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1、 2012-2-13一、电子技术的发展 47年贝尔实验室制成第一只晶体管 58年集成电路 69年大规模集成电路 75年超大规模集成电路第一片集成电路只有4个晶体管，而97年一片集成电路上有40亿个晶体管。科学家预测集成度按10倍/6年的速度还将继续到2015或2020年，将达到饱和。2012-2-13一、模拟电路 数字量：时间和幅值均是离散的 模拟量：时间和幅值均连续性，大多数物理量，如温度、压力、流量、液面均为模拟量。模拟电路：对模拟量进行处理的电路，最基本的处理是放大。放大：输入为小信号，有源元件控制电源使负载获得大信号，并保持线性关系。有源元件：能够控制能量的元件。2012-2-13二、
2、课程目的掌握基本概念、基本电路、基本分析方法、基本实验技能 具有能够继续深入学习和接收电子技术新发展的能力，将所学知识用于本专业的能力。三、考察方法：会看：能看懂电路功能，并定性分析会算：能进行定量计算会选：会选电路形式、器件、参数会调：掌握测试方法、仪器选用、EDA2012-2-13四、重点基本原理（D，T）基本概念（放大电路，A，PN结等）基本方法（图解法，小信号分析法）基本数据（基本参数范围）基本技能（实验，调试，选器件等）模拟电子技术属于专业基础课，其特点是：工程性和应用性很强。D和T均为非线性元件，可以抓住主要矛盾，忽略次要因素进行线性化，简化分析计算。研究步骤是：进行定性分析、定量
3、估算、实验调整（进行有道理的近似）。工程实践性非常强。2012-2-13五、学习方法 在入门阶段要以听课为线索，最好能适当的记笔记；建立工程的观念、系统的观念、科学进步的观念、实践的观念；特别注意电路原理在电子电路分析中的应用。几个环节：听（课）：听懂思路和工作原理；记（笔记）：要点；做（作业）；调（调试电路）。2012-2-13一、电子技术OR称集成电子学、微电子学，是研究由电子器件组成的电路系统和应用的一门科学技术。1电子器件：利用带电微粒（粒子）的运动及其状态改变后所起作用而制成的单元部件。也就是说电子技术所研究的电路系统及其应用都是由电子器件组成的，研究这些电路系统的特性和应用。2电子
4、技术的分类绪论按信号类型来分：模拟电子技术：所处理和传输的信号均为模拟信号信号在时间和幅值上是连续的。数字电子技术：所处理和传输的信号均为数字信号信号在时间和幅值上是离散的。2012-2-138按组成电路的类型分：分立电路（基础）：由分立元件组成的电子电路（独立元件）D，T，R，L，C等。集成电路（应用）：由 IC+R，L，C组成。（由集成块和独立元件组成的电路）3.电子技术的发展简史1904年爱迪生发明了灯泡后，flaming教授在其中加设了一对阳极和阴极，于是形成了一个阀，产生了真空电子二极管。阴极作用：发射电子，至所以能发射电子，是靠圆筒阴极内装的螺旋形等丝产生热量，使氧化物阴极温度高达
5、11001900而发射电子的，具有单向导电性，1906年产生。2012-2-139真空三极管：在真空二极管的阳极和阴极间安装了一个螺旋形电极栅极而构成的。Eg对阴极走向阳极去的电子有排斥作用，当Eg愈大（负），排斥作用也愈大，走向阳极的电子也愈少，阳极电流Ia就愈小。因此，具有电流控制(放大)作用。随后进入电子管时代。1947年12月Bardeen,Bnattain,Shockley用两根针接近矿石(锗Ge)时，发现可以放大信号。于是在1948年正式产生三极管(PN结)。随着晶体三极管的产生，进入了晶体管时代功耗和体积都大大减小,但仍是分立元件电路。2012-2-13101954年，又有人（F
6、airchild）提出把电路做得更小的想法。后来，在一个Si片上做成了多个晶体管管子和电阻R，标志着电子技术的发展进入了集成电路IC(Integration Circuit)时代。SIC-MIC-LIC-超大规模IC（SPLIC）或VLSIC（VLIC）小规模集成电路：SSIC（small Scale Inegration Circuit）在一个半导体Si片上集成10个相当于三极管的元件。中规模集成电路：MSIC（Medium Scale Inegration Circuit）在一个半导体Si片上集成1001000个相当于三极管的元件。大规模集成电路：LSIC（Large Scale Ineg
