模擬電子線路半導(dǎo)體器件第1頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月教材：

《模擬電子線路》

（張友純，華中科技大學(xué)出版社)

參考書：

《電子技術(shù)基礎(chǔ)》(模擬部分4、5版)(康華光，高等教育出版社)《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》(第三版）(童詩白華成英，高等教育出版社)《電子線路》（線性部分第四版）（謝嘉奎高等教育出版社)第2頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1半導(dǎo)體器件1.1半導(dǎo)體的基本知識1.5場效應(yīng)管1.4晶體三極管1.3特殊二極管1.2PN結(jié)與半導(dǎo)體二極管1.6集成運算放大器第3頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1半導(dǎo)體的基本知識

1.1.1半導(dǎo)體材料

1.1.2半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)

1.1.3本征半導(dǎo)體

1.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體第4頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.1.1半導(dǎo)體材料根據(jù)物體導(dǎo)電能力(電阻率)的不同，來劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。導(dǎo)體：很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體(電阻率<10-3Ω·cm)。絕緣體：幾乎不導(dǎo)電的物質(zhì)稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英（電阻率>108Ω·cm的為絕緣體

）。半導(dǎo)體：導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。第5頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性在外界某種因素作用下會發(fā)生顯著變化。具體表現(xiàn)在以下三個方面：：2、熱敏性

溫度的變化可以使其電阻率發(fā)生明顯的變化，人們利用這種特性可以做成各種熱敏元件，如熱敏電阻、溫度傳感器等。1、摻雜性：半導(dǎo)體因摻入微量的雜質(zhì)其電阻率發(fā)生顯著的變化，人們正是利用這種特性來改變和控制半導(dǎo)體的電阻率，制成各種半導(dǎo)體器件。3、光敏性在光照下，一些半導(dǎo)體的電阻率可以發(fā)生明顯變化，有的甚至可以產(chǎn)生電動勢，人們利用這種特性可以做成各種光電晶體管、光電耦合器和光電池。第6頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.1.2半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅晶體的空間排列第7頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.1.2半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡化模型及晶體結(jié)構(gòu)第8頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.1.3本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。空穴——共價鍵中的空位。電子空穴對——由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對?？昭ǖ囊苿印昭ǖ倪\動是靠相鄰共價鍵中的價電子依次充填空穴來實現(xiàn)的。第9頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點GeSi（完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體）硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)第10頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共用電子對+4+4+4+4+4表示除去價電子后的原子共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。第11頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理(1)兩種載流子---自由電子、空穴空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。第12頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價或五價元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。

N型半導(dǎo)體——摻入五價雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體——摻入三價雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。第13頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.N型半導(dǎo)體因五價雜質(zhì)原子中只有四個價電子能與周圍四個半導(dǎo)體原子中的價電子形成共價鍵，而多余的一個價電子因無共價鍵束縛而很容易形成自由電子。在N型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，它主要由雜質(zhì)原子提供；空穴是少數(shù)載流子,由熱激發(fā)形成。提供自由電子的五價雜質(zhì)原子因帶正電荷而成為正離子，因此五價雜質(zhì)原子也稱為施主雜質(zhì)。第14頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月+4+4+5+4多余電子磷原子在硅或鍺的晶體中摻入微量的五價元素（P）。1、由磷原子提供的電子，濃度與磷原子相同。2、本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。摻雜濃度遠大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。N型半導(dǎo)體第15頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

2.P型半導(dǎo)體因三價雜質(zhì)原子在與硅原子形成共價鍵時，缺少一個價電子而在共價鍵中留下一個空穴。在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，它主要由摻雜形成；自由電子是少數(shù)載流子，由熱激發(fā)形成?？昭ê苋菀追@電子，使雜質(zhì)原子成為負離子。三價雜質(zhì)因而也稱為受主雜質(zhì)。第16頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月P

型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。+4+4+3+4空穴硼原子在硅或鍺的晶體中摻入微量的三價元素（B）。第17頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體第18頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

摻入雜質(zhì)對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:

