模拟电路：第一章 常用半导体元件_简版

1、University of Electronic Science and Technology of China常用半导体器件模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组第一章第一章 常用半导体器件常用半导体器件1. 半导体二极管半导体二极管2. 场效应晶体管（场效应晶体管（FET）3. 双极型晶体管（双极型晶体管（BJT）1模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组1.1. 半导体二极管半导体二极管1.1二极管的基本特性二极管的基本特性1.2二极管的主要参数二极管的主要参数1.3二极管的低频等效模型二极管的低频等效模型1.4稳压二极管稳压二极管2模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组根据所用的半导体，有根据

2、所用的半导体，有Si管、管、Ge管和其它材料的二极管。管和其它材料的二极管。用半导体材料制成用半导体材料制成PN结，引出两个电极并加以封装，就构成了二极管。结，引出两个电极并加以封装，就构成了二极管。1.11.1 二极管的基本特性二极管的基本特性 什么是半导体二极管什么是半导体二极管半导体二极管是用半导体材料制成的电子元器件中的一个大类。半导体二极管是用半导体材料制成的电子元器件中的一个大类。小功率小功率二极管二极管大功率大功率二极管二极管稳压稳压二极管二极管发光发光二极管二极管什么是半导体？什么是半导体？什么是什么是PN结？结？3模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组1.11.1 二极管的基本

3、特性二极管的基本特性 初识半导体二极管初识半导体二极管在大多数情况下，可以将半导体二极管看成非线性电阻。在大多数情况下，可以将半导体二极管看成非线性电阻。4半导体二极管最主要的特性是：半导体二极管最主要的特性是：单向导电单向导电模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组1.11.1 二极管的基本特性二极管的基本特性 半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性5我们以我们以1N4001型型Si半导体二极管为例，测试研究其伏安特性。半导体二极管为例，测试研究其伏安特性。正向正向特性测试数据正向正向特性测试电路mAVERDD为被测二极管R为限流电阻uDiD0.000V0.000A0.100V0.189A

4、0.200V1.496A0.300V10.527A0.400V72.940A0.500V504.126A0.535V1.000mA0.571V2.000mA0.592V3.000mA0.600V3.476mA0.700V23.625mA0.800V147.375mA0.900V663.944mA1.000V1.796A正向正向特性曲线电阻性元件的电流与端电压间的关系称为伏安特性。电阻性元件的电流与端电压间的关系称为伏安特性。UON 称为开启电压称为开启电压( )ig u模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组1.11.1 二极管的基本特性二极管的基本特性 半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特

5、性6反向反向特性测试数据反向反向特性测试电路D为被测二极管R为限流电阻AVERDuDiD0.000V0.000A-0.0625V-0.022A-0.125V-0.029A-0.250V-0.032A-0.500V-0.032A-1.000V-0.033A-2.000V-0.034A-4.000V-0.036A-8.000V-0.040A-16.000V-0.048A-32.000V-0.064A-50.000V-0.082A-52.907V-1.000A-53.027V -100.000A-53.147V-10.000mA反向反向特性曲线我们以我们以1N4001型型Si半导体二极管为例，测试研

6、究其伏安特性。半导体二极管为例，测试研究其伏安特性。电阻性元件的电流与端电压间的关系称为伏安特性。电阻性元件的电流与端电压间的关系称为伏安特性。IS 称为反向饱和电流称为反向饱和电流U(BR)称为击穿电压称为击穿电压( )ig u模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组1.11.1 二极管的基本特性二极管的基本特性 半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性7完整的伏安特性曲线如图，包括导通区、截止区和击穿区。完整的伏安特性曲线如图，包括导通区、截止区和击穿区。材料材料开启电压开启电压导通电压导通电压反向饱和电流反向饱和电流硅硅Si0.5V0.50.8V1A以下锗锗Ge0.1V0.10.3V几十