7、ration Circuit）在一个半导体Si片上集成100010万个相当于三极管的元件。超大规模IC：VLSIC（Very Large Scale Inegration Circuit）在一个半导体Si片上集成10万个以上相当于三极管的元件。目前已可以在一个半导体硅片上制作上几十亿个晶体管。奔IV CPU（P4 CPU）集成度2000万。2012-2-1311计算机的发展是随着大规模集成电路LIC的发展而发展起来，Flip-Plop：触发器，具有记忆功能。当时计算弹道及解微分方程都有很大计算工作量，后来Zuse发明了一台手摇机械计算机，比人工计算机快的多，但很不方便。当时电子管已发明，于是又
8、提出能否设计一台电子式计算机。在1945年产生了第一台电子计算机，个头庞大，但比机械式快1万倍。第一片集成电路只有4个晶体管，而97年一片集成电路上有40亿个晶体管。科学家预测集成度按10倍/6年的速度还将继续到2015或2020年，那时将达到饱和。2012-2-1312二、放大电路基本知识1电子系统：由若干相互联结，具有各自基本功能的基本电子电路单元组成的具有特定功能的电路整体。比如一个加热炉温度控制系统（电加热）。放大滤波采样A/DC微处理器D/AC每个环节各有其独立功能和作用，相互联接和配合构成一个能完成温度控制的电路系统。本书主要研究模拟信号的处理，放大的原理和基本电路。2信号：按信号
9、在时间和幅值的连续性来分，可分为四种。2012-2-1313 时间连续，数值也连续的信号模拟信号。比如温度信号T(t)，通过温度传感器转化为V(t)电信号仍是时间、幅值连续的信号是模拟实际生产过程中的信号的规律和信息。时间离散，数值连续的信号：比如采样后的信号。时间离散、数值离散的信号：比如A/D转换后的信号数字信号 时间连续、数值离散的信号：比如D/A转换后的信号模拟电子技术就是研究模拟信号的处理、放大、变换等的技术科学。2、模拟信号放大：放大是最基本的模拟信号处理方法，是通过放大电路实现的。除此之外，放大电路也是构成其他模拟电路，如滤波、振荡、稳压等功能电路的基本单元电路。为什么要进行信号
10、放大呢？2012-2-1314对物理过程的控制（比如温度）就要先检测该物理信号。要进行电路处理，当然要先用传感器将其按原有变化规律转换成电信号（模拟物理过程的电信号）。通常此信号都是很微弱的，比如：mV级。而细胞生物电实验中检测到的甚至只有皮安培（pA）级，无法直接显示和处理，因此必须进行放大。2012-2-13161.1半导体基础知识一、本征半导体：导体：一般是金属材料(低价元素)，原子核外层电子受原子核的束缚力较小，极易在微弱能量作用下成为自由电子，因而导电性能较好（外层不稳定）绝缘体：一般是非金属材料(高价元素)，因外围电子受原子核的束缚力很强，很难形成自由电子（外层是稳定的）。但也有部
11、分非金属可以导电，如：碳。半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间，其原子核外层电子所受的束缚力不如绝缘体强，但又比导体要强很多。最外层8个电子是最稳定的，但它有 4个价电子。常用的半导体材料有：硅（Si），锗（Ge）1、半导体：2、本征半导体晶体结构：本征半导体：完全纯净的，具有完整晶体结构的半导体。Si,Ge均为四价元素，最外层原子轨道上具有4个价电子。物质的导电性能取决于原子结构。2012-2-1317图1.1.1 本征半导体结构示意图这里相邻原子之间的共价键是比较稳定的，但其价电子并不像绝缘体中电子被束缚那样紧，在室温下，部分价电子就会获得足够的能量（随机振动能量）而挣脱共价键的束缚，成为
