模电(第1章常用半导体器件)(自动化,11-12-2)(1)

1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回第第1章章 常用半导体器件常用半导体器件1.1 半导体基础知识半导体基础知识1.2 半导体二极管半导体二极管1.3 晶体三极管晶体三极管1.4 场效应管场效应管1.5 单结晶体管和晶闸管单结晶体管和晶闸管1.6 集成电路中的元件集成电路中的元件1.7 Multisim应用举例应用举例二极管特性的研究二极管特性的研究模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回1.1 半导体基础知识半导体基础知识1.1.1 本征半导体本征半导体 纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体

2、。 半导体具有热敏特性、光敏特性和掺杂特性。半导体具有热敏特性、光敏特性和掺杂特性。 常用的半导体材料硅（常用的半导体材料硅（Si）和锗（）和锗（Ge）均为四价）均为四价元素。元素。SiSi+4惯性核惯性核模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回+4+4+4+4+4共价键共价键 共价键较为牢固，使原子规则排列，形成晶体。共价键较为牢固，使原子规则排列，形成晶体。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够在常温下，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，成为的能量而脱离共价键的束缚，成

3、为自由电子自由电子。+4+4+4+4束缚电子束缚电子 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。自由电子自由电子空穴空穴 原子因失去电子而成为带原子因失去电子而成为带正电的离子。正电的离子。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回+4+4+4+4 自由电子和空穴是成对出现的。自由电子和空穴是成对出现的。自由电子自由电子空穴空穴 在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，结果相当于空穴的迁移。补，结果相当于空穴的迁移。 而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认

4、为认为空穴是带正电的粒子空穴是带正电的粒子。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 若在本征半导体两端外加一电场，则一方面自由若在本征半导体两端外加一电场，则一方面自由电子将产生定向移动，形成电子将产生定向移动，形成电子电流；电子电流； 另一方面，由于空穴的存在，价电子将按一定的另一方面，由于空穴的存在，价电子将按一定的方向依次填补空穴，使空穴定向移动，形成方向依次填补空穴，使空穴定向移动，形成空穴电流。空穴电流。 本征半导体中的电流是本征半导体中的电流是电子电流和空穴电流之和。电子电流和空穴电流之和。 参与导电的带电粒子称为参与导电的带电粒子称为载流子。载流子。

5、半导体中有半导体中有自由电子和空穴两种载流子。自由电子和空穴两种载流子。 半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象称为称为本征激发。本征激发。 自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使两者同时消失，这种现象称为空穴，使两者同时消失，这种现象称为复合。复合。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 在一定温度下，本征激发所产生的自由电子和空在一定温度下，本征激发所产生的自由电子和空穴对，与复合的自由电子和空穴对数目相等，达到穴对，与复合的自由电子和空穴对数目相等，达到动动态平

6、衡。态平衡。 即在一定温度下，本征半导体中载流子的浓度是即在一定温度下，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。自由电子与空穴的浓度相等。 当当温度升高或有光照温度升高或有光照时，热运动加剧，挣脱共价时，热运动加剧，挣脱共价键束缚的自由电子增多，空穴也增多，即键束缚的自由电子增多，空穴也增多，即载流子的浓载流子的浓度升高，导电能力增强。度升高，导电能力增强。kTEiiGOTKpn2231e T为热力学温度。为热力学温度。 本征半导体的导电性能很差，且本征半导体的导电性能很差，且与环境温度密切与环境温度密切相关。相关。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一

7、页下一页下一页返返 回回1.1.2 杂质半导体杂质半导体 一、一、N型半导体型半导体+4+4+5+4磷原子磷原子自由电子自由电子 自由电子的浓度大于空穴的浓度。自由电子的浓度大于空穴的浓度。 自由电子为多数载流子，简称自由电子为多数载流子，简称多子；多子；空穴为少数空穴为少数载流子，简称载流子，简称少子。少子。施主原子施主原子变为正离子变为正离子模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 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受主原子受主原子多子：空穴多子：空穴少子：自由少子：自由电子。电子。 多子的浓度约等于所掺杂质原子的浓度，几乎与多子的浓度

8、约等于所掺杂质原子的浓度，几乎与温度无关；温度无关；少子对温度非常敏感。少子对温度非常敏感。 杂质半导体还是电中性。杂质半导体还是电中性。变为负离子变为负离子模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回1.1.3 PN结结 一、一、PN结的形成结的形成 扩散运动：由于浓度差而产生的运动。扩散运动：由于浓度差而产生的运动。 漂移运动：在电场力作用下，载流子的运动。漂移运动：在电场力作用下，载流子的运动。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回P型半导体型半导体N型半导体型半导体 扩散运动扩散运动界面两侧留下不能界面两侧留下不能移动的正负离子移动的正