7、A模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组半导体具有热敏性。因此，半导体材料制成的二极管的特性会受到温度的影响。T（） 在电流在电流i不变情况下管压降不变情况下管压降u 反向饱和电流反向饱和电流IS，U(BR) T（） 正向特性左移正向特性左移，反向特性下移，反向特性下移1.11.1 二极管的基本特性二极管的基本特性 半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性8TeSTUuIiUu，则若正向电压) 1e (TSUuIi正向特性为指数曲线反向特性为横轴的平行线STIiUu，则若反向电压UT 是温度的电压当量，是温度的电压当量，常温下约为常温下约为26mV。u伏安特性受温度影响伏安特性受温度影响增大

8、1倍/10二极管最主要的特性：二极管最主要的特性：单向导电单向导电模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组二极管与所有半导体元器件一样，都有二极管与所有半导体元器件一样，都有最高工作频率最高工作频率限制！限制！利用利用PN结的电容效应，可以制成变容二极管。结的电容效应，可以制成变容二极管。1.11.1 二极管的基本特性二极管的基本特性 半导体二极管电容效应半导体二极管电容效应9PN结具有电容效应。结具有电容效应。半导体二极管由半导体二极管由PN结构成，当然也就有电容效应。结构成，当然也就有电容效应。为什么为什么PN结有电容效应？结有电容效应？immon( )sinu tUtUU假设 模拟电路基础课

9、程组模拟电路基础课程组1.21.2 二极管的主要参数二极管的主要参数 二极管的主要参数二极管的主要参数10最大整流电流最大整流电流IF：最大平均值最大反向工作电压最大反向工作电压UR：最大瞬时值反向电流反向电流 IR：即IS最高工作频率最高工作频率fM：因PN结有电容效应模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组1.31.3 二极管的低频等效模型二极管的低频等效模型 二极管的折线模型二极管的折线模型将伏安特性分段线性化将伏安特性分段线性化11理想理想二极管二极管近似分析近似分析中最常用中最常用理想开关理想开关导通时导通时 UD0截止时截止时IS0导通时导通时UDUon截止时截止时IS0导通时导通时i

10、与与u成线性关系成线性关系应根据不同情况选择不同的等效电路！应根据不同情况选择不同的等效电路！?100V？5V？1V？模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组1.31.3 二极管的低频等效模型二极管的低频等效模型12 二极管的折线模型二极管的折线模型将伏安特性分段线性化将伏安特性分段线性化应用举例应用举例：二极管电路直流分析：二极管电路直流分析右图电路中，假设二极管为Si管，已知直流电源电压为5V，电阻R的阻值为2.2k。试求出UD，UR和ID。IDRD4.3UVUVD0.7VURD2mAUIR模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组1.31.3 二极管的低频等效模型二极管的低频等效模型13 二极管的

11、折线模型二极管的折线模型将伏安特性分段线性化将伏安特性分段线性化问题问题：如何判断二极管的工作状态？：如何判断二极管的工作状态？右图电路中，图中D1、D2为Si二极管。 D1工作在 状态；UA约为 V。0.7V解题方法：解题方法：先假设所有二极管都截止先假设所有二极管都截止计算出此时各二极管两端的电压计算出此时各二极管两端的电压然后根据二极管是否正偏然后根据二极管是否正偏以及正偏电压的大小以及正偏电压的大小按顺序判断二极管是否导通按顺序判断二极管是否导通 正偏最大的先导通正偏最大的先导通解题过程：解题过程：先假设先假设D1、D2都截止，都截止，可得可得D1两端电压为两端电压为+6V，D2先导通

12、，先导通，D2两端电压为两端电压为+9V，D2两端电压实际约两端电压实际约+0.7V，D1截止。截止。D1两端电压约为两端电压约为2.3V，截止截止2.3模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组1.31.3 二极管的低频等效模型二极管的低频等效模型14 二极管的折线模型二极管的折线模型将伏安特性分段线性化将伏安特性分段线性化应用举例应用举例：用分段线性法分析串联型二极管双向限幅电路：用分段线性法分析串联型二极管双向限幅电路下图电路中，假设D1、D2为理想开关。试分析并画出uO对uI的关系曲线。01020 304010203040uI/VuO/V用分段线性法分析非线性用分段线性法分析非线性电路时，必

