电子电路基础课件

1、电子电路根底电子电路根底1. 本课程的性质本课程的性质 是一门技术根底课是一门技术根底课2. 特点特点 非纯理论性课程非纯理论性课程 实践性很强实践性很强 以工程实践的观点来处理电路中的一些问题以工程实践的观点来处理电路中的一些问题3. 研究内容研究内容 以器件为根底、以信号为主线，研究各种模拟电子电以器件为根底、以信号为主线，研究各种模拟电子电路的工作原理、特点及性能指标等。路的工作原理、特点及性能指标等。4. 教学目标教学目标 能够对常用电子电路进行分析，同时对较简单的能够对常用电子电路进行分析，同时对较简单的单元电路进行设计，为电子电路应用打下扎实根底。单元电路进行设计，为电子电路应用打

2、下扎实根底。5. 学习方法学习方法 重点掌握根本概念、根本电路、根本方法。重点掌握根本概念、根本电路、根本方法。6. 成绩评定成绩评定 平时：平时： 10 %(作业、点名和当堂作业作业、点名和当堂作业 考试：考试： 90 %7. 参考书参考书1、刘京南，电子电路根底，电子工业出版社、刘京南，电子电路根底，电子工业出版社2、堵国樑，电子电路学习指导，东南大学出版社、堵国樑，电子电路学习指导，东南大学出版社 3、康华光，电子技术根底、康华光，电子技术根底 模拟局部模拟局部, 高教出版社高教出版社, 第第四版四版 4、童诗白，模拟电子技术根底，高教出版社，、童诗白，模拟电子技术根底，高教出版社， 第

3、二版第二版第一章第一章 半导体器件概述半导体器件概述 1.1 PNPN结结及二极管及二极管 1.4 场集成运算放大器场集成运算放大器 1.2 半导体三极管半导体三极管 1.3 半导体场效应管半导体场效应管 1.11.1 PNPN结及二极管结及二极管 半导体及半导体及PNPN结结 特殊二极管特殊二极管 二极管的根本特性二极管的根本特性1.1.3 二极管的电路模型及主要参数二极管的电路模型及主要参数导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属，金属一般都是导体。一般都是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡，如

4、橡胶、陶瓷、塑料和石英。胶、陶瓷、塑料和石英。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为体之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。和一些硫化物、氧化物等。 半导体及半导体及PNPN结结半导体半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时，它的导电能当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。力明显变化。 往纯洁的半导体中掺入某些杂质，会使往纯洁的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电

5、能力明显改变。它的导电能力明显改变。 半导体及半导体及PNPN结结一、本征半导体一、本征半导体 半导体及半导体及PNPN结结一本征半导体的结构特点一本征半导体的结构特点本征半导体：完全纯洁的、结构完整的半导体晶体。本征半导体：完全纯洁的、结构完整的半导体晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个，原子结构的简化模型如下：电子（价电子）都是四个，原子结构的简化模型如下：+4原子核和内原子核和内层电子层电子价电子（最外价电子（最外层的电子）层的电子）硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对

6、用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子 半导体及半导体及PNPN结结共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自自由电子由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。本征半导体的导电能力很弱。 共价键有很强的结合力，使原共价键有很强的结合力，使原子规那么排列，形成晶体。子规那么排列，形成晶体。+4+4+4+4 半导体及半导体及PNPN结结二本征半导体的导电机理二本征半

7、导体的导电机理在绝对在绝对0 0度度T=0KT=0K和没有外界激发时和没有外界激发时, ,价电价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子即载流子，它的导电能以运动的带电粒子即载流子，它的导电能力为力为 0 0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由自由电子电子，同时共价键上留下一个空位，称为，同时共价键上留下一个空位，称为空穴空穴。1.1.载流子、自由电子和空穴载流子、自由电子和空穴 半导体及半导体

8、及PNPN结结+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子 半导体及半导体及PNPN结结2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流可以认为空穴是载流子。子。+4+4+4+4 半导体及半导体及PNPN结结温度越高，载流子的浓度越高，因此本征半温

9、度越高，载流子的浓度越高，因此本征半导体的导电能力越强。温度是影响半导体性导体的导电能力越强。温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两局部组成：本征半导体中电流由两局部组成： 1. 自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。 半导体及半导体及PNPN结结二、二、杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能

