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1、会计学1模拟电子模拟电子(dinz)技术基础童诗白华成英技术基础童诗白华成英第四第四第一页，共119页。n n 导体导体(dot):小于小于10-3cm。n n 物质按其导电性物质按其导电性 绝缘体绝缘体:大于大于108cm。n n 半导体半导体(dot):介于两介于两者之间。者之间。n n 常用的半导体常用的半导体(dot)有硅有硅(Si)和锗和锗(Ge)。n n 图1 Si和Ge的原子结构示意图第1页/共119页第二页，共119页。n n 半导体的特性n n 掺杂特性：在纯净的半导体中掺入某些杂质，其n n电阻率大大下降而导电能力显著增强。半导体二极n n管、半导体三极管。n n 热敏特性
2、：半导体的电阻率随着温度的上升(shngshng)而明n n显下降，其导电能力增强。热敏电阻。n n 光敏特性：当受到光照时，半导体的电阻率随着n n光照增强而下降，其导电能力增强。光电二极管、n n光电三极管。第2页/共119页第三页，共119页。n n1.1本征半导体本征半导体n n 定义：纯净的具有晶体结构定义：纯净的具有晶体结构的半导体。的半导体。n n 晶体结构晶体结构n n 晶体中的原子在空间形成晶体中的原子在空间形成(xngchng)排列整齐的点阵，排列整齐的点阵，称为称为n n晶格。晶格。图2 Si晶格(jn)第3页/共119页第四页，共119页。n n本征半导体的共价键结构本
3、征半导体的共价键结构n n 两个或多个原子共同使用它两个或多个原子共同使用它们的外层电子，在理们的外层电子，在理n n情况下达到电子饱和状态，形情况下达到电子饱和状态，形成稳定成稳定(wndng)的化学结构叫的化学结构叫n n共价键。共价键。图3 本征半导体共价键结构(jigu)示意图第4页/共119页第五页，共119页。本征半导体中的两种载流子本征半导体中的两种载流子本征半导体中的两种载流子本征半导体中的两种载流子n n 价电子受热或价电子受热或受光照（即受光照（即n n获得一定能量）获得一定能量）后，可挣后，可挣n n脱共价键的束脱共价键的束缚缚(shf)，成，成为自为自n n由电子（带负
4、由电子（带负电），同时电），同时n n共价键中留下共价键中留下一个带正电一个带正电n n的空穴。的空穴。n n 在热激发下，在热激发下，本征半导体本征半导体n n中存在两种能中存在两种能参与导电的参与导电的n n载流子：电子载流子：电子和空穴。和空穴。图4 本征半导体中 自由电子(z yu din z)和空穴第5页/共119页第六页，共119页。本征半导体的载流子的浓度本征半导体的载流子的浓度本征半导体的载流子的浓度本征半导体的载流子的浓度(nngd)(nngd)n n 本征激发：半导体在热激发下产生自由电子和空n n穴对的现象称为本征激发。n n 复合：自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就n
5、 n会填补空穴，使两者同时消失(xiosh)。n n 在一定的温度下，本征激发所产生的自由电子与n n空穴对，与复合的自由电子与空穴对数目相等，达n n到动态平衡。即在一定温度下本征半导体的浓度是n n一定的，并且自由电子与空穴浓度相等。n n 在常温下T=300K时，硅材料的本征载流子浓度第6页/共119页第七页，共119页。n nni=pi=1.431010cm-3，锗材料的本征载流子浓度n nni=pi=2.381013cm-3。n n1.2 杂质(zzh)半导体n n 在本征半导体中掺入少量的杂质(zzh)元素，就可得到n n杂质(zzh)半导体。n n 杂质(zzh)半导体：N型半导
6、体和P型半导体。n n（1）N型半导体n n 在本征半导体中掺入五价元素（磷、砷等）而n n得到杂质(zzh)半导体。第7页/共119页第八页，共119页。n n 掺杂后，某些位置上的掺杂后，某些位置上的n n硅原子被五价杂质原子（如磷硅原子被五价杂质原子（如磷n n原子）取代。磷原子的原子）取代。磷原子的5个价个价n n电子中，电子中，4个价电子与邻近硅个价电子与邻近硅n n原子的价电子形成共价键，剩原子的价电子形成共价键，剩n n余价电子只要获取较小能量即余价电子只要获取较小能量即n n可成为自由电子。同时，提供可成为自由电子。同时，提供电子的磷原子因带正电子的磷原子因带正n n电荷而成为
