數(shù)字電子技術(shù)課件

數(shù)字電子技術(shù)2022/12/24數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)2022/12/17數(shù)字電子技術(shù)11.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識在物理學(xué)中，根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，將其劃分為三類：a.導(dǎo)體：電阻率<10-4??cm的物質(zhì)；b.絕緣體：電阻率>109??cm的物質(zhì)；c.半導(dǎo)體：電阻率介于二者之間的物質(zhì)；典型的半導(dǎo)體是硅Si和鍺Ge，它們都是4價元素。硅原子鍺原子硅和鍺最外層軌道上的四個電子稱為價電子。正離子核數(shù)字電子技術(shù)1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識在物理學(xué)中，根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，將其劃2

本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)束縛電子在絕對溫度T=0K時，所有的價電子都被共價鍵緊緊束縛在共價鍵中，不會成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。1.1.1本征半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體—化學(xué)成分純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱為“九個9”。數(shù)字電子技術(shù)本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)束縛電子在絕對溫度T=0K時，所有的3當(dāng)溫度升高或受到光照時，共價鍵中的束縛電子能量增高，有的電子掙脫原子核的束縛而參與導(dǎo)電，成為自由電子。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，即熱激發(fā)。

自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價鍵中出現(xiàn)一個空位，稱為空穴。數(shù)字電子技術(shù)當(dāng)溫度升高或受到光照時，共價鍵中的束縛電子能量增高，有的電子4

可見，本征激發(fā)同時產(chǎn)生電子空穴對。

外加能量越高（溫度越高），產(chǎn)生的電子空穴對越多。與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象——復(fù)合在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合同時進(jìn)行，達(dá)到動態(tài)平衡。電子空穴對的濃度一定。常溫300K時：電子空穴對的濃度硅：鍺：自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴電子空穴對數(shù)字電子技術(shù)可見，本征激發(fā)同時產(chǎn)生電子空穴對。與本征激發(fā)相反的5E＋－自由電子帶負(fù)電荷電子流＋總電流載流子空穴帶正電荷空穴流本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。導(dǎo)電機(jī)制數(shù)字電子技術(shù)E＋－自由電子帶負(fù)電荷電子流＋總電流載流子空穴61.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.N型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱為N型半導(dǎo)體。

數(shù)字電子技術(shù)1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜7N型半導(dǎo)體多余電子磷原子硅原子多數(shù)載流子——自由電子少數(shù)載流子——空穴++++++++++++N型半導(dǎo)體施主離子自由電子電子空穴對數(shù)字電子技術(shù)N型半導(dǎo)體多余電子磷原子硅原子多數(shù)載流子——自由電子++++8

在本征半導(dǎo)體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵等?？昭ㄅ鹪庸柙佣鄶?shù)載流子——空穴少數(shù)載流子——自由電子－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體受主離子空穴電子空穴對2.

P型半導(dǎo)體數(shù)字電子技術(shù)在本征半導(dǎo)體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵等?？昭ㄅ鹪?雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖++++++++++++N型半導(dǎo)體多子—電子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體多子—空穴少子—電子少子濃度——與溫度有關(guān)多子濃度——與溫度無關(guān)數(shù)字電子技術(shù)雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖++++++++++++N型半導(dǎo)體多子—電10內(nèi)電場E因多子濃度差形成內(nèi)電場多子的擴(kuò)散空間電荷區(qū)

阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。PN結(jié)合空間電荷區(qū)多子擴(kuò)散電流少子漂移電流耗盡層1.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?/p>

1.PN結(jié)的形成

數(shù)字電子技術(shù)內(nèi)電場E因多子濃度差形成內(nèi)電場多子的擴(kuò)散空間電荷區(qū)11少子漂移補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴(kuò)散又失去多子，耗盡層寬，E內(nèi)電場E多子擴(kuò)散電流少子漂移電流耗盡層動態(tài)平衡：擴(kuò)散電流＝漂移電流總電流＝0數(shù)字電子技術(shù)少子漂移補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴(kuò)散122.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1)加正向電壓（正偏）——電源正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)

外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。

外電場削弱內(nèi)電場→耗盡層變窄→擴(kuò)散運(yùn)動＞漂移運(yùn)動→多子擴(kuò)散形成正向電流IF正向電流數(shù)字電子技術(shù)2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1)加正向電壓（正偏）——電13(2)加反向電壓——電源正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)

外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。

外電場加強(qiáng)內(nèi)電場→耗盡層變寬→漂移運(yùn)動＞擴(kuò)散運(yùn)動→少子漂移形成反向電流IRPN

在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故IR基本上與外加反壓的大小無關(guān)，所以稱為反向飽和電流。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。

數(shù)字電子技術(shù)(2)加反向電壓——電源正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)外14PN結(jié)加正向電壓時，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻，PN結(jié)導(dǎo)通；

PN結(jié)加反向電壓時，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，PN結(jié)截止。

結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。?shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)15

根據(jù)理論分析，電流方程為：u為PN結(jié)兩端的電壓降i為流過PN結(jié)的電流IS

為反向飽和電流UT=kT/q

稱為溫度的電壓當(dāng)量其中k為玻耳茲曼常數(shù)1.38×10－23q為電子電荷量1.6×10－9T為熱力學(xué)溫度室溫（相當(dāng)T=300K）時，UT=26mV。當(dāng)u>0u>>UT時當(dāng)u<0|u|>>|UT

|時3.PN結(jié)的電流方程和伏安特性曲線數(shù)字電子技術(shù)根據(jù)理論分析，電流方程為：u為PN結(jié)兩端的電壓降16PN結(jié)的伏安特性曲線電擊穿——可逆熱擊穿——燒壞PN結(jié)正偏I(xiàn)F（多子擴(kuò)散）IR（少子漂移）反偏反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿數(shù)字電子技術(shù)PN結(jié)的伏安特性曲線電擊穿——可逆正偏I(xiàn)F（多子擴(kuò)散）IR（171.2半導(dǎo)體二極管二極管=PN結(jié)+管殼+引線NP結(jié)構(gòu)符號陽極+陰極-數(shù)字電子技術(shù)1.2半導(dǎo)體二極管二極管=PN結(jié)+管殼+18二極管的幾種外形：二極管按結(jié)構(gòu)分為三大類：(1)點(diǎn)接觸型二極管

PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。數(shù)字電子技術(shù)二極管的幾種外形：二極管按結(jié)構(gòu)分為三大類：(1)點(diǎn)接觸型19(3)平面型二極管：用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。(2)面接觸型二極管：PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。數(shù)字電子技術(shù)(3)平面型二極管：用于集成電路制造工藝中。(2)面20半導(dǎo)體二極管的型號國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：2AP9用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。代表器件的類型，P為普通管，Z為整流管，K為開關(guān)管。代表器件的材料，A為N型Ge，B為P型Ge，C為N型Si，D為P型Si。2代表二極管，3代表三極管。數(shù)字電子技術(shù)半導(dǎo)體二極管的型號國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：221