T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子濃度:4.96×1022/cm3

3以上三個濃度基本上依次相差106/cm3。

2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm3

3.雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響第19頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體

本節(jié)中的有關(guān)概念end

自由電子、空穴

N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體

多數(shù)載流子、少數(shù)載流子施主雜質(zhì)、受主雜質(zhì)第20頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2PN結(jié)與晶體二極管

1.2.1

PN結(jié)的形成

1.2.2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

1.2.3

PN結(jié)的反向擊穿

1.2.4

PN結(jié)的電容效應(yīng)

1.2.5

晶體二極管

1.2.6

晶體二極管電路第21頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.2.1PN結(jié)的形成圖2.2.1PN結(jié)的形成第22頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

在一塊本征半導(dǎo)體在兩側(cè)通過擴散不同的雜質(zhì),分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。此時將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過程:

因濃度差空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場

內(nèi)電場促使少子漂移

內(nèi)電場阻止多子擴散

最后,多子的擴散和少子的漂移達到動態(tài)平衡。對于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。多子的擴散運動

由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

第23頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.2.2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。

(1)PN結(jié)加正向電壓時PN結(jié)加正向電壓時的導(dǎo)電情況

低電阻大的正向擴散電流PN結(jié)的伏安特性第24頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月PN結(jié)的伏安特性

2.2.2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)外加電壓使PN結(jié)中P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位，稱為加正向電壓，簡稱正偏；反之稱為加反向電壓，簡稱反偏。

(2)PN結(jié)加反向電壓時PN結(jié)加反向電壓時的導(dǎo)電情況

高電阻很小的反向漂移電流A級在一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的，故少子形成的漂移電流是恒定的，基本上與所加反向電壓的大小無關(guān)，這個電流也稱為反向飽和電流。第25頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；

由此可以得出結(jié)論：

PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。PN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。第26頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.2.2

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

(3)PN結(jié)V-I特性表達式其中PN結(jié)的伏安特性IS——反向飽和電流VT——溫度的電壓當(dāng)量且在常溫下（T=300K）第27頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.2.3

PN結(jié)的反向擊穿

當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。熱擊穿——不可逆

雪崩擊穿

齊納擊穿

電擊穿——可逆第28頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.2.4

PN結(jié)的電容效應(yīng)

(1)勢壘電容CB勢壘電容示意圖第29頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.2.4

PN結(jié)的電容效應(yīng)(2)擴散電容CD擴散電容示意圖end第30頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.2.5晶體二極管

在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。(1)點接觸型二極管PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。(a)點接觸型

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖1.二極管的結(jié)構(gòu)第31頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)平面型二極管往往用于集成電路制造藝中。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。(b)面接觸型(c)平面型(4)二極管的代表符號第32頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月半導(dǎo)體二極管圖片第33頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第34頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月2.二極管的伏安特性二極管的伏安特性曲線可用下式表示硅二極管2CP10的V-I特性鍺二極管2AP15的V-I特性正向特性反向特性反向擊穿特性導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V死區(qū)電壓硅管0.5V,鍺管0.2V第35頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月3.二極管的參數(shù)(1)最大整流電流IF(2)反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓VRM(3)反向電流IR(4)正向壓降VF(5)極間電容CBend第36頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1.2.6

二極管電路及其分析方法1二極管V-I特性的建模2應(yīng)用舉例第37頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

1二極管V-I特性的建模1.理想模型3.折線模型2.恒壓降模型第38頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月4.小信號模型二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時，其正向特性可以等效成一個微變電阻。即根據(jù)得Q點處的微變電導(dǎo)則常溫下（T=300K）

1二極管V-I特性的建模第39頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月例1：二極管構(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、恒壓源模型計算電流I和輸出電壓uo解：（1）采用理想模型分析。

采用恒壓源模型分析。2應(yīng)用舉例第40頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）如果ui為幅度±4V的交流三角波，波形如圖所示，分別采用理想二極管模型和恒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。波形如右所示。0-4Vuit2V2Vuot第41頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V