9、负离子内电场内电场漂移运动漂移运动 正负离子区称为空间电荷区，也称耗尽层。正负离子区称为空间电荷区，也称耗尽层。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 随着扩散运动的进行，空间电荷区加宽，内电场随着扩散运动的进行，空间电荷区加宽，内电场增强。增强。内电场阻碍多子的扩散，而有利于少子的漂移内电场阻碍多子的扩散，而有利于少子的漂移 最终最终扩散和漂移这一对相反的运动达到平衡，形扩散和漂移这一对相反的运动达到平衡，形成具有一定宽度的成具有一定宽度的PN结。结。 无外电场时无外电场时PN结两侧有电位差结两侧有电位差Uho，但，但PN结中的结中的电流为零。电流为零。 当当P区

10、和区和N区的杂质浓度相等时，正负离子区的区的杂质浓度相等时，正负离子区的宽度也相等，称为宽度也相等，称为对称对称PN结结。 当当P区和区和N区的杂质浓度不相等时，浓度高一侧区的杂质浓度不相等时，浓度高一侧的离子区宽度小于浓度低的一侧，称为的离子区宽度小于浓度低的一侧，称为不对称不对称PN结结。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 二、二、PN结的单向导电性结的单向导电性 1、PN结外加正向电压时处于导通状态结外加正向电压时处于导通状态 PN 结结加正向电压加正向电压、处于、处于正向偏置（简称正偏）正向偏置（简称正偏）：PN结的结的P 区电位高于区电位高于N 区，即

11、区，即UPUN。 PN结结内电场内电场+ V -R（限流电阻）（限流电阻）外电场外电场 PN结内电场减弱，结内电场减弱，外电场将多子推向外电场将多子推向PN结，结，PN结变窄，结变窄，扩散运动加扩散运动加强，漂移运动减弱。强，漂移运动减弱。 在电源作用下，扩在电源作用下，扩散运动将源源不断地进散运动将源源不断地进行，从而形成较大的正行，从而形成较大的正向电流，向电流，PN结导通。结导通。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 2、PN结外加反向电压时处于截止状态结外加反向电压时处于截止状态 PN 结结加反向电压、处于反向偏置（简称反偏）加反向电压、处于反向偏置（简称

12、反偏）： PN结的结的P区电位低于区电位低于N 区，即区，即UPUN。 PN结内电场加强，阻止扩散运动的进行、而漂结内电场加强，阻止扩散运动的进行、而漂移运动加剧，形成反向电流；移运动加剧，形成反向电流；空间电荷区变宽。空间电荷区变宽。 但少子的数目极少，即使所有少子都参与漂移运但少子的数目极少，即使所有少子都参与漂移运动，反向电流也非常小，认为动，反向电流也非常小，认为PN结加反向电压时处结加反向电压时处于于截止状态。截止状态。PN结具有单向导电性。结具有单向导电性。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 三、三、PN结的电流方程结的电流方程 PN结所加端电压结所

13、加端电压u与流过它的电流与流过它的电流i的关系为的关系为)1(e kTquSIi反向饱和电流反向饱和电流电子的电量电子的电量玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数热力学温度热力学温度)1(e TUuSIUT=kT/q。常温下，即常温下，即T=300K时，时，UT26mV。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 四、四、PN结的伏安特性结的伏安特性 i与与u的关系曲线称为的关系曲线称为伏安特性伏安特性。 1、PN结正偏，且结正偏，且uUT时，时，TUuSIie 即即i随随u按指数规律变化。按指数规律变化。)1(e TUuSIiOu （V）i （mA） 2、PN结反偏，且结反偏，且u

14、UT时，时，i- -IS。 3、当反向电压较、当反向电压较大时，反向电流急剧增大时，反向电流急剧增大，这种现象称为大，这种现象称为反向反向击穿。击穿。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 （1）齐纳击穿）齐纳击穿 耗尽层很窄，反向电压较小，耗尽层很窄，反向电压较小，但耗尽层中的电场但耗尽层中的电场很强，直接将共价键中的电子拉出，形成电子很强，直接将共价键中的电子拉出，形成电子空穴空穴对，使电流急剧增大。对，使电流急剧增大。 （2）雪崩击穿）雪崩击穿 掺杂浓度低，掺杂浓度低，耗尽层较宽，反向电压较大，耗尽层较宽，反向电压较大，少子少子的漂移速度加快，将共价键中的价电

15、子撞出，产生电的漂移速度加快，将共价键中的价电子撞出，产生电子子空穴对。空穴对。 新产生的电子新产生的电子空穴对被电场加速后又撞出其它空穴对被电场加速后又撞出其它价电子，载流子雪崩式地倍增，使电流急剧增大。价电子，载流子雪崩式地倍增，使电流急剧增大。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 五、五、PN结的电容效应结的电容效应 1、势垒电容：、势垒电容： 当当PN结外加电压变化时，空间电结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将随之变化，即耗尽层的电荷量随外加电荷区的宽度将随之变化，即耗尽层的电荷量随外加电压而变化，这种现象压而变化，这种现象与电容的充放电过程相同。与电容的

