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1、第第2 2章章 常用元器件常用元器件第第2章章 模拟电路常用元器件模拟电路常用元器件 2.1 普通半导体二极管普通半导体二极管 2.2 特殊半导体二极管特殊半导体二极管 2.3 半导体三极管半导体三极管2.4 场效应管场效应管 2.5 模拟集成器件模拟集成器件 第第2 2章章 常用元器件常用元器件第第2 2章章 常用元器件常用元器件1948年，贝尔实验年，贝尔实验室的沃尔特室的沃尔特.布拉布拉登和约翰登和约翰.巴丁发巴丁发明了世界上第一个明了世界上第一个点触式晶体管。点触式晶体管。第第2 2章章 常用元器件常用元器件1956年，贝尔实验室的这三个人因此而获得诺贝尔物理学奖。年，贝尔实验室的这三
2、个人因此而获得诺贝尔物理学奖。第第2 2章章 常用元器件常用元器件第第2 2章章 常用元器件常用元器件第第2 2章章 常用元器件常用元器件第第2 2章章 常用元器件常用元器件第第2 2章章 常用元器件常用元器件第第2 2章章 常用元器件常用元器件第第2 2章章 常用元器件常用元器件第第2 2章章 常用元器件常用元器件第第2 2章章 常用元器件常用元器件第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.1 普通半导体二极管普通半导体二极管 有有一一种种物物质质，其其导导电电性性能能介介于于导导体体和和绝绝缘缘体体之之间间，如如硅硅、锗锗、砷砷化化镓镓等等，当当这这些些物物质质原原有有特特征征未改变时被称为
3、未改变时被称为本征半导体本征半导体。它它们们的的导导电电能能力力都都很很弱弱，并并与与环境温度环境温度、光强光强有很大关系。有很大关系。2.1.1 结构类型及符号结构类型及符号第第2 2章章 常用元器件常用元器件 当掺入少量其它元素后，如当掺入少量其它元素后，如硼、磷硼、磷等，就形成了所谓的杂质半导体，其等，就形成了所谓的杂质半导体，其导电能力会有很大提高。导电能力会有很大提高。根据掺入元素的不同，杂质半导体根据掺入元素的不同，杂质半导体可分可分P P型型和和N N型型两种。两种。P P型半导体和型半导体和N N型半导体结合后，在型半导体结合后，在它们之间会形成一块导电能力极弱的区它们之间会形
4、成一块导电能力极弱的区域，俗称域，俗称PNPN结结。这个。这个PNPN结有一个非常重结有一个非常重要的性质，即要的性质，即单向导电性单向导电性。第第2 2章章 常用元器件常用元器件 当当PNPN结结 正向正向 偏置，即偏置，即P P型半型半导体接电源的正极，导体接电源的正极，N N型半导体接型半导体接电源的负极，电源的负极，PNPN结变薄，流过的结变薄，流过的电流较大，呈电流较大，呈 导通状态导通状态 ；当；当PNPN结结 反向反向 偏置，即偏置，即P P型半导体接电型半导体接电源的负极，源的负极，N N型半导体接电源的正型半导体接电源的正极，极，PNPN结变厚，流过的电流很小，结变厚，流过的
5、电流很小，呈呈 截止状态截止状态 。第第2 2章章 常用元器件常用元器件基于基于PNPN结，从而生产出了半导体二极管，以结，从而生产出了半导体二极管，以 后简称二极管。后简称二极管。第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.1.2 2.1.2 伏安特性伏安特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性 其中，其中，u u和和i i分别为二极管的端电压和分别为二极管的端电压和流过的电流，流过的电流，I IS S为二极管的反向饱和为二极管的反向饱和电流，电流，U UT T为绝对温度为绝对温度T T下的电压当量，下的电压当量，常温下，即常温下，即T=300KT=300K时时U UT T26mV26mV。仿真仿真
6、第第2 2章章 常用元器件常用元器件第第2 2章章 常用元器件常用元器件1.正向特性正向特性 对应于图中的对应于图中的abab段和段和bcbc段段。abab段段:正向电压只有零点几伏，但电正向电压只有零点几伏，但电流相对来说却很大，且随电压的改变有流相对来说却很大，且随电压的改变有较大的变化，或者说管子的正向静态动较大的变化，或者说管子的正向静态动态电阻都很小，呈态电阻都很小，呈正向导通状态。正向导通状态。此时此时的电压称的电压称导通电压导通电压，用，用U Uonon表示，表示，硅管硅管0.6V0.6V左右，锗管左右，锗管0.2V0.2V左右。左右。第第2 2章章 常用元器件常用元器件 bcb
