模拟电子电路课件

1、电工电子基地电工电子基地教师：教师：电气工程学院电气工程学院 电工电子基地电工电子基地张晓冬张晓冬 王王 昕昕Office: 电气电气308Tel: 7108；8346(O) 5573(H)E: win_1 康华光康华光: 电子技术基础电子技术基础2 冯民昌冯民昌: 模拟集成电路基础模拟集成电路基础3 童诗白童诗白: 模拟电子技术基础模拟电子技术基础4 Donald A. Neamen: Electronic Circuit Analysis and Design (2nd Edition)电子电路分析与设计电子电路分析与设计（清华影印版）（清华影印版）参考书：参考书：课程信息：课程信息：电气

2、工程学院电气工程学院 电工电子基地电工电子基地教学大纲教学大纲学习环节：学习环节：教学进度教学进度教学方法教学方法实验安排实验安排考核（题例考核（题例 ）听课听课(强力推荐强力推荐)完成作业完成作业完成实验完成实验自由发挥自由发挥参加竞赛参加竞赛(自愿自愿)题例Ch0 电子学与模拟电子技术概述 Here: ? ? Note: ?Welcome: win_Ch0 Ch0 电子学与模拟电子技术概述电子学与模拟电子技术概述物理与电子学物理与电子学器件的发展器件的发展理论的发展理论的发展应用的发展应用的发展现状与展望现状与展望我国的发展我国的发展电子学的地位电子学的地位模拟电子技术模拟电子技术数字电子

3、技术数字电子技术最新发展例最新发展例1最新发展例最新发展例2研究处理连续信研究处理连续信号的电路。号的电路。模拟模拟analog研究处理离散信研究处理离散信号的电路。号的电路。数字数字digital电气工程学院电气工程学院 电工电子基地电工电子基地Ch1 半导体和基本半导体器件 1.1 1.1 半导体理论基础半导体理论基础1.2 1.2 PNPN结与二极管结与二极管1.3 1.3 各类二极管各类二极管1.4 1.4 双极型三极管双极型三极管1.5 1.5 场效应管场效应管1.6 1.6 运放模型运放模型1.1 1.1 半导体基础半导体基础半导体特性半导体特性本征半导体本征半导体杂质半导体杂质半

4、导体Here: ? ? Note: ?Welcome: win_物质分类物质分类导体导体 导电率为导电率为10105 5S.cmS.cm-1-1，量级，如金属量级，如金属绝缘体绝缘体 导电率为导电率为1010-22-22-10-10-14 -14 S.cmS.cm-1-1量级，量级，如：橡胶、云母、塑料等。如：橡胶、云母、塑料等。 导电能力随条件变化。导电能力随条件变化。如：硅、锗、砷化镓等。如：硅、锗、砷化镓等。半导体半导体半导体特性半导体特性掺入杂质则导电率增加几百倍掺入杂质则导电率增加几百倍掺杂特性掺杂特性半导体器件半导体器件温度增加使导电率大为增加温度增加使导电率大为增加温度特性温度特

5、性热敏器件热敏器件光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照特性光照特性光敏器件光敏器件光电器件光电器件Ch1 Semiconductor1.1 Elementary Here: ? ? Note: ?Welcome: win_本征半导体本征半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体。完全纯净、结构完整的半导体晶体。纯度：纯度：99.9999999%，“九个九个9”它在物理结构上呈单晶体形态。它在物理结构上呈单晶体形态。常用的本征半导体常用的本征半导体Si+142 8 4Ge+322 8 18 4+4Ch1 Semiconductor1.1 Elementa

6、ry Here: ? ? Note: ?Welcome: win_本征半导体的原子结构和共价键本征半导体的原子结构和共价键:共价键内的电子共价键内的电子称为称为束缚电子束缚电子价带价带导带导带挣脱原子核束缚的电子挣脱原子核束缚的电子称为称为自由电子自由电子价带中留下的空位价带中留下的空位称为称为空穴空穴禁带禁带EG外电场外电场E自由电子定向移动自由电子定向移动形成形成电子流电子流束缚电子填补空穴的束缚电子填补空穴的定向移动形成定向移动形成空穴流空穴流Ch1 Semiconductor1.1 Elementary Here: ? ? Note: ?Welcome: win_1. 本征半导体中有两

7、种载流子本征半导体中有两种载流子 自由电子和空穴自由电子和空穴它们是成对出现的它们是成对出现的2. 在外电场的作用下，产生电流在外电场的作用下，产生电流 电子流和空穴流电子流和空穴流电子流电子流自由电子作定向运动形成的自由电子作定向运动形成的与外电场方向相反与外电场方向相反自由电子始终在导带内运动自由电子始终在导带内运动空穴流空穴流价电子递补空穴形成的价电子递补空穴形成的与外电场方向相同与外电场方向相同始终在价带内运动始终在价带内运动Ch1 Semiconductor1.1 Elementary 本征半导体中的载流子：本征半导体中的载流子：Here: ? ? Note: ?Welcome: w