1.2.1半導(dǎo)體二極管的V—A特性曲線反向飽和電流

硅：0.5V

鍺：0.1V死區(qū)電壓擊穿電壓UBR實(shí)驗(yàn)曲線(1)正向特性uEiVmA(2)反向特性uEiVuA鍺導(dǎo)通壓降硅：0.7V鍺：0.3V數(shù)字電子技術(shù)1.2.1半導(dǎo)體二極管的V—A特性曲線反向飽和電流221.2.2二極管的主要參數(shù)

(1)最大整流電流IF二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大正向平均電流。(2)最高反向工作電壓UR

二極管工作時允許外加的最大反向電壓，超過此值，二極管可能因反向擊穿而損壞。

(3)反向電流IR——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(nA)級；鍺二極管在微安(A)級。

(4)最高工作頻率fM——

fM是二極管工作的上限頻率。超過此值，由于結(jié)電容的作用，二極管的單向?qū)щ娦詫⒉荒芎芎玫捏w現(xiàn)。數(shù)字電子技術(shù)1.2.2二極管的主要參數(shù)(1)最大整流電流IF二極23C+-當(dāng)f很高時，很小，電容近似短路，二極管失去單向?qū)щ娮饔?。C數(shù)字電子技術(shù)C+-當(dāng)f很高時，很小，電容近似短路，二極管失去單向?qū)щ娮饔?41.2.3二極管的模型及近似分析計(jì)算1.二極管的直流模型IR10VE1kΩD—非線性器件iuRLC—線性器件數(shù)字電子技術(shù)1.2.3二極管的模型及近似分析計(jì)算1.二極管的直流模型25二極管的模型DU串聯(lián)電壓源模型（恒壓降模型）UD二極管的導(dǎo)通壓降。硅管0.7V；鍺管0.3V。理想二極管模型正偏反偏導(dǎo)通壓降二極管的V—A特性數(shù)字電子技術(shù)二極管的模型DU串聯(lián)電壓源模型（恒壓降模型）UD二極26二極管的近似分析計(jì)算IR10VE1kΩ串聯(lián)電壓源模型IR10VE1kΩ例1：實(shí)際測量值：I=9.32mA相對誤差理想二極管模型RI10VE1kΩ相對誤差0.7V數(shù)字電子技術(shù)二極管的近似分析計(jì)算IR10VE1kΩ串聯(lián)電壓源模型IR1027例2：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R＝1kΩ，UREF=2V，輸入信號為ui。

(1)若ui為4V的直流信號，分別采用理想二極管模型、串聯(lián)電壓源模型計(jì)算電流I和輸出電壓uo解：（1）采用理想模型分析。采用串聯(lián)電壓源模型分析。數(shù)字電子技術(shù)例2：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R＝1kΩ，UREF=228（2）如果ui為幅度±4V的交流三角波，波形如下圖右所示，分別采用理想二極管模型和串聯(lián)電壓源模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。解：①采用理想二極管模型分析。波形如右圖所示。0-4V4Vuit2V2Vuot數(shù)字電子技術(shù)（2）如果ui為幅度±4V的交流三角波，波形如下圖右所示，分2902.7Vuot0-4V4Vuit2.7V

②采用串聯(lián)電壓源模型分析，波形如右圖所示。數(shù)字電子技術(shù)02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V②采用串聯(lián)電壓源30例3：圖示電路，二極管導(dǎo)通電壓UD為0.7V，試分別估算開關(guān)S斷開和閉合時，輸出電壓Uo的值。解：1）開關(guān)斷開時。2）開關(guān)閉合時。數(shù)字電子技術(shù)例3：圖示電路，二極管導(dǎo)通電壓UD為0.7V，試分別估算開關(guān)31當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下，工作電流IZ在Izmax和Izmin之間變化時，其兩端電壓近似為常數(shù)。穩(wěn)定電壓1.2.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管反偏電壓≥UZ時，穩(wěn)壓管反向擊穿。＋UZ－限流電阻數(shù)字電子技術(shù)當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下，工作電流IZ在Izmax和32

穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)

(1)穩(wěn)定電壓UZ——在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。(2)動態(tài)電阻rZ——rZ=U

/I

rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡，穩(wěn)壓性能越好。(3)最小穩(wěn)定工作電流Izmin——保證穩(wěn)壓管擊穿所對應(yīng)的電流，若IZ＜IZmin則不能穩(wěn)壓。(4)最大穩(wěn)定工作電流Izmax——超過Izmax穩(wěn)壓管會因功耗過大而燒壞。數(shù)字電子技術(shù)穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UZ——在33例4：圖示電路，已知發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓為1.6V，正向電流為5～20mA時才能發(fā)光。試問：（1）開關(guān)處于何位置時發(fā)光二極管可能發(fā)光?（2）為使發(fā)光二極管發(fā)光，電路中R的取值范圍是多少?解：1）開關(guān)斷開時。2）R的取值范圍是220～880?。數(shù)字電子技術(shù)例4：圖示電路，已知發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓為1.6V，正向電流341.3雙極型晶體管

半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由于工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，因此，還被稱為雙極型晶體管（BipolarJunctionTransistor，簡稱BJT）。BJT是由兩個PN結(jié)組成的。圖1.3.1晶體管的幾種常見外形2022/12/24數(shù)字電子技術(shù)1.3雙極型晶體管半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三351.3.1基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PNP集電極基極發(fā)射極CEPNP型B符號:NPN管PNP管數(shù)字電子技術(shù)1.3.1基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PN36BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高BECNNP基極發(fā)射極集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)數(shù)字電子技術(shù)BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：集電區(qū)：發(fā)射區(qū)：BECNN371.3.2BJT的內(nèi)部工作原理（NPN管）

三極管在工作時要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏：由VBB保證集電結(jié)反偏：由VCC、

VBB保證UCB=UCE-UBE>0+UCE－＋UBE－＋UCB－共發(fā)射極接法c區(qū)b區(qū)e區(qū)2022/12/24數(shù)字電子技術(shù)1.3.2BJT的內(nèi)部工作原理（NPN管）38

（1）因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成了擴(kuò)散電流IEN

。同時從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴(kuò)散運(yùn)動，形成的電流為IEP。但其數(shù)量小，可忽略。所以發(fā)射極電流IE≈

IEN。

（2）發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。少部分遇到的空穴復(fù)合掉，形成IBN。所以基極電流IB≈

