模拟电子技术基础第三版童诗白华成英全公开课获奖课件

—多媒体教学课件模拟电子技术基础

FundamentalsofAnalogElectronics

童诗白、华成英主编第1页1.成绩评定标准

理论： 平时成绩30％ 作业、期中考、考勤、提问等期末考试70%2.教学参考书

康华光主编，《电子技术基础》模拟部分第三版，高教出版社

童诗白主编，《模拟电子技术基础》第二版，高教出版社

陈大钦主编，《模拟电子技术基础问答：例题•试题》，华工出版社第2页第三版童诗白目录1

惯用半导体器件2

基本放大电路3

多级放大电路4

集成运算放大电路5

放大电路频率响应6

放大电路中反馈7

信号运算和处理8

波形发生和信号转换9

功率放大电路10

直流电源第3页第三版童诗白第一章惯用半导体器件1.1

半导体基础知识

1.2

半导体二极管

1.3

双极型晶体管

1.4

场效应管

1.5单结晶体管和晶闸管

1.6集成电路中元件第4页第三版童诗白本章重点和考点：1.二极管单向导电性、稳压管原理。

2.三极管电流放大原理，怎样判断三极管管型、管脚和管材。

3.场效应管分类、工作原理和特征曲线。

第5页第三版童诗白本章讨论问题：2.空穴是一个载流子吗？空穴导电时电子运动吗？3.什么是N型半导体？什么是P型半导体？当二种半导体制作在一起时会产生什么现象？4.PN结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？它为何含有单向性？在PN结中另反向电压时真没有电流吗？5.晶体管是经过什么方式来控制集电极电流？场效应管是经过什么方式来控制漏极电流？为何它们都能够用于放大？1.为何采取半导体材料制作电子器件？第6页

1.1半导体基础知识导体：自然界中很轻易导电物质称为导体，金属普通都是导体。绝缘体：有物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体：另有一类物质导电特征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。一、导体、半导体和绝缘体PNJunction第7页

半导体导电机理不一样于其它物质，所以它含有不一样于其它物质特点。比如：当受外界热和光作用时，它导电能力显著改变。往纯净半导体中掺入一些杂质，会使它导电能力和内部结构发生改变。光敏器件二极管第8页+4+4+4+4+4+4+4+4+4

完全纯净、不含其它杂质且含有晶体结构半导体称为本征半导体将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它原子结构为共价键结构。价电子共价键图本征半导体结构示意图二、本征半导体晶体结构当温度T=0

K时，半导体不导电，如同绝缘体。第9页+4+4+4+4+4+4+4+4+4图本征半导体中自由电子和空穴自由电子空穴

若T

，将有少数价电子克服共价键束缚成为自由电子，在原来共价键中留下一个空位——空穴。T

自由电子和空穴使本征半导体含有导电能力，但很微弱。空穴可看成带正电载流子。三、本征半导体中两种载流子（动画1-1）（动画1-2）第10页四、本征半导体中载流子浓度在一定温度下本征半导体中载流子浓度是一定，而且自由电子与空穴浓度相等。本征半导体中载流子浓度公式：T=300K室温下,本征硅电子和空穴浓度:

n=p=1.43×1010/cm3本征锗电子和空穴浓度:

n=p=2.38×1013/cm3ni=

pi=

K1T3/2e-EGO/(2KT)本征激发(见动画)复合动态平衡第11页1.半导体中两种载流子带负电自由电子带正电空穴

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浓度用ni和pi

表示，显然ni

=pi

。

4.因为物质运动，自由电子和空穴不停产生又不停复合。在一定温度下，产生与复合运动会到达平衡，载流子浓度就一定了。

5.载流子浓度与温度亲密相关，它伴随温度升高，基本按指数规律增加。小结第12页杂质半导体杂质半导体有两种N型半导体P型半导体一、N型半导体(Negative)在硅或锗晶体中掺入少许5价杂质元素，如磷、锑、砷等，即组成N型半导体(或称电子型半导体)。惯用5价杂质元素有磷、锑、砷等。第13页

本征半导体掺入5价元素后，原来晶体中一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个与硅组成共价键，多出一个电子只受本身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。第14页+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由电子施主原子图1.1.3

N型半导体5价杂质原子称为施主原子。第15页

自由电子浓度远大于空穴浓度，即n>>p。

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)。第16页二、P型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或锗晶体中掺入少许3价杂质元素，如硼、镓、铟等，即组成P型半导体。+3空穴浓度多于电子浓度，即p>>n。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P型半导体第17页说明：

1.掺入杂质浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子浓度。3.杂质半导体总体上保持电中性。4.杂质半导体表示方法以下列图所表示。

2.杂质半导体载流子数目要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改进。(a)N型半导体(b)P型半导体图杂质半导体简化表示法第18页

在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体，另一侧掺杂成为N型半导体，两个区域交界处就形成了一个特殊薄层，称为PN结。PNPN结图PN结形成一、PN结形成

