绝缘栅场效应管IGFET课件.ppt

1、1课程简介课程简介l专业基础课专业基础课l4040学时（低频）学时（低频）+20+20学时（高频）学时（高频）l由易到难：元器件、分立电路、集由易到难：元器件、分立电路、集成电路、应用电路成电路、应用电路l先修课程：高等数学、普通物理、先修课程：高等数学、普通物理、电路理论电路理论2课程要求课程要求l了解了解：熟知基本概念和基本原：熟知基本概念和基本原理理l理解理解：概念清楚，原理明白，：概念清楚，原理明白，并具有分析和计算能力。并具有分析和计算能力。l掌握掌握：比：比“理解理解”要求更高，要求更高，有的知识必须记住有的知识必须记住。3学习要求学习要求复习并掌握先修课的有关内容复习并掌握先修课

2、的有关内容课堂课堂：听讲与理解、适当笔记：听讲与理解、适当笔记课后课后：认真读书、完成作业：认真读书、完成作业实验实验：充分准备、勇于实践：充分准备、勇于实践4参考书参考书l模拟电子技术基础模拟电子技术基础，孙肖子、张，孙肖子、张企民编著，西安电子科技大学出版社企民编著，西安电子科技大学出版社l模拟电子技术基础模拟电子技术基础，童诗白、华，童诗白、华成英主编，高等教育出版社成英主编，高等教育出版社l电子线路：线性部分电子线路：线性部分，谢嘉奎主，谢嘉奎主编，高等教育出版社编，高等教育出版社5教材及辅导书教材及辅导书6仿真软件仿真软件lProtellWorkbenchlMatlablMultis

3、im7MULTISIM的操作界面的操作界面Multisim启动界面启动界面8Multisim主界面主界面主菜单主菜单器件工具箱器件工具箱系统工具栏系统工具栏Multisim设计工具栏设计工具栏仿真仿真开关开关虚拟仪器工具箱虚拟仪器工具箱电路原理图编辑窗口电路原理图编辑窗口 9Multisim器件工具箱器件工具箱电源器件工具箱电源器件工具箱无源器件工具箱无源器件工具箱二极管器件箱二极管器件箱三极管器件箱三极管器件箱指示器件工具箱指示器件工具箱10Multisim虚拟仪器工具箱虚拟仪器工具箱万用表万用表函数信号发生器函数信号发生器功率表功率表vI示波器示波器ABTGoutin11作业及上课作业及上

4、课l每章交一次，除第二章和第六章每章交一次，除第二章和第六章l每次全交，批改一半每次全交，批改一半l不定期抽点名不定期抽点名l大作业一次大作业一次13引引 言言l半导体器件优点：体积小、重量轻、使用寿命长、输入功率小等l目的：正确选用各种合适的半导体器件l本章特点特点：概念多，琐碎l重点及难点重点及难点：器件的工作原理、特性曲线、主要参数15 半导体的基础知识半导体的基础知识 本征半导体本征半导体 杂质半导体杂质半导体 载流子运动方式及形成电流载流子运动方式及形成电流第一章 目录 PNPN结与晶体二极管结与晶体二极管 PNPN结的基本原理结的基本原理 晶体二极管晶体二极管 二极管应用电路二极管

5、应用电路 特殊二极管特殊二极管 16 晶体三极管晶体三极管 晶体三极管的结构与符号晶体三极管的结构与符号 晶体管的放大原理晶体管的放大原理 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线 晶体管的主要参数晶体管的主要参数第一章 目录（续） 场效应晶体管场效应晶体管 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFETJFET） 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET） 场效应管的参数及特点场效应管的参数及特点 17 第一章作业(p4447) 作业：3，5，6，7(a,d,f)，10 ，1215，16，22，24181.1 1.1 半导体的基础知识半导体的基础知识1.1.1 1.1.1 本征半导体本

6、征半导体1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体1.1.3 1.1.3 载流子的运动方式及形成的电流载流子的运动方式及形成的电流19v 半导体半导体预备知识 10 10 108 8cmcm:绝缘体 介于介于导体和绝缘体之间导体和绝缘体之间: :半导体半导体常用半导体材料：Si、Ge、GaAs、InP、（Semiconductor）20v 共价键结构共价键结构 预备知识 每个原子和相邻的每个原子和相邻的4 4个原子相互补足个原子相互补足8 8个电个电子，形成稳定结构。子，形成稳定结构。21掺杂性：掺杂性：在纯净的半导体中掺入某些杂质，其电阻率大大下降而在纯净的半导体中掺入某些杂质，其电阻率大