IBN。大部分到達(dá)了集電區(qū)的邊緣。1．BJT內(nèi)部的載流子傳輸過程數(shù)字電子技術(shù)（1）因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電39（3）因?yàn)榧娊Y(jié)反偏，收集擴(kuò)散到集電區(qū)邊緣的電子，形成電流ICN

。

另外，集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移電流ICBO。數(shù)字電子技術(shù)（3）因?yàn)榧娊Y(jié)反偏，收集擴(kuò)散到集電區(qū)邊緣的電子，形成電流I402．電流分配關(guān)系定義：稱為共基極直流電流放大系數(shù)稱為共基極交流電流放大系數(shù)其值的大小約為0.9～0.99，近似為1。

定義：稱為共射極直流電流放大系數(shù)稱為共射極交流電流放大系數(shù)其值一般在幾十到一百多倍。

一般有

，

三個電極上的電流關(guān)系:IE=IC+IB2022/12/24數(shù)字電子技術(shù)2．電流分配關(guān)系定義：稱為共基極直流電流放大系數(shù)稱為共基極交41其中：基本關(guān)系：稱為穿透電流。IE=IC+IB數(shù)字電子技術(shù)其中：基本關(guān)系：稱為穿透電流。IE=IC+IB數(shù)字電子技術(shù)421.3.3BJT的特性曲線（共發(fā)射極接法）(1)輸入特性曲線

iB=f(uBE)

uCE=常數(shù)死區(qū)電壓硅0.5V鍺0.1V導(dǎo)通壓降硅0.7V鍺0.3V數(shù)字電子技術(shù)1.3.3BJT的特性曲線（共發(fā)射極接法）(1)輸入特性43飽和區(qū)——iC受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE＜0.7

V。此時發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。飽和區(qū)放大區(qū)——曲線基本平行等距。此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。該區(qū)中有：放大區(qū)截止區(qū)——iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。截止區(qū)

(2)輸出特性曲線iC=f(uCE)

iB=const

數(shù)字電子技術(shù)飽和區(qū)——iC受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE＜0.7441.3.4BJT的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)（2）共基極電流放大系數(shù)：

iCE△=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAI△BBBIBiIBI=100uACBI=60uAiβ一般取20~200之間2.31.5（1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)：數(shù)字電子技術(shù)1.3.4BJT的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)（2）共基45

2.極間反向電流

（2）集電極發(fā)射極間的穿透電流ICEO

基極開路時，集電極到發(fā)射極間的電流——穿透電流。其大小與溫度有關(guān)。

（1）集電極基極間反向飽和電流ICBO

發(fā)射極開路時，在其集電結(jié)上加反向電壓，得到反向電流。它實(shí)際上就是一個PN結(jié)的反向電流。其大小與溫度有關(guān)。鍺管：ICBO為微安數(shù)量級，硅管：ICBO為納安數(shù)量級。++ICBOecbICEO數(shù)字電子技術(shù)2.極間反向電流（2）集電極發(fā)射極間46

3.極限參數(shù)

Ic增加時，要下降。當(dāng)值下降到線性放大區(qū)值的70％時，所對應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。（1）集電極最大允許電流ICM（2）集電極最大允許功率損耗PCM

集電極電流通過集電結(jié)時所產(chǎn)生的功耗，

PC=ICUCE

PCM<PCM數(shù)字電子技術(shù)3.極限參數(shù)Ic增加時，要下降。當(dāng)值下47（3）反向擊穿電壓

BJT有兩個PN結(jié)，其反向擊穿電壓有以下幾種：

①

U（BR）EBO——集電極開路時，發(fā)射極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般幾伏～十幾伏。②U（BR）CBO——發(fā)射極開路時，集電極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般為幾十伏～幾百伏。③U（BR）CEO——基極開路時，集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓。--(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU數(shù)字電子技術(shù)（3）反向擊穿電壓BJT有兩個PN結(jié)，其反向擊穿電壓有以下48例1.3.1現(xiàn)已測得某電路中幾只晶體管三個電極的直流電位如表所示，各晶體管b-e間開啟電壓均為0.5V。試分別說明各管子的工作狀態(tài)。晶體管T1T2T3T4基極直流電位UB/V0.71-10發(fā)射極直流電位UE/V00.3-1.70集電極直流電位UC/V50.7015工作狀態(tài)數(shù)字電子技術(shù)例1.3.1現(xiàn)已測得某電路中幾只晶體管三個電極的直流電位如49BECBECNNP1.發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管工作在放大區(qū)。2.發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏，晶體管工作在飽和區(qū)。3.發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏，晶體管工作在截止區(qū)。1.對于NPN管，當(dāng)UB>UE,且UB-UE>0.5V，UC>UB時，晶體管處于放大區(qū)。當(dāng)UB>UE,UB>UC時，晶體管處于飽和區(qū)。晶體管T1T2T3T4基極直流電位UB/V0.71-10發(fā)射極直流電位UE/V00.3-1.70集電極直流電位UC/V50.7015工作狀態(tài)放大飽和放大截止當(dāng)UBUE,UB<UC時，晶體管處于截止區(qū)。解：數(shù)字電子技術(shù)BECBECNNP1.發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管工作在放50CEBPNPCEB2.對于PNP管，當(dāng)UB<UE,且UB-UE<0.5V，UC<UB時，晶體管處于放大區(qū)。當(dāng)UB<UE,UB<UC時，晶體管處于飽和區(qū)。當(dāng)UBUE,UB>UC時，晶體管處于截止區(qū)。數(shù)字電子技術(shù)CEBPNPCEB2.對于PNP管，當(dāng)UB<UE,且51例1.3.2在一個單管放大電路中，電源電壓為30V，已知三只管子的參數(shù)如表所示，請選用一只管子，并簡述理由。晶體管參數(shù)T1T2T3ICBO/微安0.010.10.05UCEO/V505020?15100100解：選用T2最合適。數(shù)字電子技術(shù)例1.3.2在一個單管放大電路中，電源電壓為30V，已知三52

1.3.5三極管的模型及分析方法iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA非線性器件UD=0.7VUCES=0.3ViB≈0iC≈0一.BJT的模型++++i-uBE+-uBCE+Cibeec數(shù)字電子技術(shù)1.3.5三極管的模型及分析方法iCIBIB=0uC53截止?fàn)顟B(tài)ecb放大狀態(tài)UDβIBICIBecb發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降UD硅管0.7V鍺管0.3V飽和狀態(tài)ecbUDUCES飽和壓降UCES硅管0.3V鍺管0.1V直流模型數(shù)字電子技術(shù)截止?fàn)顟B(tài)ecb放大狀態(tài)UDβIBICIBecb發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降54二.BJT電路的分析方法（直流）模型分析法（近似估算法）VCCVBBRbRc12V6V4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC+VCC(+12V)+VBB(+6V)RbRc4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC例：共射電路如圖，已知三極管為硅管，β=40，試求電路中的直流量IB、

