chapter-1半导体及三极管

根据物体导电能力（电阻率）的不同，物质可分为导体(ρ<10-1Ω·cm)、绝缘体(ρ>109

Ω·cm)和半导体(10-1Ω<ρ<109Ω·cm)三大类。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等，其都是4价元素（外层轨道上的电子通常称为价电子），其原子结构模型和简化模型如图1.1.1所示。§1.1半导体的特性半导体应用极为广泛，因为它具有热敏性、光敏性、掺杂性等特殊性能。每个原子最外层的价电子，不仅受到自身原子核的束缚，同时还受到相邻原子核的吸引。因此，价电子不仅围绕自身的原子核运动，同时也出现在围绕相邻原子核的轨道上。于是，两个相邻的原子共有一对共价电子，这一对价电子组成所谓的。硅、锗原子的共价键结构如图所示。共价键纯净的、不含其他杂质的半导体称为本征半导体。在室温下，本征半导体共价键中的价电子获得足够的能量，挣脱共价键的束缚成为自由电子，在原位留下一个空穴，这种产生电子-空穴对的现象称为本征激发。在热力学温度零度（即T=０Ｋ，相当于-273℃）时，价电子的能量不足以挣脱共价键的束缚，因此，晶体中没有自由电子。所以在T=０Ｋ时，半导体不能导电，如同绝缘体一样。1.1.1本征半导体由于随机热振动致使共价键被打破而产生。电子－空穴对本征半导体中存在两种载流子：带负电的自由电子和带正电的空穴。分别用n和p表示自由电子和空穴的浓度，有n=p。空穴、电子导电机理 由于共价键出现了空穴，在外加电场或其它的作用下，邻近价电子就可填补到这个空位上，而在这个电子原来的位置上又留下新的空位，以后其他电子又可转移到这个新的空位。这样就使共价键中出现一定的电荷迁移。空穴的移动方向和电子移动方向是相反的。（动画演示）1.1.2杂质半导体本征半导体中虽有两种载流子，但因本征载子浓度很低，导电能力很差。如在本征半导体中掺入某种特定杂质，成为杂质半导体后，其导电性能将发生质的变化。N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷、砷）的半导体。P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼、镓）的半导体。因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。在Ｎ型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,由热激发形成。

提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子,因此五价杂质原子也称为施主杂质.一、Ｎ型半导体因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。在Ｐ型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由热激发形成。

空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。

二、Ｐ型半导体在杂质半导体中，多数载流子的浓度主要取决于掺入的杂质浓度；而小数载流子的浓度主要取决于温度。（如下图）杂质半导体，无论是N型还是P型，从总体上看，仍然保持着电中性。在纯净的半导体中掺杂后，导电性能大大改善。但提高导电能力不是其最终目的，因为导体导电能力更强。杂质半导体的奇妙之处在于,N、P型半导体可组合制造出各种各样的半导体器件.

三、杂质半导体的特点杂质半导体的示意图++++++++++++N型半导体少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半导体多子—空穴少子—电子少子浓度——与温度有关多子浓度——与杂质浓度有关多子—电子P型半导体和N型半导体有机地结合在一起时,因为P区一侧空穴多，N区一侧电子多，所以在它们的界面处存在空穴和电子的浓度差。§1.2半导体二极管1.２.1ＰＮ结及其单向导电性通过掺杂工艺，把本征硅(或锗)片的一边做成P型半导体，另一边做成N型半导体，这样在它们的交界面处会形成一个很薄的特殊物理层，称为ＰＮ结。一、ＰＮ结中载流子的运动二极管由一个特定的ＰＮ结和二引脚构成。于是P区中的空穴会向N区扩散，并在N区被电子复合。而N区中的电子也会向P区扩散，并在P区被空穴复合。这样在P区和N区分别留下了不能移动的受主负离子和施主正离子。（动画演示２）（动画演示１）二、ＰＮ结的单向导电性1）ＰＮ结正向偏置——导通由图1.2.2可见，外电场将推动P区多子（空穴）向右扩散，与原空间电荷区的负离子中和，推动N区的多子（电子）向左扩散与原空间电荷区的正离子中和，使空间电荷区变薄，打破了原来的动态平衡。同时电源不断地向P区补充正电荷，向N区补充负电荷，其结果使电路中形成较大的正向电流，由P区流向N区。这时ＰＮ结对外呈现较小的阻值，处于正向导通状态。给ＰＮ结加上电压，使电压的正极接P区，负极接N区（称ＰＮ结正向偏置）。（动画演示）

