《模拟电子技术基础》教材-童诗白解读课件.ppt

1、2023-4-251课程总学时：课程总学时：60(十五周结束十五周结束);课课 程程 学学 分分：4.0；课课 程程 类类 型型：专业必修课。专业必修课。任课教师：马俊成任课教师：马俊成感谢同学们的支持和鼓励感谢同学们的支持和鼓励2023-4-252本课程的任务是：本课程的任务是：介绍常用半导体器件的特性与参数，重点讨论模拟介绍常用半导体器件的特性与参数，重点讨论模拟电路中的基本单元电路电路中的基本单元电路,研究电路工作原理与基本分析研究电路工作原理与基本分析方法，方法，掌握半导体器件的基本运用。掌握半导体器件的基本运用。教学形式教学形式:课堂采用多媒体授课；课后课堂采用多媒体授课；课后练习巩

2、固练习巩固。2023-4-2532023-4-2542023-4-2552023-4-2562023-4-257模拟电路常用器件模拟电路常用器件2N22022023-4-2582023-4-2591-1 根据材料导电能力根据材料导电能力(电阻率电阻率)的不同，来划分的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。导体、绝缘体和半导体。典型的半导体典型的半导体材料材料有有硅硅(Si)和和锗锗(Ge)以及以及砷化砷化镓镓(GaAs)等。等。导导 体：电阻率体：电阻率 109 cm半导体：电阻率半导体：电阻率介于前两者之间。介于前两者之间。2023-4-2510 当半导体受到光照时，导电能力大幅度增强，当半导体

3、受到光照时，导电能力大幅度增强，制成的制成的光敏二极管光敏二极管可以用于可以用于光敏控制光敏控制。半导体三大基本特性：半导体三大基本特性：1.半导体的半导体的热敏性热敏性(temperature sensitive).环境温度升高时，半导体的导电能力大幅度增环境温度升高时，半导体的导电能力大幅度增强，制成的强，制成的热敏电阻热敏电阻可以用于可以用于温度控制温度控制。T电导率电导率 s s 2.半导体的半导体的光敏性光敏性(light sensitive)IUmA半导体半导体T 1.5光照度光照度 光照光照2023-4-2511Doping impuritive)2023-4-2512本征半导体

4、本征半导体 一一.本征半导体本征半导体纯度纯度 6个个9(99.9999%)%)半导体的原子结构为半导体的原子结构为每个原子都处在正每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点。原子位于四面体的顶点。完全纯净、结构完整的半导体晶体。称为本征完全纯净、结构完整的半导体晶体。称为本征半导体。半导体。2023-4-2513 在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子与其相临的原子之间形成阵，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共价键，共用共用一对价电子。一对价电子。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+4

5、+4+4+4+4+4+4硅单晶材料硅单晶材料2023-4-2514三三.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键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子(即即载流载流子子),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，由于在常温下，由于热激发热激发，使一些价电子获得足够的能量而，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为脱离共价键的束缚，成为自由电子自由电子，同时共价键上留下一个，同时共价键上留下一个空位，称为空位，

6、称为空穴空穴。本征半导体中的载流子：本征半导体中的载流子：自由电子自由电子 free electron)空穴空穴(mobile hole)+4+4+4+4空穴空穴自由电子自由电子2023-4-25152023-4-25162023-4-2517*四四.本征半导体中的载流子浓度本征半导体中的载流子浓度kTEGeTKpn2231ii ni：自由电子的浓度：自由电子的浓度pi：空穴的浓度：空穴的浓度K1：系数（与半导体材料有关）系数（与半导体材料有关）T：绝对温度绝对温度式中：式中：k：波尔兹曼常数波尔兹曼常数EG：价电子挣脱共价键所需能量：价电子挣脱共价键所需能量,又叫禁带宽度又叫禁带宽度 本征半

7、导体中的本征半导体中的自由电子自由电子和和空穴空穴是成对产生是成对产生的的(本征激发本征激发)，由半导体物理得：，由半导体物理得：2023-4-2518 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体称为杂质半导体。N型半导体型半导体 掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。P型半导体型半导体 掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。掺入三价杂质元素（如硼）的

