模拟电子技术基础

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半导体三极管及其电流放大原理场效应管及其工作原理放大的概念及放大电路的性能指标

§1.6半导体三极管一、晶体管外形又称：晶体三极管、双极型晶体管、晶体管晶体管的几种常见外形多子浓度高多子浓度很低，且很薄集电结面积很大晶体管有三个极、三个区、两个PN结。二、晶体管的结构和符号（NPN型）PNP集电极基极发射极PNP型晶体管：ECBNPN型晶体管NPN二、晶体管的电流放大原理进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IB，多数扩散到集电结。发射结正偏，且掺杂浓度高，所以大量自由电子向基区扩散，形成发射极电流IE。发射结正偏，基区掺杂浓度低，少量空穴向发射区扩散，电流很小，可忽略。集电结反偏，且结面积大，由发射区扩散到基区的自由电子在外电场的作用下越过集电结到达集电区，形成集电极电流IC。集电结反偏，集电区和基区的少子也参与漂移运动，但它的数量很少，可忽略不计

。发射区：多子浓度高基区：多子浓度低，薄集电区：结面积大穿透电流集电结反向电流直流电流放大系数交流电流放大系数

IE＝IEN＋IEP＝ICN＋IBN＋IEP

IC＝ICN＋ICBO

IE＝IB＋IC

IB＝IBN＋IEP－ICBO

电流分配：RBCBEICmAAVVUCEUBEIBUSCUSBRC三、特性曲线描述B-E间和C-E间电压电流的关系输入特性曲线：UCE一定时，iB与uBE的关系。1、当C-E间电压为零时，即相当于短路，此时相当于两个并联的PN结，所以输入特性曲线应该与PN结类似；2、当C-E间电压增大时，由发射区注入基区的自由电子一部分越过基区和集电结形成集电极电流，而另一部分在基区参与复合运动的自由电子将随C-E间电压增加而减少。因此，要获得同样的基极电流，就必须加大B-E间电压，使发射区向基区注入更多的电子。因此，曲线右移。ECBNPN分三个工作区：截止区、放大区、饱和区。输出特性曲线：1、当C-E间电压从零逐渐增大时，集电结电场增大，收集由发射区至基区的自由电子能力逐渐加强，因而，集电极电流也就逐渐增大（此期间CE间电压小于BE间电压）；2、当C-E间电压增大到一定数值时（超过BE间电压）

，集电极电场足以将基区自由电子的绝大部分收集到集电区来，C-E间电压再增大，收集能力已经没有明显提高，表现为曲线几乎平行于横轴。ECBNPN输出特性三个工作区的条件及特点:(1)放大区

BE结正偏（uBE>Uon

），BC结反偏（uCE

uBE

），iC=IB,且

iC=

IB,表现出IB对iC的控制作用。(2)饱和区

BE结正偏，BC结正偏，即uCEuBE

，

IB>iC(3)截止区

uBE<Uon，IB=0，iC=ICEO0，uCE=VCC

NpN四、温度对晶体管特性的影响晶体管的技术参数：（自学）（1）电流放大倍数（2）集-射间穿透电流ICEO（3）集-射间反向击穿电压UCEO(BR)（4）集电极最大电流ICM（5）集电极最大允许功耗PCM§1.7场效应管场效应管的概念：是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件（电压控制电流）。场效应管的分类：结型和绝缘栅型两种。结型场效应管绝缘栅型场效应管N沟道P沟道耗尽型增强型耗尽型增强型N沟道P沟道结型场效应管1.N沟道结型场效应管结构在同一块N型半导体上制作两个高掺杂的P区，并将它们连接在一起，引出一个电极称为栅极g，导电沟道N型半导体的两端分别引出两个电极，一个称为源极s，一个称为漏极d。2.N沟道结型场效应管工作原理（uGS<0，uDS

0

）导电沟道要使其正常工作，uGS<0，uDS

0uGS<0

，既保证了栅源之间内阻很高的特点，又实现了uGS对沟道的控制作用。？？？PN结反向偏置内电场增强，抑制扩散、加剧漂移，形成反向电流，也称漂移电流，因为漂移电流是由少子运动引起的，而其数目极少，因此漂移电流很小，常可忽略不计，认为PN结处于截止状态。反向饱和电流很小，A级(1)当漏源间电压为零uDS

（短路）时，uGS对导电沟道的控制作用。耗尽层很窄，导电沟到很宽耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻增大导电沟道消失，夹断状态(2)当uGS为某一固定值时，uDS对漏极电流iD的影响——输出特性当栅源之间电压在0至夹断电压之间的某一个确定值时，若漏源之间电压为零，则虽然存在导电沟道，但由于没有漏源电压，因此，N区的多子不会产生定向移动，形成漏极电流。漏源之间加电压后，沟道各点相对栅极电压不再相等栅源电压为常量时，漏极电流与漏源电压的关系。PN结反向偏置漏源间电压的增加一方面使得导电沟道变窄，电流有变小的趋势；另一方面，漏源电压的增大使得漏源间纵向电场增大，必然使漏源电流有变大的趋势。在栅漏间没出现夹断区之前，电流增大的趋势强于减小趋势。出现夹断区后，沟道电阻明显增加，使得电流明显减小，其减小趋势与漏源电压增加引起的电流增加趋势相抵消，电流不再随漏源电压增加而变化。场效应管工作在恒流区：漏源电压为常量时，栅源间电压对漏极电流的控制关系。(3)当uDS

为某一固定值时，漏极电流iD与uGS的关系——转移特性uDS为常量4.

场效应管与晶体管的比较场效应管的栅极g、源极s、漏极d对应晶体管的基极b、发射极e、集电极c；场效应管用栅－源电压uGS控制漏极电流

iD

，栅极基本不取电流，具有高输入电阻；场效应管只有多子参与导电，晶体管内既有多子又有少子参与导电，而少子数目受温度影响影响大，因此场效应管温度稳定性好；场效应管的漏极和源极可以互换使用，互换后特性变化不大，而晶体管的发射极和集电极互换后特性差异很大。放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制和转换，即在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换为负载获得的能量放大的特征：功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流放大的基本要求：不失真放大的核心元件：晶体管和场效应管等有源元件为了使放大电路不产生失真，对电路中的晶体管或场效应管的工作状态有什么要求？？第二章基本放大电路

性能指标放大倍数（这里指电压放大倍数）2.输入电阻：从放大电路输入端看进去的等效电阻直接衡量放大电路放大能力的指标Ri越大，表明放大电路从信号源索取的电流越小，放大电路所得到的输入电压越接近信号源电压，即信号电压损失越小。3.输出电阻：把放大电路的输出看成一个有内阻的电压源，从放大电路输出端看进去的等效内阻即为放大电路的输出电阻。RO越小，负载电阻RL变化时，UO变化越小，称为电路的带负载能力越强。输入电阻与输出电阻是描述电子电路在相互连接时所产生的影响而引入的参数。当两个放大电路相互连接时，放大电路II的输入电阻是放大电路I的负载电阻，而放大电路I可看成为放大电路II的信号源，信号源的内阻就是放大电路I的输出电阻。4.通频带：衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。放大倍数随频率变化曲线—幅频特性曲线3dB带宽由于放大电路中电容、电感及半导体器件结电容等的存在，在输入信号频率较低或者较高时放大倍数的数值会下降。5.最大不失真电压：即当输入电压再增大就