13、须要正确判断电路电路时，必须要正确判断电路中非线性元件的工作状态！中非线性元件的工作状态！模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组1.31.3 二极管的低频等效模型二极管的低频等效模型 二极管的微变模型二极管的微变模型小信号增量模拟小信号增量模拟15DTdDDuUriI根据二极管方程 当二极管电路在静态基础上有一动态的当二极管电路在静态基础上有一动态的小信号小信号作用时，二极管两端的电作用时，二极管两端的电压和流过二极管的电流就会产生微小的变化。对此变化的电压和电流，可压和流过二极管的电流就会产生微小的变化。对此变化的电压和电流，可将二极管看作一个电阻，称为动态电阻，这就是二极管的微变等效电路。将

14、二极管看作一个电阻，称为动态电阻，这就是二极管的微变等效电路。静态电流静态电流参见教材22页Q点越高，点越高，rd越小。越小。模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组常温下UT26mV1.31.3 二极管的低频等效模型二极管的低频等效模型 二极管的微变模型二极管的微变模型小信号增量模拟小信号增量模拟16电路如图所示，二极管为硅管，电容C对交流信号可视为短路；ui为正弦波，有效值为10mV。试问二极管中流过的交流电流有效值为多少？已知二极管上的交流电压有效值已知二极管上的交流电压有效值求流过二极管的交流电流有效值求流过二极管的交流电流有效值解题思路：解题思路：求动态电阻求动态电阻（rD=UT/ID）

15、求二极管静态电流求二极管静态电流例题：例题：解题过程：解题过程：二极管的静态电流二极管的静态电流 ID=(V-UD)/R=2.6mA动态电阻动态电阻 rDUT/ID =10故动态电流有效值故动态电流有效值 Id=Ui/rD1mA模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组1.31.3 二极管的低频等效模型二极管的低频等效模型 二极管的微变模型二极管的微变模型小信号增量模拟小信号增量模拟17电路中二极管D的型号是1N4148，电容器C1、 C2的容量为10F。已知输入信号ui(t)是频率1kHz有效值电压为5mV的正弦波。试使用Multisim对电路进行仿真，分别观察UK=+5V和UK=0V两种直流电压

16、时对应的uo(t)稳态输出波形。仿真练习：仿真练习：模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组1.41.4 稳压二极管稳压二极管 伏安特性与主要参数伏安特性与主要参数18稳压管利用稳压管利用PN结反向击穿后在一定的电流范围内端电压结反向击穿后在一定的电流范围内端电压基本基本不变的特点制成。不变的特点制成。稳定电压稳定电压 UZ：稳压管的击穿电压：稳压管的击穿电压稳定电流稳定电流 IZ：使稳压管工作在稳压状态的最小电流：使稳压管工作在稳压状态的最小电流最大耗散功率最大耗散功率 PZM：允许的最大功率，：允许的最大功率， PZM= IZM UZ动态电阻动态电阻 rz：工作在稳压状态时，：工作在稳压状态时

17、，rz=U /I伏安特性伏安特性符号符号等效电路等效电路IZ约为IZM的5%10%进入稳压区的最小电流不至于损坏的最大电流斜率？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须要有阻值合适的限流电阻限制稳压管的电流！应用电路应用电路模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组1.41.4 稳压二极管稳压二极管19 设计一个输出电压设计一个输出电压UO=6V的稳压的稳压管稳压电路。已知电源电压管稳压电路。已知电源电压UI=811V，负载电流负载电流IL=510mA。要求稳压管的最小。要求稳压管的最小工作电流是其最大工作电流的工作电流是其最大工作电流的20 %。例题

18、：例题：设计稳压管电路的任务是选取稳压管设计稳压管电路的任务是选取稳压管和限流电阻。和限流电阻。IminODZminLmaxUURIIImaxODZmaxLminUURIIDZmax40mAIDZmin8mAI，110R ZO6VUUImaxOIminODZmaxLminDZmaxLmax0.2UUUUIIII解方程，得：解方程，得：ZMZ240mW8mAPI，ILIDZUI最小、最小、IL最大时，最大时，IDZ最小最小UI最大、最大、IL最小时，最小时，IDZ最大最大模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组2.2. 场效应晶体管（场效应晶体管（FETFET）2.1场效应管简介场效应管简介2.2增