8、半导体。一般采用高温扩散工艺进行掺杂一般采用高温扩散工艺进行掺杂2023-4-2519一一.N型半导体型半导体本征本征硅或锗硅或锗 +少量磷少量磷 N N型半导体型半导体SiPSiSi自由电子自由电子在硅或锗晶体中掺入少量在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂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质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相临的个价电子，其中四个与相临的半导体原子形成共价键，必定半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子很容多出一个电子，这个电子很容易被激发而成为自由电子，磷易被激发而成为自由

9、电子，磷原子是不能移动的带正电的离子。每个磷原子给原子是不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为出一个电子，称为施主杂质施主杂质(donor impurity)。2023-4-2520施主杂质施主杂质自由电子自由电子2023-4-2521空穴空穴受主杂质受主杂质2023-4-25222023-4-2523dLndvEdLndEv-2023-4-25242023-4-25252023-4-2526 1.PN结加正向电压时结加正向电压时低电阻低电阻大的正向扩散电流大的正向扩散电流 正向电压使正向电压使PN结内结内建电场减弱，空间电建电场减弱，空间电荷区变薄荷区变薄,产生较大产生较大的正

10、向扩散电流。的正向扩散电流。扩散扩散大于飘移，正向电流大，大于飘移，正向电流大，PN结导通。结导通。PN结加正偏时的导电情况结加正偏时的导电情况2023-4-2527 2.PN结加反向电压时结加反向电压时 高电阻高电阻 很小的反向漂移电流，很小的反向漂移电流，PN结反向截止。结反向截止。在一定的温度条件下，由本征在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无基本上与所加反向电压的大小无关，故关，故反向饱和电流反向饱和电流很小。很小。加反加反偏偏的的PN结结2023-4-2

11、528 PN结加正向电压时，呈现低电阻，具结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流，处于导通状态；有较大的正向扩散电流，处于导通状态；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流，处于截止状态。有很小的反向漂移电流，处于截止状态。由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有结具有单向导单向导电性。电性。2023-4-2529三三.PN结电流方程结电流方程式中式中1)(eS TUuIiIS 反向饱和电流反向饱和电流UT 温度的电压当量温度的电压当量且在室温下且在室温下（T=300K）26mVV.0260qkTUTuiISD2023-4-2530

12、四四.PN结的伏安特性结的伏安特性在室温下（在室温下（T=300K），设），设 u=100 mV,而而 UT=26 mV，1554 eUuT/e所以当所以当 u100 mV 时，时，PN结方程可以简化为结方程可以简化为TT/S/Se1)(eUuUuIIi 同样当同样当 u -100 mV 时，时，PN结电流方程可以简化为结电流方程可以简化为SIi 1)(eS TUuIiuiIS正向特性正向特性反向特性反向特性2023-4-2531TT/S/Se1)(eUuUuIIi 26mV TU27026.07.01eIeImASSAeIS92731088.11012023-4-2532PN结的反向击穿结的

13、反向击穿 当当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为快速增加，此现象称为PN结的结的反向击穿反向击穿。雪崩击穿雪崩击穿 齐纳击穿齐纳击穿反向击穿反向击穿当当UBR4V时称为时称为“齐纳击穿齐纳击穿”当当UBR7V时称为时称为“雪崩击穿雪崩击穿”在在UBR附近附近i大幅度变化，而大幅度变化，而u变化变化很小，具有稳压特性。很小，具有稳压特性。利用利用PN结的结的反向击穿特性反向击穿特性可以制成可以制成“稳压二极管稳压二极管”。u(V)i(mA)I BRUU O2023-4-2533E2023-4-25342.扩散电容扩散电容C

14、d扩散电容示意图扩散电容示意图 正偏时两区靠近正偏时两区靠近PN结附近存在可动结附近存在可动电荷的积累，具有电电荷的积累，具有电容效应。此效应用扩容效应。此效应用扩散电容散电容Cd表征。表征。2023-4-2535DjdVdQC dbjCCC 2023-4-25362023-4-2537 在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有管按结构分有点接触型、面接触型和平面型点接触型、面接触型和平面型三大类。三大类。(1)(1)点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结面积小，结电容小，用于结电容小，用于检波和变频等高检波和变频等高频电