外电场的方向与内电场方向相反→耗尽层变窄→扩散运动＞漂移运动→多子扩散形成正向电流IF外电场削弱内电场正向电流正向电流2）ＰＮ结反向偏置——截止

由图1.2.3可见，外电场方向与内电场方向一致，它将N区的多子（电子）从ＰＮ结附近拉走，将P区的多子（空穴）从ＰＮ结附近拉走，使ＰＮ结变厚，呈现出很大的阻值，且打破了原来的动态平衡，使漂移运动增强。由于漂移运动是少子运动，因而漂移电流很小；若忽略漂移电流，则可以认为ＰＮ结截止。给ＰＮ结加上电压，使电压的正极接Ｎ区，负极接Ｐ区（称ＰＮ结反向偏置）。（动画演示）

外电场的方向与内电场方向相同→耗尽层变宽→漂移运动＞扩散运动→少子漂移形成反向电流IR外电场加强内电场反向电流反向电流综上所述，ＰＮ结正向偏置时，正向电流很大，ＰＮ结处于导通状态；ＰＮ结反向偏置时，反向电流很小，几乎为零，ＰＮ结处于截止状态。这就是ＰＮ结的单向导电性。

1.２.2二极管的类型及伏安特性在ＰＮ结的外面装上管壳,再引出两个电极，就做成了一个二极管。其中阳极从Ｐ区引出，阴极从Ｎ区引出。下图为二极管的图形符号。（ＰＮ结导电性实验）半导体二极管实物图片：特点：ＰＮ结面积小，所以极间电容小，管子允许通过的电流小；可在高频下工作；适用于作高频检波管和数字电路里的开关元件。二极管的类型很多，从制造材料上分，主要是硅管和锗管；从管子的结构上分，主要有 、 、 二极管。点接触型面接触型硅平面型1.二极管的类型及结构特点：ＰＮ结面积大，极间电容大，允许通过的电流

大；适合在较低频率下工作,可用于整流电路.

二极管的类型很多，从制造材料上分，主要是硅管和锗管；从管子的结构上分，主要有 、 、 二极管。点接触型面接触型硅平面型1.二极管的类型及结构特点：ＰＮ结不受水气和污物的污染，表面漏电流小，性能稳定。平面管的ＰＮ结面积大时，允许通过的电流也大，适于做大功率整流管；结面积小的，暂态特性好，适于做开关管。二极管的类型很多，从制造材料上分，主要是硅管和锗管；从管子的结构上分，主要有 、 、 二极管。点接触型面接触型硅平面型1.二极管的类型及结构2.二极管的伏安特性在二极管的两端加上电压Ｕ，然后测出流过的电流Ｉ，电流与电压之间的关系曲线Ｉ＝ｆ(Ｕ)即是二极管的伏安特性。如图1.2.5所示.特性曲线分为两部分：加正向电压时的特性叫正向特性（图中右半部分）；加反向电压时的特性叫反向特性（图中左半部分）。1）正向特性区0A段：称为“死区”。2）反向特性区0Ｄ段：称为反向截止区。这时二极管呈现很高的电阻，在电路中相当于一个断开的开关，呈截止状态。AC段：称为正向导通区。DE段：称为反向击穿区。当反向电压增加到一定值时，反向电流急剧加大，这种现象称为反向击穿。发生击穿时所加的电压称为反向击穿电压,记做ＵB。这时电压的微小变化会引起电流很大的变化，表现出很好的恒压特性。（稳压二极管正是利用这一特性工作在击穿区。）若对反向击穿后的电流不加以限制，ＰＮ结也会因过热而烧坏，这种情况称为热击穿。因此我们只要注意控制反向电流的数值，不使其过大引起管子过热而烧坏,则当反向电压降低时，二极管的性能可以恢复正常。电击穿：可逆根据半导体物理原理分析可得到伏安特性表达式（即二极管方程）如下：注意:二极管击穿后，不再具有单向导电性。热击穿：不可逆iD=IS(e