7、正离子。电子和正电荷而成为正离子。电子和正离子成对产生。上述离子成对产生。上述n n过程称为过程称为(chn wi)施主杂质施主杂质电离。五价杂质原子又称施主电离。五价杂质原子又称施主杂杂n n质。常温下施主杂质已被全部质。常温下施主杂质已被全部电离。电离。第8页/共119页第九页，共119页。n n 在N型半导体中，自由电子的浓度大于空穴的浓n n度，称自由电子为多数载流子，空穴为少数载流子。n n N型半导体主要靠自由电子导电(dodin)。n n（2）P型半导体n n 在本征半导体中掺入三价元素（硼、铝等）而得n n到的杂质半导体。第9页/共119页第十页，共119页。n n 掺杂后，某
8、些位置上的掺杂后，某些位置上的掺杂后，某些位置上的掺杂后，某些位置上的n n硅原子被三价杂质原子（如硼硅原子被三价杂质原子（如硼硅原子被三价杂质原子（如硼硅原子被三价杂质原子（如硼n n原子）取代。硼原子有原子）取代。硼原子有原子）取代。硼原子有原子）取代。硼原子有3 3个价个价个价个价n n电子，与邻近硅原子的价电子电子，与邻近硅原子的价电子电子，与邻近硅原子的价电子电子，与邻近硅原子的价电子n n构成共价键时会构成共价键时会构成共价键时会构成共价键时会(sh hu)(sh hu)形成空穴，形成空穴，形成空穴，形成空穴，n n导致共价键中的电子很容易导致共价键中的电子很容易导致共价键中的电子
9、很容易导致共价键中的电子很容易n n运动到这里来。同时，接受一个电子的硼原子因带负电荷而运动到这里来。同时，接受一个电子的硼原子因带负电荷而运动到这里来。同时，接受一个电子的硼原子因带负电荷而运动到这里来。同时，接受一个电子的硼原子因带负电荷而n n成为不能移动的负离子。空穴和负离子成对产生。上述过程成为不能移动的负离子。空穴和负离子成对产生。上述过程成为不能移动的负离子。空穴和负离子成对产生。上述过程成为不能移动的负离子。空穴和负离子成对产生。上述过程n n称为受主杂质电离。三价杂质原子又称受主杂质。常温下受称为受主杂质电离。三价杂质原子又称受主杂质。常温下受称为受主杂质电离。三价杂质原子又
10、称受主杂质。常温下受称为受主杂质电离。三价杂质原子又称受主杂质。常温下受n n主杂质已被全部电离。主杂质已被全部电离。主杂质已被全部电离。主杂质已被全部电离。第10页/共119页第十一页，共119页。n n 在P型半导体中，空穴是多子，自由电子是少子。n n1.3 PN结n n 采用不同的掺杂工艺，将P型半导体和N型半导体n n制作在同一块硅片上，在它们的交界面处就形成PNn n结。n n （1）PN结的形成n n 扩散运动：物质总是由浓度(nngd)高的地方向浓度(nngd)低的n n地方运动。第11页/共119页第十二页，共119页。n n 漂移运动(yndng)：在电场力的作用下，载流子
11、的运动(yndng)。浓度差，于是P区空穴向N区扩散(kusn)，N区电子向P区扩散(kusn)。在一块本征半导体的两边掺以不同的杂 质，使其一边形成P型半导体，另一边形成N型半导体，则在它们(t men)交界处就出现了电子和空穴的第12页/共119页第十三页，共119页。n n 另一方面，随着另一方面，随着扩散运动的扩散运动的n n进行，扩散到进行，扩散到P区区的自由电子的自由电子(z yu din z)n n与空穴复合，扩与空穴复合，扩散到散到N区的空区的空n n穴与自由电子穴与自由电子(z yu din z)复合，复合，P区一边区一边失去空穴留下负离子，N区一边失去电子留下正离子，形成空
12、间电荷区，产生(chnshng)内建电场。内建电场方向由N区指向P区，它阻止多子扩散运动，而有利于P区和N区的少子漂移运动。随着扩散运动和漂移运动的进行，最后会达到一种动态平衡，参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目，形成PN结。第13页/共119页第十四页，共119页。n n 空间电荷区也称耗尽层，即在空间电荷区空间电荷区也称耗尽层，即在空间电荷区能参与能参与(cny)n n导电的载流子已耗尽完毕；空间电荷区又称导电的载流子已耗尽完毕；空间电荷区又称势垒区势垒区n n，势垒高度为，势垒高度为U。n n PN结动态平衡时结动态平衡时第14页/共119页第十五页，共119页。PNPN结