16、充放电过程相同。 耗尽层宽窄变化所等效的电容称为耗尽层宽窄变化所等效的电容称为势垒电容势垒电容(Cb)。 2、扩散电容：、扩散电容： 当当PN结的正向电压增大时，载流结的正向电压增大时，载流子的浓度增大，且浓度差也增大，扩散电流增大。子的浓度增大，且浓度差也增大，扩散电流增大。 扩散过程中载流子浓度的变化是电荷的积累和释扩散过程中载流子浓度的变化是电荷的积累和释放的过程，与电容器的放的过程，与电容器的充放电过程相同，充放电过程相同，这种电容效这种电容效应称为应称为扩散电容（扩散电容（Cd）。）。 PN结的总电容：结的总电容：C=Cb+Cd。 通常通常PN结电容是很小的。结电容是很小的。模拟电子

17、技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回1.2 半导体二极管半导体二极管 二极管的符号：二极管的符号：阴极（负极）阴极（负极）阳极（正极）阳极（正极）D模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回1.2.1 半导体二极管的几种常见结构半导体二极管的几种常见结构 在在PN结两端加上电极引线，并用外壳封装起来结两端加上电极引线，并用外壳封装起来就构成了半导体二极管，简称就构成了半导体二极管，简称二极管。二极管。 由由P区引出的电极称为区引出的电极称为阳极阳极，也称，也称正极正极；由；由N区区引出的电极称为引出的电极称为阴极阴极，也称，也称负极。负极。正极正极

18、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点接触型点接触型适用于高频电路。适用于高频电路。负极负极N型硅型硅PN结结 正极正极铝合金铝合金小球小球底座底座金锑合金金锑合金面接触型面接触型作为整流管作为整流管模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 一、二极管和一、二极管和PN结伏安特性的区别结伏安特性的区别 二极管也具有单向导电性。二极管也具有单向导电性。 二极管的伏安特性与二极管的伏安特性与PN结的相似。结的相似。 二极管存在半导体体电阻和引线电阻，在电流相二极管存在半导体体电阻和引线电阻，在电流相同的情况下，

19、二极管的端电压大于同的情况下，二极管的端电压大于PN结上的压降。结上的压降。 或者说，在外加正向电压相同的情况下，二极管或者说，在外加正向电压相同的情况下，二极管的正向电流小于的正向电流小于PN结的电流。结的电流。 二极管存在表面漏电流，外加反向电压时的反向二极管存在表面漏电流，外加反向电压时的反向电流增大。电流增大。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回OuD /ViD /mAUoniD = 0Uon= 0.5 V（硅）（硅）= 0.1 V（锗）（锗） 2、U Uon， iD 急剧上升，急剧上升，二极管导通。二极管导通。 1、0 U Uon，U (BR)正向特性正

20、向特性反向特性反向特性开启电压开启电压二极管的导通压降为二极管的导通压降为0.60.8V（硅）、（硅）、0.10.3V（锗）（锗） 3、U（BR) U 0 ，iD 0.1 A(Si)， 几十几十 A (Ge)。 4、U U（BR） ， 反向电流急剧增大，二极管击反向电流急剧增大，二极管击穿。穿。通常忽略不计，即二极管截止。通常忽略不计，即二极管截止。 若对电流不加限制，就会造成二极管若对电流不加限制，就会造成二极管永久性损坏。永久性损坏。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 二、温度对二极管伏安特性的影响二、温度对二极管伏安特性的影响OuD /ViD /mAUon

21、U (BR) 温度升高时，二极管的正向特性将左移；温度升高时，二极管的正向特性将左移； 反向特反向特性将下移。性将下移。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 一、一、 最大整流电流最大整流电流 IF 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。平均电流。 其值与其值与PN结面积及外部散热条件等有关。结面积及外部散热条件等有关。 二、二、 反向击穿电压反向击穿电压UBR 二极管反向击穿时的电压值。二极管反向击穿时的电压值。 手册上给出的最高反向工作电压手册上给出的最高反向工

22、作电压UR一般是一般是UBR的的一半。一半。 三、三、 反向电流反向电流 IR IR是二极管未击穿时的反向电流。是二极管未击穿时的反向电流。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 四、四、 最高工作频率最高工作频率fM fM是二极管工作的上限频率。是二极管工作的上限频率。 超过此值时，由于结电容的作用，二极管将超过此值时，由于结电容的作用，二极管将不能不能很好地体现单向导电性。很好地体现单向导电性。 由于制造工艺所限，半导体器件参数具有分散性，由于制造工艺所限，半导体器件参数具有分散性，同一型号管子的参数值会有相当大的差距。同一型号管子的参数值会有相当大的差距。模拟

23、电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回1.2.4 二极管的等效电路二极管的等效电路 一、由伏安特性折线化得到的等效电路一、由伏安特性折线化得到的等效电路 1、理想二极管、理想二极管uiO 导通时正向压降为导通时正向压降为0、反向截止时的电流为、反向截止时的电流为0，称，称为为理想二极管。理想二极管。DS正偏时正偏时S闭合，反偏时闭合，反偏时S断开。断开。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 2、正向导通时端电压为常量、正向导通时端电压为常量uiOUonDUon 3、正向导通时端电压与电流成线性关系、正向导通时端电压与电流成线性关系uiOUo