15、路。频电路。外壳外壳触丝触丝基片基片2023-4-2538面接触型面接触型PN结结面接触型的面接触型的PNPN结面积大，用于低频大电流整流电路。结面积大，用于低频大电流整流电路。平面型用于集成电路、高频整流和开关电路。平面型用于集成电路、高频整流和开关电路。平面型平面型阳极阳极NP阴极阴极2023-4-25392023-4-2540 1.2.2 伏安特性伏安特性二极管的伏安特性曲线可用下式表示二极管的伏安特性曲线可用下式表示)1(/SDD TUueIi二极管的二极管的V-I 特性特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向击穿特性反向击穿特性实际实际V-I由实验电由实验电路测量得出路测量得出u(V

16、)i(mA)BRUSIOonU i(A)2023-4-2541u(V)i(mA)BRUSIOC20oonUC80o温度对二极管温度对二极管伏安特性的影响伏安特性的影响T（）在电流不变情况下在电流不变情况下管压降管压降u 反向饱和电流反向饱和电流IS，UBR T（）正向特性左移，反正向特性左移，反向特性下移向特性下移2023-4-2542硅和锗材料二极管伏安特性比较硅和锗材料二极管伏安特性比较u(V)i(mA)oSiGe2.08.06.04.02550204060208040 i(A)2023-4-2543 1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数2023-4-2544 最高工作频率最高工作

17、频率fM:2023-4-2545DDDIUr DDDIUR 2023-4-2546QiurDDD )1(TS UuDDeIiTTSDTdd1UIeUIuirDUuDDD )K300T(26 D)mV(TD 当当IIUrDDDDIUR 二极管直流电阻二极管直流电阻RD和动态电和动态电阻阻 rD 的大小与二极管的工作的大小与二极管的工作点有关。对同一工作点而言，点有关。对同一工作点而言，直流电阻直流电阻RD大于动态电阻大于动态电阻 rD，对不同工作点而言，工作点愈对不同工作点而言，工作点愈高，高，RD和和rD愈低。愈低。2023-4-2547)1(/SDD TUueIi2023-4-2548 一一

18、.理想开关模型理想开关模型特点：特点：uD 0时时,二极管导通二极管导通;uD0.7V(硅管硅管)时时,二极管导通，二极管导通，uD0)时，时，uD2023-4-2550DonrRUUI D 理想理想uDiD2023-4-2551D1D2D3USABCUS正半周时正半周时D1、D3导通，导通，D2截止截止A、C被短路，被短路，US 的的 正半周电压全部加到正半周电压全部加到B上。上。US负半周时负半周时D1、D3截止，截止，D2导通导通B被短路，被短路，US 的正半周的正半周电压全部加到电压全部加到A、C上。上。US全周期加到全周期加到A、C上的平均电压只有上的平均电压只有B的一半。的一半。所

19、以所以2023-4-2552例例2：解：运用戴维南定理解：运用戴维南定理D+ID2.5V1.5KW W mA D2.15.17.05.2 ID5V+3KW WID10V3KW W 2023-4-25532023-4-25544截止截止导通导通08t0t8sinV,E=4Viut如果考虑二极管导通电压，则此时输出最大正向电压为如果考虑二极管导通电压，则此时输出最大正向电压为4.7V。，导通导通，2023-4-2555408t0t导通导通导通导通截止截止截止截止ui=8sin t (V)，如果考虑二极管导通电压，则此时电压输出最大幅度如果考虑二极管导通电压，则此时电压输出最大幅度Uom4+0.7

20、V。2023-4-2556 利用二极管的单向导电性，相当于一个受外加电利用二极管的单向导电性，相当于一个受外加电压极性控制的开关。压极性控制的开关。半导体二极管开关特性半导体二极管开关特性二极管电路分析方法二极管电路分析方法：1）先将二极管从电路中断开，分别求出其两端）先将二极管从电路中断开，分别求出其两端的正向电压；的正向电压；2）根据二极管的单向导电性，二极管承受正向）根据二极管的单向导电性，二极管承受正向电压则导通，反之则截止。若电路中存在两电压则导通，反之则截止。若电路中存在两只以上二极管，则正向电压大的管子优先导只以上二极管，则正向电压大的管子优先导通。通。2023-4-255720

