ch4半導(dǎo)體二極管、三極管和場(chǎng)效應(yīng)管

1、長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：1. 1.二極管的單向?qū)щ娦?、穩(wěn)壓管的原理。二極管的單向?qū)щ娦?、穩(wěn)壓管的原理。2.2.三極管的電流放大原理，三極管的電流放大原理，如何判斷三極管的管型如何判斷三極管的管型 、管腳和管材。、管腳和管材。3.3.場(chǎng)效應(yīng)管的分類、工作原理和特性曲線場(chǎng)效應(yīng)管的分類、工作原理和特性曲線。 長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作1 1、什么是半導(dǎo)體、什么是半導(dǎo)體4.1 PN4.1 PN結(jié)結(jié)絕緣體導(dǎo)電能力0 uUT時(shí)時(shí)1eTUuTeSUuIi 當(dāng)當(dāng) u|U T |時(shí)時(shí)1eTUuSIi4. PN結(jié)的電流方程結(jié)的電流方程4.1 PN4.1 PN結(jié)結(jié)下

2、一頁(yè)前一頁(yè)第 1-21 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作5. PN結(jié)結(jié)的伏安特性曲線的伏安特性曲線正偏正偏I(xiàn)F（多子擴(kuò)散）（多子擴(kuò)散）IR（少子漂移）（少子漂移）反偏反偏反向飽和電流反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿電壓反向擊穿反向擊穿4.1 PN4.1 PN結(jié)結(jié)下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-22 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作6. PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時(shí)，耗盡層的寬度要相應(yīng)當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時(shí)，耗盡層的寬度要相應(yīng)地隨之改變，即地隨之改變，即PNPN結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量要隨之變化結(jié)中存儲(chǔ)的電荷量要隨之變化，就像電容充放電一樣。，就像電容充放電一樣。 (1)

3、 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容CB空空 間間 電電 荷荷 區(qū)區(qū)W+R+E+PN4.1 PN4.1 PN結(jié)結(jié)下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-23 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作(2) 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容CD當(dāng)外加正向電壓不當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，同時(shí)，PN結(jié)兩側(cè)堆結(jié)兩側(cè)堆積的非平衡少子的積的非平衡少子的數(shù)量及濃度梯度也數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相當(dāng)電不同，這就相當(dāng)電容的充放電過(guò)程容的充放電過(guò)程。+NPpLx濃濃度度分分布布耗耗盡盡層層NP區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)中中空空穴穴區(qū)區(qū)中中電電子子區(qū)區(qū)濃濃度度分分布布nL平衡少子平衡少子：PN結(jié)處于平衡時(shí)的少子。結(jié)處于平衡時(shí)的少子。非平衡少子非平衡少子：外加正向電壓時(shí)，從外加正向電壓

4、時(shí)，從P區(qū)擴(kuò)散到區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空區(qū)的空穴和從穴和從N區(qū)擴(kuò)散到區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的自由電子區(qū)的自由電子。4.1 PN4.1 PN結(jié)結(jié)下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-24 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作 PN結(jié)結(jié)電容（極間電容）結(jié)結(jié)電容（極間電容）CJCJ = CB + CD由于一般很小，對(duì)于低頻信號(hào)呈現(xiàn)較大的容抗，其作用由于一般很小，對(duì)于低頻信號(hào)呈現(xiàn)較大的容抗，其作用可忽略不計(jì)，所以，只有在信號(hào)頻率較高時(shí)，才考慮電可忽略不計(jì)，所以，只有在信號(hào)頻率較高時(shí)，才考慮電容的作用。容的作用。4.1 PN4.1 PN結(jié)結(jié)下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-25 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作半導(dǎo)體半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體

5、本征半導(dǎo)體:本征激發(fā)本征激發(fā)雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體PN結(jié)結(jié)形成過(guò)程形成過(guò)程單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦孕〗Y(jié)：小結(jié)：4.1 PN4.1 PN結(jié)結(jié)長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作 二極管二極管 = PN結(jié)結(jié) + 管殼管殼 + 引線引線NP1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)2、符號(hào)、符號(hào)正極正極+負(fù)極負(fù)極-4.2 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-27 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作 3、二極管的分類：二極管的分類：1）、）、 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路用于檢波和變頻等高頻電路。N型 鍺正