PN结第19页PN结中载流子运动耗尽层空间电荷区PN1.扩散运动

2.扩散运动形成空间电荷区电子和空穴浓度差形成多数载流子扩散运动。——PN结，耗尽层。PN

（动画1-3）第20页3.空间电荷区产生内电场PN空间电荷区内电场Uho空间电荷区正负离子之间电位差Uho

——电位壁垒；——

内电场；内电场阻止多子扩散——

阻挡层。

4.漂移运动内电场有利于少子运动—漂移。

少子运动与多子运动方向相反

阻挡层第21页5.扩散与漂移动态平衡扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐步减小；伴随内电场增强，漂移运动逐步增加；当扩散电流与漂移电流相等时，PN结总电流等于零，空间电荷区宽度到达稳定。即扩散运动与漂移运动到达动态平衡。PN第22页二、PN结单向导电性1.PN结外加正向电压时处于导通状态又称正向偏置，简称正偏。外电场方向内电场方向耗尽层VRI图PN第23页二、PN结单向导电性1.PN结外加正向电压时处于导通状态又称正向偏置，简称正偏。外电场方向内电场方向耗尽层VRI空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大正向电流。图PN第24页在PN结加上一个很小正向电压，即可得到较大正向电流，为预防电流过大，可接入电阻R。2.PN结外加反向电压时处于截止状态(反偏)反向接法时，外电场与内电场方向一致，增强了内电场作用；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

；因为少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。第25页耗尽层图PN结加反相电压时截止反向电流又称反向饱和电流。对温度十分敏感，

伴随温度升高，IS将急剧增大。PN外电场方向内电场方向VRIS第26页

当PN结正向偏置时，回路中将产生一个较大正向电流，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。

（动画1-4）

（动画1-5）总而言之：可见，PN结含有单向导电性。第27页IS：反向饱和电流UT：温度电压当量在常温(300K)下，

UT

26mV三、PN结电流方程PN结所加端电压u与流过电流i关系为公式推导过程略第28页四、PN结伏安特征

i=f

(u

)之间关系曲线。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50i/mAu/V正向特征死区电压击穿电压U(BR)反向特征图PN结伏安特征反向击穿第29页五、PN结电容效应当PN上电压发生改变时，PN结中储存电荷量将随之发生改变，使PN结含有电容效应。电容效应包含两部分势垒电容扩散电容1.势垒电容Cb是由PN结空间电荷区改变形成。(a)PN结加正向电压（b)PN结加反向电压-N空间电荷区PVRI+UN空间电荷区PRI+-UV第30页空间电荷区正负离子数目发生改变，如同电容放电和充电过程。势垒电容大小可用下式表示：因为PN结宽度l随外加电压u而改变，所以势垒电容Cb不是一个常数。其Cb=f(U)

曲线如图示。

：半导体材料介电比系数；S：结面积；l：耗尽层宽度。OuCb图1.1.11（b)第31页2.扩散电容Cd

Q是由多数载流子在扩散过程中积累而引发。在某个正向电压下，P区中电子浓度np(或N区空穴浓度pn)分布曲线如图中曲线1所表示。x=0处为P与耗尽层交界处当电压加大，np(或pn)会升高，如曲线2所表示(反之浓度会降低)。OxnPQ12

Q当加反向电压时，扩散运动被减弱，扩散电容作用可忽略。

Q正向电压改变时，改变载流子积累电荷量发生改变，相当于电容器充电和放电过程——扩散电容效应。图PNPN结第32页总而言之：PN结总结电容Cj

包含势垒电容Cb和扩散电容Cd

两部分。Cb和Cd

值都很小，通常为几个皮法~几十皮法，有些结面积大二极管可达几百皮法。当反向偏置时，势垒电容起主要作用，能够认为Cj

Cb。普通来说，当二极管正向偏置时，扩散电容起主要作用，即能够认为Cj

Cd；在信号频率较高时，须考虑结电容作用。第33页

1.2

半导体二极管在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型图二极管几个外形第34页1点接触型二极管(a)点接触型

二极管结构示意图半导体二极管几个常见结构PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。第35页3平面型二极管

往往用于集成电路制造工艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。2面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(b)面接触型(c)平面型4二极管代表符号D第36页

二极管伏安特征二极管伏安特征曲线可用下式表示硅二极管2CP10伏安特征正向特征反向特征反向击穿特征开启电压：0.5V导通电压：0.7一、伏安特征锗二极管2AP15伏安特征UonU(BR)开启电压：0.1V导通电压：0.2V第37页二、温度对二极管伏安特征影响(了解)在环境温度升高时，二极管正向特征将左移，反向特征将下移。二极管特征对温度很敏感。–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.020温度增加第38页

二极管参数(1)最大整流电流IF(2)反向击穿电压U（BR）和最高反向工作电压URM(3)反向电流IR(4)最高工作频率fM(5)极间电容Cj在实际应用中，应依据管子所用场所，按其所承受最高反向电压、最大正向平均电流、工作频率、环境温度等条件，选择满足要求二极管。第39页

