精選模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第四第一章講義

（優(yōu)選）模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第四版第一章課件當(dāng)前第1頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)緒論一、課程的地位和主要內(nèi)容電路、電子技術(shù)（模擬、數(shù)字）、微機(jī)原理、自動(dòng)控制原理、通信原理、……電子技術(shù)——研究電子器件、電子電路及其應(yīng)用的科學(xué)技術(shù)。器件為路用當(dāng)前第2頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)緒論模擬信號(hào)：在時(shí)間和數(shù)值上連續(xù)的信號(hào)。tu模擬電路當(dāng)前第3頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)計(jì)算機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)原理框圖微機(jī)傳感器伺服機(jī)構(gòu)模擬信號(hào)處理功率放大模數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)模轉(zhuǎn)換數(shù)字接口數(shù)字接口

被測(cè)控對(duì)象干擾、噪聲、漂移、非線性緒論二、電子技術(shù)的典型應(yīng)用模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)電機(jī)當(dāng)前第4頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)三、如何學(xué)好模電緒論課程特點(diǎn)：內(nèi)容多、內(nèi)容雜、工程實(shí)踐性強(qiáng)1、抓“重點(diǎn)”2、注重綜合分析注重工程化素質(zhì)培養(yǎng)3、提高學(xué)習(xí)效率、培養(yǎng)自學(xué)能力課堂、答疑、作業(yè)、自學(xué)“基本電路”原理基本原理基本分析方法圖解法、小信號(hào)等效電路法放大器、反饋、振蕩器當(dāng)前第5頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)四、模電成績(jī)?nèi)绾嗡阕鳂I(yè)：１０％期末考試：９０％參考課堂和答疑表現(xiàn)作業(yè)：每周交1次，全交，有參考解答當(dāng)前第6頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)內(nèi)容提要半導(dǎo)體器件是組成各種電子電路——包括模擬電路和數(shù)字電路，集成電路和分立元件電路的基礎(chǔ)。本章首先介紹半導(dǎo)體的特性，半導(dǎo)體中載流子的運(yùn)動(dòng)，闡明PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕缓蠼榻B半導(dǎo)體二極管、穩(wěn)壓管、半導(dǎo)體三極管及場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線和主要參數(shù)。第一章常用半導(dǎo)體器件當(dāng)前第7頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)1.2

半導(dǎo)體二極管

1.3

穩(wěn)壓管1.4

半導(dǎo)體三極管

1.5

場(chǎng)效應(yīng)管1.1

半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)當(dāng)前第8頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)

半導(dǎo)體的特性一、定義導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物體稱(chēng)半導(dǎo)體。如：硅（Si）、鍺（Ge）等價(jià)電子：圍繞原子核運(yùn)動(dòng)的最外層軌道的電子導(dǎo)體:低價(jià)元素絕緣體:高價(jià)元素硅（Si）、鍺（Ge）：４個(gè)價(jià)電子1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)當(dāng)前第9頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)

4+簡(jiǎn)化模型（Ｓi，Ge）硅原子結(jié)構(gòu)14

+價(jià)電子慣性核當(dāng)前第10頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)二、半導(dǎo)體特性溫度導(dǎo)電能力可做成各種熱敏元件受光照導(dǎo)電能力可做成各種光電器件3.摻入微量雜質(zhì)導(dǎo)電能力（幾十萬(wàn)~幾百萬(wàn)倍）可做成品種繁多、用途廣泛的半導(dǎo)體器件。如半導(dǎo)體二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管等。當(dāng)前第11頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)

純凈的、沒(méi)有結(jié)構(gòu)缺陷的半導(dǎo)體單晶稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。它是共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。1.1.2本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)Si，Ge慣性核價(jià)電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4

相鄰原子的價(jià)電子成為共用電子，即共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)當(dāng)前第12頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子空穴復(fù)合在常溫下自由電子和空穴的形成成對(duì)出現(xiàn)成對(duì)消失當(dāng)前第13頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)+4+4+4+4+4+4+4+4+4外電場(chǎng)方向空穴移動(dòng)方向

電子移動(dòng)方向

在外電場(chǎng)作用下，電子和空穴均能參與導(dǎo)電(載流子)。這是半導(dǎo)體導(dǎo)電與導(dǎo)體導(dǎo)電最本質(zhì)的區(qū)別。價(jià)電子填補(bǔ)空穴當(dāng)前第14頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)本征激發(fā)——

價(jià)電子受熱及光照后，掙脫共價(jià)鍵束縛成為自由電子。半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：1、熱敏特性：T

導(dǎo)電能力2、光敏特性：光照導(dǎo)電能力

激勵(lì)(溫度和光照)一定時(shí)，電子空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合會(huì)達(dá)到“動(dòng)態(tài)平衡”。