6、 極 引 線負(fù) 極 引 線外 殼金 屬 觸 絲4.2 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作3 3）、）、 平面型二極管平面型二極管 用于集成電路制造工藝中。用于集成電路制造工藝中。PN PN 結(jié)面積可大可小，用結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中于高頻整流和開關(guān)電路中。2 2）、）、 面接觸型二極管面接觸型二極管 PNPN結(jié)面積大，用結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路于工頻大電流整流電路。SiO2正 極 引 線負(fù) 極 引 線N型 硅P型 硅負(fù) 極 引 線正 極 引 線N型 硅P型 硅鋁 合 金 小 球底 座4.2 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管下一頁(yè)前一頁(yè)第

7、1-29 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作 硅：硅：0.5 V 鍺：鍺： 0.1 V(1) 正向特性正向特性導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降反向飽和電流反向飽和電流(2) 反向特性反向特性死區(qū)死區(qū)電壓電壓iu0擊穿電壓擊穿電壓UBR實(shí)驗(yàn)曲線實(shí)驗(yàn)曲線uEiVmAuEiVuA鍺鍺 硅：硅：0.7 V 鍺：鍺：0.3V4.2 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-30 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作 (1) 最大整流電流最大整流電流IF二極管長(zhǎng)期連續(xù)工二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)，允許通過(guò)二作時(shí)，允許通過(guò)二極管的最大整流極管的最大整流電流的平均值電流的平均值。(2) 反向擊穿電壓反向

8、擊穿電壓UBR 二極管反向電流二極管反向電流急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向急劇增加時(shí)對(duì)應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓值稱為反向擊穿電壓電壓U UBRBR。 (3) 反向電流反向電流I IRR 在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安的反向電流一般在納安(nA)(nA)級(jí)；鍺二極管在微安級(jí)；鍺二極管在微安( ( A)A)級(jí)。級(jí)。 (4) 最高工作頻率最高工作頻率f fMM 二極管工作的上限頻率二極管工作的上限頻率4.2 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-31 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作1 1

9、、理想等效電路模型、理想等效電路模型ui正偏正偏反偏反偏2 2、恒壓源等效電路、恒壓源等效電路ONUu ONUu U ON :二極管的導(dǎo)通壓降。硅管二極管的導(dǎo)通壓降。硅管 0.7V，鍺管，鍺管 0.3V。導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降二極管的伏安特性二極管的伏安特性-+iuiu04.2 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-32 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作1、理想二極管模型、理想二極管模型mA10K1V10I相對(duì)誤差：相對(duì)誤差：0000710032. 932. 910硅二極管電路如圖所示，若已知回路電流硅二極管電路如圖所示，若已知回路電流I測(cè)量值測(cè)量值 為為 9.32mA9.

10、32mA，試分別用理想模型和，試分別用理想模型和恒壓降模型計(jì)算回路電流恒壓降模型計(jì)算回路電流I I，并比較誤差，并比較誤差。2、恒壓降模型、恒壓降模型mA3 . 9K1V)7 . 010(I00002 . 010032. 99.332. 9解解：相對(duì)誤差相對(duì)誤差：0.7V例例1：4.2 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-33 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作例：例：電路如圖所示，電路如圖所示，R R1k1k，U UREFREF=2V=2V，輸入信號(hào)為，輸入信號(hào)為u ui i。 (1)(1)若若 u ui i為為4V4V的直流信號(hào)，分別采用理想二極管模型、恒壓的直流

11、信號(hào)，分別采用理想二極管模型、恒壓降模型計(jì)算電流降模型計(jì)算電流I I和輸出電壓和輸出電壓u uo o+-+UIuREFRiuO解：解：（1 1）采用理想模型分析。）采用理想模型分析。 采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。mA2k12VV4REFiRUuIV2REFoUumA31k1V702VV4DREFi.RUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu4.2 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-34 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作（2）如果）如果ui為幅度為幅度4V的交流三角波，波形如圖（的交流三角波，波形如圖（b）所）所示，示，UR

12、EF=2V,分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。電壓源模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。+-+UIuREFRiuO解：解：采用理想二極管采用理想二極管模型分析。波形如圖所示。模型分析。波形如圖所示。0-4V4Vuit2V2Vuot4.2 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-35 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用恒壓降模型分析采用恒壓降模型分析，波形如圖所示。，波形如圖所示。+-+UIuREFRiuO4.2 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體

