電路分析之半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)3

1、電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分11.4場(chǎng)效應(yīng)三極管場(chǎng)效應(yīng)三極管場(chǎng)效應(yīng)管：場(chǎng)效應(yīng)管：一種載流子參與導(dǎo)電，利用輸入回路的電場(chǎng)一種載流子參與導(dǎo)電，利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來控制輸出回路電流的三極管，又稱效應(yīng)來控制輸出回路電流的三極管，又稱單極型三極管。單極型三極管。場(chǎng)效應(yīng)管分類場(chǎng)效應(yīng)管分類結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管特點(diǎn)特點(diǎn)單極型器件單極型器件( (一種載流子導(dǎo)電一種載流子導(dǎo)電) )； 輸入電阻高；輸入電阻高；工藝簡(jiǎn)單、易集成、功耗小、體積小、工藝簡(jiǎn)單、易集成、功耗小、體積小、成本低。成本低。電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分2N溝道

2、溝道P溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型N溝道溝道P溝道溝道N溝道溝道P溝道溝道（耗盡型）（耗盡型）FET場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管JFET結(jié)型結(jié)型MOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管分類：分類：電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分3DSGN符符號(hào)號(hào)1.4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Junction Field Effect Transistor結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖圖 1.4.1N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N型型溝溝道道N型硅棒型硅棒柵極柵極源極源極漏極漏極P+P+P 型區(qū)型區(qū)耗盡層耗盡層( (PN 結(jié)結(jié)) )在漏極和源極之間加在漏極和源極之間加上一個(gè)正向

3、電壓，上一個(gè)正向電壓，N 型半型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子電子可可以導(dǎo)電。以導(dǎo)電。導(dǎo)電溝道是導(dǎo)電溝道是 N 型的，型的，稱稱 N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管。電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分4P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管溝道場(chǎng)效應(yīng)管P 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N+N+P型型溝溝道道GSD P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管是在溝道場(chǎng)效應(yīng)管是在 P 型硅棒的兩側(cè)做成高摻型硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的雜的 N 型區(qū)型區(qū)( (N+) )，導(dǎo)電溝導(dǎo)電溝道為道為 P 型型，多數(shù)載流子為，多數(shù)載流子為空穴。空穴。符號(hào)符號(hào)GDS電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分5

4、一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工作原理一、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工作原理 N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管用改變用改變 UGS 大小來控制漏極電大小來控制漏極電流流 ID 的。的。(VCCS)GDSNN型型溝溝道道柵極柵極源極源極漏極漏極P+P+耗盡層耗盡層*在柵極和源極之間在柵極和源極之間加反向電壓，耗盡層會(huì)變加反向電壓，耗盡層會(huì)變寬，導(dǎo)電溝道寬度減小，寬，導(dǎo)電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流漏極電流 ID 減小，反之，減小，反之，漏極漏極 ID 電流將增加。電流將增加。電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分61. 當(dāng)當(dāng)UDS = 0 時(shí)時(shí)， uGS 對(duì)導(dǎo)電

5、溝道的控制作用對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用ID = 0GDSN型型溝溝道道P+P+ ( (a) ) UGS = 0UGS = 0 時(shí)，耗盡時(shí)，耗盡層比較窄，導(dǎo)電溝層比較窄，導(dǎo)電溝比較寬比較寬UGS 由零逐漸減小，耗盡由零逐漸減小，耗盡層逐漸加寬，導(dǎo)電溝相層逐漸加寬，導(dǎo)電溝相應(yīng)變窄。應(yīng)變窄。當(dāng)當(dāng) UGS = UGS（Off)，耗盡層，耗盡層合攏，導(dǎo)電溝被夾斷合攏，導(dǎo)電溝被夾斷.ID = 0GDSP+P+N型型溝溝道道( (b) ) UGS(off) UGS UGS（Off) ，iD 較大較大。GDSP+NiSiDP+P+VDDVGG uGS UGS（Off) ，iD 更小。更小。GDSNiSiDP+P+