10、发生显著变化。其原因是掺使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体中的某种载流子浓度大大增加。杂半导体中的某种载流子浓度大大增加。P 型半导体：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体。空穴浓度大大增加的杂质半导体。N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体。自由电子浓度大大增加的杂质半导体。 半导体及半导体及PNPN结结一、一、N 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷，入少量的五价元素磷，晶体点阵中的某些半导晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻电子，其中四个与

11、相邻的半导体原子形成共价的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自很容易被激发而成为自由电子。由电子。 半导体及半导体及PNPN结结+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子 半导体及半导体及PNPN结结 磷原子成为不能移动的带正电的离子。每个磷磷原子成为不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为原子给出一个电子，称为施主原子施主原子。N型半导体型半导体+(1-18) 半导体及半导体及PNPN结结N 型半导体中的载流子是什么？型半导体中的载流子是什么？1.1.由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相

12、同。由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2. 本征半导体中成对产生的电子和空穴。本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子多子，空穴称为少数载流子少子。子多子，空穴称为少数载流子少子。 半导体及半导体及PNPN结结吸引一个吸引一个束缚电子束缚电子来填补来填补（二）（二）P 型半导体型半导体+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子+4+4+3+4P 型半导体中空穴是多型半导体中空穴是多子，电子是少子子，电子是少子。 半

13、导体及半导体及PNPN结结在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼或铟，晶体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼或铟，晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。P型半导体型半导体一一 PN 结的形成结的形成

14、在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和型半导体和N 型半导体，型半导体，在它们的交界面形成一个具有特殊性质的薄层，称之在它们的交界面形成一个具有特殊性质的薄层，称之PN 结结。 半导体及半导体及PNPN结结三、三、PN结结P型半导体型半导体N型半导体型半导体+浓度差引起多浓度差引起多子的扩散子的扩散PN 结形成之一：多子的扩散运动(1-22) 半导体及半导体及PNPN结结PN 结形成之二：扩散运动产生耗尽层和内电场P型半导体型半导体N 型半导体型半导体+内电场内电场E E耗尽层耗尽层空间电荷区空间电荷区电位电位VV0 半导体及半导体及PNPN结结+P型半导体

15、型半导体N型半导体型半导体+内电场内电场E E耗尽层耗尽层空间电荷区空间电荷区PN 结形成之三：内电场加强了少子的漂移运动少子的飘移运动(1-24) 半导体及半导体及PNPN结结PN 结形成之四：漂移和扩散到达动态平衡P型半导体型半导体N型半导体型半导体扩散运动扩散运动漂移运动漂移运动+内电场内电场E E耗尽层耗尽层空间电荷区空间电荷区扩散的结果是使扩散的结果是使空间电荷区逐渐空间电荷区逐渐加宽。空间电荷加宽。空间电荷区越宽，区越宽，内电场越强，就内电场越强，就使漂移运动越强，使漂移运动越强，而漂移使空间电而漂移使空间电荷区变薄。荷区变薄。(1-25) 半导体及半导体及PNPN结结所以扩散和漂

16、移这一对相反的运动最终到达平衡，所以扩散和漂移这一对相反的运动最终到达平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。二二PN结的单向导电性结的单向导电性 PN 结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意思都是的意思都是： P 区区加正、加正、N 区加负电压。区加负电压。 半导体及半导体及PNPN结结内电场内电场外电场外电场变薄变薄RE+PN+_内电场被削弱，多子内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成的扩散加强能够形成较大的扩散电流。较大的扩散电流。 半导体及半导体及PNPN结结内电场内电场变厚变厚 PN 结结加上反向

17、电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是： P区区加负、加负、N 区加正电压。区加正电压。外电场外电场RE+_+PN+内电场被加强，多子的内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电只能形成较小的反向电流。流。 半导体及半导体及PNPN结结)1()1(/S/SDDDTVvkTqveIeIi 当当PNPN结正偏时，形成较大电流，结正偏时，形成较大电流，PNPN结处于正向导通状态；结处于正向导通状态；当当PN结反偏时，只有非常小的反向饱和电流，结反偏时，只有非常小的反向饱和电流，PN结处于反结处于反向截

18、止状态。向截止状态。PN结结V- I 特性表达式：特性表达式：其中：其中： IS 反向饱和电流反向饱和电流VT 温度的电压当量温度的电压当量常温下常温下T=300K26mVV026.0qkTVTPNPN结的单向导电性：结的单向导电性：K 玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数=8.6310-5eV/K=1.3810-23J/Kq 电子电量电子电量=1.610-19C(库仑库仑) 半导体及半导体及PNPN结结TVvHTDeI，iUv/SDD时当SD0I，ivUDDR时当vD/ViD/mAUDRISUTH击穿迅速增大时当，iUvDRDD 半导体及半导体及PNPN结结三三PN结的击穿结的击穿齐纳击穿：齐纳击穿：雪