12、自由电子这种现象称为本征激发。2012-2-1318图1.1.2 本征半导体中的自由电子和空穴3导电性本征激发后，某些价电子成为自由电子，在外电场作用下就可以移动，从而导电。因此，自由电子可看作是一种载流子(带负电)。但同时，失去一个价电子的共价键处就产生一个“空缺位置”称为“空穴”。如果某个自由电子填补了该空缺位置，即和“空穴”复合了，那么该自由电子原来的位置又空出来，形成了新的“空穴”。好象“空穴”从一个地方移到了另一个地方。又由于“空穴”处原子核内质子的存在，“空穴”实际上是显正电的,所以可以把“空穴”看作是带正电的载流子。其移动方向和带负电的载流子自由电子的方向相反。2012-2-13
13、19二、杂质半导体正是由于有了“空穴”和“自由电子”两种载流子，使得半导体具有了导电性。因此，半导体导电性的强弱，即电导率就取决于半导体内载流子的浓度。本征半导体中空穴和自由电子的浓度总是相同的，即空穴和自由电子数量总是相等的。提高电导率，须增大载流子的浓度，一个办法是提高温度，另一个办法就是通过扩散工艺掺入少量杂质形成杂质半导体。1、P型半导体（Positive）在硅（Si）的晶体内掺入少量三价元素的杂质，比如硼（B）或铟（In）等，因硼只有三个价电子，在与周围Si原子组成共价键时，因缺少一个电子，使在晶体中产生一个“空缺”。2012-2-1320+3晶体本身仍呈中性。当相邻共价键上的电子受
14、热振动或激发时有可能填补这个空位，使硼原子成为不能移动的负离子。而原来Si原子共价键则因缺少二个电子形成“空穴”半导体仍呈中性。这种半导体中“空穴”数量远比“自由电子”多。(有多少个硼杂质原子，就有多少个)，控制掺入杂质的多少，就可控制空穴的数量。图1.1.4 P型半导体这种半导体，以空穴导电为主，空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。因空穴可看作带正电的离子，因此，用P（Positive正）来命名半导体，称为P型半导体。由于3价杂质原子中的空位可以吸收电子，故称为受主原子。2012-2-13212、N型半导体（Negative 负）在纯净Si晶体中掺入五价元素如磷(P)或砷(As)锑(Sb
15、)，由于磷为五价元素，在与周围Si原子形成共价键时多出一个电子，这个电子就是自由电子。因此，这种半导体中自由电子数目比空穴数目要多，自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子称为N型半导体。半导体仍呈中性。图1.1.3 N型半导体+5由于5价杂质原子可以提供电子，故称为施主原子。三、PN结2012-2-13221、PN结的形成P型半导体含有因掺杂产生的空穴，比本征激发产生的电子、空穴对要多许多。N型半导体含有因掺杂产生的自由电子，比本征激发产生的电子、空穴对要多许多。当两种半导体制作在一起时会发生什么现象呢？载流子的扩散运动 载流子由浓度高的地方向浓度低的地方扩散。扩散运动的结果，使 P、N型半导
16、体之间形成空间电荷区。扩散越强，空间电荷区越宽，内电场的电压越高。这个空间电荷区内几乎无载流子，因此，电阻率很高。2012-2-1323漂移运动内电场形成以后，从NP可以看出，这个电场作用将使N区的少数载流子空穴向P区运动，而使P区的少数载流子自由电子向N区运动和载流子的扩散运动刚好相反。这种在电场作用下使载流子形成的定向运动叫做载流子的漂移运动。E在无外电场和其它激发作用下，参与扩散运动的多子数目与参与漂移运动的少子数目相等时，达到动态平衡，空间电荷区宽度固定下来，内电场 E也固定下来，形成PN结。即当扩散和漂移达到平衡时（动态平衡），形成PN结。PN结形成，空间电荷区2012-2-1324
17、2、PN结的单向导电性(看动画)PN结加正向电压时处于导通状态（指P接正极，N接负极）。P区的多子空穴和N区的多子电子都向PN结移动，和原来空间电荷区的部分带电离子(掺杂离子)中和，使空间电荷量减少，PN结变窄。PN结变窄后更有利于多子的扩散运动，在电源作用下，扩散运动源源不断地进行，形成正向电流I，PN结导通。所以，PN结加正向电压PN变窄，多子的扩散运动占主导地位，PN结导通。2012-2-1325 PN结加反向电压(指P接负极，N接正极)：P区接负极，N区接正极，内外电场方向一致。电流向P区注入更多的少子电子，向N区注入更多的少子空穴，和P区、N区的多子复合后产生更多的带电离子，使空间电