1.2.4二极管等效电路一、由伏安特征折线化得到等效电路1.理想模型2.恒压降模型3.折线模型第40页

二、二极管微变等效电路

二极管工作在正向特征某一小范围内时，其正向特征能够等效成一个微变电阻。即依据得Q点处微变电导则常温下（T=300K）图1.2.7二极管微变等效电路第41页

应用举例

二极管静态工作情况分析

分析步骤：

1.依据已知条件或实际情况确定二极管采取模型

2.将二极管断开，分别计算VA,VK

并判断二极管通断

3.套入对应模型对原电路进行变换

4.计算第42页

应用举例

计算二极管电流和两端电压理想模型（R=10k

）VDD=10V时恒压模型（硅二极管经典值）第43页

应用举例

二极管静态工作情况分析（R=10k

）VDD=10V时折线模型（硅二极管经典值）设P22例第44页应用举例例1：P69习题1.2解：二极管采取理想模型

ui和uo波形如图所表示

第45页1.2.5稳压二极管一、稳压管伏安特征(a)符号(b)2CW17伏安特征

利用二极管反向击穿特征实现稳压。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第46页(1)稳定电压UZ(2)动态电阻rZ

在要求稳压管反向工作电流IZ下，所对应反向工作电压。rZ=

VZ/

IZ(3)最大耗散功率

PZM(4)最大稳定工作电流

IZmax和最小稳定工作电流IZmin(5)温度系数——

VZ二、稳压管主要参数第47页

稳压电路正常稳压时UO=UZ#不加R能够吗？#上述电路UI为正弦波，且幅值大于UZ

，UO波形是怎样？（1）.设电源电压波动(负载不变)UI↑→UO↑→UZ↑→IZ↑↓UO↓←UR↑←IR↑（2）.设负载改变(电源不变)略如电路参数改变？UOUI第48页例1：稳压二极管应用RLuiuORDZiiziLUZ稳压二极管技术数据为：稳压值UZ=10V，Izmax=12mA，Izmin=2mA，负载电阻RL=2k

，输入电压ui=12V，限流电阻R=200，求iZ。若负载电阻改变范围为1.5k--4k

，是否还能稳压？第49页RLuiuORDZiiziLUZUZ=10Vui=12VR=200Izmax=12mAIzmin=2mARL=2k(1.5k~4k)iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（mA）i=（ui-UZ）/R=（12-10）/0.2=10（mA）iZ=i-iL=10-5=5（mA）RL=1.5k,iL=10/1.5=6.7（mA）,iZ=10-6.7=3.3（mA）RL=4k,iL=10/4=2.5（mA）,iZ=10-2.5=7.5（mA）负载改变,但iZ仍在12mA和2mA之间,所以稳压管仍能起稳压作用第50页例2：稳压二极管应用解：ui和uo波形如图所表示

（UZ＝3V）uiuODZR(a)(b)uiuORDZ第51页一、发光二极管LED(LightEmittingDiode)1.符号和特征工作条件：正向偏置普通工作电流几mA，导通电压(1

2)V符号u/Vi

/mAO2特征其它类型二极管第52页发光类型：可见光：红、黄、绿显示类型：普通LED，不可见光：红外光点阵LED七段LED,第53页二、光电二极管符号和特征符号特征uiOE=200lxE=400lx工作原理：三、变容二极管四、隧道二极管五、肖特基二极管无光照时，与普通二极管一样。有光照时，分布在第三、四象限。低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短（能够小到几纳秒），正向导通压降仅0.4V左右，而整流电流大.优点是开关特征好，速度快、工作频率高第54页1.3双极型晶体管(BJT)又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。(BipolarJunctionTransistor)三极管外形以下列图所表示。三极管有两种导电类型：NPN型和PNP型。

主要以NPN型为例进行讨论。图三极管外形X：低频小功率管D：低频大功率管G：高频小功率管A：高频大功率管第55页图1.3.2(b)三极管结构示意图和符号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eNNP晶体管结构及类型第56页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1.3.2©三极管结构示意图和符号(b)PNP型第57页晶体管电流放大作用以NPN型三极管为例讨论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极性来确保。不表示两个二极管连接起来就是三极管第58页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。

三极管放大外部条件：外加电源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。第59页becRcRb一、晶体管内部载流子运动IEIB发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流发射区电子越过发射结扩散到基区，基区空穴扩散到发射区—形成发射极电流

IE

(基区多子数目较少，空穴电流可忽略)。2.扩散到基区自由电子与空穴复合运动形成基极电流

电子抵达基区，少数与空穴复合形成基极电流Ibn，复合掉空穴由VBB

补充。多数电子在基区继续扩散，抵达集电结一侧。晶体管内部载流子运动第60页becIEIBRcRb3.集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流Ic

集电结反偏，有利于搜集基区扩散过来电子而形成集电极电流

Icn。其能量来自外接电源VCC

。IC另外，集电区和基区少子在外电场作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流，用ICBO表示。ICBO晶体管内部载流子运动第61页beceRcRb二、晶体管电流分配关系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBOIE=IC+IB图晶体管内部载流子运动与外部电流第62页三、晶体管共射电流放大系数整理可得：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VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共发射极接法第63页直流参数与交流参数

、

含义是不一样，不过，对于大多数三极管来说，直流和交流数值却差异不大，计算中，可不将它们严格区分。2、共射交流电流放大系数第64页3、共基直流电流放大系数或4、共基交流电流放大系数5.