6、VDD注意：當(dāng)注意：當(dāng) uDS 0 時(shí)，耗盡層呈現(xiàn)楔形。時(shí)，耗盡層呈現(xiàn)楔形。( (a) )( (b) )uGD uGS uDS uGS0電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分8GDSP+NiSiDP+P+VDDVGGuGS 0,uGD = UGS(off), ,溝道變窄預(yù)夾斷溝道變窄預(yù)夾斷 uGS 0 ,uGD uGS(off),夾斷，夾斷，iD幾乎不變幾乎不變GDSiSiDP+VDDVGGP+P+( (1) ) 改變改變 uGS ，改變了改變了 PN 結(jié)中電場(chǎng)，控制了結(jié)中電場(chǎng)，控制了 iD ，故稱場(chǎng)效應(yīng)管；，故稱場(chǎng)效應(yīng)管； ( (2) )結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵源之間加反向偏置電壓，使

7、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵源之間加反向偏置電壓，使 PN 反偏，柵極反偏，柵極 基本不取電流，因此，場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻很高?；静蝗‰娏?，因此，場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻很高。( (c) )( (d) )電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分93.當(dāng)當(dāng)uGD uGS(off),時(shí)，時(shí)， , uGS 對(duì)漏極電流對(duì)漏極電流iD的控制作用的控制作用場(chǎng)效應(yīng)管用場(chǎng)效應(yīng)管用低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo)gm的大小描述柵源電壓對(duì)漏極電流的大小描述柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。的控制作用。場(chǎng)效應(yīng)管為電壓控制元件場(chǎng)效應(yīng)管為電壓控制元件(VCCS)。在在uGD uGS uDS uGS(off)情況下情況下, 即當(dāng)即當(dāng)uDS uGS -

8、uGS(off) 對(duì)應(yīng)于不同的對(duì)應(yīng)于不同的uGS ，d-s間等效成不同阻值的電阻。間等效成不同阻值的電阻。(2)當(dāng)當(dāng)uDS使使uGD uGS(off)時(shí)，時(shí)，d-s之間預(yù)夾斷之間預(yù)夾斷(3)當(dāng)當(dāng)uDS使使uGD uGS(off)時(shí)，時(shí)， iD幾乎僅僅決定于幾乎僅僅決定于uGS ，而與而與uDS 無關(guān)。此時(shí)，無關(guān)。此時(shí)， 可以把可以把iD近似看成近似看成uGS控制的電流源?？刂频碾娏髟?。電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分11二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線1. 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性( (N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例) )常數(shù)DS)(GSDUuf

9、iO uGSiDIDSSUGS(off)圖圖 1.4.6轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性u(píng)GS = 0 ，iD 最大；最大；uGS 愈負(fù)，愈負(fù)，iD 愈??；愈??；uGS = UGS(off) ，iD 0。兩個(gè)重要參數(shù)兩個(gè)重要參數(shù)飽和漏極電流飽和漏極電流 IDSS( (UGS = 0 時(shí)的時(shí)的 ID) )夾斷電壓夾斷電壓 UGS(off) ( (ID = 0 時(shí)的時(shí)的 UGS) )UDSiDVDDVGGDSGV + +V + +uGS特性曲線測(cè)試電路特性曲線測(cè)試電路+ + mA電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分12 轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性O(shè) uGS/VID/mAIDSSUP圖圖 1.4.6轉(zhuǎn)移特性