8、in_本征半导体载流子的浓度：本征半导体载流子的浓度：电子浓度电子浓度ni :表示单位体积的自由电子数表示单位体积的自由电子数空穴浓度空穴浓度pi : :表示单位体积的空穴数表示单位体积的空穴数。kT/EiigeBTpn223B与材料有关的常数Eg禁带宽度T绝对温度k玻尔曼常数结论结论1. 本征半导体中本征半导体中 电子浓度电子浓度ni = 空穴浓度空穴浓度pi 2. 载流子的浓度与载流子的浓度与T、Eg有关有关 Ch1 Semiconductor1.1 Elementary Here: ? ? Note: ?Welcome: win_载流子的产生与复合载流子的产生与复合: :g g载流子的产

9、生率载流子的产生率 即每秒成对产生的电子空穴的浓度。即每秒成对产生的电子空穴的浓度。R R载流子的复合率载流子的复合率 即每秒成对产生的电子空穴的浓度。即每秒成对产生的电子空穴的浓度。当达到动态平衡时当达到动态平衡时 g g = =R R Ch1 Semiconductor1.1 Elementary Here: ? ? Note: ?Welcome: win_杂质半导体杂质半导体掺入杂质的本征半导体。掺入杂质的本征半导体。掺杂后半导体的导电率大为提高掺杂后半导体的导电率大为提高 掺入的三价元素如掺入的三价元素如B、Al、In等，等，形成形成P型半导体型半导体 掺入的五价元素如掺入的五价元素如

10、P、Se等，等，形成形成N型半导体型半导体杂质半导体杂质半导体Ch1 Semiconductor1.1 Elementary Here: ? ? Note: ?Welcome: win_N型半导体型半导体:在本征半导体中掺入的五价元素如在本征半导体中掺入的五价元素如P。价带价带导带导带+施主施主能级能级自由电子是自由电子是多数载流子多数载流子空穴是空穴是少数载流子少数载流子杂质原子提供杂质原子提供由热激发形成由热激发形成由于五价元素很容易贡献电由于五价元素很容易贡献电子，因此将其称为子，因此将其称为施主杂质。施主杂质。施主杂质因提供自由电子而施主杂质因提供自由电子而带正电荷成为带正电荷成为正离

11、子正离子Ch1 Semiconductor1.1 Elementary Here: ? ? Note: ?Welcome: win_P型半导体型半导体:在本征半导体中掺入的三价元素如在本征半导体中掺入的三价元素如B。价带价带导带导带-受主受主能级能级自由电子是少数载流子自由电子是少数载流子空穴是多数载流子空穴是多数载流子杂质原子提供杂质原子提供由本征激发形成由本征激发形成因留下的空穴很容易俘获因留下的空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为电子，使杂质原子成为负负离子。离子。三价杂质因而也称三价杂质因而也称为为受主杂质受主杂质。Ch1 Semiconductor1.1 Elementary Here

12、: ? ? Note: ?Welcome: win_Ch1 Semiconductor1.1 Elementary 讨论：讨论：若使若使P型半导体和型半导体和N型半导体型半导体“亲密接亲密接触触”，会发生什么现象？会发生什么现象？1.2 PNPN结与二极管结与二极管PN结结半导体二极管半导体二极管Here: ? ? Note: ?Welcome: win_P区区N区区扩散运动扩散运动载流子载流子从从浓度浓度大大向浓度向浓度小小的区域的区域扩散扩散,称称扩散运动扩散运动形成的电流成为形成的电流成为扩散电流扩散电流内电场内电场内电场内电场阻碍多子阻碍多子向对方的向对方的扩散扩散即即阻碍扩散运动阻碍

13、扩散运动同时同时促进少子促进少子向对方向对方漂移漂移即即促进了漂移运动促进了漂移运动扩散运动扩散运动=漂移运动时漂移运动时达到达到动态平衡动态平衡Ch1 Semiconductor1.2 PN junc Here: ? ? Note: ?Welcome: win_内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 载流子浓度差载流子浓度差多子扩散多子扩散杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移扩散运动扩散运动多子从浓度大向浓度小的区域运动，称为扩散。多子从浓度大向浓度小的区域运动，称为扩散。扩散运动产生扩散电流。扩散运动产生扩散