关系ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基极接法第65页1.3.3晶体管共射特征曲线uCE=0VuBE

/V

iB=f(uBE)

UCE=const(2)当uCE≥1V时，uCB=uCE

-uBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合降低，在一样uBE下IB减小，特征曲线右移。(1)当uCE=0V时，相当于发射结正向伏安特征曲线。一.输入特征曲线uCE=0VuCE

1VuBE

/V+-bce共射极放大电路UBBUCCuBEiCiB+-uCE第66页iC=f(uCE)

IB=const二、输出特征曲线+-bce共射极放大电路UBBUCCuBEiCiB+-uCE测量方法说明第67页输出特征曲线三个区域:放大区：条件：发射结正偏，集电结反偏

特点：iC大小不受uCE影响，只受IB控制。

怎样依据曲线取得

值第68页输出特征曲线三个区域:截止区：条件：发射结反偏（不导通），集电结反偏

特点：iC

电流趋近于0。

等效模型：相当于开关断开第69页输出特征曲线三个区域:饱和区：条件：发射结正偏，集电结正偏

特点：iB

、iC

大到一定数值后三极管进入该区域，UCE电压数值较小。

等效模型第70页三极管参数分为三大类:

直流参数、交流参数、极限参数一、直流参数1.共发射极直流电流放大系数=（IC－ICEO）/IB≈IC/IB

vCE=const晶体管主要参数2.共基直流电流放大系数3.集电极基极间反向饱和电流ICBO集电极发射极间反向饱和电流ICEOICEO=（1+）ICBO第71页二、交流参数1.共发射极交流电流放大系数

=

iC/

iB

UCE=const2.

共基极交流电流放大系数α

α=

iC/

iE

UCB=const3.特征频率fT

值下降到1信号频率第72页1.最大集电极耗散功率PCM

PCM=iCuCE

三、极限参数2.最大集电极电流ICM3.

反向击穿电压

UCBO——发射极开路时集电结反 向击穿电压。UEBO——集电极开路时发射结反 向击穿电压。

UCEO——基极开路时集电极和发射极间击穿电压。几个击穿电压有以下关系

UCBO＞UCEO＞UEBO第73页

由PCM、ICM和UCEO在输出特征曲线上能够确定过损耗区、过电流区和击穿区。

输出特征曲线上过损耗区和击穿区

PCM=iCuCE

U(BR)CEOUCE/V第74页温度对晶体管特征及参数影响一、温度对ICBO影响温度每升高100C，ICBO增加约一倍。反之，当温度降低时ICBO降低。硅管ICBO比锗管小得多。二、温度对输入特征影响温度升高时正向特征左移，反之右移60402000.40.8I/mAU/V温度对输入特征影响200600三、温度对输出特征影响温度升高将造成IC

增大iCuCEOiB200600温度对输出特征影响第75页三极管工作状态判断[例1]：测量某NPN型BJT各电极对地电压值以下，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

＝3.6V（3）VC

＝3.6V

VB

＝4V

VE

＝3.4V解：标准：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）饱和区第76页[例2]

某放大电路中BJT三个电极电流如图所表示。

IA＝-2mA,IB＝-0.04mA,IC＝+2.04mA,试判断管脚、管型。解：电流判断法。电流正方向和KCL。IE=IB+ICABC

IAIBICC为发射极B为基极A为集电极。管型为NPN管。第77页例[3]：测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极电位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=6V、U2=11.3V、U3=12V

（4）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）U1b、U2e、U3cNPN锗（3）U1c、U2b、U3ePNP硅（4）U1c、U2b、U3ePNP锗标准：先求UBE，若等于，为硅管；若等于，为锗管。发射结正偏，集电结反偏。

NPN管UBE＞0，UBC＜0，即UC

＞UB

＞UE

。

PNP管UBE＜0，UBC＜0，即UC

＜UB

＜UE

。解：第78页光电三极管一、等效电路、符号二、光电三极管输出特征曲线ceceiCuCEO图1.3.11光电三极管输出特征E1E2E3E4E＝0第79页复习1.BJT放大电路三个电流关系？IE=IC+IB2.BJT输入、输出特征曲线？uCE=0VuCE

1VuBE

/V3.BJT工作状态怎样判断？第80页1.4场效应三极管场效应管：一个载流子参加导电，利用输入回路电场效应来控制输出回路电流三极管，又称单极型三极管。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(一个载流子导电)；

电压控制型器件；重量轻、体积小、寿命长等优点。

输入电阻高；第81页N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)场效应管分类：第82页DSGN符号结型场效应管JunctionFieldEffectTransistor结构图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能够导电。导电沟道是N型，称N沟道结型场效应管。第83页P沟道场效应管