10、轉(zhuǎn)移特性2. 輸出特性曲線輸出特性曲線當(dāng)柵源當(dāng)柵源 之間的電壓之間的電壓 UGS 不變時(shí)，漏極電流不變時(shí)，漏極電流 iD 與漏源與漏源之間電壓之間電壓 uDS 的關(guān)系，即的關(guān)系，即 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線的近似公式：線的近似公式：常數(shù)GS)(DSDUufi)0( )1 (GSGS(off)2GS(off)GSDSSDuUUuIi電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分13IDSS/VPGSDSUUU iD/mAuDS /VOUGS = 0V- -1 - -2 - -3 - -4 - -5 - -6 - -7 V8P U預(yù)夾斷軌跡預(yù)夾斷軌跡恒流區(qū)恒流區(qū) 可變

11、可變電阻區(qū)電阻區(qū)漏極特性也有三個(gè)區(qū)：漏極特性也有三個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和夾斷區(qū)?？勺冸娮鑵^(qū)、恒流區(qū)和夾斷區(qū)。圖圖 1.4.5( (b) )漏極特性漏極特性輸出特性輸出特性（漏極特性）漏極特性）曲線曲線夾斷區(qū)夾斷區(qū)UDSiDVDDVGGDSGV + +V + +uGS圖圖 1.4.5(a)特性曲線測(cè)試電路特性曲線測(cè)試電路+ + mA擊穿區(qū)擊穿區(qū)電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分14結(jié)型結(jié)型P 溝道的特性曲線溝道的特性曲線SGD轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線iDUGS（Off）IDSSOuGS輸出特性曲線輸出特性曲線iDUGS= 0V+ +uDS+ + +o o柵源加正偏電壓，柵

12、源加正偏電壓，(PN結(jié)反偏結(jié)反偏)漏源加反偏電壓。漏源加反偏電壓。電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分151.4.2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管 MOSFETMOSFETMetal-Oxide Semiconductor Field Effect TransistorMetal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬金屬-氧化物氧化物-半半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，或簡(jiǎn)稱，或簡(jiǎn)稱 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管。特點(diǎn)：輸入電阻可達(dá)特點(diǎn)：輸入電阻可達(dá) 1010 以

13、上。以上。類型類型N 溝道溝道P 溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型UGS = 0 時(shí)漏源間存在導(dǎo)電溝道稱時(shí)漏源間存在導(dǎo)電溝道稱耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管；耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管；UGS = 0 時(shí)漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱時(shí)漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分16一、一、N 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)P 型襯底型襯底N+N+BGSDSiO2源極源極 S漏極漏極 D襯底引線襯底引線 B柵極柵極 G圖圖 1.4.7N 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS 場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖SGDB電路

14、與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分171. 工作原理工作原理 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管利用絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管利用 UGS 來控制來控制“感應(yīng)電荷感應(yīng)電荷”的多的多少，改變由這些少，改變由這些“感應(yīng)電荷感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，形成的導(dǎo)電溝道的狀況，以控制漏極電流以控制漏極電流 ID。2.工作原理分析工作原理分析( (1) )UGS = 0 漏源之間相當(dāng)于兩個(gè)背靠漏源之間相當(dāng)于兩個(gè)背靠背的背的 PN 結(jié)，無論漏源之間加何結(jié)，無論漏源之間加何種極性電壓，種極性電壓，總是不導(dǎo)電總是不導(dǎo)電。SBD電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分18( (2) ) UDS = 0，0 UG

15、S UT) )導(dǎo)電溝道呈現(xiàn)一個(gè)楔形。導(dǎo)電溝道呈現(xiàn)一個(gè)楔形。漏極形成電流漏極形成電流 ID 。b. UDS= UGS UT， UGD = UT靠近漏極溝道達(dá)到臨界開靠近漏極溝道達(dá)到臨界開啟程度，出現(xiàn)預(yù)夾斷。啟程度，出現(xiàn)預(yù)夾斷。c. UDS UGS UT， UGD UT由于夾斷區(qū)的溝道電阻很大，由于夾斷區(qū)的溝道電阻很大，UDS 逐漸增大時(shí)，導(dǎo)電逐漸增大時(shí)，導(dǎo)電溝道兩端電壓基本不變，溝道兩端電壓基本不變， iD因而基本不變。因而基本不變。a. UDS UTP 型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDDP 型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDDP 型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區(qū)夾斷區(qū)電