7、c段段:电流几乎为零，管子相当于一个电流几乎为零，管子相当于一个大电阻，呈大电阻，呈正向截止状态正向截止状态，好象有一个门，好象有一个门坎。坎。硅管的门坎电压硅管的门坎电压U Uthth（又称开电压或又称开电压或死区电压）约为死区电压）约为0.5V0.5V，锗管约为锗管约为0.1V0.1V。第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.反向特性反向特性 对应于图中的对应于图中的cdcd段和段和dede段。段。cdcd段段:反向电压增加，管子很快进入饱反向电压增加，管子很快进入饱和状态，但反向饱和电流很小，管子相当和状态，但反向饱和电流很小，管子相当于一个大电阻，呈反向截止状态一般硅管于一个大电阻，呈
8、反向截止状态一般硅管的反向饱和电流的反向饱和电流I IR R要比锗小得多。要比锗小得多。温度升高时，反向饱和电流会急剧增加。温度升高时，反向饱和电流会急剧增加。dede段段:反向电流急剧增加，呈反向击穿反向电流急剧增加，呈反向击穿状态。状态。第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.1.2 2.1.2 主要参数主要参数(1)(1)最大整流电流最大整流电流I IF F 是指二极管长期运行是指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。例如，时，允许通过的最大正向平均电流。例如，2AP12AP1最大整流电流为最大整流电流为16mA16mA。(2)(2)反向击穿电压反向击穿电压U U（BRBR）是指
9、二极管反向击穿是指二极管反向击穿时的电压值。击穿时，反向电流急剧增加，单时的电压值。击穿时，反向电流急剧增加，单向导电性被破坏，甚至因过热而烧坏。一般手向导电性被破坏，甚至因过热而烧坏。一般手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半，以确保管子安全运行。例如，一半，以确保管子安全运行。例如，2AP12AP1最高最高反向工作电压规定为反向工作电压规定为20V20V，而反向击穿电压实际而反向击穿电压实际上大于上大于40V40V。第第2 2章章 常用元器件常用元器件(3)(3)反向电流反向电流I IR R 是指二极管未击穿时的反是指二极管未击穿时的反向电流
10、。其值越小，管子的单向导电性越向电流。其值越小，管子的单向导电性越好。由于温度增加，反向电流急剧增加，好。由于温度增加，反向电流急剧增加，所以使用二极管时要注意温度的影响。所以使用二极管时要注意温度的影响。(4)(4)极间电容极间电容C C 是指二极管阳极与阴极是指二极管阳极与阴极之间的电容。其值越小，管子的频率特性之间的电容。其值越小，管子的频率特性越好。在高频运行时，必须考虑极间电容越好。在高频运行时，必须考虑极间电容对电路的响。对电路的响。第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.2 2.2 特殊半导体二极管特殊半导体二极管 2.2.1 2.2.1 稳压二极管稳压二极管 稳压二极管简称稳压
11、管，是一稳压二极管简称稳压管，是一种用硅材料和特殊工艺制造出种用硅材料和特殊工艺制造出来的面接触型二极管。来的面接触型二极管。第第2 2章章 常用元器件常用元器件1.稳压管的伏安特性稳压管的伏安特性 与普通二极管相比，主要差与普通二极管相比，主要差异在于异在于反向击穿反向击穿时，特性曲线时，特性曲线更陡（几乎平行于纵轴），且更陡（几乎平行于纵轴），且反向击穿是可逆的反向击穿是可逆的，即反向电，即反向电流在一定的范围内管子就不会流在一定的范围内管子就不会损坏。损坏。第第2 2章章 常用元器件常用元器件第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.稳压管的主要参数稳压管的主要参数（1 1）稳压电压稳压电
12、压U UZ Z：U UZ Z是在规定电是在规定电流下稳压管的反向击穿电压。由于流下稳压管的反向击穿电压。由于半导体器件参数的分散性，同一型半导体器件参数的分散性，同一型号的稳压管的存在一定差别。例如，号的稳压管的存在一定差别。例如，型号为型号为2CW112CW11的稳压管的稳压电压为的稳压管的稳压电压为3.24.5V3.24.5V。但就某一只管子而言，但就某一只管子而言，U UZ Z应为确定值。应为确定值。第第2 2章章 常用元器件常用元器件（2 2）稳定电流）稳定电流I IZ Z：I IZ Z是稳压管是稳压管工作在稳定状态时的参考电流，工作在稳定状态时的参考电流，电流低于此值时稳压效果变坏，
