模電,第一章-chenli

1、1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1.3 晶體三極管晶體三極管1.4 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管3.半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)半導(dǎo)體體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。常用的半，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。常用的半導(dǎo)體材料是導(dǎo)體材料是硅（硅（Si）和鍺（）和鍺（Ge）。 1. 導(dǎo)體：導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。，金屬一般都是導(dǎo)體。2. 絕緣體：絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕

2、緣體絕緣體，如惰性氣體、橡膠、，如惰性氣體、橡膠、陶瓷、塑料和石英。陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體具有下列的重要特性：半導(dǎo)體具有下列的重要特性：l (1) 熱敏性熱敏性: 一些半導(dǎo)體對(duì)溫度反應(yīng)很靈敏一些半導(dǎo)體對(duì)溫度反應(yīng)很靈敏, 其電阻率隨溫度升其電阻率隨溫度升高而明顯下降高而明顯下降, 利用該特性可制成各種熱敏元件利用該特性可制成各種熱敏元件, 如熱敏電阻、如熱敏電阻、 溫度傳感器等。溫度傳感器等。 l (2) 光敏性光敏性: 有些半導(dǎo)體的電阻率隨光照增強(qiáng)而明顯下降有些半導(dǎo)體的電阻率隨光照增強(qiáng)而明顯下降, 利用利用這種特性可做成各種光敏元件這種特性可做成各種光敏元件, 如光敏電阻和光電管等。如光敏電

3、阻和光電管等。 l (3) 摻雜摻雜性性: 在純凈的半導(dǎo)體中摻入其它微量元素（如磷和硼）在純凈的半導(dǎo)體中摻入其它微量元素（如磷和硼）會(huì)使其電阻率下降，利用該性質(zhì)可制成各種晶體管器件。會(huì)使其電阻率下降，利用該性質(zhì)可制成各種晶體管器件。 共價(jià)鍵共共價(jià)鍵共用電子對(duì)用電子對(duì)二、本征半導(dǎo)體二、本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)在絕對(duì)溫度在絕對(duì)溫度T=0K，且無外界，且無外界激發(fā)時(shí)，價(jià)電子完全被共價(jià)鍵激發(fā)時(shí)，價(jià)電子完全被共價(jià)鍵緊緊束縛，即沒有可以自由移緊緊束縛，即沒有可以自由移動(dòng)的帶電粒子（載流子）。動(dòng)的帶電粒子（載流子）。因因此本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力很弱。此本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力很弱。當(dāng)溫

4、度升高或受到光照射，一當(dāng)溫度升高或受到光照射，一些些價(jià)電子獲得足夠能量，掙脫價(jià)電子獲得足夠能量，掙脫共價(jià)鍵束縛，成為共價(jià)鍵束縛，成為自由電子自由電子。自由電子產(chǎn)生同時(shí)，在其原共自由電子產(chǎn)生同時(shí)，在其原共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空空穴穴。原子因失掉一個(gè)價(jià)電子而。原子因失掉一個(gè)價(jià)電子而帶正電，或者說空穴帶正電。帶正電，或者說空穴帶正電。本征半導(dǎo)體中自由電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的，即自由電子和本征半導(dǎo)體中自由電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的，即自由電子和空穴數(shù)目相等?？昭〝?shù)目相等。+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子自由電子空穴空穴這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。與本征

5、激發(fā)相反現(xiàn)象與本征激發(fā)相反現(xiàn)象復(fù)合（自由電子在運(yùn)動(dòng)中與空穴結(jié)合）復(fù)合（自由電子在運(yùn)動(dòng)中與空穴結(jié)合）。在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。電在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。電子空穴對(duì)的濃度一定。子空穴對(duì)的濃度一定。在外電場(chǎng)作用下，一方面，自由電子做定向運(yùn)動(dòng)形成電子電流；在外電場(chǎng)作用下，一方面，自由電子做定向運(yùn)動(dòng)形成電子電流；另一方面，價(jià)電子按一定方向填補(bǔ)空穴，即空穴也產(chǎn)生定向移動(dòng)，另一方面，價(jià)電子按一定方向填補(bǔ)空穴，即空穴也產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成空穴電流。形成空穴電流。三、本征載流子濃度三、本征載流子濃度l 本征半導(dǎo)體有兩種載流子，即自由電子和空穴均參與導(dǎo)電。本征

