第一章半导体器件与模型

第一章半导体器件与模型第1页，课件共113页，创作于2023年2月1.1半导体的导电特性1.1.1本征半导体半导体具有某些特殊性质：光敏热敏、掺杂特性导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。第2页，课件共113页，创作于2023年2月

1、本征半导体的结构与模型GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。现代电子学中，用得最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。＋4除去价电子后的原子价电子第3页，课件共113页，创作于2023年2月本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。硅和锗的晶体结构硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4第4页，课件共113页，创作于2023年2月共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+4第5页，课件共113页，创作于2023年2月2、本征半导体的导电原理可将空穴看成带正电荷的载流子本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为复合。在一定温度下自由电子和空穴维持一定的浓度。+4+4+4+4自由电子空穴温度增加将使价电子获得能量，挣脱共价键束缚成为自由电子，同时在原位留下空穴。本征激发（热激发）第6页，课件共113页，创作于2023年2月3、本征半导体中载流子浓度温度一定时，载流子的产生和复合将达到动态平衡，此时载流子浓度为一热平衡值，温度升高，本征激发产生的载流子数目将增加，但同时复合作用也增加，载流子的产生和复合将在新的更大浓度值的基础上达到动态平衡。本征激发中有第7页，课件共113页，创作于2023年2月据理论分析和实验证明，有本征半导体的导电能力很弱，可通过掺杂来进行改善温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。第8页，课件共113页，创作于2023年2月1.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。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。

小结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

。第9页，课件共113页，创作于2023年2月1.1.2杂质半导体掺入杂质后的本征半导体称为杂质半导体。P型半导体P型半导体中空穴是多数载流子（多子），主要由掺杂形成；电子是少数载流子（少子），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。三价杂质称为受主杂质本征半导体中掺入三价杂质元素，如硼、镓、铟等形成P型半导体(或空穴型半导体)

+4+4+4+3第10页，课件共113页，创作于2023年2月在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成N型半导体（电子型半导体）。在N型半导体中自由电子是多子,它主要由杂质原子提供；空穴是少子,由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因自由电子脱离而带正电荷成为正离子，五价杂质原子被称为施主杂质N型半导体+5+4+4+4第11页，课件共113页，创作于2023年2月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。N型半导体P型半导体说明：第12页，课件共113页，创作于2023年2月1.1.3半导体中的电流1、漂移电流外加电场时，载流子在电场力的作用下形成定向运动，称为漂移运动，并由此产生电流，称为漂移电流。漂移电流为两种载流子漂移电流之和，方向与外电场一致。2、扩散电流当半导体有光照或者载流子注入时，半导体中将出现载流子的浓度差，载流子将由高浓度区域向低浓度区域运动，这种定向运动称为扩散运动，由此形成的电流称为扩散电流。第13页，课件共113页，创作于2023年2月1.2PN结1.2.1PN结的形成将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层→PN结。第14页，课件共113页，创作于2023年2月内电场多子扩散形成空间电荷区产生内电场阻止少子漂移促使扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的PN结电位耗尽层阻挡层势垒区第15页，课件共113页，创作于2023年2月1.2.2PN结的导电特性1、正向特性PN结外加直流电压VF：P区接高电位（正电位），N区接低电位（负电位）内电场外电场变薄－－－－++++PN+_内电场被削弱，多子的扩散加强，能够形成较大的扩散电流。→正偏→正向电流正偏时，PN结呈现为一个小电阻。第16页，课件共113页，创作于2023年2月2、反向特性＊硅PN结的Is为pA级＊温度T增加→Is增大内电场外电场PN结反偏：P区接低电位（负电位），N区接高电位（正电位）。NP+－+变厚_－－－+++－+－－－+++内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小电流反偏时，PN结呈现为一个大电阻。→反偏→反向电流第17页，课件共113页，创作于2023年2月结论