16、路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分20DP型襯底型襯底N+N+BGSVGGVDDP型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區(qū)夾斷區(qū)圖圖 1.4.9UDS 對(duì)導(dǎo)電溝道的影響對(duì)導(dǎo)電溝道的影響( (a) ) UGD UT( (b) ) UGD = UT( (c) ) UGD UGS UT時(shí)，對(duì)應(yīng)于不同的時(shí)，對(duì)應(yīng)于不同的uGS就有一個(gè)確定的就有一個(gè)確定的iD 。此時(shí)，此時(shí)， 可以把可以把iD近似看成是近似看成是uGS控制的電流源?？刂频碾娏髟?。電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分213. 特性曲線與電流方程特性曲線與電流

17、方程( (a) )轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性( (b) )輸出特性輸出特性UGS UT 時(shí)時(shí)) )三個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)、三個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)恒流區(qū)( (或飽和區(qū)或飽和區(qū)) )、夾斷、夾斷區(qū)。區(qū)。UT 2UTIDOuGS /ViD /mAO圖圖 1.4.10 ( (a) )圖圖 1.4.10 ( (b) )iD/mAuDS /VOTGSUU 預(yù)夾斷軌跡預(yù)夾斷軌跡恒流區(qū)恒流區(qū) 可變可變電阻區(qū)電阻區(qū)夾斷區(qū)。夾斷區(qū)。UGS增加增加電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分22二、二、N 溝道耗盡型溝道耗盡型 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管P型襯底型襯底N+N+BGSD+制造過程中預(yù)先在二氧化硅的絕緣層

18、中摻入正離子，制造過程中預(yù)先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，這些正離子電場(chǎng)在這些正離子電場(chǎng)在 P 型襯底中型襯底中“感應(yīng)感應(yīng)”負(fù)電荷，形成負(fù)電荷，形成“反反型層型層”。即使。即使 UGS = 0 也會(huì)形成也會(huì)形成 N 型導(dǎo)電溝道。型導(dǎo)電溝道。UGS = 0，UDS 0，產(chǎn)生，產(chǎn)生較大的漏極電流；較大的漏極電流；UGS 0；UGS 正、負(fù)、正、負(fù)、零均可。零均可。iD/mAuGS /VOUP( (a) )轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性IDSS耗盡型耗盡型 MOS MOS 管的符號(hào)管的符號(hào)SGDB( (b) )輸出特性輸出特性iD/mAuDS /VO+1VUGS=0 3 V 1 V 2 V432151015 2

19、0N 溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分24三、三、P溝道溝道MOS管管1.P溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管管的開啟電壓的開啟電壓UGS(th) 0當(dāng)當(dāng)UGS U(BR)GS ，PN 將被擊穿，這種擊穿與電容擊將被擊穿，這種擊穿與電容擊穿的情況類似，屬于破壞性擊穿。穿的情況類似，屬于破壞性擊穿。1.最大漏極電流最大漏極電流IDM電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分30例例1.4.2電路如圖電路如圖1.4.14所示，其中管子所示，其中管子T的輸出特性曲的輸出特性曲線如圖線如圖1.4.15所示。試分析所示。試分析ui為為0V、8V

20、和和10V三種情況下三種情況下uo分別為多少伏？分別為多少伏？ 圖圖1.4.14圖圖1.4.15分析：分析：N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管，開啟電壓管，開啟電壓UGS(th) 4V電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分31解解(1) ui為為0V ，即，即uGSui0，管子處于夾斷狀態(tài)，管子處于夾斷狀態(tài)所以所以u(píng)0 VDD 15V(2) uGSui8V時(shí)，時(shí)，從輸出特性曲線可知，管子工作從輸出特性曲線可知，管子工作 在恒流區(qū)，在恒流區(qū)， iD 1mA， u0 uDS VDD - iD RD 10V(3) uGSui10V時(shí)，時(shí)，若工作在恒流區(qū)，若工作在恒流區(qū)， iD 2.2mA