6、半導(dǎo)體有兩種載流子，即自由電子和空穴均參與導(dǎo)電。外加能量越高（溫度越高），產(chǎn)生的電子空穴對(duì)越多。載流子濃外加能量越高（溫度越高），產(chǎn)生的電子空穴對(duì)越多。載流子濃度升高，導(dǎo)電能力增強(qiáng)。度升高，導(dǎo)電能力增強(qiáng)。本征載流子濃度：本征載流子濃度：)2/(2/31kTEiiGOeTKpn雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 為改善半導(dǎo)體導(dǎo)電性能，在本征半導(dǎo)體中摻入微量元素，為改善半導(dǎo)體導(dǎo)電性能，在本征半導(dǎo)體中摻入微量元素，摻雜后的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。按摻雜元素不同，分為摻雜后的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。按摻雜元素不同，分為P型型半導(dǎo)體和半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。一、一、N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在純凈的硅（或鍺）晶體中摻入五

7、價(jià)元素（如磷），在純凈的硅（或鍺）晶體中摻入五價(jià)元素（如磷），形成形成N型半導(dǎo)體。此類雜質(zhì)稱為施主雜質(zhì)。型半導(dǎo)體。此類雜質(zhì)稱為施主雜質(zhì)。N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子多數(shù)載流子多數(shù)載流子自由電子自由電子少數(shù)載流子少數(shù)載流子空穴空穴N型半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，摻入的雜質(zhì)越多，多子（自型半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，摻入的雜質(zhì)越多，多子（自由電子）的濃度就越高，導(dǎo)電性也越強(qiáng)。由電子）的濃度就越高，導(dǎo)電性也越強(qiáng)。+4+4+4+4+4+4+4+4+5空位空位硼原子硼原子硅原子硅原子多數(shù)載流子多數(shù)載流子 空穴空穴少數(shù)載流子少數(shù)載流子自由電子自由電子在純凈的硅（或鍺）晶體中摻入三

8、價(jià)元素（如硼），形成在純凈的硅（或鍺）晶體中摻入三價(jià)元素（如硼），形成P型型半導(dǎo)體。此類雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)。半導(dǎo)體。此類雜質(zhì)稱為受主雜質(zhì)。二、二、P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，摻入的雜質(zhì)越多，多子（空穴）型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，摻入的雜質(zhì)越多，多子（空穴）的濃度就越高，導(dǎo)電性也越強(qiáng)。的濃度就越高，導(dǎo)電性也越強(qiáng)。+4+4+4+4+4+4+4+4+3雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖+N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多子多子電子電子少子少子空穴空穴P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多子多子空穴空穴少子少子電子電子少子濃度少子濃度與溫度有關(guān)與溫度有關(guān)多子濃度多子濃度與摻雜有關(guān)與摻雜有關(guān)1.1.3 PN結(jié)結(jié) 一、一、

9、 PN結(jié)的形成結(jié)的形成 物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。氣體、液體、固體物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。氣體、液體、固體均有之。均有之。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)P區(qū)空穴區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)高濃度遠(yuǎn)高于于N區(qū)。區(qū)。N區(qū)自由電區(qū)自由電子濃度遠(yuǎn)高子濃度遠(yuǎn)高于于P區(qū)。區(qū)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使靠近接觸面擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使靠近接觸面P區(qū)空穴濃度降低、靠近接觸面區(qū)空穴濃度降低、靠近接觸面N區(qū)自由電區(qū)自由電子濃度降低，產(chǎn)生由子濃度降低，產(chǎn)生由N區(qū)指向區(qū)指向P區(qū)內(nèi)電場(chǎng)，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)行。區(qū)內(nèi)電場(chǎng)，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)進(jìn)行。因電場(chǎng)作用所產(chǎn)生的因電場(chǎng)作用所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同，達(dá)到動(dòng)態(tài)