PN结正向偏置空间电荷区变窄正向电阻很小（理想时为0）正向电流较大PN结导通

PN结反向偏置空间电荷区变宽想时为∞）反向电流（反向饱和电流）极小（理想时为0）PN结截止反向电阻很大（理单向导电性PN结正向偏置时导通，反向偏置时截止第18页，课件共113页，创作于2023年2月正偏反偏3、PN结的正向伏安特性PN结所加端电压vD与流过它的电流I的关系为：一般而言，要产生正向电流时，外加电压远大于VT，正向电流远大于Is，则可得Is非常小，常忽略不计。门坎电压Vth第19页，课件共113页，创作于2023年2月1.2.3PN结的击穿特性

二极管处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN结的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象我们就称为反向击穿。击穿时对应的反向电压称为击穿电压，计为V(BR)。击穿形式分为两种：雪崩击穿和齐纳击穿。第20页，课件共113页，创作于2023年2月雪崩击穿：如果掺杂浓度较低，PN结较厚实，当反向电压增高时，空间电荷区增厚，内电场加强，有利于少子的漂移运动，使少子在其中获得加速，从而把电子从共价键中撞出，形成雪崩式的连锁反应，载流子急剧增加，反向电流猛增，形成雪崩击穿。由于PN结较厚，对电场强度要求高，所需反向电压大。第21页，课件共113页，创作于2023年2月齐纳击穿：

高掺杂情况下，阻挡层很窄，宜于形成强电场，而破坏共价键，使价电子脱离共价键束缚形成电子－空穴对，致使电流急剧增加。击穿现象破坏了PN结的单向导电性，我们在使用时要避免。*击穿并不意味着PN结烧坏。可利用击穿特性制成稳压二极管。第22页，课件共113页，创作于2023年2月击穿电压的温度特性：齐纳击穿电压具有负温度系数击穿电压低于6V的击穿属于齐纳击穿击穿电压高于6V的击穿属于雪崩击穿雪崩击穿电压具有正温度系数第23页，课件共113页，创作于2023年2月PN结的温度特性T↑→在电流不变情况下管压降Vth↓→反向饱和电流IS↑，V(BR)↓硅PN结稳定性较锗结好温度每升高1度，反相饱和电流增加1倍–50i/mAu/V0.20.4–2551015–0.01–0.020

→正向特性左移，反向特性下移第24页，课件共113页，创作于2023年2月1.2.4PN结的电容特性1、势垒电容CT：PN结上的反偏电压变化时，空间电荷区相应变化，结区中的正负离子数量也发生改变，即存在电荷的增减，这相当于电容的充放电，PN结显出电容效应，称为势垒电容。PN结的总电容：2、扩散电容CD：正偏时，多数载流子的扩散运动加强，多子从一个区进入另一区后继续扩散，一部分复合掉了，这样形成一定浓度分布，结的靠P区一侧集结了电子，另一侧集结了空穴，即形成了电荷的积累，这种效应用扩散电容表示。利用PN结的电容特性，可以构成变容二极管低频使用时，可忽略结电容的影响。第25页，课件共113页，创作于2023年2月1.2.5二极管的结构和主要参数1、二极管的结构平面型二极管：用于集成电路中。面接触型二极管：PN结面积大，允许通过较高较大电流，但结电容大，适于低频工作。点接触型二极管：PN结面积小，结电容小，工作频率高，但不能承受较高反向电压和较大电流。引线外壳线触丝线基片PN结PN符号A阳极K阴极第26页，课件共113页，创作于2023年2月2、二极管的V－I特性VI死区电压硅管0.6V,锗管0.2V。导通压降:硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。反向击穿电压VBR第27页，课件共113页，创作于2023年2月

二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流3、二极管的主要参数1）最大整流电流IFM2）最高反向电压VRM3）反向电流IR4）最高工作频率fM

