电子技术基础-模拟电子技术

电子技术基础—模拟电子技术策划监制:吴子忠主编:吴为民编辑:邓盈、余能辉

2006年7月1第一章 基本半导体分立器件1.1半导体的基本知识与PN结1.2半导体二极管1.3特殊二极管1.4半导体三极管1.5场效应晶体管21.1半导体的基本知识与PN结1.1.1半导体的基本特性1.1.2本征半导体1.1.3杂质半导体1.1.4PN结的形成与单向导电性31.1.1半导体的基本特性导体：电阻率小于10-4Ω.cm，很容易导电，称为导体.如铜、铝、银等金属材料；绝缘体：电阻率大于1010Ω.cm，很难导电，称为绝缘体，如塑料、橡胶、陶瓷等材料；半导体：电阻率在10-3~109Ω.cm，导电能力介于导体和绝缘体之间，例如硅(Si)和锗(Ge)等半导体材料；4半导体材料制作电子器件的原因?不是因为它的导电能力介于导体和绝缘体之间，而是在于半导体材料具有热敏性、光敏性和掺杂性。5半导体材料制作电子器件的原因?1、热敏性：是半导体的导电能力随着温度的升高而迅速增加，例如纯净锗从20℃升高到30℃时，电阻率下降为原来的1/2；2、光敏性：半导体的导电能力随光照的变化有显著改变的特性；例如硫化镉薄膜在暗处：电阻为几十MΩ。光照：电阻下降为几十KΩ3、掺杂性：是半导体导能力，因掺入适量的杂质而发生很大的变化，例如在半导体硅中，只要掺入亿分之一的硼杂质，电阻率下降到原来的几万分之一，利用这一特性，可以制造出不同性能不同用途的半导体器件。6+4+14284+3228184硅(锗)的原子结构硅锗硅(锗)的原子结构简化模型1.1.2本征半导体SiGe71.1.2本征半导体

1、本征半导体的原子结构把非常纯净的原子结构排列非常整齐的半导体称为本征半导体。8+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键1.1.2本征半导体A．硅原子电子数为14，最外层电子为四个，是四价元素B、硅原子结合方式是共价键结合：(i)每个价电子都要受到相邻两个原子核的束缚;(ii)半导体的价电子既不象导体的价电子那样容易挣脱成为自由电子，也不象绝缘体中被束缚，所以其导电能力介于导体与绝缘体之间1、本征半导体的原子结构——共价键结合，以硅原子为例9+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键2、本征半导体的激发与复合空穴自由电子空穴A、本征激发—

电子、空穴对的产生B、电子与空穴的复合D、最后达到动态的平衡C、空穴是可以移动的，其实是共价键的电子依次填补空穴，形成空穴的移动10I

IPIN空穴电流电子电流3、自由电子的运动与空穴的运动外电路电流图1-5本征半导体中载流子的导电方式

半导体中两种载流子：带正电荷的空穴带负电荷的自由电子外电场它们在外电场的作用下，会出现定向运动本征半导体113、自由电子的运动与空穴的运动1、共价键中的电子依次填补空穴，形成空穴的运动；2、半导体中两种载流子：

(1)一是带负电荷的自由电子；二是带正电荷的空穴，它们在外电场的作用下，会出现定向运动

(2)在外电场作用下形成电子流IN和空穴流IP(3)在外电路中总电流I=IN+IP121.1.2本征半导体4、本征激发产生的载流子数量仍然很少，本征半导体导电能力很差，不能直接用于制造晶体管，只有在本征半导体中掺入适量的杂质，极大提高其导电性能，成为杂质半导体，才能用于制造各种半导体器件131.1.3杂质半导体1、N型半导体