19、崩击穿：雪崩击穿：A.A.掺杂浓度高掺杂浓度高B.B.耗尽层宽度较窄耗尽层宽度较窄C.C.较小的反向电压，很强电场较小的反向电压，很强电场D.D.直接破坏共价键，拉出电子，直接破坏共价键，拉出电子，产生电子产生电子- -空穴对空穴对A.A.掺杂浓度不高掺杂浓度不高B.B.耗尽层宽度较宽耗尽层宽度较宽C.C.较大的反向电压，很强电场较大的反向电压，很强电场D.D.漂移运动的少子被加速，将共漂移运动的少子被加速，将共价键中的价电子碰撞出来价键中的价电子碰撞出来, ,形成电子形成电子- -空穴对空穴对, ,以此循环以此循环 半导体及半导体及PNPN结结电击穿：电击穿：热击穿：热击穿：A.A.采取限流

20、措施，电流不会过大采取限流措施，电流不会过大B.B.控制控制PNPN结温度，不会过热结温度，不会过热C.PNC.PN结不会损坏结不会损坏D.D.取消反向击穿电压后取消反向击穿电压后, ,恢复正常恢复正常A.A.反向电流过大反向电流过大B. PNB. PN结温度快速升高结温度快速升高C.PNC.PN结损坏结损坏D.D.取消反向击穿电压后取消反向击穿电压后, ,不能恢复不能恢复 半导体及半导体及PNPN结结四四PN结电容结电容势垒电容势垒电容C CB B：耗尽层中的电荷量随外加电压的变耗尽层中的电荷量随外加电压的变化而变化形成的电容效应。化而变化形成的电容效应。电容电容C CB B的特点：的特点：

21、B. CB. CB B为非线性电容，反偏电压越高，为非线性电容，反偏电压越高， C CB B 越小；正偏电压越高越小；正偏电压越高, C, CB B 越大越大。A.A.外加电压的变化频率高外加电压的变化频率高, ,电容效电容效 应明显。应明显。 半导体及半导体及PNPN结结扩散电容扩散电容C CD D：电容电容C CD D的特点：的特点：B. CB. CD D为非线性电容，反偏时，为非线性电容，反偏时， C CD D很小，可忽略；正偏电压越高很小，可忽略；正偏电压越高, C, CD D 越大越大。A.A.外加电压的变化频率高外加电压的变化频率高, ,电容效电容效 应明显。应明显。外加正向偏压的

22、变化引起外加正向偏压的变化引起PNPN结两侧结两侧区域内积累电荷量的变化，形成的区域内积累电荷量的变化，形成的电容效应。电容效应。 半导体及半导体及PNPN结结PNPN结电容的高频等效：结电容的高频等效：Cjrj其中：其中：rj PN结电阻结电阻Cj PN结电容结电容=CB+CD正偏时：正偏时：rj较小，较小，cj较大主要是较大主要是CD反偏时：反偏时：rj较大，较大，cj较小主要是较小主要是CB一、根本结构一、根本结构PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型PN结结面接触型面接触型PN二极管的电

23、路符号：二极管的电路符号： 二极管的根本特性二极管的根本特性 二、伏安特性二、伏安特性UI 二极管的根本特性二极管的根本特性死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V。UTH正向特性正向特性反向特性反向特性导通压降导通压降: : 硅硅管管0.60.8V,锗锗管管0.20.3V。UONUBR反向击反向击穿电压穿电压IS反向饱和电流：反向饱和电流：硅管硅管0.1uA以下，以下，锗管几十微安。锗管几十微安。 三、二极管的开关特性三、二极管的开关特性 二极管的根本特性二极管的根本特性二极管在正向导通与反向截止两中状态之间的转换过程。二极管在正向导通与反向截止两中状态之间的转换过程。一一 反向

