模拟电子技术第五版第一章

1、模拟电子技术基础 海南大学 张课程考核方式：平时考核占课程总成绩30，期末命题考试占课程总成绩70 平 时 考 核：考勤（5分），作业（10分），期中考试（15分） 参考书：模拟电子技术基础解题指南模拟电子技术基础解题指南 ，唐竞新，清华线性电子线路线性电子线路戴蓓蒨，科大第0章 导言一、模电的地位一、模电的地位二、模拟信号与模拟电路二、模拟信号与模拟电路三、电子信息系统的组成三、电子信息系统的组成四、课程的目的四、课程的目的模拟信号与模拟电路2. 2. 模拟电路模拟电路 模拟电路是对模拟信号进行处理的电路。模拟电路是对模拟信号进行处理的电路。 最基本的处理是对信号的

2、放大，有功能和性能各异最基本的处理是对信号的放大，有功能和性能各异的放的放大电路。其它模拟电路多以放大电路为基础。大电路。其它模拟电路多以放大电路为基础。电子信息系统的组成模拟电路的基本功能 放大电路：电压/电流、功率 滤波电路：低通、高通、带通、陷波 运算电路：加减乘除、积分微分、选通 信号转换电路：直流-交流、电压/电流-频率/占空比、频率-占空比 信号发生电路：正弦波、矩形波、三角波、锯齿波 直流电源：DC-DC、AC-DC电路设计的四个原则 可靠性 可测性 电磁兼容性 低功耗课程目的第1章 常用半导体器件 PN结 二极管 三极管 场效应管本征半导体 导体铁、铝、铜等金属元素等低价元素，

3、其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。 半导体硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。本征半导体的结构掺杂半导体几个常用公式222iiiiDDpnnnnPnNN3221GOEkTiinpK T ePN结的形成PN结的单向导电性PN结加正向电压导通：耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。 PN结加反向电压截止：耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂

4、移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。PN结的电容效应1. 势垒电容PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。2. 扩散电容PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。二极管的伏安特性二极管伏安特性曲线反映的特征T（）在电流不变情况下管压降u反向饱和电流IS，U(BR) T（）正向特性左移，反向特性下移二极管的等效电路26300300(1)(1)(1)|1126|(1)TVqVVUkTmVsssKdQKqVqVqV

5、kTkTkTsssiI eI eI edVmVrdIqd I eI eI ekTdV30.42002 102626132QDQdQVRImVmVrImA二极管微变等效电路Q越高，rd越小。图解二极管模型V与uD可比，则需图解：二极管应用举例一二极管应用举例一稳压管若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会因功耗过若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电流的限流电阻！大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电流的限流电阻！稳压管稳压原理1.3 晶体三极管 一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性

6、和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数 六、光电三极管 七、晶阀管一、晶体管的结构和符号NPN型晶体管ecb符号符号集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 eNNPPNP型晶体管集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c发射极发射极 e基极基极 bcbe符号符号NNPPN二、晶体管的放大原理三极管内部结构要求：三极管内部结构要求：NNPebcN N NP P P1. 发射区高掺杂。发射区高掺杂。2. 基区做得很薄基区做得很薄。通常只有。通常只有几微米到几十微米，而且几微米到几十微米，而且掺杂较

7、掺杂较少少。三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使：外加电源的极性应使发射发射结处于正向偏置结处于正向偏置状态，而状态，而集电结处于反向偏置集电结处于反向偏置状态。状态。3. 集电结面积大。集电结面积大。 扩散运动形成发射极电流扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电，漂移运动形成集电极电流流IC。 becRcRb晶体管内部载流子的运动晶体管内部载流子的运动I EIB1. 发射结加正向电压，扩散发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流运动形成发射极电流发射区的电子越过发射结扩散发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的