二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压VWRM一般是VBR的一半

二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流越小，管子的单向导电性越好。温度越高反向电流越大。硅管的反向电流小于锗管前三项是二极管的直流参数，主要利用二极管的单向导电性，应用于整流、限幅、保护等等第28页，课件共113页，创作于2023年2月1.3二极管的等效模型及分析方法1、指数模型2、理想二极管开关模型适应于电源电压远大于二极管的管压降时特性模型电路模型第29页，课件共113页，创作于2023年2月3、二极管恒压降模型电源电压不是很大，可与二极管的导通压降比拟时，应考虑二极管的管压降硅二极管管压降常取为0.7V，锗管压降取0.2V。恒压降模型特性模型第30页，课件共113页，创作于2023年2月4、折线模型当二极管导通时，端电压很小的变化将引起电流的很大变化，在一些应用场合，不能忽略这个变化。折线电路模型特性模型第31页，课件共113页，创作于2023年2月二极管特性曲线在Q点的斜率为当二极管工作在Q点附近时，折线与曲线正切于该点，由切线的斜率可求得等效电压第32页，课件共113页，创作于2023年2月5、小信号模型当外加信号工作在特性曲线的某一小范围内时，二极管的电流将与外加电压的变化成线性关系，可用小信号模型来进行等效。小信号模型高频小信号模型特性模型静态电压静态电流未加交流信号时的静态工作点管子的体电阻第33页，课件共113页，创作于2023年2月

1.3.2二极管电路的分析方法1、图解法静态工作点的图解线性电路方程二极管电流方程据电路原理，两者端电压和电流相等。两线交点Q为静态工作点，对应的IQ为静态电流，VQ为静态电压。直流负载线2、工程近似分析方法3、小信号分析方法第34页，课件共113页，创作于2023年2月交流信号的图解线性电路方程第35页，课件共113页，创作于2023年2月2、工程近似法1）整流电路第36页，课件共113页，创作于2023年2月2）限幅电路限幅电路常来选择预置电平范围内的信号。作用是把输出信号幅度限定在一定的范围内，亦即当输入电压超过或低于某一参考值后，输出电压将被限制在某一电平（称作限幅电平），且再不随输入电压变化。若二极管具有理想的开关特性，那么，当vｉ低于E时，D截止，vo＝E；当vｉ高于E以后，D导通，vo＝vｉ。串联下限幅电路限幅特性思考：将二极管极性反转，将得到什么效果？第37页，课件共113页，创作于2023年2月3）开关电路例:电路如图，求：VAB忽略二极管正向压降，二极管D2可看作短路D１6V12V3k

BAD2VAB+–取B点作参考点，V1阳=－6V，V2阳=0V，V1阴=V2阴，由于V2阳电压高，因此D2优先导通VAB=0V，D1截止第38页，课件共113页，创作于2023年2月4）低电压稳压电路当电路工作时，若电源出现波动或者负载发生改变，将引起输出电压的变化，为稳定输出电压，可采用二极管稳压电路。戴维南等效电路

rd的引入，使VI的变化对电流变化的影响减小所以输出电压稳定第39页，课件共113页，创作于2023年2月3、小信号等效分析法小信号等效电路二极管电路如图，求输出电压。其中输入交流信号较小时，可将二极管视为线性元件，用引线电阻和体电阻串联来等效。第40页，课件共113页，创作于2023年2月1.3.3特殊二极管1、稳压二极管(a)符号(b)2CW17伏安特性利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态，反向电压应大于稳压电压DZ反向击穿电压即稳压值第41页，课件共113页，创作于2023年2月稳压管的主要参数(1)稳定电压VZ(2)动态电阻rZ在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压rZ=

VZ/

IZ(3)最大耗散功率

PZM(4)最稳定工作电流IZmax和最大小稳定工作电流IZmin(5)温度系数——

VZ第42页，课件共113页，创作于2023年2月简单稳压电路问题：1）不加R可以吗？2）上述电路VI为正弦波，且幅值大于VZ，VO的波形是怎样的？（1）设电源电压波动(负载不变)VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑↓VO↓←VR↑←IR↑（2）设负载变化(电源不变)略第43页，课件共113页，创作于2023年2月2、变容二极管4、PIN二极管5、光电二极管发光二极管光敏二极管光电耦合器件3、肖特基二极管第44页，课件共113页，创作于2023年2月1.4半导体三极管1、三极管的分类按照材料分：硅管、锗管等按照频率分：高频管、低频管按照功率分：小、中、大功率管按照结构分：NPN型和PNP型(a)和(b)都是小功率管，(c)为中功率管，(d)为大功率管1.4.1三极管的结构、符号及分类第45页，课件共113页，创作于2023年2月2、基本结构和符号beTcNPNNPN型N+发射区N集电区P基区b基极e发射极c集电极发射结集电结NPN+ebc第46页，课件共113页，创作于2023年2月PNP型NP+Peb基区集电区发射区发射结集电结集电极c发射极基极beTcPNP第47页，课件共113页，创作于2023年2月结构特点1）发射区掺杂浓度很高，且发射结的面积较小2）集电结的面积大于发射结的面积，便于收集电子3）基区非常薄，掺杂溶度也很低三极管具有电流放大作用的内因第48页，课件共113页，创作于2023年2月3、三极管（放大电路）的三种组态共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示;共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；如何判断组态？第49页，课件共113页，创作于2023年2月PNP管：