IC、UBE、UCE。數(shù)字電子技術(shù)二.BJT電路的分析方法（直流）模型分析法（近似估算法）55+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC0.7VβIBecbIC+VCCRc(+12V)4KΩ+UBE—IB+VBBRb(+6V)150KΩ+UCE—解：設(shè)三極管工作在放大狀態(tài)，用放大模型代替三極管。UBE=0.7V數(shù)字電子技術(shù)+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4KΩ150K56

半導(dǎo)體三極管的型號第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、

G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關(guān)管用字母表示材料用字母表示器件的種類用字母表示同一型號中的不同規(guī)格三極管國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：3DG110B用數(shù)字表示同種器件型號的序號2022/12/24數(shù)字電子技術(shù)半導(dǎo)體三極管的型號第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、第三57

1.4場效應(yīng)管

BJT是一種電流控制器件(iB~iC)，工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，所以被稱為雙極型器件。增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道N溝道P溝道FET分類：

絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管

場效應(yīng)管（FieldEffectTransistor簡稱FET）是一種電壓控制器件(uGS~iD)，工作時，只有一種載流子參與導(dǎo)電，因此它是單極型器件。FET因其制造工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。數(shù)字電子技術(shù)1.4場效應(yīng)管BJT是一種電流控制58一、結(jié)構(gòu)及工作原理1.4.1結(jié)型場效應(yīng)管:數(shù)字電子技術(shù)一、結(jié)構(gòu)及工作原理1.4.1結(jié)型場效應(yīng)管:數(shù)字電子技術(shù)59NPPG(柵極)S(源極)D(漏極)N溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGS基底：N型半導(dǎo)體兩邊是P區(qū)導(dǎo)電溝道數(shù)字電子技術(shù)NPPG(柵極)S(源極)D(漏極)N溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGS60PNNG(柵極)S(源極)D(漏極)P溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGS數(shù)字電子技術(shù)PNNG(柵極)S(源極)D(漏極)P溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGS61NP耗盡層VGGUGSVDDUDS

ID

+-耗盡層NPVGGUGSVDDUDS

ID

+-工作原理數(shù)字電子技術(shù)NP耗盡層VGGVDDID+-耗盡層NPVGGVDDID62-+-+數(shù)字電子技術(shù)-+-+數(shù)字電子技術(shù)631.輸出特性曲線二、JFET的特性曲線圖1.4.5場效應(yīng)管的輸出特性數(shù)字電子技術(shù)1.輸出特性曲線二、JFET的特性曲線圖1.4.5場效64圖1.4.6場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線2.轉(zhuǎn)移特性曲線低頻跨導(dǎo)數(shù)字電子技術(shù)圖1.4.6場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線2.轉(zhuǎn)移特性曲線低頻跨651.4.2絕緣柵場效應(yīng)三極管

絕緣柵型場效應(yīng)管(MetalOxideSemiconductorFET)，簡稱MOSFET。分為：

增強(qiáng)型N溝道、P溝道耗盡型N溝道、P溝道

1.N溝道增強(qiáng)型MOS管

（1）結(jié)構(gòu)4個電極：漏極D，源極S，柵極G和襯底B。符號：P型襯底高參雜濃度的N型區(qū)耗盡層二氧化硅數(shù)字電子技術(shù)1.4.2絕緣柵場效應(yīng)三極管絕緣柵型場效應(yīng)管(66當(dāng)uGS＞0V時→縱向電場→將靠近柵極下方的空穴向下排斥→耗盡層。（2）工作原理

再增加uGS→縱向電場↑→將P區(qū)少子電子聚集到P區(qū)表面→形成導(dǎo)電溝道，如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流id。①柵源電壓uGS的控制作用數(shù)字電子技術(shù)當(dāng)uGS＞0V時→縱向電場→將靠近柵極下方的空穴向下排斥→耗67

定義：開啟電壓（UT）——剛剛產(chǎn)生溝道所需的柵源電壓UGS。

N溝道增強(qiáng)型MOS管的基本特性：

uGS＜UT，管子截止，uGS＞UT，管子導(dǎo)通。uGS越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓uDS作用下，漏極電流ID越大。數(shù)字電子技術(shù)定義：開啟電壓（UT）——剛剛產(chǎn)生溝道所需68

②漏源電壓uDS對漏極電流id的控制作用

當(dāng)uGS＞UT，且固定為某一值時，來分析漏源電壓VDS對漏極電流ID的影響。（設(shè)UT=2V，uGS=4V）

（a）uds=0時，id=0。（b）uds↑→id↑；同時溝道靠漏區(qū)變窄。（c）當(dāng)uds增加到使ugd=UT時，溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預(yù)夾斷。（d）uds再增加，預(yù)夾斷區(qū)加長，uds增加的部分基本降落在隨之加長的夾斷溝道上，id基本不變。數(shù)字電子技術(shù)②漏源電壓uDS對漏極電流id的控制作用當(dāng)uGS＞69（3）特性曲線①輸出特性曲線：iD=f(uDS)uGS=const

四個區(qū)：（a）可變電阻區(qū)（預(yù)夾斷前）。

（b）恒流區(qū)也稱飽和區(qū)（預(yù)夾斷后）。

（c）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。

（d）擊穿區(qū)。可變電阻區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)數(shù)字電子技術(shù)（3）特性曲線①輸出特性曲線：iD=f(uDS)uGS=c70(V)i(mA)DGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGSuDS10V1234Di(mA)1432(V)uGS246

②轉(zhuǎn)移特性曲線：iD=f(uGS)uDS=const

可根據(jù)輸出特性曲線作出移特性曲線。例：作uDS=10V的一條轉(zhuǎn)移特性曲線：UGS(th)數(shù)字電子技術(shù)(V)i(mA)DGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=371

一個重要參數(shù)——跨導(dǎo)gm：gm=iD/uGS

uDS=const(單位mS)

gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。

在轉(zhuǎn)移特性曲線上，gm為的曲線的斜率。在輸出特性曲線上也可求出gm。數(shù)字電子技術(shù)一個重要參數(shù)——跨導(dǎo)gm：gm=iD72gm=iD/uGS

uDS=const數(shù)字電子技術(shù)gm=iD/uGSuDS=const數(shù)字電子技術(shù)73數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)74

2.N溝道耗盡型MOSFET特點(diǎn)：

當(dāng)uGS=0時，就有溝道，加入uDS，就有iD。當(dāng)uGS＞0時，溝道增寬，iD進(jìn)一步增加。

當(dāng)uGS＜0時，溝道變窄，iD減小。

在柵極下方的SiO2層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)uGS=0時，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。