19、强型增强型N-MOSFET的基本特性的基本特性2.3不同类型的场效应管不同类型的场效应管2.4场效应管的等效模型场效应管的等效模型2.5场效应管的主要参数场效应管的主要参数20模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组场效应管依靠半导体中场效应管依靠半导体中某种类型载流子的沟道导电，它通过电场去控制导电沟道的形状，某种类型载流子的沟道导电，它通过电场去控制导电沟道的形状，从而控制其导电性。从而控制其导电性。场效应管是单极型晶体管，具有输入电阻高、噪声小、抗辐射场效应管是单极型晶体管，具有输入电阻高、噪声小、抗辐射能力强、可低电压工作、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二能力强、可低电压工作、功耗低、

20、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点。次击穿现象、安全工作区域宽等优点。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放大，有功能和性能各异的放大电路。其它模拟电路多以放大号的放大，有功能和性能各异的放大电路。其它模拟电路多以放大电路为基础。电路为基础。放大的本质是能量的控制与转换，放大电路由具有能量控制与放大的本质是能量的控制与转换，放大电路由具有能量控制与转换能力的有源器件构成。最基本的有源器件是晶体管，包括场效转换能力的有源器件构成。最基本的有源器件是晶体管，包括场效应晶体管和双极型晶体管。应晶体管

21、和双极型晶体管。场效应晶体管（英语：场效应晶体管（英语：Field-Effect Transistor，缩写：，缩写：FET）是一种通过电场效应控制电流的电子元件。是一种通过电场效应控制电流的电子元件。2.12.1 场效应场效应管简介管简介21模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组2.12.1 场效应场效应管简介管简介所有的所有的FET都有都有栅极栅极(g) 、源源极极(s)、漏极漏极(d) 三个端，除了结型三个端，除了结型场效应管外，其余的场效应管外，其余的FET还有第四还有第四端，被称为体、基端，被称为体、基(B)或衬底。或衬底。这些端子的名称和它们的功能这些端子的名称和它们的功能有关。有关

22、。22 场效应管的电极场效应管的电极栅极栅极(gate)可以被认为是控制一个栅门的开关，它可以被认为是控制一个栅门的开关，它可以通过使源极可以通过使源极(sourse)和漏极和漏极(drain)之间的沟道产生之间的沟道产生或者消除，从而允许或者阻碍载流子流过。或者消除，从而允许或者阻碍载流子流过。如果受一个外加的电压影响，如果受一个外加的电压影响，载流子载流子将从源极流将从源极流向漏极。向漏极。衬底就是栅极、源极、漏极所在的半导体的块体，衬底就是栅极、源极、漏极所在的半导体的块体，常和源极连在一起。常和源极连在一起。sdg模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组2.22.2 增强型增强型N-MOS

23、FET的基本特性的基本特性 仿真测试仿真测试我们以我们以BSD214为例，使用为例，使用EWB-Multisim对其进行仿真测试研究。对其进行仿真测试研究。23测试项目测试项目1：栅极与源极、栅极与漏极之间的电阻：栅极与源极、栅极与漏极之间的电阻经过测试发现，栅极与源极间的电阻、栅极与漏极间的电阻均为经过测试发现，栅极与源极间的电阻、栅极与漏极间的电阻均为！MOSFET即绝缘栅型即绝缘栅型FET。警告：不得使用数字万用表的警告：不得使用数字万用表的档测试小信号高频档测试小信号高频MOS管！管！模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组2.22.2 增强型增强型N-MOSFET的基本特性的基本特性 仿

24、真测试仿真测试我们以我们以BSD214为例，使用为例，使用EWB-Multisim对其进行仿真测试研究。对其进行仿真测试研究。24测试项目测试项目2：栅源间电压对漏源间电阻的控制作用：栅源间电压对漏源间电阻的控制作用uGS1.006V后，后， uGS上升，上升，D-S间电阻减小间电阻减小栅源电压栅源电压漏源电阻漏源电阻0.0V1G0.5V1G1.0V1G1.006V40.2k1.2V7251.4V4051.6V2831.8V2192.0V1792.2V1522.4V1332.6V1182.8V1063.0V97刚好使刚好使D-S间开始导通时对应的间开始导通时对应的uGS，称为开启电压，记作，称