13、形成过程结形成过程结形成过程结形成过程(guchng)(guchng)总结总结总结总结第15页/共119页第十六页，共119页。（2 2）PNPN结的单向结的单向结的单向结的单向(dn xin(dn xin)导电性导电性导电性导电性n n PN结加正向电压n n PN外加正向电压时，n n内建电场被削弱，势n n垒高度下降，空间电n n荷区宽度变窄，这使n n得P区和N区能越过势n n垒的多数载流子数量大大增加，而反方向的漂移电n n流要减小，扩散电流(dinli)起主导作用。流过PN结的电流(dinli)n n随外加电压U的增加而迅速上升，PN结正向导通。第16页/共119页第十七页，共11
14、9页。PN PN结加反向结加反向结加反向结加反向(f(f n xinn xin)电压电压电压电压n n PN结加反向电压时，结加反向电压时，n n内建电场被增强，势垒内建电场被增强，势垒n n高度升高，空间电荷区高度升高，空间电荷区n n宽度变宽。这就使得宽度变宽。这就使得(sh de)多多n n子扩散运动很难进行，子扩散运动很难进行，n n扩散电流趋于零；而少子漂移扩散电流趋于零；而少子漂移运动处于优势，形成运动处于优势，形成n n微小的反向的电流。微小的反向的电流。第17页/共119页第十八页，共119页。n n 流过流过PN结的电流称为反向饱和电流结的电流称为反向饱和电流(即即IS)，P
15、N结结n n呈现为大电阻。由于呈现为大电阻。由于IS很小很小,可忽略不计可忽略不计,所所以该状态以该状态n n称为：称为：PN结反向截止。结反向截止。n n 总结总结n n PN结加正向电压时，正向扩散电流远大结加正向电压时，正向扩散电流远大于漂移电于漂移电n n流，流，PN结导通；结导通；PN结加反向电压时，仅结加反向电压时，仅有很小的有很小的n n反向饱和电流反向饱和电流IS，考虑，考虑(kol)到到IS0，则，则认为认为PN结截止。结截止。n n 第18页/共119页第十九页，共119页。（3 3）PNPN结的伏安结的伏安结的伏安结的伏安(f n)(f n)特性特性特性特性n n PN结
16、所加端电压u与流过它的电流(dinli)i的关系为：（)式中Is为反向饱和电流，q为电子(dinz)电量，k为波尔兹曼常数，T为热力学温度。将式（）中的kT/q用UT取代，则得（1.13）第19页/共119页第二十页，共119页。n n常温下，常温下，T=300K时，时，UT26mV。PN结外加(wiji)电压时，当u0时，i随u按指数规律变化，称为正向特性；当u小于0时，i-Is，称为反向特性。如反向电压超过一定的数值U（BR）后，反向电流急剧增加，称为反向击穿。第20页/共119页第二十一页，共119页。n n 齐纳击穿：高掺杂n n 反向击穿n n 雪崩(xubng)击穿：低掺杂n n（
17、4）PN结电容效应n n 势垒电容Cbn n 当PN结外加电压变n n化时，空间电荷区的宽n n度将随之变化，即耗尽n n层的电荷量也将发生变n n化，这种现象等效的电容，我们就称为势垒电容。第21页/共119页第二十二页，共119页。n n 扩散电容Cdn n PN结加正向电压时，n nP区的空穴注入到N区，n n同时，N区的电子注入n n到P区，称为非平衡少n n子。靠近耗尽层的非平n n衡少子(sho z)浓度高，远离交界面的地方浓度低，形成一n n定的浓度梯度。当外加电压变化时，非平衡少子(sho z)的n n浓度也会发生变化，这个电容效应称为扩散电容。第22页/共119页第二十三页，
18、共119页。第23页/共119页第二十四页，共119页。n n 将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成n n半导体二极管，简称二极管。由P区引出的电极为n n阳极(yngj)，由N区引出的电极为阴极。（1）二极管常见(chn jin)结构第24页/共119页第二十五页，共119页。n n 点接触型：结面积小，电容小，适用于高频工作 n n常见(chn jin)结构 面接触型：结面积大，电容大，适用于低频。n n 平面型：结面积可大可小。图 二极管的符号(fho)（2）二极管的伏安特性 二极管两端的电压U及其流过二极管的电流I之间的关系曲线(qxin)，称为二极管的伏安特性。二极管的伏安特
19、性与PN结近似（区别：二极管第25页/共119页第二十六页，共119页。n n存在半导体体电阻存在半导体体电阻(dinz)、引、引线电阻线电阻(dinz)和表面漏电流）。和表面漏电流）。n n 在近似分析时，任然用在近似分析时，任然用PN结结的电流方程式描述的电流方程式描述n n二极管的伏安特性。二极管的伏安特性。第26页/共119页第二十七页，共119页。第27页/共119页第二十八页，共119页。n n 正向特性：实测二极管的伏安特性发现(fxin)，存在开启n n电压（死区电压）Uon，只有当加正向电压大于开启n n电压时，电流才从零随端电压指数规律增加。导通n n电压硅管0.6-0.8