18、荷区变宽，大大抑制多子的扩散运动，加剧少子的漂移运动，形成反向电流。但是：由于少子的数目极少，即使所有的少子都参与漂移运动，反向电流也非常小，在近似分析中常可忽略不计，故可认为PN结加反向电压时处于截止状态。少子的多少取决于半导体材料（Si,Ge）和环境温度T，因而反向电流大小也就与半导体材料和温度有关。2012-2-13263、PN结的电流方程（v-i 特性方程式）)1(TDUuSDeIiuDPN结两端的外加正向电压(V)iD流过PN结的正向电流(A)Is反向饱和电流(A)。分立元件典型值10-810-14A,集成电路中二极管PN结值更小UT温度的电压当量，T=300K时，UT26mV.UT
19、=kT/q.波耳兹曼常数 k=1.38110-23J/K，电子电量q=1.610-29库仑可见：当uD UT时，当uD UT时,TDuuSeIi 0SIi 2012-2-13274、PN结的反向击穿(反向电压下空间电荷区变宽)PN结加反向电压时，(uD为负值)，iIS0，PN结是截止的，但反向电压能否无限增大呢？当反向电压U(BR)反向击穿电压时，PN结反向电流急剧增大，称为反向击穿(电击穿)，反向击穿按机理可分为齐纳击穿和雪崩击穿两种。齐纳击穿：在高掺杂情况下，因耗尽层宽度很小，不大的反向电压就可在耗尽层形成很强的电场，而直接破坏共价键，使价电子脱离共价键的束缚，产生大量电子-空穴对，导致反
20、向电流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿。齐纳击穿发生在高掺杂情况下，电压不高。齐纳击穿多数出现在特殊的二极管中，如稳压管（齐纳二极管）。2012-2-1328雪崩击穿：当PN结反向电压增加到一定数值时，耗尽层电场使少子加快漂移运动速度，从而与共价键中的价电子碰撞，把价电子撞出共价键，产生电子-空穴对。新产生的电子与空穴被电场加速后，又去撞击其他价电子，载流子雪崩式地倍增，致使反向电流急剧增加，这种击穿称为雪崩击穿。载流子的倍增就象雪崩一样，使反向电流急剧增大发生雪崩击穿。（雪崩击穿由高速撞击引发）。需说明的是：当发生反向击穿(刚开始为电击穿)时，电压较大，若电流也很大，则消耗在PN结上的功率将很
21、大。当此功率超过它的耗散功率时，PN结就会过渡到热击穿，很快PN结就会被烧坏。只要没到热击穿，PN结是可以恢复的。一般整流二极管掺杂浓度较低，其电击穿多数是雪崩击穿。齐纳击穿多数出现在特殊的二极管中，如稳压管（齐纳二极管）。齐纳击穿和雪崩击穿均为可逆的，只要击穿时电压电流和积不超过PN结的耗散功率，就可恢复。一旦超过，就会因过热而热击穿。一旦热击穿，就标志着PN结烧坏了。2012-2-13295、PN接的电容效应在一定条件下，PN结具有电容效应。空间电荷区内载流子浓度极低，电阻率极高，相当于绝缘体。而N区和P区则电阻率较低，相当于导电极板，因此具有电容效应，只不过在很多场合下，由于此电容值很小
22、，可忽略不计，但在有些高频场合和微电子频域此电容效应则必须予以考虑。PN结的结电容Cj包括势垒电容 Cb和扩散电容Cd，dbjCCC2012-2-13301.2半导体二极管将由P型半导体和N型半导体形成的PN结用外壳封装起来，接上电极引线就构成了半导体二极管，简称二极管。1结构型式：点接触型引线和半导体材料点接触，结面积小，I小（约10mA）,C也小（1PF，工作频率可达100MHz以上）。面接触型引线和半导体材料面接触，合金法工艺制造，结面积大能流过较大电流，但Cj大，只在较低 f 下工作，主要用作整流用。平面型采用扩散工艺制造，结面积较大的可用作大功率整流用，面积小的可作为脉冲数字电路中的
