC基本不随iB变化uCE控制控制iC ：固定iB, iC随uCE剧烈变化退出退出返回返回86曲线分为四区：截止区曲线分为四区：截止区 放大区放大区 击穿区击穿区 1.4.4 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线2. 共射接法

36、输出特性曲线共射接法输出特性曲线注意：注意： 临界饱和：临界饱和：UBC=0（考虑到发射结导通存（考虑到发射结导通存在门限电压的作用，则在门限电压的作用，则 UBC= UBEO ）临界饱和电压：临界饱和电压：UCES退出退出返回返回87,1关系 集电极：基极间反向饱和电流集电极：基极间反向饱和电流ICBO 集电极：发射极穿透电流集电极：发射极穿透电流ICEO 关系：关系：ICEO=(1+ ) ICBO 1.4.5 晶体管的主要参数晶体管的主要参数1. 1. 放大系数放大系数2. 2. 极间反向电流极间反向电流极限电流：集电极最大允许电流极限电流：集电极最大允许电流ICM极限电压：反向击穿电压极

37、限电压：反向击穿电压U(BR)CBO，U(BR)CEO3. 3. 极限参数极限参数退出退出返回返回88极限功率：集电极最大允许功耗极限功率：集电极最大允许功耗P PCMCM 1.4.5 晶体管的主要参数晶体管的主要参数3. 3. 极限参数极限参数安安 全全 工工 作作 区区返回返回89（1） ICBO 的温度特性的温度特性 ： T 10C则则ICBO约约1倍；倍；（2） UBEO的温度特性的温度特性 ： T 1C则则UBEO (UEBO，对于，对于PNP管管)(2 2.5)mV；（3） 的温度特性的温度特性 ： T 1C则则 0.5% 1% 。 1.4.5 晶体管晶体管的主要参数的主要参数4.

38、 4. 晶体管参数的温度特性晶体管参数的温度特性退出退出2110S2S1()( )2TTI TI ToBEOdd(2.0 2.5)(mV)CUT o1(0.5% 1%)CT返回返回901.5 场效应晶体管场效应晶体管1.5.1 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFET）1.5.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFET）1.5.3 场效应晶体管工作状态的分析场效应晶体管工作状态的分析返回返回退出退出1.5.4 JFET和和IGFET的比较的比较1.5.5 场效应晶体管的参数及特点场效应晶体管的参数及特点91 1.5.1 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFET） 1. JFET结构

39、与符号结构与符号P-JFETN-JFET退出退出返回返回92两个两个P+区与区与N区形成两个区形成两个PN结，结，夹在其中的夹在其中的N区区是电子由源极流是电子由源极流向漏极的通道，称为导电沟道。向漏极的通道，称为导电沟道。2. JFET工作原理（以工作原理（以NJFET为例）为例）退出退出返回返回 1.5.1 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFET） 93通过改变加在通过改变加在PN结上的反结上的反向偏压向偏压(栅源电压栅源电压uGS)的大的大小来改变耗尽层的宽度，小来改变耗尽层的宽度，进而改变导电沟道的宽度，进而改变导电沟道的宽度，以达到控制沟道漏极电流以达到控制沟道漏极电流的目的，

40、漏极电流的目的，漏极电流iD 受控受控于于uGS。2. JFET工作原理（以工作原理（以NJFET为例）为例）退出退出返回返回 1.5.1 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFET） 94 uGS 增大时，沟道变窄，沟道电阻增大时，沟道变窄，沟道电阻增大则增大则iD减小。沟道被夹断时管子截减小。沟道被夹断时管子截止，止，iD =0=0。 2. JFET工作原理（以工作原理（以NJFET为例）为例） 管子刚好截止时的栅极电压称为管子刚好截止时的栅极电压称为，用，用 表示。表示。 退出退出返回返回 1.5.1 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFET） 95u uDSDS增大时，沟道变窄，

41、沟增大时，沟道变窄，沟道电阻增大。以预夹断为道电阻增大。以预夹断为分界线，预夹断前分界线，预夹断前i iD D 增大，增大，预夹断后预夹断后i iD D 近似恒定。近似恒定。2. JFET工作原理（以工作原理（以NJFET为例）为例）夹断夹断退出退出返回返回 1.5.1 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFET） 962. JFET工作原理（以工作原理（以NJFET为例）为例）小结：小结： iD 受控于受控于uGS : : uGS 则则 iD 直至直至iD =0=0 。 iD 受受uDS影响影响 : : uDS 则则iD 先增随后近似不变。先增随后近似不变。 预夹断前预夹断前uDS 则则i