14、电流。漂移运动漂移运动少子向对方运动，称为漂移。少子向对方运动，称为漂移。漂移运动产生漂移电流。漂移运动产生漂移电流。动态平衡动态平衡扩散电流扩散电流= =漂移电流，漂移电流，PNPN结内总电流为结内总电流为0 0。PN PN 结结稳定的空间电荷区，稳定的空间电荷区，又称为高阻区、又称为高阻区、 耗尽层，耗尽层，Ch1 Semiconductor1.2 PN junc Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ V V 结的接触电位结的接触电位 内电场的建立，使内电场的建立，使PNPN结中产生结中产生电位差。从而形成接触电位电位差。从而形成接触电位V V 接触电位接触电位V

15、V 决定于材料及掺杂浓度决定于材料及掺杂浓度锗：锗： V V =0.2=0.20.30.3硅：硅： V V =0.6=0.60.70.7Ch1 Semiconductor1.2 PN junc Here: ? ? Note: ?Welcome: win_1. PN1. PN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况外电场方向与外电场方向与PN结结内电场方向相反，削弱了内电场方向相反，削弱了内电场。内电场对多子扩内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移于漂移电流，可忽略漂移电流的影响。电流的影响。P

16、N结呈现低电阻。结呈现低电阻。P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为加区的电位，称为加正向电压正向电压，简称，简称正偏正偏；内内外外Ch1 Semiconductor1.2 PN junc Here: ? ? Note: ?Welcome: win_2. PN2. PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况外电场与外电场与PN结内电结内电场方向相同，增强内电场。场方向相同，增强内电场。内电场对多子扩散运动阻内电场对多子扩散运动阻碍增强，扩散电流大大减碍增强，扩散电流大大减小。少子在内电场的作用小。少子在内电场的作用下形成的漂移电流加大。下形成的漂移电流加大。PN结呈现高电阻。结呈

17、现高电阻。P区的电位低于区的电位低于N区的电位，称为加区的电位，称为加反向电压反向电压，简称，简称反偏反偏；内内外外Ch1 Semiconductor1.2 PN junc Here: ? ? Note: ?Welcome: win_结论：结论：PN结具有单向导电结具有单向导电性。性。 PN结加正向电压时，呈现结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散低电阻，具有较大的正向扩散电流；电流；PN结加反向电压时，呈现高结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电阻，具有很小的反向漂移电流。电流。Ch1 Semiconductor1.2 PN junc Here: ? ? Note: ?We

18、lcome: win_式中式中 Is 饱和电流饱和电流; VT = kT/q 等效电压等效电压 k 波尔兹曼常数；波尔兹曼常数； T=300K（室温）时（室温）时 VT= 26mV由半导体物理可推出由半导体物理可推出：) 1(TSVveII 当加反向电压时：当加反向电压时： 当加正向电压时：当加正向电压时：(vVT)TSVveII SIICh1 Semiconductor1.2 PN junc Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ 势垒电容势垒电容CB由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN结上结上压降发生变化时，离子薄层

19、的厚度也相应地随之改变，这相压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当当PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。Ch1 Semiconductor1.2 PN junc Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ 扩散电容是由多子扩散后，在扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而结的另一侧面积累而形成的。因形成的。因PN结正偏时，由结正偏时，由N区扩散到区扩散到P区的电子，与外电区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积

20、在堆积在 P 区内紧靠区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。分布曲线。 扩散电容扩散电容CD 当外加正向电压当外加正向电压不同时，扩散电流即不同时，扩散电流即外电路电流的大小也外电路电流的大小也就不同。所以就不同。所以PN结两结两侧堆积的多子的浓度侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这梯度分布也不同，这就相当电容的充放电就相当电容的充放电过程。势垒电容和扩过程。势垒电容和扩散电容均是非线性电散电容均是非线性电容。容。Ch1 Semiconductor1.2 PN junc Here: ? ? Note: ?Welcome: win_反向击穿反向击穿

21、PN结上反向电压达到某一数值，反向电流激增。结上反向电压达到某一数值，反向电流激增。 雪崩击穿雪崩击穿 当反向电压增高时，当反向电压增高时，少子获得能量高速运动，少子获得能量高速运动，在空间电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。在空间电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。形成连锁反应，象雪崩一样。使反向电流激增。形成连锁反应，象雪崩一样。使反向电流激增。 齐纳击穿齐纳击穿 当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电子拉出来，形成大量载流子子拉出来，形成大量载流子, ,使反向电流激增使反向电流激增。击穿可逆。击穿可逆。掺杂浓度掺杂浓度小小的的二极管容易发生二