13、电流低于此值时稳压效果变坏，甚至根本不稳压，故也常将甚至根本不稳压，故也常将I IZ Z记作记作I IZminZmin。只要不超过稳压管只要不超过稳压管的额定功率，电流愈大，稳压的额定功率，电流愈大，稳压效果愈好。效果愈好。第第2 2章章 常用元器件常用元器件（3 3）额定功耗）额定功耗P PZMZM：P PZMZM等于稳压等于稳压管的稳定电压管的稳定电压U UZ Z与最大稳定电流与最大稳定电流I IZMZM（或记作或记作I IZmaxZmax）的乘积。稳压的乘积。稳压管的功耗超过此值使，会因管的功耗超过此值使，会因PNPN结结温升过高而损坏。对于一只具体温升过高而损坏。对于一只具体的稳压管，
14、可以通过其的稳压管，可以通过其P PZMZM的值，的值，求出的求出的I IZMZM值。值。第第2 2章章 常用元器件常用元器件 （4 4）动态电阻）动态电阻r rZ Z：r rZ Z是稳压管是稳压管工作在稳压区时，端电压变化工作在稳压区时，端电压变化量与其电流的变化量之比，即量与其电流的变化量之比，即r rZ Z=U=UZ Z/I/I。r rZ Z愈小，电流变愈小，电流变化时化时U UZ Z的变化愈小，即稳压管的的变化愈小，即稳压管的稳压特性愈好。对于不同型号稳压特性愈好。对于不同型号的管子，的管子，r rZ Z将不同，从几欧到几将不同，从几欧到几十欧；对于同一只管子，工作十欧；对于同一只管子
15、，工作电流愈大，电流愈大，r rZ Z愈小。愈小。第第2 2章章 常用元器件常用元器件 （5 5）温度系数）温度系数：表示温度表示温度每变化每变化11稳压值的变化量，即稳压值的变化量，即=U=UZ Z/T/T。稳压电压小于稳压电压小于4V4V的的管子具有负温度系数，即温度升管子具有负温度系数，即温度升高时稳定电压值下降；稳压电压高时稳定电压值下降；稳压电压大于大于7V7V的管子具有正温度系数，的管子具有正温度系数，即温度升高时稳定电压值上升；即温度升高时稳定电压值上升；而稳定电压在而稳定电压在47V47V之间的管子，之间的管子，温度系数非常小，近似为零。温度系数非常小，近似为零。第第2 2章章
16、 常用元器件常用元器件由于稳压管的反向电流小于由于稳压管的反向电流小于I IZminZmin时不稳压，大于时不稳压，大于I IZmaxZmax时会因超过时会因超过额定功耗而损坏，所以在稳压管额定功耗而损坏，所以在稳压管电路中必须串联一个电阻来限制电路中必须串联一个电阻来限制电流，从而保证稳压管正常工作，电流，从而保证稳压管正常工作，故称这个电阻为限流电阻。只有故称这个电阻为限流电阻。只有在限流电阻取值合适时，稳压管在限流电阻取值合适时，稳压管才能安全地工作在稳压状态。才能安全地工作在稳压状态。第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.2.2 2.2.2 变容二极管变容二极管 二极管结电容的大小除
17、了与本身二极管结电容的大小除了与本身结构和工艺有关外，还与外加电压结构和工艺有关外，还与外加电压有关。结电容随反向电压的增加而有关。结电容随反向电压的增加而减少，这种效应显著的二极管称为减少，这种效应显著的二极管称为变容二极管。不同型号的管子，其变容二极管。不同型号的管子，其电容最大值可能是电容最大值可能是5300pF5300pF。最大电最大电容与最小电容之比约为容与最小电容之比约为5151。变容变容二极管在高频技术中应用较多。二极管在高频技术中应用较多。第第2 2章章 常用元器件常用元器件第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.2.3 2.2.3 光电二极管光电二极管 光电二极管的结构与光电
18、二极管的结构与PNPN结二极管类结二极管类似，但在它的似，但在它的PNPN结处，通过管壳上的一结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。这种器个玻璃窗口能接收外部的光照。这种器件的件的PNPN结在反向偏置状态下运行，它的结在反向偏置状态下运行，它的反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。其主要特点是其主要特点是:它的反向电流与照度它的反向电流与照度成正比，灵敏度的典型值为成正比，灵敏度的典型值为0.1A/lx0.1A/lx数量级。数量级。第第2 2章章 常用元器件常用元器件 光电二极管可用来作为光的测量，是将光信号转光电二极管可用来作为光的测量，是将光信号转换为电
19、信号的常用器件。换为电信号的常用器件。第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.2.4 2.2.4 发光二极管发光二极管 发光二极管发光二极管通常用元素周期表通常用元素周期表中中、族元素的化合物，如砷族元素的化合物，如砷化镓，磷化镓等制成的。当这种化镓，磷化镓等制成的。当这种管子通以电流时将发出光来。光管子通以电流时将发出光来。光谱范围是比较窄的，其波长由所谱范围是比较窄的，其波长由所使用的基本材料而定。发光二极使用的基本材料而定。发光二极管常用来作为显示器件，除单个管常用来作为显示器件，除单个使用外，也常作成七段式或矩阵使用外，也常作成七段式或矩阵式器件，工作电流一般为几个毫式器件，工作电流一