VBE<0

VBC>0即VC<VB<VEcebNPN管：

VBE>0

VBC<0即VC>VB>VEceb发射结正向偏置集电结反向偏置晶体管具有电流放大作用的外部条件：IEIBRBVEEICVCC输入电路输出电路RCbce第50页，课件共113页，创作于2023年2月三极管的工作状态正偏正偏反偏反偏饱和区反向工作区截止区正向工作区小信号放大电路的工作区第51页，课件共113页，创作于2023年2月1.4.2三极管放大区的工作原理VEERBNPN发射区向基区扩散电子电子在基区扩散与复合电源负极向发射区补充电子形成发射极电流IEIEEB正极拉走电子，补充被复合的空穴，形成IBIB集电区收集电子电子流向电源正极形成ICIC发射极注入载流子电子在基区中的扩散与复合集电区收集电子1、三极管的载流子运动过程第52页，课件共113页，创作于2023年2月三极管的电流分配关系集电极电流发射极电流基极电流IC>>IB第53页，课件共113页，创作于2023年2月整理可得：ICBO称反向饱和电流ICEO称穿透电流1）共射直流电流放大系数2）共射交流电流放大系数VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共发射极接法2、晶体管的共射电流放大系数

是共射极电流放大系数，只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般

>>1（10～100）三极管的基极电流对集电极电流具有控制作用第54页，课件共113页，创作于2023年2月2）共基交流电流放大系数或

与

的关系ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基极接法3、共基电流放大系数1）共基直流电流放大系数

为共基极电流放大系数，它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般

=0.90.99第55页，课件共113页，创作于2023年2月1.4.3三极管的伏安特性曲线1、共基电路特性曲线输入特性曲线基区宽度调制效应导致输出电压的增加使曲线左移。iEiCvBE-+-+vCBVEEVCC第56页，课件共113页，创作于2023年2月输出特性曲线截止区放大区饱和区放大区：发射结正偏、集电结反偏，输入电流对输出电流有控制作用。共基组态交流电流传输系数基区宽度调制效应导致曲线随vCB增加而略微上倾截止区：饱和区：vCB<0,集电结正偏，iC随之下降，达到饱和。第57页，课件共113页，创作于2023年2月2、共发射极电路特性曲线输入特性曲线vBEvCE—+-+ICIBVEEVCC两个结正偏，iB为两结正向电流之和。集电结由正偏转为反偏，管子由饱和向放大状态转化，iB大大减小。集电极收集能力已达到最大，特性曲线变化很小。两个结反偏，iB为两结反向电流之和。vBE太大将反向击穿。第58页，课件共113页，创作于2023年2月输出特性曲线截止区放大区饱和区放大区：vCB>0,发射结正偏、集电结反偏，iC随iB线性变化。共发组态交流电流传输系数饱和区：vCB<0,两结正偏，iC不受iB控制，达到饱和。iC随vCE增大而增大。VCES为饱和压降。临界饱和线临界饱和线：vCB＝0为集电结处于正偏和反偏的临界值，对应的曲线为临界饱和线。第59页，课件共113页，创作于2023年2月基区宽度调制效应导致曲线随vCE增加而上倾。输出特性曲线向左延伸交于一点，相应的电压VA称为厄尔利电压。击穿区：vCE太大，出现击穿其值与iB成正比。对应iB＝0（iC＝ICEO）的击穿电压为V(BR)CEO对应iE＝0（iB＝-ICBO）的击穿电压为V(BR)CBO截止区：截止区放大区饱和区第60页，课件共113页，创作于2023年2月1.4.4三极管的主要参数集电结反向饱和电流ICBO集电极穿透电流ICEOICEO=(1+β)ICBO