22、极管容易发生击穿可逆。击穿可逆。掺杂浓度掺杂浓度大大的的二极管容易发生二极管容易发生不可逆击穿不可逆击穿 热击穿热击穿 PN结的电流或电压较大，使结的电流或电压较大，使PN结耗散功率超过极限值，使结温结耗散功率超过极限值，使结温升高，导致升高，导致PN结过热而烧毁。结过热而烧毁。Ch1 Semiconductor1.2 PN junc Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ 晶体晶体二极管的结构类型二极管的结构类型在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管结上加上引线和封装，就成为一个二极管二极管按结构分二极管按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型PN结面

23、积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路用于检波和变频等高频电路PN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路于工频大电流整流电路往往用于集成电路制造工艺中。往往用于集成电路制造工艺中。PN 结面积结面积可大可小可大可小，用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。Ch1 Semiconductor1.2 PN junc Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ 二极管的伏安特性二极管的伏安特性是指二极管两是指二极管两端电压端电压和流过二极管和流过二极管电流电流之间的关系。之间的关系。由由PN结电流方程求出理想的伏安特性曲线结电流方程求出理想的

24、伏安特性曲线IU1.1.当加正向电压时当加正向电压时PN结电流方程为：结电流方程为：1)(eIITUUS2.2.当加反向电压时当加反向电压时TUUSeII I 随随U，呈指数规率，呈指数规率I = - Is 基本不变基本不变Ch1 Semiconductor1.2 PN junc Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ 晶体晶体二极管的伏安特性二极管的伏安特性1.1.正向起始部分存在一正向起始部分存在一个死区或门坎，称个死区或门坎，称为为门限电压门限电压。 硅：硅：Ur=0.5-0.6v; Ur=0.5-0.6v; 锗：锗：Ur=0.1-0.2vUr=0.1-0.2v2.

25、2.加反向电压时，反向加反向电压时，反向电流很小电流很小 即即Is硅硅(nA)0.7V时，二极管导通，导通后，时，二极管导通，导通后，UD=0.7V锗管：当锗管：当UD0.3V时，二极管导通，导通后，时，二极管导通，导通后，UD=0.3V 稳压管是一种应用很广的特殊类型的二极管，工作区在稳压管是一种应用很广的特殊类型的二极管，工作区在反向击穿区。可以提供一个稳定的电压。使用时注意加限反向击穿区。可以提供一个稳定的电压。使用时注意加限流电阻。流电阻。 二极管基本用途是整流稳压和限幅。二极管基本用途是整流稳压和限幅。 半导体光电器件分光敏器件和发光器件，可实现光半导体光电器件分光敏器件和发光器件，

26、可实现光电、电、电电光转换。光电二极管应在反压下工作，而发光二极管光转换。光电二极管应在反压下工作，而发光二极管应在正偏电压下工作。应在正偏电压下工作。小小 结结Here: ? ? Note: ?Welcome: win_重点重点：晶体二极管的原理、伏安特性及电流方程晶体二极管的原理、伏安特性及电流方程。难点难点：1.1.两种载流子两种载流子 2.PN2.PN结的形成结的形成 3.3.单向导电性单向导电性 4.4.载流子的运动载流子的运动重点难点重点难点Here: ? ? Note: ?Welcome: win_半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标

27、准对半导体器件型号的命名举例如下：Here: ? ? Note: ?Welcome: win_半导体二极管图片半导体二极管图片Here: ? ? Note: ?Welcome: win_半导体二极管图片半导体二极管图片Here: ? ? Note: ?Welcome: win_半导体二极管图片半导体二极管图片1.4 1.4 双极型三极管双极型三极管BJTHere: ? ? Note: ?Welcome: win_Ch1 Semiconductor1.4 BJT BJTBJT的结构的结构发射结发射结集电结集电结两种结构类型：两种结构类型： NPN型型PNP型型发射区发射区集电区集电区基区基区发射

28、极发射极基极基极集电极集电极Here: ? ? Note: ?Welcome: win_Ch1 Semiconductor1.4 BJT 1. 由三层半导体组成，有三个区、三个极、两个结由三层半导体组成，有三个区、三个极、两个结2. 发射区掺杂浓度发射区掺杂浓度高高、BECBECBJTBJT的结构的结构基区基区薄薄、集电结面积集电结面积大大Here: ? ? Note: ?Welcome: win_Ch1 Semiconductor1.4 BJT BJTBJT的电流分配的电流分配三极管各区的作用三极管各区的作用:发射区向基区提供载流子发射区向基区提供载流子基区传送和控制载流子基区传送和控制载流

29、子集电区收集载流子集电区收集载流子发射结加正向电压发射结加正向电压集电结加反向电压集电结加反向电压三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压 才能起放大作用才能起放大作用外部工作条件：外部工作条件： 发射结加正向电压即发射结正偏发射结加正向电压即发射结正偏集电结加反向电压即集电结反偏集电结加反向电压即集电结反偏Here: ? ? Note: ?Welcome: win_Ch1 Semiconductor1.4 BJT PNPebcIEIBICICBOIBIC1. 发射区向基区扩散空穴，形成发射极电流发射区向基区扩散空穴，形成发射极电流2. 空穴在基区扩

