半导体(全套530页PPT课件).pptx

1、(1-1)半导体器件半导体器件 1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 1.2 PN 结及半导体二极管结及半导体二极管 1.3 特殊二极管特殊二极管 1.4 半导体三极管半导体三极管 1.5 场效应晶体管场效应晶体管(1-2)1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识1.1.1 导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体 自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金，金属一般都是导体。属一般都是导体。有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体另有一类物质的导电特

2、性处于导体和绝缘体之间，称为之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和一些，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。硫化物、氧化物等。(1-3)半导体的导电机理不同于其它物质，所半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。比如：以它具有不同于其它物质的特点。比如：当受外界热和光的作用时，它的导当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。会使它的导电能力明显改变。(1-4)1.1.2 本征半导体本征半导体现代电子学中，用的最多的半导体是硅和现代电子学中，用的最多的半导体是硅

3、和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。GeSi(1-5)通过一定的工艺过程，可以将半导体通过一定的工艺过程，可以将半导体制成制成晶体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体，完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为称为本征半导体本征半导体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价，共用一对价电子。电

4、子。(1-6)硅和锗的晶体结构硅和锗的晶体结构(1-7)硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子(1-8)共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为键中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难，常温下束缚电子很难脱离共价键成为脱离共价键成为自由电子自由电子，因此本征半导体，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定

5、结构。子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+4(1-9)本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理在绝对在绝对0度（度（T=0K）和没有外界激发时）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即中没有可以运动的带电粒子（即载流子载流子），），它的导电能力为它的导电能力为0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成获得足够的能量而脱离共价键

6、的束缚，成为为自由电子自由电子，同时共价键上留下一个空位，同时共价键上留下一个空位，称为称为空穴空穴。(1-10)+4+4+4+4本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子(1-11)本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引临近的电子空穴吸引临近的电子来填补，这样的结果来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流可以认为空穴是载流子。子。(1-12)本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理本征半导体

7、中存在数量相等的两种载流本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。温度越高，载流子的浓度越高。因此本温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。的一大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。浓度。(1-13)1.1.3 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。就会使半导体的导电性能发生显

8、著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。大大增加。使自由电子浓度大大增加的杂质半导体使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为称为N型半导体型半导体（电子半导体），使空穴浓（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为度大大增加的杂质半导体称为P型半导体型半导体（空穴半导体）。（空穴半导体）。(1-14)N型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与

9、相临的半导体原子形成共价键，其中四个与相临的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为子给出一个电子，称为施主原子施主原子。(1-15)+4+4+5+4N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子(1-16)N型半导体型半导体N型半导体中的载流子是什么？型半导体中的载流子是什么？1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同相同

10、。2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。、本征半导体中成对产生的电子和空穴。3、掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，、掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为子称为多数载流子多数载流子（多子多子），空穴称为），空穴称为少数载少数载流子流子（少子少子）。）。(1-17)P型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子

11、，与相临的半导体原子形成共价键时，产生一个空相临的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为原子接受电子，所以称为受主原子受主原子。(1-18)+4+4+3+4空穴空穴P型半导体型半导体硼原子硼原子(1-19)总总 结结1、N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子，本征半导体中受激产生的电子只占少供的电子，本征半导体中受激产生的电子只占少数。数。N型半导体中空穴是少子，少子

12、的迁移也能型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。近似认为多子与杂质浓度相等。2、P型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。(1-20)杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法P P型半导体型半导体+N N型半导体型半导体(1-21)1.2 PN结及半导体二极管结及半导体二极管2.1.1 PN 结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P型型半导体和半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，型半导体，经过载流子的扩

13、散，在它们的交界面处就形成了在它们的交界面处就形成了PN结。结。(1-22)P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区空间电荷区PN结处载流子的运动结处载流子的运动(1-23)扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。荷区越宽。漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动内电场越强，就使漂内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。(1-24)漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运