②采用恒壓源模型分析，波形如右所示。第42頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月判斷二極管在電路中的工作狀態(tài)，常用的方法是：先假設(shè)將二極管斷開，求二極管正負極間的電壓，若該電壓大于二極管導(dǎo)通電壓，則二極管處于正偏而導(dǎo)通；反之，則處于反偏而截止。若電路中出現(xiàn)兩個以上二極管，則承受正向電壓較大者優(yōu)先導(dǎo)通，然后根據(jù)電路情況，分析其它二極管工作狀態(tài)。注意注意第43頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月例2:在下圖中,試求以下幾種情況的端電壓VY及各元件流過的電流:(1)UA=10V,UB=0V;解:忽略二極管的導(dǎo)通壓降：(1)二極管ＤＡ優(yōu)先導(dǎo)通，則ＤＢ反向偏置，截止，UAUB1KΩ1KΩR9kΩＤＢＤA第44頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)UA=6V,UB=5.8V;設(shè)兩管均導(dǎo)通，應(yīng)用結(jié)點電壓法可得：UAUB1KΩ1KΩR9kΩＤＢＤA可見DB管也確能導(dǎo)通.第45頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月例3：兩個穩(wěn)壓管,穩(wěn)定電壓分別為5.5V和8.5V,正向?qū)▔航刀际?.5V,如果要得到0.5V、3V、6V、9V和14V應(yīng)如何連接?解:電路如下列所示，分別可以得到題意要求的穩(wěn)壓值：(a)(b)(c)(d)(e)第46頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月例3：兩個穩(wěn)壓管,穩(wěn)定電壓分別為5.5V和8.5V,正向?qū)▔航刀际?.5V,如果要得到0.5V、3V、6V、9V和14V應(yīng)如何連接?解:電路如下列所示，分別可以得到題意要求的穩(wěn)壓值：-+RUiDz10.5V-R+RDZ1Dz2Ui-3V+---+UiRDz1Dz2+6V-+Ui-RDz1Dz2+9V-+Ui-R+14v-第47頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月V陽>V陰二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例4：

取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。在這里，二極管起鉗位作用。D6V12V3k

BAUAB+–電路如圖,求:UABV陽=V陰=－6V－12V第48頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月兩個二極管的陰極接在一起取B點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。V1陽=－6V，V2陽=0V，V1陰=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例5:D1承受反向電壓為－6V流過D2

的電流為求：UAB在這里，D2起鉗位作用，D1起隔離作用。BD16V12V3k

AD2UAB+–第49頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月ui>8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二極管截止，可看作開路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫出uo

波形。8V例6：二極管的用途：

整流、檢波、限幅、鉗位、開關(guān)、元件保護、溫度補償?shù)?。ui18V參考點二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––第50頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3特殊二極管

1.3.1穩(wěn)壓二極管

1.3.2變?nèi)荻O管

1.3.3光電子器件1.光電二極管2.發(fā)光二極管3.激光二極管第51頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.1穩(wěn)壓二極管1.符號及穩(wěn)壓特性(a)符號(b)伏安特性利用二極管反向擊穿特性實現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時工作在反向電擊穿狀態(tài)。曲線越陡，電壓越穩(wěn)定第52頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)穩(wěn)定電壓VZ(2)動態(tài)電阻rZ=

VZ/

IZ

rz越小，穩(wěn)壓性能越好

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。(4)最大穩(wěn)定工作電流IZmax和最小穩(wěn)定工作電流IZmin2.穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)1.3.1穩(wěn)壓二極管(3)最大耗散功率

(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)——

VZ穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)第53頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月2.5.1穩(wěn)壓二極管3.穩(wěn)壓電路正常穩(wěn)壓時VO=VZ#穩(wěn)壓條件是什么？IZmin