24、nDUonrD 分析含有二极管电路时，先将二极管看成开路，分析含有二极管电路时，先将二极管看成开路，比较二极管两端的电位，若正极端的电位高于负极端比较二极管两端的电位，若正极端的电位高于负极端的电位且大于的电位且大于Uon时，二极管导通，否则二极管截止。时，二极管导通，否则二极管截止。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回DV+ UD -RI 若若V远大于远大于UD，试求电流，试求电流I。 （1）二极管为理想二极管时，）二极管为理想二极管时，DV+ UD -RIRVI 模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 （2）二极管导通电压为常量时，

25、）二极管导通电压为常量时，DV+ UD -RIUonRUVIon DV+ UD -RI （3）二极管导通电压与电流为线性关系时，）二极管导通电压与电流为线性关系时，UonrDDonrRUVI 模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 二、二极管的微变等效电路二、二极管的微变等效电路VDR+ uD -iDuDIDUDQ+-ui uD iDrduD iD + -模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回QDDdiur DDduir 1DDuidd DUuSuITDd)1(ed TDUuTSUIe TDUI DTdIUr ID不同不同rd也将不同也将

26、不同模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回VD+ uD -+-uiR+ uR -tuiOVD+ uD -+-uiR+ uR -UD+ UR -DRUVU tuROUR VD+ uD -+-uiR+ uR -rd + ur -idrurRRu rRRuUu 模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回1.2.5 稳压二极管（简称稳压管）稳压二极管（简称稳压管） 稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型二极管。稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型二极管。 一、稳压管的伏安特性一、稳压管的伏安特性正极正极 负极负极DZrdUZ 正偏时：正偏时： 反偏时：

27、反偏时：DrdUZDDZ模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回I/mAUZ /VOUZIZIZM+ 正向正向 +反向反向 UZ IZ与普通管一样与普通管一样击穿段很击穿段很陡陡工作工作范围范围正常工作在反向击穿状态。正常工作在反向击穿状态。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 二、稳压管的主要参数二、稳压管的主要参数 （1） 稳定电压稳定电压 UZ 流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。 （2）稳定电流稳定电流 IZ 稳压管工作在稳压状态时的参考电流。稳压管工作在稳压状态时的参考电流。 越大稳压效果

28、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 IZM 稳压管允许通过的最大反向电流。稳压管允许通过的最大反向电流。 （4）最大耗散功率最大耗散功率 PZMPZM = UZ IZM模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 （5）动态电阻动态电阻 rZrZ = UZ / IZ 越小稳压效果越好。越小稳压效果越好。 （6）温度系数温度系数 表示温度每变化表示温度每变化1稳压值的变化量，即稳压值的变化量，即=Uz/T 在稳压管电路中在稳压管电路中必须串联一个电阻来限制电流，必须串联一个电阻来限制电流，以保证稳压管正常工作，这

29、个电阻称为限流电阻。以保证稳压管正常工作，这个电阻称为限流电阻。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回1.3 晶体三极管晶体三极管 晶体三极管又称双极型晶体管、半导体三极管，晶体三极管又称双极型晶体管、半导体三极管，简称为晶体管。简称为晶体管。325模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回1.3.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型 在同一硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个在同一硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，就构成晶体管。结，就构成晶体管。N型硅型硅BECN型硅型硅P型硅型硅二氧化硅二氧化硅保护膜保护膜N型锗型锗ECBP

30、P铟球铟球NPN型型PNP型型模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 CNPN 型型ECB发射结发射结集电结集电结发射区发射区集电区集电区基区基区ECBPNP 型型 发射极的箭头表示发射极电流的实际方向。发射极的箭头表示发射极电流的实际方向。各区主要作用及结构特点：各区主要作用及结构特点：发射区：发射区：发射载流子发射载流子 特点：特点：掺杂浓度高掺杂浓度高基区：基区：传输载流子传输载流子 特点：特点：薄、掺杂浓度低薄、掺杂浓度低集电区：集电区：接收载流子接收载流子 特点：特点：结面积大结面积大模拟电子技术基础模拟电子技

31、术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回1.3.2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用RBRCVBBVCCuoTui+- ui是输入电压信号，是输入电压信号，接在基极接在基极发射极回路，称发射极回路，称为为输入回路。输入回路。 放大后的输出信号放大后的输出信号uo 在在集电极集电极发射极回路，称为发射极回路，称为输出回路。输出回路。 发射极是两回路的公共端，所以称为发射极是两回路的公共端，所以称为共发射极放共发射极放大电路。大电路。 晶体管工作在放大状态的条件是：晶体管工作在放大状态的条件是：发射结正向偏发射结正向偏置，而集电结反向偏置。置，而集电结反向偏置。 晶体管的放大作用表现为晶体