8、空穴扩散到发到基区，基区的空穴扩散到发射区射区形成发射极电流形成发射极电流 IE ( (基基区多子数目较少，空穴电流可区多子数目较少，空穴电流可忽略忽略) )。2. 扩散到基区的自由电子与扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极空穴的复合运动形成基极电流电流电子到达基区，少数与空穴复电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流合形成基极电流 Ibn，复合掉的复合掉的空穴由空穴由 VBB 补充补充。多数电子在基区继续扩散，到达多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。集电结的一侧。晶体管内部载流子的运动晶体管内部载流子的运动becI EI BRcRb3.集电结加反向电压，漂移集电结加反向电压，漂

9、移运动形成集电极电流运动形成集电极电流Ic 集电结反偏，有利于收集基区集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极扩散过来的电子而形成集电极电流电流 Icn。其能量来自外接电源其能量来自外接电源 VCC 。I C另外，集电区和基区的少另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成行漂移运动而形成反向反向饱饱和电流和电流，用用ICBO表示表示。ICBO晶体管内部载流子的运动晶体管内部载流子的运动beceRcRb二、晶体管的电流分配关系二、晶体管的电流分配关系IEpICBOIEICIBIEnIBnICn图图1.3.4晶体管内部载流子的运动与外部电流晶体管

10、内部载流子的运动与外部电流IE扩散运动形成的电流IB复合运动形成的电流IC漂移运动形成的电流IEENEPCNBNEPCCNCBOBBNEPCBOBCBOECBIIIIIIIIIIIIIIIII三、晶体管的共射电流放大系数三、晶体管的共射电流放大系数CC B OBC B OC NBIIIIIICEOBCBOBC)1 ( IIIII整理可得：整理可得：ICBO 称反向饱和电流称反向饱和电流ICEO 称穿透电流称穿透电流1、共射直流电流放大系数、共射直流电流放大系数BCIIBEI1I）（VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共发射极接法共发射极接法直流参数直流参数 与交流参数与交流参数 、 的含

11、义是不同的，的含义是不同的，但是，对于大多数三极管来说，直流和交流的数值却差但是，对于大多数三极管来说，直流和交流的数值却差别不大，计算中，可不将它们严格区分。别不大，计算中，可不将它们严格区分。 、2、共射交流电流放大系数、共射交流电流放大系数BCII 3、共基直流电流放大系数、共基直流电流放大系数ECnII CBOECBOCnCIIIII 11或或4、共基交流电流放大系数、共基交流电流放大系数ECii5. 的关系的关系ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基极接法共基极接法三、晶体管的共射输入特性和输出特性uCE = 0VuBE /V iB=f(uBE) UCE=const(2) 当当

12、uCE1V时，时， uCB= uCE - - uBE0，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，在同样的集电子，基区复合减少，在同样的uBE下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。(1) 当当uCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1. 输入特性曲线输入特性曲线uCE = 0VuCE 1VuBE /V+-bce共射极放大电路UBBUCCuBEiCiB+-uCEiC=f(uCE) IB=const2 2、输出特性曲线、输出特性曲线+-bce共射极放大电路UBBUCCuBEiCiB+-uCE输出特性曲线

13、的三个区域输出特性曲线的三个区域:放大区：放大区： 条件：条件：发射结正偏，集电发射结正偏，集电结反偏结反偏 特点特点：iC的大小不受的大小不受uCE的的影响，只受影响，只受 IB的控制。的控制。 如何根据曲线获得如何根据曲线获得 值值输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域:截止区：截止区： 条件：条件：发射结反偏（不导发射结反偏（不导通），集电结反偏通），集电结反偏 特点特点： iC 电流趋近于电流趋近于0。 等效模型等效模型：相当于开关断相当于开关断开开输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域:饱和区：饱和区： 条件：条件：发射结正偏，集电发射结正偏，集电结正偏结正偏 特点特点：