當(dāng)前第15頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)注意本征半導(dǎo)體中載流子的濃度除與半導(dǎo)體材料本身的性質(zhì)有關(guān)外，還與溫度密切相關(guān)。半導(dǎo)體材料性能對(duì)溫度的這種敏感性，既可用來(lái)制造熱敏和光敏器件，又是造成半導(dǎo)體器件溫度穩(wěn)定性差的原因。當(dāng)前第16頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)+4+4+4+4+4+4+4+4

雜質(zhì)半導(dǎo)體一、N型半導(dǎo)體磷原子多余價(jià)電子自由電子正離子通過(guò)擴(kuò)散工藝，在本征半導(dǎo)體中摻入微量特定元素，便可形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。在純凈的硅或鍺晶體中摻入微量五價(jià)元素（如磷）所形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱(chēng)N型半導(dǎo)體。+4+5當(dāng)前第17頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)

N型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖少數(shù)載流子多數(shù)載流子正離子在N型半導(dǎo)體中，自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。當(dāng)前第18頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)+4+4+4+4+4+4+4二、P型半導(dǎo)體在純凈的硅或鍺的晶體中摻入微量的三價(jià)元素（如硼）所形成的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱(chēng)P型半導(dǎo)體。

+4硼原子填補(bǔ)空位+4+3負(fù)離子當(dāng)前第19頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)少數(shù)載流子負(fù)離子多數(shù)載流子P型半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)示意圖在P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。當(dāng)前第20頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)對(duì)于雜質(zhì)半導(dǎo)體，多子濃度約等于所摻雜質(zhì)濃度，多子濃度受溫度影響??；少子（本征激發(fā)）濃度受溫度影響大；注意當(dāng)前第21頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)注意不論是N型半導(dǎo)體還是P型半導(dǎo)體，雖然它們都有一種載流子占多數(shù)，但整個(gè)晶體仍然是不帶電的，呈電中性。通過(guò)摻入雜質(zhì)來(lái)提高半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力不是最終目的，因?yàn)閷?dǎo)體的導(dǎo)電能力更強(qiáng)。雜質(zhì)半導(dǎo)體的奇妙之處在于，摻入不同性質(zhì)、不同濃度的雜質(zhì)，并使P型和N型半導(dǎo)體采用不同的方式結(jié)合，可以制造出形形色色、品種繁多、用途各異的半導(dǎo)體器件。當(dāng)前第22頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)載流子的兩種運(yùn)動(dòng)：擴(kuò)散——載流子在濃度差作用下的運(yùn)動(dòng)載流子總是從高濃度向低濃度擴(kuò)散飄移——載流子在電場(chǎng)作用下的運(yùn)動(dòng)電子逆電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)空穴順電場(chǎng)方向運(yùn)動(dòng)當(dāng)前第23頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)P區(qū)N區(qū)1.2.1PN結(jié)的形成

采用不同的摻雜工藝，在同一塊半導(dǎo)體單晶上形成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，在它們的交界面處就形成了一個(gè)PN結(jié)。N區(qū)的電子向P區(qū)擴(kuò)散并與空穴復(fù)合P區(qū)的空穴向N區(qū)擴(kuò)散并與電子復(fù)合空間電荷區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方向1.2PN結(jié)當(dāng)前第24頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)多子擴(kuò)散－＞形成空間電荷區(qū)－＞有利少子向?qū)Ψ狡啤⒆钃醵嘧酉驅(qū)Ψ綌U(kuò)散，少子向?qū)Ψ降钠疲究臻g電荷區(qū)變窄－＞有利于多子向?qū)Ψ綌U(kuò)散；當(dāng)多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度一定，形成PN結(jié)。當(dāng)前第25頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)內(nèi)電場(chǎng)方向E外電場(chǎng)方向RI1.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮區(qū)N區(qū)外電場(chǎng)驅(qū)使P區(qū)的空穴進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分負(fù)空間電荷N區(qū)電子進(jìn)入空間電荷區(qū)抵消一部分正空間電荷空間電荷區(qū)變窄

擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成較大的正向電流，此時(shí)PN結(jié)導(dǎo)通一、外加正向電壓（正向偏置）外電場(chǎng)加強(qiáng)擴(kuò)散當(dāng)前第26頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)P區(qū)N區(qū)內(nèi)電場(chǎng)方向ER空間電荷區(qū)變寬外電場(chǎng)方向IR二、外加反向電壓（反向偏置）外電場(chǎng)驅(qū)使空間電荷區(qū)兩側(cè)的多子(空穴和自由電子)移走,空間電荷區(qū)加寬少數(shù)載流子越過(guò)PN結(jié)形成很小的反向電流，此時(shí)PN結(jié)截止多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)難于進(jìn)行外電場(chǎng)削弱擴(kuò)散當(dāng)前第27頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)結(jié)論綜上所述，當(dāng)PN結(jié)正向偏置時(shí)，回路將產(chǎn)生一個(gè)較大的正向電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)PN結(jié)反向偏置時(shí)，回路中的反向電流非常小，幾乎等于零，且由于該電流是由少數(shù)載流子產(chǎn)生的，所以溫度對(duì)其影響很大（溫度愈高，反向電流愈大），此時(shí)PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)?？梢?jiàn)，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。?dāng)前第28頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)PN結(jié)的伏安特性正偏：P——“+”N——“-”正向低阻導(dǎo)通反偏：P——“-”N——“+”反向高阻截止i=-Is反向擊穿——PN結(jié)特性之二：“擊穿特性”

（反向擊穿i很大）-P->NP->N正偏和反偏UT=26mV當(dāng)前第29頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體中的載流子自由電子空穴載流子的產(chǎn)生本征激發(fā)摻雜—P型、N型載流子的運(yùn)動(dòng)漂移擴(kuò)散PN結(jié)的特性正向?qū)ㄐ苑聪蚪刂固匦苑聪驌舸┨匦远嘧訑U(kuò)散引起少子飄移引起當(dāng)前第30頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)1.3.1二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)1.3半導(dǎo)體二極管一、符號(hào)正極（陽(yáng)極）負(fù)極（陰極）DDiodeP區(qū)N區(qū)當(dāng)前第31頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)600400200–0.1–0.200.40.8–50–100iD

/mAuD/V硅管的伏安特性1.3.2二極管的伏安特性反向特性死區(qū)－IS正向特性－UBRUoniD=f（uD）iD+uD

–DUＤ非線性特性iD=Is(e

/

–1)uDUTＵＢＲ反向擊穿電壓ＵＺ（穩(wěn)壓管）i-u?,q-u?,L?反向擊穿正向和反向當(dāng)前第32頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)開(kāi)啟電壓：

UonSi

管：0.5V左右Ge管：0.1V左右正向?qū)妷篣ＤSi

管：0.6V~0.8V（０.７Ｖ）Ge管：0.2V~0.3V（０.３Ｖ）二極管方程iD=Is(e

/

–1)uDUTUT：溫度的電壓當(dāng)量。常溫下，即T=300K（270C）時(shí)，UT=26mV。Is：反向飽和電流。在正向段：當(dāng)uD>>UT時(shí)，iD=Ise/uDUT在反向段：當(dāng)|uD|>>UT時(shí)，iD–IS一般:特性曲線上區(qū)分Uon和UＤ計(jì)算時(shí)不區(qū)分Uon和UＤ當(dāng)前第33頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)二極管的伏安特性受溫度的影響。如當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，二極管的正向特性曲線左移，反向特性曲線下移。注意i(mA)u(V)0I反

UD1

UD2當(dāng)前第34頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)1.3.4二極管的等效電路能夠模擬二極管特性的電路稱(chēng)二極管等效電路，也稱(chēng)二極管的等效模型。URR

VUI

I?U?uD0IUiD當(dāng)前第35頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)一、二極管的直流模型1.理想二極管(導(dǎo)通時(shí)正向壓降為零,截止時(shí)反向電流為零)的等效模型0iDuDiD+uD–大信號(hào)作用下的模型當(dāng)前第36頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)2.二極管導(dǎo)通時(shí)正向壓降為一常量UＤ（正向?qū)妷海?7V或０.３V），截止時(shí)反向電流為零的二極管的等效模型iDuD0UＤUＤiD+uD

–Question1UDUON當(dāng)前第37頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)3.二極管導(dǎo)通且正向壓降uD大于UＤ后，其電流iD與uD成線性關(guān)系（直線斜率為1/rD），截止時(shí)反向電流為零的等效模型iDuD0UＤ以上三個(gè)等效電路中1的誤差最大，3的誤差最小，一般情況下多采用2所示的等效電路。UＤrDiD+uD

–直流電阻當(dāng)前第38頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)二極管主要用于限幅，整流，鉗位．判斷二極管是否正向?qū)ǎ海保燃僭O(shè)二極管截止，求其陽(yáng)極和陰極電位；２．若陽(yáng)極陰極電位差＞UD

，則其正向?qū)?；３．若電路有多個(gè)二極管，陽(yáng)極和陰極電位差最大的二極管優(yōu)先導(dǎo)通；其導(dǎo)通后，其陽(yáng)極陰極電位差被鉗制在正向?qū)妷海ǎ?7V或０.３V）；再判斷其它二極管．用直流模型2當(dāng)前第39頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)URR

VUI

用直流模型2當(dāng)前第40頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)圖1.2.6例1.2.1電路圖當(dāng)前第41頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)