32、管的放大作用表现为小的基极电流可以控制小的基极电流可以控制大的集电极电流。大的集电极电流。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回BECNNPEBRBECIBNIENIEPIE=IEN+IEP 一、一、 内部载流子的运动及电流分配关系内部载流子的运动及电流分配关系 1、发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电、发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流流IE。 扩散到基区的自由电扩散到基区的自由电子与空穴复合形成电流子与空穴复合形成电流IBN。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回BECNNPEBRBECIEICBOIC=ICN+ICBOIBN

33、ICNIBIB=IBN+IEP-ICBO=ICN+IBN+IEPIEP 2、集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电、集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流流IC。 集电区和基区的少子也集电区和基区的少子也参与漂移运动，形成参与漂移运动，形成反向饱反向饱和电流和电流ICBO。 3、EB的作用的作用下，电子与空穴下，电子与空穴的复合运动源源的复合运动源源不断地进行，形不断地进行，形成基极电流成基极电流IB。IE=IC+IB模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 三、晶体管共射电流放大系数三、晶体管共射电流放大系数EPBNCNIII CBOBCBOCIIII 称为共射直

34、流电流放大倍数。称为共射直流电流放大倍数。CBOBCIII)1( CEOBII 称称为为穿穿透透电电流流。CBOCEOII)1 ( ICEO的物理意义是：当基极开路（的物理意义是：当基极开路（IB=0）时，在）时，在EC作用下的集电极与发射极之间形成的电流。作用下的集电极与发射极之间形成的电流。 ICBO是是IE=0时时集电极的反向饱和电流。集电极的反向饱和电流。BCII BEII)1( 模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回RBRCVBBVCCuoTui+- 若有输入电压作用，则若有输入电压作用，则BBBiIi CCCiIi BCii 称为称为共射交流电流放大系数

35、。共射交流电流放大系数。CCCiIi BCEOBiII BCii 小功率管的小功率管的值为几百，而大功率管的则只有几十。值为几百，而大功率管的则只有几十。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 以发射极电流作为输入电流，以集电极电流作为以发射极电流作为输入电流，以集电极电流作为输出电流时，输出电流时，ICN与与IE之比称为之比称为共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数ECNII CBOECIII 1 1ECii 模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回1.3.3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线 一、一、 输入特性曲线输入特性曲线

36、 当当uCE为常数时为常数时iB与与uBE的关系曲线称为的关系曲线称为输入特性输入特性曲线。曲线。常常数数 CEuBEBufi)(模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回iB( A)uBE(V)204060800.40.8 uCE=0时，相时，相当于发射结和集电当于发射结和集电结并联。结并联。 特性曲线与特性曲线与PN结的伏安特性结的伏安特性相似，呈指数关系。相似，呈指数关系。 uCE增大时，增大时，发射区注入基区的发射区注入基区的电子，在基区与空电子，在基区与空穴复合的电子将随穴复合的电子将随uCE的增大而减少，的增大而减少，大部分漂移到集电大部分漂移到集电区形成区

37、形成iC。要获得同样的要获得同样的iB，就必须增大，就必须增大uBE。u CE=0Vu CE=0.5Vu CE1V模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 当当uCE增大到一定值以后，集电结的电场已足够增大到一定值以后，集电结的电场已足够强，可以将发射区注入基区的绝大部分电子都收集到强，可以将发射区注入基区的绝大部分电子都收集到集电区，因而再增大集电区，因而再增大uCE，iC也没明显增大，即也没明显增大，即iB基本基本不变。不变。 二、二、 输出特性曲线（以输出特性曲线（以NPN管介绍）管介绍） iB为一常量时，集电极电流为一常量时，集电极电流iC与管压降与管压降uC

38、E之间的之间的关系曲线称为关系曲线称为输出特性曲线。输出特性曲线。常常数数 BiCECufi)(模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回iC(mA )1234uCE(V)36912iB=020A40A60A80A100A 当当uCE逐渐逐渐增大时，集电结增大时，集电结电场随之增强，电场随之增强，收集电子的能力收集电子的能力逐渐增强，逐渐增强，iC逐逐渐增大。渐增大。 当当uCE增大增大到一定数值时，到一定数值时，集电结电场足以集电结电场足以将发射区发射到将发射区发射到基区的绝大部分基区的绝大部分电子收集到集电电子收集到集电区来。曲线几乎区来。曲线几乎与横轴平行。与横轴

39、平行。当当uCE大于一定的大于一定的数值时，数值时，iC只与只与iB有关，有关，iC= iB。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回iC(mA )1234uCE(V)36912iB=020 A40 A60 A80 A100 AiB=0，iC=ICEO，uBEiC。iC随随uCE的增大而增大的增大而增大uCE=uBE，称为临界状态称为临界状态模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 如何判断管子是工作在放大状态还是工作在饱和如何判断管子是工作在放大状态还是工作在饱和状态？状态？ 1、计算管子的基极电流、计算管子的基极电流IB。 2、计算管子的