定義：夾斷電壓（UP）——溝道剛剛消失所需的柵源電壓uGS。數(shù)字電子技術(shù)2.N溝道耗盡型MOSFET特點(diǎn)：在柵極下方的75N溝道耗盡型MOSFET的特性曲線輸出特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線1GSu01D(V)-12-2(mA)432i42uu310V=+2V1DSGSD(mA)i=-1VuGSGSGS=0V=+1Vuu(V)=-2V＝UPGSuUP數(shù)字電子技術(shù)N溝道耗盡型MOSFET的特性曲線輸出特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線176

3、P溝道耗盡型MOSFET

P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。數(shù)字電子技術(shù)3、P溝道耗盡型MOSFETP溝道MOSFET77數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)78數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)794.MOS管的主要參數(shù)（1）開啟電壓UGS(th)（2）夾斷電壓UGS(off)（3）跨導(dǎo)gm：gm=iD/uGSuDS=const

（4）直流輸入電阻RGS——柵源間的等效電阻。由于MOS管柵源間有sio2絕緣層，輸入電阻可達(dá)109～1015。

數(shù)字電子技術(shù)4.MOS管的主要參數(shù)（1）開啟電壓UGS(th)數(shù)字電子80本章小結(jié)1．半導(dǎo)體材料中有兩種載流子：電子和空穴。電子帶負(fù)電，空穴帶正電。在純凈半導(dǎo)體中摻入不同的雜質(zhì)，可以得到N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。2．采用一定的工藝措施，使P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合在一起，就形成了PN結(jié)。PN結(jié)的基本特點(diǎn)是單向?qū)щ娦浴?．二極管是由一個PN結(jié)構(gòu)成的。其特性可以用伏安特性和一系列參數(shù)來描述。在研究二極管電路時，可根據(jù)不同情況，使用不同的二極管模型。4．BJT是由兩個PN結(jié)構(gòu)成的。工作時，有兩種載流子參與導(dǎo)電，稱為雙極性晶體管。BJT是一種電流控制電流型的器件，改變基極電流就可以控制集電極電流。BJT的特性可用輸入特性曲線和輸出特性曲線來描述。其性能可以用一系列參數(shù)來表征。BJT有三個工作區(qū)：飽和區(qū)、放大器和截止區(qū)。5．FET分為JFET和MOSFET兩種。工作時只有一種載流子參與導(dǎo)電，因此稱為單極性晶體管。FET是一種電壓控制電流型器件。改變其柵源電壓就可以改變其漏極電流。FET的特性可用轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線來描述。其性能可以用一系列參數(shù)來表征。數(shù)字電子技術(shù)本章小結(jié)1．半導(dǎo)體材料中有兩種載流子：電子和空穴。電子帶負(fù)電81演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew2022/12/24數(shù)字電子技術(shù)演講完畢，謝謝聽講!再見，seeyouagain3rew82數(shù)字電子技術(shù)2022/12/24數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)2022/12/17數(shù)字電子技術(shù)831.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識在物理學(xué)中，根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，將其劃分為三類：a.導(dǎo)體：電阻率<10-4??cm的物質(zhì)；b.絕緣體：電阻率>109??cm的物質(zhì)；c.半導(dǎo)體：電阻率介于二者之間的物質(zhì)；典型的半導(dǎo)體是硅Si和鍺Ge，它們都是4價元素。硅原子鍺原子硅和鍺最外層軌道上的四個電子稱為價電子。正離子核數(shù)字電子技術(shù)1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識在物理學(xué)中，根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，將其劃84

本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)束縛電子在絕對溫度T=0K時，所有的價電子都被共價鍵緊緊束縛在共價鍵中，不會成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。1.1.1本征半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體—化學(xué)成分純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱為“九個9”。數(shù)字電子技術(shù)本征半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)束縛電子在絕對溫度T=0K時，所有的85當(dāng)溫度升高或受到光照時，共價鍵中的束縛電子能量增高，有的電子掙脫原子核的束縛而參與導(dǎo)電，成為自由電子。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)，即熱激發(fā)。

自由電子產(chǎn)生的同時，在其原來的共價鍵中出現(xiàn)一個空位，稱為空穴。數(shù)字電子技術(shù)當(dāng)溫度升高或受到光照時，共價鍵中的束縛電子能量增高，有的電子86

可見，本征激發(fā)同時產(chǎn)生電子空穴對。

外加能量越高（溫度越高），產(chǎn)生的電子空穴對越多。與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象——復(fù)合在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合同時進(jìn)行，達(dá)到動態(tài)平衡。電子空穴對的濃度一定。常溫300K時：電子空穴對的濃度硅：鍺：自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴電子空穴對數(shù)字電子技術(shù)可見，本征激發(fā)同時產(chǎn)生電子空穴對。與本征激發(fā)相反的87E＋－自由電子帶負(fù)電荷電子流＋總電流載流子空穴帶正電荷空穴流本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。導(dǎo)電機(jī)制數(shù)字電子技術(shù)E＋－自由電子帶負(fù)電荷電子流＋總電流載流子空穴881.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.N型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入五價雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱為N型半導(dǎo)體。

數(shù)字電子技術(shù)1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜89N型半導(dǎo)體多余電子磷原子硅原子多數(shù)載流子——自由電子少數(shù)載流子——空穴++++++++++++N型半導(dǎo)體施主離子自由電子電子空穴對數(shù)字電子技術(shù)N型半導(dǎo)體多余電子磷原子硅原子多數(shù)載流子——自由電子++++90

在本征半導(dǎo)體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵等。空穴硼原子硅原子多數(shù)載流子——空穴少數(shù)載流子——自由電子－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體受主離子空穴電子空穴對2.

P型半導(dǎo)體數(shù)字電子技術(shù)在本征半導(dǎo)體中摻入三價雜質(zhì)元素，如硼、鎵等?？昭ㄅ鹪?1雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖++++++++++++N型半導(dǎo)體多子—電子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體多子—空穴少子—電子少子濃度——與溫度有關(guān)多子濃度——與溫度無關(guān)數(shù)字電子技術(shù)雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖++++++++++++N型半導(dǎo)體多子—電92內(nèi)電場E因多子濃度差形成內(nèi)電場多子的擴(kuò)散空間電荷區(qū)

阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。PN結(jié)合空間電荷區(qū)多子擴(kuò)散電流少子漂移電流耗盡層1.1.3PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?/p>

1.PN結(jié)的形成

數(shù)字電子技術(shù)內(nèi)電場E因多子濃度差形成內(nèi)電場多子的擴(kuò)散空間電荷區(qū)93少子漂移補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴(kuò)散又失去多子，耗盡層寬，E內(nèi)電場E多子擴(kuò)散電流少子漂移電流耗盡層動態(tài)平衡：擴(kuò)散電流＝漂移電流總電流＝0數(shù)字電子技術(shù)少子漂移補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴(kuò)散942.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1)加正向電壓（正偏）——電源正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)