21、23-4-2558Z IZUZU 或或2023-4-2559正向特性和普通二极管相同正向特性和普通二极管相同反向击穿区曲线越陡，即动态电阻反向击穿区曲线越陡，即动态电阻 rZ 越小，稳压越小，稳压性能越好。性能越好。ZZZ IUr Z IZUZU 2023-4-25601.稳定电压稳定电压UZ 2.最小稳定电流最小稳定电流 IZmin3.最大稳定电流最大稳定电流 IZMAX 不同型号的稳压管，都规定一个最大稳定电流，防止不同型号的稳压管，都规定一个最大稳定电流，防止稳压管过流发生热击穿而损坏。稳压管过流发生热击穿而损坏。保证稳压管稳压性能的保证稳压管稳压性能的最小工作电流。最小工作电流。IZm

22、in很很小，常视为零。小，常视为零。UZ2.5 30V2023-4-25614.最大允许耗散功率最大允许耗散功率PZMmaxZZZMIUP稳压管不发生热击穿的最稳压管不发生热击穿的最大功率损耗。大功率损耗。5.动态电阻动态电阻zzZIUr 动态电阻越小稳压管稳压效果越好动态电阻越小稳压管稳压效果越好6.电压温度系数电压温度系数 稳压管受温度变化的影响系数。稳压管受温度变化的影响系数。Z IZUZU 2023-4-2562例例1.如如图图所示所示电路中电路中，R=RL=500,DZ 的的稳定工稳定工作电压作电压UZ=6V;求求:当当Ui=10V 时时UO=，IZ =;当当 Ui=20V 时时UO

23、=，IZ =。解：解：Ui=10V时时Ui=20V时时ZiLLUVURRR 50,5 ZOIVUZiLLUVURRR 10mARURUUIVULZZiZO16,6 -2023-4-2563-例：例：如图所示电路，设稳压二极管如图所示电路，设稳压二极管DZ1和和DZ2的稳定工作的稳定工作电压分别是电压分别是5V和和10V，试求出电路的输出电压，试求出电路的输出电压UO，判，判断稳压二极管所处的工作状态。已知稳压二极管正向电断稳压二极管所处的工作状态。已知稳压二极管正向电压为压为0.7V。解：解：当稳压二极管当稳压二极管DZ1和和DZ2断开时，断开时，DZ1和和DZ2同时加同时加有有25V反向电压

24、。由于反向电压。由于DZ1反向击穿电压比反向击穿电压比DZ2小，所小，所以以DZ1先被击穿，输出电压先被击穿，输出电压UO稳定在稳定在5V。DZ1处于击穿状态，处于击穿状态，DZ2处于截止状态。处于截止状态。2023-4-2564NPN晶体管晶体管PNP晶体管晶体管复合晶体管复合晶体管*1.3 2023-4-2565BJT常见外形：常见外形：2N2202小功率晶体管小功率晶体管大功率晶体管大功率晶体管ECB晶体管结构及类型晶体管结构及类型2023-4-25662023-4-2567NPN晶体管晶体管PNP晶体管晶体管注意：注意：电路符号中的箭头方向电路符号中的箭头方向表示由表示由P指向指向N的

25、方向的方向NNPPPN2023-4-2568集电结集电结发射结发射结N-Si金属层金属层N型硅片型硅片（衬底）（衬底）以以NPN晶体管为例晶体管为例)2023-4-2569N-SiBJT三个区的作用三个区的作用 ：发射区：发射载流子发射区：发射载流子集电区：收集载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子2023-4-2570晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用CECBCC一一.BJT的三种组态的三种组态:BJT作为放大器件使用时将构成作为放大器件使用时将构成两个两个 回路，输入回路与输出回路，从而形成三种不回路，输入回路与输出回路，从而形成三种不同的接法，也称为三

26、种组态。同的接法，也称为三种组态。icib输入输入输出输出icie输入输入输出输出ieib输入输入输出输出2023-4-2571二二.BJT工作在放大状态的条件工作在放大状态的条件三极管的放大作用是满足自身的内部结构特点的前提下，三极管的放大作用是满足自身的内部结构特点的前提下，在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。内部结构：内部结构：BJT的结构特点的结构特点 外部条件：外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。以硅材料以硅材料NPN管为例管为例发射结正偏发射结正偏 UBE 0.7V；晶体管发射结导通晶体管发射结导