7、大下降而 导电能力显著增强。导电能力显著增强。 用途：可制作各种半导体器件，如二极管和三极管等。用途：可制作各种半导体器件，如二极管和三极管等。预备知识v 为什么要使用为什么要使用半导体？半导体？热敏性：热敏性：半导体的电阻率随着温度的上升而明显下降，其导电能半导体的电阻率随着温度的上升而明显下降，其导电能力增强。力增强。 用途：可制作温度敏感元件，如热敏电阻。用途：可制作温度敏感元件，如热敏电阻。22光敏性光敏性：当受到光照时，半导体的电阻率随着光照增强而下：当受到光照时，半导体的电阻率随着光照增强而下降，其导电能力增强。降，其导电能力增强。 用途：可制作各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管

8、、用途：可制作各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。光敏三极管等。v 为什么要使用为什么要使用半导体？半导体？预备知识v 半导体为什么具备上述特性半导体为什么具备上述特性？23半导体的原子结构半导体的原子结构: :化学成分纯净的半导体。在物理结构上呈单晶体形态。化学成分纯净的半导体。在物理结构上呈单晶体形态。 硅硅(Si) 锗锗(Ge)本征半导体本征半导体-定义定义1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体24半导体的共价键结构半导体的共价键结构4 共价键共价键共价键中的共价键中的两个价电子两个价电子原子核原子核1.1.11.1.1 本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体-晶

9、体结构晶体结构254 1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体本征激发产生的本征激发产生的 价电子受热或受光照价电子受热或受光照（即获得一定能量）后，可挣（即获得一定能量）后，可挣脱原子核的束缚，成为脱原子核的束缚，成为自由电自由电子子（带负电），同时共价键中（带负电），同时共价键中留下一个带正电的留下一个带正电的空穴空穴。本征激发产生的本征激发产生的本征半导体本征半导体-导电机理导电机理264 1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体自由电子回到共自由电子回到共价键结构中的现象。此时电价键结构中的现象。此时电子空穴成对消失。子空穴成对消失。本征半导体本征半导体-导电机理导电机理（热）

10、温度（热）温度 光光核辐射核辐射激发激发一对一对载流子载流子电子（带负电）电子（带负电）空穴（带正电空穴（带正电Hole）27热（热（T T）载流子密度复合激发载流子密度热平衡温度每升高10度，ni(T)、pi(T)增大一倍。1.1.1 1.1.1 本征半导体本征半导体本征半导体本征半导体-载流子密度载流子密度28 在本征半导体中掺入微量其它元素而得到在本征半导体中掺入微量其它元素而得到的半导体。的半导体。杂质半导体可分为：杂质半导体可分为： N N型型( (电子电子) )半导体和半导体和P P型型( (空穴空穴) )半导体两类。半导体两类。1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体29 1

11、.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体1.N1.N型半导体型半导体构成：构成：在本征半导体中掺入微量在本征半导体中掺入微量物质（磷、砷等）而物质（磷、砷等）而得到的杂质半导体。得到的杂质半导体。 结构图结构图本征半导体本征半导体+施主杂质施主杂质(Donor)= N型半导体型半导体301.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体提供电子的磷原子因带正电荷而提供电子的磷原子因带正电荷而成为成为。上述过程称为。上述过程称为5 5价杂质原子又称价杂质原子又称1.N1.N型半导体型半导体电子电子 正离子对正离子对 杂质原子电离杂质原子电离 电子电子 空穴对空穴对 热激发热激发多子多子少子少子N N

12、型半导体型半导体是带负电是带负电的吗？的吗？31构成：构成：在本征半导体中掺入微量在本征半导体中掺入微量物质（硼、铝等）而物质（硼、铝等）而得到的杂质半导体得到的杂质半导体。结构图结构图1.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体2.P2.P型半导体型半导体本征半导体本征半导体+受主杂质受主杂质(Acceptor)= P型半导体型半导体321.1.2 1.1.2 杂质半导体杂质半导体接受一个电子的硼原子因带负电接受一个电子的硼原子因带负电荷而成为不能移动的荷而成为不能移动的。空。空穴和负离子成对产生。穴和负离子成对产生。上述过程称为上述过程称为3 3价价杂质原子又称杂质原子又称2.P2.P型半