20、般为几个毫安至十几毫安之间。安至十几毫安之间。第第2 2章章 常用元器件常用元器件第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.2.5 2.2.5 激光二极管激光二极管 第第2 2章章 常用元器件常用元器件 半导体激光二极管的工作原理，半导体激光二极管的工作原理，理论上与气体激光器相同。但气理论上与气体激光器相同。但气体激光器所发射的是可见光，而体激光器所发射的是可见光，而激光二极管发射的主要是红外线。激光二极管发射的主要是红外线。激光二极管在小功率光电设备中激光二极管在小功率光电设备中得到广泛的应用。如计算机上的得到广泛的应用。如计算机上的光盘驱动器，激光打印机中的打光盘驱动器，激光打印机中的打印
21、头等。印头等。第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.3 2.3 半导体三极管半导体三极管 半导体三极管（半导体三极管（BJTBJT），），以后以后简称三极管，是通过一定的工艺，简称三极管，是通过一定的工艺，将两个将两个PNPN结结合在一起的器件。结结合在一起的器件。由于由于PNPN结之间的相互影响，使半结之间的相互影响，使半导体三极管表现出不同于单个导体三极管表现出不同于单个PNPN结的特性而具有电流控制作用，结的特性而具有电流控制作用，从而使从而使PNPN结的应用发生了质的飞结的应用发生了质的飞跃。跃。第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.3.1 2.3.1 结构类型符号结构类型符号三极
22、管的种类很多三极管的种类很多它都有三个电极，分别叫做它都有三个电极，分别叫做发射极发射极e e、基基极极b b和集电极和集电极c c。按按频率频率分，有分，有高频管、低频管；高频管、低频管；按按功率功率分，有分，有大、中、小功率管大、中、小功率管；按按材料材料分，有分，有硅管、锗管硅管、锗管。第第2 2章章 常用元器件常用元器件在发射极和基极之间形成的在发射极和基极之间形成的PNPN结叫结叫发射结发射结，在集电极，在集电极和基极之间形成的和基极之间形成的PNPN结叫结叫集电结集电结。根据结构不同，三。根据结构不同，三极管有极管有NPNNPN型型和和PNPPNP型型两种。两种。第第2 2章章 常
23、用元器件常用元器件2.3.2 2.3.2 特性曲线特性曲线1.输入特性输入特性 仿真仿真第第2 2章章 常用元器件常用元器件 当当u uBEBE较小较小时，时，i iB B几乎为几乎为0 0，这段常，这段常被称为被称为死区死区，所对应的电压被称为，所对应的电压被称为死死区电压区电压（又称门坎电压），用（又称门坎电压），用U Uthth表示表示，硅管约硅管约0.5V0.5V。当。当u uBEBE0.5V0.5V以后，以后，i iB B增增加越来越快。另外，随着加越来越快。另外，随着u uCECE的增加，的增加，曲线右移，曲线右移，u uCECE愈大右移幅度愈小，愈大右移幅度愈小，u uCECE1
24、V1V以后曲线基本重合。由于实际使以后曲线基本重合。由于实际使用时，用时，u uCECE总是大于总是大于1V1V，所以常将所以常将u uCECE=1V=1V的输入特性曲线作为三极管电的输入特性曲线作为三极管电路的分析依据。路的分析依据。第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.输出特性输出特性 仿真仿真第第2 2章章 常用元器件常用元器件（1 1）输出特性的起始部分很陡，）输出特性的起始部分很陡，u uCECE略有增加时，略有增加时，i iC C增加很快。增加很快。（2 2）当）当u uCECE超过一定数值（约超过一定数值（约1V1V）后，特性曲线变得比较平坦。后，特性曲线变得比较平坦。曲线的平
25、坦部分，各条曲线的分曲线的平坦部分，各条曲线的分布比较均匀且相互平行，并随着布比较均匀且相互平行，并随着u uCECE的增加略略向上倾斜。的增加略略向上倾斜。第第2 2章章 常用元器件常用元器件 在电路中有三种工作状态，分别对应于图中标在电路中有三种工作状态，分别对应于图中标注的三个工作区域：注的三个工作区域：（1 1）放大区放大区 其特征是其特征是i iC C几乎仅仅决定于几乎仅仅决定于i iB B，或者或者说说i iB B对对i iC C具有控制作用。条件是三极管的发射结正向具有控制作用。条件是三极管的发射结正向偏置且结电压大于开启电压偏置且结电压大于开启电压U Uthth；集电结反向偏置