40、临界饱和电流、计算管子的临界饱和电流IBS（UCE=0）。）。 3、比较、比较IB和和IBS的大小：的大小： 若若IB大于大于IBS，则管子工作在饱和状态；，则管子工作在饱和状态； 若若IB小于小于IBS，则管子工作在放大状态；，则管子工作在放大状态；模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回1.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数 一、一、 直流参数直流参数 （1）共射直流电流放大系数）共射直流电流放大系数 （2）共基直流电流放大系数）共基直流电流放大系数ECII （3）极间反向电流）极间反向电流ICBO和和ICEO 同一型号的管子反向电流越小，性能越稳定。同一型

41、号的管子反向电流越小，性能越稳定。 硅管的极间反向电流小，温度稳定性比锗管好。硅管的极间反向电流小，温度稳定性比锗管好。BCII_模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 二、二、 交流参数交流参数 （1）共射交流电流放大系数）共射交流电流放大系数常常量量 CEUBCii （2）共基直流电流放大系数）共基直流电流放大系数常常量量 CBUECii （3）特征频率）特征频率fT 由于由于PN结结电容的存在，共射电流放大系数是结结电容的存在，共射电流放大系数是所加信号频率的函数。所加信号频率的函数。时时的的信信号号频频率率称称为为的的数数值值下下降降到到Tf1模拟电子技术基

42、础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 三、三、 极限参数极限参数 （1）最大集电极耗）最大集电极耗散功率散功率PCMiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 区区PCM = IC UCE。 （2）最大集电极电）最大集电极电流流ICM 集电极电流超过集电极电流超过ICM时时 值明显降低。值明显降低。 （3）极间反向击穿电压）极间反向击穿电压 U(BR)CEO B极开路时极开路时 C、E极间反向击穿电压。极间反向击穿电压。 U(BR)CBO E极开路时极开路时 C、B极间反向击穿电压。极间反向击穿电压。 U(BR)EBO C极开路时极开路时 E、B极间反

43、向击穿电压。极间反向击穿电压。U( (BR) )CBO U( (BR) )CEO U( (BR) )EBO模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响温度对晶体管特性及参数的影响 一、一、 温度对温度对ICBO的影响的影响 当温度升高时，当温度升高时，ICBO将增大。将增大。 温度每升高温度每升高10，ICBO增加约一倍。增加约一倍。 硅管的硅管的ICBO比锗管的小得多，硅管比锗管受温度比锗管的小得多，硅管比锗管受温度的影响要小得多。的影响要小得多。 二、二、 温度对输入特性的影响温度对输入特性的影响 当温度升高时，输入特性将当温度

44、升高时，输入特性将左移左移。 当温度变化当温度变化1时，时，UBE变化变化22.5mV，并且有，并且有负温度系数。负温度系数。 若若UBE不变，则当温度升高时不变，则当温度升高时IB将增大将增大。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 三、三、 温度对输出特性的影响温度对输出特性的影响 当温度升高时，输出曲线将当温度升高时，输出曲线将上移，即上移，即ICEO增大。增大。 当温度升高时，当温度升高时，曲线还保持等间隔排列，但曲线曲线还保持等间隔排列，但曲线的的间距增大间距增大，即管子的，即管子的值增大值增大。 温度升高时，温度升高时，ICEO、增大，且输入特性左移增大

45、，且输入特性左移。温度升高时，最终导致集电极电流增大。温度升高时，最终导致集电极电流增大。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回1.4 场效应管场效应管 场效应管几乎仅靠半导体中的多子导电，所以又场效应管几乎仅靠半导体中的多子导电，所以又称为称为单极型单极型晶体管。晶体管。 场效应管是利用输入回路的场效应管是利用输入回路的电场电场效应来控制输出效应来控制输出回路的电流。回路的电流。1.4.1 结型场效应管结型场效应管 一、结型场效应管一、结型场效应管的结构及类型的结构及类型 结型场效应管结型场效应管有有N沟道和沟道和P沟道两沟道两种类型。种类型。DGS栅极栅极漏极漏

46、极源极源极DGSN沟道沟道P沟道沟道模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回N型型硅硅片片PP两边是高掺两边是高掺杂的杂的P区区G（栅极）（栅极）D（漏极）（漏极）S（源极）（源极）导电沟道导电沟道 漏极和源极是可以对调的。漏极和源极是可以对调的。掺杂浓度低掺杂浓度低模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 二、结型场效应管的工作原理二、结型场效应管的工作原理N型型硅硅片片PPuGSuDS 1、uDS=0V时，时，uGS对导电沟道的控制作用对导电沟道的控制作用PP PN结反偏，耗尽层均匀变宽。结反偏，耗尽层均匀变宽。 若存在导电沟道，若存在导