21、。因而。因而u0 15- 2.2*5 4V但是，但是， uGS 10V時(shí)的預(yù)夾斷電壓為時(shí)的預(yù)夾斷電壓為uDS= uGS UT=(10-4)V=6V可見，此時(shí)管子工作在可變電阻區(qū)可見，此時(shí)管子工作在可變電阻區(qū)電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分32從輸出特性曲線可得從輸出特性曲線可得uGS 10V時(shí)時(shí)d-s之間的等效電阻之間的等效電阻(D在可變電阻區(qū)，任選一點(diǎn)，如圖在可變電阻區(qū)，任選一點(diǎn)，如圖)KiuRDdsds3)1013(3所以輸出電壓為所以輸出電壓為VVRRRuDDddsds6 . 50+例例1.4.3 自閱自閱晶體管晶體管場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)NPN型、型、PNP型型

22、結(jié)型耗盡型結(jié)型耗盡型 N溝道溝道 P溝道溝道絕緣柵增強(qiáng)型絕緣柵增強(qiáng)型 N溝道溝道 P溝道溝道絕緣柵耗盡型絕緣柵耗盡型 N溝道溝道 P溝道溝道C與與E一般不可倒置使用一般不可倒置使用D與與S有的型號(hào)可倒置使用有的型號(hào)可倒置使用載流子載流子 多子擴(kuò)散少子漂移多子擴(kuò)散少子漂移 多子運(yùn)動(dòng)多子運(yùn)動(dòng)輸入量輸入量 電流輸入電流輸入 電壓輸入電壓輸入控制控制電流控制電流源電流控制電流源CCCS()電壓控制電流源電壓控制電流源VCCS(gm)1.4.4 1.4.4 場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分34噪聲噪聲 較大較大 較小較小溫度特性溫度特性

23、受溫度影響較大受溫度影響較大 較小，可有零溫較小，可有零溫度系數(shù)點(diǎn)度系數(shù)點(diǎn)輸入電阻輸入電阻 幾十到幾千歐姆幾十到幾千歐姆 幾兆歐姆以上幾兆歐姆以上靜電影響靜電影響 不受靜電影響不受靜電影響 易受靜電影響易受靜電影響集成工藝集成工藝 不易大規(guī)模集成不易大規(guī)模集成 適宜大規(guī)模和適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成超大規(guī)模集成晶體管晶體管場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分35小小 結(jié)結(jié)第第 1 章章電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分36一、兩種半導(dǎo)體和兩種載流子一、兩種半導(dǎo)體和兩種載流子兩種載流兩種載流子的運(yùn)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)電子電子空穴空穴兩兩 種種半導(dǎo)體半導(dǎo)體

24、N 型型 ( (多電子多電子) )P 型型 ( (多空穴多空穴) )二極管二極管單向單向正向電阻小正向電阻小( (理想為理想為 0) )，反向電阻大反向電阻大( ( ) )。)1e (DSD TUuIi)1e ( , 0DSDD TUuIiu0 , 0SD IIu電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分37iDO uDU (BR)I FURM正向正向 最大平均電流最大平均電流 IF反向反向 最大反向工作電壓最大反向工作電壓 U(BR)( (超過則擊穿超過則擊穿) )反向飽和電流反向飽和電流 IR ( (IS) )( (受溫度影響受溫度影響) )IS電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路

