电子技术模拟部分ch1课件

2023/2/61电子技术

基础3-3112023/2/621.本课程的性质及特点技术基础课，具有工程性、实践性。

非纯理论性课程

实践性很强

以工程实践的观点来处理电路中的一些问题2.课程研究内容研究各种电子器件的结构、工作原理及性能指标等;用各种电子器件组成电路的分析与设计。包括：模拟电子技术、数字电子技术3.学习目标

前言能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对较简单的单元电路进行设计。2023/2/634.电子技术的发展1904年弗莱明发明了电子二极管，并证实了电子管具有“阀门”作用，首先被用于无线电检波。1906年美国的德弗雷斯在弗莱明的二极管中放进了第三个电极――栅极而发明了电子三极管，从而建树了早期电子技术上最重要的里程碑。半个多世纪以来，电子管在电子技术中立下了很大功劳；但是电子管成本高，制造繁，体积大，耗电多，从1948年美国贝尔实验室的几位研究人员发明晶体管以来，在大多数领域中已逐渐用晶体管来取代电子管。但是，我们不能否定电子管的独特优点，在有些装置中,，不论从稳定性，经济性或功率上考虑，还需要采用电子管。随着生产和科学技术发展的需要，电子技术得到高度发展和广泛应用（如空间电子技术，生物医学电子技术，信息处理和遥感技术，微波应用等），它对于社会生产力的发展，也起着变革性的推动作用。发展特点:以电子器件的发展为基础电子管时代1906年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体积大、重量重、耗电大、寿命短。目前在一些大功率发射装置中使用。电压控制器件电真空技术晶体管时代电流控制器件半导体技术半导体二极管、三极管器件半导体集成电路2023/2/696.成绩评定平时成绩：19% 考试成绩：81%7.参考书康华光主编，《电子技术基础》模拟部分，高教出版社童诗白主编，《模拟电子技术基础》，高教出版社实验成绩：20% 闫石主编，《数字电子技术基础》，高教出版社康华光主编，《电子技术基础》数字部分，高教出版社课堂成绩：80% 5.学习方法重点掌握基本概念、基本电路的分析方法和解题技巧。2023/2/610第一章半导体器件2023/2/6111.1半导体的特性

1.导体：电阻率

<10-4

·cm的物质。如铜、银、铝等金属材料。

2.绝缘体：电阻率

>109·

cm物质。如橡胶、塑料等。

3.半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。大多数半导体器件所用的主要材料是硅(Si)和锗(Ge)。半导体导电性能是由其原子结构决定的。2023/2/6131.1.1本征半导体

+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键价电子完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体。

将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。图1.1.2单晶体中的共价键结构

当温度T=0

K时，半导体不导电，如同绝缘体。2023/2/614+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子空穴T

图1.1.3本征半导体中的自由电子和空穴若T

，将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子，在原来的共价键中留下一个空位——空穴

自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力，但很微弱。空穴可看成带正电的载流子。2023/2/6151.半导体中两种载流子带负电的自由电子带正电的空穴

2.本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为电子-空穴对。

3.本征半导体中自由电子和空穴的浓度用ni和pi表示，显然ni

=pi

。

4.由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。

5.载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升高，基本按指数规律增加。2023/2/617+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子施主原子图1.1.4

N型半导体的晶体结构本征半导体掺入5价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有5个价电子，其中4个与硅构成共价键，多余一个电子只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。自由电子浓度远大于空穴的浓度，电子称为多数载流子(简称多子)，空穴称为少数载流子(简称少子)。2023/2/618+4+4+4+4+4+4+4+4+4二、P型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成P型半导体。+3空穴浓度多于电子浓度，空穴为多数载流子，电子为少数载流子。

3价杂质原子称为受主原子。受主原子空穴图1.1.5

P型半导体的晶体结构2023/2/619说明：

1.掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。3.杂质半导体总体上保持电中性。

4.杂质半导体的表示方法如下图所示。

2.杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。(a)N型半导体(b)P型半导体图1.1.6杂质半导体的的简化表示法2023/2/621一、PN结中载流子的运动耗尽层空间电荷区PN

2.扩散运动形成空间电荷区

1.电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动。——PN结，耗尽层。图1.2.1PN2023/2/6223.空间电荷区产生内电场PN空间电荷区内电场UD空间电荷区正负离子之间电位差UD