P沟道结型场效应管结构图N+N+P型沟道GSDP沟道场效应管是在P型硅棒两侧做成高掺杂N型区(N+)，导电沟道为P型，多数载流子为空穴。符号GDS第84页一、结型场效应管工作原理

N沟道结型场效应管用改变UGS大小来控制漏极电流ID。(VCCS)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。

*耗尽层宽度改变主要在沟道区。第85页1.当UDS=0时，uGS

对导电沟道控制作用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由零逐步减小，耗尽层逐步加宽，导电沟对应变窄。当UGS=UGS（Off)，耗尽层合拢，导电沟被夹断.ID=0GDSP+P+N型沟道(b)

UGS(off)<UGS<0VGGID=0GDSP+P+

(c)

UGS

＜UGS(off)VGGUGS(off)为夹断电压,为负值。UGS(off)也可用UP表示第86页2.当uGS

为UGS（Off)~0中一固定值时,uDS对漏极电流iD影响。uGS=0，uGD>UGS（Off)

，iD

较大。GDSP+NiSiDP+P+VDDVGG

uGS<0，uGD>UGS（Off)

，iD更小。GDSNiSiDP+P+VDD注意：当uDS>0时，耗尽层展现楔形。(a)(b)uGD

＝uGS

－uDS

第87页GDSP+NiSiDP+P+VDDVGGuGS<0,uGD=UGS(off),,沟道变窄预夹断uGS<0,uGD<uGS(off),夹断，iD几乎不变(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，所以，场效应管输入电阻很高。(c)(d)NGSD

+VGGP+P+VDD+-A第88页3.当uGD<uGS(off),时，,uGS对漏极电流iD控制作用场效应管用低频跨导gm大小描述栅源电压对漏极电流控制作用。场效应管为电压控制元件(VCCS)。uGD

＝uGS

－uDS<uGS(off),即：出现了预夹断之后uDS为一常量时，对应于确定uGS

，就有确定iD。gm=

iD/

uGS(单位mS)第89页小结(1)在uGD

＝uGS

－uDS>uGS(off)情况下,即当uDS<uGS-uGS(off)

对应于不一样uGS

，d-s间等效成不一样阻值电阻。(2)当uDS使uGD

＝uGS(off)时，d-s之间预夹断(3)当uDS使uGD<uGS(off)时，iD几乎仅仅决定于uGS

，而与uDS

无关。此时，能够把iD近似看成uGS控制电流源。第90页二、结型场效应管特征曲线1.输出特征曲线当栅源之间电压UGS不变时，漏极电流iD与漏源之间电压uDS

关系，即第91页IDSS/ViD/mAuDS/VOUGS=0V-1-2-3-4-5-6-7预夹断轨迹恒流区

可变电阻区漏极特征也有三个区：可变电阻区、恒流区和夹断区。图(b)漏极特征输出特征（漏极特征）曲线夹断区UDSiDVDDVGGDSGV

+V

+uGS图1.4.5(a)特征曲线测试电路+

mA击穿区第92页2.转移特征(N沟道结型场效应管为例)O

uGSiDIDSSUGS(off)图转移特征uGS=0，iD最大；uGS

愈负，iD愈小；uGS=UGS(off)

，iD

0。两个主要参数饱和漏极电流

IDSS(UGS=0时ID)夹断电压UGS(off)

(ID=0时UGS)UDSiDVDDVGGDSGV

+V

+uGS特征曲线测试电路+

mA第93页

转移特征OuGS/VID/mAIDSSUP图1.4.6转移特征

结型场效应管转移特征曲线近似公式：≤≤第94页＊结型P沟道特征曲线SGD转移特征曲线iDUGS（Off）IDSSOuGS输出特征曲线iDUGS=0V+uDS++o栅源加正偏电压，(PN结反偏)漏源加反偏电压。第95页绝缘栅型场效应管MOSFETMetal-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1010

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。第96页一、N沟道增强型MOS场效应管

结构P型衬底N+N+BGSDSiO2源极S漏极D衬底引线B栅极G图N沟道增强型MOS场效应管结构示意图SGDB第97页1.工作原理

绝缘栅场效应管利用UGS

来控制“感应电荷”多少，改变由这些“感应电荷”形成导电沟道情况，以控制漏极电流ID。2.工作原理分析(1)UGS=0

漏源之间相当于两个背靠背PN结，不论漏源之间加何种极性电压，总是不导电。SBD第98页(2)

UDS=0，0<UGS<UGS(th)P型衬底N+N+BGSD

栅极金属层将聚集正电荷，它们排斥P型衬底靠近SiO2

一侧空穴，形成由负离子组成耗尽层。增大UGS

耗尽层变宽。VGG---------(3)

UDS=0，UGS≥UGS(th)因为吸引了足够多P型衬底电子，会在耗尽层和SiO2之间形成可移动表面电荷层——---N型沟道反型层、N型导电沟道。UGS升高，N沟道变宽。因为UDS=0，所以ID=0。UGS(th)

或UT为开始形成反型层所需UGS，称开启电压。第99页(4)