25、为开启电压，记作UGS(th)。警告：不得使用数字万用表的警告：不得使用数字万用表的档测试小信号高频档测试小信号高频MOS管！管！模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组保持保持uGS=Vgg=3V不变，改变不变，改变Vdd，观测，观测iD随随uDS的变化，绘制曲线：的变化，绘制曲线： uDS较小时，较小时，iD随随uDS上升，上升，FET的漏源之间类似一个线性电阻；的漏源之间类似一个线性电阻； 随着随着uDS增大，增大，FET漏源之间的电阻增大，漏源之间的电阻增大， iD的上升趋缓；的上升趋缓； 当当uDS超过超过2V后，后， uDS上升时漏源间电阻急剧增大，上升时漏源间电阻急剧增大， iD几乎

26、不再变化（恒流）。几乎不再变化（恒流）。保持保持uGS=Vgg=2.5V不变，改变不变，改变Vdd，观测，观测iD随随uDS的变化，绘制曲线：的变化，绘制曲线： uDS较小时，较小时，iD随随uDS上升，上升，FET的漏源之间类似一个线性电阻；的漏源之间类似一个线性电阻； 随着随着uDS增大，增大，FET漏源之间的电阻增大，漏源之间的电阻增大， iD的上升趋缓；的上升趋缓； 当当uDS超过超过1.5V后，后， uDS上升时漏源间电阻急剧增大，上升时漏源间电阻急剧增大， iD达到饱和。达到饱和。2.22.2 增强型增强型N-MOSFET的基本特性的基本特性 仿真测试仿真测试我们以我们以BSD21

27、4为例，使用为例，使用EWB-Multisim对其进行仿真测试研究。对其进行仿真测试研究。25测试项目测试项目3：uGSUGS(th)=1V后漏源间导电沟道的伏安特性后漏源间导电沟道的伏安特性uDS/VO12345iD/mA36912uGS=3V2.5V2V1.5V2.25V2.75V1V当当uDSuGS-UGS(th)后，后，iD几乎不再受几乎不再受uDS影响，影响，而是决定于而是决定于uGS！模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组uDS/VO12345iD/mA36912uGS=3V2.5V2V1.5V2.25V2.75V1V2.22.2 增强型增强型N-MOSFET的基本特性的基本特性 仿

28、真测试仿真测试我们以我们以BSD214为例，使用为例，使用EWB-Multisim对其进行仿真测试研究。对其进行仿真测试研究。26测试项目测试项目4： uDSuGS-UGS(th)后后uGS对对iD的控制作用的控制作用调节调节Vgg使使uGS从从0V到到3V改变，在此过程中调节改变，在此过程中调节Vdd使使uDS保持为保持为4V不变。不变。观测观测iD随随uGS变化的规律，绘制曲线。变化的规律，绘制曲线。 uGS1V后，后，iD随随uGS接近于按接近于按抛物线抛物线规律上升。规律上升。uGS/VO123iD/mA36912uGSiD0.00V0.00mA0.50V0.00mA1.00V0.01

29、mA1.25V0.26mA1.50V0.85mA1.75V1.80mA2.00V3.10mA2.25V4.76mA2.50V6.76mA2.75V9.12mA3.00V 11.83mAuDS=4V模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组常量DSGSDmUuigUGS(th)2.22.2 增强型增强型N-MOSFET的基本特性的基本特性 输出特性与转移特性输出特性与转移特性晶体管一般都有晶体管一般都有3个管脚，可以看作是一个双口网络。个管脚，可以看作是一个双口网络。如果将如果将FET的的s作为公共端，则作为公共端，则g-s为输入口，为输入口，d-s为输出口。为输出口。27输出特性输出特性：输出口的电