13、二極管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-36 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作已知已知u ui i10sin10sintt (V) (V)，二極管正向?qū)妷嚎啥O管正向?qū)妷嚎珊雎圆挥?jì)。試畫出忽略不計(jì)。試畫出u ui i與與u uOO的波形。的波形。4.2 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管uiuoDR下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-37 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作0.7V-0.7V0.7V已知硅二極管組成電路，已知硅二極管組成電路，試畫出在輸入信號(hào)試畫出在輸入信號(hào)u ui i作作用下輸出電壓用下輸出電壓u uo o波形。波形。4.2 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管uiuoD2D1R-

14、0.7VuOuitt下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-38 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作&L=ABBA0V010100110001BLA輸輸 入入輸出輸出3、用于數(shù)字電路、用于數(shù)字電路B+VALDD3kR（+5V）CC12例：分析如圖所示電路的功能。例：分析如圖所示電路的功能。解：解：輸輸 入入輸出輸出D1（V）D2（V）VL（V）0V0V5V5V0V5V0V5V0V0V0V0V0V0V0V0V5V4.2 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-39 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作 iuUZIUIzminIzmax正向同正向同二極管二極管1、符號(hào)：、符號(hào)：穩(wěn)壓二極管

15、工作穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿區(qū)在反向擊穿區(qū)4.2 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-40 頁(yè)退出本章穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓2、伏安特性：、伏安特性：長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作 3 3、穩(wěn)壓二極管的主要穩(wěn)壓二極管的主要 參數(shù)參數(shù) (1) (1) 穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓U UZ Z(2) (2) 動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻r rZ Z 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流I IZ Z下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓下，所對(duì)應(yīng)的反向工作電壓。 r rZ Z = = U U / / I I r rZ Z愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 (3) (3) 最小穩(wěn)

16、定工作最小穩(wěn)定工作 電流電流IZmin 保證穩(wěn)壓管擊穿所對(duì)應(yīng)的電流，若保證穩(wěn)壓管擊穿所對(duì)應(yīng)的電流，若I IZ ZI IZminZmin則不能穩(wěn)壓則不能穩(wěn)壓。 (4) (4) 最大穩(wěn)定工作電流最大穩(wěn)定工作電流I IZmaxZmax 超過(guò)超過(guò)Izmax穩(wěn)壓管會(huì)因功耗過(guò)大而燒壞。穩(wěn)壓管會(huì)因功耗過(guò)大而燒壞。iuUZIUIzminIzmax4.2 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-41 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作RLUOIDZIRUOUR如圖所示電路，若負(fù)載發(fā)生變化引起輸出減小，可如圖所示電路，若負(fù)載發(fā)生變化引起輸出減小，可利用該電路實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用。利用該電路實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作

17、用。4.2 4.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-42 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作1 晶體管的結(jié)構(gòu)晶體管的結(jié)構(gòu)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NPN型型PNPBCEPNP型型4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管兩PN結(jié)、三區(qū)、三極集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)集電結(jié)發(fā)射結(jié)下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-44 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作BECIBIEICNPN型三極管型三極管BECIBIEICPNP型三極管型三極管4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管2 符號(hào)符號(hào)下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-45

18、頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基區(qū)：較薄，基區(qū)：較薄，摻雜濃度低摻雜濃度低集電區(qū)：集電區(qū)：面積較大面積較大發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜濃度較高4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管3 晶體管結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)晶體管結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-46 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作becRcRb 1 1、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)I EIB發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流發(fā)射區(qū)的電子越過(guò)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)的電子越過(guò)發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴(kuò)散基區(qū)的空穴

19、擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)到發(fā)射區(qū)形成發(fā)射極電流形成發(fā)射極電流 I IE E ( (基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可忽略可忽略) )。2. 2. 擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流電流電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù)電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù)合形成基極電流合形成基極電流 I Ibnbn，復(fù)合掉的復(fù)合掉的空穴由空穴由 V VBBBB 補(bǔ)充。補(bǔ)充。多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散，到達(dá)多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散，到達(dá)集電結(jié)的一側(cè)。集電結(jié)的一側(cè)。4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-47 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作