N-typeSemiconductor2、P型半导体

P-typeSemiconductor14+4+4+4+5+4+41、N型半导体磷原子空穴是少子电子是多子硅原子多数载流子电子少数载流子空穴N型半导体简化模型A、在四价的本征硅中掺入微量的五价磷。B、磷原子失去一个电子自身成不能移动的带正电荷的离子，称为施主杂质。掺入一个磷原子就提供一个自由电子,所以电子是多子.C、N型半导体中,电子是多子,空穴是少子I=IP+IN≈IND、整块的半导体仍为中性15+4+4+4+3+4+42、P型半导体硅原子硼原子A、在四价的本征硅中掺入微量的3价硼B、硼原子在共价键留下一个空位，相邻硅原子中的价电子容易移过来填补个空位。硼原子接受一个电子，成为带负电的离子，称受主杂质；在相邻硅共价键中产生一个带正电的空穴C、P型半导体中：空穴是多子；电子是少子I=IP+IN≈IPD、整块的半导体仍为中性空穴是多子电子是少子P型半导体简化模型多数载流子少数载流子161.1.4PN结的形成与单向导电性P型区N型区内建电场

PN结(1)多子的扩散运动产生空间电荷区建立内电场(2)随着内电场由弱到强得建立,少子漂移从无到有,逐渐加强,而扩散运动逐渐减弱,

形成平衡的PN结。1、PN结(PNJunction)的形成多子的扩散多子的扩散171.1.4PN结的形成与单向导电性P型区N型区内建电场

PN结1、PN结(PNJunction)的形成问题：PN结是带正电，还是负电？182、PN结的单向导电性(1)正向偏置(forwardbias外加正向电压)(2)反向偏置(reversebias外加反向电压)19(1)、外加正向电压(正向偏置forwardbias)

P

N内电场外电场正向电流IFIF=I多子I少子

I多子A、正向偏压的接法：P区接高电位，N区接低电位B、正向偏压削弱内电场，有利多子的扩散运动，使PN结空间电荷区变窄；C、正向偏压时，PN结为导通状态，外电路电流IF很大，PN结呈现的正向电阻很小限流电阻RUI多子PN结为导通状态20

P

N内电场IR=I少子

0反向电流IRA、反向偏压的接法：P区接低电位，N区接高电位B、反向偏压内电场增强，不利多子扩散运动，有利于少子的漂移运动，形反向电流IR，IR很小，硅管为纳安数量级，锗管为微安数量级。C、反向偏压，使PN结空间电荷区变宽。D、反向偏压PN结为截止状态，外电路电流接近为O，PN结呈现的反向电阻很大(2)外加反向电压(反向偏置reversebias）限流电阻R外电场UI少子PN结为截止状态211.2半导体二极管(SemiconductorDiode)1.2.1二极管的结构与类型1.2.2二极管的伏安特性曲线与近似模型1.2.3二极管主要参数1.2.4二极管在电子技术中的应用简介221.2.1二极管的结构与类型构成：

PN结+引线+管壳=二极管(Diode)符号：A(anode)C(cathode)分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型平面型1、结构与类型231.2.1二极管的结构与类型负极引线点接触型正极引线金属触丝N型锗片外壳负极引线

面接触型N型锗PN结

正极引线铝合金小球底座金锑合金正极

引线负极

引线平面型NP型支持衬底PPN结（常见二极管的结构和外型）2、特点与用途24251.2.2二极管的伏安特性曲线与近似模型1、伏安特性曲线通过二极管的电流随外加偏压的变化规律，称为二极管的伏安特性。以曲线的形式描绘出来，就是伏安特性曲线。正向偏压反向偏压IFUFVmAIRURVμA26IS击穿电压UBR图1-12二极管的伏安特性锗管硅管1.2.2二极管的伏安特性曲线与近似模型硅管锗管死区电压IF/mA正向电流104030200.20.60.41.00.8UF/VUR/VIR/

A反向电流反向电压正向电压1、正向特性—加正向偏压UFA、UF较小时，IF较小

B、UF大于死区电压时，IF迅速增加，并按指数规律上升。如图中A段所示

C、当二极管电流变化很大时，二极管两端电压几乎不变，硅管约0.6~0.7V，锗管约0.2~0.3V，分别作为正向工作时两端直流压降得估算值。2、反向特性——加反向偏压URA、反向电流IR是少子漂移运动引起，所以数量小，几乎不变，又称为反向饱和电流IS。