30、压：输出口的电压-电流关系电流关系GSDoDS()Uif u常数可可变变电电阻阻区区g-s的的电压电压控制控制d-s的等的等效电效电阻阻恒恒流流区区夹断区（截止区）夹断区（截止区）击击穿穿区区uGS=UGS(th)iD几几乎仅乎仅决定决定于于uGS预夹断轨迹预夹断轨迹uGD=UGS(th)转移特性转移特性：输入量对输出量的控制：输入量对输出量的控制DSDtGS()Uif u常数场效应管工作在恒流区场效应管工作在恒流区uGSUGS(th)且且uGDUGS(th)2UGS(th)IDO2DGSGS(th)()ik uU2GSDDOGS(th)1uiIUiDiDuGS模拟电路基础课程组模拟电路基础课

31、程组2.32.3 不同不同类型的场效应类型的场效应管管28 场效应管的种类场效应管的种类场效应管按结构分为：绝缘栅型场效应管（也就是场效应管按结构分为：绝缘栅型场效应管（也就是“金属金属-氧化物氧化物-半半导体导体”场效应管，场效应管，MOSFET）和结型场效应管（）和结型场效应管（JFET）。）。按沟道载流子类型：绝缘栅型和结型各分按沟道载流子类型：绝缘栅型和结型各分N沟道和沟道和P沟道两种。沟道两种。按栅极零偏置时导电沟道是否存在：分为耗尽型与增强型两种。结型按栅极零偏置时导电沟道是否存在：分为耗尽型与增强型两种。结型场效应管均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。场效应管

32、均为耗尽型，绝缘栅型场效应管既有耗尽型的，也有增强型的。模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组2.32.3 不同不同类型类型的的场效应管场效应管29 场效应管的符号场效应管的符号模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组2.32.3 不同类型的场效应不同类型的场效应管管 增强型增强型MOSFET： uGS=0时没有导电沟道时没有导电沟道30N-MOSFET依靠自由电子的沟道导电依靠自由电子的沟道导电2GSDDOGS(th)DOGSGS(th)D(1)2uiIUIuUi在恒流区时:为时的P-MOSFET依靠空穴的沟道导电依靠空穴的沟道导电iDuDSOuGS=UGS(th)IDOuGS=2UGS(th)u

33、GSUGS(th)iDO2UGS(th)IDOiDuDSOiDuDSOUGS(th)uGS=UGS(th)2UGS(th)IDOIDOuGS=2UGS(th)模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组2.32.3 不同类型的场效应不同类型的场效应管管 耗尽型耗尽型MOSFET： uGS=0时就存在导电沟道时就存在导电沟道312GSDDSSGS(off)DSSGSD(1)0uiIUIui在恒流区时:为时的N-MOSFET依靠自由电子的沟道导电依靠自由电子的沟道导电P-MOSFET依靠空穴的沟道导电依靠空穴的沟道导电iDuDSOuGS=UGS(off)UGS(off)iDOuGSuGS=0IDSSIDS

34、SiDuDSOuGS=UGS(off)UGS(off)uGS=0IDSSiDOIDSSuGS模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组2.32.3 不同类型的场效应不同类型的场效应管管 JFET： 由由PN结耗尽层的厚度控制导电沟道结耗尽层的厚度控制导电沟道32iDuDSOuGS=UGS(off)uGS=0IDSSUGS(off)iDOIDSSuGSUGS(off)iDO uGSIDSSiDuDSOuGS=UGS(off)uGS=0IDSSN-JFET依靠自由电子的沟道导电依靠自由电子的沟道导电P-JFET依靠空穴的沟道导电依靠空穴的沟道导电对于对于JFET，为，为保证栅极的高阻保证栅极的高阻值，值

35、，PN结应处于结应处于反偏状态。反偏状态。模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组2.4 2.4 场效应管场效应管的等效模型的等效模型 FET的工作状态（以的工作状态（以N沟道为例）沟道为例）放大区（恒流区，饱和区）放大区（恒流区，饱和区）33增强型增强型uGSUGS(th)，uDSuGS-UGS(th)；耗尽型；耗尽型uGSUGS(off)，uDSuGS-UGS(off)iD为为uGS控制的电流源控制的电流源可变电阻区可变电阻区增强型增强型uGSUGS(th)，0uDSUGS(off)，0uDSuGS-UGS(off)d-s间相当于受间相当于受uGS控制的电阻控制的电阻如果如果d-s间的电阻值远