外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。

外電場削弱內(nèi)電場→耗盡層變窄→擴(kuò)散運(yùn)動＞漂移運(yùn)動→多子擴(kuò)散形成正向電流IF正向電流數(shù)字電子技術(shù)2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1)加正向電壓（正偏）——電95(2)加反向電壓——電源正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)

外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。

外電場加強(qiáng)內(nèi)電場→耗盡層變寬→漂移運(yùn)動＞擴(kuò)散運(yùn)動→少子漂移形成反向電流IRPN

在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故IR基本上與外加反壓的大小無關(guān)，所以稱為反向飽和電流。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。

數(shù)字電子技術(shù)(2)加反向電壓——電源正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)外96PN結(jié)加正向電壓時，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻，PN結(jié)導(dǎo)通；

PN結(jié)加反向電壓時，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，PN結(jié)截止。

結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。?shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)97

根據(jù)理論分析，電流方程為：u為PN結(jié)兩端的電壓降i為流過PN結(jié)的電流IS

為反向飽和電流UT=kT/q

稱為溫度的電壓當(dāng)量其中k為玻耳茲曼常數(shù)1.38×10－23q為電子電荷量1.6×10－9T為熱力學(xué)溫度室溫（相當(dāng)T=300K）時，UT=26mV。當(dāng)u>0u>>UT時當(dāng)u<0|u|>>|UT

|時3.PN結(jié)的電流方程和伏安特性曲線數(shù)字電子技術(shù)根據(jù)理論分析，電流方程為：u為PN結(jié)兩端的電壓降98PN結(jié)的伏安特性曲線電擊穿——可逆熱擊穿——燒壞PN結(jié)正偏I(xiàn)F（多子擴(kuò)散）IR（少子漂移）反偏反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿數(shù)字電子技術(shù)PN結(jié)的伏安特性曲線電擊穿——可逆正偏I(xiàn)F（多子擴(kuò)散）IR（991.2半導(dǎo)體二極管二極管=PN結(jié)+管殼+引線NP結(jié)構(gòu)符號陽極+陰極-數(shù)字電子技術(shù)1.2半導(dǎo)體二極管二極管=PN結(jié)+管殼+100二極管的幾種外形：二極管按結(jié)構(gòu)分為三大類：(1)點(diǎn)接觸型二極管

PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。數(shù)字電子技術(shù)二極管的幾種外形：二極管按結(jié)構(gòu)分為三大類：(1)點(diǎn)接觸型101(3)平面型二極管：用于集成電路制造工藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。(2)面接觸型二極管：PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。數(shù)字電子技術(shù)(3)平面型二極管：用于集成電路制造工藝中。(2)面102半導(dǎo)體二極管的型號國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：2AP9用數(shù)字代表同類器件的不同規(guī)格。代表器件的類型，P為普通管，Z為整流管，K為開關(guān)管。代表器件的材料，A為N型Ge，B為P型Ge，C為N型Si，D為P型Si。2代表二極管，3代表三極管。數(shù)字電子技術(shù)半導(dǎo)體二極管的型號國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：2103

1.2.1半導(dǎo)體二極管的V—A特性曲線反向飽和電流

硅：0.5V

鍺：0.1V死區(qū)電壓擊穿電壓UBR實(shí)驗(yàn)曲線(1)正向特性uEiVmA(2)反向特性uEiVuA鍺導(dǎo)通壓降硅：0.7V鍺：0.3V數(shù)字電子技術(shù)1.2.1半導(dǎo)體二極管的V—A特性曲線反向飽和電流1041.2.2二極管的主要參數(shù)

(1)最大整流電流IF二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大正向平均電流。(2)最高反向工作電壓UR

二極管工作時允許外加的最大反向電壓，超過此值，二極管可能因反向擊穿而損壞。

(3)反向電流IR——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(nA)級；鍺二極管在微安(A)級。

(4)最高工作頻率fM——

fM是二極管工作的上限頻率。超過此值，由于結(jié)電容的作用，二極管的單向?qū)щ娦詫⒉荒芎芎玫捏w現(xiàn)。數(shù)字電子技術(shù)1.2.2二極管的主要參數(shù)(1)最大整流電流IF二極105C+-當(dāng)f很高時，很小，電容近似短路，二極管失去單向?qū)щ娮饔?。C數(shù)字電子技術(shù)C+-當(dāng)f很高時，很小，電容近似短路，二極管失去單向?qū)щ娮饔?061.2.3二極管的模型及近似分析計(jì)算1.二極管的直流模型IR10VE1kΩD—非線性器件iuRLC—線性器件數(shù)字電子技術(shù)1.2.3二極管的模型及近似分析計(jì)算1.二極管的直流模型107二極管的模型DU串聯(lián)電壓源模型（恒壓降模型）UD二極管的導(dǎo)通壓降。硅管0.7V；鍺管0.3V。理想二極管模型正偏反偏導(dǎo)通壓降二極管的V—A特性數(shù)字電子技術(shù)二極管的模型DU串聯(lián)電壓源模型（恒壓降模型）UD二極108二極管的近似分析計(jì)算IR10VE1kΩ串聯(lián)電壓源模型IR10VE1kΩ例1：實(shí)際測量值：I=9.32mA相對誤差理想二極管模型RI10VE1kΩ相對誤差0.7V數(shù)字電子技術(shù)二極管的近似分析計(jì)算IR10VE1kΩ串聯(lián)電壓源模型IR10109例2：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R＝1kΩ，UREF=2V，輸入信號為ui。

(1)若ui為4V的直流信號，分別采用理想二極管模型、串聯(lián)電壓源模型計(jì)算電流I和輸出電壓uo解：（1）采用理想模型分析。采用串聯(lián)電壓源模型分析。數(shù)字電子技術(shù)例2：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，R＝1kΩ，UREF=2110（2）如果ui為幅度±4V的交流三角波，波形如下圖右所示，分別采用理想二極管模型和串聯(lián)電壓源模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。解：①采用理想二極管模型分析。波形如右圖所示。0-4V4Vuit2V2Vuot數(shù)字電子技術(shù)（2）如果ui為幅度±4V的交流三角波，波形如下圖右所示，分11102.7Vuot0-4V4Vuit2.7V