【例1】

下圖中，已知VA=3V，VB=0V，DA

、DB為鍺管，求輸出端Y的電位，并說(shuō)明每個(gè)二極管的作用。

DA

–12VYABDBR當(dāng)前第42頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)解：

DA優(yōu)先導(dǎo)通，則VY=3–0.3=2.7VDA導(dǎo)通后，DB因反偏而截止，起隔離作用，DA起鉗位作用，將Y端的電位鉗制在+2.7V。當(dāng)前第43頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)

【例2】下圖是二極管限幅電路，D為理想二極管，E=3V

，ui

=6sintV，試畫(huà)出

uo及uD的波形。2ui3時(shí)，D截止，uo=ui，uD=ui–3ui>3時(shí)，D導(dǎo)通，uo=3，uD=0

ui

/Vt

6302解：t

30–6uo

/VDE3VRuiuouRuDt

0–9uD

/V–3當(dāng)前第44頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)URR

VUI

iD

當(dāng)前第45頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)二、二極管的小信號(hào)交流模型（微變等效電路）二極管外加直流正向電壓時(shí)，將有一電流，則反映在其伏安特性曲線上的點(diǎn)為Q（Q點(diǎn)稱(chēng)為靜態(tài)工作點(diǎn)）。iDuD0IUQ若在Q點(diǎn)基礎(chǔ)上外加微小的變化量，則可用以Q點(diǎn)為切點(diǎn)的直線來(lái)近似微小變化時(shí)的曲線，即可將二極管等效成一個(gè)線性器件，用動(dòng)態(tài)電阻rd來(lái)表示，且rd=uD/iD。uDiDrdiDuDquestion2小信號(hào)作用下的模型當(dāng)前第46頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)即動(dòng)態(tài)電阻與Q點(diǎn)有關(guān)當(dāng)前第47頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)圖1.2.8直流電壓和交流信號(hào)

同時(shí)作用urR

URR

V直流通路交流通路ui

UDI

U

rdid

udquestion3當(dāng)前第48頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)作業(yè):1.4(1.3),1.3(1.2)當(dāng)前第49頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)

穩(wěn)壓管實(shí)質(zhì)上是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管。它工作于反向擊穿區(qū)，在一定的電流范圍內(nèi)，端電壓幾乎不變，所以這段特性可以用來(lái)穩(wěn)壓，因而廣泛用于穩(wěn)壓電源與限幅電路。1.4穩(wěn)壓管當(dāng)前第50頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)i/mAu/V0正向特性反向擊穿區(qū)-UZ-IZmin-IZmax伏安特性1.4.1穩(wěn)壓管的伏安特性IZ正極負(fù)極-UZ

+正極負(fù)極符號(hào)+

u

-iDZ正極負(fù)極D1D2UZrZ等效電路-u+iZener反向特性當(dāng)前第51頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)一.穩(wěn)定電壓UZ：是在規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。二.

穩(wěn)定電流

IZmin：保證管子進(jìn)入反向擊穿區(qū)的電流。若電流低于IZmin，則管子的穩(wěn)壓性不佳，甚至根本不穩(wěn)壓。要求IZ>IZmin.

IZUZ1.4.2穩(wěn)壓管的主要參數(shù)i/mAu/V0-UZ-IZmin-IZmax當(dāng)前第52頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)四.電阻

rZ：rZ=

IZ

UZ三.最大允許耗散功率PZM：PZM=UZIZmax通過(guò)上式可求出Izmax。穩(wěn)壓管的功耗超過(guò)PZM時(shí)，會(huì)因結(jié)溫升過(guò)高而燒壞。要求IZ<IZmax由上式可看出，rZ愈小，管子的穩(wěn)壓性能愈好。IZUZi/mAu/V0-UZ-IZmin-IZmax當(dāng)前第53頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)1.4.3穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路一、電路關(guān)于電路組成的說(shuō)明：（1）負(fù)載（RL）必需與DZ并聯(lián)，使Uo穩(wěn)定。（2）DZ必需工作在反向擊穿區(qū)。（3）為保證IZmin<IZ<Izmax，必需串聯(lián)一個(gè)大小合適的限流電阻R。RUi

IL

UoIＺ

DZ

RL

IRUz+二、穩(wěn)壓原理UiUo(UZ)IＺIRURUo當(dāng)前第54頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)RUimin–UZIZmin+ILmaxUimax–UZIZmax+ILmin三、限流電阻的選擇IZminIZIZmaxIZ=UiUZR－IL1.當(dāng)Ui最大，而IL最小時(shí)，IZ最大：UimaxUZR－ILminIZmaxRUimaxUZ