14、 iB 、iC 大到一定数大到一定数值后三极管进入该区域，值后三极管进入该区域，UCE电压的数值较小电压的数值较小。 等效模型等效模型讨论 为什么UCE 增大曲线右移？ 为什么UCE增大到一定值曲线右移就不明显了？ 为什么uCE 较小时iC 随uCE 变化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？五温度对晶体管特性及参数的影响五温度对晶体管特性及参数的影响1、温度对、温度对ICBO的影响的影响温度每升高温度每升高100C ， ICBO增加约一倍。增加约一倍。反之，当温度降低时反之，当温度降低时ICBO减少。减少。硅管的硅管的ICBO比锗管的小得多。比锗管的小得多。2、温度对输入特性的影响

15、、温度对输入特性的影响温度升高时正向特性左移，温度升高时正向特性左移，反之右移反之右移60402000.4 0.8I / mAU / V温度对输入特性的影响温度对输入特性的影响2006003、温度对输出特性的影响、温度对输出特性的影响温度升高将导致温度升高将导致 IC 增大增大iCuCEOiB200600温度对输出特性的影响温度对输出特性的影响例例1某放大电路中某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。三个电极的电流如图所示。 IA-2mA,IB-0.04mA,IC+2.04mA,试判断管脚、管型。试判断管脚、管型。解：电流判断法。解：电流判断法。电流的正方向和电流的正方向和KCL。IE=IB

16、+ ICABC IAIBICC为发射极为发射极B为基极为基极A为集电极。为集电极。管型为管型为NPN管。管。原则：先求原则：先求UBE，若等于，若等于0.6-0.7V，为硅管；若等于，为硅管；若等于0.2-0.3V，为锗管。，为锗管。发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。 NPN管管UBE0， UBC0，即即。 PNP管管UBE0， UBC0，即即。复习复习1.BJT放大电路三个放大电路三个 电流关系电流关系 ？IE =IC+IBBCIIBEI1I）（2.BJT的输入、输出特性曲线？的输入、输出特性曲线？uCE = 0VuCE 1VuBE /V3.BJT工作状态如何判断？工作状态如何

17、判断？1.4场效应三极管场效应三极管场效应管：场效应管：一种载流子参与导电，利用输入回路的电场一种载流子参与导电，利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的三极管，又称效应来控制输出回路电流的三极管，又称单极型三极管。单极型三极管。场效应管分类场效应管分类结型场效应管结型场效应管绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管特点特点单极型器件单极型器件( (一种载流子导电一种载流子导电) )； 电压控制型器件；电压控制型器件；重量轻、体积小、寿命长等优点。重量轻、体积小、寿命长等优点。 输入电阻高；输入电阻高；噪声噪声 较大较大 较小较小温度特性温度特性 受温度影响较大受温度影响较大 较小，可有零温较小，可有零

18、温度系数点度系数点输入电阻输入电阻 几十到几千欧姆几十到几千欧姆 几兆欧姆以上几兆欧姆以上静电影响静电影响 不受静电影响不受静电影响 易受静电影响易受静电影响晶体管晶体管场效应管场效应管N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)场效应管场效应管分类：分类：DSGN符符号号1.4.1结型场效应管结型场效应管Junction Field Effect Transistor结构结构图图 1.4.1N 沟道结型场效应管结构图沟道结型场效应管结构图N型型沟沟道道N

19、型硅棒型硅棒栅极栅极源极源极漏极漏极P+P+P 型区型区耗尽层耗尽层( (PN 结结) )在漏极和源极之间加在漏极和源极之间加上一个正向电压，上一个正向电压，N 型半型半导体中多数载流子导体中多数载流子电子电子可可以导电。以导电。导电沟道是导电沟道是 N 型的，型的，称称 N 沟道结型场效应管沟道结型场效应管。P 沟道场效应管沟道场效应管P 沟道结型场效应管结构图沟道结型场效应管结构图N+N+P型型沟沟道道GSD P 沟道场效应管是在沟道场效应管是在 P 型硅棒的两侧做成高掺型硅棒的两侧做成高掺杂的杂的 N 型区型区( (N+) )，导电沟导电沟道为道为 P 型型，多数载流子为，多数载流子为空