②采用串聯(lián)電壓源模型分析，波形如右圖所示。數(shù)字電子技術(shù)02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V②采用串聯(lián)電壓源112例3：圖示電路，二極管導(dǎo)通電壓UD為0.7V，試分別估算開關(guān)S斷開和閉合時，輸出電壓Uo的值。解：1）開關(guān)斷開時。2）開關(guān)閉合時。數(shù)字電子技術(shù)例3：圖示電路，二極管導(dǎo)通電壓UD為0.7V，試分別估算開關(guān)113當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下，工作電流IZ在Izmax和Izmin之間變化時，其兩端電壓近似為常數(shù)。穩(wěn)定電壓1.2.4穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管反偏電壓≥UZ時，穩(wěn)壓管反向擊穿。＋UZ－限流電阻數(shù)字電子技術(shù)當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下，工作電流IZ在Izmax和114

穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)

(1)穩(wěn)定電壓UZ——在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。(2)動態(tài)電阻rZ——rZ=U

/I

rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡，穩(wěn)壓性能越好。(3)最小穩(wěn)定工作電流Izmin——保證穩(wěn)壓管擊穿所對應(yīng)的電流，若IZ＜IZmin則不能穩(wěn)壓。(4)最大穩(wěn)定工作電流Izmax——超過Izmax穩(wěn)壓管會因功耗過大而燒壞。數(shù)字電子技術(shù)穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UZ——在115例4：圖示電路，已知發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓為1.6V，正向電流為5～20mA時才能發(fā)光。試問：（1）開關(guān)處于何位置時發(fā)光二極管可能發(fā)光?（2）為使發(fā)光二極管發(fā)光，電路中R的取值范圍是多少?解：1）開關(guān)斷開時。2）R的取值范圍是220～880?。數(shù)字電子技術(shù)例4：圖示電路，已知發(fā)光二極管的導(dǎo)通電壓為1.6V，正向電流1161.3雙極型晶體管

半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由于工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，因此，還被稱為雙極型晶體管（BipolarJunctionTransistor，簡稱BJT）。BJT是由兩個PN結(jié)組成的。圖1.3.1晶體管的幾種常見外形2022/12/24數(shù)字電子技術(shù)1.3雙極型晶體管半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三1171.3.1基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PNP集電極基極發(fā)射極CEPNP型B符號:NPN管PNP管數(shù)字電子技術(shù)1.3.1基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PN118BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高BECNNP基極發(fā)射極集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)數(shù)字電子技術(shù)BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：集電區(qū)：發(fā)射區(qū)：BECNN1191.3.2BJT的內(nèi)部工作原理（NPN管）

三極管在工作時要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏：由VBB保證集電結(jié)反偏：由VCC、

VBB保證UCB=UCE-UBE>0+UCE－＋UBE－＋UCB－共發(fā)射極接法c區(qū)b區(qū)e區(qū)2022/12/24數(shù)字電子技術(shù)1.3.2BJT的內(nèi)部工作原理（NPN管）120

（1）因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成了擴(kuò)散電流IEN

。同時從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴(kuò)散運(yùn)動，形成的電流為IEP。但其數(shù)量小，可忽略。所以發(fā)射極電流IE≈

IEN。

（2）發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。少部分遇到的空穴復(fù)合掉，形成IBN。所以基極電流IB≈

IBN。大部分到達(dá)了集電區(qū)的邊緣。1．BJT內(nèi)部的載流子傳輸過程數(shù)字電子技術(shù)（1）因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電121（3）因?yàn)榧娊Y(jié)反偏，收集擴(kuò)散到集電區(qū)邊緣的電子，形成電流ICN

。

另外，集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移電流ICBO。數(shù)字電子技術(shù)（3）因?yàn)榧娊Y(jié)反偏，收集擴(kuò)散到集電區(qū)邊緣的電子，形成電流I1222．電流分配關(guān)系定義：稱為共基極直流電流放大系數(shù)稱為共基極交流電流放大系數(shù)其值的大小約為0.9～0.99，近似為1。

定義：稱為共射極直流電流放大系數(shù)稱為共射極交流電流放大系數(shù)其值一般在幾十到一百多倍。

一般有

，

三個電極上的電流關(guān)系:IE=IC+IB2022/12/24數(shù)字電子技術(shù)2．電流分配關(guān)系定義：稱為共基極直流電流放大系數(shù)稱為共基極交123其中：基本關(guān)系：稱為穿透電流。IE=IC+IB數(shù)字電子技術(shù)其中：基本關(guān)系：稱為穿透電流。IE=IC+IB數(shù)字電子技術(shù)1241.3.3BJT的特性曲線（共發(fā)射極接法）(1)輸入特性曲線

iB=f(uBE)

uCE=常數(shù)死區(qū)電壓硅0.5V鍺0.1V導(dǎo)通壓降硅0.7V鍺0.3V數(shù)字電子技術(shù)1.3.3BJT的特性曲線（共發(fā)射極接法）(1)輸入特性125飽和區(qū)——iC受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE＜0.7

V。此時發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。飽和區(qū)放大區(qū)——曲線基本平行等距。此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。該區(qū)中有：放大區(qū)截止區(qū)——iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。截止區(qū)

(2)輸出特性曲線iC=f(uCE)

iB=const

數(shù)字電子技術(shù)飽和區(qū)——iC受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE＜0.71261.3.4BJT的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)（2）共基極電流放大系數(shù)：

iCE△=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAI△BBBIBiIBI=100uACBI=60uAiβ一般取20~200之間2.31.5（1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)：數(shù)字電子技術(shù)1.3.4BJT的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)（2）共基127

2.極間反向電流

（2）集電極發(fā)射極間的穿透電流ICEO

基極開路時，集電極到發(fā)射極間的電流——穿透電流。其大小與溫度有關(guān)。

（1）集電極基極間反向飽和電流ICBO

發(fā)射極開路時，在其集電結(jié)上加反向電壓，得到反向電流。它實(shí)際上就是一個PN結(jié)的反向電流。其大小與溫度有關(guān)。鍺管：ICBO為微安數(shù)量級，硅管：ICBO為納安數(shù)量級。++ICBOecbICEO數(shù)字電子技術(shù)2.極間反向電流（2）集電極發(fā)射極間128

3.極限參數(shù)

Ic增加時，要下降。當(dāng)值下降到線性放大區(qū)值的70％時，所對應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。（1）集電極最大允許電流ICM（2）集電極最大允許功率損耗PCM