20、，锗管0.1-0.2。n n 反向特性：存在反向饱和电流Is和击穿电压U(BR)。n n n n 温度特性：环境温度升高时，二极管的正向特性曲n n将左移，反向特性曲线将下移。第28页/共119页第二十九页，共119页。温度对二极管伏安特性(txng)的影响第29页/共119页第三十页，共119页。n n（3）二极管的主要参数）二极管的主要参数n n （1）最大整流电流）最大整流电流IFn n 最大整流电流最大整流电流IF是指二极管是指二极管长期连续工作时，允许通过二长期连续工作时，允许通过二极管的最大正向电流的平均值。极管的最大正向电流的平均值。n n（2）最高反向工作电压）最高反向工作电压
21、(diny)URn n UR是二极管工作时允许外加是二极管工作时允许外加的最大反向电压的最大反向电压(diny)，n n通常为反向击穿电压通常为反向击穿电压(diny)U（BR)的一半。的一半。n n（3）反向饱和电流）反向饱和电流ISn n 它是指管子没有击穿时的反它是指管子没有击穿时的反向电流值。其值愈小，说明二向电流值。其值愈小，说明二极管的单向导电性愈好。极管的单向导电性愈好。第30页/共119页第三十一页，共119页。n n（4）最高工作(gngzu)频率fMn n fM是二极管工作(gngzu)的上限截止频率。（4）二极管的等效电路 能够(nnggu)模拟二极管的等效电路称为二极管
22、的等效电路，也成为二极管的等效模型。第31页/共119页第三十二页，共119页。图a 所示的折线化表明二极管导通时正向压降为零，截止(jizh)时反向电流为零，成为理想二极管。图b 表明二极管导通时正向压降为一个常量Uon，截止(jizh)时反向电流为零。图c 表明二极管正向电压U大于Uon后其电流I与U成线性第32页/共119页第三十三页，共119页。n n关系，直线斜率为关系，直线斜率为1/rD。二极。二极管截止时反向电流为管截止时反向电流为n n零。零。n n 三个模型三个模型(mxng)中，图中，图a误误差最大，图差最大，图c误差最小，图误差最小，图bn n应用最普遍。应用最普遍。例：
23、求电流(dinli)I第33页/共119页第三十四页，共119页。例：求开关断开和闭合(b h)时电阻R上的电压U0。第34页/共119页第三十五页，共119页。二极管的微变等效电路二极管的微变等效电路二极管的微变等效电路二极管的微变等效电路 二极管工作在正向特性的某一小范围(fnwi)内时，其正向特性可以等效为一个微变电阻rd，且rd=D/iD。第35页/共119页第三十六页，共119页。第36页/共119页第三十七页，共119页。（5）稳压二极管 稳压管是一种面接触型二极管。这种管子的杂质浓度比较大，容易(rngy)发生反向击穿，其击穿时的电压基本上不随电流的变化而变化，从而达到稳压的目的
24、。稳压管工作于反向击穿区，广泛用于稳压电源与限幅电路。第37页/共119页第三十八页，共119页。稳压管的伏安稳压管的伏安稳压管的伏安稳压管的伏安(f n)(f n)特性特性特性特性第38页/共119页第三十九页，共119页。稳压管的主要参数稳压管的主要参数稳压管的主要参数稳压管的主要参数n n 稳定电压Uz：Uz是在规定(gudng)电流下稳压管的反向击n n穿电压。n n 稳定电流IZ：它是指稳压管工作在稳压状态时，n n稳压管中流过的电流，有最小稳定电流IZmin和最大n n稳定电流IZmax之分。n n 额定功耗PZM:等于稳压的稳定电压Uz与最大稳定n n电流IZmax的乘积。n n
25、 动态电阻rz：是稳压管工作在稳压区时，端电压变n n化量与其电流变化量之比。第39页/共119页第四十页，共119页。n n 温度(wnd)系数：表示温度(wnd)每变化1。C时，稳压管的n n变化量。第40页/共119页第四十一页，共119页。（6 6）其它）其它）其它）其它(qt)(qt)类型二极管类型二极管类型二极管类型二极管n n发光二极管：在正向导通其正发光二极管：在正向导通其正向电流向电流(dinli)足够大时，足够大时，n n便可发出光，光的颜色与二极便可发出光，光的颜色与二极管的材料有关。广管的材料有关。广n n泛用于显示电路。泛用于显示电路。发光(f un)二极管符号第41