10、平參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，就形成了衡，就形成了PN結(jié)。結(jié)。漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使P區(qū)與區(qū)與N區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成內(nèi)電區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成內(nèi)電場(chǎng)，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。內(nèi)電場(chǎng)使空穴從場(chǎng)，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。內(nèi)電場(chǎng)使空穴從N區(qū)向區(qū)向P區(qū)、自區(qū)、自由電子從由電子從P區(qū)向區(qū)向N 區(qū)運(yùn)動(dòng)。區(qū)運(yùn)動(dòng)。有利于少子的運(yùn)動(dòng)有利于少子的運(yùn)動(dòng) 二、二、 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?(1) 加正向電壓（正偏）加正向電壓（正偏）電源正極接電源正極接P區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接N區(qū)區(qū) 耗盡層變窄耗盡層變窄 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)多子多子

11、擴(kuò)散形成正向電流擴(kuò)散形成正向電流I I外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)(2) 加反向電壓加反向電壓電源正極接電源正極接N區(qū)，負(fù)極接區(qū)，負(fù)極接P區(qū)區(qū) 耗盡層變寬耗盡層變寬 漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)少子漂移形成反向電流少子漂移形成反向電流I IS S 外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng) 在一定的溫在一定的溫度下，由本征激度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故度是一定的，故IS基本上與外加基本上與外加反壓的大小無關(guān)反壓的大小無關(guān)，所以稱為所以稱為反向反向飽和電流飽和電流。但但I(xiàn)S與溫度有關(guān)。與溫度有關(guān)。 PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正

12、向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻，呈現(xiàn)低電阻， PN結(jié)導(dǎo)通；結(jié)導(dǎo)通； PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，呈現(xiàn)高電阻， PN結(jié)截止。結(jié)截止。l 由此可以得出結(jié)論：由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。結(jié)具有單向?qū)щ娦浴? 1(eTSUuIi根據(jù)理論分析：根據(jù)理論分析：u ：PN結(jié)兩端的電壓降結(jié)兩端的電壓降i ：流過：流過PN結(jié)的電流結(jié)的電流IS ：反向飽和電流：反向飽和電流UT =kT/q ：溫度電壓當(dāng)量：溫度電壓當(dāng)量其中其中k為玻耳茲曼常數(shù)為玻耳茲曼常數(shù) 1.381023q 為電子電荷量為電子電荷量1.6109T 為熱力學(xué)溫度為熱力學(xué)溫度對(duì)

13、于室溫（相當(dāng)對(duì)于室溫（相當(dāng)T=300 K）則有則有UT=26 mV。當(dāng)當(dāng) u0 uUT時(shí)時(shí)1eTUuTeSUuIi 當(dāng)當(dāng) u|U T |時(shí)時(shí)1eTUuSIi三、三、 PN結(jié)方程及伏安特性曲線結(jié)方程及伏安特性曲線PN結(jié)的伏安特性曲線如圖結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏正偏I(xiàn)（多子擴(kuò)散）（多子擴(kuò)散）IS（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利用反向擊穿特性可以制成穩(wěn)壓管。利用反向擊穿特性可以制成穩(wěn)壓管。2. 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容3. 結(jié)電容：結(jié)電容： PN結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散過程中載流子的濃度及其結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散過程中載流子的濃

14、度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容Cd。1.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 1.2.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu) 1.2.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 1.2.3 二極管的參數(shù)二極管的參數(shù) 1.2.4 二極管的等效電路二極管的等效電路 1.2.5 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管將將PN結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。 1.2.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)點(diǎn)接觸型：點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，結(jié)電容小結(jié)面積小，結(jié)電容小故結(jié)允許的電流小故結(jié)允許