30、散和复合，形成了基区复合电流空穴在基区扩散和复合，形成了基区复合电流IB3. 集电极收集从发射区扩散到基区的空穴，形成了电流集电极收集从发射区扩散到基区的空穴，形成了电流IC 同时由于集电结反偏，少子在电场的作用下形成了漂移电流同时由于集电结反偏，少子在电场的作用下形成了漂移电流ICBO电流之间的分配关系电流之间的分配关系IB = IB-ICBOIC = IC +ICBOIE = IB+ICBJTBJT的电流分配的电流分配Here: ? ? Note: ?Welcome: win_Ch1 Semiconductor1.4 BJT 共基极直流放大系数共基极直流放大系数从发射区注入的载流子到达集电

31、极部分所占的从发射区注入的载流子到达集电极部分所占的百分比百分比ECII 由前面得到的电流之间的分配关系由前面得到的电流之间的分配关系IC = IC+ICBOECBOCIII 可得：可得：ECII的数值一般在的数值一般在0.9 0.99之间之间从发射区注入的载流子从发射区注入的载流子绝大部分到达集电区绝大部分到达集电区，只有一，只有一小部分在基区复合小部分在基区复合Here: ? ? Note: ?Welcome: win_Ch1 Semiconductor1.4 BJT EBECRbRcIBICIEECEB共发射极连接：共发射极连接：IB = IB-ICBOIC = IC+ICBOIE =

32、IB+ICCBOeII输入电流输入电流输出电流输出电流1II1ICBOBC1共射直流共射直流放大系数放大系数CBOBCI )1(II 当当IB=0时时CEOCBOCII )1 (I穿透电流穿透电流由由IBICBOBCIIHere: ? ? Note: ?Welcome: win_Ch1 Semiconductor1.4 BJT VBBVCCRbRciBiCiE+- Vi Vo共基交流电流放大系数共基交流电流放大系数 共射交流电流放大系数共射交流电流放大系数 = IC/ IB VCE=C= IC/ IE VCB=CioVVVA共射电路的电压放大倍数共射电路的电压放大倍数共发射极连接：共发射极连接

33、：Here: ? ? Note: ?Welcome: win_Ch1 Semiconductor1.4 BJT 三极管的三种组态三极管的三种组态 双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入输入, 两个可以作为输出，这样必然有一个电极是两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种公共电极。三种接法也称三种组态组态： 共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CCCC表示表示; ;共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用，基极作为公共电极，用CBCB表示。表示。共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极

34、，用，发射极作为公共电极，用CECE表示；表示；Here: ? ? Note: ?Welcome: win_Ch1 Semiconductor1.4 BJT BJTBJT的特性曲线的特性曲线三极管的伏安特性三极管的伏安特性指管子各电极的电压与电流的关系曲线指管子各电极的电压与电流的关系曲线B B是输入电极，是输入电极，C C是输出电极，是输出电极，E E是公共电极。是公共电极。I Ib b是输入电流，是输入电流，U Ubebe是输入电压是输入电压，加在，加在B B、E E两电极之间。两电极之间。I IC C是输出电流，是输出电流，U Ucece是输出电压是输出电压，从，从C C、E E两电极取

35、出。两电极取出。 输入特性曲线输入特性曲线: : I Ib b=f(U=f(Ubebe) ) U Ucece=C=C输出特性曲线输出特性曲线: : I IC C= =f f( (U Ucece) ) I Ib b=C=C本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线：本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线：Here: ? ? Note: ?Welcome: win_三极管输入特性曲线三极管输入特性曲线1. Uce=0V时，发射极与集电极短时，发射极与集电极短路，发射结与集电结均正偏，实路，发射结与集电结均正偏，实际上是两个二极管并联的正向特际上是两个二极管并联的正向特性曲线。性曲线。2. 当当Uce 1V

36、时，时， Ucb= Uce - - Ube 0，集电结已进入反偏状态，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减开始收集电子，且基区复合减少，少， IC / IB 增大，特性曲线将增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但向右稍微移动一些。但Uce再增再增加时，曲线右移很不明显。通加时，曲线右移很不明显。通常只画一条。常只画一条。输入特性曲线分三个区输入特性曲线分三个区 非线性区非线性区 死区死区 线性区线性区正常工作区，发射极正偏正常工作区，发射极正偏 NPN Si: Ube= 0.60.7VPNP Ge: Ube= -0.2-0.3VCh1 Semiconductor1.4 BJT Her