——电位壁垒；

4.漂移运动内电场有利于少子运动—漂移运动少子的运动与多子运动方向相反阻挡层内电场阻止多子的扩散

——

阻挡层。2023/2/6235.扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；当扩散电流与漂移电流相等时，PN结总的电流空间电荷区的宽度约为几微米~几十微米；等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。即扩散运动与漂移运动达到动态平衡。电压壁垒UD，硅材料约为(0.6~0.8)V,锗材料约为(0.2~0.3)V。2023/2/625在PN结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻R。2.PN结外加反向电压(反偏)反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用；外电场使空间电荷区变宽；不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产生反向电流I

；由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。2023/2/626空间电荷区图1.2.3反相偏置的PN结

反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感，随着温度升高，IS将急剧增大。PN外电场方向内电场方向VRIS2023/2/627综上所述：当PN结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流，PN结处于导通状态；当PN结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零，PN结处于截止状态。可见，PN结具有单向导电性。2023/2/629半导体二极管图片2023/2/630二极管的伏安特性在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流，I=f

(U

)之间的关系曲线。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50I/mAU/V正向特性硅管的伏安特性2CP31死区电压击穿电压U(BR)反向特性–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.02锗管的伏安特性2AP260图1.2.4二极管的伏安特性2023/2/6311.正向特性当正向电压比较小时，正向电流很小，几乎为零。相应的电压叫死区电压。范围称死区。死区电压与材料和温度有关，硅管约0.5V左右，锗管约0.1V左右。正向特性死区电压60402000.40.8I/mAU/V当正向电压超过死区电压后，随着电压的升高，正向电流迅速增大。2023/2/6322.反向特性–0.02–0.040–25–50I/mAU/V反向特性

当电压超过零点几伏后，反向电流不随电压增加而增大，即饱和；二极管加反向电压，反向电流很小；如果反向电压继续升高，大到一定数值时，反向电流会突然增大；反向饱和电流这种现象称击穿，对应电压叫反向击穿电压。

击穿并不意味管子损坏，若控制击穿电流，电压降低后，还可恢复正常。击穿电压U(BR)2023/2/6333.伏安特性表达式(二极管方程)IS：反向饱和电流UT：温度的电压当量在常温(300K)下，

UT

26mV二极管加反向电压，即U<0，且|U|

>>UT，则I

-IS。二极管加正向电压，即U>0，且U>>UT

，则，可得，说明电流I与电压U

基本上成指数关系。2023/2/634结论：二极管具有单向导电性。加正向电压时导通，呈现很小的正向电阻，如同开关闭合；加反向电压时截止，呈现很大的反向电阻，如同开关断开。从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所以二极管属于非线性器件。硅二极管的导通电压为0.6—0.8V，一般取0.7V；锗二极管的导通电压为0.1—0.3V，一般取0.2V。2023/2/635知识点小结一、半导体自由电子（少子）空穴（多子）本征半导体杂质半导体P型半导体N型半导体自由电子（多子）空穴（少子）二、二极管1、PN结的单向导电性（1）正偏时，PN结处于导通状态；（2）反偏时，PN结处于截止状态。2023/2/6362、二极管的伏安特性硅二极管的导通电压为0.6—0.8V，一般取0.7V；锗二极管的导通电压为0.1—0.3V，一般取0.2V。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50I/mAU/V正向特性死区电压击穿电压U(BR)反向特性2023/2/637应用举例例2：P56习题1.5解：采用理想电路模型ui和uo的波形如图所示

二极管的电流波形如何？例1：P55习题1.1欲使二极管具有良好的单向导电性，管子的正向电阻和反向电阻分别为大一些好，还是小一些好？解：二极管的正向电阻愈小愈好，反向电阻愈大愈好。根据二极管的单向导电性可判断二极管的阳极和阴极。2023/2/6381.2.3

二极管的主要参数1.最大整流电流IF二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。2.最高反向工作电压UR

工作时允许加在二极管两端的反向电压值。通常将击穿电压UBR的一半定义为UR。3.反向电流IR通常希望IR

值愈小愈好。4.最高工作频率fM

fM值主要决定于PN结结电容的大小。结电容愈大，二极管允许的最高工作频率愈低。2023/2/639

1.2.5稳压管一种特殊的面接触型半导体硅二极管。稳压管工作于反向击穿区。

I/mAU/VO+正向

+反向U(b)稳压管符号(a)稳压管伏安特性+I图1.2.10稳压管的伏安特性和符号+2023/2/640

稳压管的参数主要有以下几项：1.稳定电压UZ3.动态电阻rZ2.稳定电流IZ稳压管工作在反向击穿区时的稳定工作电压。正常工作的参考电流。I<IZ时，管子的稳压性能差；I>IZ