15、的電流小最高工作頻率高最高工作頻率高用于檢波和變頻等高頻用于檢波和變頻等高頻電路電路面接觸型：面接觸型：結(jié)面積大，結(jié)電容大結(jié)面積大，結(jié)電容大故結(jié)允許的電流大故結(jié)允許的電流大最高工作頻率低最高工作頻率低用于低頻大電流整流用于低頻大電流整流電路電路平面型：平面型：結(jié)面積可小、可大結(jié)面積可小、可大小的工作頻率高小的工作頻率高大的結(jié)允許的電流大大的結(jié)允許的電流大用于高頻整流和開關(guān)用于高頻整流和開關(guān)電路中電路中)(ufi 開啟開啟電壓電壓反向飽反向飽和電流和電流擊穿擊穿電壓電壓mV)26( ) 1e (TSTUIiUu常溫下溫度的溫度的電壓當(dāng)量電壓當(dāng)量 1.2.2 二極管伏安特性二極管伏安特性。，則若反

16、向電壓；，則若正向電壓STSTTeIiUuIiUuUu) 1e (TSUuIi2. 伏安特性受溫度影響伏安特性受溫度影響T（）在電流不變情況下管壓降在電流不變情況下管壓降u 反向飽和電流反向飽和電流IST（）正向特性左移正向特性左移，反向特性下移，反向特性下移正向特性為正向特性為指數(shù)曲線指數(shù)曲線反向特性為橫軸的平行線反向特性為橫軸的平行線1. 最大整流電流最大整流電流IF 二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平均電流。二極管長(zhǎng)期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平均電流。2. 最高反向工作電壓最高反向工作電壓UR二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，單向?qū)щ姸O管反向擊穿時(shí)的電壓值

17、。擊穿時(shí)反向電流劇增，單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。通常性被破壞，甚至過熱而燒壞。通常UR為擊穿電壓為擊穿電壓UBR的一半。的一半。3. 反向電流反向電流 IR二極管未擊穿時(shí)的反向電流。二極管未擊穿時(shí)的反向電流。IR愈小，二極管的單向?qū)щ娦杂?，二極管的單向?qū)щ娦杂?，好?IR對(duì)溫度敏感。對(duì)溫度敏感。4. 最高工作頻率最高工作頻率fM 1.2.3 二極管主要參數(shù)二極管主要參數(shù)二極管工作的上限頻率。超過此值時(shí)，由于結(jié)電容的作用，二極二極管工作的上限頻率。超過此值時(shí)，由于結(jié)電容的作用，二極管的單向?qū)щ娦宰儔?。管的單向?qū)щ娦宰儔摹?1.2.4 二極管等效電路二極管等效電路 在一定的條件下，可

18、用線性模型來代替二極管，稱為二極管在一定的條件下，可用線性模型來代替二極管，稱為二極管的等效模型（或等效電路）。根據(jù)二極管的伏安特性，對(duì)應(yīng)于不的等效模型（或等效電路）。根據(jù)二極管的伏安特性，對(duì)應(yīng)于不同的應(yīng)用場(chǎng)合，同的應(yīng)用場(chǎng)合， 可建立不同的等效模型?？山⒉煌牡刃Ｐ?。1 理想模型（理想模型（a）由圖可見，理想二極管正向?qū)в蓤D可見，理想二極管正向?qū)〞r(shí)，其端電壓等于零，相當(dāng)通時(shí)，其端電壓等于零，相當(dāng)于短路；反向截止時(shí)，電流等于短路；反向截止時(shí)，電流等于零，相當(dāng)于開路。所以理想于零，相當(dāng)于開路。所以理想二極管相當(dāng)于一個(gè)理想開關(guān)二極管相當(dāng)于一個(gè)理想開關(guān)。理想理想二極管二極管導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí) UD0截