24、恢复过程反向恢复过程RLuiuD+-iUFtui-URt10tre=ts+tt反向恢复时间反向恢复时间IFtit10LFRuURUILDFFtt0.1IRtt渡越时间渡越时间ts存储时间存储时间-IRtsLRRRUI 二极管的根本特性二极管的根本特性二二 反向恢复过程形成的原因反向恢复过程形成的原因 由于扩散电容效应由于扩散电容效应,PN,PN结加正向电压时扩散电流，结加正向电压时扩散电流，注入注入P P区的少子电子在区的少子电子在P P区有浓度差，越靠近区有浓度差，越靠近PNPN结浓度结浓度越大，即在越大，即在P P 区有电子的积累。同理，在区有电子的积累。同理，在N N区有空穴的积累。区有

25、空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。正向电流大，积累的电荷多。 当当PNPN结由正偏突变为反偏时，两侧的少子的积累并不结由正偏突变为反偏时，两侧的少子的积累并不马上消失，在反向电场的作用下，一方面与多子复合，另马上消失，在反向电场的作用下，一方面与多子复合，另一方面将漂移到原来的区域，即一方面将漂移到原来的区域，即N N区的空穴漂移到区的空穴漂移到P区，而区，而P P区的电子被拉到区的电子被拉到N N区。区。 此时此时PNPN结电阻很小，与结电阻很小，与R RL L相相比可忽略，因而有较大的反向电比可忽略，因而有较大的反向电流流I IR R。LRRRUI三三 二极管的开通时间二极管的开通时间

26、二极管从反向截止转为正向导通的时间，很小可忽略。二极管从反向截止转为正向导通的时间，很小可忽略。UiD0(a a)伏安特性伏安特性UiD0(a a)伏安特性伏安特性一、电路模型一、电路模型 二极管的电路模型及主要参数二极管的电路模型及主要参数一一 理想模型理想模型二二 直流恒压模型直流恒压模型UD(ON)(b b)代表符号代表符号+-(b b)代表符号代表符号+-UiD0(a a)伏安特性伏安特性 二极管的电路模型及主要参数二极管的电路模型及主要参数三三 小信号模型小信号模型IDQUDQQIU(b b)代表符号代表符号rd uD+- iDIUrd微变电阻微变电阻由二极管伏安特性表达式可得：TD

27、UUTsUUsdUIeUIdUeIdUIrTT11即：即：DTdIUr 在室温下有：在室温下有：DdImVr)(26二、二极管的主要参数二、二极管的主要参数1.1.最大整流电流最大整流电流I IF F 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2.2.最高反向工作电压最高反向工作电压U UR R 二极管在使用时所允许外加的最大反向电压。手册上给二极管在使用时所允许外加的最大反向电压。手册上给出的最高反向工作电压出的最高反向工作电压UR一般是击穿电压一般是击穿电压UBR的一半。的一半。 二极管的电路模型及主要参数二极管的电路模型及主要

28、参数3. 反向电流反向电流 IR 二极管在室温下加规定的反向工作电压时的反向电流。反二极管在室温下加规定的反向工作电压时的反向电流。反向电流越小越好，说明管子的单向导电性越好。反向电流受温向电流越小越好，说明管子的单向导电性越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流比硅管大几十到几百倍。管的反向电流比硅管大几十到几百倍。 二极管的电路模型及主要参数二极管的电路模型及主要参数4.4.最高工作频率最高工作频率f fM M 不破坏二极管单向导电性的前提下的外加信号的不破坏二极管单向导电性的前提下的外加信号

29、的最高工作频率。其取决于最高工作频率。其取决于PN结电容。结电容。5.5.极间电容极间电容C Cj j 指二极管的结电容，即为势垒电容与扩散电容之指二极管的结电容，即为势垒电容与扩散电容之和。直接决定和。直接决定f fM M 的大小。的大小。二极管：二极管：死区电压死区电压=0 .5V，正向压降，正向压降 0.7V(硅二极管硅二极管) 理想二极管：理想二极管：死区电压死区电压=0 ，正向压降，正向压降=0 RLuiuouiuott二极管的应用举例：二极管的应用举例：二极管半波整流二极管半波整流 二极管的电路模型及主要参数二极管的电路模型及主要参数一、一、稳压二极管稳压二极管UIIZIZmax

30、UZ IZ稳压稳压误差误差曲线越陡，曲线越陡，电压越稳电压越稳定。定。UZ动态电阻：动态电阻：ZZIUZrrz越小，稳压越小，稳压性能越好。性能越好。1.1.4 1.1.4 特殊二极管特殊二极管+-电路符号电路符号4稳定电流稳定电流IZ、最大、最小稳定电流、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。5最大允许功耗最大允许功耗maxZZZMIUP稳压二极管的参数稳压二极管的参数:1稳定电压稳定电压 UZ（2）电压温度系数电压温度系数 U（%/） 稳压值受温度变化影响的的系数。稳压值受温度变化影响的的系数。3动态电阻动态电阻ZZIUZr1.1.4 1.1.4 特殊二极管特殊二极管(1-46)二、变

