第1章 半导体器件及基本电路

1、1课程性质：课程性质： 模拟电子技术模拟电子技术是电子类专业的一门重要的课程，是电子类专业的一门重要的课程，也是实践性很强的技术基础课。也是实践性很强的技术基础课。 课程目标：课程目标：l使学生获得模拟信号的放大、处理等方面的基础知识。使学生获得模拟信号的放大、处理等方面的基础知识。 l通过本课程的学习，使学生具备进行模拟电子系统分析、通过本课程的学习，使学生具备进行模拟电子系统分析、设计等方面的初步知识和能力。设计等方面的初步知识和能力。 l为学习后续的专业课程和将来的工作打下坚实的基础。为学习后续的专业课程和将来的工作打下坚实的基础。 2本课的实施手段：本课的实施手段：课堂讲授课堂讲授64

2、个学时（个学时（32次），试验为次），试验为6个试验；个试验；教材：教材：模拟电子技术基础简明教程模拟电子技术基础简明教程）（第三版）主编：杨素行，高等）（第三版）主编：杨素行，高等教育出版社；教育出版社；考勤：不定期点名，三次不到者无成绩。实验如果有一次没有到的，实验考勤：不定期点名，三次不到者无成绩。实验如果有一次没有到的，实验没有成绩；没有成绩；最终成绩：最终成绩： 出勤率作业占出勤率作业占 10； 期中考试占期中考试占 20；期末考试占；期末考试占70。注：模电试验安排注：模电试验安排 国庆节之后根据上课进度安排做试验。具体内容和时间到时候上课时国庆节之后根据上课进度安排做试验。具体内

3、容和时间到时候上课时会通知。（明理楼会通知。（明理楼105）34什么是系统？什么是系统？ 一个系统是一组相互关联的部件，他们协同工作以实一个系统是一组相互关联的部件，他们协同工作以实现一个共同的目的。现一个共同的目的。 1.1. 系统分为：自然系统和人造的系统系统分为：自然系统和人造的系统2.2. 一个系统可以分解成若干个子系统，也可以是另一一个系统可以分解成若干个子系统，也可以是另一个系统的一个子系统。个系统的一个子系统。3.3. 系统的一般模型有系统的一般模型有6 6个成分：输入，处理，控制，个成分：输入，处理，控制，反馈，输出，边界。反馈，输出，边界。56781.11.1半导体的基础知识

4、半导体的基础知识1.21.2半导体二极管半导体二极管1.31.3双极型半导体三极管双极型半导体三极管1.41.4场效应管场效应管小结小结91.11.1半导体的基础知识半导体的基础知识 1.1.1 半导体的物理特性半导体的物理特性1.1.2 本征半导体本征半导体1.1.3 杂质半导体杂质半导体1.1.4 PN结结(PN Junction)10 自然界按其导电性能来分类可以分为自然界按其导电性能来分类可以分为导体导体,绝缘体绝缘体和和半导体半导体。 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。 例如：硅（例如：硅（Si），锗（），锗（Ge），砷化镓（），

5、砷化镓（GaAs）1112 半导体的晶体结构半导体的晶体结构l制作半导体的主要材料是硅和锗制作半导体的主要材料是硅和锗l它们最外层都有它们最外层都有4个个价电子价电子l外层电子影响它们的化学性质外层电子影响它们的化学性质 也影响他们的导电性能也影响他们的导电性能硅硅( (锗锗) )的原子结构的原子结构13 半导体的晶体结构半导体的晶体结构 如果把原子核和结构较稳定的内层电子看成一个整如果把原子核和结构较稳定的内层电子看成一个整体，称为体，称为惯性核惯性核，那么惯性核就带着四个正电荷，那么惯性核就带着四个正电荷，外层价电子带四个负电荷。外层价电子带四个负电荷。14 硅和锗都是单晶体材料，硅和锗都

6、是单晶体材料，它们的单晶体具有金刚石它们的单晶体具有金刚石结构，每一个原子与相邻的四个原子结合，这些原结构，每一个原子与相邻的四个原子结合，这些原子彼此之间通过共价键联系起来。子彼此之间通过共价键联系起来。硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构晶体结构平面示意图晶体结构平面示意图15本征半导体本征半导体纯净的结构完整的半导体。如硅、锗单晶体。纯净的结构完整的半导体。如硅、锗单晶体。本征激发本征激发在温度变高或光照下价电子在温度变高或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位价键中留下一个空位(空穴空穴)的过程。的