uD/UT-1)iD：通过PN结的电流；其中：uD：PN结两端的外加电压；UT：温度的电压当量=kT/q=0.026V，其中k为波耳兹曼常数(1.38×10–23J/K)，T为常温，即热力学温度(300K)，q为电子电荷(1.6×10–19C)；IS：反向饱和电流。当uD

＞0，且uD>>UT时，iD=IS(e

uD

/UT)；

由此说明：1)加正向电压时，电流Ｉ与电压Ｕ基本上成指数关系；2)加正向电压时导通，加反向电压时截止，即具有单向导电性。当uD

＜0，且|uD|>>UT

时，iD≈-IS≈0。iD=IS(e

uD/UT-1)指二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流，它是由ＰＮ结的结面积和外界散热条件决定的。实际应用时，二极管的平均电流不能超过此值，并要满足散热条件，否则会烧坏二极管。主要由ＰＮ结的结电容大小决定。结电容越大,则其允许的最高工作频率越低。指在室温下，二极管未击穿时的反向电流值。该电流越小，管子的单向导电性能就越好。另由于反向电流是由少数载流子形成，所以温度升高，反向电流会急剧增加，因而在使用时要注意温度的影响。1.２.3二极管的主要参数器件的参数是对其特性的定量描述，也是我们正确使用和合理选择器件的依据。半导体二极管主要参数有：

1.最大整流电流IＦ2.最高反向工作电压UR3.反向电流IＲ4.最高工作频率fM指二极管使用时所允许加的最大反向电压,超过此值二极管就有发生反向击穿的危险。通常取反向击穿电压UBR的一半作为UR

。1.２.4稳压二极管稳压管又称齐纳二极管，其符号如图1.2.7(a)所示。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。它是一种用特殊工艺制造的面接触型硅二极管，这种管子的杂质浓度比较大，空间电荷区内的电荷密度也大，容易形成强电场。其特性如图1.2.7(b)的所示，其正向特性曲线与普通二极管相似，而反向击穿特性曲线则很陡。图中的VZ表示反向击穿电压，即稳压管的稳定电压。稳压管的稳压原理在于：电流有很大增量时,只引起很小的电压变化。反向击穿曲线愈陡，动态电阻愈小，稳压管的稳压性能愈好。稳压管的参数主要有以下几项：1.稳定电压UZ指稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。2.稳定电流IZ(IZmin

~IZmax)指稳压管正常工作时的参考电流。若工作电流小于IZmin，则不能稳压；若工作电流大于IZmax

，则会因功耗过大而烧坏。3.动态电阻rZ指稳压管两端电压和电流的变化量之比。

rZ=U/I

rZ愈小,反映稳压管的击穿特性愈陡,稳压性越好.4.电压的温度系数稳定电压aU指稳压的电流保持不变时，环境温度每变化１℃所引起的稳定电压变化的百分比。一般：UZ>7V，aU为正值；UZ

<4V，aU为负值；4V>UZ

>7V，aU值较小，稳压性能稳定。5.额定功率ＰZ指稳压管工作电压UZ与最大工作电流IZmax的乘积.