B、当温度升高，IS增加

C、硅管IS小于1uA，锗管为几十到几百uA。3、击穿特性——

当UR继续增大，并超过某一个特定电压值时，IR将急剧增大，这种现象称为击穿，这时对应的电压叫击穿电压UBR。1、伏安特性曲线271.2.2二极管的伏安特性曲线与近似模型IFUF

图1-13二极管的近似模型2、二极管的近似模型(1)理想模型A、正向导通，管压降为0，即UF=0，视二极管为短路；B、反向截止，电流为0，即IF=0，视二极管为开路(2)恒压降模型A、正向导通时二极管管压降为恒定值：硅管0.7V

锗管0.3V

B、反向截止，IF=0C、当IF≥1mA时，恒压降模型的近似精度还是相当高的。IFUF硅管281、最大整流电流IF

指二极管在一定温度下，长期允许通过的最大正向平均电流2、反向击穿电压UBR

管子反向击穿时的电压值称为反向击穿电压UBR。一般手册上给出的最高反向工作电压URM约为反向击穿电压的一半1.2.3二极管主要参数291.2.3二极管主要参数3、反向电流IR（反向饱和电流IS)

这个值越小，则管子的单向导电性就越好。301.2.3二极管主要参数4、结电容与最高工作频率fM

PN结的电容效应

(1)PN结加电压后，其空间电荷区会发生变化，这种变化造成的电容效应称为结电容。

(2)结电容越大。二极管的高频单向导电性越差。

(3)fM就是二极管仍然保持单向导电性的外加电压最高频率。PN31IF/mA0.20.60.40.8UF/V5、二极管的温度特性1.2.3二极管主要参数T

升高时，UD(on)以(22.5)mV/C

下降,输入曲线左移当温度升高10C时，IR增加一倍IR/AUD(on)半导体具有热敏性，温度变化,使二极管参数发生变化，使二极管工作不稳定。IF/A321.2.4二极管在电子技术中的应用简介1、整流应用利用二极管单向导电性把大小和方向都变化的正弦交流电变为单向脉动的直流电33UiUott截止导通UiUoVDRL(a)二极管整流电路;(b)输入与输出波形1、整流应用342、限幅的应用利用二极管单向导性，将输出电压限定在要求的范围之内，称为限幅。35导通截止导通截止2、限幅的应用uouit-3t+3-5uo/vui/v+5E1

3v3v

E2（a）双向限幅电路;（b）输入与输出波形Ui≥3V:

VD1导通,VD2截止U0=3VUi≤-3V:

VD2导通,VD1截止U0=-3V`-3V＜Ui＜3V:VD1、VD2都截止U0=Ui361.3特殊二极管1.3.1稳压二极管1.3.2发光二极管与光敏二极管1.3.3变容二极管371.3.1稳压二极管1、稳压二极管伏安特性曲线及其工作原理稳压管的稳压作用在于：在反向击穿区内，反向电流IZ有很大变化，而稳压管两端电压UZ几乎保持不变。只要Izmin<IZ<IZmAX，稳压管既不损坏，又可使稳压管两端电压几乎保持不变。符号iZ

/mAuZ/VOUZ

IZmin

IZmaxUZIZIZUZ就是稳压二极管的反向击穿电压38iZ

/mAuZ/VOUZ

IZmin

IZmaxUZIZ

IZ1.3.1稳压二极管2、稳压管的主要参数

(1)稳定电压UZUZ就是稳压管的反向击穿电压,

如2DW7，UZ（6.1~6.5V之间）

(2)最小稳定电流IZmin,

稳压二极管正常工作时

IZ>

IZmin..IZmin约为几mA以上

(3)最大的稳定电流IZM和最大的耗散功率PZM

IZ<

IZmax,PZM=UZIZMAX39iZ

/mAuZ/VOUZ

IZmin

IZmaxUZIZ

IZ1.3.1稳压二极管2、稳压管的主要参数

(4)动态电阻rz

动态电阻是反映稳压二极管稳压性能好坏的重要参数，

rz越小，反向击穿区曲线越陡，稳压效果就越好。401.3.2发光二极管与光电二极管

1、发光二极管简称“LED”是英文

LightEmittingDiode的缩写。其电路及符号，如图1-19(1)、工作原理：发光二极管也具有单向导电性。当外加反向偏压，二极管截止不发光,当外加正向偏压，二极管导通，因流过正向电流而发光