31、容二、变容二极管二极管1.1.4 1.1.4 特殊二极管特殊二极管ka电路符号电路符号二极管的结电容二极管的结电容Cj不为常数而与不为常数而与外加的电压有关。在加反向电压外加的电压有关。在加反向电压下，其容值随电压值的增大而减下，其容值随电压值的增大而减小，这种效应显著的二极管就称小，这种效应显著的二极管就称为变容二极管。为变容二极管。(1-47)三、光电三、光电二极管二极管1.1.4 1.1.4 特殊二极管特殊二极管ka电路符号电路符号反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。IU照度增加照度增加特性曲线特性曲线k等效电路等效电路iPuPa+-(1-48)4、发光、发光

32、二极管二极管1.1.4 1.1.4 特殊二极管特殊二极管ka电路符号电路符号 在外加正向电压时，电子与空穴直接复合释在外加正向电压时，电子与空穴直接复合释放能量，从而发光。其光谱较窄，由半导体材料放能量，从而发光。其光谱较窄，由半导体材料决定，用由砷化稼及磷化稼等化合物制成。决定，用由砷化稼及磷化稼等化合物制成。负载电阻负载电阻 。 要求当输入电压由正常值发要求当输入电压由正常值发生生20%波动时，负载电压根本不变。波动时，负载电压根本不变。稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用举例uoiZDZRiLiuiRL5mA 20mA, V,10minmaxzzzWIIU稳压管的技术参数稳压管的技术参数

33、: k2LR解：令输入电压到达上限时，流过稳压管的电解：令输入电压到达上限时，流过稳压管的电流为流为Izmax 。求：求：电阻电阻R和输入电压和输入电压 ui 的正常值。的正常值。mA25maxLZWzRUIi102521RUiRu.zWi方程方程11.1.4 1.1.4 特殊二极管特殊二极管令输入电压降到下限令输入电压降到下限时，流过稳压管的电时，流过稳压管的电流为流为Izmin 。mA10minLZWzRUIi101080RUiRu.zWi方程方程2uoiZDZRiLiuiRL联立方程联立方程1、2，可解得：，可解得：k.RV,.ui5075181.1.4 1.1.4 特殊二极管特殊二极管

34、(1-51) 1.2 1.2 半导体三极管半导体三极管 三极管的根本工作原理三极管的根本工作原理1.2.3 三极管的主要参数及电路模型三极管的主要参数及电路模型 三极管的根本特性三极管的根本特性一、根本结构一、根本结构BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型1.2.1 1.2.1 三极管的根本工作原理三极管的根本工作原理(1-53)BECNPN型三极管型三极管BECPNP型三极管型三极管三极管符号三极管符号NPNCBEPNPCBE1.2.1 1.2.1 三极管的根本工作原理三极管的根本工作原理BECNNP基极基极发射极发射极集

35、电极集电极基区：较基区：较薄，掺杂薄，掺杂浓度低浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高1.2.1 1.2.1 三极管的根本工作原理三极管的根本工作原理BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结1.2.1 1.2.1 三极管的根本工作原理三极管的根本工作原理(1-56)二、三极管内部载流子的传输过程二、三极管内部载流子的传输过程1.2.1 1.2.1 三极管的根本工作原理三极管的根本工作原理VBERBCBENNPVCERCIBN进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBN ，多数扩散到集电结。基区空穴向发射区的扩散可忽略（

36、基区杂质浓度低）。ICBO集电结反偏，有少子漂移形成的反向电流ICBO。ICN从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICN。IE发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。(1-57)1.2.1 1.2.1 三极管的根本工作原理三极管的根本工作原理BECNNPVBERBVCERCIBNICNICBOIB=IBN-ICBOIC=ICN+ICBOIEIBICICN=IE-IBN 三极管工作时，内部两种载流子均参三极管工作时，内部两种载流子均参与导电，故又称为与导电，故又称为双极型三极管。双极型三极管。三、电流分配关系三、电流分配关系1.2.1 1.2.1 三