13、导体型半导体空穴空穴 负离子对负离子对 杂质原子电离杂质原子电离 空穴空穴 电子对电子对 热激发热激发多子多子少子少子P P型半导体型半导体是带正电是带正电的吗？的吗？33载流子受扩散力的作用所作的运动称为扩散运动。载流子受扩散力的作用所作的运动称为扩散运动。载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。 扩散电流大小与载流子浓度梯度成正比扩散电流大小与载流子浓度梯度成正比1.1.3 1.1.3 载流子运动方式及形成电流载流子运动方式及形成电流1.1.扩散运动及扩散电流扩散运动及扩散电流浓度分布不均匀浓度分布不均匀34载流子在电场力作用下所作的运动称为漂移运动

14、。载流子在电场力作用下所作的运动称为漂移运动。载流子漂移运动所形成的电流称为漂移电流。载流子漂移运动所形成的电流称为漂移电流。 漂移电流大小与电场强度成正比漂移电流大小与电场强度成正比1.1.3 1.1.3 载流子运动方式及形成电流载流子运动方式及形成电流2.2.漂移运动及漂移电流漂移运动及漂移电流35l半导体是依靠半导体是依靠自由电子自由电子和和空穴空穴两种载流两种载流子导电的。子导电的。l掺入不同杂质，形成掺入不同杂质，形成N N型型和和P P型型半导体。半导体。l载流子的两种运动：电场作用下的载流子的两种运动：电场作用下的漂移漂移运动运动和浓度差作用下的和浓度差作用下的扩散运动扩散运动。

15、本本 节节 小小 结结361.2 PN1.2 PN结与晶体二极管结与晶体二极管1.2.1 PN1.2.1 PN结的基本原理结的基本原理1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管1.2.3 1.2.3 晶体二极管应用电路举例晶体二极管应用电路举例371. PN1. PN结的形成结的形成 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理浓度差浓度差空间电荷区空间电荷区扩散扩散扩散扩散漂移漂移稳定宽度稳定宽度381.PN1.PN结的形成结的形成 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理扩散交界处的浓度差P区的一些空穴向N区扩散N区的一些电子向P区扩散P区留下带负电的受主离子N区留下

16、带正电的施主离子内建电场漂移电流扩散电流PN 结动态平衡39U：势垒电压U= 0.60.8V 或 0.20.3VPNPN结平衡结平衡空间电荷区空间电荷区/ /耗尽层耗尽层U内建电场内建电场1.2.1 PN结基本原理1.PN1.PN结的形成结的形成 空间电荷区的宽度和掺杂空间电荷区的宽度和掺杂浓度成反比。浓度成反比。40小结小结n 载流子的扩散运动和漂移运动既互相联系又互相矛盾。载流子的扩散运动和漂移运动既互相联系又互相矛盾。n 漂移运动漂移运动= =扩散运动时，扩散运动时，PNPN结形成且处于动态平衡状态。结形成且处于动态平衡状态。 PNPN结没有电流通过。结没有电流通过。1.2.1 PN1.

17、2.1 PN结基本原理结基本原理412 2. PN. PN结的特性结的特性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理特性表现、特性原因、用途特性表现、特性原因、用途42UUU合成电场合成电场(1)(1)单向单向导电性导电性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理内建电场被削弱，势垒高内建电场被削弱，势垒高度下降，空间电荷区宽度度下降，空间电荷区宽度变窄，这使得变窄，这使得P P区和区和N N区能区能越过这个势垒的越过这个势垒的数量大大增加，形成较数量大大增加，形成较大的大的。 未加偏压时的耗尽层未加偏压时的耗尽层2 2. PN. PN结的特性结的特性 加偏压时加偏压时

18、的耗尽层的耗尽层流过流过PNPN结的电流随外加电结的电流随外加电压压U U的增加而迅速上升，的增加而迅速上升，PNPN结呈现为小电阻。该状态结呈现为小电阻。该状态称：称：43U加反向偏压加反向偏压时的耗尽层时的耗尽层U+U合成电场合成电场(1)(1)单向导电性单向导电性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理内建电场被增强，势垒高内建电场被增强，势垒高度升高，空间电荷区宽度度升高，空间电荷区宽度变宽。这就使得多子扩散变宽。这就使得多子扩散运动很难进行，扩散电流运动很难进行，扩散电流趋于零，而趋于零，而更容易产更容易产生生 。 未加偏压时的耗尽层未加偏压时的耗尽层2 2. PN.