27、通。集电结反偏集电结反偏 UCB 0,UCB=UCC UBE集电结电场很强集电结电场很强。NNPIbICUCCJCJE 发射区的掺杂浓度最高发射区的掺杂浓度最高(N+)；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。且掺杂浓度最低。2023-4-2572IbICUCCJCJEPPNUCE2023-4-2573中间电位对应管脚中间电位对应管脚B；NPN管中间电位靠近低电位管中间电位靠近低电位UE;PNP管中间电位靠近高电位管中间电位靠近高电位UE;UB UE 0.7V为为 Si-

28、NPN管管;UB UE-0.3V为为 Ge-PNP管管;.。U1U2U32023-4-25742023-4-2575BBUCCUIEP发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏IENIBN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，形成电流成电流IEN。基区空穴基区空穴向发射区向发射区扩散，形扩散，形成电流成电流IEP进入基区少数进入基区少数电子和空穴复电子和空穴复合，形成电流合，形成电流IBN，那么多数，那么多数去了？去了？ICNIENIBN从发射区扩从发射区扩散来的电子散来的电子作为基区的作为基区的少子，在外少子，在外电场的作用电场的作用下，漂移进下，漂移进

29、入集电区而入集电区而被收集，形被收集，形成电流成电流ICN。集电结反偏，集电结反偏，少子形成漂移少子形成漂移电流电流ICBO。ICBOCBOCNCIII CBOBCBOEPBNBIIIIII EPBNCNEPENEIIIIII 2023-4-25762023-4-2577IE扩散运动形成的电流扩散运动形成的电流IB复合运动形成的电流复合运动形成的电流IC漂移运动形成的电流漂移运动形成的电流BBUCCUIEPICBOCBOCNCIII CBOBCBOEPBNBIIIIII EPBNCNEPENEIIIIII ICNIENIBN EPBNCNEPENECBOBCBOEPBNBCBOCNCIIIII

30、IIIIIIIIIIBCEIII 2023-4-2578BBUCCUIEPICBOCBOCNCIII CBOBCBOEPBNBIIIIII EPBNCNEPENEIIIIII ICNIENIBN：共发射极直流电流放大系数：共发射极直流电流放大系数 BCBCBCNIIIIII CEOBCBOBCCBOBCBOCBCNIIIIIIIIIII 1同时，同时，2023-4-2579+b c e-uA Ie=0 UCC ICBO I ICEOCEO集电极发射集电极发射极间的穿透电流极间的穿透电流+b Ib=0 c e-UCC ICEO uA I ICBOCBO集电结反向集电结反向 饱和电流饱和电流OCC

31、EOBII）（12023-4-2580BBUCCUIEPICBOCBOCNCIII CBOBCBOEPBNBIIIIII EPBNCNEPENEIIIIII ICNIENIBN：共基极直流电流放大系数：共基极直流电流放大系数 ECCBOECECBOCECNIIIIIIIIII BCECIIII EEECECBCIIIIIIII 1 999090.2023-4-2581当电路中增加变化量的输入当电路中增加变化量的输入（动态量）时，相应的电流放（动态量）时，相应的电流放大倍数为交流电流放大倍数：大倍数为交流电流放大倍数：BCECIIII 、2023-4-25821.3.3 BJT的特性曲线的特性曲

32、线输入特性曲线输入特性曲线输出特性曲线输出特性曲线BJTBJT的特性曲线的特性曲线输入回路输入回路输出回路输出回路实验电路实验电路UCE2023-4-2583晶体管特性图示仪2023-4-2584输入特性曲线的三个部分输入特性曲线的三个部分 死区死区 0UBEUon=0.4V 非线性区非线性区 UonUBE 0.6一一.输入特性曲线输入特性曲线constBEBCE)(UUfI0 0.4 0.6 UBE/V IB/A 输入特性曲线是指当集输入特性曲线是指当集射极之间的电压射极之间的电压UCE为某一常数时，输入回路中的基极电流为某一常数时，输入回路中的基极电流IB与加与加在基在基射极间的电压射极间