(2)、发光机理：是由于正偏时，电子空穴复合释放出能量所致，发光颜色与材料及掺杂元素有关。

(3)、发光二极管工作电流一般约为几至几十mA，正向电压降约为1.5~3V。411.3.2发光二极管与光电二极管

2、光电二极管

(1)、光电二极管也叫光敏二极管，也具有单向导电性

(2)、光电二极管的PN结被封装在透明玻璃外壳中，其PN结装在管子顶部，可以直接受到光的照射。

(3)、正偏时光电二极管的光敏特性不明显，反偏时，光电二极管处于截止状态：①没有光照时，PN结反向电阻大，反向电流小；②有光照射时，PN结附近产生光生电子空穴对，它们在偏压作用下,作定向运动,宏观上形成了光电流。42发光二极管43光敏二极管441.3.2发光二极管与光电二极管3、应用于远距离光电传输图1-21远距离光电传输的原理

451.3.3变容二极管1、变容二极管，就是结电容随反向电压的增加而减小的二极管。2、结电容由势垒电容CB和扩散电容CD两部分组成。3、PN结（二极管）高频等效电路。4、结电容最大值可能为5~300pf461.4半导体三极管1.4.1三极管的结构与类型1.4.2三极管的基本工作原理1.4.3三极管的特性曲线1.4.4三极管的主要参数1.4.5温度对三极管参数的影响471.4.1三极管的结构与类型半导体三极管是电子电路重要器件,它通过一定的工艺,将两个PN结结合在一起,由于两个PN结的相互影响,使三极管具有电流放大作用.从二极管发展到三极管,这是一个质得飞跃.1、分类按材料分：①硅管；②锗管按功率分：①小功率管；②中功率管；③大功率管按结构分：①NPN；②PNP

482、NPN和PNP管的结构示意及符号

PN结

PN结发射区发射极emitter基区基极base集电区集电极collector集电结发射结ECBNPN型(1)符号中的箭头方向是三极管的实际电流方向符号(2)三极管有三个区：发射区—发射极e；基区——基极b；集电区——集电极c。(3)发射区掺杂浓度远高于基区掺杂浓度，基区很薄且掺杂的浓度低；而集电结面积比发射结面积大得多，所三极管的发射极与集电极不能对调使用。492、NPN和PNP管的结构示意及符号PN结PN结发射区发射极emitter基区基极base集电区集电极collector集电结发射结ECBPNP型(1)符号中的箭头方向是三极管的实际电流方向符号(2)三极管有三个区：发射区—发射极e；基区——基极b；集电区——集电极c。(3)发射区掺杂浓度远高于基区掺杂浓度，基区很薄且掺杂的浓度低；而集电结面积比发射结面积大得多，所三极管的发射极与集电极不能对调使用。50图1-25常见三极管的外形51图1-25常见三极管的外形52发射结正偏集电结反偏UBBRbUCCRC1.4.2三极管的基本工作原理

NPNICIB1、三极管内的载流子的传输过程（以NPN为例）电源接法:

UBB

使发射结正偏

UBE=0.7V＞0

UCC

使集电结反偏

UBC＜0

为了达到这个目的,要保证UCC＞UBB

（2）电子在基区的扩散与复合，形成基极电流IB。因为基区很薄，且掺杂浓度低，电子只有一小部份被基区的空穴复合，大部份电子很快到达集电结边缘。(1)由于发射结正偏，因此高掺杂浓度的发射区中的多子（自由电子）越过发射结，向基区扩散，形成发射极电流IE。IE（3）由于集电结反偏，扩散到集电结边缘的电子，很快被吸引越过集电结，形成集电极电流IC。532、电流分配关系