19、PN结的特性结的特性 流过流过PNPN结的电流称为反结的电流称为反向饱和电流向饱和电流( (即即I IS S) )，PNPN结结呈现为大电阻。该状态呈现为大电阻。该状态称：称：44小结小结n PNPN结加正向电压时结加正向电压时，正向扩散电流远大于漂移电流，正向扩散电流远大于漂移电流，PNPN结结导通导通；PNPN结加反向电压时结加反向电压时，仅有很小的反向饱和电流，仅有很小的反向饱和电流I IS S，考虑到考虑到I IS S 0 0，则认为，则认为PNPN结截止结截止。n PNPN结结正向导通、反向截止正向导通、反向截止的特性称的特性称PNPN结的结的。1.2.1 PN1.2.1 PN结基本

20、原理结基本原理45PNPN结外加结外加反向电压反向电压且电压值超过一定限度时，反向且电压值超过一定限度时，反向电流急剧增加而结两端电压基本不变的现象。电流急剧增加而结两端电压基本不变的现象。1.2.1 1.2.1 PNPN结基本原理结基本原理击穿不一定导致损坏。击穿不一定导致损坏。利用利用PNPN结击穿特性可以制作稳压管。结击穿特性可以制作稳压管。2. PN2. PN结的特性结的特性 （2 2）击穿特性）击穿特性 n击穿分类：雪崩击穿；齐纳击穿。击穿分类：雪崩击穿；齐纳击穿。46反向电压增大反向电压增大内建电场增强内建电场增强载流子动能增大载流子动能增大碰撞原子核碰撞原子核产生电子空穴对产生电

21、子空穴对1.2.1 1.2.1 PNPN结基本原理结基本原理v 击穿特性击穿特性-雪崩击穿雪崩击穿 47齐纳击穿齐纳击穿( (场致击穿场致击穿) )掺入杂质浓度小的掺入杂质浓度小的PNPN结中，结中，雪崩击穿雪崩击穿是主要的，击穿电压一般是主要的，击穿电压一般在在6V6V以上以上；在掺杂很重的；在掺杂很重的PNPN结中，结中，齐纳击穿齐纳击穿是主要的，击穿电是主要的，击穿电压一般在压一般在6V6V以下以下。击穿电压在。击穿电压在6V6V左右左右的的PNPN结常兼有结常兼有两种击穿现两种击穿现象象。(2)(2)击穿特性击穿特性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理2 2. PN.

22、 PN结的特性结的特性 反向电压足够高反向电压足够高合成电场很强合成电场很强破坏共价键破坏共价键产生新的电子空穴对产生新的电子空穴对PNPN结宽结宽载流子剧增，电流增大载流子剧增，电流增大48将限制器件工作频率。将限制器件工作频率。 势垒电容势垒电容BC 扩散电容扩散电容DC(3)(3)电容特性电容特性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理2 2. PN. PN结的特性结的特性 由势垒区内电荷存储效应引起。势垒区相当于介质，它两边的由势垒区内电荷存储效应引起。势垒区相当于介质，它两边的P P区和区和N N区相当于金属。当外加电压改变时，势垒区的电荷量改区相当于金属。当外加电压改

23、变时，势垒区的电荷量改变引起的电容效应，称为势垒电容。变引起的电容效应，称为势垒电容。0/()BBCCUUC CT T值随外加电压的改变而改变，值随外加电压的改变而改变，为非线性电容。为非线性电容。49C CD D 值与值与PNPN结的正向电流结的正向电流I I成正比成正比 。由势垒区两侧的由势垒区两侧的P P区和区和N N区正负电荷混合贮存所产生。区正负电荷混合贮存所产生。(3)(3)电容特性电容特性 1.2.1 PN1.2.1 PN结基本原理结基本原理 p p ：空穴寿命：空穴寿命 n n ：电子寿命：电子寿命U UT T ：热电压：热电压I: :正向电流正向电流2 2. PN. PN结的