37、e: ? ? Note: ?Welcome: win_三极管输出特性曲线三极管输出特性曲线I IC C= =f f( (U Ucece) ) I Ib b=C=C饱和区饱和区:(1) IC受受Uce显著控制的区域，该显著控制的区域，该区域内区域内Uce的数值较小，一般的数值较小，一般Uce0.7V(硅管硅管)。发射结正偏，发射结正偏，集电结正偏集电结正偏(2) Uces=0.3V左右左右截止区：截止区：Ib=0的曲线的下方的区域的曲线的下方的区域Ib=0 Ic=Iceo NPN：Ube 0.5V,管子就处于截止态管子就处于截止态通常该区：通常该区：发射结反偏，发射结反偏，集电结反偏。集电结反偏

38、。输出特性曲线可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域:Ch1 Semiconductor1.4 BJT Here: ? ? Note: ?Welcome: win_三极管输出特性曲线三极管输出特性曲线放大区放大区IC平行于平行于Uce轴的区域，曲线基本平行等距。轴的区域，曲线基本平行等距。(1) 发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏，集电结反偏，电压电压Ube大于大于0.7V左右左右(硅管硅管) 。(2) Ic= Ib,即即Ic主要受主要受Ib的控制。的控制。(3) 判断三极管工作状态的依据：判断三极管工作状态的依据：饱和区饱和区:发射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏截止区：截止区

39、：发射结反偏，集电结反偏发射结反偏，集电结反偏或：或：Ube 0.5V（Si)Ube 0.2V（Ge)Ch1 Semiconductor1.4 BJT Here: ? ? Note: ?Welcome: win_Ch1 Semiconductor1.4 BJT BJTBJT的参数的参数Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ ICM 集电极最大允许电流集电极最大允许电流 当集电极电流增加时，当集电极电流增加时， 就要下降，当就要下降，当 值值下降到下降到线性放大区线性放大区 值的值的2/3时所对应的最大集电极电流时所对应的最大集电极电流极限参数极限参数当当ICICM时，三极

40、管并不一定时，三极管并不一定会损坏。会损坏。 PCM 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗集电极电流通过集电结时所产生的功耗，集电极电流通过集电结时所产生的功耗， PCM= ICVCBIC VCE ， 因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用在集电结上。在计算时往往用VCE取代取代VCB 。Ch1 Semiconductor1.4 BJT Here: ? ? Note: ?Welcome: win_极限参数极限参数反向击穿电压反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力表示三极管电极间承受反向电压的能力V (BR) CBO V (

41、BR) CES V (BR) CER V (BR) CEOCh1 Semiconductor1.4 BJT Here: ? ? Note: ?Welcome: win_直流参数直流参数1.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 Icbo的下标的下标cb代表集电极和基极，代表集电极和基极， O是是Open的字头，代表第三个电极的字头，代表第三个电极E开开路。路。 GeGe管：管： A A量级量级 SiSi管：管：nAnA量级量级2.集电极发射极间的穿透电流集电极发射极间的穿透电流Iceo Iceo和和Icbo有如下关系有如下关系 Iceo=（1+ ）Icbo相当基极开路时，集电

42、极和发射极间的反向饱和电流相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流Ch1 Semiconductor1.4 BJT Here: ? ? Note: ?Welcome: win_电流放大系数电流放大系数共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数ECII共基交流电流放大系数共基交流电流放大系数 共射交流电流放大系数共射交流电流放大系数 = ic/ ib= ic/ ieBCII共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数Ch1 Semiconductor1.4 BJT 1.5 1.5 场效应管场效应管FETFETHere: ? ? Note: ?Welcome: win_Ch1 Semiconduc

43、tor1.5 FET 1.5.0 半导体器件的控制类型电流控制电流控制电压控制电压控制Here: ? ? Note: ?Welcome: win_FET与与BJT的区别的区别1. BJT是是电流控制元件电流控制元件；FET是是电压控制元件电压控制元件。2. BJT参与导电的是参与导电的是电子电子空穴空穴，因此称其为双极型器件；，因此称其为双极型器件； FET是电压控制元件，参与导电的只有是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子一种载流子， 因此称其为单级型器件。因此称其为单级型器件。3. BJT的的输入电阻较低输入电阻较低，一般，一般102104 ； FET的的输入电阻高输入电阻高，可达，可达

44、1091014 场效应管的分类场效应管的分类结型场效应管结型场效应管JFETMOS型场效应管型场效应管MOSFETCh1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_Ch1 Semiconductor1.5 FET 1.5.1 JFET结型场效应管的分类结型场效应管的分类结型场效应管的结构结型场效应管的结构结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ JFETJFET结构结构 JFETJFET分类分类可分为可分为N沟道和沟道和P沟道两