33、的电压UBE之间的关系曲线。之间的关系曲线。icib+UBEUCE+-0CE U2023-4-2585),(CEBEUUfIB IBUBEJCJENNPUCE+-I 的电流通道变窄的电流通道变窄,I 减小。要减小。要获得同样大的获得同样大的 I ,必需增大必需增大2023-4-2586C27二、输出特性曲线二、输出特性曲线 输出特性曲线是指当基极电流输出特性曲线是指当基极电流IB为常数时，输出电路中为常数时，输出电路中集电极电流集电极电流 IC与集与集 射极间的电压射极间的电压UCE之间的关系曲线。之间的关系曲线。constICBUfI CE)(UCE输出特性曲线输出特性曲线2023-4-25

34、87从输出特性上，可将三极管分为三个工作区从输出特性上，可将三极管分为三个工作区(工作状态工作状态)：截止区、饱和区、放大区。截止区、饱和区、放大区。BJT晶体三极管是一种电流控制器件晶体三极管是一种电流控制器件，其集电极电流其集电极电流受到基极电流的控制。受到基极电流的控制。BJT的器件模型可等效为电流控的器件模型可等效为电流控制电流源（制电流源（CCCS）。）。iCiB+UBEUCE+-饱饱和和区区放放大大区区截止区截止区BCII 2023-4-25881)截止区截止区(Cut off region)IB=0 曲线以下的区域。曲线以下的区域。条件：发射结零偏或反偏条件：发射结零偏或反偏集电

35、结反偏集电结反偏 由于由于ICEO很小，此时很小，此时UCE近似等于近似等于UCC，C与与E之间相之间相当于开关断开。当于开关断开。UCE截止区截止区2023-4-25892)2)饱和区饱和区(Saturation region)条件：条件：发射结正偏，发射结正偏，集电结正偏。集电结正偏。即：即：UBE 0，UBE UCE ,UCUB。小功率硅管的小功率硅管的 UCES=0.3V,小功率锗管的小功率锗管的 UCES=0.1V。相对于电源电压饱和时相对于电源电压饱和时UCES 很小，可以忽略。很小，可以忽略。C与与E之之间相当于开关闭合。间相当于开关闭合。此时此时IB对对IC失去了控制作用，失去

36、了控制作用，管子处于饱和管子处于饱和导通状态。饱和时的导通状态。饱和时的U UCECE电压记为电压记为U UCESCES 。输出特性曲线靠近纵输出特性曲线靠近纵轴边轴边UCE很小的区域。很小的区域。饱饱和和区区UCES饱和压降饱和压降2023-4-25903 3）放大区）放大区(Active region)条件：发射结正偏；条件：发射结正偏；集电结反偏。集电结反偏。特点：特点：特性曲线中，接近特性曲线中，接近水平的部分。水平的部分。UCESUCEUCC饱饱和和区区放放大大区区UCE 集电极电流与集电极电流与基极电流成正比。因此放大基极电流成正比。因此放大区又称为线性区、恒流区又称为线性区、恒流

37、区区。BCII 2023-4-2591 在放大区在放大区UCE变化时，变化时，IC基本不变。基本不变。这就是晶体这就是晶体 管的恒流特性。管的恒流特性。特性曲线的均匀间隔反映了晶体管电流放大作特性曲线的均匀间隔反映了晶体管电流放大作用的能力，间隔大，即用的能力，间隔大，即IC大，因而放大能力（大，因而放大能力（）也大。也大。放大区：放大区：2023-4-2592UCEBBBBBEBBRURUUI7.0B UCE=UCEUCE(min)=UCES=CCCCCESCCRURUUI C(max)UCE=UCES UCCBJTBJT工作在放大区时应满足工作在放大区时应满足:放大区工作条件：放大区工作条

38、件：UCES UCEUCC2023-4-2593例例1：测量到硅测量到硅BJT管的三个电极对地电位如图管的三个电极对地电位如图 试判断三极管的工作状态。试判断三极管的工作状态。放大放大截止截止饱和饱和(a)8V3.7V3V(b)3V2V12V(c)3V3.7V3.3V2023-4-25942023-4-2595;k 10 V,5U W W BBBR;k 300 V,5 W W BBBRU。k 300 V,3 BBBRU解：解：mAIIRUUIBCBBEBBB8.25,mA 43.0107.05 (max)(max),mA 35015CCCCESCCCIIRUUI UCE2023-4-2596;