42、D 。 以预夹断状态为分界线以预夹断状态为分界线 预夹断后预夹断后uDS 则则iD 不变。不变。退出退出返回返回 1.5.1 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFET） 97 区别夹断与预夹断区别夹断与预夹断 夹断时：夹断时： uGS UGS(off) ，iD =0 预夹断时：预夹断时：uGD =UGS(off) (或uGS - uDS = UGS(off) ) iD 0 预夹断前：预夹断前：uGD UGS(off) (或uGS - uDS UGS(off) ) 预夹断后：预夹断后：uGD UGS(off) (或uGS - uDS UGS(off) )2. JFET工作原理（以工作原理（以

43、NJFET为例）为例）退出退出返回返回 1.5.1 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFET） 98指uGS为参变量，iD随uDS变化的关系曲线3. JFET特性曲线（以特性曲线（以NJFET为例）为例）),(DSGS1Duufi 退出退出返回返回 1.5.1 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFET） 99输出曲线分四区：输出曲线分四区： 放大区放大区 可变电阻区可变电阻区 击穿区击穿区截止区：截止区： 对应夹断状态对应夹断状态 特点：特点：uGS UGS (off) iD=0 截止区截止区退出退出返回返回 1.5.1 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFET） 100放大区：放

44、大区： 对应管子预夹断后的状态对应管子预夹断后的状态 特点：受控放大，特点：受控放大，iD 只受只受 uGS控制控制 uGS 则则 iD 放大区放大区输出曲线分四区：输出曲线分四区： 可变电阻区可变电阻区 击穿区击穿区退出退出返回返回 1.5.1 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFET） 101可变电阻区：可变电阻区： 对应预夹断前状态对应预夹断前状态 特点：特点：固定固定uGS，uDS 则则iD近似线性近似线性 固定固定uDS，变化变化uGS则阻值变化则阻值变化 输出曲线分四区：输出曲线分四区： 可变电阻区可变电阻区 击穿区击穿区可可变变电电阻阻区区退出退出返回返回 1.5.1 结型场

45、效应晶体管（结型场效应晶体管（JFET） 102击穿区：击穿区： 对应对应PN结击穿状态结击穿状态 特点：特点：uDS 很大很大 iD急剧增加急剧增加 输出曲线分四区：输出曲线分四区： 击击穿穿区区退出退出返回返回 1.5.1 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFET） 103指指uDS为参变量，为参变量，iD随随uGS变化的关系曲线变化的关系曲线3. JFET特性曲线（以特性曲线（以NJFET为例）为例）退出退出iD= f2(uDS , uGS)返回返回 1.5.1 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFET） 104 预夹断后转移特性曲线重合预夹断后转移特性曲线重合 曲线方程曲线方程

46、 条件条件 DSGS(off)GS0uUu 2)off(GSGSDSSD)1(UuIi 退出退出返回返回 1.5.1 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFET） 105根据栅极绝缘材料分为根据栅极绝缘材料分为 金属金属氧化物氧化物半导体场效应管半导体场效应管(MOSFET或或MOS)； 金属金属氮化硅氮化硅半导体场效应管半导体场效应管(MNSFET或或MNS)； 金属金属氧化铝氧化铝半导体场效应管半导体场效应管(MALSFET)。根据导电沟道类型分为根据导电沟道类型分为: N沟道和沟道和P沟道。沟道。根据是否存在原始导电沟道分为根据是否存在原始导电沟道分为:增强型和耗尽型。增强型和耗尽型。

47、 1.5.2 绝缘栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体管（IGFET）1. 特点特点退出退出返回返回106N沟道增强型MOSFET2. 结构与符号结构与符号退出退出返回返回 1.5.2 绝缘栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体管（IGFET）107 如果在金属和半导体衬底之间加入绝缘栅物质如二氧化硅，如果在金属和半导体衬底之间加入绝缘栅物质如二氧化硅，于是就构成了金属于是就构成了金属(Metal)氧化物（氧化物（Oxide）半导体半导体（Semiconductor）结构，即）结构，即MOS管管。引言：引言：半导体的表面半导体的表面场效应管场效应管3.3.工作原理工作原理退出退出返回返回 1.5.2 绝

48、缘栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体管（IGFET）108 uGS=0时，无导电沟道时，无导电沟道( (夹断状态夹断状态) ) uGS UGS(th)时，产生导电沟道时，产生导电沟道( (开启开启状态状态) )。 为刚开始出为刚开始出现导电沟道时的栅源电压值。现导电沟道时的栅源电压值。3. 工作原理（以增强型工作原理（以增强型NMOS管为例）管为例）退出退出返回返回 1.5.2 绝缘栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体管（IGFET）109受控机理：漏极电流受控机理：漏极电流iD 受控于受控于uGS通过改变加在绝缘层上的电压通过改变加在绝缘层上的电压(栅源电压栅源电压)的大小来改变导电的大小来改变导