20、becI EI BRcRb3.3.集電結(jié)加反向電壓，漂移集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流運(yùn)動(dòng)形成集電極電流I Ic c 集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子而形成集電極擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子而形成集電極電流電流 I Icncn。其能量來(lái)自外接電源其能量來(lái)自外接電源 V VCCCC 。I C另外，集電區(qū)和基區(qū)的少另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場(chǎng)的作用下將進(jìn)子在外電場(chǎng)的作用下將進(jìn)行漂移運(yùn)動(dòng)而形成行漂移運(yùn)動(dòng)而形成反向反向飽飽和電流和電流，用用ICBO表示。表示。ICBO4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-48 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程

21、學(xué)院制作b be ec ce eR Rc cR Rb b2 2、晶體管的電流分配關(guān)系、晶體管的電流分配關(guān)系I IEpEpI ICBOCBOI IE EI IC CI IB BI IEnEnI IBnBnI ICnCnI IC C = = I ICnCn + + I ICBOCBO I IE E= = I ICnCn + + I IBnBn + + I IEpEp = = I IEnEn+ + I IEpEpI IB B=I IEpEp+ + I IBnBnI ICBOCBOI IE E = =I IC C+ +I IB B4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-49 頁(yè)退出

22、本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作3 3、晶體管的共射電流放大系數(shù)、晶體管的共射電流放大系數(shù)CBOBCBOCIIIICEOBCBOBC)1 ( IIIII整理可得：整理可得：I ICBO CBO 稱反向飽和電流稱反向飽和電流I ICEO CEO 稱穿透電流稱穿透電流1) 1) 共射直流電流放大系數(shù)共射直流電流放大系數(shù)BCIIBEI1I）（2) 2) 共射交流電流放大系數(shù)共射交流電流放大系數(shù)BCII V VCCCCR Rb b+V VBBBBC C1 1T TI IC CI IB BC C2 2R Rc c+共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-

23、50 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作3) 3) 共基直流電流放大系數(shù)共基直流電流放大系數(shù)ECnII CBOECBOCnCIIIII 11或或4) 4) 共基交流電流放大系數(shù)共基交流電流放大系數(shù)ECii直流參數(shù)直流參數(shù) 與交流參數(shù)與交流參數(shù) 、 的含義是不同的，的含義是不同的，但是，對(duì)于大多數(shù)三極管來(lái)說(shuō)，但是，對(duì)于大多數(shù)三極管來(lái)說(shuō)， 與與 ， 與與 的數(shù)值的數(shù)值卻差別不大，計(jì)算中，可不將它們嚴(yán)格區(qū)分。卻差別不大，計(jì)算中，可不將它們嚴(yán)格區(qū)分。 、 5) 5) 與與 的關(guān)系的關(guān)系I IC CI IE E+C C2 2+C C1 1V VEEEER Re eV VCCCCR Rc c共基

24、極接法共基極接法4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作4 4、三極管的電流方向、三極管的電流方向發(fā)射極的電流方向與發(fā)射極的箭頭方向一致發(fā)射極的電流方向與發(fā)射極的箭頭方向一致4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-52 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作1、輸入特性輸入特性UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：工作壓降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,鍺鍺管管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死區(qū)電死區(qū)電壓，硅管壓，硅管0.5V，鍺，鍺管管0.1V。4.3 4.3 雙極型

25、晶體管雙極型晶體管 i iB B=f f( (u uBEBE) ) U UCECE=const=const下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-53 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作2、輸出特性輸出特性1234IC(mA )UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域滿此區(qū)域滿足足IC= IB稱為線性稱為線性區(qū)（放大區(qū)（放大區(qū)）。區(qū)）。當(dāng)當(dāng)UCE大于一大于一定的數(shù)值時(shí)，定的數(shù)值時(shí)，IC只與只與IB有關(guān)，有關(guān)，4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管iC=f(uCE) IB=const下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-54 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作IC(mA )

26、1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中UCE UBE,集電結(jié)正偏，集電結(jié)正偏， IBIC，UCE 0.3V稱為飽和區(qū)。稱為飽和區(qū)。4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-55 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止區(qū)：截止區(qū)： UBE 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0 4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管