NPNRbUBBICIEIB（以NPN为例）三极管内的载流子运动规律

发射极电流IE在基区分为基区内的复合电流I′B和继续向集电极扩散的电流I′C两个部分，I′C与I′B的比例，取决于制造三极管时的结构和工艺，管子制成后，这个比例基本上是个定值。定义三极管的直流电流放大系数β为I′C与I′B的比值，即_542、电流分配关系

NPNRbUBBICIEIB（以NPN为例）

图1-26三极管内的载流子运动规律

55ICEO=(1+β)ICBO叫做穿透电流,当ICBO较小时,可以忽略不计,得IC=βIB,表明IC与IB成正比关系,β越大,IB控制IC得能力越强2、电流分配关系（以NPN为例）

图1-26三极管内的载流子运动规律

__

NPNRbUBBICIEIB_56输入回路输出回路(1)无交流信号

UBB接输入回路,使发射结正偏

UCC接输出回路,使集电结反偏在这种偏置下产生IE、IC、IB.IC=βIB,这是对直流电流的放大作用.3、三极管的电流放大作用UBBUCCRCRBIC=βIBIE=IC+IBIB

如图所示称为三极管的共发射极放大电路。因为这个电路中包含由三极管的基极b与发射极e构成的输入回路和由集电极c与发射极e构成的输出回路，三极管的发射极作为输入和输出回路的公共端，所以称为共发射极放大电路。三极管的共发射极放大电路57(2)加入交流信号后A.ΔIc是ΔIB的β倍,三极管对ΔIB有放大作用,β越大,控制能力越强,所以三极管是一个有电流放大的电流控制元件.B.ΔIc在RC上产生的输出电压ΔUo,而ΔUo比ΔUi大约大几十倍,可以得到电压放大。3、三极管的电流放大作用UBBUCCRCRB581.4.3三极管的特性曲线什么叫三极管的特性曲线？

三极管伏安特性曲线是指三极管各电极电压与各电极电流之间关系的曲线，它是管子内部载流子运动规律的外部体现。591.4.3三极管的特性曲线输入回路输出回路1、输入特性曲线:(1)是研究当UCE=常数

时，UBE和iB之间的关系曲线，用函数关系式表示为:60(1)UBE

和iB之间的关系曲线(2)用UCE=1V的输入特性曲线来代表UCE＞1V所有输入特性曲线(3)输入特性的死区电压：硅管约为0.5V；锗管约为0.1V。发射结正偏导通后：硅管UBE=0.7V；锗管UBE=0.3V1、输入特性曲线200.40.60.81006080400.2输入回路输出回路611.4.3三极管的特性曲线2、输出特性曲线:(1)是研究当iB=常数

时，UCE和iC之间的关系曲线，用函数表示为:输入回路输出回路622、输出特性曲线(2)输出特性曲线,当UCE较小时起始部份很陡，当UCE略有增加，iC

增加很快，当UCE＞1V

以后，再增加UCE、iC

增加不明显。(3)如改变IB则得到另一条输出特性曲线。输入回路输出回路63（a）输入特性曲线;（b）输出特性曲线

图1-28三极管的输入、输出特性曲线643、把输出特性曲线划分成三个区510152012340饱和区截止区放大区击穿区(3)饱和区区域：uCE

＜0.7v

以左部分条件：发射结正偏，集电结正偏。uBE>0,uBC>0

特点：失去放大能力，即iC＝βiB不成立,即iB不能控制iC

的变化。(1)截止区：区域：iB≤0

输出特性曲线以下的区域为截止区条件：发射结、集电结均反偏uBE<0,uBC<0

。特点：iB=0时，iC

≈iE=ICEO=0，三极管CE间为开路。(2)放大区区域：iB＝0以上多条的输出特性曲线。条件：发射结正偏，uBE>0,集电结反偏，uBC<0

特点：(A)有放大特性：iC＝βiB(B)有恒流特性：iC与uCE无关。ICEO输入回路输出回路651.4.4三极管的主要参数1、电流放大系数（1）共发射极直流电流放大系数