19、止時(shí)截止時(shí)IS02 恒壓降模型（恒壓降模型（b）在電路分析中，可認(rèn)為二極管正向在電路分析中，可認(rèn)為二極管正向?qū)〞r(shí)壓降恒定為導(dǎo)通時(shí)壓降恒定為Uon，截止時(shí)，截止時(shí)，反向電流為零。反向電流為零。 二極管電路等效二極管電路等效模型為一理想二極管和一恒壓源模型為一理想二極管和一恒壓源Uon相串聯(lián)。相串聯(lián)。近似分析近似分析中最常用中最常用導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)UDUon截止時(shí)截止時(shí)IS03 折線模型（折線模型（c）為了進(jìn)一步改善電路模型的準(zhǔn)確度，在恒壓降模型基礎(chǔ)上，作為了進(jìn)一步改善電路模型的準(zhǔn)確度，在恒壓降模型基礎(chǔ)上，作一定修正，圖中二極管正向壓降大于一定修正，圖中二極管正向壓降大于Uon后，用一斜線來描述后，

20、用一斜線來描述電壓和電流的關(guān)系，斜線的斜率為實(shí)際二極管特性曲線的斜率電壓和電流的關(guān)系，斜線的斜率為實(shí)際二極管特性曲線的斜率1/rD，rD =U/I。等效模型為一理想二極管和恒壓源。等效模型為一理想二極管和恒壓源Uon及正向及正向電阻電阻rD相串聯(lián)。相串聯(lián)。 導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通時(shí)i與與u成一成一次函數(shù)關(guān)系次函數(shù)關(guān)系例例1.2.1：二極管導(dǎo)通壓降為：二極管導(dǎo)通壓降為0.7V。估算開關(guān)斷開和閉合時(shí)輸出。估算開關(guān)斷開和閉合時(shí)輸出電壓的數(shù)值。電壓的數(shù)值。DTDDdIUiur根據(jù)電流方程，Q越高，越高，rd越小。越小。 當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)，則可將二極當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)，則可

21、將二極管等效為一個(gè)電阻，稱為動(dòng)態(tài)電阻，也就是微變等效電路。管等效為一個(gè)電阻，稱為動(dòng)態(tài)電阻，也就是微變等效電路。ui=0時(shí)直流電源作用時(shí)直流電源作用小信號(hào)作用小信號(hào)作用靜態(tài)電流靜態(tài)電流3. 判斷電路中二極管的工作狀態(tài)，求解輸出電壓。判斷電路中二極管的工作狀態(tài)，求解輸出電壓。一、一、 伏安特性伏安特性進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流不至于損壞的最大電流不至于損壞的最大電流由一個(gè)由一個(gè)PN結(jié)組成，結(jié)組成，反反向擊穿向擊穿后在一定的電后在一定的電流范圍內(nèi)端電壓基本流范圍內(nèi)端電壓基本不變，為穩(wěn)定電壓。不變，為穩(wěn)定電壓。二、主要參數(shù)二、主要參數(shù)穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓UZ、穩(wěn)定電流、穩(wěn)定電流IZ最大功耗最

22、大功耗PZM IZM UZ動(dòng)態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻rzUZ /IZ例題例題1.2.2已知已知UZ、IZmin、IZmax、RL，求限流電阻，求限流電阻RIZmin IZ IZmax1.3 雙極型晶體管雙極型晶體管1.3.1 BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介1.3.2 BJT的電流分配與放大原理的電流分配與放大原理1.3.3 BJT的特性曲線的特性曲線1.3.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)多子濃度高多子濃度高很薄，且雜很薄，且雜質(zhì)濃度低質(zhì)濃度低面積大面積大晶體管有三個(gè)極、三個(gè)區(qū)、兩個(gè)晶體管有三個(gè)極、三個(gè)區(qū)、兩個(gè)PN結(jié)。結(jié)。小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管（集電結(jié)反偏），即（發(fā)射結(jié)正偏）放大的條