26、页/共119页第四十二页，共119页。光电二极管：光电二极管是远红外接收管，是一种将光能转换为电能(dinnng)的器件。光电二极管工作于反偏状态。其反向电流与光照度E成正比关系。广泛用于遥控、报警等。第42页/共119页第四十三页，共119页。例：限幅电路中例：限幅电路中例：限幅电路中例：限幅电路中VDVD二极管的正向导通电压忽略二极管的正向导通电压忽略二极管的正向导通电压忽略二极管的正向导通电压忽略(hl)(hl)不记，不记，不记，不记，求求求求uO(t)uO(t)并画出波形。并画出波形。并画出波形。并画出波形。解：uO(t)取决于VD 是否导通,什么(shn me)时候导通。第43页/共
27、119页第四十四页，共119页。n n 晶体三极管中有两种不同的载流子参与(cny)导电，又n n称为双极型晶体管（BJT），又称为半导体三极管n n，简称晶体管。第44页/共119页第四十五页，共119页。（1 1）晶体）晶体）晶体）晶体(jngt(jngt)三极管结构三极管结构三极管结构三极管结构及类型及类型及类型及类型n n 三极管是通过在一块n n硅片上制造出三个掺杂(chn z)的n n区域，并形成两个PNn n结，就构成晶体三极管。发射区：掺杂浓度(nngd)最大，引出的电极称为发射极。基区：掺杂浓度(nngd)最小，且很薄，引出的电极称为基极。集电区：发射极面积大，引出的电极称为
28、集电极。第45页/共119页第四十六页，共119页。n n（2）晶体管的电流放大作用）晶体管的电流放大作用n n 放大是对模拟信号的基本处理。放大是对模拟信号的基本处理。晶体管是放大电晶体管是放大电n n路的核心元件，它能够控制能量路的核心元件，它能够控制能量的转换，将任何的转换，将任何(rnh)输入输入n n的微小信号不失真的放大输出。的微小信号不失真的放大输出。晶体管的符号(fho)第46页/共119页第四十七页，共119页。n n 要要实实现现三三极极管管的的电电流流放放大大作作用用，首先首先(shuxin)要给三极管要给三极管n n各各电电极极加加上上正正确确的的电电压压。三三极极管管
29、实现放大的外部条实现放大的外部条n n件件是是：其其发发射射结结必必须须加加正正向向电电压压（正偏），而集电（正偏），而集电n n结必须加反向电压（反偏）。结必须加反向电压（反偏）。第47页/共119页第四十八页，共119页。一一一一 、晶体管内部、晶体管内部、晶体管内部、晶体管内部(nib)(nib)载流子的流动载流子的流动载流子的流动载流子的流动 晶体管内部(nib)载流子运动与外部电流（u=0）NPN管为例第48页/共119页第四十九页，共119页。n n（1）发射区向基区发射自由电子，形成发射极电n n流IE。n n（2）自由电子在基区与空穴(kn xu)复合，形成基极电流IB。n n
30、（3）集电区收集从发射区扩散过来的自由电子，n n形成集电极电流IC。第49页/共119页第五十页，共119页。二二二二 、晶体管的电流、晶体管的电流、晶体管的电流、晶体管的电流(dinli)(dinli)分配关系分配关系分配关系分配关系从外部(wib)看第50页/共119页第五十一页，共119页。三、晶体管的电流三、晶体管的电流三、晶体管的电流三、晶体管的电流(dinli)(dinli)放大系数放大系数放大系数放大系数 表示，受发射结电压(diny)控制的电流IB 对集电极正向受控电流ICn的控制能力。第51页/共119页第五十二页，共119页。若有输入电压uI作用，则晶体管的基极电流(di
31、nli)和集电极电流(dinli)都将在直流的基础上叠加一个动态电流(dinli)，记为ic和iB。ic和iB之比称为共射交流电流(dinli)式中ICEO称为穿透电流，物理意义是，当基极开路时，在集电极电源VCC作用(zuyng)下的集电极与发射极之间形成的电流，而ICBO是发射极开路时，集电极的反向饱和电流。一般情况下，所以第52页/共119页第五十三页，共119页。n n放大系数放大系数，记作，记作，即：，即：在交流小信号(xnho)的情况下，通常可以做如下近似：当以发射极电流作为输入(shr)电流，以集电极电流作为输出电流时，ICN与IE之比称为共基直流电流放大系数：第53页/共119