45、种，输入电阻约为沟道两种，输入电阻约为107 。P+P+NGSDN沟道结型场效应管沟道结型场效应管导电沟道导电沟道Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ JFETJFET工作原理工作原理 根据结型场效应三极管的结构，因它没有绝缘层，根据结型场效应三极管的结构，因它没有绝缘层，只能工作在只能工作在反偏反偏的条件下，对于的条件下，对于N沟道结型场效应三极管沟道结型场效应三极管只能工作在只能工作在负栅压负栅压区，区，P沟道的只能工作在沟道的只能工作在正栅压正栅压区，否区，否则将会出现栅流。现以则将会出现栅流。现以N沟道为例说明其

46、工作原理。沟道为例说明其工作原理。P+P+NGSDUDSIDDP+P+NGSUDSIDUGS预夹断预夹断UGS=UP夹断状态夹断状态ID=0Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ 当当UGS=0时，时，沟道较宽沟道较宽，在，在UDS的作用下的作用下N沟道内的沟道内的电子定向运动形成漏极电流电子定向运动形成漏极电流ID。 当当UGS0时，时，PN结反偏，结反偏，PN结加宽，漏源间的结加宽，漏源间的沟道沟道将变窄将变窄，ID将减小将减小， 当当UGS继续向负方向增加，沟道继续变窄，继续向负方向增加，沟道继续变窄，ID继续减继续

47、减小直至为小直至为0。 当当漏极电流为零漏极电流为零时所对应的时所对应的栅源电压栅源电压UGS称为称为夹断电夹断电压压UP。 JFETJFET工作原理工作原理Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ JFETJFET特性曲线特性曲线UP转移特性曲线转移特性曲线输出特性曲线输出特性曲线Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_结型场效应管 N沟道耗尽型P沟道耗尽型Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome

48、: win_Ch1 Semiconductor1.5 FET 1.5. 2 MOSFET增强型增强型MOSFET耗尽型耗尽型MOSFETHere: ? ? Note: ?Welcome: win_ N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS场效应管结构场效应管结构增强型增强型MOSMOS场效应管场效应管漏极漏极D集电极集电极C源极源极S发射极发射极E栅极栅极G基极基极B衬底衬底B电极电极金属金属绝缘层绝缘层氧化物氧化物基体基体半导体半导体因此称之为因此称之为MOS管管Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ 当当UGS较小较小时

49、，虽然在时，虽然在P型衬型衬底表面形成一层底表面形成一层耗尽层耗尽层，但负，但负离子不能导电。离子不能导电。 当当UGS=UT时时, 在在P型衬底表型衬底表面形成一层面形成一层电子层电子层，形成，形成N型型导电沟道，在导电沟道，在UDS的作用下形的作用下形成成ID。UDSID+ +- -+-+- - -UGS反型层反型层 当当UGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的时，漏源之间相当两个背靠背的PN结，无论结，无论UDS之间加上电压不会在之间加上电压不会在D、S间形成电流间形成电流ID,即即ID0. 当当UGSUT时时, 沟道加厚，沟道电阻减少，沟道加厚，沟道电阻减少，在相同在相同UDS的作的作

50、用下，用下，ID将进一步增加将进一步增加开始无导电沟道，开始无导电沟道，当在当在UGS UT时才形时才形成沟道成沟道,这种类型的管这种类型的管子称为子称为增强型增强型MOS管管Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS场效应管特性曲线场效应管特性曲线增强型增强型MOSMOS管管U UDSDS一定时，一定时，U UGSGS对漏极电流对漏极电流I ID D的控制关系曲线的控制关系曲线 I ID D= =f f( (U UGSGS) ) U UDSDS=C =C 转移特性曲线转移特性曲线UDS

51、UGS-UTUGS(V)ID(mA)UT在恒流区，在恒流区，ID与与UGS的关系为的关系为IDK(UGS-UT)2沟道较短时，应考虑沟道较短时，应考虑UDS对对沟道长度的调节作用：沟道长度的调节作用：IDK(UGS-UT)2（1+ UDS)K导电因子（导电因子（mA/V2) 沟道调制长度系数沟道调制长度系数LWCKOXn2 LWK2nSK2DSULL n沟道内电子的表面迁移率沟道内电子的表面迁移率COX单位面积栅氧化层电容单位面积栅氧化层电容W沟道宽度沟道宽度L沟道长度沟道长度Sn沟道长宽比沟道长宽比K本征导电因子本征导电因子Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ?