27、下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-57 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作判斷三極管工作狀態(tài)的方法三極管工作狀態(tài)電位法電流法截止發(fā)射結(jié)反偏I(xiàn)B= 0飽和兩結(jié)均正偏I(xiàn)C 00，即即。長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-62 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作例：例： =50=50， U USCSC =12V=12V， R RB B =70k=70k ， R RC C =6k=6k 當(dāng)當(dāng)U USBSB = -2V= -2V，2V2V，5V5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)QQ位位于哪個(gè)區(qū)？于哪個(gè)區(qū)？1） USB = -

28、2V時(shí)：時(shí)：IB=0 ， IC=0Q位于截止區(qū)位于截止區(qū) 4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管解：解：RCICUCEIBUSCRBUSBCBE下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-63 頁(yè)退出本章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作2）USB =5V時(shí)時(shí): :IB IBmax， Q位于飽和區(qū)。位于飽和區(qū)。(實(shí)際上，此時(shí)實(shí)際上，此時(shí)IC和和IB 已不是已不是 的關(guān)的關(guān)系，晶體管飽和失真）系，晶體管飽和失真）mA061070705.RUUIBBESBB4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管RCICUCEIBUSCRBUSBCBE例：例： =50=50， U USCSC =12V=12V， R RB B =70k

29、=70k ， R RC C =6k=6k 當(dāng)當(dāng)U USBSB = -2V= -2V，2V2V，5V5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)QQ位于哪個(gè)區(qū)？位于哪個(gè)區(qū)？ICMAX (USCUCES)/RC (120.3)/6 1.95(mA)下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-64 頁(yè)退出本章IBMAX ICMAX/ 1.95/50=0.039 mA長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作IB IBmax (=1.95mA) ， Q位于放大區(qū)。位于放大區(qū)。3）USB =2V時(shí)：時(shí)：9mA01070702.RUUIBBESBB0.95mA9mA01050.IIBC4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管RCIC

30、UCEIBUSCRBUSBCBE例：例： =50=50， U USCSC =12V=12V， R RB B =70k=70k ， R RC C =6k=6k 當(dāng)當(dāng)U USBSB = -2V= -2V，2V2V，5V5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)QQ位于哪個(gè)區(qū)？位于哪個(gè)區(qū)？下一頁(yè)前一頁(yè)第 1-65 頁(yè)退出本章IBMAX ICMAX/ 1.95/50=0.039 mA長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作6V20K200K1.5KS1VABC例：例： 電路如圖所示，電路如圖所示， =50=50，當(dāng)開關(guān)，當(dāng)開關(guān)S S分別接到分別接到ABCABC三個(gè)觸點(diǎn)時(shí)，三個(gè)觸點(diǎn)時(shí)，判斷三極管的工作狀

31、態(tài)。判斷三極管的工作狀態(tài)。4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管三極管的參數(shù)分為三大類三極管的參數(shù)分為三大類: : 直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)1 1、直流參數(shù)、直流參數(shù)1 1）共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)）共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)=（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const2 2）共基直流電流放大系數(shù)）共基直流電流放大系數(shù)ECII3 3）集電極基極間反向飽和電流）集電極基極間反向飽和電流I ICBO集電極發(fā)射極間的穿透電流集電極發(fā)射極間的穿透電流I ICEOCEOICEO=（1+

32、 ）ICBO長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作2 2、交流參數(shù)、交流參數(shù)1 1）共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)）共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) = i iC C/ / i iB B U UCE=const=const2 2） 共基極交流電流放大系數(shù)共基極交流電流放大系數(shù) = i iC C/ / i iE E U UCBCB=const=const3 3）特征頻率）特征頻率 f fT T 值下降到值下降到1 1的信號(hào)頻率的信號(hào)頻率4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作1 1）最大集電極耗散功率）最大集電極耗散功率P PCMCM P PC C= i iC Cu uCECE

33、3 3、 極限參數(shù)極限參數(shù)2 2）最大集電極電流）最大集電極電流I ICMCM3 3）反向擊穿電壓反向擊穿電壓 U UCBOCBO發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)反發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 U U EBO EBO集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 U UCEOCEO基極開路時(shí)集電極和發(fā)射基極開路時(shí)集電極和發(fā)射 極間的擊穿電壓。極間的擊穿電壓。幾個(gè)擊穿電壓有如下關(guān)系幾個(gè)擊穿電壓有如下關(guān)系 U UCBOCBOU UCEOCEOU UEBOEBO4.3 4.3 雙極型晶體管雙極型晶體管長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作 由由P PCMCM、 I ICM