23、件BECECBonBE0uuuUu擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流IE，復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流，復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流IB，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流IC。少數(shù)載流少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合因集電區(qū)面積大，在外電場(chǎng)作用下大因集電區(qū)面積大，在外電場(chǎng)作用下大部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū)部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū)基區(qū)空穴基區(qū)空穴的擴(kuò)散的擴(kuò)散l BJT內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)

24、內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)（以（以NPN為例）為例） )(1 BEBCBCIIiiII共射直流共射直流電流放大電流放大系數(shù)系數(shù)共射交流電流放大系數(shù)共射交流電流放大系數(shù) 1 ECECiiII共基直流共基直流電流放大電流放大系數(shù)系數(shù)共基交流電流放大系數(shù)共基交流電流放大系數(shù)為什么為什么UCE增大曲線右移？增大曲線右移？對(duì)于小功率晶體管，對(duì)于小功率晶體管，UCE大于大于1V的一條輸入特性曲線可以取代的一條輸入特性曲線可以取代UCE大于大于1V的所有輸入特性曲線。的所有輸入特性曲線。為什么像為什么像PN結(jié)的伏安特性？結(jié)的伏安特性？為什么為什么UCE增大到一定值曲增大到一定值曲線右移就不明顯了？線右移就不明顯了？一

25、、一、 輸入特性曲線輸入特性曲線CE)(BEBUufi B)(CECIufi 對(duì)應(yīng)于一個(gè)對(duì)應(yīng)于一個(gè)IB就有一條就有一條iC隨隨uCE變化的曲線。變化的曲線。為什么為什么uCE較小時(shí)較小時(shí)iC隨隨uCE變化很大？為什么進(jìn)入放變化很大？為什么進(jìn)入放大狀態(tài)曲線幾乎是橫軸的大狀態(tài)曲線幾乎是橫軸的平行線？平行線？飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)BiCi常量CEBCUii二、二、 輸出特性曲線輸出特性曲線晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，輸出回路的電流晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，輸出回路的電流 iC幾乎僅僅決定于輸入幾乎僅僅決定于輸入回路的電流回路的電流 iB，即可將輸出回路等效為電流，即可將輸出回路等效為電流 i

26、B 控制的電流源控制的電流源iC 。 直流參數(shù)直流參數(shù)： 、 、ICBO、 ICEOc-e間擊穿電壓間擊穿電壓最大集電最大集電極電流極電流最大集電極耗散功最大集電極耗散功率，率，PCMiCuCE安全工作區(qū)安全工作區(qū) 交流參數(shù)：交流參數(shù)：、fT（使（使1的信號(hào)頻率）的信號(hào)頻率） 極限參數(shù)極限參數(shù)：ICM、PCM、U（BR）CEOECII1ECiiBEBBBE )(uiiuT不變時(shí)，即不變時(shí)輸入特性輸入特性輸出特性輸出特性小結(jié)小結(jié)練習(xí)練習(xí) P67 1.15，P68 1.17，P69 1.19 2. P64 第六題第六題1. 分別分析分別分析uI=0V、5V時(shí)時(shí)T是工作在截止?fàn)顟B(tài)還是導(dǎo)通狀態(tài)；是工作

27、在截止?fàn)顟B(tài)還是導(dǎo)通狀態(tài)；2. 已知已知T導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通時(shí)的UBE0.7V，若，若uI=5V，則，則在什么范圍內(nèi)在什么范圍內(nèi)T處于放大狀態(tài)處于放大狀態(tài)?在什么范圍內(nèi)在什么范圍內(nèi)T處于飽和狀態(tài)？處于飽和狀態(tài)？通過通過uBE是否大于是否大于Uon判斷管子是否導(dǎo)通。判斷管子是否導(dǎo)通。A43mA)1007 . 05(bBEIBRUuimA4 . 2mA)512(cCCCmaxRVi56BCmaxii臨界飽和時(shí)的臨界飽和時(shí)的練習(xí)練習(xí)21.4 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管1.4.3 場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)及特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管的參數(shù)及特點(diǎn)1.4.4 場(chǎng)效應(yīng)管與晶