，只要不超过额定功耗即可。

rZ愈小愈好。对于同一个稳压管，工作电流愈大，rZ值愈小。IZ=5mArZ

16IZ=20mArZ

3IZ/mA2023/2/6414.电压温度系数U稳压管电流不变时，环境温度每变化1℃引起稳定电压变化的百分比。

(1)

UZ>7V,U>0；UZ<4V，U<0；

(2)

UZ

在4~7V之间，U

值比较小，性能比较稳定。

2CW17：UZ=9~10.5V，U=0.09

%/℃

2CW11：UZ=3.2~4.5V，U=-(0.05~0.03)%/℃

(3)2DW7系列为温度补偿稳压管，用于电子设备的精密稳压源中。2023/2/6425.额定功耗PZ额定功率决定于稳压管允许的温升。PZ=UZIZPZ会转化为热能，使稳压管发热。电工手册中给出IZM，IZM=PZ/UZ

[例1]

求通过稳压管的电流IZ等于多少？R是限流电阻，其值是否合适？IZVDZ+20VR=1.6k+

UZ=12V-

IZM=18mA例题电路图IZ

<IZM

，电阻值合适。[解]2023/2/643VDZR使用稳压管需要注意的几个问题：图1.2.13稳压管电路UOIO+IZIRUI+

1.外加电源的正极接管子的N区，电源的负极接P区，保证管子工作在反向击穿区；RL

2.

稳压管应与负载电阻RL并联；

3.必须限制流过稳压管的电流IZ，不能超过规定值，以免因过热而烧毁管子。2023/2/6441.3双极型三极管(BJT)又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。(BipolarJunctionTransistor)三极管的外形如下图所示。三极管有两种类型：NPN和PNP型。图1.3.1三极管的外形2023/2/6451.3.1三极管的结构常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。图1.3.2三极管的结构(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)becPNPe发射极，b基极，c集电极。NcSiO2b硼杂质扩散e磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散PN2023/2/646图1.3.3三极管结构示意图和符号

(a)NPN型ecb符号集电区集电结基区发射结发射区集电极c基极b发射极eNNP2023/2/647集电区集电结基区发射结发射区集电极c发射极e基极b

cbe符号NNPPN图1.3.3三极管结构示意图和符号

(b)PNP型2023/2/6481.3.2三极管的放大作用和载流子的运动以NPN型三极管为例讨论图1.3.4三极管中的两个PN结cNNPebbec表面看三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。不具备放大作用2023/2/649三极管内部结构要求：NNPebcNNNPPP

1.发射区高掺杂。

2.基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。

三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。3.集电结面积大。2023/2/650becRcRb三极管中载流子运动过程IEIB

1.发射

发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区—形成发射极电流

IE

(基区多子数目较少，空穴电流可忽略)。

2.复合和扩散

电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流

Ibn，复合掉的空穴由VBB

补充。多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。图1.3.5三极管中载流子的运动2023/2/651becIEIBRcRb三极管中载流子运动过程

3.收集集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流

Icn。其能量来自外接电源VCC

。IC另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流，用ICBO表示。ICBO图1.3.5三极管中载流子的运动2023/2/652beceRcRb三极管的电流分配关系ICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBO

IE=ICn+IBn一般要求ICn在IE中占的比例尽量大。而二者之比称共基直流电流放大系数，即一般可达0.95~0.992023/2/653三个极的电流之间满足节点电流定律，即IE=IC+IB代入(1)式，得其中：

共射直流电流放大系数。2023/2/654上式中的后一项常用ICEO表示，ICEO称穿透电流。当ICEO<<IC

时，忽略ICEO，则由上式可得共射直流电流放大系数近似等于IC

与IB

之比。一般值约为几十~几百。2023/2/655三极管的电流分配关系一组三极管电流关系典型数据IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91