≤IZ≤IZmax#不加R可以嗎？#上述電路VI為正弦波，且幅值大于VZ，VO的波形是怎樣的？RL發(fā)生變化：RLIOIRVOIZIR

VOVI發(fā)生變化：VI

VOIZIRVR

VO第54頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月例：穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用RLuiuORDZiiziLUZ穩(wěn)壓二極管技術(shù)數(shù)據(jù)為：穩(wěn)壓值UZW=10V，Izmax=12mA，Izmin=2mA，負載電阻RL=2k，輸入電壓ui=12V，限流電阻R=200。若負載電阻變化范圍為1.5k~4k，是否還能穩(wěn)壓？第55頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月RLuiuORDZiiziLUZUZW=10Vui=12VR=200Izmax=12mAIzmin=2mARL=2k(1.5k~4k)iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（mA）i=（ui-UZ）/R=（12-10）/0.2=10（mA）

iZ=i-iL=10-5=5（mA）RL=1.5k,iL=10/1.5=6.7（mA）,iZ=10-6.7=3.3（mA）RL=4k,iL=10/4=2.5（mA）,iZ=10-2.5=7.5（mA）負載變化,但iZ仍在12mA和2mA之間,所以穩(wěn)壓管仍能起穩(wěn)壓作用第56頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

U/VC/pF10080604020108642KA圖1-19變?nèi)荻O管符號及特性利用PN結(jié)的勢壘電容隨外加反向電壓的變化而變化的特性可制成變?nèi)荻O管，其符號和特性如圖1-19所示。變?nèi)荻O管的容量很小，為皮法數(shù)量級，它有一定的電容變化范圍，主要用于高頻場合下，例如電調(diào)諧、調(diào)頻信號的產(chǎn)生等。1.3.2變?nèi)荻O管第57頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1.3.3光電子器件反向電流隨光照強度的增加而上升。IU照度增加1.光電二極管第58頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似。end2.發(fā)光二極管1.3.3

光電子器件第59頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.1三極管結(jié)構(gòu)簡介1.4晶體三極管1.4.2三極管的電流分配與放大原理1.4.3三極管的特性曲線1.4.4三極管的主要參數(shù)第60頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.1三極管的結(jié)構(gòu)簡介半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。兩種類型的三極管發(fā)射結(jié)(Je)

集電結(jié)(Jc)

基極，用B或b表示（Base）

發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）；集電極，用C或c表示（Collector）。

發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)三極管符號第61頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第62頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第63頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第64頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第65頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第66頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第67頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第68頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月第69頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

結(jié)構(gòu)特點：?發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；?集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；?基區(qū)很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且摻雜濃度最低。管芯結(jié)構(gòu)剖面圖第70頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.2三極管的電流分配與放大原理1.內(nèi)部載流子的傳輸過程

三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載流子傳輸體現(xiàn)出來的。外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子集電區(qū)：收集載流子基區(qū)：傳送和控制載流子

（以NPN為例）

載流子的傳輸過程第71頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月以上看出，三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導(dǎo)電，故稱為雙極型三極管。或BJT(BipolarJunctionTransistor)。

1.4.2三極管的電流分配與放大原理第72頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月2、電流放大原理EBRBECIE基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散可忽略。IBE進入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE

，多數(shù)擴散到集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電流IE。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏BECNNP第73頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月BECNNPEBRBECIE集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO

ICEIBEICE從基區(qū)擴散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進入集電結(jié)而被收集，形成ICE。第74頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月IB=IBE-ICBO

IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO

ICEIBE1、發(fā)射區(qū)發(fā)射電子2、電子在基區(qū)擴散和復(fù)合3、集電區(qū)收集電子第75頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月2.電流分配關(guān)系根據(jù)傳輸過程可知IC=InC+ICBOIB=IB’-ICBO通常IC>>ICBO

為電流放大系數(shù)，它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。一般

=0.90.99IE=IB+IC載流子的傳輸過程第76頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)

是另一個電流放大系數(shù)，同樣，它也只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。一般

>>1IE=IB+ICIC=InC+ICBO且令I(lǐng)CEO=(1+

)ICBO（穿透電流）2.電流分配關(guān)系第77頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月3.三極管的三種組態(tài)共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示;共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；三極管的三種組態(tài)第78頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月+-bceRL1k

共射極放大電路

共射極放大電路VBBVCCVBEIBIEIC+-

vI+vBE

vO+-+iC+iE+iB

vI=20mV

設(shè)若則電壓放大倍數(shù)

iB=20uA

vO=-iC?