28、體管比較場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管比較N溝道溝道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)分類：分類：場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 (FET：field effect transistor)耗盡型：場(chǎng)效應(yīng)管沒有加偏置電壓時(shí)，就有導(dǎo)電溝道存在耗盡型：場(chǎng)效應(yīng)管沒有加偏置電壓時(shí)，就有導(dǎo)電溝道存在增強(qiáng)型增強(qiáng)型：場(chǎng)效應(yīng)管沒有加偏置電壓時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道場(chǎng)效應(yīng)管沒有加偏置電壓時(shí)，沒有導(dǎo)電溝道場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)極：源極（場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)極：源極（s）、柵極（）、柵極（g）、漏極（）、漏極（d），對(duì)），對(duì)應(yīng)于晶體管的應(yīng)于晶體管的

29、e、b、c；有三個(gè)工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、；有三個(gè)工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對(duì)應(yīng)于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。可變電阻區(qū)，對(duì)應(yīng)于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。1. 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道源極源極柵極柵極漏極漏極符號(hào)符號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)示意圖1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管N溝道管溝道管溝道很寬溝道很寬溝道變窄溝道變窄溝道消失溝道消失稱為夾斷稱為夾斷 uGS可以控制導(dǎo)電溝道的寬度?？梢钥刂茖?dǎo)電溝道的寬度。UGS（off）1. 當(dāng)當(dāng)uDS0時(shí)，時(shí)， uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用 為使為使N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管正常工作，應(yīng)在其柵源之間加負(fù)向電溝道

30、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管正常工作，應(yīng)在其柵源之間加負(fù)向電壓（即壓（即uGSUGS（off）uGDUGS（off）2. uDS對(duì)漏極電流對(duì)漏極電流iD的影響（的影響（UGS(off)uGS0）3. uGDUGS(off)時(shí)，時(shí)，uGS對(duì)對(duì)iD的控制作用的控制作用uGD增大時(shí)，增大時(shí)，iD幾乎不變，即幾乎不變，即iD幾乎僅取決于幾乎僅取決于uGS，通過改變，通過改變uGS來控制來控制iD大小。大小。GSDmuig漏極電流受柵源電壓控制，控制能力由漏極電流受柵源電壓控制，控制能力由gm（低頻跨導(dǎo)）低頻跨導(dǎo)）描述。描述。小結(jié)：小結(jié)：l JFET柵極、溝道之間柵極、溝道之間PN結(jié)反向偏置，結(jié)反向偏置，iG0，輸入電

31、阻很高；，輸入電阻很高；l 預(yù)夾斷前，預(yù)夾斷前，iD與與uGS呈近似線性關(guān)系，預(yù)夾斷后，呈近似線性關(guān)系，預(yù)夾斷后，iD趨于飽和；趨于飽和；l P溝道溝道JFET工作時(shí)，其電源極性與工作時(shí)，其電源極性與N溝道溝道JFET相反；相反；l JFET是電壓控制電流器件，是電壓控制電流器件，iD受受uGS控制，控制能力由控制，控制能力由gm描述。描述。常量DS)(GSDUufi夾斷電壓夾斷電壓漏極飽漏極飽和電流和電流場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū):（UGS（off） uGS 0）2GS(off)GSDSSD)1 (UuIi在恒流區(qū)時(shí)1. 轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線常量GS)(DSDUufig-s

