常用半導體器件原理

關于常用半導體器件原理第一頁，共七十四頁，2022年，8月28日本征半導體純凈的硅和鍺單晶體稱為本征半導體。

硅和鍺的原子最外層軌道上都有四個電子，稱為價電子，每個價電子帶一個單位的負電荷。因為整個原子呈電中性，而其物理化學性質很大程度上取決于最外層的價電子，所以研究中硅和鍺原子可以用簡化模型代表。第二頁，共七十四頁，2022年，8月28日2每個原子最外層軌道上的四個價電子為相鄰原子核所共有，形成共價鍵。共價鍵中的價電子是不能導電的束縛電子。

價電子可以獲得足夠大的能量，掙脫共價鍵的束縛，游離出去，成為自由電子，并在共價鍵處留下帶有一個單位的正電荷的空穴。這個過程稱為本征激發(fā)。

本征激發(fā)產生成對的自由電子和空穴，所以本征半導體中自由電子和空穴的數量相等。第三頁，共七十四頁，2022年，8月28日3

價電子的反向遞補運動等價為空穴在半導體中自由移動。因此，在本征激發(fā)的作用下，本征半導體中出現了帶負電的自由電子和帶正電的空穴，二者都可以參與導電，統稱為載流子。

自由電子和空穴在自由移動過程中相遇時，自由電子填入空穴，釋放出能量，從而消失一對載流子，這個過程稱為復合，第四頁，共七十四頁，2022年，8月28日4

平衡狀態(tài)時，載流子的濃度不再變化。分別用ni和pi表示自由電子和空穴的濃度(cm-3)，理論上其中T為絕對溫度(K)；EG0為T=0K時的禁帶寬度，硅原子為1.21eV，鍺為0.78eV；k=8.6310-5eV/K為玻爾茲曼常數；A0為常數，硅材料為3.871016cm-3K-3/2，鍺為1.761016cm-3K-3/2。

N型半導體和P型半導體

本征激發(fā)產生的自由電子和空穴的數量相對很少，這說明本征半導體的導電能力很弱。我們可以人工少量摻雜某些元素的原子，從而顯著提高半導體的導電能力，這樣獲得的半導體稱為雜質半導體。根據摻雜元素的不同，雜質半導體分為N型半導體和P型半導體。

第五頁，共七十四頁，2022年，8月28日5一、N型半導體

在本征半導體中摻入五價原子，即構成N型半導體。N型半導體中每摻雜一個雜質元素的原子，就提供一個自由電子，從而大量增加了自由電子的濃度一一施主電離多數載流子一一自由電子少數載流子一一空穴但半導體仍保持電中性

熱平衡時，雜質半導體中多子濃度和少子濃度的乘積恒等于本征半導體中載流子濃度ni的平方，所以空穴的濃度pn為

因為ni容易受到溫度的影響發(fā)生顯著變化，所以pn也隨環(huán)境的改變明顯變化。自由電子濃度雜質濃度第六頁，共七十四頁，2022年，8月28日6二、P型半導體

在本征半導體中摻入三價原子，即構成P型半導體。P型半導體中每摻雜一個雜質元素的原子，就提供一個空穴，從而大量增加了空穴的濃度一一受主電離多數載流子一一空穴少數載流子一一自由電子但半導體仍保持電中性

而自由電子的濃度np為環(huán)境溫度也明顯影響np的取值?？昭舛葥诫s濃庹第七頁，共七十四頁，2022年，8月28日7漂移電流和擴散電流

半導體中載流子進行定向運動，就會形成半導體中的電流。半導體電流

半導體電流漂移電流：在電場的作用下，自由電子會逆著電場方向漂移，而空穴則順著電場方向漂移，這樣產生的電流稱為漂移電流，該電流的大小主要取決于載流子的濃度，遷移率和電場強度。擴散電流：半導體中載流子濃度不均勻分布時，載流子會從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)擴散，從而形成擴散電流，該電流的大小正比于載流子的濃度差即濃度梯度的大小。第八頁，共七十四頁，2022年，8月28日84.2