26、。集电结反向偏置。（2 2）截止区截止区 其特征是其特征是i iB B和和 i iC C 几乎为零。条件是几乎为零。条件是三极管的发射结反向偏置或者正向偏置但结电压小三极管的发射结反向偏置或者正向偏置但结电压小于开启电压于开启电压U Uthth；集电结反向偏置。集电结反向偏置。（3 3）饱和区）饱和区 其特征是三极管三个极间的电压均很其特征是三极管三个极间的电压均很小，小，i iC C不仅与不仅与i iB B有关，还与有关，还与u uCECE有关。条件是三极管有关。条件是三极管的发射结正向偏置且结电压大于开启电压的发射结正向偏置且结电压大于开启电压U Uthth；集电集电结正向偏置。结正向偏置
27、。第第2 2章章 常用元器件常用元器件 三极管工作在三极管工作在放大状态放大状态，具有，具有电电流控制作用流控制作用，利用它可以，利用它可以组成放大组成放大电路电路；工作在；工作在截止和饱和状态截止和饱和状态，具，具有有开关作用开关作用，利用它可以，利用它可以组成开关组成开关电路电路。对于锗三极管，其输入特性与硅对于锗三极管，其输入特性与硅管相比，死区电压较小，一般只有管相比，死区电压较小，一般只有0.2V0.2V左右；其输出特性，初始上升左右；其输出特性，初始上升部分较陡，但集电极部分较陡，但集电极-发射极间反向发射极间反向饱和电流（又称穿透电流）饱和电流（又称穿透电流）I ICEOCEO较
28、大。较大。第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.3.3 2.3.3 主要参数主要参数1.1.电流放大系数电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数 交流电流放大系数交流电流放大系数 第第2 2章章 常用元器件常用元器件 在恒流特性比较好，曲线间距均在恒流特性比较好，曲线间距均匀，并且工作于这一区域时，才可以匀，并且工作于这一区域时，才可以认为和是基本不变的，此时和几乎相认为和是基本不变的，此时和几乎相等，通常可以混用。等，通常可以混用。由于制造工艺的分散性，即使同由于制造工艺的分散性，即使同型号的管子，它的值也有差异，常用型号的管子，它的值也有差异，常用的三极管的值通常在的三极管的值通常在
29、1010010100之间。值之间。值太小放大作用差，但太大也易使管子太小放大作用差，但太大也易使管子性能不稳定。性能不稳定。第第2 2章章 常用元器件常用元器件(1)(1)集电极集电极-基极反向饱和电流基极反向饱和电流I ICBOCBO 集电极集电极-基极反向饱和电流基极反向饱和电流I ICBOCBO表示发射表示发射极开路，极开路，c c、b b间加上一定反向电压时的反向间加上一定反向电压时的反向电流。在一定温度下，这个反向电流基本上电流。在一定温度下，这个反向电流基本上是常数，所以称为是常数，所以称为反向饱和电流反向饱和电流。一般一般I ICBOCBO的值很小，小功率硅管的的值很小，小功率硅
30、管的I ICBOCBO小小于于1A1A，而小功率锗管的而小功率锗管的I ICBOCBO约为约为10A10A。因。因I ICBOCBO是随温度增加而增加是随温度增加而增加的，因此在温度变的，因此在温度变化范围大的工作环境应选用硅管。化范围大的工作环境应选用硅管。2.2.极间反向电流极间反向电流第第2 2章章 常用元器件常用元器件测量测量I ICBOCBO的电路的电路:第第2 2章章 常用元器件常用元器件(2)(2)集电极集电极-发射极反向饱和电流发射极反向饱和电流I ICEOCEO 集电极集电极-发射极反向饱和电流发射极反向饱和电流I ICEOCEO，又叫穿透电流，又叫穿透电流，表示基极开路，表
31、示基极开路，c c、e e间加上一定反向电压时的集间加上一定反向电压时的集电极电流。电极电流。I ICEOCEO测量电路测量电路:I ICB0CB0和和I ICEOCEO的关系的关系:I ICEOCEO=（1+1+）I ICB0CB0 第第2 2章章 常用元器件常用元器件3.3.极限参数极限参数(1)(1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流I ICMCM I ICMCM是指三极管的参数变化是指三极管的参数变化不超过允许值时集电极允许的不超过允许值时集电极允许的最大电流。当电流超过最大电流。当电流超过I ICMCM时，时，管子性能将显著下降，甚至有管子性能将显著下降，甚至有可能烧坏管子。可能烧