32、電壓控制電壓控制d-s等效電阻等效電阻常量DSGSDmUuig預(yù)夾斷軌跡，預(yù)夾斷軌跡，uGDUGS（off）可可變變電電阻阻區(qū)區(qū)恒恒流流區(qū)區(qū)iD幾乎僅決定于幾乎僅決定于uGS擊擊穿穿區(qū)區(qū)夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷區(qū)（截止區(qū)）夾斷電壓夾斷電壓IDSSiD不同型號(hào)的管子不同型號(hào)的管子UGS（off）、IDSS將不同。將不同。低頻跨導(dǎo)：低頻跨導(dǎo)：2. 輸出特性曲線輸出特性曲線uGS增大到一定值時(shí)（開啟電壓增大到一定值時(shí)（開啟電壓UGS(th)），反型層（導(dǎo)電溝道），反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚變長(zhǎng)，將兩個(gè)將變厚變長(zhǎng)，將兩個(gè)N區(qū)相接，形成導(dǎo)電溝道。區(qū)相接，形成導(dǎo)電溝道。一、一、N溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOS管管S

33、iO2絕緣層絕緣層襯底襯底耗盡層耗盡層空穴空穴高摻雜高摻雜反型層反型層大到一定大到一定值才開啟值才開啟1.4.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管用場(chǎng)效應(yīng)管組成放大電路時(shí)應(yīng)使之工作在恒流區(qū)。用場(chǎng)效應(yīng)管組成放大電路時(shí)應(yīng)使之工作在恒流區(qū)。iD隨隨uDS的增大而的增大而增大，可變電阻區(qū)增大，可變電阻區(qū)uGDUGS（th）,預(yù)夾斷預(yù)夾斷iD幾乎僅僅受控幾乎僅僅受控于于uGS，恒流區(qū)，恒流區(qū)剛出現(xiàn)夾斷剛出現(xiàn)夾斷uDS的增大幾乎全部用于克服的增大幾乎全部用于克服夾斷區(qū)對(duì)漏極電流的阻力。夾斷區(qū)對(duì)漏極電流的阻力。耗盡型耗盡型MOS管在管在 uGS0、 uGS 0、 uGS 0時(shí)均可導(dǎo)通，時(shí)均可導(dǎo)通，且與結(jié)型場(chǎng)

34、效應(yīng)管不同，由于且與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管不同，由于SiO2絕緣層的存在，在絕緣層的存在，在uGS0時(shí)仍保持時(shí)仍保持g-s間電阻非常大的特點(diǎn)。間電阻非常大的特點(diǎn)。加正離子加正離子小到一定小到一定值才夾斷值才夾斷uGS=0時(shí)就存在時(shí)就存在導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道二、二、N溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管管1) 增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS管管2) 耗盡型耗盡型MOS管管開啟開啟電壓電壓夾斷夾斷電壓電壓DGS(th)GSDO2GS(th)GSDOD2) 1(iUuIUuIi時(shí)的為式中在恒流區(qū)時(shí)，l 與與N溝道溝道MOSFET相對(duì)應(yīng)，相對(duì)應(yīng)，P溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSFET的漏的漏-源之源之間應(yīng)加負(fù)電壓（間應(yīng)加負(fù)電壓（開啟電壓開啟電壓UGS（th）0 ），當(dāng)），當(dāng)uGS0，改變，改變uGS可實(shí)現(xiàn)對(duì)漏極電流可實(shí)現(xiàn)對(duì)漏極電流iD的控制。的控制。1.4.3 場(chǎng)效應(yīng)管主要參數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管主要參數(shù)一、一、 直流參數(shù)直流參數(shù)（1）開啟電壓）開啟電壓UGS(th)：uDS為某一固定值，使為某一固定值，使iD大于零所需的最大于零所需的最小小|uGS|。一般場(chǎng)效應(yīng)管手冊(cè)給出的是在。一般場(chǎng)效應(yīng)管手冊(cè)給出的是在iD為規(guī)定的微小電流為規(guī)定的微小電流（如（如5）時(shí)的）時(shí)的uGS。 它是它是增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOSFET的參數(shù)。的參數(shù)。（2）夾斷電壓）夾斷電壓UGS(off)：實(shí)際測(cè)試時(shí)，：實(shí)際測(cè)試時(shí)，uDS為某一固定值，使為某一固定值，使