ＰZ=UZ×IZmax

额定功率决定于稳压管允许的温升。稳压管电路分析：1.限流电阻的计算(1)当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此可计算出限流电阻的最大值。即稳压管工作在反向击穿区必须限制稳压管电流,以免烧坏管子负载与稳压管并联(2)当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此可计算出限流电阻的最小值。即所以：Ｒmin＜R＜Rmax2.负载电阻的计算(1)当输入电压最小时，只有负载电阻足够大(分流足够小)才能保证IZ不小于IZmin，由此可计算出负载电阻的最大值。即(2)当输入电压最大时，只有负载电阻足够小(分流足够大)才能保证IZ不大于IZmax，由此可计算出负载电阻的最小值。即所以：ＲLmin＜RＬ＜RLmax1.２.5变容二极管普通二极管(整流二极管，检波二极管)是利用二极管的单向导电特性；

稳压管是利用二极管的击穿特性；而变容二极管是利用二极管的电容效应。一、PN结的电容效应它包括势垒电容和扩散电容两部分。1.

势垒电容是由PN结的空间电荷区(耗尽层)形成的，又称为结电容。势垒电容的大小可用下式表示：ε：半导体材料的介电系数；其中：

s：PN结面积；

l：耗尽层宽度。UD：PN结的势电位差,锗管0.2~0.3V,硅管0.6~0.7VU：加到二极管上的反向电压；Cjo：为Ｕ=0时的势垒(结)电容；y：为电容变化指数，与掺杂浓度和管结构有关。U0CbCjo势垒电容Cb与外加反向电压的关系(如左图)2.

扩散电容是由多数载流子在扩散过程中和积累而引起的。当外加正向电压变化时，PN结两侧堆积的少子数量及浓度梯度也也跟着变化，相当于电容的充放电过程，这就是扩散电容效应。(如右图)综上所述，PN结总的结电容Cj包括势垒电容Cb和扩散电容Cd两部分。一般来说，当二极管正向偏置时，扩散电容起主要作用，即可以认为Cj≈Cd；当反向偏置时，势垒电容起主要作用，可以认为Cj≈Cb。二、变容二极管电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来。是利用PN结的(反向偏置)势垒电容效应而构成的另一种特殊二极管。§1.3双极型三极管三极管从所用材料来分：硅管和锗管；三极管从结构来分：NPN管和PNP管。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，称为双极型晶体管(BipolarJunc-tionTransistor,简称BJT)。也叫半导体三极管或晶体三极管。1.3.1三极管的结构NPN型PNP型符号:--NNP发射区集电区基区发射结集电结ecb发射极集电极基极--PPN发射区集电区基区发射结集电结ecb发射极集电极基极三极管的结构特点：(1)包含：三区、三极、二结；(2)发射区的掺杂浓度>>集电区掺杂浓度。(3)基区要制造得很薄且浓度很低。箭头的方向代表电流的方向箭头的方向代表电流的方向1.3.2三极管的放大作用和载流子的运动三极管内部存在两个PN结，表面看来，似乎相当于两个二极管背靠背地串联在一起，如右图(以NPN型为例)。但是将两个单独的二极管这样连接起来后它们并不具有放大作用。三极管的放大作用,必须由其内部结构和外部电压条件来保证。1.内部结构a)发射区掺杂浓度最高，因而其中的多数载流子浓度很高。b)基区做得很薄，而且掺杂浓度最低，即基区中多子浓度很低。c)集电结结面积比较大，且集电区多子浓度远比发射区多子浓度低。发射载流子传送和控制载流子收集载流子b)集电结反偏：共发射极接法c区b区e区+UCE－＋UBE－＋UCB－>02.外部条件由VBB保证。由VCC、VBB保证。三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。(放大状态)：a)发射结正偏：>0一、BJT内部的载流子传输过程(1)

因为发射结正偏,所以发射区向基区注入电子，形成了扩散电流IEN

。同时从基区向发射区也有空穴的扩散运动，形成的电流为IEP。但其数量小，可忽略。所以发射极电流IE≈IEN

。(2)发射区的电子注入基区后，变成了少数载流子。少部分遇到的空穴复合掉，形成IBN。所以基极电流IB≈IBN

。大部分到达了集电区的边缘。(3)

因为集电结反偏,收集扩散到集电区边缘的电子，形成电流ICN。另外，集电结区的少子形成漂移电流ICBO。BI（动画演示）(1)

三电流之间的关系BI二、BJT三个电极上的电流分配关系当忽略IEP时可得到：IE在B极和E极之间的分配比例取决于基区宽度、基区多子浓度和外加电源VCC的极性及大小。BI(2)

电流分配关系定义：(忽略各区少子产生的电流IEP、ICBO。)

称为共基极直流电流放大系数。显然小于1而接近1.定义：共发射极直流电流放大倍数。称为电流放大系数，它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。

当UCE不变时，输入回路中的电流IB与电压UBE之间的关系曲线称为～，用下式表示：1.3.3BJT的特性曲线（共发射极接法）一、输入特性曲线：(1)

UCE=0V时，相当于两个PN结并联。死区电压硅0.5V锗0.1V导通压降硅0.7V锗0.3V(3)

UCE≥1V再增加时，曲线右移很不明显。

(2)

当UCE=1V时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，在同一UBE电压下，IB减小。特性曲线将向右稍微移动一些。=1VCEu当IB不变时，输出回路中的电流IC与电压UCE之间的关系曲线称为~，其表达式为二、输出特性曲线：现以IB=60uA一条加以说明.(1)当UCE=0

V时，因集电极无收集作用，IC=0。(3)当UCE

＞1V后，收集电子的能力足够强。这时，发射到基区的电子都被集电极收集，形成IC。所以UCE再增加，IC基本保持不变。同理，可作出IB为其它值的曲线。(2)UCE↑→IC

↑。

IC接近零的区域，相当IB=0的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区截止区iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA

IC受UCE显著控制的区域，该区域内UCE＜0.7V。此时发射结正偏，集电结也正偏。曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏.该区中有：饱和区输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区：截止区：放大区：（动画演示）三、温度对晶体管特性的影响1.温度对输入特性的影响温度升高，少子数目增加，ＰＮ变薄，发射结势垒电压下降，在维持IB不变的情况下，需要输入电压UBE下降。输入特性曲线随温度升高向左移。2.温度对β的影响温度升高，少子数目增加，多子数目基本不高，由于复合作用，基区多子浓度下降，导致β提高。3.温度对ICBO、ICEO的影响ICBO是集电结反向饱和电流，由少子的漂移形成，随温度提高呈指数规律增加；4.温度对输出特性的影响温度升高，使ICBO、ICEO和β增加，使输出特性曲线向上移，且间距拉大。因ICEO=(1+β)ICBO，故温度升高，ICEO也升高。（动画演示）四、例题例1.3.1三极管工作状态的判定NPN三极管VT组成的共射电路图如下所示.设VT的UBE=0.7V,饱和压降为UCES=0.7V。试判定三极管处于何种工作状态(放大、饱和、截止)。解：通常判定三极管处于何种工作状态可用下述三种方法。1.三极管结偏置判定法2.三极管电流关系判定法3.三极管结电位判定法+VCCRbRcIBICIE+VBBVO正偏或零偏正偏反偏正偏反偏反偏或零偏饱和放大截止集电结发射结1.三极管结偏置判定法结偏置工作状态<(1+β)IB<βIBIB≥IBSIB+IC=(1+β)IBβIB>00002.三极管电流关系判定法饱和放大截止IEICIB电流工作状态流关系电表中:IBS称为三极管临界饱时基极应注入的电流.3.三极管电位判定法UCES0.7UCES<UC<VCC0.7VCC≤0饱和放大截止ＵＣUB位电位工作状态电值三种判定方法中，第二种常用于解题过程中,第三种则常用于实验测定。例1.3.2三极管工作状态的分析计算NPN三极管接成如下图所示两种电路。试分析电路中三极管VT处于何种工作状态。设VT的UBE=0.7V。解：(a)基极偏置电流IB为：临界饱和时的基极偏置电流IBS为：由于IB<IBS，故三极管VT处于放大状态。判断图(a)电路三极管的工作状态，也可通过直接比较电阻RB和βRC的大小来确定。即：RB>βRC时，VT为放大状态；RB<βRC时，VT为饱和状态。解：(b)基极偏置电流IB为：临界饱和时的基极偏置电流IBS为：由于IB<IBS，故三极管VT处于放大状态。1.3.4BJT的主要参数1.

电流放大系数(2)共基极电流放大系数：iCE△=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAI△BBBIBiIBI=100uACBI=60uAi2.31.5(1)共发射极电流放大系数：发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它实际上就是一个PN结的反向电流。其大小与温度有关。2.极间反向电流(2)集电极发射极间的穿透电流ICEO(1)集电极基极间反向饱和电流ICBO+ICBO+ecbICEO锗管：I

CBO为微安数量级，硅管：I

CBO为纳安数量级。基极开路时，集电极到发射极间的电流——穿透电流。其大小与温度有关。IC增加时，要下降。当值下降到线性放大区值的70％时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。(1)集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功率损耗PCMPCM3.极限参数集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PC=ICUCE<PCM

BJT有两个PN结，其反向击穿电压有以下几种①

U(BR)EBO——集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般几伏～十几伏.③U(BR)CEO——基极开路时，集电极与发射极之间允许的最大反向电压。(BR)CEOUU(BR)CBOU(BR)EBO(3)极间反向击穿电压②

U(BR)CBO——发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般几十～几百伏.根据给定的极限参数ICM、

U(BR)CEO和PCM，可以在三极管的输出特性曲线上画出管子的安全工作区，如下图所示。第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、

G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管用字母表示材料用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格三极管国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：3DG110B1.3.5半导体三极管的型号§1.4场效应管BJT是一种电流控制器件(iB~iC)，工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道N沟道P沟道FET分类：

绝缘栅场效应管结型场效应管场效应管(简称FET)是一种电压控制(电场效应控制)器件(uGS~iD)，工作时，只有一种(多数)载流子参与导电，因此它是单极型器件。FET因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。1.4.1结型场效应管(JFET)一、结构(以N沟道为例)它是在一块N型半导体的两边利用杂质扩散出高浓度的P型区域,用P+表示,形成两个P+N结。

N型半导体的两端引出两个电极，分别称为漏极D和源极S。把两边的P区引出电极并连在一起称为栅极G。

如果在漏---源极间加上正向电压,N区中的多子(也就是电子)可以导电。它们从源极S出发，流向漏极D。电流方向由D指向S，称为漏极电流ID。由于导电沟道是N型的，故称为N沟道结型场效应管。（动画演示）箭头方向表示PN结的正向电流方向。它的三个电极D、G、S分别与晶体管的C、B、E极相对应。符号：二、工作原理从结型场效应管的结构已经看到,在栅极和导电沟道间存在一个PN结。现在,我们来认识一下这个PN结：

首先，假如在G—S间加上反向电压VGS，则PN结反向偏置。显然,改变VGS将改变耗尽层的宽度。其次，由于PN结两边，P区掺杂浓度很高，N区掺杂浓度相对较低；PN结中N区一侧的正离子数与P区一侧的负离子数相等，因而交界面两侧的宽度并不相等。掺杂程度低的N沟道层宽比P区层宽大很多。故此,可以认为,当耗尽层展宽时主要向着导电沟道的一侧。（动画演示）结型场效应管的栅极和源极间电压UGS变化时，对耗尽层和导电沟道宽度以及漏极电流ID大小的影响。1.UDS=0时：UP称为夹断电压VGS越负，沟道越窄（动画演示）2.UDS>0时：VGS越负，沟道越窄VGD越负，沟道越窄（动画演示）三、特性曲线JFET的特性曲线有两条：转移特性曲线和输出特性曲线。图1.4.6N沟道结型场效应管的特性曲线(a)输出特性(b)转移特性1.转移特性描述栅源电压UGS对漏极电流ID的控制作用。转移特性有两个重要参数：夹断电压UP和饱和漏极电流IDSS。结型场效应管转移特性曲线可用以下公式表示：饱和漏极电流IDSS夹断电压UP(动画演示)场效应管输出特性曲线可分为三个区：可变电阻区、恒流区和击穿区。2.输出特性描述当栅源电压UGS不变时，漏极电流ID与漏源电压UDS的关系，即：（动画演示）绝缘栅型场效应管

(MetalOxide

SemiconductorFET)，简称MOSFET。分为：增强型

N沟道、P沟道耗尽型N沟道、P沟道一、N沟道增强型MOS管(1)结构

四个电极：漏极D，源极S,栅极G和衬底B。符号：1.4.2绝缘栅型场效应管(IGFET)（动画演示）当UGS＞0V时→纵向电场→将靠近栅极下方的空穴向下排斥→耗尽层。

(2)

工作原理当UGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。再增加UGS→纵向电场↑→将P区少子电子聚集到P区表面→形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可①栅源电压UGS的控制作用以形成漏极电流Id。（动画演示）定义：开启电压(UT)----刚刚产生沟道所需的栅源电压UGS。N沟道增强型MOS管的基本特性：UGS＜UT，管子截止；UGS＞UT，管子导通。UGS

越大，沟道越宽，在相同的漏源电压UDS作用下，漏极电流ID越大。

②漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用当UGS＞UT，且固定为某一值时，来分析漏源电压VDS对漏极电流ID的影响。(设UT=2V，UGS=4V)(a)UDS=0时，ID=0。(b)UDS↑→ID↑；同时沟道靠漏区变窄。(c)当UDS增加到使UGD=UT时，沟道靠漏区夹断，称为预夹断。(d)UDS再增加，预夹断区加长，UDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，ID不变。(3)特性曲线①输出特性曲线：ID=f(UDS)UGS=const可变电阻区恒流区截止区击穿区四个区：(a)可变电阻区(预夹断前)。(b)恒流区也称饱和区(预夹断后)。(c)夹断区(截止区)。(d)击穿区。

②转移特性曲线：ID=f(UGS)UDS=const可根据输出特性曲线作出转移特性曲线。例：作UDS=10V的一条转移特性曲线：UT(4)重要参数----跨导gm：

gm=iD/uGSuDS=const

(单位mS)gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用.在转移特性曲线上，gm为的曲线的斜率。在输出特性曲线上也可求出gm。特点：在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当UGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。

定义：

夹断电压(UP)--沟道刚刚消失所需的栅源电压UGS.二、N沟道耗尽型MOSFET当UGS=0时,就有沟道，加入UDS，就有ID。当UGS＞0时，沟道增宽，ID进一步增加。当UGS＜0时，沟道变窄，ID减小。输出特性曲线转移特性曲线1GSu01D(V)-12-2(mA)432i42uu310V=+2V1DSGSD(mA)i=-1VuGSGSGS=0V=+1Vuu(V)=-2V＝UPGSuUPN沟道耗尽型MOSFET的特性曲线P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。三、P沟道MOSFET四、例题例1.4.1绝缘栅场效应管工作状态分析绝缘栅场效应管组成下图(a)所示电路，图(b)为其输出特性曲线。试问：图中VT管为哪种导电沟道的场效应管？要使电路正常工作，VT管应为何种类型的场效应管？在图示曲线和参数条件下，电路能否正常工作？此时VT管处在何种工作状态？若将图中VT管改为同样沟道的另一种类型管，电路应作何改动才能正常工作？解：1.导电沟道类型衬底B箭头方向N型。2.场效应管类型上图属自给栅偏压电路，要使输入交流信号正负向都有输入，该场效应管必须选用耗尽型结构。3.VT管工作状态的判定在输出特性曲线上，经过(UDS，ID)为(18，0)和(0，0.45)的两个坐标点作直流负载线，如下图红线所示。

当UDS为电源电压18V时，ID电流为零当UDS为零时，ID电流为18V÷(35K+5K)当ID分别取不同的值时得到相对应的UGS，连接各点，得到输入回路直流负载线(如蓝线所示)，从图(a)电路可得：UGS=-RSIS=-RSID，