20、穴。空穴。符号符号GDS一、结型场效应管工作原理一、结型场效应管工作原理 N 沟道结型场效应管沟道结型场效应管用改变用改变 UGS 大小来控制漏极电大小来控制漏极电流流 ID 的。的。(VCCS)GDSNN型型沟沟道道栅极栅极源极源极漏极漏极P+P+耗尽层耗尽层*在栅极和源极之间在栅极和源极之间加反向电压，耗尽层会变加反向电压，耗尽层会变宽，导电沟道宽度减小，宽，导电沟道宽度减小，使沟道本身的电阻值增大，使沟道本身的电阻值增大，漏极电流漏极电流 ID 减小，反之，减小，反之，漏极漏极 ID 电流将增加。电流将增加。 *耗尽层的宽度改变耗尽层的宽度改变主要在沟道区。主要在沟道区。1. 当当UDS

21、 = 0 时时， uGS 对导电沟道的控制作用对导电沟道的控制作用ID = 0GDSN型型沟沟道道P+P+ ( (a) ) UGS = 0UGS = 0 时，耗尽时，耗尽层比较窄，导电沟层比较窄，导电沟比较宽比较宽UGS 由零逐渐减小，耗尽由零逐渐减小，耗尽层逐渐加宽，导电沟相层逐渐加宽，导电沟相应变窄。应变窄。当当 UGS = UGS（Off)，耗尽层，耗尽层合拢，导电沟被夹断合拢，导电沟被夹断.ID = 0GDSP+P+N型型沟沟道道( (b) ) UGS(off) UGS UGS（Off) ，iD 较大较大。GDSP+NiSiDP+P+VDDVGG uGS UGS（Off) ，iD 更小

22、。更小。GDSNiSiDP+P+VDD注意：当注意：当 uDS 0 时，耗尽层呈现楔形。时，耗尽层呈现楔形。( (a) )( (b) )uGD uGS uDS GDSP+NiSiDP+P+VDDVGGuGS 0,uGD = UGS(off), ,沟道变窄预夹断沟道变窄预夹断 uGS 0 ,uGD uGS(off),夹断，夹断，iD几乎不变几乎不变( (1) ) 改变改变 uGS ，改变了改变了 PN 结中电场，控制了结中电场，控制了 iD ，故称场效应管；，故称场效应管； ( (2) )结型场效应管栅源之间加反向偏置电压，使结型场效应管栅源之间加反向偏置电压，使 PN 反偏，栅极反偏，栅极基本

23、不取电流，因此，场效应管输入电阻很高。基本不取电流，因此，场效应管输入电阻很高。( (c) )( (d) )NGSD- + + VGGP+P+VDD+- -A3.当当uGD uGS(off),时，时， , uGS 对漏极电流对漏极电流iD的控制作用的控制作用场效应管用场效应管用低频跨导低频跨导gm的大小描述栅源电压对漏极的大小描述栅源电压对漏极电流的控制作用。电流的控制作用。场效应管为电压控制元件场效应管为电压控制元件(VCCS)。uGD uGS uDS uGS(off)情况下情况下, 即当即当uDS uGS -uGS(off) 对应于不同的对应于不同的uGS ，d-s间等效成不同阻值的间等效

24、成不同阻值的电阻。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uGD uGS(off)时，时， iD几乎仅仅决定于几乎仅仅决定于uGS ，而与而与uDS 无关。此时，无关。此时， 可以把可以把iD近似看成近似看成uGS控制的电控制的电流源。流源。二、结型场效应管的特性曲线二、结型场效应管的特性曲线1. 输出特性曲线输出特性曲线当栅源之间的电压当栅源之间的电压 UGS 不变时，漏极电流不变时，漏极电流 iD 与漏源与漏源之间电压之间电压 uDS 的关系，即的关系，即常数GS)(DSDUufiIDSS/VPGSDSUUU iD/mAuDS