Izmax+ILmin2.當(dāng)Ui最小，而IL最大時(shí)，IZ最?。篣iminUZR－ILmax

IZminRUiminUZ

IZmin+ILmax當(dāng)前第55頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)【例1】在穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路中，已知Ui=12V，且變化范圍20%，UZ=5V，IZmin=5mA，PZmax=360mw，IL=0~5mA，求限流電阻R。解：由已知條件得：Uimin=9.6V，Uimax=14.4V，IZmin=5mA，IZmax=PZmax/UZ=360/5=75mA則當(dāng)前第56頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)作業(yè):1.9(1.6),1.11()當(dāng)前第57頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)

1.5.1三極管的結(jié)構(gòu)分類(lèi)和符號(hào)1.5

半導(dǎo)體三極管（雙極型晶體管）一、分類(lèi)按結(jié)構(gòu)劃分NPN型PNP型按材料劃分硅管鍺管按功率劃分大功率管小功率管按頻率劃分高頻管低頻管當(dāng)前第58頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)二、NPN型三極管集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極C基極B發(fā)射極ENNP2.符號(hào)ECBT1.結(jié)構(gòu)示意圖當(dāng)前第59頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)

集電極C發(fā)射極E基極BNNPPN三、PNP型三極管CBET1.結(jié)構(gòu)示意圖2.符號(hào)當(dāng)前第60頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)

NN＋P幾百微米幾微米ebcNPN型三極管結(jié)構(gòu)圖當(dāng)前第61頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)三極管能具有放大作用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）基區(qū)很薄（幾m~幾十m）,形成兩個(gè)靠得很近的PN結(jié),且載流子濃度很低。（2）發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高。（3）集電結(jié)的面積很大。當(dāng)前第62頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)

三極管能具有放大作用的外部條件:（1）發(fā)射結(jié)正向偏置；（2）集電結(jié)反向偏置。對(duì)于NPN型三極管應(yīng)滿(mǎn)足:UBE

>0UBC

<

0即

VC>

VB>

VE對(duì)于PNP型三極管應(yīng)滿(mǎn)足:UEB>0UCB

<0即

VC

<VB

<

VEECBTCBET當(dāng)前第63頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)晶體管的基本放大應(yīng)用輸入回路輸出回路有源器件Ｒb偏置電阻ＲＣ集電極負(fù)載電阻共射(CE)20VVCCRCRbVBBui+-uCE(uO)+-VBBVCC偏置電源ui要放大的小信號(hào)uO放大后的輸出當(dāng)前第64頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)1.5.2三極管的三種接法一、共發(fā)射極(CE)接法二、共集電極(CC)接法三、共基極(CB)接法uiuouiuouiuo不同的接法具有不同的電路特性，但管子的工作原理都是相同的。當(dāng)前第65頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)以NPN管共發(fā)射極接法為例，來(lái)說(shuō)明電流放大的概念。1.5.3三極管的電流放大（控制）作用一、電流放大的概念VCCRCIC

UCECEBUBE輸出回路輸入回路公共端VBBRBIBIE

TVCC>VBB調(diào)節(jié)RB，觀察IB、IC及IE的變化。結(jié)論（1）IB+IC=IE—此結(jié)果符合KCL（2）IC、IE比IB大得多。（3）IB很小的變化可引起IC很大的變化，即IC受IB控制—這就是三極管的電流控制作用。當(dāng)前第66頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)PN結(jié)無(wú)外加電壓時(shí)(平衡PN結(jié)),P區(qū)或N區(qū)的少子因達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡而稱(chēng)為平衡少子 PN結(jié)外加正向電壓時(shí),P區(qū)或N區(qū)的多子擴(kuò)散到對(duì)方而成為對(duì)方的非平衡少子平衡少子:非平衡少子:本區(qū)本征激發(fā)的少子另一區(qū)的多子擴(kuò)散過(guò)來(lái)的當(dāng)前第67頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子IEIBN電子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合集電區(qū)收集電子