14、动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动所以扩散和漂所以扩散和漂移这一对相反移这一对相反的运动最终达的运动最终达到平衡，相当到平衡，相当于两个区之间于两个区之间没有电荷运动，没有电荷运动，空间电荷区的空间电荷区的厚度固定不变。厚度固定不变。(1-25)+空间空间电荷电荷区区N N型区型区P P型区型区电位电位V VV V0 0(1-26)1、空间电荷区中没有载流子。、空间电荷区中没有载流子。2、空间电荷区中内电场阻碍、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、中的空穴、N中的电子（中的电子（都是多子都是多子）向对方运动）向对方运动（扩散运动扩散运动）。）。3、P中的电子和中的电子和N中的空穴（中

15、的空穴（都是少子都是少子），），数量有限，因此由它们形成的电流很数量有限，因此由它们形成的电流很小。小。请注意请注意(1-27)2.1.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 PN结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意的意思都是：思都是：P区加正、区加正、N区加负电压。区加负电压。PN结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意的意思都是：思都是：P区加负、区加负、N区加正电压。区加正电压。(1-28)PN结正向偏置结正向偏置+内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_内电场被削弱，内电场被削弱，多子的扩散加强多子的扩散加强能够形成较大的能够形成较大的扩散电流。扩散电流。(1-2

16、9)PN结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被被加强，内电场被被加强，多子的扩散受抑多子的扩散受抑制。少子漂移加制。少子漂移加强，但少子数量强，但少子数量有限，只能形成有限，只能形成较小的反向电流。较小的反向电流。(1-30)2.1.3 半导体二极管半导体二极管(1)、基本结构、基本结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型(1-31)PN结结面接触型面接触型PN(1-32)(2)、伏安特性、伏安特性UI死区电压死区电压 硅管硅管0.6V,锗管锗管0.2V。导通压降

17、导通压降:硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向击穿电反向击穿电压压U(BR)(1-33)(3)、主要参数、主要参数（1）最大整流电流）最大整流电流 IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。向平均电流。（2）反向击穿电压）反向击穿电压VBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压烧坏。手册上给出的最高反向工作电压VWRM一般一般是是VBR的一半。的一半。(1-34)（

18、3）反向电流）反向电流 IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要大几十到几百倍。的反向电流要大几十到几百倍。以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导电性包括整流、限幅、保护等。主要利用它的单向导电性包括整流、限幅、保护等。下面介绍两个

19、交流参数。下面介绍两个交流参数。(1-35)（4）微变电阻）微变电阻 rDiDvDIDVDQ iD vDrD是二极管特性曲线工是二极管特性曲线工作点作点Q附近电压的变化附近电压的变化与电流的变化之比：与电流的变化之比：DDDivr 显然，显然，rD是对是对Q附近的附近的微小变化量的电阻。微小变化量的电阻。(1-36)（5）二极管的极间电容）二极管的极间电容二极管的两极之间有电容，此电容由两二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：部分组成：势垒电容势垒电容CB和和扩散电容扩散电容CD。势垒区是积累空间电荷的区域，当电压势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷变

20、化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。(1-37)为了形成正向电流（扩散电流），注入为了形成正向电流（扩散电流），注入P区的少子（电子）在区的少子（电子）在P区有浓度差，越靠区有浓度差，越靠近近PN结浓度越大，即在结浓度越大，即在P区有电子的积累。区有电子的积累。同理，在同理，在N区有空穴的积累。正向电流大，区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。积累的电荷多。P+-N这样所产生的电容就是扩散电容这样所产生的电容就是扩散电容CD。(1-38)CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时

21、，载流子很少，扩散电容可忽略。反向偏置时，载流子很少，扩散电容可忽略。PN结高频小信号时的等效电路：结高频小信号时的等效电路：势垒电容和扩散势垒电容和扩散电容的综合效应电容的综合效应rd(1-39)例：二极管的应用：例：二极管的应用：RRLuiuRuotttuiuRuo(1-40)1.3 特殊二极管特殊二极管1.3.1 稳压二极管稳压二极管UIUZIZIZmax UZ IZ稳压误差稳压误差曲线越曲线越陡，电陡，电压越稳压越稳定。定。+-(1-41)稳压二极管的参数稳压二极管的参数（1）稳定电压）稳定电压 UZ（2）电压温度系数）电压温度系数 U（%/）稳压值受温度变化影响的的系数。稳压值受温度