电流传输系数（放大倍数）极间反向饱和电流发射结反向饱和电流IEBO结电容发射结电容Cb’e集电结电容Cb’c电流放大系数、α、β第61页，课件共113页，创作于2023年2月极限参数集电极最大允许电流ICM反向击穿电压V(BR)CEO

、

V(BR)CEO、V(BR)CBO集电极最大允许耗散功率PCM使用时不允许超过这些极限参数.V(BR)CEOPCM=ICVCEICM安全工作区过损区iC/mAOvCE第62页，课件共113页，创作于2023年2月温度对三极管参数及特性的影响温度T

少子浓度

IC

ICBO,

ICEO

IC=IB+(1+)ICBOIB

VBE

载流子运动加剧，发射相同数量载流子所需电压

输入特性曲线左移

载流子运动加剧，多子穿过基区的速度加快，复合减少

IC

IB输出特性曲线上移输出特性曲线族间隔加宽温度每上升l℃，β值约增大0.5～1％温度上升10℃，ICEO将增加一倍温度上升1℃，VBE将下降2～2.5mV第63页，课件共113页，创作于2023年2月三极管工作状态的判断[例1]：测量某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＝6VVB＝0.7VVE＝0V（2）VC＝6VVB＝4VVE＝3.6V（3）VC＝3.6VVB＝4VVE＝3.4V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|VBE|≈0.7V发射结正向导通时第64页，课件共113页，创作于2023年2月[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。管脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。第65页，课件共113页，创作于2023年2月例[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=6V、U2=11.8V、U3=12V判断它们是NPN型还是PNP型？是硅管还是锗管？并确定e、b、c。（1）U1b、U2e、U3cNPN硅（2）U1c、U2b、U3ePNP锗原则：先求UBE，若等于0.6-0.7V，为硅管；若等于0.2-0.3V，为锗管发射结正偏，集电结反偏。NPN管UC＞UB＞UEPNP管UC＜UB＜UE。解：第66页，课件共113页，创作于2023年2月1.4.6三极管的小信号模型vBEvCE—+-+iCiBVBEQVCC+—viRCvi＝0时对应的偏置电流电压值为静态偏置值。加入vi，电路中的瞬时值为静态值与交流瞬时值的叠加。如vi较小时，其对应变化范围内的输入输出特性可视为直线，此时的非线性器件三极管可等效为线性器件来进行分析。第67页，课件共113页，创作于2023年2月小信号的范围VBEQ对应的静态电流为时，上式可展开成幂级数第68页，课件共113页，创作于2023年2月忽略二次方及以上项可得:三极管的跨导：此时，输出电流瞬时值与输入电压瞬时值成线性关系。小信号的条件：第69页，课件共113页，创作于2023年2月三极管放大工作时，在静态点上叠加交流小信号，三极管对交流信号具有线性传输特性，三极管可用线性有源网络来进行等效。此网络具有和三极管相同的端电压、电流关系，为三极管的小信号模型。小信号模型的获得有两种途径：由物理结构和数学模型可以得到混合π型等效电路。视三极管为二端口网络，利用端口电流电压关系，得到网络参数模型。第70页，课件共113页，创作于2023年2月1、共发射极三极管混合π型模型的引入vBEvCE—+-+iCiBVCCVBEQ+—viRC在工作点Q附近展开成泰勒级数第71页，课件共113页，创作于2023年2月小信号时可忽略高阶项，并利用可得为简化表达，引入四个g参数输出短路时的输入电导输出短路时的正向传输电导（跨导）输入短路时的输出电导输入短路时的反向传输电导第72页，课件共113页，创作于2023年2月相对很小，可忽略。＋－＋－ceeb线性g参数模型取第73页，课件共113页，创作于2023年2月考虑基区体电阻低频混合π型电路模型＋－＋－ceeb＋－＋－＋－ceeb＋－低频混合π型简化模型＋－＋－ceeb＋－高频混合π型电路模型三极管的结构模型第74页，课件共113页，创作于2023年2月2、混合π型参数与工作点电流的关系在工作点Q处对指数模型求导可得到相应的g参数第75页，课件共113页，创作于2023年2月1）三极管的跨导gm：发射结正偏时Q点对应的动态电阻跨导gm反映了作为控制电压时对集电极电流的控制能力。室温时，第76页，课件共113页，创作于2023年2月2）发射结的结层电阻表示指数特性工作点Q处的斜率可见发射结结电阻与工作点有关。第77页，课件共113页，创作于2023年2月3）集射电阻集射电阻一般在几千欧以上，与集电极静态电流成反比，与VA成正比，其大小反映了输出特性曲线的倾斜程度，为基区宽度调制参数。第78页，课件共113页，创作于2023年2月4）集电结的结层电阻值在100KΩ～10MΩ之间，反映了输出电压对输入电流的影响，也为基区宽度调制参数。第79页，课件共113页，创作于2023年2月5）基区体电阻6）极间电容和为基区体电阻和接触电阻，低频小功率管约为300Ω；ICQ增大，体电阻将减小，VCEQ增大，体电阻将增大。为发射结电容，小功率管为几十至几百pF；为集电结电容，三极管放大使用时，其值很小，只有零点几到几pF。第80页，课件共113页，创作于2023年2月3、三极管的网络参数模型1）H参数的引出＋－＋－二端口网络放大器采用不同组态，其端口参量必然不同，得到的参数也会不同，下面以共射电路为例进行分析。第81页，课件共113页，创作于2023年2月小信号下，考虑电压、电流之间的微变关系，对上面两式取全微分可得：式中hie