36、小于回路中的其它电阻，可视其为接通的开关（短路）间的电阻值远小于回路中的其它电阻，可视其为接通的开关（短路）22GSGSDDODDSSGS(th)GS(off) (1) (1)uuiIiIUU增强型；耗尽型截止区（夹断区）截止区（夹断区）增强型增强型uGS0；耗尽型；耗尽型uGS0 d-s间电阻很大，间电阻很大，iD 0，相当于断开的开关（开路），相当于断开的开关（开路）模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组2.4 2.4 场效应管场效应管的等效模型的等效模型 FET的工作状态的工作状态34分析非线性电路时，必须要正确判断电路中非线性元件的工作状态！分析非线性电路时，必须要正确判断电路中非线性元

37、件的工作状态！FET工作状态的分析判断工作状态的分析判断YesYesNoNoFET截止？假设FET处于恒流区按公式计算iD及uDS与假设矛盾？FET处于截止区FET处于可变电阻区FET处于恒流区模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组2.4 2.4 场效应管场效应管的等效模型的等效模型 FET的工作状态的工作状态 分析举例分析举例：已知：已知FET的漏极饱和电流的漏极饱和电流IDSS和夹断电压和夹断电压VP，判断它们分别处于什么工作状态。判断它们分别处于什么工作状态。35GSP2VUV 2GSDDSSP11.08mAUIIVDDDDD6.4VUVI R假设工作在恒流区，有：GDGDP8.4VUUU

38、V ，没有夹断假设成立，管子工作在恒流区（a）GSP0VuBuEuCuBuE模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组3.1 3.1 双极型晶体管简介双极型晶体管简介 BJT的放大作用的放大作用42BJT与与FET一样，都可以用于放大器或作为电子开关。一样，都可以用于放大器或作为电子开关。BJT放大时的特点放大时的特点发射结正偏导通，发射结正偏导通，iB在一定范在一定范围内变化时，围内变化时，uBE 基本上保持为导基本上保持为导通电压（只有很小的变化）。通电压（只有很小的变化）。发射结对于发射结对于uBE和和iB的变化量的变化量而言而言，相当于一个不大的电阻。，相当于一个不大的电阻。集电结反偏，在这

39、种情况下，集电结反偏，在这种情况下，iC基本上不受基本上不受uCE变化的影响，而是变化的影响，而是受到受到 iE或或iB 的控制：的控制：称为共基电流放大系数，称为共基电流放大系数， 1，但非常接近与，但非常接近与1。称为共射电流放大系数，其数值一般从几十至几百不等。称为共射电流放大系数，其数值一般从几十至几百不等。 CEiiCBii或或模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组3.1 3.1 双极型晶体管简介双极型晶体管简介 BJT的放大作用的放大作用43BJT与与FET一样，都可以用于放大器或作为电子开关。一样，都可以用于放大器或作为电子开关。BJT放大时的电流分配放大时的电流分配iE=iB+i

40、CCBII集电结反向饱和电流直流电流放大系数交流电流放大系数穿透电流CBiiCEOCBO(1)II模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组3.2 3.2 共射输入特性与输出特性共射输入特性与输出特性44晶体管一般都有个管脚，可以看作是一个双口网络。晶体管一般都有个管脚，可以看作是一个双口网络。如果将如果将BJT的的e作为公共端，则作为公共端，则b-e为输入口，为输入口，c-e为输出口。为输出口。输入特性输入特性：输入口的电压：输入口的电压-电流关系电流关系CEBieBE()Uifu常数输出特性输出特性：输出口的电压：输出口的电压-电流关系电流关系BCoeCE()Iifu常数UCE增大曲线右移增大曲

41、线右移对于小功率晶体管，对于小功率晶体管，UCE大于大于1V的的某条输入特性曲线，可以取代某条输入特性曲线，可以取代UCE大于大于1V的所有输入特性曲线。的所有输入特性曲线。像像PN结的伏安特性结的伏安特性UCE增大到一定值增大到一定值曲线右移就不明显了曲线右移就不明显了放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区BiCiuCE小于小于uBE时，时，iC随随uCE变化很大，变化很大，进入放大状态后，输出特性曲线几乎是进入放大状态后，输出特性曲线几乎是横轴的平行线。横轴的平行线。常量CEBCUii模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组3.3 3.3 温度对晶体管特性的影响温度对晶体管特性的影响45BEBB