23、开关管。2012-2-13312012-2-13322二极管伏安特性（和PN结类似）（page19）)1e(TSUuIi端电压温度的电压当量反向饱和电流电流开启电压正向特性为指数曲线反向电流为常量Uon 2012-2-1333温度对二极管伏安特性的影响：T（）在管压降u不变情况下电流反向饱和电流IS，U(BR)T（）正向特性左移，反向特性下移UonU(BR)温度每升高10C，正向压降减小22.5mV；温度每升高100C，反向电流约增大一倍。2012-2-13343.二极管的主要参数:（page20）几十A0.10.3V0.1V锗Ge1A以下0.50.8V0.5V硅Si反向饱和电流导通电压开启电
24、压材料最大整流电流IF：长期运行时允许的最大正向平均电流，与PN结面积及外部散热条件等有关；最高反向工作电压UR：工作时允许外加的最大反向电压，超过此值，可能会反向击穿。通常UR为击穿电压U(BR)的一半；反向电流IR：PN结未击穿时的反向电流，主要取决于IS，IR愈小，单向导电性愈好，对温度非常敏感；最高工作频率fM：二极管工作的上限频率，与结电容有关。超过此值，由于结电容的影响，将不能很好地体现单向导电性。2012-2-13354、二极管的等效电路根据二极管的伏安关系特性，在不同情况下，二极管可以有四个等效模型：理想模型、恒压源模型、折线模型和小信号模型。0.7V0.5V小信号模型(微变等
25、效电路)：在不同静态工作点Q附近的小信号变化范围内用不同的电阻来代替（最精确）。2012-2-13365、二极管电路分析低压整流：限幅电路：2012-2-1337开关电路（数字电路中）例题1：下面给几个电路：E=7V，二极管为理想二极管（正向压降忽略不计，工作于开关状态）画u0的波形。tuisin102012-2-1338 2012-2-1339例2：理想二极管电路中 vi=V m sint V，求输出波形v0。V1vit0VmV2ViV1时，D1导通、D2截止，Vo=V1。ViV2时，D2导通、D1截止，Vo=V2。V2ViV1时，D1、D2均截止，Vo=Vi。2012-2-13406、特殊
26、二极管稳压管（齐纳二极管、稳压二极管）UZIZIZM制造时掺杂浓度较大，耗尽层窄，不大的电压容易形成强电场，很容易在反向电压下发生齐纳击穿。同时耗散功率较大，允许工作在反向电流较大的反向击穿区。2012-2-1341稳压工作原理：假设当在UIUZ的某值时，工作于Q点，工作电流在I Z和IZM之间。当UI增加，使U0增加V时，I Z增大I Z，使IR增大，UR增大。从而使U0稳定在UZ附近2012-2-1342例题1.2.2（page25）图示稳压管稳压电路中，已知稳压管的稳定电压UZ=6V，最小稳定电流IZmin=5mA，最大稳定电流IZmax=25mA，负载电阻RL=600，求限流电阻R的取
27、值范围。解：R最小时，流过DZ的电流也要不大于25mA。所以有：1146006025.0610maxminLZZIRRIIUUIUR R最大时，流过DZ的电流也要不小于5mA。所以有：2676006005.0610minmaxLZZIRRIIUUIUR限流电阻R的取值范围为 114267。2012-2-1343发光二极管用砷化镓、磷化镓等材料制成，通以电流时可以发出光来，发出光的颜色取决于所用的材料，常用的有红、绿、黄、橙等颜色，通常用作显示器件，除单个使用外，还可以作成七段式或矩阵式器件。工作电流一般为几个mA几十个mA之间。也具有单向导电性，其开启电压比普通二极管的大，红色的在1.61.8
28、V之间。绿色的约为2V，正向电流愈大，发光愈强，但不可超过最大耗散功率，最大电流和最大反向电压。另一用途：作为电隔离和制作光缆的光耦合器。2012-2-1344光电二极管（能进行光电转换的二极管）伏安特性第一象限，无光照时单向导电第三象限不同照度电流不同，可检测光强第四象限光电池特性 2012-2-13452012-2-13461.3双极型晶体管(Bipolar Junction Transistor)1、BJT的结构、类型又称晶体三极管，半导体三极管等，简称晶体管。BJT是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的半导体器件，由于两个PN结之间的相互作用，使BJT表现出不同于单个PN结的特性，