UDS对导电沟道影响(UGS>UT)导电沟道展现一个楔形。漏极形成电流ID

。b.UDS=UGS–UT，

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

UGD<UT因为夹断区沟道电阻很大，UDS逐步增大时，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夹断区第100页DP型衬底N+N+BGSVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDDP型衬底N+N+BGSDVGGVDD夹断区图UDS

对导电沟道影响(a)

UGD>UT(b)

UGD=UT(c)

UGD<UT在UDS>UGS–UT时，对应于不一样uGS就有一个确定iD

。此时，能够把iD近似看成是uGS控制电流源。第101页3.特征曲线与电流方程(a)转移特征(b)输出特征UGS<UT，iD=0；

UGS

≥

UT，形成导电沟道，伴随UGS增加，ID

逐步增大。(当UGS>UT

时)三个区：可变电阻区、恒流区(或饱和区)、夹断区。UT2UTIDOuGS/ViD/mAO图1.4.10(a)图1.4.10(b)iD/mAuDS/VO预夹断轨迹恒流区

可变电阻区夹断区。UGS增加第102页二、N沟道耗尽型MOS场效应管P型衬底N+N+BGSD++++++制造过程中预先在二氧化硅绝缘层中掺入正离子，这些正离子电场在P型衬底中“感应”负电荷，形成“反型层”。即使UGS=0也会形成N型导电沟道。++++++++++++

UGS=0，UDS>0，产生较大漏极电流；

UGS<0，绝缘层中正离子感应负电荷降低，导电沟道变窄，iD

减小；

UGS=

UP,感应电荷被“耗尽”，iD

0。UP或UGS(off)称为夹断电压图第103页N沟道耗尽型MOS管特征工作条件：UDS>0；UGS

正、负、零均可。iD/mAuGS/VOUP(a)转移特征IDSS耗尽型MOS管符号SGDB(b)输出特征iD/mAuDS/VO+1VUGS=0-3V-1V-2V43215101520N沟道耗尽型MOSFET第104页三、P沟道MOS管1.P沟道增强型MOS管开启电压UGS(th)<0当UGS<UGS(th)

，漏-源之间应加负电源电压管子才导通,空穴导电。2.P沟道耗尽型MOS管夹断电压UGS(off)＞0UGS

可在正、负值一定范围内实现对iD控制，漏-源之间应加负电源电压。SGDBP沟道SGDBP沟道四、VMOS管VMOS管漏区散热面积大，可制成大功率管。第105页种类符号转移特征曲线输出特征曲线

结型N沟道耗尽型

结型P沟道耗尽型

绝缘栅型

N沟道增强型SGDSGDiDUGS=0V+uDS++oSGDBuGSiDOUT各类场效应管符号和特征曲线+UGS=UTuDSiD+++OiDUGS=0V---uDSOuGSiDUPIDSSOuGSiD/mAUPIDSSO第106页种类符号转移特征曲线输出特征曲线绝缘栅型N沟道耗尽型绝缘栅型P沟道增强型耗尽型IDSGDBUDSID_UGS=0+__OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_IDUGS=UTUDS_o_UGS=0V+_IDUDSo+第107页场效应管主要参数一、直流参数饱和漏极电流

IDSS2.夹断电压UP或UGS(off)3.开启电压UT

或UGS(th)4.直流输入电阻RGS为耗尽型场效应管一个主要参数。为增强型场效应管一个主要参数。为耗尽型场效应管一个主要参数。输入电阻很高。结型场效应管普通在107

以上，绝缘栅场效应管更高，普通大于109

。第108页二、交流参数1.低频跨导gm2.极间电容

用以描述栅源之间电压uGS

对漏极电流iD

控制作用。单位：iD毫安(mA)；uGS

伏(V)；gm毫西门子(mS)

这是场效应管三个电极之间等效电容，包含Cgs、Cgd、Cds。

极间电容愈小，则管子高频性能愈好。普通为几个皮法。第109页三、极限参数3.漏极最大允许耗散功率PDM2.漏源击穿电压U(BR)DS4.栅源击穿电压U(BR)GS

由场效应管允许温升决定。漏极耗散功率转化为热能使管子温度升高。当漏极电流ID急剧上升产生雪崩击穿时UDS。

场效应管工作时，栅源间PN结处于反偏状态，若UGS>U(BR)GS

，PN将被击穿，这种击穿与电容击穿情况类似，属于破坏性击穿。1.最大漏极电流IDM第110页例电路如图所表示，其中管子T输出特征曲线如图所表示。试分析ui为0V、8V和10V三种情况下uo分别为多少伏？

图图分析：N沟道增强型MOS管，开启电压UGS(th)