24、特性结的特性 小结小结n PNPN结正向运用时结正向运用时 C CB B、C CD D同时存在，同时存在，C CD D起主要作用起主要作用n PNPN结反向运用时，只有结反向运用时，只有C CB B 。50v 晶体二极管结构与符号v 晶体二极管伏安特性v 晶体二极管参数v 晶体二极管电路分析方法v 晶体二极管电路举例1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管51点接触型点接触型 面结合型面结合型平面型平面型 符号符号 1. 1. 结构与符号结构与符号 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管52 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管53伏安特性图伏安特性图 2. 2. 伏安特性伏

25、安特性 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管曲线特征曲线特征：小电流范围近似呈指数规律，小电流范围近似呈指数规律，大电流时接近直线。大电流时接近直线。主要参数主要参数 存在门限电压存在门限电压U Uthth 锗管锗管 U Uthth 0.2V 0.2V 硅管硅管 U Uthth 0.6V 0.6V 正向特性、反向特性、击穿特性正向特性、反向特性、击穿特性正向特性正向特性54伏安特性图伏安特性图 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管主要参数主要参数：反向饱和电流反向饱和电流 I IS S曲线近似呈水平线，曲线近似呈水平线，略有倾斜略有倾斜2. 2. 伏安特性伏安特性反向特性反向特

26、性55 伏安特性图伏安特性图 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管重要参数重要参数：U UZ Z反向电流急剧增加而二反向电流急剧增加而二极管端压近似不变。极管端压近似不变。（） 2. 2. 伏安特性伏安特性击穿特性击穿特性56(c)(c)击穿特性击穿特性 (b)(b)反向特性反向特性(a)(a)正向特性正向特性T T 则则U Uthth T T 则则I IS S T T 则则U UZ Z ( (雪崩击穿雪崩击穿) )T T 则则U UZ Z ( (齐纳击穿齐纳击穿) ) 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管2. 2. 伏安特性伏安特性课本课本P10P10，公式（，公式（1-41

27、-4）（）（1-51-5）57正向特性近似正向特性近似 ; 时时 sIi1/TUue反向特性近似反向特性近似 ; 时时TUuseIi/1/TUue 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管26 qkTUT式中式中：mV T=300K时时3. 3. 伏安特性数学表达式伏安特性数学表达式（背过）（背过）584. 4. 主要参数主要参数 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管表征工作性能表征工作性能性能参数性能参数表征安全工作范围表征安全工作范围极限参数极限参数参数参数定义定义 ：R RD D= U / I |Q点处点处R RD D是是 u u 或或 i i 的函数的函数59mVI26Q

28、1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管 ：影响器件最高工作频率影响器件最高工作频率4. 4. 主要参数主要参数定义：定义：（背过）（背过）Qddidur|/60工作电流工作电流 I IOMOM易导致二极管过热失效易导致二极管过热失效允许加到二极管允许加到二极管( (非稳压管非稳压管) )的最高反向电压的最高反向电压实际功耗大于实际功耗大于P PDM DM 时易导致二极管过热损坏时易导致二极管过热损坏 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管4. 4. 主要参数主要参数615.5.晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法iRUu i = f (u ) 1.2.2 1.2.2 晶体二

29、极管晶体二极管62)()()()()()1(KKKKxfxfxxRUUIIIUUDDsDTD)/(1)/(ln据电路列方程组据电路列方程组采用牛顿采用牛顿- -拉夫森迭代算法拉夫森迭代算法迭代公式：迭代公式：5.5.晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管63 将实际二极管的将实际二极管的V-AV-A特性曲线作折线化近似。特性曲线作折线化近似。理想特性曲线理想特性曲线只考虑门限只考虑门限的特性曲线的特性曲线V-A特性特性符号符号5.5.晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管64考虑门限电压和考

30、虑门限电压和正向导通电阻的正向导通电阻的特性曲线特性曲线V-A特性特性符号符号r rd d：工作点处的动态电阻：工作点处的动态电阻仅考虑正、反向仅考虑正、反向导通电阻的特性导通电阻的特性曲线曲线5.5.晶体二极管电路分析方法晶体二极管电路分析方法 1.2.2 1.2.2 晶体二极管晶体二极管65例例1-11-1：半波整流电路中：半波整流电路中VDVD 理想，画出理想，画出u uO O ( (t t) )波形。波形。 输出输出uO(t) 取决于取决于VD 的工作状态是通还是断。的工作状态是通还是断。 1.2.3 1.2.3 晶体二极管应用电路晶体二极管应用电路解解：方法：判断二极管处于导通态还是