29、而具有电流放大、电流控制的作用。NPN型PNP型发射区、发射结、发射极e集电区、集电结、集电极c基区，基极b 2012-2-13472、晶体管内载流子的运动（Page30）发射结正偏：发射区掺杂浓度很高，大量电子通过扩散运动越过发射区，到达基区，形成发射极电流。到达基区的大量电子只有很小的一部分和基区的多子空穴复合（因基区掺杂浓度很低，空穴也很少，因此扩散到基区的电子和空穴的复合运动形成很小的基极电流）。集电结反偏：有利于少子电子的漂移运动，扩散到基区而未能和空穴复合的电子数量又较大，受集电极高电势的吸引（漂移运动），很容易越过薄薄的基区和集电结到达集电区，形成集电极电流。动画2012-2-1
30、3483、电流分配关系CBEiii符号意义：交流值（交流瞬时值）直流）总瞬时值（交流有效值（总有效值）直流电流值bBbBiiII发射结正偏，发射极总电流与发射结电压uBE成指数关系：)1(TBEVuESEeIiIES发射结反向饱和电流，iE从e流出。集电结收集的电子流是发射结发射的总电子流的一部分。ECii EBii 1集电极和基极电流关系1 1 EEBCiiiiBCii 三极管的电流放大作用反映在用较小的基极电流iB来控制较大的并以相同的规律变化的集电极电流iC。CBOBCBOCUBCIIIIiiCE常数 2012-2-1349满足的条件：4、晶体管的共射特性曲线内部条件：发射区掺杂浓度远高
31、于基区，且基区很薄。外部条件：发射结正偏，便于发射电子。集电结反偏，便于收集电子。思考：1、两个二极管连接起来可不可以作三极管用？2、c和e可不可以互换过来用，用作电流放大？放大是对信号的最基本的处理方式。将无法进行显示、控制的微弱信号(mV电压)，经过放大(必须线性，保证其原有变化规律，也就是不能丢失其所包含信息)才能进一步处理或显示等。首先：应满足内外条件，发射结正偏，集电结反偏。其次：微弱信号加到基射回路（影响iB），而输出在集射回路,由iC产生输出。2012-2-1350输入特性曲线：page32，图1.3.5常数CEUBEBufi 2012-2-1351输出特性曲线指基极电流iB一定
32、时，集电极电流iC与uCE之间的关系曲线。常数CEUBCii三个工作区域：放大区、截止区、饱和区开关特性数字电路模拟电路常数BICECufi2012-2-1352晶体管的三个工作区域截止区：发射结电压小于开启电压Uon，且集电结反偏，即：uBE Uon且uCEuBE。此时iB=0，而iCICEO0。在近似分析时认为晶体管截止。放大区：发射结正偏，且uBEUon，集电结反偏。对于共射电路，uBE Uon，uCEuBE。此时，iC几乎仅仅决定于iB而几乎与uCE无关。表现出iB对iC的控制作用。饱和区：发射结与集电结均正偏。对于共射电路uBEUon且uCEuBE，此时iC不仅与iB有关，而且明显随
33、uCE增大而增大。随着iB增大，iC不能同步按倍增大说明管子进入了饱和区，iC已达饱和值。饱和时，uCE很小，约为0.10.3V左右。2012-2-13535、温度对晶体管特性的影响将增大。不变，将减小。不变，BBEBEB)(iuuiCTCEO )(ICTpage36，图1.3.8page37，图1.3.92012-2-13546、晶体管的主要参数直流参数：共射直流电流放大系数：BCBCEOCIIIII共基直流电流放大系数：ECECBOCIIIII极间反向电流：CBOI发射极开路时集电结的反向饱和电流基极开路时集、射极之间的穿透电流CEOICBOCEOII 1其值愈小，管子性能愈好。交流参数：
34、共射交流电流放大系数：countuBCCEii共基交流电流放大系数：countuECCBii在近似分析中，一般可认为：特征频率fT：值下降到1时所对应的信号频率。2012-2-1355最大集电极功耗PCMICUCE；最大集电极电流ICM，基极开路时c-e间反向击穿电压UCEO；由于结电容的存在，交流电流放大系数实际上是所加信号频率的函数，当信号频率高到一定程度时，不但数值下降，而且会产生相移。使的值下降到1的信号频率称为特征频率。极限参数（Page35）2012-2-13561.4 场效应管1.4.1结型场效应管 JFETJunction Type Field Effect Transisto