32、页第五十四页，共119页。将式（）代入上式，可以(ky)得出 和 的关系为：根据(gnj)式式可得：第54页/共119页第五十五页，共119页。n n 共基交流(jioli)电流放大系数定义为集电极电流变化n n量与发射极电流变化量之比：第55页/共119页第五十六页，共119页。小结小结(xioji)：n n 三极管三个电极(dinj)的电流中 IEICIB。（a）（b）三极管各极的电流及方向（a）NPN型 （b）PNP型第56页/共119页第五十七页，共119页。由于ICBO一般很小，近似可以(ky)忽略ICBO，则有 IB IBN IC ICN IE =IB IC第57页/共119页第五
33、十八页，共119页。（3 3）晶体管的共射特性）晶体管的共射特性）晶体管的共射特性）晶体管的共射特性(txng)(txng)曲线（曲线（曲线（曲线（NPNNPN管为例）管为例）管为例）管为例）n n 采用共射接法的三极管的特性曲线称为共射特性曲线。采用共射接法的三极管的特性曲线称为共射特性曲线。采用共射接法的三极管的特性曲线称为共射特性曲线。采用共射接法的三极管的特性曲线称为共射特性曲线。n n 一、输入特性曲线一、输入特性曲线一、输入特性曲线一、输入特性曲线n n 三极管的输入特性曲线表示当管子的输出电压三极管的输入特性曲线表示当管子的输出电压三极管的输入特性曲线表示当管子的输出电压三极管的
34、输入特性曲线表示当管子的输出电压n nUCEUCE为常数为常数为常数为常数(chngsh)(chngsh)时，输入电流时，输入电流时，输入电流时，输入电流iBiB与输入电压与输入电压与输入电压与输入电压uBEuBE之间的之间的之间的之间的n n关系曲线，即关系曲线，即关系曲线，即关系曲线，即第58页/共119页第五十九页，共119页。基本(jbn)共射放大电路 输入(shr)回路第59页/共119页第六十页，共119页。特点：特点：UCE=0VUCE=0V时，特性曲时，特性曲线类似二极管伏安线类似二极管伏安(f(f n)n)特性；特性；UCE 0VUCE 0V时，特性曲时，特性曲线右移直至线右
35、移直至UCE UCE 1V1V时曲线基本重合。时曲线基本重合。第60页/共119页第六十一页，共119页。二、二、二、二、输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线(qxin)(qxin)n n 三极管的共射输出特性曲线表示当管子三极管的共射输出特性曲线表示当管子(gu(gu n zi)n zi)的输入电的输入电n n流流iBiB为某一常数时，输出电流为某一常数时，输出电流iCiC与输出电压与输出电压uCEuCE之之n n间的关系曲线，即间的关系曲线，即第61页/共119页第六十二页，共119页。输出(shch)回路 基本共射放大(fngd)电路第62页/共119页第六十三页，共119页
36、。第63页/共119页第六十四页，共119页。n n1）截止区n n 发射结和集电结均反偏，对于共射电路uBEuonn n，uCEuBE，iB=0。三极管失去放大作用且呈高阻n n状态(zhungti)，e、b、c极之间近似看作开路。截止(jizh)区：VCVEVB第64页/共119页第六十五页，共119页。n n2）放大区）放大区n n 发射极正偏，集电极反偏。发射极正偏，集电极反偏。对于共射电路对于共射电路n nuBE uon，uCEuBE。IC=IB，即，即IC受控于受控于IB，三，三n n极管是一种电流极管是一种电流(dinli)控制器控制器件。件。放大(fngd)区：VCVBVE。硅
37、管：|UBE|=0.7V锗管：|UBE|=0.2V第65页/共119页第六十六页，共119页。n n3）饱和）饱和(boh)区区n n 发射极与集电结均正向偏置。发射极与集电结均正向偏置。对于共射电路对于共射电路n nuBE uon，uCEuBE。此。此时时iC明显随明显随uCE增大而增增大而增n n大，大，iC小于小于iB。临界饱和。临界饱和(boh)：uCE=uBE。饱和(boh)区：VBVCVE硅管|uCE|0.3V锗管|uCE|0.1V第66页/共119页第六十七页，共119页。例例题题(lt)：第67页/共119页第六十八页，共119页。（4）晶体管的主要参数(cnsh)一、直流参数
38、(cnsh)共射直流电流放大系数第68页/共119页第六十九页，共119页。n n 共基直流电流放大系数n n 极间反向(fn xin)电流n n ICBO是发射极开路时，集电极的反向(fn xin)饱和电流。n nICEO是基极开路时，集电极与发射极间的穿透电流。第69页/共119页第七十页，共119页。n n 二、交流参数n n 共射交流电流放大系数n n 共基交流电流放大系数n n n n 特征频率n n 使共射电流放大系数的数值(shz)下降到1的信号频率。第70页/共119页第七十一页，共119页。三、极限三、极限三、极限三、极限(jxin)(jxin)参数参数参数参数n n 最大集