電子流向電源正極形成ICＮICNNPN電源負(fù)極向發(fā)射區(qū)補(bǔ)充電子形成

發(fā)射極電流IE二、管內(nèi)載流子的運(yùn)動(dòng)VBB正極拉走電子，或補(bǔ)充被復(fù)合的空穴，形成IBＮVCCRCVBBRBICBOEBCIBIC當(dāng)前第68頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)IE=ICN+IBN電流關(guān)系：定義：CE直流電流放大系數(shù)—此結(jié)果符合KCL整理得到：IB=IBN-ICBOIC=ICN+ICBOIE=IC+IB基極開(kāi)路時(shí)集電極與發(fā)射極間的穿透電流發(fā)射區(qū)的多子擴(kuò)散當(dāng)前第69頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)記?。寒?dāng)前第70頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)20VVCCRCRbVBBui+-uCE(uO)+-定義：CE交流電流放大系數(shù)一般認(rèn)為：當(dāng)前第71頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)定義：CB直流電流放大系數(shù)整理得到：定義：CB交流電流放大系數(shù)一般認(rèn)為：發(fā)射極開(kāi)路時(shí)集電結(jié)的反向飽和電流當(dāng)前第72頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)e區(qū)的多子擴(kuò)散而導(dǎo)電c區(qū)和b區(qū)的平衡少子飄移而導(dǎo)電：IE=ICN+IBNICBO雙極性晶體管當(dāng)前第73頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)ECBTiBiCiECBETiEiBiC當(dāng)前第74頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)1.5.4三極管的特性曲線(CE)三極管的特性曲線是其各極電壓和電流之間關(guān)系的曲線。從使用三極管的角度來(lái)說(shuō)，了解其特性曲線比了解其內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)顯得更為重要。iCuCEuBEiBiB

=f(uBE)UCE=常數(shù)輸入特性輸出特性IB=

常數(shù)iC

=f

(uCE)雙端口網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前第75頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)一、三極管的輸入特性iB

=f(uBE)UCE=常數(shù)1.5.4三極管的特性曲線(CE)死區(qū)uBE/ViB/A0UCE

=

0UCE

≥

1VUCE=0時(shí)：+-uBEBCEiBUCE

>0V時(shí)，曲線右移，UCE≥1V后，曲線幾乎重合。一般用UCE

>１V的任一曲線與二極管正向特性相似ＵＯＮ當(dāng)前第76頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)由上述分析可知：三極管輸入特性也有一段死區(qū)。在正常工作下，NPN型硅管uBE=0.６～0.8V；PNP型硅管uBE=-0.8~-0.6V。UCE

>

1VuBE/ViB/A0當(dāng)前第77頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)uBE/ViB/A0cbeTiB?當(dāng)前第78頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)iC

/mAuCE

/V0IB=

0μA20μA40μA60μA80μA飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū):發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均正向偏置截止區(qū):發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均反向偏置放大區(qū):發(fā)射結(jié)正向偏置；集電結(jié)反向偏置iBiCQ二、三極管的輸出特性IB=

常數(shù)iC

=f

(uCE)UCES發(fā)射結(jié)反偏:uBE

＜=

UON集電結(jié)反偏:uCB>0NPN當(dāng)前第79頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)飽和區(qū)iC明顯隨uCE增大而增大

ic<

iＢ

IＣ

<

IB

NPN:

uBE>UON,

uCE＜=uBE（uCE＜UCES)（uCE0)截止區(qū)

iB=0、iC0的曲線下方。NPN:

uBE＜=

UON,uCE>uBE放大區(qū)曲線平行等距iC近似平行于uCE軸CCCSic

iＢIＣ

IBNPN:

uBE>UON,uCE>uBE當(dāng)前第80頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)1.5.5三極管的主要參數(shù)一、直流參數(shù)1.共射直流電流放大系數(shù)

=

IC

IB2.共基直流電流放大系數(shù)

=

IC

IE(1)發(fā)射極開(kāi)路時(shí)集電結(jié)的反向飽和電流—ICBO。

3.極間反向電流

一般小功率硅管ICBO為nA級(jí)，而鍺管為幾A~幾十A。(2)基極開(kāi)路時(shí)集電結(jié)與發(fā)射結(jié)間的穿透電流—ICEO。

ICEO=（1+

）ICBOICBO、ICEO受穩(wěn)度的影響很大，實(shí)際工作中其值愈小，性能愈穩(wěn)定。忽略ICBO當(dāng)前第81頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)二、交流參數(shù)2.共基交流電流放大系數(shù)

=

iC

iB

UCE=常數(shù)1.共射交流電流放大系數(shù)

=

iC

iE

UCB=常數(shù)當(dāng)前第82頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)一般可以認(rèn)為：

iC等距平行于uCE軸即可以表示在加上，可以認(rèn)為：

=

iC

iB

當(dāng)前第83頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)五、溫度對(duì)晶體管特性的影響溫度增加，會(huì)導(dǎo)致ICBO

、

IB

增大。溫度對(duì)晶體管輸入特性的影響當(dāng)前第84頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)圖1.3.9溫度對(duì)晶體管輸出特性的影響當(dāng)前第85頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)三極管特性容易受溫度影響溫度增加，會(huì)導(dǎo)致IC增大。溫度增加，會(huì)導(dǎo)致β,增大。當(dāng)前第86頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)總結(jié)1.4、雙極型晶體管放大條件結(jié)構(gòu)上E重?fù)诫s、B薄且摻雜低、C面積大；外電源使Je正偏、Jc反偏。電流關(guān)系iC

βiB

iE=iC+iB當(dāng)前第87頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)uBE/ViB/A0UCE