35、rField Effect Transistor，简称FET。仅靠半导体中的多数载流子导电，又称单极型管。除具有BJT管体积小、重量轻、寿命长等优点外，其输入阻抗高达107 1012，耗电省，噪音低，热稳定性好。主要有结型和绝缘栅型两种不同的结构。1、结构和工作原理：以N沟道JFET为例衬底和顶部栅极内部层连在一起 2012-2-1357箭头指的是PN结的方向，故从符号上可分出是哪种沟道的JFET。结构示意图为右图：2012-2-1358JFET的工作原理为使N沟道JFET正常工作，应在其栅-源之间加负电压(即uGS0)，保证耗尽层承受反向电压，以uGS来控制耗尽层的宽度；在漏-源之间加正向电
36、压uDS，以形成漏极电流iD。当uDS=0时，uGS对沟道的控制作用：UGS(off)uGSuGS-uGS(off)当uDS为一常值时，对应于确定的uGS，就有确定的iD。可见，JFET为压控元件，与晶体管用来描述动态时iB对iC的控制作用类似，JFET用低频跨导gm来描述动态栅源电压uGS对漏极电流iD的控制作用。BCii回顾工作原理GSDmuig 2012-2-13612、JFET的特性曲线输出特性：常数GSuDSDufi共分为三个工作区：可变电阻区：恒流区；夹断区。一般将使iD等于某一个很小电流(如5A)时的uGS定义为夹断电压UGS(off)。转移特性：常数DSuGSDufi在恒流区i
37、D的近似表达式为：21offGSGSDSSDUuIi0GSoffGSuU饱和漏极电流IDSS是uGS=0情况下预夹断时的ID。2012-2-13621.4.2 绝缘栅型场效应管一、N沟道增强型MOS管又称金属氧化物半导体场效应管：Metal-Oxide-Semiconductor field Effect TransistorMOSFET，简称为MOS管。有N沟道和P沟道两类，每类又分为增强型和耗尽型两种，共四种类型。1、N沟道增强型MOS管结构示意图及增强型MOS的符号结构示意 2012-2-13632、工作原理 uGS=0，漏-源间为两个背向PN结，无导电沟道，即便加漏-源电压，也无漏极电
38、流iD。uDS=0，uGS0时，由于绝缘层的存在使栅极金属板聚集正电荷，排斥P区多子空穴，剩下不能移动的负离子形成耗尽层。如果uGS继续增大，一方面耗尽层加宽，另一方面又会将衬底中的少量自由电子吸引到耗尽层和绝缘层之间，形成一个薄的N型沟道反型层。使沟道刚刚形成的栅源电压称为开启电压UGS(th)。2012-2-1364当uGS为大于UGS(th)的某一值时，在D-S之间加正向电压uDS时，将产生一定的漏极电流iD，此时uDS对导电沟道的影响与JFET相似。当uDS较小时,uDS的增大使iD线性增大,沟道沿源漏方向变窄(图a)；因为uGD=uGS uDS，当uDS增大到使uGD=UGS(th)
39、(即uGSUGS(th)，沟道在漏级D端出现夹断点(图b)。uDS再增大，夹断区随之延长，增加的uDS几乎全部用于克服夹断区对漏极电流iD的阻力，管子进入恒流区(图c)。出现预夹断后，漏极电流iD几乎仅由uGS决定。回顾 2012-2-13653、特性曲线和电流方程图1.4.10 N沟道增强型MOS管的特性曲线常数GSuDSDufi常数DSuGSDufi 21thGSGSDODUuIi电流方程和JFET类似：其中：IDO为uGS=2UGS(th)时的漏极电流iD。2012-2-13661.4.3场效应管的主要参数（自己看书）二、N沟道耗尽型MOS管（Page47）三、P沟道MOS管（Page48）四、VMOS管等，请自己看书并类比学习了解。书上Page49表中给出了各种场效应管的符号和特性曲线。Page50，自己看一下即可。