hre

hfe

hoe称为BJT的H参数由于dvBE、dvCE、diB、diC代表无限小的信号增量，也就是可以用电流、电压的交流分量来代替。即：第82页，课件共113页，创作于2023年2月H参数的含义输出交流短路时，三极管的输入电阻输出交流短路时，三极管的正向电流传输系数（放大倍数）输入交流开路时，三极管的反向电压传输系数属于内反馈，10－4数量级可忽略不计输入交流开路时，三极管的输出电导第83页，课件共113页，创作于2023年2月2）共发组态的H参数模型简化模型＋－＋－bcee电路模型＋－＋－bcee受控电压源受控电流源第84页，课件共113页，创作于2023年2月3、两种参数模型的比较混合π型模型：适用频率范围很宽，参数有比较明确的物理意义，但引入了内基极点，参数不容易测得。高频分析时采用。H参数模型：模型简单，低频参数容易测得，适于对低频小信号电路进行分析。简化模型＋－＋－bcee＋－＋－ceeb＋－低频混合π型模型第85页，课件共113页，创作于2023年2月1.5场效应管由于半导体三极管放大工作时，发射结必须正偏，使得输入端始终存在输入电流。改变输入电流，则输出电流随之变化，故三极管为电流控制器件，其输入电阻不高。场效应管是通过改变输入电压，利用电场效应实现对输出电流的控制的，为电压控制器件。它不吸收信号源，不消耗信号源功率，输入电阻非常高。另外，场效应管还具有温度稳定性好、噪声低、便于集成等优点，得到广泛应用。第86页，课件共113页，创作于2023年2月场效应管的分类FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型N沟道P沟道增强型(E型)耗尽型(D型)N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）控制电压为0时，没有导电沟道增强型控制电压为0时，有导电沟道耗尽型第87页，课件共113页，创作于2023年2月1.5.1MOS场效应管1、增强型MOS管N沟道增强型管的电路符号P沟道增强型管的电路符号N沟道增强型MOS管第88页，课件共113页，创作于2023年2月N沟道的形成及导电过程栅极悬空时，漏极和源极之间未形成导电沟道，取小电压时，N＋N＋Psgdb衬底表面形成空间电荷区，增大时，P型衬底出现N型层，称为反型层。反型层将两个N区连接，形成N沟道。同时，连续的耗尽层将源区、漏区和沟道与衬底分隔开来。靠增强栅源电压来形成导电沟道的MOS管，称为增强型MOS场效应管。反型层开始形成导电沟道的VGS称为开启电压VGS（th）（或记为VT）第89页，课件共113页，创作于2023年2月N＋N＋Psgdb后，加入形成漏极电流iDiD随VGS由0到VT，再继续增大，iD也相应由o到大变化，反之亦然，实现VGS对iD的控制。第90页，课件共113页，创作于2023年2月漏源电压对沟道的影响沟道各处的VGD不同，使得沟道厚度不同增大VDS，iD将增大，但同时VGD减小，沟道变窄；当VGD＝