>

1V三極管(NPN)的特性曲線Je和Jc均正偏，uCE很小，ce間近似短路。Je正偏、Jc反偏，iC=βiB，T相當(dāng)CCCS。Je和Jc均反偏，ic很小，ce間近似開(kāi)路。當(dāng)前第88頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)二極管的特性曲線600400200–0.1–0.200.40.8–50–100iD

/mAuD/V當(dāng)前第89頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)二極管的直流模型iDuD0UＤUＤiD+uD

–iD+uD

–D當(dāng)前第90頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)作業(yè):1.15(1.9),1.16(1.10),1.19(1.12)當(dāng)前第91頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)2、晶體管的等效模型（1）晶體管直流模型iBuBE0UＤiC

/mAuCE

/V0IB4IB3IB2IB1IB4IB3IB2IB1前提:Q點(diǎn)在放大區(qū)當(dāng)前第92頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)IBQUDbeUBEQecICQIBQUCEQ（1）晶體管直流模型當(dāng)前第93頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)RCRb20VVCCVBB+-uCE(uO)ui+-直流電壓和交流信號(hào)同時(shí)作用下當(dāng)前第94頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)

三極管在小信號(hào)(微變量)情況下工作時(shí)，可以在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)用直線段近似地代替三極管的特性曲線，三極管就可以用線性二端口網(wǎng)絡(luò)來(lái)等效代替。

(2)三極管的交流(微變)等效電路icuceubeibube=h11ib+h12uceic=h21ib+h22uce線性電路ubeuceibic在小信號(hào)下H參數(shù)等效模型當(dāng)前第95頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)ube=h11ib+h12uceic=h21ib+h22uceh11=ube/ib|uce=0=rbeh21=ic/ib|uce=0=h12=ube/uce|ib=00h22=ic/uce|ib=0=1/rce0

=

iC

iB

UCE=常數(shù)當(dāng)前第96頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)QQ當(dāng)前第97頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)rbe稱(chēng)三極管的輸入電阻rbb稱(chēng)為基區(qū)的體電阻，對(duì)于小功率管，一般為100~500。當(dāng)前第98頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)三極管的微變等效電路ube=rbeib+h12uceic=ib+uceicuceubeibbceuberbe

eibibicucebc三極管簡(jiǎn)化的微變等效電路uberbe

eibibic

rcerceuceucebch12uce+三極管的微變等效電路只能用來(lái)分析放大電路變化量之間的關(guān)系rce1線性化如ce端所接很大,不能忽略當(dāng)前第99頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)IBQUDbeUBEQecICQIBQUCEQ（1）晶體管直流模型(2)三極管的交流(微變)等效電路uberbe

eibibicucebcecbTecbTcbeT放大區(qū)當(dāng)前第100頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)交流模型只能求解交流量直流模型只能求解直流量H參數(shù)在靜態(tài)工作點(diǎn)附近定義的，只適合于交流小信號(hào)（大小和方向）從屬于NPN和PNP具有相同的H參數(shù)交流模型uberbe

eibibicucebc當(dāng)前第101頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)1.6場(chǎng)效應(yīng)管(單極型三極管)本節(jié)要介紹的場(chǎng)效應(yīng)管是依靠一種極性的載流子(多子)飄移參與導(dǎo)電，所以稱(chēng)單極型三極管。又因?yàn)樗抢幂斎牖芈返碾妶?chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出回路電流的，所以又稱(chēng)場(chǎng)效應(yīng)管。它是電壓控制電流源(VCCS)器件。它的輸入阻抗高．1.6.1場(chǎng)效應(yīng)管FET(FieldEffectTransistor)

的類(lèi)型按其結(jié)構(gòu)絕緣柵型結(jié)型按其工作狀態(tài)增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道當(dāng)前第102頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)1.6.2結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(耗盡型)一、結(jié)構(gòu)示意圖（以N溝道為例）NP耗盡層GSD兩個(gè)PN結(jié)夾著一個(gè)N溝道。三個(gè)電極：

G：柵極Gate

D：漏極Drain

S：源極Source當(dāng)前第103頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)結(jié)構(gòu)和符號(hào)（以N溝道為例）當(dāng)前第104頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)GSDVGG(uGS)

二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理

1.柵源電壓對(duì)溝道的控制作用

在柵源間加負(fù)電壓VGG<=

0，令uDS=0(2)當(dāng)│uGS│↑時(shí)，PN結(jié)反偏，導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大。(3)當(dāng)│uGS│增加到一定值時(shí)，溝道完全合攏。溝道電阻無(wú)窮大

夾斷電壓UGS(off)—使導(dǎo)電溝道完全合攏（消失）所需要的柵源電壓uGS。

(1)當(dāng)uGS=0時(shí)，為平衡PN結(jié)，導(dǎo)電溝道最寬。溝道電阻最小UGS(off)<0當(dāng)前第105頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)2.漏源電壓對(duì)溝道的影響作用