37、极管的根本工作原理三极管的根本工作原理IB=IBN-ICBOIC=ICN+ICBOIE=ICN+IBN引入引入=I ICNCN/ /I IE E，称为共基极直流电流放大倍数。，称为共基极直流电流放大倍数。由于由于I ICBOCBO很小，故通常很小，故通常IIC C/ /I IE E。1令：令： 为共射极直流放大系数为共射极直流放大系数 CBOBCIII111IB=(1-)IE-ICBOIC=IE+ICBOCBOCEOII)1 (为穿透电流为穿透电流 (1-59) 此即为三极管中流过的直流电流之此即为三极管中流过的直流电流之间的近似分配关系间的近似分配关系1.2.1 1.2.1 三极管的根本工作

38、原理三极管的根本工作原理CEOBCIII那么：那么：当当I ICEOCEOI IC C，忽略，忽略I ICEOCEO则有：则有：BCIIBEII)1 (BCII(1-60) 在分析信号放大作用时，通常需知道三个电在分析信号放大作用时，通常需知道三个电极中的电流微小变化量之间的关系。极中的电流微小变化量之间的关系。1.2.1 1.2.1 三极管的根本工作原理三极管的根本工作原理 故引入三个电极的电流微小变化量故引入三个电极的电流微小变化量IB、 IC和和IE。 并引入并引入= IC /IB 为共射交流电流放大系数；为共射交流电流放大系数； = IC /IE为为共基交流电流放大系数共基交流电流放大

39、系数。则则、有：有： ，11 ，与与，的物理意义不同，但通常的物理意义不同，但通常由于其两两的数值相差不大，故在后面的数值由于其两两的数值相差不大，故在后面的数值计算和电路分析时，不再进行区分。计算和电路分析时，不再进行区分。(1-61)四、放大作用四、放大作用1.2.1 1.2.1 三极管的根本工作原理三极管的根本工作原理设设: : =50=50， U Ui i =12mV=12mV， 引起引起IB B =20uA=20uA。那么那么: : IC = IC = . . IB IB =1(mA) =1(mA) U UO O=-=-IC .RL=-1(V) 1(V) 电压放大倍数电压放大倍数：3

40、83121.mVVUUAiouiB=IB+IBVCCUiVBBCBERLUBE+-UO+-iC=IC+ICiE=IE+IE1K(1-62)1.2.2 1.2.2 三极管的根本特性三极管的根本特性mAECIC AVVUCEUBERBIB 实验线路实验线路 由于半导体三极管为非线性器件，其由于半导体三极管为非线性器件，其特性常用伏安特性曲线来描述。特性常用伏安特性曲线来描述。UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,锗管锗管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V死区电压：死区电压：硅管硅管0.5V，锗管锗管

41、0.2V。一、输入特性曲线一、输入特性曲线1.2.2 1.2.2 三极管的根本特性三极管的根本特性CONSTuBEBCEufiIC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满此区域满足足IC=IB称为线性称为线性区放大区放大区。区。当当UCE大于一定的数大于一定的数值时，值时，IC只与只与IB有关，有关，IC= IB。1.2.2 1.2.2 三极管的根本特性三极管的根本特性二、输出特性曲线二、输出特性曲线CONSTiCECBufiIC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中U

42、CE UBE,集电结正偏，集电结正偏， IBIC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。1.2.2 1.2.2 三极管的根本特性三极管的根本特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止区：截止区： UBE 死区电压，死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 1.2.2 1.2.2 三极管的根本特性三极管的根本特性(1-68)1.2.2 1.2.2 三极管的根本特性三极管的根本特性三、三极管的开关特性三、三极管的开关特性 当输入当输入 uI uI

43、为低电平，使为低电平，使 uBE UthuBE Uth死区电压时，三死区电压时，三极管截止。极管截止。 i iB B 0 0，i iC C 0 0，C C、E E 间间相当于开关断开。相当于开关断开。三极管关断的条件和等效电路三极管关断的条件和等效电路IC(sat)AOiCMNT负载线负载线临界饱和线临界饱和线 饱饱和和区区放大区放大区截止区截止区uBE ton 开关时间主要由于开关时间主要由于电电荷存储效应荷存储效应引起，要提高引起，要提高开关速度，必须降低三极开关速度，必须降低三极管饱和深度，加速基区存管饱和深度，加速基区存储电荷的消散。储电荷的消散。例：例： =50， USC =12V，