25、基礎(chǔ) 電路部分電路部分383. 二極管的等效模型二極管的等效模型理想模型理想模型 ( (大信號(hào)狀態(tài)采用大信號(hào)狀態(tài)采用) )uDiD正偏導(dǎo)通正偏導(dǎo)通 電壓降為零電壓降為零 相當(dāng)于理想開關(guān)閉合相當(dāng)于理想開關(guān)閉合反偏截止反偏截止 電流為零電流為零 相當(dāng)于理想開關(guān)斷開相當(dāng)于理想開關(guān)斷開恒壓降模型恒壓降模型UD(on)正偏電壓正偏電壓 UD(on) 時(shí)導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通 等效為恒壓源等效為恒壓源UD(on)否則截止，相當(dāng)于二極管支路斷開否則截止，相當(dāng)于二極管支路斷開UD(on) = (0.6 0.8) V估算時(shí)取估算時(shí)取 0.7 V硅管：硅管：鍺管：鍺管：(0.1 0.3) V0.2 V折線近似模型折線近似模型

26、相當(dāng)于有內(nèi)阻的恒壓源相當(dāng)于有內(nèi)阻的恒壓源 UD(on)電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分394. 二極管的分析方法二極管的分析方法圖解法圖解法微變等效電路法微變等效電路法5. 特殊二極管特殊二極管工作條件工作條件主要用途主要用途穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管反反 偏偏穩(wěn)穩(wěn) 壓壓發(fā)光二極管發(fā)光二極管正正 偏偏發(fā)發(fā) 光光光電二極管光電二極管反反 偏偏光電轉(zhuǎn)換光電轉(zhuǎn)換電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分40三、兩種半導(dǎo)體放大器件三、兩種半導(dǎo)體放大器件雙極型半導(dǎo)體三極管雙極型半導(dǎo)體三極管( (晶體三極管晶體三極管 BJT) )單極型半導(dǎo)體三極管單極型半導(dǎo)體三極管( (場(chǎng)效應(yīng)

27、管場(chǎng)效應(yīng)管 FET) )兩種載流子導(dǎo)電兩種載流子導(dǎo)電多數(shù)載流子導(dǎo)電多數(shù)載流子導(dǎo)電晶體三極管晶體三極管1. 形式與結(jié)構(gòu)形式與結(jié)構(gòu)NPNPNP三區(qū)、三極、兩結(jié)三區(qū)、三極、兩結(jié)2. 特點(diǎn)特點(diǎn)基極電流控制集電極電流并實(shí)現(xiàn)基極電流控制集電極電流并實(shí)現(xiàn)放大放大電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分41放放大大條條件件內(nèi)因：發(fā)射區(qū)載流子濃度高、內(nèi)因：發(fā)射區(qū)載流子濃度高、 基區(qū)薄、集電區(qū)面積大基區(qū)薄、集電區(qū)面積大外因：外因：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏3. 電流關(guān)系電流關(guān)系IE = IC + IBIC = IB + ICEO IE = (1 + ) IB + ICEOIE =

28、IC + IBIC = IB IE = (1 + ) IB 電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分424. 特性特性iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321O0.4 0.8iB / AuBE / V60402080死區(qū)電壓死區(qū)電壓( (Uth) )：0.5 V ( (硅管硅管) ) 0.1 V ( (鍺管鍺管) )工作電壓工作電壓( (UBE(on) ) ) ：0.6 0.8 V 取取 0.7 V ( (硅管硅管) ) 0.2 0.3 V 取取 0.3 V ( (鍺管鍺管) )飽飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分43iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321放大區(qū)放大區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)放大區(qū)特點(diǎn)：放大區(qū)特點(diǎn)：1) )iB 決定決定 iC2) )曲線水平表示恒流曲線水平表示恒流3) )曲線間隔表示受控曲線間隔表示受控電路與電子線路基礎(chǔ)電路與電子線路基礎(chǔ) 電路部分電路部分445. 參數(shù)參數(shù)特性參數(shù)特性參數(shù)電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù) = /(1 ) = /(1 + )極間反向電流極間反向電流ICBOICEO極限參數(shù)極限參數(shù)ICMPCMU(BR