39、电极耗散功率n n 对于(duy)确定的晶体管PCM是一个常数，PCM=iCuCE。n n 第71页/共119页第七十二页，共119页。n n 最大集电极电流最大集电极电流ICMn n 使使值明显减小的值明显减小的iC即为即为ICM。n n 极间反向击穿电压极间反向击穿电压n n 晶体管某一电极开路时，另外两个电极间晶体管某一电极开路时，另外两个电极间所允许所允许(ynx)n n加的最高反向电压称为极间反向击穿电压。加的最高反向电压称为极间反向击穿电压。分别为分别为n nU(BR)CBO、U(BR)CEO和和U(BR)BEO。第72页/共119页第七十三页，共119页。（5 5）温度对晶体管特
40、性及参数）温度对晶体管特性及参数）温度对晶体管特性及参数）温度对晶体管特性及参数(cnsh)(cnsh)的影响的影响的影响的影响n n一、温度对一、温度对ICBO的影响的影响n n 温度升高，温度升高，ICBO将增大。将增大。n n二、温度对输入二、温度对输入(shr)特性曲线的影响特性曲线的影响第73页/共119页第七十四页，共119页。n n三、温度三、温度(wnd)对输出对输出特性的影响特性的影响 当温度从 升高到 时，集电结电流的变化量 ,表明(biomng)温度升高时增大，集电极电流增大。第74页/共119页第七十五页，共119页。n n（6）光电三极管）光电三极管n n 原理原理(
41、yunl)：用光照的强度：用光照的强度来控制集电极电流的大小，来控制集电极电流的大小，n n其功能可等效为一只光电二极其功能可等效为一只光电二极管与一只晶体管相连。管与一只晶体管相连。第75页/共119页第七十六页，共119页。n n 场效应管（FET）是利用输入回路的电场效应来n n控制输出回路电流的一种半导体器件。导电原理：n n靠半导体中的多子导电，又称单极型晶体管。输入n n阻抗(zkng)高，受温度、辐射影响较小。n n 结型场效应管n n 场效应管n n 绝缘栅型场效应管第76页/共119页第七十七页，共119页。（1）结型场效应管）结型场效应管n n 结型场效应管分为：N沟道和P
42、沟道。n n N沟道型：它是通过在N型半导体的两侧(lin c)各制造n n一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型的沟道。Pn n区为栅极，N型沟道的一端为源极，另一端为漏极。第77页/共119页第七十八页，共119页。n n 图图 ：结型场效应管符号：结型场效应管符号(fho)(fho)一、结型场效应管的工作原理（N沟道(u do)为例）利用uGS调节导电沟道(u do)，从而控制漏极电流iDS。uDS=0V时，uGS对导电沟道(u do)的控制作用第78页/共119页第七十九页，共119页。第79页/共119页第八十页，共119页。UGS UGS为为为为UGS(off)-0VUGS(off
43、)-0V中某一个中某一个中某一个中某一个(y(y )值时，值时，值时，值时，uDSuDS对漏极电对漏极电对漏极电对漏极电流影响流影响流影响流影响n n 当uDS等于(dngy)0时，漏极电流iD为0。当uDS大于0V时，有电流iD从漏极流向源极，沟道中各点与栅极电压不在相等。因uGD=uGS-uDS，所以当uDS增大(zn d)时，uGD将逐渐减小，导致靠近漏极一边的导电沟道随之变窄。第80页/共119页第八十一页，共119页。当uGD=UGS(off)时，漏极端导电沟道夹断，此时我们(w men)称为预 夹断。若uDS继续增大，则 uGDUGS(off)，则夹断区域将向源极延生，而电流iD几
44、乎保持不变，几乎仅仅(jnjn)决定于uGS，表现出iD的恒流特性。第81页/共119页第八十二页，共119页。n n 当当uGD uGS(off)时，时，uGS对对iD的控制的控制(kngzh)作用作用 在uGD=uGS-uDS uGS(off)，当uDS为一常量时，对于确定的uGS，就有确定的iD。uGS表现(bioxin)出对漏极电流iD的控制作用，在场效应管中用低频跨导gm来描述动态的栅-源电压对漏极电流的控制作用：第82页/共119页第八十三页，共119页。二、二、二、二、结型场效应管特性结型场效应管特性结型场效应管特性结型场效应管特性(txng)(txng)曲线曲线曲线曲线n n