32、坏管子。第第2 2章章 常用元器件常用元器件(2)(2)集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗P PCMCM PCM表示集电结上允许损耗功率的最大值。超表示集电结上允许损耗功率的最大值。超过此值就会使管子性能变坏或烧毁。因为集电过此值就会使管子性能变坏或烧毁。因为集电极损耗的功率极损耗的功率 PCM=iCuCE 由此式可在输出特性上画出管子的允许功率由此式可在输出特性上画出管子的允许功率损耗线，如图损耗线，如图3.133.13所示。所示。P PCMCM值与环境温度有关，值与环境温度有关，温度愈高，则温度愈高，则P PCMCM值愈小值愈小。因此三极管在使用时。因此三极管在使用时受到环境温度
33、的限制，硅管的上限温度达受到环境温度的限制，硅管的上限温度达150150，而锗管则低得多，约，而锗管则低得多，约7070。第第2 2章章 常用元器件常用元器件 对于大功率管，为了提高对于大功率管，为了提高P PCMCM，常采用加散热装常采用加散热装置的办法，手册中给出的值是在常温下测得的，对置的办法，手册中给出的值是在常温下测得的，对于大功率管则是在常温下加规定尺寸的散热片的情于大功率管则是在常温下加规定尺寸的散热片的情况下测得的。况下测得的。第第2 2章章 常用元器件常用元器件(3)(3)反向击穿电压反向击穿电压 三极管的两个三极管的两个PNPN结，如反向电压超过规定值，结，如反向电压超过规
34、定值，也会发生击穿，其击穿原理和二极管类似，但也会发生击穿，其击穿原理和二极管类似，但三极管的击穿电压不仅与管子本身特性有关，三极管的击穿电压不仅与管子本身特性有关，而且还取决于外部电路的接法，常用的有下列而且还取决于外部电路的接法，常用的有下列几种：几种：U U（BRBR）EBOEBO ，即集电极开路时发射极即集电极开路时发射极-基极间的基极间的反向击穿电压。在放大状态时，发射结是正偏反向击穿电压。在放大状态时，发射结是正偏的。而在某些场合，例如工作在大信号或者开的。而在某些场合，例如工作在大信号或者开关状态时，发射结就有可能受到较大的反向电关状态时，发射结就有可能受到较大的反向电压，所以要
35、考虑发射结击穿电压的大小。压，所以要考虑发射结击穿电压的大小。U U（BRBR）EBOEBO就是发射结本身的击穿电压。就是发射结本身的击穿电压。第第2 2章章 常用元器件常用元器件 U U（BRBR）CBOCBO，即发射极开路时集电极即发射极开路时集电极-基基极间的反向击穿电压。其数值一般较高。极间的反向击穿电压。其数值一般较高。U U（BRBR）CEOCEO，即基极开路时集电极即基极开路时集电极-发发射极间的反向击穿电压。这个电压的射极间的反向击穿电压。这个电压的大小与三极管的穿透电流大小与三极管的穿透电流I ICEOCEO直接相联直接相联系，当管子的系，当管子的U UCECE增加时，增加时
36、，I ICEOCEO明显增大，明显增大，导致集电结击穿。导致集电结击穿。总之，在总之，在极限参数极限参数I ICMCM、P PCMCM和和U U（BRBR）CEOCEO的限制下，三极管的安全工作区图所示。的限制下，三极管的安全工作区图所示。第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.4 2.4 场效应管场效应管 场效应管（场效应管（FETFET）是一种利用电是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体场效应来控制其电流大小的半导体器件，于器件，于2020世纪世纪6060年代面世。它不年代面世。它不仅仅体积小、质量轻、耗电省、寿命体积小、质量轻、耗电省、寿命长长，而且还具有，而且还具有输入阻抗高、噪声
37、输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等特点制造工艺简单等特点，在大规模和，在大规模和超大规模集成电路中已得到了广泛超大规模集成电路中已得到了广泛的应用。的应用。第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.4.1 2.4.1 结构类型与符号结构类型与符号 场效应管场效应管有有结型结型和和绝缘栅型绝缘栅型两种结构，与晶体两种结构，与晶体三极管三极管e e、b b和和c c相对应，也有三个电极，它们分别相对应，也有三个电极，它们分别是是源极源极s s、栅极栅极g g和漏极和漏极d d。结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET）按源极和漏极之间的按源