RL=-0.98V，

=0.98使4.放大作用第79頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達集電極而實現(xiàn)的。實現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是：（1）內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。（2）外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。1.4.2三極管的電流分配與放大原理注意：NPN:VC>VB>VE；PNP:VC<VB<VE鍺BJT的|VBE|＝0.2V；硅BJT的|VBE|＝0.7V第80頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月vCE=0V+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE

iB=f(vBE)

vCE=const(2)當(dāng)vCE≥1V時，vCB=vCE

-vBE>0，集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下IB減小，特性曲線右移。vCE=0VvCE

1V(1)當(dāng)vCE=0V時，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。1.輸入特性曲線1.4.3三極管的特性曲線（以共射極放大電路為例）第81頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月飽和區(qū)：iC明顯受vCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般vCE＜0.7V(硅管)。此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。iC=f(vCE)

iB=const2.輸出特性曲線輸出特性曲線的三個區(qū)域:1.4.3三極管的特性曲線放大區(qū)：iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。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，vBE小于死區(qū)電壓，集電結(jié)反偏。第82頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月輸出特性三個區(qū)域的特點:(1)放大區(qū)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，IC=IB,且

IC=

IB(2)飽和區(qū)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏，即UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止區(qū)發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏，UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO0

第83頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1.4.4三極管的主要參數(shù)(1)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)

=（IC－ICEO）/IB≈IC/IB

vCE=const1.電流放大系數(shù)

第84頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)

=

IC/

IB

vCE=const1.4.4三極管的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)

第85頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)共基極交流電流放大系數(shù)α

α=

IC/

IE

VCB=const當(dāng)ICBO和ICEO很小時，≈

、≈

，可以不加區(qū)分。1.4.4三極管的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)

第86頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO

ICEO=（1+）ICBO

2.極間反向電流ICEO (1)集電極基極間反向飽和電流ICBO

發(fā)射極開路時，集電結(jié)的反向飽和電流。

1.4.4三極管的主要參數(shù)即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對應(yīng)的Y坐標(biāo)的數(shù)值。ICEO也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流。第87頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)集電極最大允許電流ICM(2)集電極最大允許功率損耗PCM

PCM=ICVCE

3.極限參數(shù)1.4.4三極管的主要參數(shù)第88頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)反向擊穿電壓

V(BR)CBO——發(fā)射極開路時的集電結(jié)反 向擊穿電壓。

V(BR)EBO——集電極開路時發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。

V(BR)CEO——基極開路時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。幾個擊穿電壓有如下關(guān)系

V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO

3.極限參數(shù)1.4.4三極管的主要參數(shù)第89頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

由PCM、ICM和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。

輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū)（思考題）end第90頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5.1結(jié)型場效應(yīng)管1.5.3場效應(yīng)管的參數(shù)及其特點1.5場效應(yīng)管1.5.2絕緣柵場效應(yīng)管第91頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月場效應(yīng)管是一種利用電場效應(yīng)來控制電流大小的半導(dǎo)體器件.具有體積小重量輕耗電省壽命長等特點,而且輸入電阻高噪聲低熱穩(wěn)定性好抗輻射能力強,應(yīng)用范圍廣泛.第92頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月N溝道P溝道增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)分類：增強型：沒有加偏置電壓(ugs=0)時，沒有導(dǎo)電溝道(iD=0)耗盡型：沒有加偏置電壓(ugs=0)時，有導(dǎo)電溝道存在(iD≠0)第93頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1.5.1結(jié)型場效應(yīng)管

結(jié)構(gòu)

工作原理

輸出特性

轉(zhuǎn)移特性

主要參數(shù)1

JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理2

JFET的特性曲線及參數(shù)

第94頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理1.結(jié)構(gòu)第95頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月

源極，用S或s表示N型導(dǎo)電溝道漏極，用D或d表示

P型區(qū)P型區(qū)柵極，用G或g表示柵極，用G或g表示符號符號1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理1.結(jié)構(gòu)#