（2）共发射极交流电流放大系数（3）输出特性曲线近于平行等距，且ICEO很小时，661.4.4三极管的主要参数2、极间反向电流（1）集电极——基极间反向饱和电流ICBO

A、发射极开路（IE=0）时，基极和集电极之间的反向电流称ICBO

B、硅管ICBO＜1μA锗管ICBO=10μA左右

C、ICBO越小，管子质量越好。μA671.4.4三极管的主要参数2、极间反向电流

(2)集电极——发射极间的反向电流ICEO

A、基极开路时（IB=0），集电极与发射极之间加反向电压时，从集电极穿过基区流到发射极的电流称ICEO

B、ICEO=（1+β）ICBO

C、要求ICEO越小越好。μA输入回路输出回路68全1.4.4三极管的主要参数3、极限参数(1)基极开路时，集电极与发射极之间的反向击穿电压U(BR)CEO。使用时三极管各电极间的电压不要超过U(BR)CEO就可以了。(2)集电极最大允许电流ICM。IC↑→β↓。

ICM

就是表示β下降到额定值的1/3～2/3时的IC值，正常工作时，iC＜ICM。(3)集电极最大允许耗散功率PCM=iC·uCE。在的输出特性曲线上，做出三极管临界损耗线，如图iC/mAU(BR)CEOICEOICM安

工作区PCM=iC·uCE损过耗区输出特性曲线输入回路输出回路691.4.5温度对三极管参数的影响1、温度对ICBO的影响温度每升高10℃，ICBO就增加一倍。2、温度对β的影响三极管的电流放大系数β随温度升高而增大。三极管每升高1℃，相应地增大0.5﹪～1﹪3、温度对发射结正向电压降UBE的影响当温度上升1℃，UBE电压下降

(2～2.5mV/℃)输入回路输出回路701.5场效应管前面研究的三极管,空穴和电子均参与了导电,是双极型器件，是电流控制器件。而场效应管（FET，FieldEffectTransistor）只有一种载流子——多子参与导电,所以是一种单极型器件.它具有输入阻抗高的特点,同时受温度和辐射影响较小,又便与集成化,也成为当今集成电路发展的重要方向。711.5场效应管1.5.1结型场效应管1.5.2绝缘栅场效应管1.5.3场效应管与三极管的特点比较721.5.1结型场效应管1、结型场效应管的结构和类型2、工作原理：以N沟道JFET为例3、转移特性曲线4、主要参数73N+N+

P沟道耗尽层gsdgsdiDPP沟道JFET1、结型场效应管的结构和类型类型:N沟道JFETP沟道JFET1.5.1结型场效应管结构：在一块掺杂浓度较低的N型硅片两侧，制作两个高浓度的P区，形成两个P区（用P+表示），把它连接在一起，引出一个电极为栅极g，中间N型半导材料两端各引出一个电极分别叫源极s和漏极d。s、d极可以互换使用，中间的N区域流过电流，所以称为导电沟道.g、s、d三个极分别与三极管b、e、c极相对应。符号图中的箭头表示由P区(栅极)指向N区(沟道)的方向。P+P+耗尽层g(Gate)d(Drain)gsdiDNN沟道JFETiDs(Source)N沟道742、工作原理：以N沟道JFET为例N沟道JFET的偏置电路,

UGG:使栅源之间的PN结反偏并产生UGS.UDD:产生UDS，并引起iD.(1)UGS=0V时，沟道面积最宽，因此此时的漏极电流iD最大，iD=iDSSP+P+耗尽层