25、 /VOUGS = 0V- -1 - -2 - -3 - -4 - -5 - -6 - -7 V8P U预夹断轨迹预夹断轨迹恒流区恒流区 可变可变电阻区电阻区漏极特性也有三个区：漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和夹断区。可变电阻区、恒流区和夹断区。图图 1.4.5( (b) )漏极特性漏极特性输出特性输出特性（漏极特性）漏极特性）曲线曲线夹断区夹断区UDSiDVDDVGGDSGV V uGS图图 1.4.5(a)特性曲线测试电路特性曲线测试电路 mA击穿区击穿区2. 转移特性转移特性( (N 沟道结型场效应管为例沟道结型场效应管为例) )常数DS)(GSDUufiO uGSiDIDSSU

26、GS(off)图图 1.4.6转移特性转移特性uGS = 0 ，iD 最大；最大；uGS 愈负，愈负，iD 愈小；愈小；uGS = UGS(off) ，iD 0。两个重要参数两个重要参数饱和漏极电流饱和漏极电流 IDSS( (UGS = 0 时的时的 ID) )夹断电压夹断电压 UGS(off) ( (ID = 0 时的时的 UGS) )UDSiDVDDVGGDSGV V uGS特性曲线测试电路特性曲线测试电路 mA 转移特性转移特性O uGS/VID/mAIDSSUP图图 1.4.6转移特性转移特性 结型场效应管转移特性曲结型场效应管转移特性曲线的近似公式：线的近似公式：)0( )1 (GS

27、GS(off)2GS(off)GSDSSDuUUuIi结型结型P 沟道的特性曲线沟道的特性曲线SGD转移特性曲线转移特性曲线iDUGS（Off）IDSSOuGS输出特性曲线输出特性曲线iDUGS= 0V uDS o o栅源加正偏电压，栅源加正偏电压，(PN结反偏结反偏)漏源加反偏电压。漏源加反偏电压。1.4.2绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 MOSFETMOSFETMetal-Oxide Semiconductor Field Effect TransistorMetal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 由金属、氧化物和半导体制成。称为

28、由金属、氧化物和半导体制成。称为金属金属-氧化物氧化物-半半导体场效应管导体场效应管，或简称，或简称 MOS 场效应管场效应管。特点：输入电阻可达特点：输入电阻可达 1010 以上。以上。类型类型N 沟道沟道P 沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型增强型增强型耗尽型耗尽型UGS = 0 时漏源间存在导电沟道称时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管；耗尽型场效应管；UGS = 0 时漏源间不存在导电沟道称时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。增强型场效应管。一、一、N 沟道增强型沟道增强型 MOS 场效应管场效应管 结构结构P 型衬底型衬底N+N+BGSDSiO2源极源极 S漏极漏极 D衬底引线衬底

29、引线 B栅极栅极 G图图 1.4.7N 沟道增强型沟道增强型MOS 场效应管的结构示意图场效应管的结构示意图SGDB1. 工作原理工作原理 绝缘栅场效应管利用绝缘栅场效应管利用 UGS 来控制来控制“感应电荷感应电荷”的多的多少，改变由这些少，改变由这些“感应电荷感应电荷”形成的导电沟道的状况，形成的导电沟道的状况，以控制漏极电流以控制漏极电流 ID。2.工作原理分析工作原理分析( (1) )UGS = 0 漏源之间相当于两个背靠漏源之间相当于两个背靠背的背的 PN 结，无论漏源之间加何结，无论漏源之间加何种极性电压，种极性电压，总是不导电总是不导电。SBD( (2) ) UDS = 0，0

30、UGS UT) )导电沟道呈现一个楔形。导电沟道呈现一个楔形。漏极形成电流漏极形成电流 ID 。b. UDS= UGS UT， UGD = UT靠近漏极沟道达到临界开靠近漏极沟道达到临界开启程度，出现预夹断。启程度，出现预夹断。c. UDS UGS UT， UGD UT由于夹断区的沟道电阻很大，由于夹断区的沟道电阻很大，UDS 逐渐增大时，导电逐渐增大时，导电沟道两端电压基本不变，沟道两端电压基本不变， iD因而基本不变。因而基本不变。a. UDS UTP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP 型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区夹断