44、 RB =70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，晶体管的静态工作时，晶体管的静态工作点点Q位于哪个区？位于哪个区？当当USB =-2V时：时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEmA2612maxCSCCRUIIB=0 ， IC=0IC最大饱和电流：最大饱和电流：Q位于截止区位于截止区 1.2.2 1.2.2 三极管的根本特性三极管的根本特性例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？ICUGSUGS(off)，且且UDS0,

45、UDG UGS(off) 时时NGSDUDSIDUGSNNP+P+越靠近漏端，PN结反压越大1.3.1 1.3.1 结型场效应管结型场效应管由于由于UDGUGSUGS(off)，且且UDS0,UDG=UGS(off) 时时NGSDUDSIDUGSNNP+P+漏端的沟道被夹断，称为予夹断。NGSDUDSIDUGSNNP+P+UDS增大则被夹断区向下延伸。0UGSUGS(off)，且且UDS0,UDGUGS(off) 时时预夹断以后，随着预夹断以后，随着UDS增大，虽然增大，虽然夹断区变长，但夹断区场强也增大，夹断区变长，但夹断区场强也增大，所以电流所以电流ID根本不随根本不随UDS的增加的增加而

46、增加，呈恒流特性。而增加，呈恒流特性。1.3.1 1.3.1 结型场效应管结型场效应管1.3.1 1.3.1 结型场效应管结型场效应管三、特性曲线三、特性曲线 (N沟道为例沟道为例)输出特性曲线输出特性曲线const.D)(GSuDSufiUGS=0ViDu DS0-1V-3V-4V-5V-2VIDSSUGS(off)恒流区可变电阻区击穿区预夹断预夹断轨迹轨迹1.3.1 1.3.1 结型场效应管结型场效应管转移特性曲线转移特性曲线const.GSDDS)(uufi) 0( )1 (2GSGS(off)GS(off)GSDSSDuUUuIiuGS0iDIDSSUGS(off)饱和漏饱和漏极电流极

47、电流夹断夹断电压电压 结型场效应管的缺点：结型场效应管的缺点：1. 栅源极间的电阻虽然可达栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在以上，但在某些场合仍嫌不够高。某些场合仍嫌不够高。3. 栅源极间的栅源极间的PN结加正向电压时，将出现结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2. 在高温下，在高温下，PN结的反向电流增大，栅源结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。极间的电阻会显著下降。1.3.1 1.3.1 结型场效应管结型场效应管一、结构和电路符号一、结构和电路符号N沟道增强型沟道增强型1.3.2 1.

48、3.2 绝缘栅绝缘栅场效应管场效应管PN+GSDP型基底型基底两个两个N+区区SiO2绝缘层绝缘层金属铝金属铝N+GSDBMOS:金属金属-氧氧化物化物-半导体半导体N 沟道耗尽型沟道耗尽型1.3.2 1.3.2 绝缘栅绝缘栅场效应管场效应管GSDBPGSD予埋了导予埋了导电沟道电沟道 N+N+P 沟道增强型沟道增强型1.3.2 1.3.2 绝缘栅绝缘栅场效应管场效应管GSDBNP+GSDP+P 沟道耗尽型沟道耗尽型NP+GSD予埋了导予埋了导电沟道电沟道 1.3.2 1.3.2 绝缘栅绝缘栅场效应管场效应管P+GSDB二、二、MOSMOS管的工作原理管的工作原理以以N 沟道增强型为例沟道增强

49、型为例1.3.2 1.3.2 绝缘栅绝缘栅场效应管场效应管UGS=0时时D-S 间相当于两间相当于两个反接的个反接的PN结结, ID=0UDSPGSDUGSID=0N+N+PGSDUDSUGSN+N+UGS0，UDS=0时时UGS足够大时足够大时(UGS UGS(th) )感应出足够感应出足够多电子，这里出现多电子，这里出现以电子导电为主的以电子导电为主的N型导电沟道。型导电沟道。感应出电子感应出电子UGS(th)称为开启电压称为开启电压1.3.2 1.3.2 绝缘栅绝缘栅场效应管场效应管导电沟道相当于电导电沟道相当于电阻将阻将D-S连接起来，连接起来，UGS越大此电阻越越大此电阻越小。小。1