P

N内电场R外电场UI少子PN结为截止状态

P

N内电场外电场RUI多子PN结为导通状态752、工作原理：以N沟道JFET为例(2)0＞uGS＞uGS(off)栅源之间加上负的栅压UGG后，两个PN结均为反偏，空间电荷区变宽，N沟道面积变窄，iD减少。改变uGS的大小，可以控制iD的大小。若把待放大的信号ui加在UGG之上,当ui下降,uGS反压增加,耗尽层变宽,沟道变窄,则iD减少,反之亦然.耗尽层是上宽下窄，这是因为在uGS和uDS的作用下，g、d方向的反向偏压比g、s方向的反向偏压高出uDS的大小，所以导电沟道呈现为倒楔形。P+P+耗尽层762、工作原理：以N沟道JFET为例P+P+耗尽层(3)

uGS

＜UGS(off)

当uGS负到一定程度时，两侧的耗尽区逐渐变宽而合拢，使导电沟道消失，iD为0，我们将此时的uGS称为夹断电压UGS(off)77它是研究当uDS=常数时，iD与uGS之间的关系曲线，用函数式表示为(1)uGS=0，iD=IDSS

电流最大(2)

uGS

越负，iD

越小(3)uGS＜UGS(off)时，iD=0

用公式表示:3、转移特性曲线P+P+

N沟道耗尽层G(Gate)S(Source)D(Drain)GSDiDN共源极放大电路783.转移特性–3uGS/ViD/mAOuDS/VuGS

=–3V–2V–1V0VOiD/mA可变电阻区截止区放大区击穿

图1-42N沟道JFET的伏安特性曲线（a）转移特性曲线;（b）输出特性曲线(1)uGS=0，iD=IDSS

电流最大(2)

uGS

越负，iD

越小(3)从图中可以看出UGS(off)=-3.5(4)uGS＜UGS(off)时，iD=0

用公式表示:–3.5UGS(off)IDSSP+P+耗尽层794、漏极特性曲线图1-41共源极放大电路

它是研究当uGS=常数时，iD与uDS之间的关系曲线，用函数表示为80UGS(off)4、漏极特性曲线UGS(off)IDSS–3VuGS/ViD/mAOuDS/VuGS

=–3V–2V–1V0VOIDSSiD/mA可变电阻区截止区放大区击穿

图1-42N沟道JFET的伏安特性曲线（a）转移特性曲线;（b）输出特性曲线(1)可变电阻区

uDS较小时，沟道的面积主要由uGS决定，当uGS一定时，沟道的面积和形状几乎不变。此时iD随uDS的增加而线性增加，JFET可以看成一个受uDS电压控制的可变电阻，一般为几百欧姆，所以本区称为可变电阻区.(2)放大区(JFET管的放大区又称为饱和区)A、因为uDS较大，导电沟道呈倒楔形，当uGS不变时，随着uDS的增加，g、d方向的反向偏压高于g、s方向，因此靠近漏极的两个耗尽区率先合拢，叫做预夹断。(2)放大区(JFET管的放大区又称为饱和区)B、随着uDS的增加，合拢部分逐渐向下延伸，使沟道电阻变大，此时iD

几乎不随uDS增加而变化，曲线平坦，所以此区称为饱和区，或恒流区。(3)截止区当栅压很负，在uGS＜UGS(off)时，导电沟道完全被夹断，沟道电阻几乎为无穷大，iD=0.(4)击穿区当uDS很高，可以使栅漏之间的PN结承受过高的反向电压而击穿，此时iD突然变大，造成管子的破坏性–3.5VP+P+耗尽层814、主要参数(1)直流参数

A、夹断电压UGS(off):当uDS为某一固定数值时，使iD为0或一个微小电流，如1μA或

10μA，所对应的uGS称为夹断电压UGS(off).B、漏极饱和电流IDSS:在uGS=0v的条件下，当|UDS|>|UGS(off)|时的沟道电流称为IDSS.C、直流输入电阻Rgs:漏源之间短路条件下，栅源之间的电压UGS和栅极电流Ig之比一般Rgs＞107Ω，这是一个相当大的数值。P+P+耗尽层击穿–3uGS/ViD/mAOuDS/VuGS

=–3V–2V–1V0VOiD/mA放大区–3.5V–3.5IDSSUGS(off)824、主要参数(2)交流参数当uDS为某一固定值的条件下,漏极电流的变化量△iD和栅源电压变化量△UGS之比,称为低频跨导.这个参数表示UGS对iD的控制能力的大小，其单位是μS（μA/V）或mS