52、 Note: ?Welcome: win_ N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS场效应管特性曲线场效应管特性曲线U UGSGS一定时，一定时， I ID D与与U UDSDS的变化曲线，是一族曲线的变化曲线，是一族曲线 I ID D= =f f( (U UDSDS) ) U UGSGS=C =C 输出特性曲线输出特性曲线1.可变电阻区可变电阻区： ID与与UDS的关系近线性的关系近线性 ID 2K(UGS-UT)UDS0dUDDSonGSdIdUR2K1UU1TGSUGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUGS(V)ID(mA)当当UGS变化时，变化时，RON将随之

53、变化将随之变化因此称之为因此称之为可变电阻区可变电阻区当当UGS一定时，一定时，RON近似为一常数近似为一常数因此又称之为因此又称之为恒阻区恒阻区Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS场效应管特性曲线场效应管特性曲线输出特性曲线输出特性曲线2. 恒流区恒流区： 该区内，该区内，UGS一定，一定，ID基本不随基本不随UDS变化而变变化而变3.击穿区击穿区： UDS 增加到某一值时，增加到某一值时，ID开始剧增而出现击穿。开始剧增而出现击穿。 当当UDS 增加到某一临界增加到某一临界值时

54、，值时，ID开始剧增时开始剧增时UDS称为漏源击穿电压。称为漏源击穿电压。UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUGS(V)ID(mA)Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ 漏源电压漏源电压UDS对漏极电流对漏极电流ID的控制作用的控制作用UDS=UDGUGS =UGDUGS UGD=UGSUDS 当当UDS为为0或较小时，或较小时，相当相当 UGDUT，此时此时UDS 基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。在线分布。在UDS作用下形成作用下形成IDCh1 Sem

55、iconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ 当当UDS增加到使增加到使UGD=UT时，时， 当当UDS增加到增加到UGD UT时，时，增强型增强型MOSMOS管管 漏源电压漏源电压UDS对漏极电流对漏极电流ID的控制作用的控制作用 这相当于这相当于UDS增加使漏极处沟道增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断预夹断。此时的此时的漏极电流漏极电流ID 基本饱和基本饱和 此时预夹断区域加长，伸向此时预夹断区域加长，伸向S极。极。 UDS增加的部分基本降落在随之加长增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，的夹断

56、沟道上， ID基本趋于不变。基本趋于不变。Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ MOSMOS管衬底的处理管衬底的处理保证两个保证两个PN结反偏，源极结反偏，源极沟道沟道漏极之间处于绝缘态漏极之间处于绝缘态NMOS管管UBS加一负压加一负压PMOS管管UBS加一正压加一正压处理原则：处理原则：处理方法：处理方法：Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ N N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS场效应管结构场效应管结构耗尽型耗尽型MOSMOS场效应管场效应管

57、+ + + + + + + 耗尽型耗尽型MOS管存在管存在原始导电沟道原始导电沟道Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ N N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS场效应管工作原理场效应管工作原理当当UGS=0时，时，UDS加正向电压，产生漏极电流加正向电压，产生漏极电流ID,此时的漏极电流称为此时的漏极电流称为漏极饱和电流漏极饱和电流，用，用IDSS表示表示当当UGS0时，将使时，将使ID进一步增加进一步增加。当当UGS0时，随着时，随着UGS的减小漏极电流逐渐的减小漏极电流逐渐减小减小。直至。直至ID=0。对应。对应ID=

58、0的的UGS称为夹断电压，用符号称为夹断电压，用符号UP表示。表示。UGS(V)ID(mA) N N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS场效应管特性曲线场效应管特性曲线转移特性曲线转移特性曲线在恒流区，在恒流区，ID与与UGS的关系为的关系为IDK(UGS-UP)2沟道较短时，沟道较短时， IDK(UGS-UT)2（1+ UDS)UPID IDSS(1- UGS /UP)2常用关系式：常用关系式：Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_ N N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS场效应管特性曲线场效应管特性曲线输出特性曲线输出特性曲

59、线UGS=6VUGS=4VUGS=1VUGS=0VUGS=-1VUGS(V)ID(mA)N N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS管可工作在管可工作在U UGSGS 0 0或或U UGSGS0 0 N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS管只能工作在管只能工作在U UGSGS00Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_绝缘

60、栅场效应管 N沟道耗尽型P 沟道耗尽型Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_场效应管的主要参数场效应管的主要参数直流参数直流参数交流参数交流参数极限参数极限参数Ch1 Semiconductor1.5 FET Here: ? ? Note: ?Welcome: win_2. 夹断电压夹断电压UP 夹断电压是耗尽型夹断电压是耗尽型FET的参数，当的参数，当UGS=UP 时时,漏极电漏极电流为零。流为零。3. 饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管当耗尽型场效应三极管当UGS=0时所对应的漏时所对应的漏极电流。极