PN結

通過摻雜工藝，把本征半導體的一邊做成P型半導體，另一邊做成N型半導體，則P型半導體和N型半導體的交接面處會形成一個有特殊物理性質的薄層，稱為PN結。

PN結的形成多子擴散

空間電荷區(qū)，內建電場和內建電位差的產生少子漂移動態(tài)平衡第九頁，共七十四頁，2022年，8月28日9

空間電荷區(qū)又稱為耗盡區(qū)或勢壘區(qū)。在摻雜濃度不對稱的PN結中，耗盡區(qū)在重摻雜一邊延伸較小，而在輕摻雜一邊延伸較大。第十頁，共七十四頁，2022年，8月28日10

PN結的單向導電特性一、正向偏置的PN結正向偏置耗盡區(qū)變窄擴散運動加強，漂移運動減弱正向電流二、反向偏置的PN結反向偏置耗盡區(qū)變寬擴散運動減弱，漂移運動加強反向電流第十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日11

PN結的單向導電特性：PN結只需要較小的正向電壓，就可以使耗盡區(qū)變得很薄，從而產生較大的正向電流，而且正向電流隨正向電壓的微小變化會發(fā)生明顯改變。而在反偏時，少子只能提供很小的漂移電流，并且基本上不隨反向電壓而變化。

PN結的擊穿特性當PN結上的反向電壓足夠大時，其中的反向電流會急劇增大，這種現象稱為PN結的擊穿。

雪崩擊穿：反偏的PN結中，耗盡區(qū)中少子在漂移運動中被電場作功，動能增大。當少子的動能足以使其在與價電子碰撞時發(fā)生碰撞電離，把價電子擊出共價鍵，產生一對自由電子和空穴，連鎖碰撞使得耗盡區(qū)內的載流子數量劇增，引起反向電流急劇增大。雪崩擊穿出現在輕摻雜的PN結中。齊納擊穿：在重摻雜的PN結中，耗盡區(qū)較窄，所以反向電壓在其中產生較強的電場。電場強到能直接將價電子拉出共價鍵，發(fā)生場致激發(fā)，產生大量的自由電子和空穴，使得反向電流急劇增大，這種擊穿稱為齊納擊穿。

PN結擊穿時，只要限制反向電流不要過大，就可以保護PN結不受損壞。PN結擊穿第十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日12

PN結的電容特性

PN結能夠存貯電荷，而且電荷的變化與外加電壓的變化有關，這說明PN結具有電容效應。一、勢壘電容CT0為u=0時的CT，與PN結的結構和摻雜濃度等因素有關；UB為內建電位差；n為變容指數，取值一般在1/3~6之間。當反向電壓u絕對值增大時，CT將減小。第十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日13二、擴散電容

PN結的結電容為勢壘電容和擴散電容之和，即Cj=CT+CD。CT和CD都隨外加電壓的變化而改變，所以都是非線性電容。當PN結正偏時，CD遠大于CT，即Cj

CD；反偏的PN結中，CT遠大于CD，則Cj

CT。第十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日144.3晶體二極管

二極管可以分為硅二極管和鍺二極管，簡稱為硅管和鍺管。二極管的伏安特性一一指數特性IS為反向飽和電流，q為電子電量(1.60

10-19C)；UT=kT/q，稱為熱電壓，在室溫27℃即300K時，UT=26mV。一、二極管的導通，截止和擊穿當uD>0且超過特定值UD(on)

時，iD變得明顯，此時認為二極管導通，UD(on)

稱為導通電壓(死區(qū)電壓)；uD<0時，二極管是截止的；當反向電壓足夠大時，PN結擊穿，二極管中的反向電流急劇增大，二極管被擊穿。第十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日15二、二極管的管壓降

當電源電壓E變化時，負載線平移到新的位置，雖然ID有比較大的變化，UD變化卻不大，仍然近似等于UD(on)

，所以也可以認為UD(on)

是導通的二極管兩端固定的管壓降。三、二極管的電阻直流電阻交流電阻第十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日16RD

和rD隨工作點的位置變化而改變溫度對二極管伏安特性的影響T增大；

Is增大，T增大10倍，Is增大一倍。減小，雪崩擊穿電壓增大，齊納擊穿電壓減小。第十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日17二極管的近似伏安特性和簡化電路模型第十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日18【例4.3.1】電路如圖(a)所示，計算二極管中的電流ID。已知二極管的導通電壓UD(on)=0.6V，交流電阻rD近似為零。解：可以判斷二極管處于導通狀態(tài)，將相應的電路模型代入，得到圖(b)。節(jié)點A的電壓UA

=E

-I1R1

=-I2R2

=-E

+UD(on)