＝4V第111页解(1)ui为0V，即uGS＝ui＝0，管子处于夹断状态

所以u0＝VDD

＝15V(2)uGS＝ui＝8V时，从输出特征曲线可知，管子工作在恒流区，iD＝1mA，u0＝uDS

＝VDD-iD

RD

＝10V(3)uGS＝ui＝10V时，若工作在恒流区，iD＝2.2mA。因而u0＝15-2.2*5

＝4V不过，uGS

＝10V时预夹断电压为uDS=uGS–UT=(10-4)V=6V可见，此时管子工作在可变电阻区第112页从输出特征曲线可得uGS

＝10V时d-s之间等效电阻(D在可变电阻区，任选一点，如图)所以输出电压为[例1.4.3]第113页晶体管场效应管结构NPN型、PNP型结型耗尽型N沟道P沟道绝缘栅增强型N沟道P沟道绝缘栅耗尽型N沟道P沟道C与E普通不可倒置使用D与S有型号可倒置使用载流子多子扩散少子漂移多子运动输入量电流输入电压输入控制电流控制电流源CCCS(β)电压控制电流源VCCS(gm)1.4.4场效应管与晶体管比较第114页噪声较大较小温度特征受温度影响较大较小，可有零温度系数点输入电阻几十到几千欧姆几兆欧姆以上静电影响不受静电影响易受静电影响晶体管场效应管第115页一、单结晶体管结构和等效电路N型硅片P区PN结eb1b2单结晶体管又称为双基极晶体管。(a)结构(b)符号(C)等效电路图

单结管结构及符号1.5单结晶体管和晶闸管单结晶体管第116页特征：+-UA+-UD+-UEB1+-UBB——分压比OUEB1IEAPVBIPUP截止区负阻区饱和区峰点UP：峰点电压IP：峰点电流谷点UV：谷点电压IV：谷点电流图

(a)图

(b)第117页二、单结管脉冲发生电路图

单结管脉冲发生电路第118页三、单结管触发电路图

图

第119页三、应用举例：单结管脉冲发生电路图

单结管脉冲发生电路第120页晶闸管一、结构和等效模型图

晶闸管结构和符号CCC阳极阴极控制极第121页二、工作原理图

1.控制极不加电压，不论在阳极与阴极之间加正向或反向电压，晶闸管都不导通。——称为阻断

2.控制极与阴极间加正向电压，阳极与阴极之间加正向电压，晶闸管导通。PNPIGβ1β2IGβ1IG图

CNPNCC第122页结论：晶闸管由阻断变为导通条件是在阳极和阴极之间加正向电压时，再在控制极加一个正触发脉冲；晶闸管由导通变为阻断条件是减小阳极电流IA

，或改变A-C电压极性方法实现。晶闸管导通后，管压降很小，约为0.6~1.2V左右。第123页三、晶闸管伏安特征1.伏安特征OUAKIAUBOABCIHIG=0正向阻断特征：当IG=0，而阳极电压不超出一定值时，管子处于阻断状态。UBO——正向转折电压正向导通特征：管子导通后，伏安特征与二极管正向特征相同。IH

——维持电流当控制极电流IG0时，使晶闸管由阻断变为导通所需阳极电压减小。IG

增大反向特征：与二极管反向特征相同。UBR图

晶闸管伏安特征曲线第124页四、晶闸管主要参数1.额定正向平均电流IF

2.维持电流IH3.触发电压UG和触发电流IG4.正向重复峰值电压UDRM5.反向重复峰值电压URRM其它：正向平均电压、控制极反向电压等。第125页例：单相桥式可控整流电路+-uG在u2正半周，当控制极加触发脉冲，VT1和VD2导通；在u2负半周，当控制极加触发脉冲，VT2和VD1导通；αθ

：控制角；

：导电角图

第126页小结第1

章第127页一、两种半导体和两种载流子两种载流子运动电子空穴两种半导体N型(多电子)P型(多空穴)二、二极管1.特征—单向导电正向电阻小(理想为0)，反向电阻大(

)。第128页2.主要参数正向—最大平均电流IF反向—最大反向工作电压U(BR)(超出则击穿)反向饱和电流IR(IS)(受温度影响)ISiDO

uDU(BR)IFURM第129页3.二极管等效模型理想模型(大信号状态采取)uDiD正偏导通电压降为零相当于理想开关闭合反偏截止电流为零相当于理想开关断开恒压降模型UD(on)正偏电压

UD(on)

时导通等效为恒压源UD(on)不然截止，相当于二极管支路断开UD(on)=(0.6

0.8)V估算时取0.7V硅管：锗管：(0.1

0.3)V0.2V折线近似模型相当于有内阻恒压源UD(on)第130页4.二极管分析方法步骤5.特殊二极管工作条件主要用途稳压二极管反偏稳压发光二极管正偏发光光电二极管反偏光电转换第131页三、两种半导体放大器件双极型半导体三极管(晶体三极管

BJT)单极型半导体三极管(场效应管

FET)两种载流子导电多数载流子导电晶体三极管1.形式与结构NPNPNP三区、三极、两结2.特点基极电流控制集电极电流并实现放大第132页放大条件内因：发射区载流子浓度高、

基区薄、集电区面积大外因：发射结正偏、集电结反偏3.电流关系IE=IC+IBIC=

IB+ICEO

IE=(1+

)

IB+ICEOIE=IC+IBIC=

IB

IE=(1+)