IE/mA00.010.571.161.772.372.961.任何一列电流关系符合IE=IC+IB，IB<IC<IE,ICIE。

2.当IB有微小变化时，IC

较大。说明三极管具有电流放大作用。

3.共射电流放大系数共基电流放大系数2023/2/656

根据和

的定义，以及三极管中三个电流的关系，可得故与两个参数之间满足以下关系：直流参数与交流参数、的含义是不同的，但是，对于大多数三极管来说，与，与的数值却差别不大，计算中，可不将它们严格区分。2023/2/657输出回路输入回路+UCE-1.3.3三极管的特性曲线

特性曲线是选用三极管的主要依据，可从半导体器件手册查得。IBUCE图1.3.6三极管共射特性曲线测试电路ICVCCRbVBBcebRcV+V+A++mA

输入特性：输出特性：+UCE-+UCE-IBIBIBUBE2023/2/658一、输入特性

(1)UCE=0时的输入特性曲线RbVBBcebIB+UBE_VBBIB+UBE_bceOIB/A当UCE=0时，基极和发射极之间相当于两个PN结并联。所以，当b、e之间加正向电压时，应为两个二极管并联后的正向伏安特性。图1.3.7(上中图)

图1.3.8(下图)

2023/2/659

(2)

UCE>0时的输入特性曲线

当UCE>0时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。UCE>UBE，三极管处于放大状态。

*特性右移(因集电结开始吸引电子)OIB/AIBUCEICVCCRbVBBcebRCV+V+A++mAUBE*UCE

≥1V，特性曲线重合。图1.3.6三极管共射特性曲线测试电路图1.3.8三极管的输入特性UCE=1V2023/2/660二、输出特性图1.3.9

NPN三极管的输出特性曲线IC

/mAUCE

/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O510154321截止区放大区饱和区放大区

1.截止区

条件：两个结都处于反向偏置。

IB=0时，IC=ICEO。

硅管约等于1A，锗管约为几十~几百微安。截止区截止区2023/2/6612.放大区条件：发射结正偏集电结反偏

特点：各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平线，且等间隔。IC

/mAUCE

/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O510154321放大区

集电极电流和基极电流体现放大作用，即放大区放大区对NPN

管UBE>0，UBC<0图1.3.9

NPN三极管的输出特性曲线2023/2/6623.饱和区：条件：两个结均正偏IC

/mAUCE

/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O510154321对NPN型管，UBE>0UBC>0

特点：IC基本上不随IB而变化，在饱和区三极管失去放大作用。

IC

IB。当UCE=UBE，即UCB=0时，称临界饱和，UCE

<

UBE时称为过饱和。饱和管压降

UCES<0.4V(硅管)，UCES<

0.2V(锗管)饱和区饱和区饱和区2023/2/663[例1]:三极管工作状态的判断例：测量某硅材料NPN型BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？（1）

VC

＝6V

VB

＝0.7V

VE

＝0V（2）VC

＝6V

VB

＝4V

VE

＝4.6V（3）VC

＝2V

VB

＝4V

VE

＝3V解：原则：正偏反偏反偏集电结正偏正偏反偏发射结饱和放大截止对NPN管而言，放大时VC

＞VB

＞VE

对PNP管而言，放大时VC

＜VB

＜VE

（1）放大区（2）截止区（3）饱和区练习2023/2/664一、稳压管的特点工作在反向击穿区。二、双极型三极管1、符号表示ecbNPN

cbePNP知识点小结2023/2/6653、特性曲线OIB/AUCE=1V2、三极管的作用:电流分配和放大作用IC

/mAUCE

/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O510154321截止区放大区饱和区放大区截止区截止区工作状态截止放大饱和工作条件iB=00＜iB

＜IBSiB

＞IBS工作特点偏置情况发射结反偏发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏集电结正偏UBE＜0，UBE＜0UBE＞0，UBE＜0UBE＞0，UBE＞0集电极电流iC=0

iC=βiBiC=ICSc、e间电压uCE=VCCuCE=VCC-iC

RCuCE=UCES≈0.3Vc、e间等效电阻很大，可变，受iB控制很小，相当开关断开相当开关闭合NPN型三极管的三种工作状态及其特点2023/2/667[例2]

某放大电路中BJT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。解：电流判断法。

电流的正方向和KCL。IE=IB+ICABC

IAIBICC为发射极B为基极A为集电极。管型为NPN管。2023/2/668[例3]:测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位U1、U2、U3分别为：