47、电沟道，DS间相当于一个电阻。间相当于一个电阻。 uSG越大，耗尽越大，耗尽层越宽，导电沟道层越宽，导电沟道越窄。越窄。 沟道越窄，电沟道越窄，电阻越大。阻越大。 此时的漏极此时的漏极电流电流iD=0。DGS模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 uSG达到一定值时，耗尽区碰到一起，达到一定值时，耗尽区碰到一起，DS间被夹间被夹断，沟道电阻趋于无穷大。断，沟道电阻趋于无穷大。N型型硅硅片片PPuGSPPPP 此时的此时的uGS的值称为的值称为夹断电压夹断电压UGS(off)（VP）。）。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回N型型硅硅片片

48、PPuGSuDS 2、当、当uGS为为UGS(off)0V中某一固定值时，中某一固定值时，uDS对漏对漏极电流极电流iD的影响的影响 由于由于uDS的存在，则有电流的存在，则有电流iD从漏极流向源极。从漏极流向源极。iD 沟道中各点的电位不再相等：沟道中各点的电位不再相等：沿沟道沿沟道从源极到漏极逐渐升高。从源极到漏极逐渐升高。 靠近漏极端的靠近漏极端的PN结的结的反偏电压高，反偏电压高，源源极端的极端的反偏电压低。反偏电压低。 耗尽层耗尽层产生不均产生不均匀的变宽：匀的变宽： 漏极端宽、源漏极端宽、源极端窄。极端窄。PP模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 若栅

49、若栅漏极间漏极间不出现不出现夹断区域，沟道电阻基本上夹断区域，沟道电阻基本上决定于栅决定于栅源电压源电压uGS。 电流电流iD将随将随uDS的增大而线性增大，的增大而线性增大，DS间呈现间呈现电阻特性。电阻特性。N型型硅硅片片PPuGSuDS uDS的增大使的增大使uGD等等于于UDS(off)时，漏极端的时，漏极端的耗尽层就出现夹断区。耗尽层就出现夹断区。PP 称称uGD=UDS(off)为为预夹断。预夹断。 若若uDS继续增大，继续增大，耗尽层闭合部分沿耗尽层闭合部分沿沟道方向延伸。沟道方向延伸。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 这时，一方面自由电子从源极

50、向漏极定向移动所这时，一方面自由电子从源极向漏极定向移动所受阻力加大，从而导致受阻力加大，从而导致iD减小；减小； 另一方面，随着另一方面，随着uDS的增大，使漏的增大，使漏源极间的纵源极间的纵向电场增强，也必然导致向电场增强，也必然导致iD增大。增大。 实际上，实际上，这两种趋势相抵消，这两种趋势相抵消，uDS的增大几乎全的增大几乎全部部降落在夹断区，降落在夹断区，用于克服夹断区对用于克服夹断区对iD形成的阻力。形成的阻力。 在在uDGUGS(off)的情况下，即沟道夹断后，的情况下，即沟道夹断后，uDS增增大时大时iD几乎不变。几乎不变。 即即iD几乎仅仅决定于几乎仅仅决定于uGS，表现出

51、，表现出iD的的恒流特性。恒流特性。 在在uDGUGS(off)的情况下，对应于确定的的情况下，对应于确定的uGS，就，就有确定的有确定的iD。 可以通过改变可以通过改变uGS来控制来控制iD的大小。的大小。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 场效应管是电压控制器件。场效应管是电压控制器件。 场效应管用场效应管用低频跨导低频跨导gm来描述动态的栅来描述动态的栅源电压源电压对漏极电流的控制作用对漏极电流的控制作用,GSDmuig 小结：小结： （1）在）在uGD=uGS- -uDSUGS(off)的情况下，即沟道的情况下，即沟道没被夹断没被夹断时，对应于不同的时，

52、对应于不同的uGS，D-S间等效为不同阻间等效为不同阻值的电阻。值的电阻。 （2）当）当uDS使使uGD=uGS(off)时，时，D-S之间预夹断。之间预夹断。 （3）当）当uDS使使uGDUGS(off)时，时，漏极电流漏极电流iD几乎仅几乎仅仅决定于栅仅决定于栅源电压源电压uGS。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 三、结型场效应管的伏安特性三、结型场效应管的伏安特性 1、输出特性曲线、输出特性曲线 输出特性曲线是指当输出特性曲线是指当uGS为常量时，为常量时，iD与与uDS之间之间的关系曲线，即的关系曲线，即常常量量 GSuDSDufi)( 对应于一个对应

53、于一个uGS，就有一条曲线，因此输出特性，就有一条曲线，因此输出特性曲线为一族曲线。曲线为一族曲线。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回iDu DS0UGS=0V-1V-3V-4V-5V预夹断线预夹断线预夹线上，预夹线上，uGD=UGS(off)。可变电阻区可变电阻区uGDUGS(off)，沟道还没夹断。沟道还没夹断。不同的不同的uGS，曲，曲线的斜率不同。线的斜率不同。即即D-S间有不同间有不同的电阻。的电阻。夹断区夹断区uGSUGS(off)，沟道夹断，沟道夹断uGDUGS(off)利用场效应管作利用场效应管作放大管时，应使放大管时，应使其工作在恒流区。其工作