=-5.4，解得I1

=5.7mA，I2

=5.4mA，于是ID

=I1

+I2

=11.1mA。第十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日19工作電流IZ可以在IZmin到IZmax的較大范圍內調節(jié)，兩端的反向電壓成為穩(wěn)定電壓UZ。IZ應大于IZmin以保證較好的穩(wěn)壓效果。同時，外電路必須對IZ進行限制，防止其太大使管耗過大，甚至燒壞PN結，如果穩(wěn)壓二極管的最大功耗為PM，則IZ應小于IZmax

=PM

/UZ。

穩(wěn)壓二極管第二十頁，共七十四頁，2022年，8月28日20第二十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日21［例］穩(wěn)壓二極管電路如圖所示，穩(wěn)定電壓UZ=6V。當限流電阻R=200時，求工作電流IZ

和輸出電壓UO；當R=11k時，再求IZ

和UO。

解：當R=200

時，穩(wěn)壓二極管DZ處于擊穿狀態(tài)當R=11k

時，DZ處于截止狀態(tài)，IZ

=0第二十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日22二極管應用電路舉例

一、整流電路

［例］分析圖

(a)所示的二極管整流電路的工作原理，其中二極管D的導通電壓UD(on)=0.7V，交流電阻rD0。輸入電壓ui的波形如圖

(b)所示。

第二十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日23解：當ui>0.7V時，D處于導通狀態(tài)，等效成短路，所以輸出電壓uo=ui-0.7；當ui<0.7V時，D處于截止狀態(tài)，等效成開路，所以uo=0。于是可以根據ui的波形得到uo的波形，如圖

(b)所示，傳輸特性則如圖

(c)所示。電路實現的是半波整流，但是需要在ui的正半周波形中扣除UD(on)

得到輸出。

第二十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日24［例］分析圖

(a)所示的二極管橋式整流電路的工作原理，其中的二極管D1~D4為理想二極管，輸入電壓ui的波形如圖

(b)所示。

第二十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日25解：當ui>0時，D1和D2上加的是正向電壓，處于導通狀態(tài)，而D3和D4上加的是反向電壓，處于截止狀態(tài)。輸出電壓uo的正極與ui的正極通過D1相連，它們的負極通過D2相連，所以uo=ui；當ui<0時，D1和D2上加的是反向電壓，處于截止狀態(tài)，而D3和D4上加的是正向電壓，處于導通狀態(tài)。uo的正極與ui的負極通過D4相連，D3則連接了uo的負極與ui的正極，所以uo=-ui。于是可以根據ui的波形得到uo的波形，如圖

(b)所示，傳輸特性則如圖

(c)所示。電路實現的是全波整流。

第二十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日26［例］分析圖示電路的輸出電壓uo的波形和傳輸特性。

第二十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日27解：當輸入電壓ui>0時，二極管D1截止，D2導通，電路等效為圖

(b)所示的反相比例放大器，uo=-(R2/R1)ui；當ui<0時，D1導通，D2截止，等效電路如圖

(c)所示，此時uo=u-=u+=0。據此可以根據ui的波形畫出uo的波形以及傳輸特性，如圖

(d)所示。

第二十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日28例給出的是精密半波整流電路。為了實現精密全波整流，可以利用集成運放加法器，將半波整流的輸出與原輸入電壓加權相加。如圖所示，uo=-ui-2uo1。當ui>0時，uo1=-ui，uo=ui；當ui<0時，uo=-ui。

因此在任意時刻有uo=|ui|，所以該電路也稱為絕對值電路。

第二十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日29二、限幅電路［例］二極管限幅電路如圖

(a)所示，其中二極管D的導通電壓UD(on)=0.7V，交流電阻rD0。輸入電壓ui的波形在圖

(b)中給出，作出輸出電壓uo的波形。

第三十頁，共七十四頁，2022年，8月28日30解：D處于導通與截止之間的臨界狀態(tài)時，其支路兩端電壓為

E+UD(on)=2.7V。當ui>2.7V時，D導通，所以uo=2.7V；當ui<2.7V時，D截止，其支路等效為開路，uo=ui。于是可以根據ui的波形得到uo的波形，如圖