22、变化影响的的系数。（3）动态电阻）动态电阻ZZIUZr (1-42)（4）稳定电流）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流Izmax、Izmian。（5）最大允许功耗）最大允许功耗maxZZZMIUP(1-43)1.3.2 光电二极管光电二极管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。IV照度增加照度增加(1-44)1.3.3 发光二极管发光二极管有正向电流流有正向电流流过时，发出一定过时，发出一定波长范围的光，波长范围的光，目前的发光管可目前的发光管可以发出从红外到以发出从红外到可见波段的光，可见波段的光，它的电特性与一它的电特性与一般二极管类似。般二极管类

23、似。(1-45)1.4 半导体三极管半导体三极管1.4.1 基本结构基本结构BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型(1-46)BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高(1-47)BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结(1-48)1.4.2 电流放大原理电流放大原理BECNNPEBRBEc发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基区断向基区扩散，形扩散，形成发射极成发

24、射极电流电流IE。IE基区空基区空穴向发穴向发射区的射区的扩散可扩散可忽略。忽略。IBE1进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合，形成空穴复合，形成电流电流IBE ，多数，多数扩散到集电结。扩散到集电结。(1-49)BECNNPEBRBEcIE集电结反偏，集电结反偏，有少子形成的有少子形成的反向电流反向电流ICBO。ICBO从基区扩从基区扩散来的电散来的电子作为集子作为集电结的少电结的少子，漂移子，漂移进入集电进入集电结而被收结而被收集，形成集，形成ICE。IC=ICE+ICBO ICEIBE2ICE(1-50)IB=IBE-ICBO IBEIB3BECNNPEBRBE

25、cIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE(1-51)4ICE与与IBE之比称为电流放大倍数之比称为电流放大倍数要使三极管能放大电流，必须使发要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。射结正偏，集电结反偏。BCCBOBCBOCBECEIIIIIIII (1-52)BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管(1-53)1.4.3 特性曲线特性曲线ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 实验线路实验线路(1-54)（1）输入特性）输入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1V 死区电死区电压，硅管压，硅管0

26、.5V，锗，锗管管0.2V。工作压降：工作压降：硅管硅管UBE 0.60.7V,锗锗管管UBE 0.20.3V。(1-55)（2）输出特性）输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满此区域满足足IC=IB称为线性称为线性区（放大区（放大区）。区）。当当UCE大于一大于一定的数值时，定的数值时，IC只与只与IB有关，有关，IC=IB。(1-56)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE UBE,集电结正偏，集电结正偏，IBIC，UCE 0.3V称为饱和区

27、。称为饱和区。(1-57)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE 死区电死区电压，称为截压，称为截止区。止区。(1-58)（3）主要参数）主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。还有共基、共集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：BC_II 1.电流放大倍数电流放大倍数和和 (1-59)工作于动态的三极管，真正的信号工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流

28、上的交流信号。基极电流是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为的变化量为 IB，相应的集电极电流变，相应的集电极电流变化为化为 IC，则，则交流电流放大倍数交流电流放大倍数为：为：BIIC (1-60)例：例：UCE=6V时时：IB=40 A,IC=1.5mA；IB=60 A,IC=2.3mA。5.3704.05.1IIBC_ 4004.006.05.13.2IIBC 在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=(1-61)2.集集-基极反向截止电流基极反向截止电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏电结反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流，

29、受温流，受温度的变化度的变化影响。影响。(1-62)3.集集-射极反向截止电流射极反向截止电流ICEO AICEO(1-63)BECNNPICBOICEO=IBE+ICBO IBE IBEICBO进入进入N区，区，形成形成IBE。根据放大关根据放大关系，由于系，由于IBE的存在，必的存在，必有电流有电流 IBE。集电结反偏集电结反偏有有ICBO(1-64)4.集电极最大电流集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，当值的下降，当 值下降到正常值的三分值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为之二时的集电极电流即为ICM。所以集电极电流应为：所以