38、极和漏极之间的导电沟道又分为导电沟道又分为N N型和型和P P型型两种。两种。第第2 2章章 常用元器件常用元器件 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET）的源的源极、漏极与栅极之间常用极、漏极与栅极之间常用SiOSiO2 2绝缘绝缘层隔离，栅极常用金属铝，故又称层隔离，栅极常用金属铝，故又称MOSMOS管。与管。与JFETJFET相同，相同，MOSMOS管也有管也有N N型型和和P P型两种导电沟道，且每种导电沟型两种导电沟道，且每种导电沟道又分为增强型和耗尽型两种，因道又分为增强型和耗尽型两种，因此此MOSMOS管管有有四种类型四种类型：N N沟道增强型、沟道增强型、N N沟
39、道耗尽型、沟道耗尽型、P P沟道增强型和沟道增强型和P P沟道沟道耗尽型。耗尽型。B B为衬底。为衬底。第第2 2章章 常用元器件常用元器件第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.4.22.4.2主要参数主要参数1.1.静态参数静态参数（1 1）开启电压）开启电压U UGSGS（thth）：U UGSGS（thth）是是u uDSDS为一常数为一常数（如（如10V10V）时，使时，使i iD D大于零的最小大于零的最小u uGSGS值。值。手册中给出的是在手册中给出的是在I ID D为规定的微小电流（如为规定的微小电流（如5A5A）时的时的u uGSGS。U UGSGS（thth）是增强型是增
40、强型MOSMOS管的参数。管的参数。（2 2）夹断电压）夹断电压U UGSGS（offoff）：与开启电压相类似，与开启电压相类似，U UGSGS（offoff）是是u uDSDS为一常数（如为一常数（如10V10V）时，使时，使i iD D大于大于零的最小零的最小u uGSGS值。手册中给出的是在值。手册中给出的是在I ID D为规定的为规定的微小电流（如微小电流（如5A5A）时的时的u uGSGS。U UGSGS（thth）是是JFETJFET和和耗尽型耗尽型MOSMOS管的参数。管的参数。第第2 2章章 常用元器件常用元器件（3 3）饱和漏极电流）饱和漏极电流I IDSSDSS：在：在u
41、 uGSGS=0=0情况下，情况下，当当u uDSDSU UGSGS（offoff时的漏极电流。时的漏极电流。（4 4）直流输入电阻）直流输入电阻R RGSGS（DCDC）：R RGSGS（DCDC）等于等于栅栅-源电压与栅极电流之比。源电压与栅极电流之比。JFETJFET的的R RGSGS（DCDC）大于大于10107 7，而，而MOSMOS管的管的R RGSGS（DCDC）大大于于10109 9。手册中一般只给出栅极电流的手册中一般只给出栅极电流的大小。大小。第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.2.动态参数动态参数（1 1）低频跨导）低频跨导g gm m：g gm m是在是在u uDS
42、DS一定的情况下，一定的情况下，i iD D的的微小变化微小变化i iD D与引起这个变化的与引起这个变化的u uGSGS的微小变化的微小变化u uGSGS的比值。的比值。g gm m反映了反映了u uGSGS对对i iD D控制作用的强弱，是用来表征控制作用的强弱，是用来表征FETFET放大能力的一个重要参数，单位与导纳单位一放大能力的一个重要参数，单位与导纳单位一样。一般在样。一般在0.110mS0.110mS范围内，特殊的可达范围内，特殊的可达100mS100mS，甚至更高。值得注意的是，甚至更高。值得注意的是，g gm m与与FETFET的工作状态密的工作状态密切相关切相关，在，在FE
43、TFET不同的工作点上有不同的不同的工作点上有不同的g gm m值。值。第第2 2章章 常用元器件常用元器件（2 2）极间电容）极间电容：FETFET的三个极之间的三个极之间均存在极间电容。通常，栅均存在极间电容。通常，栅-源电容源电容C CGSGS和栅和栅-漏电容漏电容C CGDGD约为约为13pF13pF，漏漏-源源电容电容C CDSDS约为约为0.11Pf0.11Pf。虽然都很小，虽然都很小，但在高频情况下对电路的影响可能但在高频情况下对电路的影响可能很大。很大。第第2 2章章 常用元器件常用元器件3.极限参数极限参数（1）最大漏极电流）最大漏极电流IDM：IDM是是FET在正常工作时漏
44、极电流的在正常工作时漏极电流的上限值。上限值。（2）漏）漏-源击穿电压源击穿电压U（BR）DS：增加增加uDS，FET进入击穿状进入击穿状态（态（iD骤然增大）时的骤然增大）时的uDS被被称为漏称为漏-源击穿电压源击穿电压U（BR）DS。第第2 2章章 常用元器件常用元器件（3 3）栅）栅-源击穿电压源击穿电压U U（BRBR）GSGS：使使得得JFETJFET栅极与导电沟道间栅极与导电沟道间PNPN结反结反向击穿，以及使得向击穿，以及使得MOSMOS管绝缘层管绝缘层击穿或者栅极与导电沟道间击穿或者栅极与导电沟道间PNPN结结反向击穿的电压被称为栅反向击穿的电压被称为栅-源击源击穿电压穿电压U