(c)所示，該電路把ui超出2.7V的部分削去后進行輸出，是上限幅電路。

第三十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日31［例］二極管限幅電路如圖

(a)所示，其中二極管D1和D2的導通電壓UD(on)=0.3V，交流電阻rD0。輸入電壓ui的波形在圖

(b)中給出，作出輸出電壓uo的波形。

第三十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日32解：D1處于導通與截止之間的臨界狀態(tài)時，其支路兩端電壓為

-E-UD(on)=-2.3V。當ui<-2.3V時，D1導通，uo=-2.3V；當ui>-2.3V時，D1截止，支路等效為開路，uo=ui。所以D1實現了下限幅；D2處于臨界狀態(tài)時，其支路兩端電壓為

E+UD(on)=2.3V。當ui>2.3V時，D2導通，uo=2.3V；當ui<2.3V時，D2截止，支路等效為開路，uo=ui。所以D2實現了上限幅。綜合uo的波形如圖

(c)所示，該電路把ui超出2.3V的部分削去后進行輸出，完成雙向限幅。

第三十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日33限幅電路的基本用途是控制輸入電壓不超過允許范圍，以保護后級電路的安全工作。設二極管的導通電壓UD(on)=0.7V，在圖中，當

-0.7V<ui<0.7V時，二極管D1和D2都截止，電阻R1和R2中沒有電流，集成運放的兩個輸入端之間的電壓為ui；當ui>0.7V時，D1導通，D2截止，R1、D1和R2構成回路，對ui分壓，集成運放輸入端的電壓被限制在UD(on)=0.7V；當ui<-0.7V時，D1截止，D2導通，R1、D2和R2構成回路，對ui分壓，集成運放輸入端的電壓被限制在

-UD(on)=-0.7V。該電路把ui限幅到

0.7V到

-0.7V之間，保護集成運放。第三十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日34

圖中，當

-0.7V<ui<5.7V時，二極管D1和D2都截止，ui直接輸入A/D；當ui>5.7V時，D1導通，D2截止，A/D的輸入電壓被限制在5.7V；當ui<-0.7V時，D1截止，D2導通，A/D的輸入電壓被限制在

-0.7V。該電路對ui的限幅范圍是

-0.7V到

5.7V。第三十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日35［例］穩(wěn)壓二極管限幅電路如圖

(a)所示，其中穩(wěn)壓二極管DZ1和DZ2的穩(wěn)定電壓UZ=5V，導通電壓UD(on)

近似為零。輸入電壓ui的波形在圖

(b)中給出，作出輸出電壓uo的波形。

第三十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日36解：當

|ui|<1V時，DZ1和DZ2都處于截止狀態(tài)，其支路相當于開路，電路是電壓放大倍數為

-5的反相比例放大器，uo=-5ui，uo最大變化到5V；當|ui|>1V時，DZ1和DZ2一個導通，另一個擊穿，此時反饋電流主要流過穩(wěn)壓二極管支路，uo穩(wěn)定在5V。由此得到圖

(c)所示的uo波形。

第三十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日37

圖示電路為單運放弛張振蕩器。其中集成運放用作反相遲滯比較器，輸出電源電壓UCC或-UEE，R3隔離輸出的電源電壓與穩(wěn)壓二極管DZ1和DZ2限幅后的電壓。仍然認為DZ1和DZ2的穩(wěn)定電壓為UZ，而導通電壓UD(on)

近似為零。經過限幅，輸出電壓uo可以是高電壓UOH=UZ或低電壓UOL=-UZ。第三十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日38三、電平選擇電路

［例］圖

(a)給出了一個二極管電平選擇電路，其中二極管D1和D2為理想二極管，輸入信號ui1和ui2的幅度均小于電源電壓E，波形如圖

(b)所示。分析電路的工作原理，并作出輸出信號uo的波形。

第三十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日39解：因為ui1和ui2均小于E，所以D1和D2至少有一個處于導通狀態(tài)。不妨假設ui1<ui2，則D1導通后，uo=ui1，結果D2上加的是反向電壓，處于截止狀態(tài)；反之，當ui1>ui2時，D2導通，D1截止，uo=ui2；只有當ui1=ui2時，D1和D2才同時導通，uo=ui1=ui2。uo的波形如圖

(b)所示。該電路完成低電平選擇功能，當高、低電平分別代表邏輯1和邏輯0時，就實現了邏輯“與”運算。

第四十頁，共七十四頁，2022年，8月28日40四、峰值檢波電路［例］分析圖示峰值檢波電路的工作原理。

解：電路中集成運放A2起電壓跟隨器作用。當ui>uo時，uo1>0，二極管D導通，uo1對電容C充電，此時集成運放A1也成為跟隨器，uo=uCui，即uo隨著ui增大；當ui<uo時，uo1<0，D截止，C不放電，uo=uC保持不變，此時A1是電壓比較器。波形如圖