42、BECEO )(uiiuIT不变时，即不变时模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组3.4 BJT3.4 BJT的工作状态与折线等效的工作状态与折线等效 BJT的三个工作区的三个工作区46 晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅决定于输入回几乎仅仅决定于输入回路的电流路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源控制的电流源iC。uBEuCEiC截止截止UonVCCICEO放大放大 Uon uBEiB饱和饱和 Uon uBEiB模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组 利用利用EWB-Multisim分析图示电

43、路在分析图示电路在V2小于何值时晶体管截小于何值时晶体管截止、大于何值时晶体管饱和。止、大于何值时晶体管饱和。3.4 BJT3.4 BJT的工作状态与折线等效的工作状态与折线等效 BJT的三个工作区的三个工作区47仿真练习：仿真练习：约小于约小于0.5V时时截止截止约大于约大于1V时时饱和饱和 以以V2作为输入、以作为输入、以BJT的的c极极作为输出，采用直流扫描的方法作为输出，采用直流扫描的方法可得！可得！描述输出电压与输入电压之间函数关系的曲线，称为电压传输特性。描述输出电压与输入电压之间函数关系的曲线，称为电压传输特性。模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组3.4 BJT3.4 BJT的工

44、作状态与折线等效的工作状态与折线等效 BJT特性的折线化特性的折线化48当发射结反偏，集电结反偏时，当发射结反偏，集电结反偏时，BJT截止截止iB=0 iC=0 iE=0当发射结正偏导通、集电结反偏时，当发射结正偏导通、集电结反偏时，BJT处于放大状态处于放大状态当发射结正偏导通、集电结也正偏时，当发射结正偏导通、集电结也正偏时，BJT饱和饱和uBE=UBE(on) iC=iB iE=(1+)iBuBE=UBE(on) uCE=UCES iCUB，UBE=0.7V，放大，放大UCUB，UBE=0.7V，放大，放大UC=UB，UBE=0.7V，临界饱和，临界饱和UCUB，UBE=0.4V，截止，

45、截止UBE=0.6V，UCE=0.2V UB UE （集电极电位最高集电极电位最高）PNP：UE UB UC （集电极电位最低集电极电位最低）模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组3.4 BJT3.4 BJT的工作状态与折线等效的工作状态与折线等效 BJT特性的折线化特性的折线化52工作状态分析工作状态分析发射结导通？发射结导通？CBIICBIINo No 截止状态截止状态临界饱和时临界饱和时IC=？此时所需的此时所需的IB=？Yes Yes 实际的实际的IB小于饱和所需？小于饱和所需？Yes Yes 放大状态放大状态NoNo饱和状态饱和状态模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组接反接反 测得设所

46、有的二极管和三极管均为硅管。测得设所有的二极管和三极管均为硅管。判断图示电路中判断图示电路中T1、T2、T3的工作状态。（浙大的工作状态。（浙大2004）3.4 BJT3.4 BJT的工作状态与折线等效的工作状态与折线等效 BJT特性的折线化特性的折线化53练习：练习：UB要等于大约要等于大约1.8V时发射结和二极管时发射结和二极管才能导通。才能导通。E结正偏导通，结正偏导通，UE=5.3V。若若UCUB，T2处于放大状态：处于放大状态：ICIE=5.3mA，UC=12-5.33=3.9V，矛盾！，矛盾！UCUE，UB=2.1V，集电结正偏，发射集电结正偏，发射结反偏，管子反着结反偏，管子反着工作。电流很小。工作。电流很小。截止截止饱和饱和截止截止模拟电路基础课程组模拟电路基础课程组3.5 3.5 放大状态放大状态BJTBJT的小信号模型的小信号模型 h参数等效模型参数等效模型54在交流通路中可将晶体管看成为一个在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。一个端口。BEieBCECoeBCE()()ufi uifi u，低频小信号模型模拟电路基础课程组模拟电路基础课