（mA/V）,g的大小一般在0.1～十几mS之间。或834、主要参数(3)极限参数主要有漏源击穿电压U(BR)DS,栅源击穿电压U(BR)GS,最大漏极耗散功率PDM等。841.5.2绝缘栅场效应管。IGFET（InsulatedGateFieldEffectTransistor）IGFET是目前应用最广泛的金属—氧化物—半导体（Metal—Oxide—Semiconductor）绝缘栅场效应管，简称为MOSFET或MOS管。因为它的栅极处于绝缘状态，所以叫绝缘栅场效应管。它是利用半导体表面的电场效应工作的，也称为表面场效应器件。MOS管输入电阻更高，可达1015Ω以上，并且便于集成，是目前发展很快的一种器件。851、N沟道增强型MOS场效管绝缘栅场效应管也有N沟道和P沟道两种，每一种又分为增强型和耗尽型两种。下面以N沟道增强型MOS场效管为例，来说明它的工作原理。(1)结构与电路符号P型衬底(掺杂浓度低)用扩散的方法制作两个N区在硅片表面生一层薄SiO2绝缘层用金属铝引出源极S和漏极D在绝缘层上喷金属铝引出栅极GBS-源极SourceG-

栅极Gate

D-漏极DrainSGD衬底耗尽层（a）增强型NMOSFET的结构;（b）增强型NMOSFET的电路符号;（c）增强型PMOSFET的电路符号SGD衬底N+N+（a）（b）（c）箭头方向是表示由P（衬底）指向N（沟道），符号中的断线表示当uGS＝0时，导电沟道不存在。86(2)增强型NMOS管的工作原理衬底引线A、当uGS=0v，如图所,NMOS管相当于在N与P衬底之间形成两个背靠背串联的PN结，所以iD=0耗尽层87(2)增强型NMOS管的工作原理耗尽层B、加正的uGS如图所示ⅰ）加UGG正电压后，在g与衬底之间产生如图示的电场，在这个电场作用下，产生反型层，它将两个N区连接在一起，形成N型导电沟道，加外加电压UDD(uDS)，产生漏极电流iD，在刚刚产生iD时所对应的UGS称为开启电压，记为UGS(th)ⅱ）因为g、d方向比g、s方向的电位差小，因此靠近漏极附近导电沟道窄，当uDS较小时，uDS增加，iD也随之增加N型反型层88(2)增强型NMOS管的工作原理N型反型层夹断点ⅲ）当uDS继续增加时，g、d方向电压逐渐下降到小于开启电压，使导电沟道靠漏极处会被夹断，此时继续增加uDS，夹断点将向源极扩展，沟道电阻增加，iD几乎不随uDS而变化89可变电阻区(3).转移特性和输出特性UGS(th)uGS/ViD/mAOuDS/VuGS

=3V4V

5VOiD/mA截止区放大区击穿uDS

=10VA、当uGS＜UGS(th)时，iD=0B、当uGS

＞UGS(th),

iD随uGS增大而增大,因此称为增强型的场效应管C、用公式表示:iD=K(uGS-UGS(th))2（uGS≥UGS(th)）如UGS(th)=2V，当uGS=5V时，iD=3mA,可求出K=0.333mA/V2UGS(th)=2VD、从图中可以看出这个管子的开启电压UGS(th)为2V，所以当uGS＞2V时，才开始产生iD电流。E、它的漏极特性也分为可变电阻区、放大区、截止区和击穿区904）主要参数绝缘栅场效应管的参数和结型场效应管基本相同,不同点在于：A、绝缘栅增强型场效应管存在开启电压UGS(th)

，不用夹断电压UGS(off)B、绝缘栅增强型场效应管当uGS＝0时，iD=0，所以不存在IDSS这一参数。C、绝缘栅增强型场效应管直流输入电阻RGS＞1016Ω，而结型场效应管RGS只有1010