34、CM和和U UCEOCEO在輸出特性曲線上可以確在輸出特性曲線上可以確定過(guò)損耗區(qū)、過(guò)電流區(qū)和擊穿區(qū)。定過(guò)損耗區(qū)、過(guò)電流區(qū)和擊穿區(qū)。 輸出特性曲線上的過(guò)損耗區(qū)和擊穿區(qū)輸出特性曲線上的過(guò)損耗區(qū)和擊穿區(qū) PC= iCuCE U (BR) CEOUCE/V長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作4 4、溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響、溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響1 1）溫度對(duì)）溫度對(duì)I ICBOCBO的影響的影響溫度每升高溫度每升高10100 0C C ， I ICBOCBO增加約一倍。增加約一倍。反之，當(dāng)溫度降低時(shí)反之，當(dāng)溫度降低時(shí)I ICBOCBO減少。減少。硅管的硅管的I ICBOCBO比鍺管的小得多。

35、比鍺管的小得多。2 2）溫度對(duì)輸入特性的影響）溫度對(duì)輸入特性的影響溫度升高時(shí)正向特性左移，溫度升高時(shí)正向特性左移，反之右移反之右移6060404020200 0 0.40.4 0.80.8I I / mA/ mAU U / V / V溫度對(duì)輸入特性的影響溫度對(duì)輸入特性的影響20200 060600 03 3）溫度對(duì)輸出特性的影響）溫度對(duì)輸出特性的影響溫度升高將導(dǎo)致溫度升高將導(dǎo)致 I IC C 增大增大i iC Cu uCECEOOi iB B20200 060600 0溫度對(duì)輸出特性的影響溫度對(duì)輸出特性的影響長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作場(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

36、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(lái)控制輸出回路電流的三極管，又稱效應(yīng)來(lái)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。 4.4 4.4 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作NN溝道溝道P P溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型NN溝道溝道P P溝道溝道NN溝道溝道P P溝道溝道（耗盡型）（耗盡型）FETFE

37、T場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管JFETJFET結(jié)型結(jié)型MOSFETMOSFET絕緣柵型絕緣柵型(IGFET)(IGFET)場(chǎng)效應(yīng)管分類：場(chǎng)效應(yīng)管分類：長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作 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 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) 101010 10 以上。以上。類型類型N N 溝道溝道P 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U UGSGS = 0 = 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；

38、耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管；U UGSGS = 0 = 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。長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作1 1、N N 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS MOS 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)P P 型襯底型襯底NN+ +NN+ +B BG GS SD DSiOSiO2 2源極源極 S S漏極漏極 D D襯底引線襯底引線 B B柵極柵極 G GS SG GD DB B長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作1. 1. 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 U UGSGS 來(lái)控制來(lái)控制“感應(yīng)電荷感應(yīng)電荷”的多少，的多少，改變由這些改變

39、由這些“感應(yīng)電荷感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，以控制形成的導(dǎo)電溝道的狀況，以控制漏極電流漏極電流 I ID D。2.2.工作原理分析工作原理分析(1)(1)U UGSGS = 0 = 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 PN 結(jié)，無(wú)論漏源之間加何結(jié)，無(wú)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。S SB BD D長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作(2) (2) U UDSDS = 0 = 0，0 0 U UGSGS U UT T) )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 I ID D 。b. b. U UDSDS=

40、= U UGSGS U UT T， U UGDGD = = U UT T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. c. U UDS DS U UGSGS U UT T， U UGDGD U UT T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，U UDS DS 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， i iD D因而基本不變。因而基本不變。a. a. U UDSDS U UT TP P 型襯底型襯底NN+ +NN+ +B BG GS SD DV VGGGGV VDDDDP P 型襯底型襯底NN+ +NN

41、+ +B BG GS SD DV VGGGGV VDDDDP P 型襯底型襯底NN+ +NN+ +B BG GS SD DV VGGGGV VDDDD夾斷區(qū)夾斷區(qū)長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作D DP P型襯底型襯底NN+ +NN+ +B BG GS SV VGGGGV VDDDDP P型襯底型襯底NN+ +NN+ +B BG GS SD DV VGGGGV VDDDDP P型襯底型襯底NN+ +NN+ +B BG GS SD DV VGGGGV VDDDD夾斷區(qū)夾斷區(qū)(a) (a) U UGDGD U UT T(b) (b) U UGDGD = = U UT T(c) (c) U UGD