(b)所示。電路中場效應管V用作復位開關，當復位信號uG到來時直接對C放電，重新進行峰值檢波。

第四十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日414.4

雙極型晶體管

NPN型晶體管

PNP型晶體管

晶體管的物理結構有如下特點：發(fā)射區(qū)相對基區(qū)重摻雜；基區(qū)很薄，只有零點幾到數微米；集電結面積大于發(fā)射結面積。

第四十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日42一、發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子

電子注入電流IEN，空穴注入電流IEP

二、基區(qū)中自由電子邊擴散邊復合

基區(qū)復合電流IBN

三、集電區(qū)收集自由電子

收集電流ICN

反向飽和電流ICBO晶體管的工作原理第四十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日43晶體管三個極電流與內部載流子電流的關系：

第四十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日44共發(fā)射極直流電流放大倍數：共基極直流電流放大倍數：換算關系：晶體管的放大能力參數

第四十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日45晶體管的極電流關系

描述：描述：

第四十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日46晶體管的伏安特性一、輸出特性

放大區(qū)(發(fā)射結正偏，集電結反偏

)

共發(fā)射極交流電流放大倍數：共基極交流電流放大倍數：近似關系：

恒流輸出和基調效應飽和區(qū)(發(fā)射結正偏，集電結正偏

)

飽和壓降

uCE(sat)

截止區(qū)(發(fā)射結反偏，集電結反偏

)

極電流絕對值很小第四十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日47二、輸入特性

當uBE大于導通電壓

UBE(on)

時，晶體管導通，即處于放大狀態(tài)或飽和狀態(tài)。這兩種狀態(tài)下uBE近似等于UBE(on)

，所以也可以認為UBE(on)

是導通的晶體管輸入端固定的管壓降；當uBE<UBE(on)

時，晶體管進入截止狀態(tài)。晶體管電流方程：第四十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日48

晶體管的近似伏安特性和簡化直流模型近似伏安特性簡化直流模型I——放大區(qū)II——飽和區(qū)III——截止區(qū)第四十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日49直流偏置下晶體管的工作狀態(tài)分析實際應用需要使晶體管處于放大狀態(tài)、飽和狀態(tài)或截止狀態(tài)，從而實現不同的功能。這是通過控制發(fā)射結和集電結的正偏與反偏來實現的。

確定直流偏置下晶體管工作狀態(tài)的基本步驟：

1．根據外電路電源極性判斷發(fā)射結是正偏還是反偏。如果發(fā)射結反偏或正偏電壓不到|UBE(on)|，則晶體管處于截止狀態(tài)，IB、IC和IE均為零，再由外電路計算極間電壓UBE、UCE和UCB；

2．如果第1步判斷發(fā)射結正偏電壓達到|UBE(on)|，則晶體管處于放大狀態(tài)或飽和狀態(tài)，再判斷集電結是正偏還是反偏。如果集電結反偏，則晶體管處于放大狀態(tài)，這時UBE=UBE(on)

。根據外電路和UBE(on)

計算IB，接下來IC=bIB，IE=IB+IC。再由這三個極電流和外電路計算UCE和UCB；

3．如果第2步判斷集電結正偏，則晶體管處于飽和狀態(tài)。這時UBE=UBE(on)

，UCE=UCE(sat)

，UCB=UCE-UBE，再由這三個極間電壓和外電路計算IB、IC和IE。第五十頁，共七十四頁，2022年，8月28日50［例］晶體管直流偏置電路如圖所示，已知晶體管的UBE(on)=0.6V，=50。當輸入電壓UI分別為0V、3V和5V時，判斷晶體管的工作狀態(tài)，并計算輸出電壓UO。

解：晶體管三個極電流的正方向如圖中所示。當UI=0V時，晶體管處于截止狀態(tài)，IC=0，UO=UCC-ICRC=12V；當UI=3V時，晶體管處于放大或飽和狀態(tài)，假設晶體管處于放大狀態(tài)，IB=[UI-UBE(on)]/RB