IB

第133页4.特征iC

/mAuCE

/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O369124321O0.40.8iB

/

AuBE/V60402080死区电压(Uth)：0.5V(硅管)0.1V(锗管)工作电压(UBE(on))

：0.6

0.8V取0.7V

(硅管)0.2

0.3V取0.3V

(锗管)饱和区截止区第134页iC

/mAuCE

/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O369124321放大区饱和区截止区放大区特点：1)iB决定iC2)曲线水平表示恒流3)曲线间隔表示受控第135页5.参数特征参数电流放大倍数

=

/(1

)

=

/(1+

)极间反向电流ICBOICEO极限参数ICMPCMU(BR)CEOuCEOICEOiCICMU(BR)CEOPCM安全工作区=(1+

)ICBO第136页场效应管1.分类按导电沟道分N沟道P沟道按结构分绝缘栅型(MOS)结型按特征分增强型耗尽型uGS=0时，iD

=0uGS=0时，iD

0增强型耗尽型(耗尽型)第137页2.特点栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流输入电阻高，工艺简单，易集成因为FET无栅极电流，故采取转移特征和输出特征描述3.特征不一样类型FET特征比较参见图1.4.13第43-44页。第138页不一样类型FET转移特征比较结型N沟道uGS/ViD/mAO增强型耗尽型MOS管IDSS夹断电压UGS(off)开启电压UGS(th)IDO

是uGS=2UGS(th)时iD值(耗尽型)第139页四、晶体管电路基本问题和分析方法三种工作状态状态电流关系

条件放大I

C=

IB发射结正偏集电结反偏饱和

IC

IB两个结正偏ICS=

IBS集电结零偏临界截止IB<0,IC=0两个结反偏判断导通还是截止：UBE>U(th)

则导通以NPN为例：UBE<U(th)

则截止第140页判断饱和还是放大：1.电位判别法NPN管UC>UB>UE放大UE<UC

UB饱和PNP管UC<UB<UE放大UE>UC

U

B饱和2.电流判别法IB>IBS

则饱和IB<IBS则放大第141页第三版童诗白第二章基本放大电路2.1放大概念和电路主要指标2.7场效应管放大电路2.6晶体管基本放大电路派生电路2.5单管放大电路三种基本接法2.4放大电路静态工作点稳定2.3放大电路分析方法2.2基本共射放大电路工作原理第142页第三版童诗白本章重点和考点:1.共射放大电路静态工作点分析和动态参数计算。2.放大电路失真分析和最大输出电压计算。3.BJT三种组态特点、FET三种组态特点。第143页第三版童诗白本章讨论问题：1.什么是放大？放大电路放大信号与放大镜放大物体意义相同吗？放大特征是什么？2.为何晶体管输入、输出特征说明它有放大作用？怎样将晶体管接入电路才能起到放大作用？组成放大电路标准是什么？有几个接法？3.怎样评价放大电路性能？有哪些主要指标？第144页第三版童诗白本章讨论问题：4.晶体管三种基本放大电路各有什么特点？怎样依据它们特点组成派生电路？5.怎样依据放大电路组成标准利用场效应管组成放大电路？它有三种接法吗？6.场效应管放大电路与晶体管放大电路有哪些不一样处？在不一样场所下，应怎样选取放大电路？第145页2.1放大概念和电路主要指标2.1.1放大概念电子学中放大目标是将微弱改变信号放大成较大信号。这里所讲主要是电压放大电路。电压放大电路能够用有输入口和输出口四端网络表示，如图：uiuoAu放大前提是不失真，即只有在不失真情况下放大才有意义。放大电路放大本质是能量控制和转换。第146页2.1.2.放大电路性能指标放大电路示意图图2.1.2放大电路示意图第147页一、放大倍数表示放大器放大能力依据放大电路输入信号条件和对输出信号要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数定义。（1）电压放大倍数为:

Auu=UO/UI（重点）（2）电流放大倍数为:

Aii=IO/II

（4）互导放大倍数为:Aiu=IO/UI（3）互阻放大倍数为:Aui=UO/II本章重点研究电压放大倍数Auu第148页二、输入电阻Ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小参数。输入电阻越大，从其前级取得电流越小，对前级影响越小。AuIi~USUiRi=Ui/Ii普通来说，Ri越大越好。第149页三、输出电阻Ro从放大电路输出端看进去等效电阻。输入端正弦电压，分别测量空载和输出端接负载RL

输出电压、。输出电阻愈小，带载能力愈强。第150页四、通频带fAuAum0.7AumfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fbw=

fH

–

fL放大倍数随频率改变曲线通频带越宽，表明放大电路对不一样频率信号适应能力越强。第151页五、非线性失真系数D全部谐波总量与基波成份之比，即六、最大不失真输出幅度在输出波形没有显著失真情况下放大电路能够提供给负载最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰值(UOPP、IOPP)表示，或有效值表示(Uom、Iom)。七、最大输出功率与效率

输出不产生显著失真最大输出功率。用符号Pom表示。

：效率PV：直流电源消耗功率第152页2.2基本共射放大电路工作原理基本共射放大电路组成及各元件作用T：NPN型三极管，为放大元件；