42、GD U UGSGS U UT T時(shí)，對(duì)應(yīng)于不同的時(shí)，對(duì)應(yīng)于不同的u uGSGS就有一個(gè)確定的就有一個(gè)確定的i iD D 。此時(shí)，此時(shí)， 可以把可以把i iD D近似看成是近似看成是u uGSGS控制的電流源。控制的電流源。長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作3. 3. 特性曲線與電流方程特性曲線與電流方程(a)(a)轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性(b)(b)輸出特性輸出特性U UGSGS U UT T 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)。U UT T 2 2U UT TI IDODOu uGSGS /V /Vi iD D /mA /m

43、AOOi iD D/ /mAmAu uDS DS / /V VOOTGSUU 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)。U UGSGS增加增加長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作二、二、N N 溝道耗盡型溝道耗盡型 MOS MOS 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管P P型襯底型襯底NN+ +NN+ +B BG GS SD D+ +制造過(guò)程中預(yù)先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，制造過(guò)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 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 U UGSGS = 0 = 0 也會(huì)形成也

44、會(huì)形成 N N 型導(dǎo)電溝道型導(dǎo)電溝道。+ + +U UGSGS = 0 = 0，U UDSDS 0 0，產(chǎn)，產(chǎn)生較大的漏極電流；生較大的漏極電流；U UGSGS 0 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 20N 溝道耗盡型溝道耗盡型MOSFET長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作三、三、P P溝道溝道MOSMOS管管1. 1.P P溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSM

45、OS管管的開啟電壓的開啟電壓U UGS(th)GS(th) 0 0 當(dāng)當(dāng)U UGSGS U UGS(th)GS(th) ，漏漏- -源之間應(yīng)加負(fù)電源電壓源之間應(yīng)加負(fù)電源電壓管子才導(dǎo)通管子才導(dǎo)通, ,空穴導(dǎo)電空穴導(dǎo)電。2.2.P P溝道耗盡型溝道耗盡型MOSMOS管管的夾斷電壓的夾斷電壓U UGS(off)GS(off)0 0 U UGSGS 可在正、負(fù)值的一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)可在正、負(fù)值的一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)i iD D的控制的控制，漏漏- -源之間應(yīng)加負(fù)電源電壓源之間應(yīng)加負(fù)電源電壓。S SG GD DB BP P溝道溝道S SG GD DB BP P溝道溝道四、四、VMOSVMOS管管VMOSVMO

46、S管漏區(qū)散熱面積大，管漏區(qū)散熱面積大，可制成大功率管?？芍瞥纱蠊β使?。長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作D DS SG GNN符符號(hào)號(hào)1 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)NN型型溝溝道道NN型硅棒型硅棒柵極柵極源極源極漏極漏極P P+ +P P+ +P P 型區(qū)型區(qū)耗盡層耗盡層(PN (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)正向電壓，上一個(gè)正向電壓，N 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 N 型的，型的，稱稱 N N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管。長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作P P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管溝道場(chǎng)效應(yīng)管NN+ +NN

47、+ +P P型型溝溝道道G GS SD D P P 溝道場(chǎng)效應(yīng)管是在溝道場(chǎng)效應(yīng)管是在 P 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 N 型區(qū)型區(qū)(N(N+ +) )，導(dǎo)電溝導(dǎo)電溝道為道為 P P 型型，多數(shù)載流子為，多數(shù)載流子為空穴?？昭?。符號(hào)符號(hào)G GD DS S長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作2 2、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工作原理、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工作原理 N N 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管用改變管用改變 U UGS GS 大小來(lái)控制漏極電流大小來(lái)控制漏極電流 I ID D 的。的。(VCCS)(VCCS)G GD DS SNNNN型型溝溝道道柵極柵極源極源極漏極漏極P P+ +P