31、区DP型衬底型衬底N+N+BGSVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区夹断区图图 1.4.9UDS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响( (a) ) UGD UT( (b) ) UGD = UT( (c) ) UGD UGS UT时，对应于不同的时，对应于不同的uGS就有一个确定的就有一个确定的iD 。此时，此时， 可以把可以把iD近似看成是近似看成是uGS控制的电流源。控制的电流源。3. 特性曲线与电流方程特性曲线与电流方程( (a) )转移特性转移特性( (b) )输出特性输出特性UGS UT 时时) )三个区：可变电阻区、三个

32、区：可变电阻区、恒流区恒流区( (或饱和区或饱和区) )、夹断、夹断区。区。UT 2UTIDOuGS /ViD /mAO图图 1.4.10 ( (a) )图图 1.4.10 ( (b) )iD/mAuDS /VOTGSUU 预夹断轨迹预夹断轨迹恒流区恒流区 可变可变电阻区电阻区夹断区。夹断区。UGS增加增加二、二、N 沟道耗尽型沟道耗尽型 MOS 场效应管场效应管P型衬底型衬底N+N+BGSD+制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子，制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子，这些正离子电场在这些正离子电场在 P 型衬底中型衬底中“感应感应”负电荷，形成负电荷，形成“反反型层型层”。即

33、使。即使 UGS = 0 也会形成也会形成 N 型导电沟道。型导电沟道。+UGS = 0，UDS 0，产生，产生较大的漏极电流；较大的漏极电流；UGS 0；UGS 正、负、正、负、零均可。零均可。iD/mAuGS /VOUP( (a) )转移特性转移特性IDSS耗尽型耗尽型 MOS MOS 管的符号管的符号SGDB( (b) )输出特性输出特性iD/mAuDS /VO+1VUGS=0 3 V 1 V 2 V432151015 20N 沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET三、三、P沟道沟道MOS管管1.P沟道增强型沟道增强型MOS管管的开启电压的开启电压UGS(th) 0当当UGS UGS(th)

34、，漏漏-源之间应加负电源电压源之间应加负电源电压管子才导通管子才导通,空穴导电空穴导电。2.P沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管的夹断电压的夹断电压UGS(off)0UGS 可在正、负值的一定范围内实现对可在正、负值的一定范围内实现对iD的控制的控制，漏漏-源之间应加负电源电压。源之间应加负电源电压。SGDBP沟道沟道SGDBP沟道沟道四、四、VMOS管管VMOSVMOS管漏区散热面积大，管漏区散热面积大，可制成大功率管。可制成大功率管。种种 类类符符 号号转移特性曲线转移特性曲线输出特性曲线输出特性曲线 结型结型N 沟道沟道耗耗尽尽型型 结型结型P 沟道沟道耗耗尽尽型型 绝缘绝缘栅型栅型 N 沟

35、道沟道增增强强型型SGDSGDiDUGS= 0V uDS o oSGDBuGSiDOUT各类场效应管的符号和特性曲线各类场效应管的符号和特性曲线+UGS = UTuDSiD+OiDUGS= 0V uDSOuGSiDUPIDSSOuGSiD /mAUPIDSSO种种 类类符符 号号转移特性曲线转移特性曲线输出特性曲线输出特性曲线绝缘绝缘栅型栅型N 沟道沟道耗耗尽尽型型绝缘绝缘栅型栅型P 沟道沟道增增强强型型耗耗尽尽型型IDSGDBUDSID_UGS=0+_OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_ _IDUGS=UTUDS_ _o o_ _UGS