30、集电极电流应为：IC=IB+ICEO而而ICEO受温度影响很大，当温度上升受温度影响很大，当温度上升时，时，ICEO增加很快，所以增加很快，所以IC也相应增加。也相应增加。三极管的温度特性较差三极管的温度特性较差。(1-65)5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCE超过一超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是册上给出的数值是25 C C、基极开路时基极开路时的击穿电压的击穿电压U(BR)CEO。(1-66)6.集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM集电极电流集电极电流IC流过三极管，所发出的流过三

31、极管，所发出的焦耳热为：焦耳热为：PC=ICUCE必定导致结温上升，所以必定导致结温上升，所以PC有限制。有限制。PC PCM(1-67)ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区(1-68)1.5 场效应晶体管场效应晶体管场效应管与双极型晶体管不同，它场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。性好。结型场效应管结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种场效应管有两种:(1-69)N基底基底：N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极（1）结构）结

32、构1.5.1结型场效应管结型场效应管:导电沟道导电沟道(1-70)NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS(1-71)PNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS(1-72)PGSDUDSUGSNN（2）工作原理（以）工作原理（以P沟道为例）沟道为例）NNPN结反偏，结反偏，UGS越大则耗越大则耗尽区越宽，导尽区越宽，导电沟道越窄。电沟道越窄。UDS较小时较小时(1-73)UDS较小时较小时PGSDUDSUGSNNNN但当但当UGS较小时，耗较小时，耗尽区宽度有限，存尽区宽度有限，存在导电沟道。在导电沟道。

33、DS间间相当于线性电阻。相当于线性电阻。UGS越大耗尽区越越大耗尽区越宽，沟道越窄，宽，沟道越窄，电阻越大。电阻越大。(1-74)PGSDUDSUGSNNUDS较小时较小时UGS达到一定值时达到一定值时（夹断电压夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，耗尽区碰到一起，DS间被夹断，漏间被夹断，漏极电流是极电流是ID=0。(1-75)PGSDUDSUGSUGSVp且且UDS较大时较大时UGDVP时耗尽区的形状时耗尽区的形状NN越靠近漏端，越靠近漏端，PN结反压越大结反压越大(1-76)PGSDUDSUGSUGSVp且且UDS较大时较大时UGDVP时耗尽区的形状时耗尽区的形状NN沟道中仍是电沟道中仍是电阻

34、特性，但是阻特性，但是是非线性电阻。是非线性电阻。(1-77)GSDUDSUGSUGSVpUGD=VP时时NN漏端的沟道被夹断，漏端的沟道被夹断，称为称为予夹断。予夹断。UDS增大则被夹增大则被夹断区向下延伸。断区向下延伸。(1-78)GSDUDSUGSUGS0时时UGS足够大时足够大时（UGSVT）感应出足够多感应出足够多电子，这里以电子，这里以电子导电为主电子导电为主出现出现N型的导型的导电沟道。电沟道。感应出电子感应出电子VT称为阈值电压称为阈值电压(1-91)PNNGSDUDSUGSUGS较小时，较小时，导电沟道相当导电沟道相当于电阻将于电阻将D-S连接起来，连接起来，UGS越大此电越

35、大此电阻越小。阻越小。(1-92)PNNGSDUDSUGS当当UDS不太大不太大时，导电沟时，导电沟道在两个道在两个N区区间是均匀的。间是均匀的。当当UDS较较大时，靠大时，靠近近D区的区的导电沟道导电沟道变窄。变窄。(1-93)PNNGSDUDSUGSUDS增加，增加，UGD=VT时，时，靠近靠近D端的沟端的沟道被夹断，道被夹断，称为予夹断。称为予夹断。夹断后夹断后ID呈呈恒流特性。恒流特性。ID(1-94)（3）增强型）增强型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT(1-95)输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS0(1-96)耗尽型耗尽型N沟

36、道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。加反向电压才能夹断。转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT(1-97)输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS=0UGS0(2-98)基本放大电路基本放大电路2.1 概论概论 2.2 放大电路的组成和工作原理放大电路的组成和工作原理 2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法 2.4 静态工作点的稳定静态工作点的稳定 2.5 射极输出器射极输出器 2.6 场效应管放大电路场效应管放大电路 2.7 阻容耦合多级放大电路阻容耦合多级放大电路 2.8 差动放大电路差动放