49、电沟道的宽度，进而改变沟道电沟道的宽度，进而改变沟道电阻的大小以达到控制漏极电流阻的大小以达到控制漏极电流的目的，漏极电流的目的，漏极电流iD 受控于受控于uGS 。3. 工作原理（以增强型工作原理（以增强型NMOS管为例）管为例）退出退出返回返回 1.5.2 绝缘栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体管（IGFET）110uDS0uDSiD 近似不变近似不变uDS= (uGS UGS(th)预夹断状态预夹断状态uDS iD uDS 影响影响 iD ( uGS = C 0 )3. 工作原理（以增强型工作原理（以增强型NMOS管为例）管为例）uDS (uGS UGS(th)预夹断后预夹断后退出退出返回

50、返回 1.5.2 绝缘栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体管（IGFET）111小结：小结： iD 受控于受控于uGS : uGS 则则 iD 直至直至iD =0 ； iD受受uDS影响影响 : uDS 则则iD先增随后近似不变。先增随后近似不变。 预夹断前预夹断前u uDSDS ，则则i iD D 以预夹断状态为分界线以预夹断状态为分界线 预夹断后预夹断后uDS ，则，则iD基本不变。基本不变。3. 3. 工作原理（以增强型工作原理（以增强型NMOSNMOS管为例）管为例）退出退出返回返回 1.5.2 绝缘栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体管（IGFET）112 区别夹断与预夹断区别夹断与预夹断

51、夹断时：夹断时： uGS UGS(th) ，iD =0 预夹断时：预夹断时：uGD = UGS(th) (uGS - uDS = UGS(th) iD 0 预夹断前：预夹断前：uGD UGS(th) (uGS - uDS UGS(th) ) uDG -UGS(th) (或uDS - uGS-UGS(th) ) 预夹断后：预夹断后： uGD UGS(th) (uGS - uDS UGS(th) ) uDG-UGS(th) (或uDS - uGS -UGS(th) )3. 工作原理（以增强型工作原理（以增强型NMOS管为例）管为例）退出退出返回返回 1.5.2 绝缘栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体

52、管（IGFET）113指指uGS为参变量，为参变量，iD随随uDS变化的关系曲线变化的关系曲线 4. 4. 特性曲线（以增强型特性曲线（以增强型NMOSNMOS管为例）管为例）),(DSGS1Duufi 退出退出返回返回 1.5.2 绝缘栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体管（IGFET）114输出特性曲线主要分三区：输出特性曲线主要分三区： 放大区放大区 可变电阻区可变电阻区截止区：截止区： 对应夹断状态对应夹断状态 特点：特点：uGS UGS (th) iD =0 退出退出返回返回 1.5.2 绝缘栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体管（IGFET）115放大区：放大区：对应管子预夹断对应管子预夹

53、断后的状态后的状态 特点：特点： 受控放大受控放大 uGS 则则 iD 输出特性曲线主要分三区：输出特性曲线主要分三区： 截止区截止区 可变电阻区可变电阻区退出退出返回返回 1.5.2 绝缘栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体管（IGFET）116可变电阻区：可变电阻区： 对应预夹断前状态对应预夹断前状态特点：特点： 固定固定uGS，uDS则则iD近似线性近似线性 -电阻特性电阻特性 固定固定uDS，uGS变化则阻值变化变化则阻值变化 -变阻特性变阻特性输出特性曲线主要分三区：输出特性曲线主要分三区： 截止区截止区 放大区放大区 退出退出返回返回 1.5.2 绝缘栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体管

54、（IGFET）117指指uDS为参变量，为参变量，iD随随uGS变化的关系曲线变化的关系曲线4.特性曲线（以增强型特性曲线（以增强型NMOS管为例）管为例）开启电压开启电压UGS(th)2(,)DDSGSifuu 退出退出返回返回 1.5.2 绝缘栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体管（IGFET）118 预夹断后转移特性曲线重合预夹断后转移特性曲线重合 曲线方程曲线方程 条件条件 DS)th(GSGS0uUu 2)th(GSGSpD)(UuKi 4. 特性曲线（以增强型特性曲线（以增强型NMOS管为例）管为例）开启电压开启电压UGS(th)退出退出返回返回 1.5.2 绝缘栅场效应晶体管（绝缘栅场效应晶体管（IGFET）119 uBS 0且且uBS UGS(off) (或或UGS(th) ) ；对对P沟道场效应晶体管，有：沟道场效应晶体管，有：uGS uGS UGS(off) (或或UGS(th) ) ；对对P沟道场效应晶体管，有：沟道场效应晶体管，有： uDS UGS(off)=- -2V，管子导通。管子导通。uDS =8V uGS UGS(off) =3(2)V=5V0，工作于放大区。工作于放大区。返回返回 1.5