50、.3.2 1.3.2 绝缘栅绝缘栅场效应管场效应管UGSUGS(th), UDS0且且UGDUGS(th)时时PNNGSDUDSUGS由于由于iD 沿沟道沿沟道产生压降使产生压降使沟道各点与沟道各点与G之间的电压之间的电压不等，靠近不等，靠近D区的导电沟区的导电沟道变窄。道变窄。iD(1-108)1.3.2 1.3.2 绝缘栅绝缘栅场效应管场效应管UGSUGS(th), UDS0且且UGD=UGS(th)时时PNNGSDUDSUGS当当UDS增大到增大到使使UGD=UGS(th)时，出现预夹时，出现预夹断。断。(1-109)1.3.2 1.3.2 绝缘栅绝缘栅场效应管场效应管UGSUGS(th

51、)，UDS0且且UGDUGS(th)时时PNNGSDUDSUGS当当UDS增大增大到使到使UGD01.3.2 1.3.2 绝缘栅绝缘栅场效应管场效应管输出特性曲线输出特性曲线const.uDSDGS)f(uiiDu DS0恒流区可变电阻区击穿区预夹断预夹断轨迹轨迹三、增强型三、增强型N N沟道沟道MOSMOS管的特性曲线管的特性曲线(1-111)1.3.2 1.3.2 绝缘栅绝缘栅场效应管场效应管转移特性曲线转移特性曲线const.uGSDDS)f(ui)u(u)uu(IiGS(th)GSGS(th)GSDOD210IDUGSUGS(th)IDO2UGS(th)四、耗尽型四、耗尽型N N沟道沟

52、道MOSMOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，加反向时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。电压才能夹断。转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSUGS(off)1.3.2 1.3.2 绝缘栅绝缘栅场效应管场效应管IDSS输出特性曲线输出特性曲线UGS=0UGS01.3.2 1.3.2 绝缘栅绝缘栅场效应管场效应管iDu DS0恒流区可变电阻区击穿区预夹断预夹断轨迹轨迹(1-114)1.3.3 1.3.3 场效应管的主要参数及电路模型场效应管的主要参数及电路模型一、主要参数一、主要参数1.直流参数直流参数 夹断电压夹断电压UGS(off) ：耗尽型管子的参数

53、，耗尽型管子的参数，UDS一定时，一定时，漏极电流约为零时的漏极电流约为零时的UGS值值 。开启电压开启电压UGS(th)：增强型管子的参数，增强型管子的参数，UDS一定时，一定时，漏极电流略大于零时的漏极电流略大于零时的UGS值值 。饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS：耗尽型管子的参数，耗尽型管子的参数， UGS=0，UDS大于大于UGS(off)时，对应的漏极电流。时，对应的漏极电流。直流输入电阻直流输入电阻RGS：结型场效应管，反偏时结型场效应管，反偏时RGS大于大于107；而绝缘栅场效应管，；而绝缘栅场效应管，RGS大大于于109。(1-115)1.3.3 1.3.3 场效应管的主要参数

54、及电路模型场效应管的主要参数及电路模型 低频跨导低频跨导gm：constVGSDmDSuig 低频跨导反映了低频跨导反映了uGS对对iD的控制作用。的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求得，单位是可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子毫西门子)。 输出电阻输出电阻rds：constuDDSsdGSiur2.交流参数交流参数 极间电容：极间电容：栅源电容栅源电容Cgs、栅漏电容、栅漏电容Cgd和漏源电容和漏源电容Cds。(1-116)1.3.3 1.3.3 场效应管的主要参数及电路模型场效应管的主要参数及电路模型3.极限参数极限参数 最大漏极功耗最大漏极功耗PDM最大漏源电压最大漏源电压

55、V(BR)DS最大栅源电压最大栅源电压V(BR)GS最大漏极电流最大漏极电流IDM(1-117)1.3.3 1.3.3 场效应管的主要参数及电路模型场效应管的主要参数及电路模型二、电路模型二、电路模型近似等效原那么近似等效原那么:当工作在小信号模式下，用一线性的电当工作在小信号模式下，用一线性的电路模型来替代原非线性电路。路模型来替代原非线性电路。rgsCgsCgdgmUgsds+IdrdsCdsg-Ugs+-Uds(a)(a)场效应管的电路模型场效应管的电路模型(1-118)1.3.3 1.3.3 场效应管的主要参数及电路模型场效应管的主要参数及电路模型(b)(b)场效应管场效应管低频微变等效电路模型低频微变等效电路模型rgsgmUgsds+Idrdsg-Ugs+-Uds(c)(c)场效应管简化场效应管简化低频微变等效电路模型低频微变等效电路模型gmU