36、= 0V _ _IDUDSo o 例例1.4.2电路如图电路如图1.4.14所示，其中管子所示，其中管子T的输出特性曲的输出特性曲线如图线如图1.4.15所示。试分析所示。试分析ui为为0V、8V和和10V三种情况下三种情况下uo分别为多少伏？分别为多少伏？ 图图1.4.14图图1.4.15分析：分析：N沟道增强型沟道增强型MOS管，开启电压管，开启电压UGS(th) 4V解解(1) ui为为0V ，即，即uGSui0，管子处于夹断状态，管子处于夹断状态所以所以u0 VDD 15V(2) uGSui8V时，时，从输出特性曲线可知，管子工作从输出特性曲线可知，管子工作 在恒流区，在恒流区， iD

37、 1mA， u0 uDS VDD - iD RD 10V(3) uGSui10V时，时，若工作在恒流区，若工作在恒流区， iD 2.2mA。因而。因而u0 15- 2.2*5 4V但是，但是， uGS 10V时的预夹断电压为时的预夹断电压为uDS= uGS UT=(10-4)V=6V可见，此时管子工作在可变电阻区可见，此时管子工作在可变电阻区从输出特性曲线可得从输出特性曲线可得uGS 10V时时d-s之间的等效电阻之间的等效电阻(D在可变电阻区，任选一点，如图在可变电阻区，任选一点，如图)KiuRDdsds3)1013(3所以输出电压为所以输出电压为VVRRRuDDddsds6 . 50例例1

38、.4.3晶体管晶体管场效应管场效应管结构结构NPN型、型、PNP型型结型耗尽型结型耗尽型 N沟道沟道 P沟道沟道绝缘栅增强型绝缘栅增强型 N沟道沟道 P沟道沟道绝缘栅耗尽型绝缘栅耗尽型 N沟道沟道 P沟道沟道C与与E一般不可倒置使用一般不可倒置使用D与与S有的型号可倒置使用有的型号可倒置使用载流子载流子 多子扩散少子漂移多子扩散少子漂移 多子运动多子运动输入量输入量 电流输入电流输入 电压输入电压输入控制控制电流控制电流源电流控制电流源CCCS()电压控制电流源电压控制电流源VCCS(gm)1.4.4 1.4.4 场效应管与晶体管的比较场效应管与晶体管的比较小小 结结第第 1 章章一、两种半导

39、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空穴空穴两两 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 , 0SD IIu2ipnn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) )ISiDO

40、 uDU (BR)I FURM3. 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

41、模型相当于有内阻的恒压源相当于有内阻的恒压源 UD(on)三、两种半导体放大器件三、两种半导体放大器件双极型半导体三极管双极型半导体三极管( (晶体三极管晶体三极管 BJT) )单极型半导体三极管单极型半导体三极管( (场效应管场效应管 FET) )两种载流子导电两种载流子导电多数载流子导电多数载流子导电晶体三极管晶体三极管1. 形式与结构形式与结构NPNPNP三区、三极、两结三区、三极、两结2. 特点特点基极电流控制集电极电流并实现基极电流控制集电极电流并实现放大放大放放大大条条件件内因：发射区载流子浓度高、内因：发射区载流子浓度高、 基区薄、集电区面积大基区薄、集电区面积大外因：外因：发射

42、结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏3. 电流关系电流关系IE = IC + IBIC = IB + ICEO IE = (1 + ) IB + ICEOIE = IC + IBIC = IB IE = (1 + ) IB 4. 特性特性iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321O0.4 0.8iB / AuBE / V60402080死区电压死区电压( (Uth) )：0.5 V ( (硅管硅管) ) 0.1 V ( (锗管锗管) )工作电压工作电压( (UBE(on) ) ) ：0.6 0.8 V 取取 0.7 V ( (硅管硅管) ) 0.2 0.3 V 取取 0.3 V ( (锗管锗管) )饱饱和和区区截止区截止区iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321放大区放大区饱饱和和区区截止区截止区放大区特点：放大区特点：1) )iB 决定决定