（1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V

（2）U1=-3V、U2=-2.8V、U3=-12V

（3）U1=16V、U2=5.7V、U3=5V

（4）U1=-6V、U2=-2.2V、U3=-2V判断它们是NPN型还是PNP型？是硅管还是锗管？确定e、b、c（1）U1b、U2e、U3cNPN硅（2）U1b、U2e、U3cPNP锗（3）U1c、U2b、U3eNPN硅（4）U1c、U2b、U3ePNP锗分析：NPN：UBE>0，UCB>0，Uc>Ub>Ue

PNP：UBE<0，UCB<0，Uc<Ub<Ue先求UBE，若等于0.7V，为硅管；若等于0.2V，为锗管。解：2023/2/6691.3.4三极管的主要参数三极管的连接方式ICIE+C2+C1VEEReVCCRc(b)共基极接法VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+(a)共发射极接法图1.3.10

NPN三极管的电流放大关系2023/2/670一、电流放大系数表征管子放大作用的参数，有以下几个：1.共射电流放大系数

2.共射直流电流放大系数忽略穿透电流ICEO时，2023/2/6713.共基电流放大系数

4.共基直流电流放大系数忽略反向饱和电流ICBO时，和

这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：练习2023/2/672二、反向饱和电流（自学）1.集电极和基极之间的反向饱和电流ICBO2.集电极和发射极之间的反向饱和电流ICEO三、极限参数（自学）1.集电极最大允许电流ICM2.集电极最大允许耗散功率

PCM3.极间反向击穿电压2023/2/6731.3.5

PNP型三极管放大原理与NPN型基本相同，但为了保证发射结正偏，集电结反偏，外加电源的极性与NPN正好相反。图1.3.13三极管外加电源的极性(a)NPN型VCCVBBRCRb~

NNP++uoui(b)PNP型VCCVBBRCRb~++uouiPPN2023/2/674判断（工作状态、管型、管脚）截止区：发射结和集电结反偏NPN：UBE<0，UCB>0，Uc>Ue>UbPNP：UBE>0，UCB<0，Uc<Ue<Ub放大区：发射结正偏，集电结反偏

NPN：UBE>0，UCB>0，Uc>Ub>Ue

PNP：UBE<0，UCB<0，Uc<Ub<Ue饱和区：发射结和集电结均正偏

NPN：UBE>0，UCB<0，Ub>Uc>UePNP：UBE<0，UCB>0，Ub<Uc<Ue当UCE

=UBE，即UCB=0时，称临界饱和

UCES=0.3V---临界饱和电压

IBS---

临界饱和电流，IB>IBS2023/2/6751.4场效应三极管只有一种载流子参与导电，且利用电场效应来控制电流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管。场效应管分类结型场效应管绝缘栅场效应管特点单极型器件(一种载流子导电)；输入电阻高；工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。2023/2/676DSGN符号1.4.1结型场效应管一、结构图1.4.1

N沟道结型场效应管结构图N型沟道N型硅棒栅极源极漏极P+P+P型区耗尽层(PN结)在漏极和源极之间加上一个正向电压，N型半导体中多数载流子电子可以导电。导电沟道是N型的，称N沟道结型场效应管。2023/2/677P沟道场效应管图1.4.2

P沟道结型场效应管结构图N+N+P型沟道GSD

P沟道场效应管是在P型硅棒的两侧做成高掺杂的N型区(N+)，导电沟道为P型，多数载流子为空穴。符号GDS2023/2/678二、工作原理

N沟道结型场效应管用改变UGS大小来控制漏极电流ID的。GDSNN型沟道栅极源极漏极P+P+耗尽层*在栅极和源极之间加反向电压，耗尽层会变宽，导电沟道宽度减小，使沟道本身的电阻值增大，漏极电流ID减小，反之，漏极ID电流将增加。

*耗尽层的宽度改变主要在沟道区。2023/2/679

1.设UDS=0，在栅源之间加负电源VGG，改变VGG大小。观察耗尽层的变化。ID=0GDSN型沟道P+P+(a)

UGS=0UGS=0时，耗尽层比较窄，导电沟比较宽UGS

由零逐渐增大，耗尽层逐渐加宽，导电沟相应变窄。当UGS=UP，耗尽层合拢，导电沟被夹断，夹断电压UP

为负值。ID=0GDSP+P+N型沟道

(b)

UGS<0VGGID=0GDSP+P+

(c)