39、k 300 V,5U W W BBBR 解：解：mA 014.03007.05 BBEBBBRUUImA 840014060.IIBCmAIICC3(max)V 48.12384.015 CCCCCERIUUUCE2023-4-25970 0 V 3 CBBBIIUV15015 CCCCCERIUU。k 300 V,3 W W BBBRUUCE2023-4-2598 一一.电流放大系数电流放大系数 同一型号的晶体管，同一型号的晶体管，值也值也有很大差别。一般放大器采有很大差别。一般放大器采用用 值为值为3080的晶体管为宜。的晶体管为宜。CBII CBII 由于实际曲线接近于平由于实际曲线接近

40、于平行等距行等距1.3.4 BJT的主要参数的主要参数2023-4-25992.共基极电流放大系数共基极电流放大系数 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 ECII 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 11 1 ECII 一般情况下一般情况下 ，同时，同时，可以不加区分。可以不加区分。,2023-4-25100二二.极间反向电流极间反向电流(a)反向饱和电流反向饱和电流 ICBO(b)穿透电流穿透电流 ICEOCBOCEO)(II 1 ICBO是发射极开路时，集是发射极开路时，集基反向饱和电流。通基反向饱和电流。通常希望常希望ICBO越小越好。在温度稳定性方面，硅管比锗越小越

41、好。在温度稳定性方面，硅管比锗管好。管好。ICEO是基极开路时，从集电极直接穿透三极管到达是基极开路时，从集电极直接穿透三极管到达发射极的电流。发射极的电流。ICBOICEO2023-4-25101(1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM 三三.极限参数极限参数集电极电流集电极电流 IC 超过一定值时，超过一定值时，值要下降，当值要下降，当 降到原降到原来值的来值的2/3时，对应的时，对应的记为记为ICM。(2)集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM PCM=ICUCE0bICICMb02b0/32023-4-25102由由U(BR)CEO、PCM、ICM 共共同确定三极管

42、的安全工作同确定三极管的安全工作区。区。2023-4-25103温度对温度对BJT特性的影响特性的影响 BEBBBECBOCEOCBO 1 )(UIIUIIIIITBC不变时不变时，即，即不变时不变时，；，3BI 3BI2BI2BI 1BI0BI1BI 0BI CI CI C20C60CEOI C60C20BI2BEU1BEU2023-4-25104)；一一.FET的分类的分类2023-4-25105存在两种类型的存在两种类型的JFET，四种类型的四种类型的MOSFET。JFETMOSFETN沟道沟道耗尽型耗尽型(正极性晶体管正极性晶体管)N沟道沟道耗尽型、耗尽型、N沟道增强型沟道增强型 (D

43、epletion)(Enhancement)P沟道沟道耗尽型耗尽型(负极性晶体管负极性晶体管)P沟道沟道耗尽型、耗尽型、P沟道增强型沟道增强型GSDDGS二二.FET电路符号电路符号2023-4-25106FET与与BJTCBECBEDGSDGS2023-4-25107输入阻抗高输入阻抗高,易实现直接耦合易实现直接耦合;高高,开关速度快；开关速度快；4).易集成易集成(LSI&VLSI)。5).GSD2023-4-251081.4.1 结型场效应管结型场效应管(JEFT)一一.NP+P+G(栅极栅极)S(源极源极)D(漏极漏极)GSDPN+N+G(栅极栅极)S(源极源极)D(漏极漏极)GSD导

44、电沟道导电沟道PN结耗尽层结耗尽层2023-4-251092023-4-25110PPUDSUGSPPPP二二.工作原理工作原理(以以)UGS 对沟道的控制作用对沟道的控制作用:当当UGS0时，时，PN结反偏，结反偏，|UGS|耗尽层加厚耗尽层加厚 沟道沟道变窄。变窄。|UGS|继续增大，沟道继续变继续增大，沟道继续变窄，当沟道夹断时，对应的栅窄，当沟道夹断时，对应的栅源电压源电压UGS称为称为夹断电压夹断电压UP（或（或UGS(off）。）。对于对于N沟道的沟道的JFET，UP 0。2023-4-25111PPUDSUGSPP当当UDS增加到使增加到使UGD=UP 时，在紧靠漏极处出现时，在