45、输出特性曲线（N沟道(u do)为例）n n 输出特型曲线描述的是：当栅-源电压uGS为常量n n时，漏极电流iD与漏-源电压uDS之间的函数关系：场效应管的输出特性曲线(qxin)分四个区域：可变电阻区、恒流区、夹断区和击穿区第83页/共119页第八十四页，共119页。可变电阻(dinz)区：位于预夹断轨(uDS=uGS-UGS(oof)）左边。这个区域中的曲线可以近似为不同斜率的直线，直线的斜率由uGS决定。斜率的倒数就是电阻(dinz)，所以在这个区域中可以通过改变uGS的大小来控制这个区域中的电阻(dinz)。第84页/共119页第八十五页，共119页。恒流区（饱和区）：条件：uGDU
46、GS(off)。当uDS增大时，iD仅略有增大，可将iD近似(jn s)为电压uGS控制的电流源，故该区域也称为恒流区。第85页/共119页第八十六页，共119页。夹断区：uGS0时 耗尽层：栅极金属层聚集正电荷，它们(t men)将排斥P衬底靠近SiO2一侧的空穴，形成耗尽层。第96页/共119页第九十七页，共119页。反型层：当uGS增大时，耗尽层将展宽，衬底的自由电子将被吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成N型的导电沟道(u do)，称为反型层。使导电沟道(u do)刚刚形成的栅-源电压称为开启电压UGS(th)。第97页/共119页第九十八页，共119页。n n uGSUGS(th)，在漏-
47、源极间加正向(zhn xin)电压uDS d-s间加正向电压uDS，漏极将产生(chnshng)一定的漏极电流iD。uDS增大，iD将增大，且导电沟道从源极到漏极逐渐变窄。第98页/共119页第九十九页，共119页。当uDS增大到使uGD=UGS(th)时，沟道漏极的一侧出现夹断点，称为预夹断。如果uDS继续(jx)增大，夹断区继续(jx)延长，而且uDS的增大部分几乎全部用于克服夹断对漏极电流的阻力。第99页/共119页第一百页，共119页。在uDSuGS-UGS(th)时，漏极电流iD几乎不随uDS的增大(zn d)而变化，管子进入恒流区，iD几乎决定于uGS。这时，可将iD视为电压uGS
48、控制的电流源。第100页/共119页第一百零一页，共119页。特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线(qxin)(qxin)和电和电和电和电流方程流方程流方程流方程可变电阻区：特点：ID同时(tngsh)受VGS与VDS的控制。当VGS为常数时，VDSID近似线性，表现为一种电阻特性；当VDS为常数时，VGS ID，表现出一种压控电阻的特性。输出特性曲线图第101页/共119页第一百零二页，共119页。恒流区：沟道预夹断后对应的工作区。特点：ID只受VGS控制，而与VDS近似(jn s)无关，表现出恒流特性。第102页/共119页第一百零三页，共119页。n n 恒流区iD与uGS的关系(gun x
49、)近似为：式中iDO是uGS=2UGS(th)时的iD。夹断(ji dun)区：ID=0以下的工作区域。特点：导电沟道未形成。第103页/共119页第一百零四页，共119页。特点(tdin)：当 0uGSUGS(th)时，导电沟道形成，iD0，NMOS管处于导通状态。斜率为跨导gm，反应了栅源电压对漏极电流的控制作用。转移(zhuny)特性曲线图第104页/共119页第一百零五页，共119页。二、二、二、二、NN沟道沟道沟道沟道(u do)u do)耗尽型耗尽型耗尽型耗尽型MOSMOS管管管管n n 当在制造MOS管时，在SiO2绝缘层中掺入大量正n n离子，那么即使uGS=0是，P衬底表面也
50、存在导电沟n n道，当在漏-源间加正向(zhn xin)电压，就会产生漏极电流。s g d第105页/共119页第一百零六页，共119页。n n uGS为正，反型层变宽；uGS为负时，反型层变窄n n。当uGS从零减小到一定值时，反型层消失(xiosh)，导电n n沟道消失(xiosh)，此时的uGS称为夹断电压UGS(off)0。N沟道耗尽型MOS管的转移特性(txng)曲线和输出特性(txng)曲线第106页/共119页第一百零七页，共119页。三、三、三、三、P P沟道沟道沟道沟道(u u do)MOSdo)MOS管管管管n n P沟道(u do)增强型MOS管特点：开启(kiq)电压U