UGS=UPVGG2023/2/680

2.在漏源极间加正向VDD，使UDS>0，在栅源间加负电源VGG，观察UGS变化时耗尽层和漏极ID

。UGS=0，UGD>UP

，ID

较大。GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0，UGD>UP

，ID更小。GDSNISIDP+P+VDD

注意：当UDS>0时，耗尽层呈现楔形。(a)(b)2023/2/681GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS<0,UGD=UP,预夹断UGS<0

,UGD<UP,

夹断,ID基本不变。GDSISIDP+VDDVGGP+P+(1)

改变UGS，改变了PN结中电场，控制了ID

，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PN反偏，栅极基本不取电流，因此，场效应管输入电阻很高。(c)(d)2023/2/682三、特性曲线1.转移特性(N沟道结型场效应管为例)O

UGSIDIDSSUP图1.4.6转移特性UGS=0，ID最大；UGS

愈负，ID愈小；UGS=UP，ID0。两个重要参数饱和漏极电流

IDSS(UGS=0时的ID)夹断电压UP

(ID=0时的UGS)UDSIDVDDVGGDSGV+V+UGS图1.4.5特性曲线测试电路+mA2023/2/683转移特性公式OuGS/VID/mAIDSSUP图1.4.6转移特性2.漏极特性

当栅源之间的电压UGS不变时，漏极电流ID与漏源之间电压UDS

的关系，即结型场效应管转移特性曲线的近似公式：≤≤2023/2/684IDSS/VID/mAUDS/VOUGS=0V-1-2-3-4-5-6-7预夹断轨迹恒流区击穿区可变电阻区漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和击穿区。漏极特性UDSIDVDDVGGDSGV+V+UGS图1.4.5特性曲线测试电路+mA图1.4.6(b)漏极特性夹断区2023/2/685场效应管的两组特性曲线之间互相联系，可根据漏极特性用作图的方法得到相应的转移特性。UDS=常数ID/mA0-0.5-1-1.5UGS/VUDS=15V5ID/mAUDS/V0UGS=0-0.4V-0.8V-1.2V-1.6V101520250.10.20.30.40.5结型场效应管栅极基本不取电流，其输入电阻很高，可达107以上。如希望得到更高的输入电阻，可采用绝缘栅场效应管。图1.4.7在漏极特性上用作图法求转移特性2023/2/6861.4.2绝缘栅型场效应管MOSFET（Metal-OxideSemiconductorFieldEffectTransistor）由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半导体场效应管，或简称MOS场效应管。特点：输入电阻可达109以上。类型N沟道P沟道增强型耗尽型增强型耗尽型UGS=0时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管；UGS=0时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。2023/2/687一、N沟道增强型MOS场效应管1.结构及符号示意图P型衬底N+N+BGSDSiO2源极S漏极D衬底引线B栅极G图1.4.8

N沟道增强型MOS场效应管的结构示意图SGDB符号2023/2/6882.工作原理绝缘栅场效应管利用UGS

来控制“感应电荷”的多少，改变由这些“感应电荷”形成的导电沟道的状况，以控制漏极电流ID。(1)UGS=0漏源之间相当于两个背靠背的PN结，无论漏源之间加何种极性电压，总是不导电。SBD图1.4.92023/2/689(2)

UDS=0，

UGS>0P型衬底N+N+BGSD

P型衬底中的电子被吸引靠近SiO2

与空穴复合，产生由负离子组成的耗尽层。VGG---------(3)

UDS=0，UGS

继续增大增大UGS

耗尽层变宽。由于吸引了足够多的电子，形成可移动的表面电荷层——反型层、N型导电沟道。---N型沟道UGS升高，N沟道变宽。因为UDS=0，所以ID=0。UT

为开始形成反型层所需的UGS，称开启电压。2023/2/690(4)

UDS对导电沟道的影响(UGS>UT)导电沟道呈现一个楔形。漏极形成电流ID

。b.UDS=UGS–UT，

UGD=UT靠近漏极沟道达到临界开启程度，出现预夹断。c.UDS>UGS–UT，

UGD<UT由于夹断区的沟道电阻很大，UDS逐渐增大时，导电沟道两端电压基本不变，ID因而基本不变。a.UDS<UGS–UT，即UGD=UGS–UDS>UTP型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区2023/2/691DP型衬底N+N+BGSVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVG