1、2.1 电阻、电容和电感的回顾电阻、电容和电感的回顾2.2 半导体基础知识半导体基础知识2.3 二极管二极管2.4 三极管三极管2.5 场效应管场效应管2.6 其它半导体元件简介其它半导体元件简介2.1 电阻、电容和电感的回顾电阻、电容和电感的回顾n2.1.1电阻器电阻器 n电阻用来限制通过它所连支路的电流大小，符号为电阻用来限制通过它所连支路的电流大小，符号为“R”，电阻的单位是欧姆（，电阻的单位是欧姆（）。）。n2.1.2 电容器电容器n电容是一种储能元件，用字母电容是一种储能元件，用字母“C”表示，电容的单位是表示，电容的单位是法拉，简称法（法拉，简称法（F）。）。n n2.1.3 电感
2、器电感器n电感也是储能元件，用字母电感也是储能元件，用字母“L”表示，在国际单位制里，表示，在国际单位制里，电感的单位是亨利（电感的单位是亨利（H）。）。2.2 半导体基础知识半导体基础知识n导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，我们称之为导电能力介于导体和绝缘体之间的物质，我们称之为半导半导体体。n2.2.1 本征半导体本征半导体n高度提纯、晶体结构完整的单晶体叫做高度提纯、晶体结构完整的单晶体叫做本征半导体本征半导体。n1、本征半导体的原子结构、本征半导体的原子结构n2、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当温度变化或有光辐射作用时，少数价电子获得足够的能量，当温度变化或有光
3、辐射作用时，少数价电子获得足够的能量，可以克服共价键的束缚成为可以克服共价键的束缚成为自由电子自由电子，同时，在原来的共价同时，在原来的共价键中留下了一个空位，称为键中留下了一个空位，称为空穴空穴。n这种在光热激发下产生电子这种在光热激发下产生电子-空穴对的现象称为空穴对的现象称为本征激发本征激发。n在外电场的作用下，自由电子作定向运动，形成电子电流；空在外电场的作用下，自由电子作定向运动，形成电子电流；空穴也作定向运动，并形成空穴电流。穴也作定向运动，并形成空穴电流。n3、本征半导体的热平衡、本征半导体的热平衡n在半导体中，自由电子在运动过程中和空穴相遇就会填补在半导体中，自由电子在运动过程
4、中和空穴相遇就会填补空穴，重新被共价键束缚起来，自由电子空穴，重新被共价键束缚起来，自由电子-空穴成对消失空穴成对消失，这种现象称为，这种现象称为复合复合。n本征激发产生自由电子本征激发产生自由电子-空穴对，复合使自由电子空穴对，复合使自由电子-空穴对空穴对消失。在一定的温度下，两者达到动态平衡，称为消失。在一定的温度下，两者达到动态平衡，称为热平衡热平衡。n热平衡时本征半导体中载流子浓度一定，并且自由电子与热平衡时本征半导体中载流子浓度一定，并且自由电子与空穴的浓度相等。空穴的浓度相等。n本征半导体的导电能力很弱。在一般使用的温度范围内，本征半导体的导电能力很弱。在一般使用的温度范围内，温度
5、愈高，载流子浓度就愈高，导电性能也就愈好，因此温度愈高，载流子浓度就愈高，导电性能也就愈好，因此本征半导体具有对温度的敏感性。利用这种敏感性，可制本征半导体具有对温度的敏感性。利用这种敏感性，可制作热敏元件和光敏元件。作热敏元件和光敏元件。n2.2.2 杂质半导体杂质半导体n掺入杂质后的半导体叫掺入杂质后的半导体叫杂质半导体杂质半导体。杂质半导体分为电子。杂质半导体分为电子型半导体（型半导体（N型半导体）和空穴型半导体（型半导体）和空穴型半导体（P型半导体）型半导体）两种。两种。n1、N型半导体型半导体 n如图所示，在硅或锗的晶体中掺入少量五价元素原子。这如图所示，在硅或锗的晶体中掺入少量五价
6、元素原子。这种杂质半导体中的电子浓度高于空穴浓度，主要依靠电子种杂质半导体中的电子浓度高于空穴浓度，主要依靠电子导电，故称之为导电，故称之为电子型半导体电子型半导体或或N型半导体型半导体。n2、P型半导体型半导体n如图所示，在硅或锗的晶体中掺入少量三价元素原子。这如图所示，在硅或锗的晶体中掺入少量三价元素原子。这种杂质半导体中的空穴浓度高于电子浓度，主要依靠空穴种杂质半导体中的空穴浓度高于电子浓度，主要依靠空穴导电，故称之为导电，故称之为空穴型半导体空穴型半导体或或P型半导体。型半导体。n2.2.3 PN结的形成及特性结的形成及特性nPN结具有单向导电性结具有单向导电性，是构成各种半导体器件的
7、基础。，是构成各种半导体器件的基础。n1、载流子的扩散和漂移运动、载流子的扩散和漂移运动n（1）载流子的扩散运动）载流子的扩散运动n 在电中性的半导体中，当同一种载流子浓度有差别时在电中性的半导体中，当同一种载流子浓度有差别时，载流子将从浓度较高的区域向浓度较低的区域运动，这，载流子将从浓度较高的区域向浓度较低的区域运动，这种运动叫种运动叫扩散运动扩散运动，由此引起的电流叫，由此引起的电流叫扩散电流扩散电流。n（2）载流子的漂移运动）载流子的漂移运动n 半导体在无外加电场时，电子和空穴均处于杂乱无章半导体在无外加电场时，电子和空穴均处于杂乱无章的热运动状态，且其运动方向是随机的，所以它们的平均
8、的热运动状态，且其运动方向是随机的，所以它们的平均移动速度为零，即不产生电流。在有电场作用时，载流子移动速度为零，即不产生电流。在有电场作用时，载流子将作定向运动，这种运动叫将作定向运动，这种运动叫漂移运动漂移运动，由此引起的电流叫，由此引起的电流叫漂移电流漂移电流。n2、PN结的形成结的形成n 对一块半导体采用不同的掺杂工艺，使其一侧成为对一块半导体采用不同的掺杂工艺，使其一侧成为P型半导体，而另一侧成为型半导体，而另一侧成为N型半导体，在它们的交界面就型半导体，在它们的交界面就会形成会形成PN结。结。PN结的具体形成过程结的具体形成过程:1）由于浓度差引起的多子的扩散运动；）由于浓度差引起
9、的多子的扩散运动；2）由于内电场的作用形成的非平衡少子的漂移运动；）由于内电场的作用形成的非平衡少子的漂移运动；3）动态平衡；）动态平衡；n3、PN结的单向导电性结的单向导电性nP区接外加电压的正极，区接外加电压的正极，N区接负极，叫区接负极，叫PN结的正向偏置结的正向偏置，简称，简称正偏正偏。如图所示扩散电流超过漂移电流，最后形成。如图所示扩散电流超过漂移电流，最后形成正向电流。正向电流。nP区接外加电压的负极，区接外加电压的负极，N区接正极，叫区接正极，叫PN结的反向偏置结的反向偏置，简称，简称反偏反偏。如图所示在电路中形成了少子漂移的反向电。如图所示在电路中形成了少子漂移的反向电流，由于
10、少子数量少，因此反向电流很小。流，由于少子数量少，因此反向电流很小。n4、PN结的伏安特性结的伏安特性nPN结的导电特性可用下面的电流方程结的导电特性可用下面的电流方程及曲线表示及曲线表示：)1e(IiTPNU/uSPNn5、PN结的击穿特性结的击穿特性n当外加反向电压过高时，反向电流将突然增大，这种现象当外加反向电压过高时，反向电流将突然增大，这种现象称为称为反向击穿反向击穿。产生击穿时加在。产生击穿时加在PN结上的反向电压称为结上的反向电压称为反向击穿电压反向击穿电压U(BR)。击穿按机理分为。击穿按机理分为齐纳击穿齐纳击穿和和雪崩击穿雪崩击穿两种情况。两种情况。n齐纳击穿：齐纳击穿：在高
11、掺杂的情况下，因耗尽层宽度很小，不大的反向电压在高掺杂的情况下，因耗尽层宽度很小，不大的反向电压就可在耗尽层形成很强的电场，而直接破坏共价键，使价电子脱离共就可在耗尽层形成很强的电场，而直接破坏共价键，使价电子脱离共价键束缚，产生电子价键束缚，产生电子-空穴对，致使电流急剧增大，形成反向击穿。空穴对，致使电流急剧增大，形成反向击穿。n雪崩击穿：雪崩击穿：在材料掺杂浓度较低的在材料掺杂浓度较低的PN结中，当结中，当PN结反向电压增加时结反向电压增加时，空间电荷区中的电场将随之增强。当电场增强到一定程度时，通过，空间电荷区中的电场将随之增强。当电场增强到一定程度时，通过空间电荷区的电子将获得足够的
12、能量并不断的与空间电荷区中的晶体空间电荷区的电子将获得足够的能量并不断的与空间电荷区中的晶体原子发生碰撞，将束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子原子发生碰撞，将束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子-空穴对。新产生的自由电子又会在电场作用下撞出其它价电子，产空穴对。新产生的自由电子又会在电场作用下撞出其它价电子，产生更多新的自由电子生更多新的自由电子-空穴对。如此连锁反应，使得空间电荷区中载空穴对。如此连锁反应，使得空间电荷区中载流子的数量雪崩式地增加，流过流子的数量雪崩式地增加，流过PN结的电流就会急剧增大。结的电流就会急剧增大。6、PN 结的电容效应1.势垒电容 PN结外加电
13、压变化时，空间电荷区的宽度将发生变结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容同，其等效电容称为势垒电容Cb。2.扩散电容 PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容过程，其等效电容称为扩散电容Cd。dbjCCC结电容：结电容：结电容不是常量！若结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，结外加电压频率高到一定
14、程度，则失去单向导电性！则失去单向导电性！问题n为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？性能？n为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素？子是影响温度稳定性的主要因素？n为什么半导体器件有最高工作频率？为什么半导体器件有最高工作频率？2.3二极管n二极管的结构和类型n二极管的伏安特性、主要参数n二极管电路的分析方法、应用n稳压二极管工作原理及应用2.3.1 二极管的结构和类型二极
15、管的结构和类型将将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管结封装，引出两个电极，就构成了二极管。n普通二极管按使用的半导体材料不同分为普通二极管按使用的半导体材料不同分为硅管硅管和和锗锗管；管；n按结构形式不同，常用的有点接触型和平面型。按结构形式不同，常用的有点接触型和平面型。玻璃管封装塑料封装金属封装大型金属封装类型特点应用点接触性结面积小，结电容小，故结允许的电流小，最高工作频率高高频电路检波面接触性结面积大，结电容大，故结允许的电流大，最高工作频率低低频电路2.3.2二极管的伏安特性及电流方程材料材料开启电压开启电压导通电压导通电压反向饱和电流反向饱和电流硅硅Si0.5V0.60.8V
16、1A以下锗锗Ge0.1V0.20.3V几十A)(ufi 开启开启电压电压反向饱反向饱和电流和电流击穿击穿电压电压mV)26()1e(TSTUIiUu常温下温度的温度的电压当量电压当量二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。从二极管的伏安特性可以反映出：从二极管的伏安特性可以反映出：1.单向导电性单向导电性TeSTUuIiUu，则若正向电压)1e(TSUuIi2.伏安特性受温度影响伏安特性受温度影响T（）在电流不变情况下管压降在电流不变情况下管压降u 反向饱和电流反向饱和电流IS，U(BR)T（）正向特性左移正向特性左移，反向特性下移，反向特性下移正向
17、特性为正向特性为指数曲线指数曲线反向特性为横轴的平行线反向特性为横轴的平行线增大增大1倍倍/10STIiUu，则若反向电压n2.3.3 二极管的主要电参数二极管的主要电参数n二极管的主要参数如下：二极管的主要参数如下：n（1）最大整流电流）最大整流电流IFn 最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。极管的最大正向平均电流。n（2）反向工作峰值电压）反向工作峰值电压URn UR是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是反向击穿电压的一半或三分之二。一般是反向击穿电压的一半或
18、三分之二。n（3）反向电流）反向电流ISn IS是指在室温和最大反向电压下的反向电流。是指在室温和最大反向电压下的反向电流。IS愈小愈小，二极管的单向导电性愈好，二极管的单向导电性愈好，IS对温度比较敏感。对温度比较敏感。n2.3.4 二极管电路的分析方法二极管电路的分析方法n1、二极管电路的静态分析、二极管电路的静态分析a如果允许忽略导通压降，导通电阻及反向电流用此模型。b如果允许忽略导通电阻及反向电流用此模型。c如果允许反向电流用此模型。n【例例2.1】图示电路中，二极管的图示电路中，二极管的UON=0.7V，R=1k，试计算当试计算当ED分别为分别为0V、1V和和10V时，时，I的数值各
19、是多大的数值各是多大?n解：将图中二极管用恒压源简化电路模型替代，可得到简解：将图中二极管用恒压源简化电路模型替代，可得到简化等效电路如图化等效电路如图b。n由图可见，当由图可见，当EDUON时，理想二极管导通，回路电流可由下时，理想二极管导通，回路电流可由下式求得。式求得。n由前面的分析可知：由前面的分析可知：n当当ED=0V时，二极管截止，时，二极管截止，I=0n当当ED=1V时，二极管导通，时，二极管导通，n当当ED=10V，RUEIONDmA3.017.01RUEIONDmA3.917.010RUEIOND2、动态分析DTDDdIUiur根据电流方程，Q越高，越高，rd越小。越小。当二
20、极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻。管等效为一个电阻，称为动态电阻。ui=0时直流电源作用时直流电源作用小信号作用小信号作用静态电流静态电流n【例例2.2】图示电路中，图示电路中，2CP10是硅二极管，是硅二极管，UON=0.7V，R=1k，E=10V，ui=sint，求，求uO并画出其波形。并画出其波形。n解：（解：（1）求电路中的直流电压和电流，确定二极管直流）求电路中的直流电压和电流，确定二极管直流（静态）工作点（静态）工作点Q（UDQ，IDQ）。）。n二极管静态工作点的参数为：二极管静态工作点的
21、参数为：nUDQ=UON=0.7Vn输出电压的直流部分：输出电压的直流部分：UO=E-0.7=9.3VmA3.9k1V3.9RUIODQn（2）确定电路中的交流量。）确定电路中的交流量。n在交流电压作用下，流过二极管的是交流电流，此时应采在交流电压作用下，流过二极管的是交流电流，此时应采用二极管微变信号模型如图（用二极管微变信号模型如图（b），即把二极管等效为交），即把二极管等效为交流电阻流电阻rd：n输出电压的交流部分：输出电压的交流部分：n（3）把直流量和交流量叠加，就可得出在）把直流量和交流量叠加，就可得出在E和和ui共同作用共同作用时电路的输出电压时电路的输出电压uO。n输出波形如图（
22、输出波形如图（c）。）。8.2mA3.9mV26IUrDQTdtsin997.0tsin8.210001000urRRuidotsin997.0V3.9uUuoOOn2.3.5 半导体二极管的应用举例半导体二极管的应用举例n1、整流应用、整流应用n把交流电压变换成直流电压的过程称为整流。图（把交流电压变换成直流电压的过程称为整流。图（a）是）是半波整流电路，输出为半周的正弦脉冲电压，显然含有直半波整流电路，输出为半周的正弦脉冲电压，显然含有直流成分，如图（流成分，如图（b）所示。）所示。n2、检波应用、检波应用n3、限幅应用、限幅应用n限幅电路是防止输出电压超过给定值的电路，又称为削波限幅电路
23、是防止输出电压超过给定值的电路，又称为削波电路。下图是双向削波电路，限制输出电压不超过电路。下图是双向削波电路，限制输出电压不超过0.7V。n2.3.6 稳压二极管稳压二极管n1、稳压管的伏安特性、稳压管的伏安特性n稳压二极管（简称稳压管）是利用稳压二极管（简称稳压管）是利用PN结击穿特性制作的结击穿特性制作的元件，其伏安特性曲线如图元件，其伏安特性曲线如图(a)所示。所示。n稳压管的电路符号及其模型如图稳压管的电路符号及其模型如图(b)。n2、稳压管的主要参数、稳压管的主要参数n稳压管的主要参数有下面几个：稳压管的主要参数有下面几个：n（1）稳定电压）稳定电压UZn（2）稳定电流）稳定电流I
24、Zn 若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会因功耗若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电流的限流电阻！过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电流的限流电阻！n（3）动态电阻）动态电阻 rzUZ/IZn 反向伏安特性曲线愈陡，动态电阻愈小，稳压性能愈好反向伏安特性曲线愈陡，动态电阻愈小，稳压性能愈好。n（4）电压温度系数）电压温度系数Un（5）最大允许耗散功率）最大允许耗散功率PZM IZM UZ n【例例2.3】在图示稳压管稳压电路中，已知直流输入电压在图示稳压管稳压电路中，已知直流输入电压、稳压管的稳定电压及限
25、流电阻值如图所示，则输出电压、稳压管的稳定电压及限流电阻值如图所示，则输出电压UO分别为多少？分别为多少？n解：（解：（1）由图（）由图（a）所示电路可知，稳压管工作在稳压状）所示电路可知，稳压管工作在稳压状态，因此，态，因此，UO=6V。n （2）由图（）由图（b）所示电路可知，稳压管）所示电路可知，稳压管DZ1正偏导通正偏导通，导通压降为，导通压降为0.7V；稳压管；稳压管DZ2工作在稳压状态，因此，工作在稳压状态，因此，输出电压输出电压UO=0.7+UZ2=8.7V。思 考n1、将3V和6V的两个稳压管串并联进行组合，可得到几种稳压值？n2、判断图中的二极管是导通还是截止，并求出A、O两
26、端电压UAO。设二极管是理想二极管。6k18VD12VAO6k18VD12VAO作业1.习题5（c）（d）2.习题63.习题9 交作业时间3月12日!2.4三极管n一、三极管的结构及工作原理n二、三极管的特性曲线n三、三极管的主要参数n四、三极管的直流模型、低频小信号模型2.4 三极管三极管n 三极管是具有三极管是具有3个引脚的管子。但在电子技术中，通个引脚的管子。但在电子技术中，通常三极管指由两个常三极管指由两个PN结组成的结组成的双极型双极型器件，又称器件，又称BJT。n2.4.1 三极管的结构及工作原理三极管的结构及工作原理n1、三极管的结构及符号、三极管的结构及符号根据半导体排列方式的
27、根据半导体排列方式的不同，三极管又分不同，三极管又分NPN和和PNP两种类型，如图两种类型，如图（a）、（）、（b）所示。由图）所示。由图可见每一种三极管都有三可见每一种三极管都有三个区，分别是基区、个区，分别是基区、发射发射区和集电区区和集电区；三个极；三个极，基，基极极B（或（或b）、发射极）、发射极E（或（或e）和集电极）和集电极C（或（或c）；两个结，发射结和）；两个结，发射结和集电结。集电结。多子浓度高多子浓度高多子浓度很多子浓度很低，且很薄低，且很薄面积大面积大三极管的特性与这三个区的特点紧密相关。2、三极管的工作原理、三极管的工作原理（1）三极管内部载流子的运动）三极管内部载流子
28、的运动主流：主流：e区向区向b区扩散大量的电子，由区扩散大量的电子，由于于b区空穴浓度低且容积小，到达区空穴浓度低且容积小，到达b区的区的电子只有少部分可以复合形成电流电子只有少部分可以复合形成电流IBN，大量的电子以大量的电子以b区非平衡少子的形式被反区非平衡少子的形式被反偏的集电结电压漂移到偏的集电结电压漂移到c区形成区形成ICN。次流次流1：b区向区向e区扩散空穴在区扩散空穴在e区复合区复合形成电流形成电流IEP。次流次流2：因集电结反偏而形成的平衡少：因集电结反偏而形成的平衡少子漂移电流子漂移电流ICBO，此部分电流有，此部分电流有c区流向区流向b区的空穴及区的空穴及b区流向区流向c区
29、的电子。区的电子。（集电结反偏），即（发射结正偏）放大的条件BECECBonBE0uuuUu（2）三极管的电流关系及控制作用）三极管的电流关系及控制作用 IE=IEN+IEP IB=IBN+IEP-ICBO IC=ICN+ICBO IE=IB+IC CBOBCBOCBCNIIIIIIBEBCBOBCIIIIII)1()1(1I)1(IIIBBEC 三极管共基直流电流放大系数实践证明：三极管几何尺寸及参杂浓度不同，ICN和IB=IBN+IEP成不同的比例关系，定义该比例为三极管共射直流电流放大系数：表明：三极管是电流控制型器件n2.4.2 三极管的特性曲线三极管的特性曲线n三极管的特性曲线是用来
30、表示三极管各极的电压和电流之三极管的特性曲线是用来表示三极管各极的电压和电流之间相互关系的，它反映出三极管的性能。间相互关系的，它反映出三极管的性能。n1、三极管的输入特性曲线、三极管的输入特性曲线n当当UCE不变时，输入回路中的电流不变时，输入回路中的电流iB与电压与电压uBE之间的关系之间的关系曲线称为输入特性曲线，可表示为：曲线称为输入特性曲线，可表示为：常数CEUBEB|)u(fi图a 三极管输入特性测试电路为什么为什么UCE增大曲线右移？增大曲线右移？对于小功率晶体管，对于小功率晶体管，UCE大于大于1V的一条输入特性曲线的一条输入特性曲线可以取代可以取代UCE大于大于1V的所有输入
31、特性曲线。的所有输入特性曲线。为什么像为什么像PN结的伏安特性？结的伏安特性？为什么为什么UCE增大到一定值曲线增大到一定值曲线右移就不明显了？右移就不明显了？n2、三极管的输出特性曲线、三极管的输出特性曲线n 当当IB不变时，输出回路中的电流不变时，输出回路中的电流iC与电压与电压uCE之间的关系曲线称为之间的关系曲线称为输出特性曲线，可表示为：输出特性曲线，可表示为：常数BICEC|)u(fi对应于一个对应于一个IB就有一条就有一条iC随随uCE变化的曲线。变化的曲线。是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下?为什么为什么uCE较小时较小时iC随随uCE
32、变变化很大？为什么进入放大状态化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？曲线几乎是横轴的平行线？饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区BiCi)(CEBC共射交流电流放大系数常量Uii晶体管的三个工作区域特点 晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅几乎仅仅决定于输入回路的电流决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源控制的电流源iC。状态状态uBEiCuCE条件条件截止截止Uon ICEOVCC两结反偏两结反偏放大放大 UoniB uBE发射结正偏，集发射结正偏，集电结反偏电结反偏
33、饱和饱和 UoniB uBE两结正偏两结正偏1、测得某电路中工作在放大区的三极管的三个电极A、B、C的对地电位分别VA=-9V，VB=-6V，VC=-6.2V，试分析A、B、C中哪个是基极b、发射极e、集电极c？并说明此三极管是NPN管还是PNP管。2、某电路中工作在放大区的三极管三个电极A、B、C的电流如图所示，用万用表直流电流档测得IA=-2mA，IB=-0.04mA，IC=2.04mA，试分析A、B、C中哪个是基极b、发射极e、集电极c？并说明此三极管是NPN管还是PNP管。2.4.3 三极管的主要电参数三极管的主要电参数 直流参数直流参数：、ICBO、ICEOc-e间击穿电压间击穿电压
34、最大集电最大集电极电流极电流最大集电极耗散功最大集电极耗散功率，率，PCMiCuCE安全工作区安全工作区 交流参数：交流参数：、fT（使1的信号频率）极限参数极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEOECII1ECii温度对三极管参数的影响：温度对三极管参数的影响：n1）温度对）温度对ICBO的影响的影响n2）温度对输入特性的影响温度对输入特性的影响n3）温度对输出特性的影响）温度对输出特性的影响温度对输入特性和输出特性的影响BEBBBECBO )(uiiuIT不变时，即不变时讨论一由图示特性求出由图示特性求出PCM、ICM、U（BR）CEO、。CECCMuiP2.7CEBCUiiuCE=1V
35、时的时的iC就是就是ICMU（BR）CEO讨论二n 某三极管的极限参数ICM=100mA，PCM=150mW，V(BR)CEO=30V，若它的工作电压VCE=10V，则工作电流Ic不得超过多大？若工作电流Ic=1mA，则工作电压的极限值应为多少？n解：解：，因此工作电流Ic不得超过15mA；n ，因为V(BR)CEO=30V，所以工作电压的极限值为30V。mA1510150VPICECMcV1501150IPVcCMCE2.4.4 三极管的直流模型和中低频小信号等效模型三极管的直流模型和中低频小信号等效模型 半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元半导体器件的非线性特性使放大电
36、路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。件建立模型，来描述非线性器件的特性。n1、三极管的直流模型三极管的直流模型n 进行直流分析时，工作在放大状态下的三极管，其输入端可用进行直流分析时，工作在放大状态下的三极管，其输入端可用直流电压源等效，输出端可用受控电流源等效，共射接法下三极管简直流电压源等效，输出端可用受控电流源等效，共射接法下三极管简化直流电路模型可用下图表示。化直流电路模型可用下图表示。三极管简化直流电路模型2、三极管的微变等效模型三极管的微变等效模型(交流等效模型交流等效模型)n（1）三极管的）三极管的h参数。参数。n三极管在共射极接法时，可看成一个双口网络
37、，如图三极管在共射极接法时，可看成一个双口网络，如图a。图a 视作双口网路的三极管ube=h11ib+h12uceic=h21ib+h22uce 对应各电量的微小增量，有：对应各电量的微小增量，有：h11、h12、h21和和h22就叫做三极管在共射接法下的就叫做三极管在共射接法下的h参数。参数。)()(CEBCCEBBEuifiuifu，CECECBBCCCECEBEBBBEBEddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIU混合参数h参数的物理意义参数的物理意义beBBE11CEriuhUBCEBE12IuuhCEBC21UiihceCEC221Bruihib-e间的间的动态电阻
38、动态电阻内反馈内反馈系数系数电流放大系数电流放大系数c-e间的电导间的电导n（2）三极管的）三极管的h参数等效电路参数等效电路图a 三极管中低频小信号电路模型ce22b21cce12b11be uhihiuhihu电阻电阻无量纲无量纲无量纲无量纲电导电导图b 三极管输入回路的分析下面给出下面给出r rbebe的求法。的求法。e bebbbbeririuEQTbbbeIU)1(rrEQTebIUrbebebbbebbbbbebeiririuuiur(3)h参数的应用说明 n动态分析n中低频信号分析n适合PNP例：如图所示，a、b两种电路，三极管为小功率硅管，图（c）、(d)为T1、T2的输出特性
39、曲线。（1）请根据图(c)和图(d)求出T1和T2的1和2。（2）设计并计算出Rb和Rc的值，使T1、T2工作在放大区Q1(6V,10mA)、Q2(-6V,-10mA)。(3)求出rbe1、rbe2并作出T1、T2的h参数等效电路。3VCIbRccVcRT+=+12VBI1abcd（1）请根据图(c)和图(d)求出T1和T2的1和2解：由图（c）、（d）可知：（2）设计并计算出Rb和Rc的值，使T1、T2工作在放大区Q1(6V,10mA)、Q2(-6V,-10mA)。解：由（c）知：IBQ=10mA，ICQ=10mA，UCEQ=6V；由（d）知：IBQ=-0.5mA，ICQ=-10mA，UCE
40、Q=-6V；6003.27.03CQCEQCCCBQbIUVRKIR1001202；6006.87.05CQCEQCCCBQbIUVRKIR；30510262130026)1(560102610130026)1(21EQbbbeEQbbbeImVrrImVrr（3）2.5 场效应管场效应管n场效应管（场效应管（FET-Field Effect Transistor）:单极型器件，单极型器件，它是一种电压控制型器件，场效应管具有输入电阻大、功它是一种电压控制型器件，场效应管具有输入电阻大、功耗低、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强等特点。目前耗低、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强等特点。目前场效应
41、管已成为制造超大规模集成电路的主要器件。场效应管已成为制造超大规模集成电路的主要器件。n场效应管有三个极：源极（场效应管有三个极：源极（s）、栅极（、栅极（g）、漏极（）、漏极（d），对应于晶体管的，对应于晶体管的e、b、c；有；有三个工作区域：截止区、三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于恒流区、可变电阻区，对应于晶体晶体管的截止区、放大区、管的截止区、放大区、饱和区。饱和区。n按结构不同，场效应管可分为结型场效应管（按结构不同，场效应管可分为结型场效应管（JFET-Junction FET）、绝缘栅型场效应管（）、绝缘栅型场效应管（IGFET-Insulated Gate FET
42、）两大类。）两大类。n2.5.1 结型场效应管的结构及工作原理结型场效应管的结构及工作原理n1、结型场效应管的结构及符号、结型场效应管的结构及符号n结型场效应管又分为结型场效应管又分为N沟道和沟道和P沟道两种类型，下图为沟道两种类型，下图为N沟沟道和道和P沟道结型场效应管的结构示意图及符号。沟道结型场效应管的结构示意图及符号。结型场效应管结构示意及符号(1)栅-源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道最宽沟道最宽沟道变窄沟道变窄沟道消失沟道消失称为夹断称为夹断 uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必须加必须加负电压？负电压？UGS（off）夹断电夹断电压压n2、结
43、型场效应管的工作原理、结型场效应管的工作原理uDS=0时uGS对导电沟道的控制作用(2)漏-源电压对漏极电流的影响uGSUGS（off）且不变，且不变，VDD增大，增大，iD增大增大。预夹断预夹断uGDUGS（off）VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，电阻，iD几乎不变，进入恒流区，几乎不变，进入恒流区，iD几乎几乎仅仅决定于仅仅决定于uGS。场效应管工作在恒流区的条件是什么？场效应管工作在恒流区的条件是什么？uGDUGS（off）uGDUGS（off）n（3）uGS对对iD的控制作用的控制作用n 当当uDS为一常量时，对应于不同的为一常量时，对应于不同的
44、uGS，就有不同的，就有不同的iD，此时，可以通过改变此时，可以通过改变uGS来控制来控制iD的大小。可见，结型场的大小。可见，结型场效应管是一个效应管是一个电压控制器件电压控制器件。n结论：结型场效应管正常工作，应在栅结论：结型场效应管正常工作，应在栅-源之间加反偏电源之间加反偏电压，在漏源压，在漏源 之间加正向电压形成漏极电流。之间加正向电压形成漏极电流。常量GS)(DSDUufig-s电压控电压控制制d-s的等的等效电阻效电阻1、输出特性曲线常量DSGSDmUuig预夹断轨迹，预夹断轨迹，uGDUGS（off）可可变变电电阻阻区区恒恒流流区区iD几乎仅决几乎仅决定于定于uGS击击穿穿区区