31、截止态方法：判断二极管处于导通态还是截止态 )(0)(tutuiO；VD截止截止 ui 0V66 1.2.3 1.2.3 晶体二极管应用电路晶体二极管应用电路iutoouto全波怎么做？全波怎么做？67结合图中给定的参数分析：结合图中给定的参数分析： VD1、VD2开路时，阳极对地电位为开路时，阳极对地电位为+5V，阴极对，阴极对地电位分别为地电位分别为+1V、0V，是比较各二极管的正向开路电压，正向开是比较各二极管的正向开路电压，正向开路电压最大的一只二极管抢先导通。路电压最大的一只二极管抢先导通。例例1-21-2： 图图a a所示二极管所示二极管门电路（门电路（VDVD 理想）理想）求：求

32、：u uO O 解：解：2.2.门电路门电路分析方法：分析方法：可见可见VD2导通导通。 1.2.3 1.2.3 晶体二极管应用电路晶体二极管应用电路68例例1 1-3 3: : 限幅电路中限幅电路中VDVD 理想，求理想，求u uO O( (t t) )并画出波形。并画出波形。 3.3.限幅电路限幅电路解：解： 1.2.3 1.2.3 晶体二极管应用电路晶体二极管应用电路 V5) t (u) t (uiO；VD截止截止 ui 5V；VD导通导通 ui 5V负向限幅？双向限幅？负向限幅？双向限幅？69 本本 节节 小小 结结理解并掌握二极管的理解并掌握二极管的特性曲线特性曲线理解二极管的理解二

33、极管的参数参数掌握二极管的掌握二极管的应用电路的分析方法应用电路的分析方法701.3 1.3 特殊二极管特殊二极管1.3.1 1.3.1 稳压二极管稳压二极管1.3.2 1.3.2 光电二极管光电二极管1.3.3 1.3.3 发光二极管发光二极管1.3.4 1.3.4 变容二极管变容二极管711.V-A1.V-A特性及符号特性及符号 1.3 1.3 特殊二极管特殊二极管注意符号当中的注意符号当中的“+”+”和和“-”-”的标识。的标识。利用利用PNPN结击穿区具有稳结击穿区具有稳定电压的特性工作。定电压的特性工作。722.稳压管主要参数稳压管主要参数稳定电压稳定电压U UZ Z：即即PNPN结

34、击穿电压结击穿电压稳定电流稳定电流I IZ Z ： I Izminzmin I IZ Z 0V0V时，特性曲线右移直至时，特性曲线右移直至u uCE CE 3V3V时曲线基本重合时曲线基本重合1. 1. 共射接法输入特性曲线共射接法输入特性曲线 1.4.4 1.4.4 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线88指指iB为参变量，为参变量，iC随随uCE变化的关系曲线变化的关系曲线),(2CEBCuifi 1.4.4 1.4.4 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线2. 2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线uCE89uCE曲线分为四区：曲线分为四区： 放大区放大区 饱和区饱和区 击穿区击穿区

35、截止区：截止区： 对应截止状态对应截止状态:E结结C结反偏结反偏 特点：特点：iE =0 iC =ICBO = iB 1.4.4 1.4.4 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线2. 2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线90放大状态放大状态: : E E结正偏结正偏C C结反偏结反偏 CuiiCEBC 1.4.4 1.4.4 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线2. 2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线特点特点1 1 放大特性放大特性 91 特点特点2 2：基调基调( (厄立厄立) )效应效应-U UA A 表现表现: :曲线略微上斜曲线略微上斜 1.4.4 1.4.4 晶

36、体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线2. 2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线92 1.4.4 1.4.4 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线2. 2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线 特点特点3 3：穿透电流：穿透电流： 时的时的0BiCiCEOCBOCIII)1 (93特点：特点：饱和现象：饱和现象：固定uCE ,iC基本不随iB变化u uCECE控制控制i iC C ：固定iB,iC随uCE剧烈变化 1.4.4 1.4.4 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线2. 2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线饱和状态饱和状态: : E E结正偏结正偏C C结正偏结正

37、偏94 1.3.4 1.3.4 晶体三极管特性曲线晶体三极管特性曲线2. 2. 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线注意：注意： 临界饱和：临界饱和：临界饱和电压：临界饱和电压：U UCESCESBECEBCuuu , 095,1关系 集电极集电极- -基极间反向饱和电流基极间反向饱和电流ICBO 集电极集电极-发射极穿透电流发射极穿透电流ICEO 关系：关系：ICEO=(1+ ) ICBO 1.4.5 1.4.5 晶体三极管主要参数晶体三极管主要参数1. 1. 放大参数放大参数2. 2. 极间反向电流极间反向电流极限电流极限电流-集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM极限电压极限电压