45、 U（BRBR）GSGS。（4 4）最大耗散功率）最大耗散功率P PDMDM：P PDMDM决定决定于于FETFET允许的温升。允许的温升。第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.4.32.4.3特性曲线特性曲线1.1.输出特性曲线输出特性曲线通常，可将场效应管的工作划分为通常，可将场效应管的工作划分为四个区域四个区域:第第2 2章章 常用元器件常用元器件 （1 1）可变电阻区）可变电阻区：图中的虚线为临界夹图中的虚线为临界夹断（又称预夹断）轨迹，它是各条曲线上使断（又称预夹断）轨迹，它是各条曲线上使u uDSDS=u uGSGS-U-UGS(offGS(off)的点连接而成的。预夹断轨迹的左
46、边区域中，的点连接而成的。预夹断轨迹的左边区域中，曲线近似为不同斜率的直线。当曲线近似为不同斜率的直线。当u uGSGS确定后，直确定后，直线的斜率也被确定，斜率的倒数就是漏线的斜率也被确定，斜率的倒数就是漏-源间的源间的等效电阻。因此，在此区域中，可以通过改变等效电阻。因此，在此区域中，可以通过改变u uGSGS（压控方式）来改变漏压控方式）来改变漏-源电阻，故称此区域源电阻，故称此区域为可变电阻区为可变电阻区。第第2 2章章 常用元器件常用元器件 （2 2）线性放大区（又称恒流区或）线性放大区（又称恒流区或饱和区）饱和区）：预夹断轨迹的右边有一块：预夹断轨迹的右边有一块区域，区域，i iD
47、 D几乎不再随着几乎不再随着u uDSDS的增加而增的增加而增加，故称此区域为恒流区或饱和区。加，故称此区域为恒流区或饱和区。由于此区域可以通过改变由于此区域可以通过改变u uGSGS（压控方压控方式）来改变式）来改变i iD D，进一步可组成放大电进一步可组成放大电路以实现电压和功率的放大，故又称路以实现电压和功率的放大，故又称此区域为线性放大区。此区域为线性放大区。第第2 2章章 常用元器件常用元器件（3 3）击穿区）击穿区 ：u uDSDS增加到一定数增加到一定数值后，值后，i iD D会骤然增加，管子被击穿，会骤然增加，管子被击穿，因此在线性放大区的右边就是击穿因此在线性放大区的右边就
48、是击穿区。区。（4 4）夹断区）夹断区：当：当u uGSGSU UGS(off)GS(off)时，时，导电沟道被夹断，导电沟道被夹断，i iD D几乎为零，即几乎为零，即图中靠近横轴的部分，称为夹断区。图中靠近横轴的部分，称为夹断区。第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.2.转移特性曲线转移特性曲线第第2 2章章 常用元器件常用元器件 转移特性曲线与输出特性曲线有严格的对应关转移特性曲线与输出特性曲线有严格的对应关系。当场效应管工作在可变电阻区时，转移特性系。当场效应管工作在可变电阻区时，转移特性曲线差异性很大。但当曲线差异性很大。但当FETFET工作在线性放大区时，工作在线性放大区时，由于
49、输出特性曲线可近似为横轴的一组平行线，由于输出特性曲线可近似为横轴的一组平行线，所以可用一条转移特性曲线代替线性放大区的所所以可用一条转移特性曲线代替线性放大区的所有曲线，且这条曲线可近似表示为有曲线，且这条曲线可近似表示为 需要指出的是，以上介绍的只是需要指出的是，以上介绍的只是N N沟道沟道JFETJFET的特的特性曲线性曲线，不过场效应管其它类型的特性曲线与其，不过场效应管其它类型的特性曲线与其相似，为便于比较，特将其符号和特性曲线列于相似，为便于比较，特将其符号和特性曲线列于下表中。下表中。第第2 2章章 常用元器件常用元器件各种场效应管特性的比较各种场效应管特性的比较:第第2 2章章
50、 常用元器件常用元器件第第2 2章章 常用元器件常用元器件2.4.42.4.4场效应管与三极管的比较场效应管与三极管的比较 （1 1）场效应管用栅）场效应管用栅-源电压源电压u uGSGS控制漏控制漏极电流极电流i iD D，栅极电流几乎为零；三极管栅极电流几乎为零；三极管用基极电流控制集电极电流，基极电流用基极电流控制集电极电流，基极电流不为零。因此，要求输入电阻高的电路不为零。因此，要求输入电阻高的电路应选用场效应管；若信号源可以提供一应选用场效应管；若信号源可以提供一定电流，可选用三极管。定电流，可选用三极管。（2 2）场效应管比三极管的温度稳定性）场效应管比三极管的温度稳定性好，抗辐射