(1)當(dāng)VDD=0時(shí)，iD=0。(2)VDD↑→iD↑

→靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，呈楔(xie-)形分布。(3)當(dāng)VDD↑，使uGD=uGS

uDS=UGS(off)時(shí)，在靠漏極處夾斷——預(yù)夾斷。預(yù)夾斷前:

VDD↑→iD↑。預(yù)夾斷后:

VDD↑→iD幾乎不變。(4)VDD再↑，夾斷點(diǎn)下移。在漏源間加電壓VDD>=0

，令uGS=0由于uGS=0，所以導(dǎo)電溝道最寬。當(dāng)前第106頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)圖1.4.4UGS(off)<uGS<0且uDS>0的情況預(yù)夾斷預(yù)夾斷前預(yù)夾斷后恒流區(qū)可變電阻區(qū)溝道電阻受uGS控制當(dāng)前第107頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)（1）輸出特性曲線：

iD=f（uDS）│UGS=常數(shù)

3.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的特性曲線

飽和區(qū)內(nèi)：△iD/△uGS

≈常數(shù)=gm

gm—低頻跨導(dǎo)１可變電阻區(qū)：預(yù)夾斷前。２飽和區(qū)（恒流區(qū)）：預(yù)夾斷后。３夾斷區(qū)（截止區(qū)）。即：

△iD=gm△uGS

—放大原理ＶＣＣＳ當(dāng)前第108頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)（2）轉(zhuǎn)移特性曲線：

iD=f（uGS）│UDS=常數(shù)4321051015UGS

=0-1V-2V-3V-4VuDS/ViD

/mA4321iD

/mAuGS/V0-1-2-3-4UGS（off）飽和漏極電流IDSSUGS(off)

uGSiD=IDSS(1)2（UGS（off）uGS0）N溝道UDS=10V只在恒流區(qū)內(nèi)只適合于恒流區(qū)內(nèi)IDSS:uGS=0時(shí)的iD直流模型當(dāng)前第109頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)1.6.3絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(MOS管)SiO2結(jié)構(gòu)示意圖P型硅襯底源極S柵極G漏極D襯底引線BN+N+符號(hào)1.結(jié)構(gòu)和符號(hào)一、增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（以N溝道為例）DBSGN溝道DBSGP溝道G(Metal)-SiO2鋁當(dāng)前第110頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)SiO2結(jié)構(gòu)示意圖P型硅襯底耗盡層襯底引線BN+N+SGDUDSiD

=0D與S之間是兩個(gè)PN結(jié)反向串聯(lián)，無(wú)論D與S之間加什么極性的電壓，漏極電流均接近于零。2.工作原理(1)uGS=0時(shí)當(dāng)前第111頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)圖1.4.8uDS

＝0時(shí)uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制當(dāng)前第112頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)P型硅襯底N++BSGD。UDS耗盡層iD

柵極下P型半導(dǎo)體表面形成N型導(dǎo)電溝道，當(dāng)D、S加上正向電壓后可產(chǎn)生漏極電流iD。(2)uGS>UGS(th)N型導(dǎo)電溝道N+N+UGS當(dāng)前第113頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)圖1.4.9uGS為大于UGS(th)的某一值時(shí)

uDS對(duì)iD的影響預(yù)夾斷前預(yù)夾斷預(yù)夾斷后可變電阻區(qū)溝道電阻受uGS控制恒流區(qū)當(dāng)前第114頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)4321051015UGS

=5V6V4V3V2ViD/mAUDS=10V增強(qiáng)型

NMOS管的特性曲線

0123飽和區(qū)可變電阻區(qū)245uGS

/

V3.特性曲線UGs(th)輸出特性轉(zhuǎn)移特性

uDS/ViD/mAiD=IDO(1)2

uGS

UGS(th)

夾斷區(qū)IDOIDO:uGS=2UGS(th)時(shí)的iD（uGS>UGS（th)>0,N溝道)當(dāng)前第115頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)1.結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理符號(hào)結(jié)構(gòu)示意圖P型硅襯底源極S漏極D柵極G襯底引線B耗盡層N+N+正離子N型溝道SiO2制造時(shí)，在二氧化硅絕緣層中摻入大量的正離子。二、耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（以N溝道為例）DBSGN溝道DBSGP溝道當(dāng)前第116頁(yè)\共有129頁(yè)\編于星期一\11點(diǎn)432104812UGS

=1V–2V–3V輸出特性轉(zhuǎn)移特性耗盡型NMOS管的特性曲線

1230V–101–1–2–3uGS/V2.特性曲線UGs(off)uDS/