38、-U(BR)CBO，U(BR)CEO3. 3. 极限参数极限参数96极限功率极限功率-集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM安安 全全 工工 作作 区区 1.4.5 1.4.5 晶体三极管主要参数晶体三极管主要参数3. 3. 极限参数极限参数97 ICBO CBO 的温度特性的温度特性 T T 10100 0C C则则I ICBO CBO 约约1 1倍倍 U UBEOBEO的温度特性的温度特性 T T 1 10 0C C则则U UBEO BEO （ 对于对于PNPPNP管：管：U UEBOEBO ） (2(2 3)mV3)mV 的温度特性的温度特性 T T 10100 0C C则则 (0.

39、5(0.5 1)%1)% 4. 4. 晶体管参数的温度特性晶体管参数的温度特性 1.4.5 1.4.5 晶体三极管主要参数晶体三极管主要参数98本节小结本节小结l记忆记忆三极管结构符号三极管结构符号l理解理解外部电流关系外部电流关系l掌握掌握重要参数重要参数l理解理解特性曲线特性曲线991.5 1.5 场效应晶体管场效应晶体管1.5.1 1.5.1 结型场效应晶体管（结型场效应晶体管（JFETJFET）1.5.2 1.5.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（IGFETIGFET）1.5.5 1.5.5 场效应管的参数及特点场效应管的参数及特点100场效应管：场效应管：利用利用电压产生的电压产生

40、的电场效应电场效应来来控制控制电流电流的半导体器件。的半导体器件。特点：体积小，重量轻等，输入阻抗高，噪声低等。特点：体积小，重量轻等，输入阻抗高，噪声低等。FETJFETIGFET增强型增强型耗尽型耗尽型1.5 1.5 场效应晶体管场效应晶体管101DINSDG P PNDS 1.5.1 1.5.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 102 1.5.1 1.5.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 1. JFET1. JFET结构与符号结构与符号P-JFETP-JFETN-JFETN-JFETN N型导型导电沟道电沟道 P PNDSG栅极栅极源极源极漏极漏极103

41、两个两个P P+ +区与区与N N区形成两个区形成两个PNPN结，结，夹在其中的夹在其中的N N区区是电子由源极是电子由源极流向漏极的通道，称为导电沟流向漏极的通道，称为导电沟道。道。2. JFET2. JFET工作原理（以工作原理（以NJFETNJFET为例）为例） 1.5.1 1.5.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 正常工作条件：正常工作条件：PNPN结反偏结反偏104漏极电流漏极电流i iD D 受控于受控于u uGSGS。 1.5.1 1.5.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 2. JFET2. JFET工作原理（以工作原理（以NJFETNJFET

42、为例）为例）受受控控 于于取取决决 于于iD端压端压uDS沟道沟道电阻电阻R沟道沟道控制电控制电压压uGS(设设uDS一定一定)105 工作原理工作原理-uGS GS 控制控制iD D ( (uDS DS =C=C 0)0) uGS UDSUGSdgsiD iD 夹断夹断uGS = UGS(off) UDSUGSdgsiD 0初始初始沟道沟道UGSdgsiD UDSiD uGS uGS UDSUGSdgsiD =0iD = 0预夹断预夹断uGD = UGS(off) 1.5.1 1.5.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 2. JFET2. JFET工作原理（以工作原理（以NJ

43、FETNJFET为例）为例）106 工作原理工作原理- - uDS DS 影响影响 iD ( (uGS GS =C=C 0)0)UGSdgs iD 0 UDSiD uDS uDS uDS UDSUGSdgsiD 0iD=C=C 0 0初始初始沟道沟道UDSUGSdgsiD = 0预夹断预夹断uGD = UGS(off) iD 0iD UDSUGSdgsiD 1.5.1 1.5.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 2. JFET2. JFET工作原理（以工作原理（以NJFETNJFET为例）为例）107 1.5.1 1.5.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 2.