集電極電流通過集電結(jié)時所產(chǎn)生的功耗，

PC=ICUCE

PCM<PCM數(shù)字電子技術(shù)3.極限參數(shù)Ic增加時，要下降。當(dāng)值下129（3）反向擊穿電壓

BJT有兩個PN結(jié)，其反向擊穿電壓有以下幾種：

①

U（BR）EBO——集電極開路時，發(fā)射極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般幾伏～十幾伏。②U（BR）CBO——發(fā)射極開路時，集電極與基極之間允許的最大反向電壓。其值一般為幾十伏～幾百伏。③U（BR）CEO——基極開路時，集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓。--(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU數(shù)字電子技術(shù)（3）反向擊穿電壓BJT有兩個PN結(jié)，其反向擊穿電壓有以下130例1.3.1現(xiàn)已測得某電路中幾只晶體管三個電極的直流電位如表所示，各晶體管b-e間開啟電壓均為0.5V。試分別說明各管子的工作狀態(tài)。晶體管T1T2T3T4基極直流電位UB/V0.71-10發(fā)射極直流電位UE/V00.3-1.70集電極直流電位UC/V50.7015工作狀態(tài)數(shù)字電子技術(shù)例1.3.1現(xiàn)已測得某電路中幾只晶體管三個電極的直流電位如131BECBECNNP1.發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管工作在放大區(qū)。2.發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏，晶體管工作在飽和區(qū)。3.發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏，晶體管工作在截止區(qū)。1.對于NPN管，當(dāng)UB>UE,且UB-UE>0.5V，UC>UB時，晶體管處于放大區(qū)。當(dāng)UB>UE,UB>UC時，晶體管處于飽和區(qū)。晶體管T1T2T3T4基極直流電位UB/V0.71-10發(fā)射極直流電位UE/V00.3-1.70集電極直流電位UC/V50.7015工作狀態(tài)放大飽和放大截止當(dāng)UBUE,UB<UC時，晶體管處于截止區(qū)。解：數(shù)字電子技術(shù)BECBECNNP1.發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管工作在放132CEBPNPCEB2.對于PNP管，當(dāng)UB<UE,且UB-UE<0.5V，UC<UB時，晶體管處于放大區(qū)。當(dāng)UB<UE,UB<UC時，晶體管處于飽和區(qū)。當(dāng)UBUE,UB>UC時，晶體管處于截止區(qū)。數(shù)字電子技術(shù)CEBPNPCEB2.對于PNP管，當(dāng)UB<UE,且133例1.3.2在一個單管放大電路中，電源電壓為30V，已知三只管子的參數(shù)如表所示，請選用一只管子，并簡述理由。晶體管參數(shù)T1T2T3ICBO/微安0.010.10.05UCEO/V505020?15100100解：選用T2最合適。數(shù)字電子技術(shù)例1.3.2在一個單管放大電路中，電源電壓為30V，已知三134

1.3.5三極管的模型及分析方法iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA非線性器件UD=0.7VUCES=0.3ViB≈0iC≈0一.BJT的模型++++i-uBE+-uBCE+Cibeec數(shù)字電子技術(shù)1.3.5三極管的模型及分析方法iCIBIB=0uC135截止?fàn)顟B(tài)ecb放大狀態(tài)UDβIBICIBecb發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降UD硅管0.7V鍺管0.3V飽和狀態(tài)ecbUDUCES飽和壓降UCES硅管0.3V鍺管0.1V直流模型數(shù)字電子技術(shù)截止?fàn)顟B(tài)ecb放大狀態(tài)UDβIBICIBecb發(fā)射結(jié)導(dǎo)通壓降136二.BJT電路的分析方法（直流）模型分析法（近似估算法）VCCVBBRbRc12V6V4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC+VCC(+12V)+VBB(+6V)RbRc4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC例：共射電路如圖，已知三極管為硅管，β=40，試求電路中的直流量IB、

IC、UBE、UCE。數(shù)字電子技術(shù)二.BJT電路的分析方法（直流）模型分析法（近似估算法）137+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC0.7VβIBecbIC+VCCRc(+12V)4KΩ+UBE—IB+VBBRb(+6V)150KΩ+UCE—解：設(shè)三極管工作在放大狀態(tài)，用放大模型代替三極管。UBE=0.7V數(shù)字電子技術(shù)+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4KΩ150K138

半導(dǎo)體三極管的型號第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、

G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關(guān)管用字母表示材料用字母表示器件的種類用字母表示同一型號中的不同規(guī)格三極管國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下：3DG110B用數(shù)字表示同種器件型號的序號2022/12/24數(shù)字電子技術(shù)半導(dǎo)體三極管的型號第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、第三139

1.4場效應(yīng)管

BJT是一種電流控制器件(iB~iC)，工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，所以被稱為雙極型器件。增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道N溝道P溝道FET分類：

絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管

場效應(yīng)管（FieldEffectTransistor簡稱FET）是一種電壓控制器件(uGS~iD)，工作時，只有一種載流子參與導(dǎo)電，因此它是單極型器件。FET因其制造工藝簡單，功耗小，溫度特性好，輸入電阻極高等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。數(shù)字電子技術(shù)1.4場效應(yīng)管BJT是一種電流控制140一、結(jié)構(gòu)及工作原理1.4.1結(jié)型場效應(yīng)管:數(shù)字電子技術(shù)一、結(jié)構(gòu)及工作原理1.4.1結(jié)型場效應(yīng)管:數(shù)字電子技術(shù)141NPPG(柵極)S(源極)D(漏極)N溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGS基底：N型半導(dǎo)體兩邊是P區(qū)導(dǎo)電溝道數(shù)字電子技術(shù)NPPG(柵極)S(源極)D(漏極)N溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGS142PNNG(柵極)S(源極)D(漏極)P溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGS數(shù)字電子技術(shù)PNNG(柵極)S(源極)D(漏極)P溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGS143NP耗盡層VGGUGSVDDUDS

ID

+-耗盡層NPVGGUGSVDDUDS

ID

+-工作原理數(shù)字電子技術(shù)NP耗盡層VGGVDDID+-耗盡層NPVGGVDDID144-+-+數(shù)字電子技術(shù)-+-+數(shù)字電子技術(shù)1451.輸出特性曲線二、JFET的特性曲線圖1.4.5場效應(yīng)管的輸出特性數(shù)字電子技術(shù)1.輸出特性曲線二、JFET的特性曲線圖1.4.5場效146圖1.4.6場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線2.轉(zhuǎn)移特性曲線低頻跨導(dǎo)數(shù)字電子技術(shù)圖1.4.6場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線2.轉(zhuǎn)移特性曲線低頻跨1471.4.2絕緣柵場效應(yīng)三極管

絕緣柵型場效應(yīng)管(MetalOxideSemiconductorFET)，簡稱MOSFET。分為：

增強(qiáng)型N溝道、P溝道耗盡型N溝道、P溝道

1.N溝道增強(qiáng)型MOS管

（1）結(jié)構(gòu)4個電極：漏極D，源極S，柵極G和襯底B。符號：P型襯底高參雜濃度的N型區(qū)耗盡層二氧化硅數(shù)字電子技術(shù)1.4.2絕緣柵場效應(yīng)三極