48、 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 I ID D 減小，反之，減小，反之，漏極漏極 I ID D 電流將增加。電流將增加。 * *耗盡層的寬度改變耗盡層的寬度改變主要在溝道區(qū)。主要在溝道區(qū)。長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作1) 1)當(dāng)當(dāng)U UDSDS = 0 = 0 時(shí)，時(shí)， u uGSGS 對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用I ID D = 0 = 0G GD DS SNN型型溝溝道道P P+ +P P+ +

49、 (a) (a) U UGSGS = 0 = 0U UGSGS = 0 = 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U UGS GS 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) U UGSGS = = U UGSGS（Off)Off)，耗，耗盡層合攏，導(dǎo)電溝被盡層合攏，導(dǎo)電溝被夾斷夾斷. .I ID D = 0 = 0G GD DS SP P+ +P P+ +NN型型溝溝道道( (b) b) U UGS(off)GS(off) U UGSGS U UGSGS（Off)Off) ，i iD D 較大較大。G GD DS

50、 SP P+ +NNi iS Si iD DP P+ +P P+ +V VDDDDV VGGGG u uGSGS 0 U UGSGS（Off)Off) ，i iD D 變小。變小。G GD DS SNNi iS Si iD DP P+ +P P+ +V VDDDD注意：當(dāng)注意：當(dāng) u uDSDS 0 0 時(shí)，耗盡層呈現(xiàn)楔形。時(shí)，耗盡層呈現(xiàn)楔形。(a)(a)(b)(b)u uGDGD u uGSGS u uDSDS 長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作G GD DS SP P+ +NNi iS Si iD DP P+ +P P+ +V VDDDDV VGGGGu uGSGS 0, 0,u uGDG

51、D = = U UGS(off)GS(off), , ,溝道變窄預(yù)夾斷溝道變窄預(yù)夾斷u uGSGS 0 , 0 ,u uGDGD u uGS(off)GS(off), ,夾斷，夾斷，i iD D幾乎不變幾乎不變G GD DS Si iS Si iD DP P+ +V VDDDDV VGGGGP P+ +P P+ +( (1) 1) 改變改變 u uGS GS ，改變了改變了 PN PN 結(jié)中電場(chǎng)，控制了結(jié)中電場(chǎng)，控制了 i iD D ，故稱場(chǎng)效應(yīng)管；，故稱場(chǎng)效應(yīng)管； (2)(2)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵源之間加反向偏置電壓，使結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管柵源之間加反向偏置電壓，使 PN PN 反偏，柵極反偏，柵極 基本

52、不取電流，因此，場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻很高。基本不取電流，因此，場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻很高。(c)(c)(d)(d)長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作3.3.當(dāng)當(dāng)u uGDGD u uGS(off)GS(off), ,時(shí)，時(shí)， , , u uGS GS 對(duì)漏極電流對(duì)漏極電流i iD D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)g gmm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)(VCCS)。在在u uGDGD u uGSGS u uDS DS u uGS(off)GS(off)情況下情況下, , 即

53、當(dāng)即當(dāng)u uDS DS u uGS GS - -u uGS(off)GS(off) 對(duì)應(yīng)于不同的對(duì)應(yīng)于不同的u uGSGS ，d-sd-s間等效成不同阻值的電阻。間等效成不同阻值的電阻。(2)(2)當(dāng)當(dāng)u uDSDS使使u uGDGD u uGS(off)GS(off)時(shí)，時(shí)，d-sd-s之間預(yù)夾斷之間預(yù)夾斷(3)(3)當(dāng)當(dāng)u uDSDS使使u uGDGD U U(BR)GS(BR)GS ，PN 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. 1.最大漏極電流最大漏極電流I IDMDM長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作

54、例例電路如圖電路如圖1所示，其中管子所示，其中管子T的輸出特性曲線如圖的輸出特性曲線如圖2所示。所示。試分析試分析ui為為0V、8V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圖圖2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) 4VGSD長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作解解:(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

55、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。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)長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作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圖圖2長(zhǎng)沙理工大

56、學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作晶體管晶體管場(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)場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作噪聲噪聲

57、較大較大 較小較小溫度特性溫度特性 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)管長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作小小 結(jié)結(jié)第第 4 章章長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作一、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N 型型

58、( (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長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作iDO 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(guò)則擊穿超過(guò)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長(zhǎng)沙理工大學(xué)計(jì)算機(jī)通信工程學(xué)院制作3. 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相當(dāng)于有內(nèi)阻的恒壓