45、夹断区（截止区）夹断区（截止区）夹断电压夹断电压IDSSiD 不同型号的管子不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。将不同。中低频跨导：中低频跨导：n2.5.2 结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线n2、转移特性曲线、转移特性曲线n 转移特性曲线用来描述转移特性曲线用来描述uDS取一定值时，取一定值时，iD与与uGS间的间的关系的曲线，它反映了栅源电压关系的曲线，它反映了栅源电压uGS对对iD的控制作用，可的控制作用，可表示为：表示为：常数DSUGSD)u(fi2)off(GSGSDSSDUu1Ii结型场效应管的转移特性曲线在恒流区内转移特性可近似地表示为：在恒流区内转移特性可
46、近似地表示为：（UGS(off)uGS0）n2.5.3 增强型增强型MOS管管n 结型场效应管的输入电阻虽然可达结型场效应管的输入电阻虽然可达106109，但在要，但在要求输入电阻更高的场合，还是不能满足要求。另外，由于求输入电阻更高的场合，还是不能满足要求。另外，由于它的输入端完全由它的输入端完全由PN结担当，因此受温度影响会比较大结担当，因此受温度影响会比较大。n 与结型场效应管不同，绝缘栅场效应管的栅极与半导与结型场效应管不同，绝缘栅场效应管的栅极与半导体之间隔有二氧化硅（体之间隔有二氧化硅（SiO2）绝缘介质，使栅极处于绝缘）绝缘介质，使栅极处于绝缘状态，因而它的输入电阻可高达状态，因
47、而它的输入电阻可高达1010以上。此外，绝缘栅以上。此外，绝缘栅场效应管制造工艺简单，适合于大规模及超大规模集成。场效应管制造工艺简单，适合于大规模及超大规模集成。绝缘栅场效应管因制造工业特点更多地被称为绝缘栅场效应管因制造工业特点更多地被称为MOS管，管，MOS管又分为增强型和耗尽型两种。管又分为增强型和耗尽型两种。n增强型增强型MOS管分为管分为N沟道和沟道和P沟道两种。沟道两种。n代表符号中的箭头方向表示由衬底与沟道的代表符号中的箭头方向表示由衬底与沟道的PN结方向确定。结方向确定。1、增强型、增强型MOS管的结构及符号管的结构及符号增强型MOS管结构示意图及符号（a a）(b)(b)n
48、2、增强型、增强型MOS管的工作原理管的工作原理n（1）uGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用uGS对导电沟道的影响uGSuGS（th），不能形成导电沟道；uGSuGS（th），形成导电沟道。uGS为大于UGS(th)的某一值时uDS对iD的影响（2）uDS对对iD的影响的影响(b)u(b)uDSDS=u=uGSGS-U-UGS(th)GS(th)(a)u(a)uDSDSuuuGSGS-U-UGS(th)GS(th)用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N沟道增强型沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？管工作在恒流区的条件是什么？n3、增
49、强型、增强型MOS管的特性曲线管的特性曲线n输出特性曲线也可分为可变电阻区、恒流区和截止区三部分。输出特性曲线也可分为可变电阻区、恒流区和截止区三部分。2)th(GSGSDOD1UuIi在恒流区内，在恒流区内，iD与与uGS的近似关系式为：的近似关系式为：(uGSUGS(th)N沟道增强型MOS管的特性曲线(a)输出特性(b)转移特性 n2.5.4 耗尽型耗尽型MOS管管n 耗尽型耗尽型MOS管是在增强型管是在增强型MOS管技术的基础上产生的，下图（管技术的基础上产生的，下图（a）、（）、（b）分别为）分别为N沟道耗尽型和沟道耗尽型和P沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管的符号，图（管的符号，图（c）
50、为）为N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管的结构示意图。管的结构示意图。耗尽型MOS管结构示意图及符号(a)(b)(c)N沟道结构示意图 耗尽型 MOS管 uGS0(电场增强，沟道变厚，沟道电阻减小，在同样的漏源电压下，iD增大)；uGS 0，电场削弱，沟道变薄，沟道电阻增大，在同样的漏源电压下，iD减小)；当；当u uGS 增大到能够抵消正离子的电场，反型层消失，iD=0，此时的uGS叫夹断电压uGS（off）；u uGSGS 0 0时均可导通，且与结型场效应管不同，由于时均可导通，且与结型场效应管不同，由于SiOSiO2 2绝缘层的存在，在绝缘层的存在，在u uGSGS0 0时仍保持时仍保持g-