=40A，IC=bIB=2mA，UCB=UC-UB=(UCC-ICRC)-UBE(on)=3.4V>0，所以集電結反偏，假設成立，UO=UC=4V；當UI=5V時，計算得到UCB=-3.28V<0，所以晶體管處于飽和狀態(tài)，UO=UCE(sat)

。

第五十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日51［例］晶體管直流偏置電路如圖所示，已知晶體管的UBE(on)=-0.7V，=50。判斷晶體管的工作狀態(tài)，并計算IB、IC和UCE。

解：圖中晶體管是PNP型，UBE(on)=UB-UE=(UCC-IBRB)-IERE=UCC-IBRB-(1+b)IBRE=-0.7V，得到IB=-37.4A<0，所以晶體管處于放大或飽和狀態(tài)。IC=bIB=-1.87mA，UCB=UC-UB=(UCC-ICRC)-(UCC-IBRB)=-3.74V<0，所以集電結反偏，晶體管處于放大狀態(tài)，IB=-37.4A，IC=-1.87mA，UCE=UCB+UBE(on)=-4.44V。

第五十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日52晶體管應用電路舉例

一、對數和反對數運算電路

晶體管的電流方程圖中，UO=-UBE=-UTln(IC/IS)，又IC=UI/R，所以這樣就實現了對數運算。第五十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日53圖中，輸出電壓UO=ICR=-ISRexp(-UBE/UT)，而輸入電壓UI=-UBE，因此從而實現了UO和UI之間的反對數(指數)運算。

第五十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日54二、

值測量電路

圖示電路用以測量晶體管的共發(fā)射極電流放大倍數

。因為IC

=(U1

-U2)/R1，IB

=UO

/R2，所以

據此可以根據電壓表的讀數UO，結合預設電壓U1和U2以及電阻R1和R2計算

。

第五十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日55三、恒流源電路

如圖所示，穩(wěn)壓二極管DZ的穩(wěn)定電壓UZ

=6V。UZ通過集成運放A傳遞到電阻R2上端，于是有IO

=IC

IE

=UZ

/R2

=20mA。

第五十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日56結型場效應管

4.5場效應管

第五十七頁，共七十四頁，2022年，8月28日57一、工作原理

飽和電流IDSS夾斷電壓UGS(off)

柵極電流IG

0輸入阻抗很大UGS增大導電溝道變窄ID減小第五十八頁，共七十四頁，2022年，8月28日58二、輸出特性恒流區(qū)(|uGS|

|UGS(off)|且|uDG|=|uDS

-uGS|>|UGS(off)|)uGS和iD為平方率關系。預夾斷導致uDS對iD的控制能力很弱?？勺冸娮鑵^(qū)(|uGS|

|UGS(off)|且

|uDG|<|UGS(off)|)

uDS的變化明顯改變iD的大小。

截止區(qū)(|uGS|>|UGS(off)|)

iD

=0第五十九頁，共七十四頁，2022年，8月28日59三、轉移特性預夾斷第六十頁，共七十四頁，2022年，8月28日60絕緣柵場效應管

絕緣柵場效應管記為MOSFET，根據結構上是否存在原始導電溝道，MOSFET又分為增強型MOSFET和耗盡型MOSFET。

第六十一頁，共七十四頁，2022年，8月28日61一、工作原理

UGS=0ID＝0UGS>UGS(th)

電場反型層導電溝道ID>0UGS控制ID的大小N溝道增強型MOSFET第六十二頁，共七十四頁，2022年，8月28日62

N溝道耗盡型MOSFET在UGS

=0時就存在ID=ID0。UGS的增大將增大ID。當UGS

<0時，且|UGS|足夠大時，導電溝道消失，ID

=0，此時的UGS為夾斷電壓UGS(off)

。

N溝道耗盡型MOSFET二、特性曲線

預夾斷N溝道增強型MOSFET第六十三頁，共七十四頁，2022年，8月28日63n為導電溝道中自由電子運動的遷移率；Cox為單位面積的柵極電容；W和L分別為導電溝道的寬度和長度，W/L為寬長比。第六十四頁，共七十四頁，2022年，8月28日64N溝道耗盡型MOSFET第六十五頁，共七十四頁，2022年，8月28日65各種場效應管的比較以及場效應管與晶體管的對比

電路符號

特性曲線第六十六頁，共七十四頁，2022年，8月28日66［例］判斷圖中場效應管的工作狀態(tài)。

=IDSS，UDG