VGS－

VDS=

VT，漏端沟道被夹断且当VDS继续增大时，夹断点稍微左移夹断点到源极电压不变，iD保持不变。iD主要受VGS的控制，在漏端夹断前还受VDS影响。N＋N＋PsgdbiD第91页，课件共113页，创作于2023年2月输出特性三个区：可变电阻区、恒流区(饱和区)、夹断区iD/mAuDS/VO预夹断轨迹恒流区可变电阻区夹断区VGS增加特性曲线与电流方程FET的组成形式有三类：共漏、共源、共栅。－-+iDiGVDSVGS+第92页，课件共113页，创作于2023年2月可变电阻区（非饱和区）vDS很小时，可忽略其平方项沟道电导：可见，在非饱和区vGS可控制沟道等效电导。iD/mAvDS/VO恒流区可变电阻区夹断区第93页，课件共113页，创作于2023年2月恒流区（饱和区）漏端被夹断后，iD基本不随vDS变化，达到饱和在饱和区vGS对iD有很强的控制作用在放大电路中，场效应管应工作在饱和区，故饱和区又称为场效应管的放大区。vDS对沟道长度有调节作用，使输出特性曲线略微上翘。λ为沟道调制因子iD/mAvDS/VO恒流区可变电阻区夹断区第94页，课件共113页，创作于2023年2月截止区沟道没有形成，iD≈0vDS增大到一定值，iD急剧增长，管子进入击穿区，vDS为漏源击穿电压V(BR)DSvDS过大穿可能引起穿通击穿vGS太大时，绝缘层可能在强电场作用下发生击穿，造成永久性损坏，V

(BR)

GS为栅源击穿电压。iD/mAvDS/VO恒流区可变电阻区夹断区击穿区击穿区第95页，课件共113页，创作于2023年2月UGS<UT，iD=0；UGS

≥

UT，形成导电沟道，随着UGS的增加，ID

逐渐增大。(当UGS>UT时)UT2UTIDOuGS/ViD/mAO移特性iD/mAvDS/VO恒流区可变电阻区夹断区第96页，课件共113页，创作于2023年2月2、耗尽型MOS场效应管耗尽型管的电路符号P沟道N沟道饱和漏电流Vp为夹断电压第97页，课件共113页，创作于2023年2月1.5.2结型场效应管(JFET)1、结构N型导电沟道漏极D(d)源极S(s)P+P+空间电荷区（耗尽层）栅极G(g)dgsN沟道dgsＰ沟道符号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。第98页，课件共113页，创作于2023年2月2、JFET的工作原理（以N沟道为例）

结型场效应管用改变VGS大小来控制漏极电流ID。*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。dgsVGS对沟道具有控制作用VDS对沟道也产生影响第99页，课件共113页，创作于2023年2月VGS对沟道的控制作用VGS=0时，耗尽层比较窄，导电沟比较宽VGS由零逐渐减小，耗尽层逐渐加宽，导电沟相应变窄。当VGS=VGS（Off)，耗尽层合拢，导电沟被夹断.VGS(off)为夹断电压,为负值。也可用VP表示第100页，课件共113页，创作于2023年2月0≤vGS≤Vp时,vDS对沟道的影响vGD＝vGS－vDS

VDS

ID

GD间PN结的反向电压增加,使靠近漏极处的耗尽层加宽,呈楔形分布。

VGD=VP时，在紧靠漏极处出现预夹断。

VDS

夹断区延长,但ID基本不变第101页，课件共113页，创作于2023年2月小结改变vGS，改变了PN结中电场，控制了iD，故称场效应管；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。(1)在vGD＝vGS－vDS>vGS(off)情况下,即当vDS<vGS-vGS(off)

对应于不同的vGS，d-s间等效成不同阻值的电阻。(2)当vDS