7、过程。16l复合复合电子和空穴成对的消失电子和空穴成对的消失l本征激发本征激发电子和空穴成对的出现电子和空穴成对的出现l载流子载流子电子和空穴都可以移动电子和空穴都可以移动17N型半导体型半导体 掺五价元素掺五价元素 如磷如磷N型半导体共价键结构型半导体共价键结构P型半导体共价键结构型半导体共价键结构P型半导体型半导体 掺三价元素掺三价元素 如硼如硼自由电子自由电子多多数载流数载流子子 空穴空穴少少数载流数载流子子自由电子自由电子少少数载流数载流子子 空穴空穴多多数载流数载流子子18N型半导体的简化图型半导体的简化图P型半导体的简化图型半导体的简化图负离子负离子多数载流子多数载流子少数载流子少

8、数载流子P型型正离子正离子多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子N型型掺杂浓度掺杂浓度 电子数电子数掺杂浓度掺杂浓度 空穴数空穴数19l漂移运动漂移运动l扩散运动扩散运动 在有在有电场作用电场作用时，半导体中的载流子将产生定向运时，半导体中的载流子将产生定向运动，称为动，称为漂移运动漂移运动。载流子的漂移运动形成的电流称为。载流子的漂移运动形成的电流称为漂移电流漂移电流。 由于由于浓度差浓度差而引起的定向运动称为而引起的定向运动称为扩散运动扩散运动，载流子，载流子扩散运动所形成的电流称为扩散运动所形成的电流称为扩散电流扩散电流。20（一）（一）PNPN结的形成结的形成1. 载流子的载流子的浓

9、度差浓度差引起引起两边多子的扩散两边多子的扩散2. 扩散运动使交界面形成空间电荷区扩散运动使交界面形成空间电荷区 ( (耗尽层耗尽层) ) 扩散运动扩散运动和和漂移运动漂移运动达到了达到了动态的平衡动态的平衡阻止多子的扩散运动阻止多子的扩散运动利于少子的漂移运动。利于少子的漂移运动。内建电场内建电场 形成了内建电场形成了内建电场21内建电场内建电场 内建电场的大小与形成内建电场的大小与形成PNPN结两边的载流子浓度差有结两边的载流子浓度差有关：关：l浓度差越大，则扩散运动愈显著，达到平衡时的内建电场越大；浓度差越大，则扩散运动愈显著，达到平衡时的内建电场越大；l由于锗材料的两边的少子浓度都远远

10、大于硅的少子浓度（约由于锗材料的两边的少子浓度都远远大于硅的少子浓度（约10001000倍），因此内建电场比硅的小得多。（锗的开启电压小）倍），因此内建电场比硅的小得多。（锗的开启电压小）l随着温度的升高，由于多子浓度几乎不变，而少子浓度变大，两随着温度的升高，由于多子浓度几乎不变，而少子浓度变大，两边的浓度差变小，因此内建电场变小。（开启电压随温度升高而边的浓度差变小，因此内建电场变小。（开启电压随温度升高而变小）变小）22 没有外加电场作用：没有外加电场作用： 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 I = 0内建电场内建电场23（

11、二）（二）PN结单向导电性结单向导电性1. 外加正向电压外加正向电压( (正向偏置正向偏置) ) forward biasP 区区N 区区内电场内电场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,中和部分离子使空间电荷区变窄。中和部分离子使空间电荷区变窄。 IF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 。IF = I多子多子 I少子少子 I多子多子限流电阻限流电阻242. 外加反向电压外加反向电压( (反向偏置反向偏置) ) reverse bias P 区区N 区区内电场内电场外电场外电场外电场使多子背离外电场使多子背离 PN 结移动，结移动， 空间电荷区变宽。

12、空间电荷区变宽。ISPN 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，电阻很大，电流近似为零。反偏截止，电阻很大，电流近似为零。漂移运动加强形成漂移运动加强形成反向饱和电流反向饱和电流 ISIS = I少子少子 0（二）（二）PN结单向导电性结单向导电性25（三）（三）PN结单的伏安特性结单的伏安特性) 1e (/STUuII反向饱和反向饱和电流电流温度的温度的电压当量电压当量qkTUT电子电量电子电量玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数当当 T = 300K( (27 C) )：UT = 26 mVOu /VI /mA正向特性正向特性反向击穿反向

13、击穿加正向电压时：加正向电压时：U 0且且U UT 加反向电压时加反向电压时: U UTiI IS S正向电流随正向电压的增大按指数增大正向电流随正向电压的增大按指数增大只流过很小的反向饱和电流只流过很小的反向饱和电流26（三）（三）PN结单的反向击穿结单的反向击穿Ou /VI /mA正向特性正向特性反向击穿反向击穿U (BR)击穿电压击穿电压 当加到当加到PN结上的反向电结上的反向电压增大到某个数值时，反向压增大到某个数值时，反向电流急剧增加。电流急剧增加。反向击穿类型：反向击穿类型：电击穿电击穿热击穿热击穿 PN 结未损坏，断电即恢复。结未损坏，断电即恢复。 PN 结烧毁。结烧毁。齐纳击穿

14、齐纳击穿：( (Zener) )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。雪崩击穿雪崩击穿：反向电场使电子加速，动能增大，撞击使自由电子数突增。反向电场使电子加速，动能增大，撞击使自由电子数突增。27（四）（四）PN结单的电容效应结单的电容效应一般在高频时考虑一般在高频时考虑PN结的电容效应。结的电容效应。1. 势垒电容势垒电容PN结的空间电荷区的电荷量变化等效电容称为结的空间电荷区的电荷量变化等效电容称为势垒电容（势垒电容（C CB B）282. 扩散电容扩散电容当外加电压增大时，非平衡少子浓度增加；同理，外加电压当外加电压增大时，非平衡少子浓度增加；同理，外加

15、电压减小时，非平衡少子浓度降低。减小时，非平衡少子浓度降低。这样，扩散到两边的少子受这样，扩散到两边的少子受外加电压大小控制，形成电容效应，称为外加电压大小控制，形成电容效应，称为扩散电容扩散电容（CD）29（四）（四）PN结单的电容效应结单的电容效应 结论：结论：低频时，因结电容很小，对低频时，因结电容很小，对 PN 结影响很小。结影响很小。 高频时，因电容容抗减小，使结电容分流显著，高频时，因电容容抗减小，使结电容分流显著， 导致单向导电性变差。导致单向导电性变差。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。301.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.1 半导体

16、二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数1.2.4 二极管电路的分析方法二极管电路的分析方法1.2.5 特殊二极管特殊二极管31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) )32点接触型点接触型正极正极引线引线触丝触丝N 型硅片型硅片外壳外壳负极负极引线引线负极引线负极引线 面接触型面接触型N型硅型硅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正极正极引线引线负极负极引

17、线引线集成电路中平面型集成电路中平面型PNP 型支持衬底型支持衬底33 点接触型特点点接触型特点：结面积小，因此结电容小，允许通过的：结面积小，因此结电容小，允许通过的 电流也小，适用于高频电路的检波或小电流的整流。电流也小，适用于高频电路的检波或小电流的整流。 面接触型特点面接触型特点：结面积大，因此结电容大，允许通过较：结面积大，因此结电容大，允许通过较大的电流，适用于低频电路整流。大的电流，适用于低频电路整流。 硅平面型特点硅平面型特点：结面积大的可以用于大功率整流；结面：结面积大的可以用于大功率整流；结面积小的，适用于脉冲数字电路，作为开关管使用。积小的，适用于脉冲数字电路，作为开关管

18、使用。3435)1e (/SDD TUuIi反向饱反向饱和电流和电流温度的温度的电压当量电压当量qkTUT电子电量电子电量玻尔兹曼玻尔兹曼常数常数当当 T = 300( (27 C) )： UT = 26 mV（一）二极管的伏安方程（一）二极管的伏安方程36（二）二极管的伏安特性（二）二极管的伏安特性OuD /ViD /mA正向特性正向特性Uth开启开启电压电压iD = 0Uth = 0.5 V 0.1 V( (硅管硅管) )( (锗管锗管) )U UthiD 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

19、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 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 0.7 = 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)45例例 1.2.3 二极管构成二极管构成“门门”电路，设电路，设 V1、V2 均为理想

20、二极均为理想二极管，当输入电压管，当输入电压 UA、UB 为低电压为低电压 0 V 和高电压和高电压 5 V 的不同的不同组合时，求输出电压组合时，求输出电压 UO 的值。的值。输入电压理想二极管输出电压UAUBV1V20 V0 V正偏导通正偏导通0 V0 V5 V正偏导通反偏截止0 V5 V0 V反偏截止正偏导通0 V5 V5 V正偏导通正偏导通5 V46例例 1.2.4 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 = 15sin 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) )Otui / V15RLV1V2V3V4uiBA

21、uOOtuO/ V1547例例 1.2.5 ui = 2 sin t (V)，分析二极管，分析二极管(硅管硅管)的限幅作用。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ui 0.7 VV1、V2 均截止均截止uO = uiuO = 0.7 Vui 0.7 VV2 导通导通 V截止截止ui 0.7 VV1 导通导通 V2 截止截止uO = 0.7 VOtuO/ V0.7Otui / V2 0.748(二二) 图解法图解法1. 二极管电路的直流图解分析二极管电路的直流图解分析 uD = VDD iDRiD = f (uD) 1.2 V100 iD / mA128400.30.6u

22、D / V1.20.9MN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斜率斜率1/RDiDQIQUQ可取可取 UQ = 0.7 VIQ= (VDD UQ) / R = 5 (mA) 二极管直流电阻二极管直流电阻 RD ( 140QQDIUR492. 二极管电路的交流图解分析二极管电路的交流图解分析 iD / mAuD /VO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C 隔直流隔直流 通交流通交流当当 ui = 0 时时iD = IQUD= 0.7 V (硅硅)，0.2 V (锗锗)RUVIQDDQ设设 ui =

23、sin tVDDVDD/ RQIQ tOuiUQ斜率斜率1/rd50iD / mAuD/VOVDDVDD/ RQIQ tOuiUQiD / mA tOdQDiIi dQDuUu id斜率斜率1/rdQuirDDddd1 ) 1e (/SDDTUuIiTUUTUIUIrTQSdQe1 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51(三三) 小信号模型法小信号模型法uiudRidrd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=

24、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 VIQ = (VDD UQ) / R = 3.3 mA522. 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 t3. 总电压、电流总电压、电流dQDuUu dQDiIi = (0.7 + 0.005 sin t ) V= (3.3 + 0.625 sin t ) mAuiudRidrd对于交流信号对于交流信号电路可等效为电路可等效为53（一）（一） 稳压二

25、极管稳压二极管1. 伏安特性伏安特性符号符号 当稳压管当稳压管反向击穿反向击穿后，有较大后，有较大的电流增量的电流增量 IZ。iZ /mAuZ/VO UZ IZ IZm UZ IZ工作条件：工作条件： 相应的管子两端的相应的管子两端的反向击穿电压反向击穿电压（即稳压管的稳定电（即稳压管的稳定电压压UZ）只有很小的变化量）只有很小的变化量 UZ 。54稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数iZ /mAuZ/VO UZ IZ IZm UZ IZ1. 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稳定电流是稳压管工作时

26、的参考电流值，通稳定电流是稳压管工作时的参考电流值，通常把手册上给定的稳压电流值看成稳压管正常把手册上给定的稳压电流值看成稳压管正常工作时的电流下线。常工作时的电流下线。3. 最大工作电流最大工作电流 IZM 最大耗散功率最大耗散功率 PZMPZM是由管子允许温度升高限定的最大功率损耗。是由管子允许温度升高限定的最大功率损耗。P ZM = UZ IZM55稳压二极管的主要参数稳压二极管的主要参数iZ /mAuZ/VO UZ IZ IZm UZ IZ4. 动态电阻动态电阻rZrZ是稳压管在稳定工作范围内，管子两端电是稳压管在稳定工作范围内，管子两端电压的变化量与相应的电流变化量之比。压的变化量与

27、相应的电流变化量之比。5. 温度系数温度系数 CT温度变化温度变化1时，稳定电压变化的百分数。时，稳定电压变化的百分数。rZ越小，则反向击穿特性曲线越陡，稳压作越小，则反向击穿特性曲线越陡，稳压作用越好。用越好。rZ = UZ / IZ%100ZZT TUUC温度系数越小，稳压管的温度温度系数越小，稳压管的温度稳定性越好。稳定性越好。56例例1.2.6 在如图所示的稳压管稳压电路中，已知稳压管的稳定电在如图所示的稳压管稳压电路中，已知稳压管的稳定电压压UZ=6V，最小稳定电流，最小稳定电流IZmin=5mA，最大稳定电流，最大稳定电流IZmax=25mA; 负载电阻负载电阻RL=600。求解限

28、流电阻。求解限流电阻R的取值范围。的取值范围。解：解：UR= UI UZ = 10 6 = 4VILIRUI =10VUORRLIZIR = IZ + IL其中其中Iz =( 5 25)mAIL = UZ / RL = 6/600 = 10mA所以所以IR =( 15 35)mARmax = UR / IRmin = 4V / 15mA = 227 Rmin = UR / IRmax = 4V / 35mA = 114 所以限流电阻所以限流电阻R的取值范围为的取值范围为114 22757（二）（二） 发光二极管发光二极管(Light Emitting Diode)工作条件：正向偏置工作条件：正

29、向偏置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 2) V符号符号u /Vi /mAO2特性特性将电信号转换为光信号的半导体二极管将电信号转换为光信号的半导体二极管发光类型：发光类型：可见光：红、黄、绿可见光：红、黄、绿不可见光：红外光不可见光：红外光58（二）（二） 发光二极管发光二极管(Light Emitting Diode)59（二）（二） 光敏二极管光敏二极管符号符号特性特性uiO暗电流暗电流E = 200 lxE = 400 lx工作条件：工作条件：实物照片实物照片将光号转换为电信号的半导体二极管将光号转换为电信号的半导体二极管反向偏置状态下运行，它的反向电流随

30、反向偏置状态下运行，它的反向电流随光照强度的增加而上升。光照强度的增加而上升。60二极管二极管结构和类型结构和类型伏安特性伏安特性主要参数主要参数分析方法分析方法特殊二极管特殊二极管) 1e (/SDDTUuIiOuD /ViD /mA正向特性正向特性Uth开开启启电电压压反向特性反向特性ISU (BR)反向击穿反向击穿iDuDU (BR)I FURMO理想理想恒压降恒压降折线折线图解图解小信号小信号发光管发光管稳压管稳压管光敏管光敏管IF, URM, IR, fM611.31.3双极型双极型半导体三级管半导体三级管 1.3.1 晶体三极管晶体三极管1.3.2 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的

31、特性曲线1.3.3 晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数62双极型晶体管双极型晶体管可简称为可简称为晶体管晶体管或或半导体三极管半导体三极管用用BJT(Bipolar Junction Transistor)来表示。来表示。（一）（一） 晶体管的结构和类型晶体管的结构和类型晶体管晶体管 通过一定的工艺，将两个通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的结结合在一起的器件。器件。63（一）（一） 晶体管的结构和类型晶体管的结构和类型NNP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emitterbasecollectorNPN 型型P

32、PNEBCPNP 型型ECBECB符号符号三极管三极管三个区三个区两个结两个结三个极三个极发射区，基区，集电区发射区，基区，集电区发射结，集电结发射结，集电结发射极，基极，集电极发射极，基极，集电极64（一）（一） 晶体管的结构和类型晶体管的结构和类型分类：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： 低频管、高频管低频管、高频管按功率分：按功率分： 小功率管小功率管 1 W65（二）（二） 晶体管的电流分配和放大作用晶体管的电流分配和放大作用1. 三极管放大的条件三极管放大的条件内部条件内部条件发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓

33、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条件外部条件发射结正偏（发射结正偏（P区接正，区接正，N区接负）区接负）集电结反偏（集电结反偏（P区接负，区接负，N区接正）区接正）NNP662. 满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路共基极：共基极：在基极与发射极之间接正向电压，在基极与发射极之间接正向电压，基极与集电极之间接反向电压，基极与集电极之间接反向电压，即以基极为公共端。即以基极为公共端。共发射极：共发射极：在基极与发射极之间接正向电压，在基极与发射极之间接正向电压，集电极与发射极之间接一更大的集电极与发射极之间接一更大的正向电压，使正向电压，使uCEuBE

34、，这样，这样uBC1V的所有输入特性曲线。的所有输入特性曲线。导通电压导通电压 UBE( (on) )硅管：硅管： (0.6 0.8) V锗管：锗管： (0.2 0.3) V取取 0.7 V取取 0.2 V75二、共射极输出特性二、共射极输出特性常数常数 B)(CECiufiiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321截止区：截止区： IB 0 IC ICEO 0条件：两个结反偏条件：两个结反偏截止区截止区ICEO76二、共射极输出特性二、共射极输出特性常数常数 B)(CECiufiiC / mAuCE /V50 A40 A30 A

35、20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321截止区截止区ICEO放大区放大区2. 放大区：放大区：CEOBCIII 条件：发射结正偏条件：发射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点：特点： 水平、等间隔水平、等间隔77二、共射极输出特性二、共射极输出特性常数常数 B)(CECiufiiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321截止区截止区ICEO放大区放大区饱饱和和区区3. 饱和区：饱和区：uCE u BEuBC = uCE u BE 0条件：两个结正偏条件：两个结正偏特点：特点：IC IB临界饱和时临界饱和时: uCE =

36、uBE饱和压降：饱和压降：0.3 V ( (硅管硅管) )UCE( (SAT) )= =0.1 V ( (锗管锗管) )78三、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，输入特性曲线向左移。温度升高，输入特性曲线向左移。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。BEuBiOT2 T179三、温度对特性曲线的影响三、温度对特性曲线的影响2. 温度升高，输出特性曲线向上移。温度升高，输出特性曲线向上移。iCuCE T1iB = 0T2 iB = 0iB = 0温度每升高温度每升高 1 C， (0

37、.5 1)%。输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。O80参数的作用：参数的作用：1. 表示晶体管的各种性能的指标表示晶体管的各种性能的指标2. 评价晶体管的优劣和选用晶体管的依据评价晶体管的优劣和选用晶体管的依据3. 设计计算和调整晶体管电路时不可缺少的根据设计计算和调整晶体管电路时不可缺少的根据8182A1030A1045. 263 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 直流电流放大系数直流电流放大系数BCCBOBCBOCBNCNIIIIIIII iC / mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8

38、4321Q 表示静态（无输入信号）时的表示静态（无输入信号）时的电流放大系数。即集电极电压电流放大系数。即集电极电压UCE一定时，集电极电流和基极电流一定时，集电极电流和基极电流之间的关系。之间的关系。8280108 . 0A10)2030(A10)65. 145. 2(63 Bii C 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 交流电流放大系数交流电流放大系数iC / mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321Q 表示动态（有输入信号）时的表示动态（有输入信号）时的电流放大系数。即集电极电流的电流放大系

39、数。即集电极电流的变化量与相应的基极电流变化量变化量与相应的基极电流变化量之比。之比。 在常用工作范围内，在常用工作范围内，一般均用一般均用 表示表示 83Bii C 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 / mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321晶体管工作在放大区晶体管工作在放大区使用时，使用时， 只适用于指定工作点附件，只适用于指定工作点附件，特性曲线较为均匀的范围。特性曲线较为均匀的范围。 变大，即间距变大。变大，即间距变大。 晶体管工作在饱和区晶体管工作在饱和区Bii C 表示对电流的

40、发大作用表示对电流的发大作用84Eii C一、电流放大系数一、电流放大系数2. 共基极电流放大系数共基极电流放大系数 直流电流放大系数直流电流放大系数ECECBOCIIIII 交流电流放大系数交流电流放大系数在常用工作范围内，在常用工作范围内，一般均用一般均用 表示表示11BCCECIIIII1185二、极限参数二、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。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 uCEiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 区区86U( (BR) )CBO

41、 发射极开路时发射极开路时 C、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。3. U( (BR) )CEO 基极开路时基极开路时 C、E 极极间反向击穿电压。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 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U( (BR) )CBO U( (BR) )CEO U( (BR) )EBO已知已知:ICM = 20 mA, PCM = 100 mW，U(BR)CEO = 20 V，当当 UCE = 10 V 时，时，IC mA当当 UCE = 1 V，则，则 IC mA当当 IC = 2 mA，则，则 UCE UT时，沟道宽度受时，沟道宽

42、度受uDS的影响很的影响很小，沟道电阻近似不变，小，沟道电阻近似不变，iD随随uDS的增加呈线性增加。的增加呈线性增加。 当当uDS增大到使增大到使uGD=UT时，在靠近漏极处，沟道开始消失，称为时，在靠近漏极处，沟道开始消失，称为预夹断预夹断。 继续增大继续增大uDS，则，则uGDUT，uDS很小，很小，uGDUT的情况。的情况。（1） 可变电阻区可变电阻区iD = f(uDS) | uGS =常数常数特点：特点：1. 若若uGS不变，沟道电阻不变，沟道电阻rDS不变，不变，iD随随uDS的增大而线性上升。的增大而线性上升。2. 若若uGS变大，沟道电阻变大，沟道电阻rDS变小，变小，看作由

43、电压看作由电压uGS控制的可变电阻。控制的可变电阻。97二、增强型二、增强型 N 沟道沟道 MOSFET的特性曲线的特性曲线区区对应预夹断后，对应预夹断后，uGSUT，uDS很大，很大，uGDUT )K为常数，由管子的结构确定。为常数，由管子的结构确定。99三、增强型三、增强型 N 沟道沟道 MOSFET的主要参数的主要参数1. 直流参数直流参数(1) 开启电压开启电压UT(2) 直流输入电阻直流输入电阻RGS在衬底表面感生出导电沟道所需的栅源电压。在衬底表面感生出导电沟道所需的栅源电压。在在uDS=0的条件下，栅极与源极之间加一定直流电压时，的条件下，栅极与源极之间加一定直流电压时，栅源极间

44、的直流电阻。栅源极间的直流电阻。RGS的值很大，一般大于的值很大，一般大于109。1002. 交流参数交流参数(1) 跨导跨导gm(2) 极间电容极间电容定义：当定义：当uDS一定时，漏极电流变化量与引起这一变化的栅源电压一定时，漏极电流变化量与引起这一变化的栅源电压变化量之比，即变化量之比，即栅、源极间电容栅、源极间电容Cgs和栅、漏极间电容和栅、漏极间电容Cgd，它影响高频性能的交流参，它影响高频性能的交流参数，应越小越好。数，应越小越好。gm = iD / uGS| uDS =常数常数gm相当于转移特性的斜率，反映了场效应管的放大能力。它可以相当于转移特性的斜率，反映了场效应管的放大能力

45、。它可以从输出特性上求出，或根据转移特性的表达式求导数得到。从输出特性上求出，或根据转移特性的表达式求导数得到。1013. 极限参数极限参数(1) 漏极最大允许电流漏极最大允许电流IDM(2) 漏极最大耗散功率漏极最大耗散功率PDM是指场效应管工作时，允许的最大漏极电流。是指场效应管工作时，允许的最大漏极电流。是指管子允许的最大耗散功率，相是指管子允许的最大耗散功率，相当于双极型晶体管的当于双极型晶体管的PCM。在输出特性上画出临界最大功耗线。在输出特性上画出临界最大功耗线。1023. 极限参数极限参数(3)栅源极间击穿电压栅源极间击穿电压U(BR)GS(4) 漏源极间击穿电压漏源极间击穿电压

46、U(BR)DS是指在是指在uDS=0时，栅源极间绝缘层发生击穿，产生很大的短路电流时，栅源极间绝缘层发生击穿，产生很大的短路电流所需的所需的uGS值。击穿将会损坏管子。值。击穿将会损坏管子。是指在是指在uDS增大时，使增大时，使iD开始急剧增开始急剧增加的加的uDS值。值。此时不仅产生沟道中的电子参与此时不仅产生沟道中的电子参与导电，空间电荷区也发生击穿，导电，空间电荷区也发生击穿，使电流增大。使电流增大。103四、耗尽型四、耗尽型 N 沟道沟道 MOSFET1. 工作原理工作原理SGDBSiO2绝缘层中掺入大量的正离子。绝缘层中掺入大量的正离子。 在在uGS=0时，时，P衬底表面已经出现反型

47、层，衬底表面已经出现反型层，存在导电沟道。存在导电沟道。 在在uGS0时，感生沟道加宽，时，感生沟道加宽，iD增大。增大。 在在uGS0，则两个，则两个PN结是正向偏置，将会产生结是正向偏置，将会产生很大的栅极电流，有可能损坏管子。很大的栅极电流，有可能损坏管子。111场效应管场效应管中导电过程是多数载流子的漂移运动，故称为单极中导电过程是多数载流子的漂移运动，故称为单极性晶体管；性晶体管； 双极型晶体管双极型晶体管中既有多子的扩散运动又有少子的漂移运动。中既有多子的扩散运动又有少子的漂移运动。场效应管与双极型晶体管相比场效应管与双极型晶体管相比:场效应管场效应管是通过栅极电压是通过栅极电压u

48、GS来控制漏极电流来控制漏极电流iD，称为电压控，称为电压控制器件；制器件； 双极型晶体管双极型晶体管是利用基极电流是利用基极电流iB（或射极电流（或射极电流iE）来控制集电）来控制集电极电流极电流iC，称为电流控制器件。，称为电流控制器件。场效应管场效应管的输入电阻很大；的输入电阻很大； 双极型晶体管双极型晶体管的输入电阻较小。的输入电阻较小。1124. 场效应管场效应管的跨导的跨导gm的值较小；的值较小； 双极型晶体管双极型晶体管的的值很大。值很大。 在同等条件下，场效应管的放大能力不如晶体管高。在同等条件下，场效应管的放大能力不如晶体管高。场效应管与双极型晶体管相比场效应管与双极型晶体管

49、相比:5. 结型场效应管结型场效应管的漏极和源极可以互换使用，的漏极和源极可以互换使用，MOS管管如果衬底如果衬底没有和源极接在一起，也可以没有和源极接在一起，也可以d，s极互换使用；极互换使用； 双极型晶体管双极型晶体管的的c和和e极互换则称为倒置工作状态，此时极互换则称为倒置工作状态，此时将将变得非常小。变得非常小。6. 场效应管场效应管可作为压控电阻使用。可作为压控电阻使用。1137. 场效应管场效应管是依靠多子导电，因此具有较好的温度温度性、抗辐射是依靠多子导电，因此具有较好的温度温度性、抗辐射性和较低的噪声。性和较低的噪声。 双极型晶体管双极型晶体管的温度稳定性差，抗辐射及噪声能力也

50、较低。的温度稳定性差，抗辐射及噪声能力也较低。场效应管与双极型晶体管相比场效应管与双极型晶体管相比: 由图可见，不同温度下由图可见，不同温度下的转移特性的交点的转移特性的交点Q（即（即工作点）的工作点）的ID、UDS几乎几乎不受温度影响。不受温度影响。 场效应管还有一些缺点：如功率小，速度慢等。但由于场效应管还有一些缺点：如功率小，速度慢等。但由于它工艺简单，易于集成，故广泛应用于集成电路。它工艺简单，易于集成，故广泛应用于集成电路。114小小 结结第第 1 章章115一、两种半导体和两种载流子一、两种半导体和两种载流子两种载流两种载流子的运动子的运动电子电子 自由电子自由电子空穴空穴 价电子

51、价电子两两 种种半导体半导体N 型型 ( (多电子多电子) )P 型型 ( (多空穴多空穴) )二极管二极管单向单向正向电阻小正向电阻小( (理想为理想为 0) )，反向电阻大反向电阻大( ( ) )。)1e (DSD TUuIi)1e ( , 0DSDD TUuIiu0 , 0SDIIu116正向正向 最大平均电流最大平均电流 IF反向反向 最大反向工作电压最大反向工作电压 U(BR)( (超过则击穿超过则击穿) )反向饱和电流反向饱和电流 IR ( (IS) )( (受温度影响受温度影响) )iDO uDU (BR)I FURMIS1173. 二极管的等效模型二极管的等效模型理想模型理想模型 ( (大信号状态采用大信号状态采用) )uDiD正偏导通正偏导通 电压降为零电压降为零 相当于理想开关闭合相当于理想开关闭合反偏截止反偏截止 电流为零电流为零 相当于理想开关断开相当于理想开关断开恒压降模型恒压降模型UD(on)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UD(on) = (0.6 0.8) V估算时取估算时取 0.7 V硅管：硅管：锗管：锗管：(0.1 0.3) V0.2 V折线近似模型折线近似模型相当于有内阻的恒压源相当