37、大电路(2-99)2.1 概论概论2.1.1 放大的概念放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的电子学中放大的目的是将微弱的变化信变化信号号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图。的四端网络表示，如图。uiuoAu(2-100)2.1.2 放大电路的性能指标放大电路的性能指标(1)电压放大倍数电压放大倍数AuiouUUA Ui和和Uo分别是输入和输出电压的有效值。分别是输入和输出电压的有效值。(2)输入电阻输入电阻ri放大电路一定要有前级（信号源）放大

38、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为其提供信号，那么就要从信号源取电流。流。输入电阻输入电阻是衡量放大电路从其前级是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。越小。(2-101)AuIiUSUiiiiIUr 输入电阻：输入电阻：(2-102)(3)输出电阻输出电阻roAuUS放大电路对其放大电路对其负载负载而言，相当于信号而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。

39、这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。rosU(2-103)如何确定电路的输出电阻？如何确定电路的输出电阻？在电路的计算中求在电路的计算中求ro有两个方法：有两个方法：1、所有的电源置零。、所有的电源置零。2、加压求流法。、加压求流法。UIIUro 将独立源置零，将独立源置零，保留受控源。保留受控源。(2-104)输出电阻的测量方法输出电阻的测量方法rosU Uo测量开路电压测量开路电压(2-105)输出电阻的测量方法输出电阻的测量方法rosU RLoU 测量接入负载测量接入负载后的输出电压后的输出电压LoooR)1UU(R (2-106)(4)通频带通频带fAuAum0.7AumfL下限截下

40、限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带：fbw=fHfL放大倍数放大倍数随频率变随频率变化曲线化曲线(2-107)2.1.3符号规定符号规定UA大写字母、大写下标，大写字母、大写下标，表示直流量。表示直流量。uA小写字母、大写下标，小写字母、大写下标，表示全量。表示全量。ua小写字母、小写下标，小写字母、小写下标，表示交流分量。表示交流分量。(2-108)uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量(2-109)2.2 基本放大电路的组成和工作原基本放大电路的组成和工作原理理三极管放三极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基放大器共

41、集放大器共集放大器以共射放以共射放大器为例大器为例讲解工作讲解工作原理原理(2-110)RB+ECEBRCC1C2T共射放大电路共射放大电路放大元件放大元件iC=iB，工作在放大区，工作在放大区，要保证集电结反要保证集电结反偏，发射结正偏。偏，发射结正偏。uiuo输入输入输出输出参考参考点点(2-111)共射放大电路共射放大电路集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T(2-112)共射放大电路共射放大电路集电极电阻，集电极电阻，将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的电压。电压。RB+ECEBRCC1C2T

42、(2-113)共射放大电路组成共射放大电路组成使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的并提供适当的静态工作点。静态工作点。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻RB+ECEBRCC1C2T(2-114)共射放大电路组成共射放大电路组成耦合电容耦合电容隔离输入输隔离输入输出与电路直出与电路直流的联系，流的联系，同时能使信同时能使信号顺利输入号顺利输入输出。输出。RB+ECEBRCC1C2T(2-115)单电源供电单电源供电可以省去可以省去RB+ECEBRCC1C2T(2-116)RB单电源供电单电源供电+ECRCC1C2T(2-117)基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理RB+ECRCC1

43、C2Tui=0时时由于电源由于电源的存在的存在IB 0IC 0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ(2-118)基本放大电路的工作原理基本放大电路的工作原理RB+ECRCC1C2TIBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)(2-119)(IBQ,UBEQ)和和(ICQ,UCEQ)分别对应于输入分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ(2-120)IBUBEQICUCEuiibibicuCE怎么变化怎么变化交流放大原交流放大原理理假设假设uBE有一微小的变有一微小的变化化

44、(2-121)ICUCEicuCE的变化沿一的变化沿一条直线条直线ucuCE相位如何相位如何uCE与与uBE反相！反相！(2-122)RB+ECRCC1C2uiiBiCuCuo各点波形各点波形(2-123)实现放大的条件实现放大的条件1、晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，、晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。集电结反偏。2、正确设置静态工作点，使整个波形处于放、正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。大区。3、输入回路将变化的电压转化成变化的基极、输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。电流。4、输出回路将变化的集电极电流转化成变化、输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电