符號中的箭頭方向表示什么？第96頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月2.工作原理①VGS對溝道的控制作用當(dāng)VGS＜0時（以N溝道JFET為例）當(dāng)溝道夾斷時，對應(yīng)的柵源電壓VGS稱為夾斷電壓VP（或VGS(off)）。對于N溝道的JFET，VP<0。PN結(jié)反偏耗盡層加厚溝道變窄。

VGS繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄②VDS對溝道的控制作用當(dāng)VGS=0時，VDS

ID

G、D間PN結(jié)的反向電壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從上至下呈楔形分布。當(dāng)VDS增加到使VGD=VP時，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。此時VDS

夾斷區(qū)延長

溝道電阻

ID基本不變

③

VGS和VDS同時作用時當(dāng)VP<VGS<0時，導(dǎo)電溝道更容易夾斷，對于同樣的VDS，

ID的值比VGS=0時的值要小。在預(yù)夾斷處VGD=VGS-VDS=VP第97頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月綜上分析可知溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，

所以場效應(yīng)管也稱為單極型三極管。JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和。4.1結(jié)型場效應(yīng)管#

為什么JFET的輸入電阻比BJT高得多？JFET柵極與溝道間的PN結(jié)是反向偏置的，因

此iG0，輸入電阻很高。第98頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月#

JFET有正常放大作用時，溝道處于什么狀態(tài)？2JFET的特性曲線及參數(shù)2.轉(zhuǎn)移特性VP1.輸出特性第99頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月①夾斷電壓VP(或VGS(off))：②飽和漏極電流IDSS：③低頻跨導(dǎo)gm：或4.1結(jié)型場效應(yīng)管3.主要參數(shù)漏極電流約為零時的VGS值。VGS=0時對應(yīng)的漏極電流。低頻跨導(dǎo)反映了vGS對iD的控制作用。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求得，單位是mS(毫西門子)。④輸出電阻rd：第100頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月4.1結(jié)型場效應(yīng)管3.主要參數(shù)⑤直流輸入電阻RGS：對于結(jié)型場效應(yīng)三極管，反偏時RGS約大于107Ω。⑧最大漏極功耗PDM：

PDM=VDSiD,JFET的耗散功率不能超過PDM⑥最大漏源電壓V(BR)DS:

發(fā)生雪崩擊穿、iD急劇上升的VDS⑦最大柵源電壓V(BR)GS：

指輸入PN結(jié)反向電流開始急劇增加時的VGSend第101頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)型場效應(yīng)管的缺點：1.柵源極間的電阻雖然可達107以上，但在某些場合仍嫌不夠高。3.柵源極間的PN結(jié)加正向電壓時，將出現(xiàn)較大的柵極電流。絕緣柵場效應(yīng)管可以很好地解決這些問題。2.在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會顯著下降。第102頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月1、結(jié)構(gòu)和電路符號PNNGSDP型基底兩個N區(qū)(高摻雜)SiO2絕緣層導(dǎo)電溝道金屬鋁GSDN溝道增強型1.5.2絕緣柵場效應(yīng)管第103頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月2、MOS管的工作原理以N溝道增強型為例PNNGSDUDSUGSUGS=0時漏極與襯底間的PN結(jié)反偏，源漏間無電流通過ID=0對應(yīng)截止區(qū)增強型MOS管在零偏時不導(dǎo)電第104頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月PNNGSDUDSUGSUGS>0時UGS足夠大時（UGS>VT）感應(yīng)出足夠多電子，這里出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主的N型導(dǎo)電溝道。感應(yīng)出電子VT稱為閾值電壓第105頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月UGS較小時，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來，UGS越大此電阻越小。PNNGSDUDSUGS第106頁，課件共120頁，創(chuàng)作于2023年2月PNNGSDUDSUGS當(dāng)UDS不太大時，導(dǎo)電溝道在兩個N區(qū)間是均勻的。當(dāng)UDS較大時，靠近D