54、在恒流区。恒流区恒流区模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 2、转移特性曲线、转移特性曲线 转移特性曲线是指当转移特性曲线是指当uDS为常量时，为常量时，iD与与uGS之间之间的关系曲线，即的关系曲线，即常常量量 DSuGSDufi)(uGS0iDIDSSVP 在输出特性曲线的恒流区中在输出特性曲线的恒流区中做横轴的垂线，读出垂线与各曲做横轴的垂线，读出垂线与各曲线相交的坐标值；线相交的坐标值； 建立建立uGS、iD坐标系，描坐标系，描点、连线即为转移特性曲线。点、连线即为转移特性曲线。21 PGSDSSDVuIi漏极饱漏极饱和电流和电流模拟电子技术基础模拟电子技

55、术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回1.4.2 绝缘栅型场效应管（绝缘栅型场效应管（MOS管）管） MOS管有四种类型：管有四种类型：N沟道增强型管、沟道增强型管、N沟道耗沟道耗尽型管，尽型管，P沟道增强型管、沟道增强型管、P沟道耗尽型管。沟道耗尽型管。 凡凡uGS=0时时iD =0的管子，均属于增强型管；的管子，均属于增强型管； 凡凡uGS=0时时iD0的管子，均属于耗尽型管。的管子，均属于耗尽型管。GSDGSDGSDGSDN沟道沟道耗尽型耗尽型增强型增强型P沟道沟道模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 一、一、N沟道增强型沟道增强型MOS管管 1、N沟道增

56、强型沟道增强型MOS管的结构管的结构P型衬底，掺型衬底，掺杂浓度低杂浓度低NN两个高掺两个高掺杂杂N+区区SDSiO2绝缘层绝缘层金属铝金属铝G基极（基极（B）P模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 2、工作原理（以、工作原理（以N沟道为例）沟道为例）PNNGSDUDSUGSID=0两个两个N+区间截止区间截止UGS=0时时DS间相当于两间相当于两个反接的个反接的PN结结模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回PNNGSDUDSUGSID=0EuGS0且且u GS不太大时不太大时空穴空穴FSiO2下面留下面留下不能移动下不能移动的负离子的

57、负离子uDS=0模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回PNNGSDUDSUGSuDS=0EuGS0且且u GS较大时较大时自由电子自由电子F两个两个N区间形区间形成一个成一个N型层型层称之为称之为反型层反型层形成导电沟道形成导电沟道 使沟道刚刚形成的栅使沟道刚刚形成的栅-源电压称为源电压称为开启电压开启电压UGS(th)。 uGS越大，反型层越厚，导电沟道电阻越小。越大，反型层越厚，导电沟道电阻越小。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 沟道形成后，若在漏沟道形成后，若在漏-源之间加正向电压，则将源之间加正向电压，则将产生一定的漏极电流

58、。产生一定的漏极电流。 此时，此时，uDS的变化对导电沟道的影响与的变化对导电沟道的影响与结型场效结型场效应管相似。应管相似。 即当即当uDS较小时，较小时，uDS的增大使的增大使iD线性增线性增大，沟道沿漏大，沟道沿漏-源方向源方向逐渐变宽；逐渐变宽；PNNGSDUDSUGS模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 一旦一旦uDS增大到使增大到使uGD=UGS(off)时，沟道在漏极一侧时，沟道在漏极一侧出现夹断点，称为出现夹断点，称为预夹断。预夹断。PNNGSDUDSUGS 如果如果uDS继续增大，继续增大，夹断区随之延长。夹断区随之延长。 uDS增大的部分增大的

59、部分几乎全部降落在夹断几乎全部降落在夹断区，用于克服夹断区区，用于克服夹断区对漏极电流的阻力。对漏极电流的阻力。 iD几乎不因几乎不因uDS的的增大而变化，管子进增大而变化，管子进入恒流区，入恒流区，iD几乎仅几乎仅决定于决定于uGS。模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 3、特性曲线和电流方程、特性曲线和电流方程iDu DS02UGS(th)UGS(th)UGS0IDO预夹断线预夹断线可变电可变电阻区阻区夹断区夹断区恒流区恒流区模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回2(th)1 GSGSDODUuIi0iDuGSUGS(th)IDO2

60、UGS(th)模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 二、二、N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管PNNGSD 在在SiO2绝缘层中掺入绝缘层中掺入大量正离子。大量正离子。 即使即使uGS =0 ，在正离子作用下，在正离子作用下P型衬底表层也存型衬底表层也存在反型层，即漏在反型层，即漏-源之间存在导电沟道。源之间存在导电沟道。UDSID模拟电子技术基础模拟电子技术基础上一页上一页下一页下一页返返 回回 uGS 为正值时，反型层变宽，沟道电阻变小，为正值时，反型层变宽，沟道电阻变小，iD增大；增大； uGS 为负值时，反型层变窄，沟道电阻变大，为负值时，反型层变窄，沟道电