45、极电压，经电容滤波只输出交流信的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。号。(2-124)2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效微变等效电路法电路法图解法图解法计算机仿真计算机仿真(2-125)2.3.1 直流通道和交流通道直流通道和交流通道 放大电路中各点的电压或电流都是在静放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。态直流上附加了小的交流信号。但是但是,电容对交、直流的作用不同。如果电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起电容容量足够大，可以认为它对交流不

46、起作用，即对交流短路。而对直流可以看成作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。开路，这样，交直流所走的通道是不同的。这样就有了这样就有了交流通道交流通道（只考虑交流信号（只考虑交流信号的分电路）和的分电路）和直流通道直流通道（只考虑直流信号（只考虑直流信号的分电路）。不同的信号可以分别在不同的分电路）。不同的信号可以分别在不同的通道分析。的通道分析。(2-126)RB+ECRCC1C2例：例：对直流信号（只有对直流信号（只有+EC）开路开路开路开路(2-127)RB+ECRC直流通道直流通道(2-128)RB+ECRCC1C2对交流信号对交流信号(输入信号输入

47、信号ui)短路短路短路短路置零置零(2-129)RBRCRLuiuo交流通道交流通道(2-130)2.3.2直流负载线直流负载线RB+ECRCICUCEUCEIC满足什满足什么关系？么关系？1、输出特性。、输出特性。2、UCE=ECICRC。(2-131)ICUCEUCE=ECICRCECCCRE直流负载线直流负载线与输出特与输出特性的交点性的交点就是就是Q点点QIB(2-132)2.3.3 交流负载线交流负载线RBRCRLuiuoicuceLcecR1ui 其中：其中：CLLR/RR (2-133)iC 和和 uCE是全量，与交流量是全量，与交流量ic和和uce有如下关系有如下关系Ccii

48、CEceuu 所以：所以：LCECR1ui 这就是说，交流信号的变化沿着斜率为：这就是说，交流信号的变化沿着斜率为：LR1 的直线。的直线。这条直线通过这条直线通过Q点，称为点，称为交流负载线交流负载线。(2-134)交流负载线的作法交流负载线的作法ICUCEECCCREQIB过过Q点作一条直线点作一条直线,斜率为斜率为:LR1 交流负载线交流负载线(2-135)2.3.3静态分析静态分析1、估算法：、估算法：（1）根据直流通道估算根据直流通道估算IBRB+ECRCIBUBEBBECBRUEI BCR7.0E BCRE RB称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称称为为偏置电流偏置电流。(2-136)

49、（2）根据直流通道估算根据直流通道估算UCE、IBRB+ECRCICUCECEOBCIII CCCCERIEU CI (2-137)2、图解法：、图解法：先估算先估算IB，然后在输出特性曲线上作，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与出直流负载线，与IB对应的输出特性曲线对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是与直流负载线的交点就是Q点。点。ICUCEBBECBRUEI QCCREEC(2-138)例：用估算法计算静态工作点。例：用估算法计算静态工作点。已知：已知：EC=12V，RC=4K，RB=300K ，=37.5。解：解：A40mA04.030012REIBCB mA5.104.05.3

50、7IIBC V645.112RIUUCCCCCE 请注意电路中请注意电路中IB和和IC的数量级的数量级(2-139)2.3.4 动态分析动态分析1、三极管的三极管的微变等效电路微变等效电路首先考察输入回路首先考察输入回路iBuBE当信号很小时，将输当信号很小时，将输入特性在小范围内近入特性在小范围内近似线性似线性。uBE iBbbeBBEbeiuiur 对输入的小交流信对输入的小交流信号而言，三极管相号而言，三极管相当于电阻当于电阻rbe。(2-140)对于小功率三极管：对于小功率三极管：)mA(I)mV(26)1()(300rEbe rbe的量级从几百欧到几千欧。的量级从几百欧到几千欧。(2