44、 JFET2. JFET工作原理（以工作原理（以NJFETNJFET为例）为例）小结：小结： iD D 受控于受控于uGSGS : : uGSGS 则则 iD D 直至直至iD D =0=0 JFET JFET管随管随uGSGS值的增加经预夹断至夹断状态值的增加经预夹断至夹断状态 iD D 受受uDSDS影响影响 : : uDSDS 则则iD D 先增随后近似不变先增随后近似不变 预夹断前预夹断前uDSDS 则则iD D 以以预夹断状态为分界线预夹断状态为分界线 预夹断后预夹断后uDSDS 则则iD D 不变不变108 区别夹断与预夹断：区别夹断与预夹断： 夹断时：夹断时： u uGS GS

45、U UGSGS( (off) off) ，i iD D =0=0 预夹断时：预夹断时：u uGDGD = U UGSGS( (off) off) (或u uGS GS - u- uDSDS = U UGS(off)GS(off) ) i iD D 0 0 预夹断前预夹断前：u uGDGD U UGSGS( (off) off) (或u uGS GS - u- uDSDS U UGS(off)GS(off) ) 预夹断后：预夹断后：u uGDGD U UGSGS( (off) off) (或u uGS GS - u- uDSDS U UGS(off)GS(off) ) 1.5.1 1.5.1 结

46、型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 2. JFET2. JFET工作原理（以工作原理（以NJFETNJFET为例）为例）UDSUGSdgsiD =0iD = 0iD UDSUGSdgsiD 109指uGS为参变量，iD随uDS变化的关系曲线),(1DSGSDuufi3. JFET3. JFET特性曲线（以特性曲线（以NJFETNJFET为例）为例） 1.5.1 1.5.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 110输出曲线分四区：输出曲线分四区： 放大区放大区 可变电阻区可变电阻区 击穿区击穿区截止区截止区： 对应对应夹断状态夹断状态 特点：特点：u uGSGS U UG

47、SGS ( (off) off) i iD D=0=0 截止区截止区 1.5.1 1.5.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 3. JFET3. JFET特性曲线（以特性曲线（以NJFETNJFET为例）为例）111放大区：放大区： 对应管子对应管子预夹断后预夹断后的状态的状态 特点：受控放大，特点：受控放大， iD 只受只受uGS控制控制 u uGS GS 则则i iD D 放大区放大区 1.5.1 1.5.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 3. JFET3. JFET特性曲线（以特性曲线（以NJFETNJFET为例）为例）112可变电阻区：可变电阻区： 对

48、应预夹断前状态对应预夹断前状态 特点：特点：固定固定uGS，uDS 则则iD近似线性近似线性 - 固定固定uDS，变化变化uGS则阻值变化则阻值变化 - 可变电阻区可变电阻区 可可变变电电阻阻区区 1.5.1 1.5.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 3. JFET3. JFET特性曲线（以特性曲线（以NJFETNJFET为例）为例）113击穿区：击穿区： 对应对应PN结击穿状态结击穿状态 特点：特点：uDS 很大很大 iD急剧增加急剧增加 击击穿穿区区 1.5.1 1.5.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 3. JFET3. JFET特性曲线（以特性曲线（

49、以NJFETNJFET为例）为例）114指指uGS为参变量，为参变量，iD随随uDS变化的关系曲线变化的关系曲线),(2DSGSDuufi 1.5.1 1.5.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 3. JFET3. JFET特性曲线（以特性曲线（以NJFETNJFET为例）为例）115 预夹断后转移特性曲线重合预夹断后转移特性曲线重合 曲线方程曲线方程DSoffGSGSuUu)(02)()1 (offGSGSDSSDUuIi 1.5.1 1.5.1 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 3. JFET3. JFET特性曲线（以特性曲线（以NJFETNJFET为例）为例

50、）116根据栅极绝缘材料分为根据栅极绝缘材料分为: : 金属金属- -氧化物氧化物- -半导体场效应管半导体场效应管(MOSFET(MOSFET或或MOS)MOS) 金属金属- -氮化硅氮化硅- -半导体场效应管半导体场效应管(MNSFET(MNSFET或或MNS) MNS) 金属金属- -氧化铝氧化铝- -半导体场效应管半导体场效应管(MALSFET)(MALSFET)根据根据导电沟道类型导电沟道类型分为分为: N: N沟道和沟道和P P沟道沟道根据根据是否存在原始导电沟道是否存在原始导电沟道分为分为: :增强型和耗尽型增强型和耗尽型 1.5.2 1.5.2 绝缘栅场效应管（绝缘栅场效应管（