45、紧靠漏极处出现预夹预夹断断，UDS 继续继续 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 ID基本不基本不变，表现出恒流特性。变，表现出恒流特性。PP使靠近漏极处的耗尽层加宽，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分沟道变窄，从上至下呈楔形分布。布。2023-4-25112PPUDSUGSPPPP对对I 的控制作用的控制作用当当UU-UUT 的某一固定值时，的某一固定值时，UDS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当UDS=0时，时，ID=0；UDS ID ，同时，同时使靠近漏极处的导使靠近漏极处的导电沟道变窄，电沟道变窄，使使沟道沟道形形状状成楔形成楔形。当。当UDS增加到使增加到使UG

46、D=UT 时，在紧靠漏极处出时，在紧靠漏极处出现现预夹断预夹断。此时。此时UDS 夹断夹断区延长区延长沟道电阻沟道电阻 ID基本基本不变，表现出恒流特性。不变，表现出恒流特性。对同样的对同样的UDS，GS 增加，增加，沟道电阻减小，沟道电阻减小，ID 增加。增加。所以，此时可以通过改变所以，此时可以通过改变UGS 控制控制ID 的大小，的大小，2023-4-251212023-4-25122a).输出特性曲线输出特性曲线UDSN沟道沟道增强型增强型MOSFET特性曲线特性曲线2023-4-25123从输出特性上从输出特性上,可将可将FET分为三个工作区分为三个工作区:可变电阻区。可变电阻区。U

47、GS越越大大，漏源间等效交流电阻越，漏源间等效交流电阻越小小。线性放大区线性放大区 (恒流区恒流区,饱和区饱和区)夹断区（截止区）夹断区（截止区）UDS UGS-UT 2TGSD0D1)-(UUII UDS UT）UGS UT2023-4-25124FET正常工作时正常工作时UGS UGS 2TGSD0D1)-(UUII b).转移特性曲线转移特性曲线常常数数 DSUGSDUfI)(2023-4-25125P-SiGDSN+N+EDGS2023-4-25126b).输出特性曲线输出特性曲线a).试验电路试验电路UDS常数常数 GSUDSDUfI)(N沟道沟道耗尽型耗尽型FET特性曲线特性曲线2

48、023-4-25127UGS(V)UPID0IDSSb).转移特性曲线转移特性曲线常数常数 DSUGSDUfI)(UDS2PGSDSSD)1(UUII 2023-4-25128一一.直流参数直流参数1.开启电压开启电压UGS(th)：对增强型：对增强型MOS管，当管，当UDS为定值时，为定值时，使使iD刚好大于刚好大于0时对应的时对应的UGS值。值。2.夹断电压夹断电压UGS(off)（或（或UP）：对耗尽型：对耗尽型MOS管或管或JFET，当当UDS为定值时，使为定值时，使iD刚好大于刚好大于0时对应的时对应的UGS值。值。3.饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS：对耗尽型：对耗尽型MOS管或管

49、或JFET，UGS=0时对应的漏极电流。时对应的漏极电流。4.直流输入电阻直流输入电阻RGS：对于结型场效应三极管，：对于结型场效应三极管，RGS大于大于107，MOS管的管的RGS大于大于109，。2023-4-25129二二.交流参数交流参数1.低频跨导低频跨导gm：低频跨导反映了：低频跨导反映了uGS对对iD的控制作用。的控制作用。gm可可以在转移特性曲线上求得。以在转移特性曲线上求得。时时）（增增强强型型：当当时时）（耗耗尽尽型型：当当 TGSTTGSDOGSPPPGSDSSGSDm12012DSUuUUuIuUVUuIuigU2.极间电容极间电容：Cgs和和Cgd约为约为13pF，和

50、，和 Cds约为约为0.11pF。高。高频应用时，应考虑极间电容的影响。频应用时，应考虑极间电容的影响。3.输出电阻输出电阻rd：GSDDSdUiur 2023-4-25130三三.极限参数极限参数1.大漏极电流大漏极电流IDM：管子正常工作时漏极电流的上限值。：管子正常工作时漏极电流的上限值。2.击穿电压击穿电压U(BR)DS、U(BR)GS：管子漏：管子漏-源、栅源、栅-源击穿电压。源击穿电压。3.最大耗散功率最大耗散功率 PDM：决定于管子允许的温升：决定于管子允许的温升。2023-4-25131场效应管的漏极场效应管的漏极d、栅极、栅极g和源极和源极s分别对应晶体管分别对应晶体管的集电