第2章半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)2.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)2.2半導(dǎo)體二極管2.3半導(dǎo)體三極管2.4場(chǎng)效應(yīng)管2.1.1本征半導(dǎo)體2.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

純凈的、不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)體，硅（Si）和鍺（Ge）是兩種最常用的本征半導(dǎo)體。

但在常溫下，由于熱運(yùn)動(dòng)價(jià)電子被激活，有些獲得足夠能量的價(jià)電子會(huì)征脫共價(jià)鍵成為自由電子，與此同時(shí)共價(jià)鍵中就流下一個(gè)空位，稱(chēng)為空穴。這種現(xiàn)象稱(chēng)為本征激發(fā)。本征激發(fā)的結(jié)果是產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。圖2-1本征半導(dǎo)體

在電子-空穴對(duì)產(chǎn)生的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)中的自由電子也有可能去填補(bǔ)空穴，使電子和空穴成對(duì)消失，這種現(xiàn)象稱(chēng)為復(fù)合。在外電場(chǎng)作用下，一方面帶負(fù)電荷的自由電子做定向移動(dòng)，形成電子電流；另一方面價(jià)電子會(huì)按電場(chǎng)方向依次填補(bǔ)空穴，產(chǎn)生空穴的定向移動(dòng)，形成空穴電流。

能夠運(yùn)動(dòng)的、可以參與導(dǎo)電的帶電粒子稱(chēng)為載流子。本征半導(dǎo)體有兩種載流子參與導(dǎo)電，即自由電子和空穴。

半導(dǎo)體材料具有熱敏性、光敏性、壓敏性、磁敏性和摻雜性。圖2-1本征半導(dǎo)體2.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1.N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體硅（或鍺，此處以硅為例）中摻入微量的5價(jià)元素磷（P），如圖（a）所示。這時(shí)的半導(dǎo)體中，自由電子數(shù)遠(yuǎn)超過(guò)空穴數(shù)，因此它是以電子導(dǎo)電為主的雜質(zhì)型半導(dǎo)體。因?yàn)殡娮訋ж?fù)電（negativeelectricity），所以稱(chēng)為N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體中，自由電子是多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)多子），空穴是少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱(chēng)少子）。雜質(zhì)離子帶正電。圖2-2（a）N型半導(dǎo)體2.P型半導(dǎo)體在本征硅中摻入三價(jià)元素硼（B），如圖（b）所示。這時(shí)半導(dǎo)體中的空穴數(shù)遠(yuǎn)大于自由電子數(shù)，因此它是以空穴導(dǎo)電為主的雜質(zhì)型半導(dǎo)體，因?yàn)榭昭◣д姡╬ositiveelectricity），所以稱(chēng)為P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子（多子），自由電子是少數(shù)載流子（少子）。雜質(zhì)離子帶負(fù)電。

今后，為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，通常只畫(huà)出其中的正離子、等量的自由電子及少子空穴來(lái)表示N型半導(dǎo)體；同樣，只畫(huà)出負(fù)離子、等量的空穴及少子自由電子來(lái)表示P型半導(dǎo)體，分別如圖2-3（a）和（b）所示。圖2-2（b）P型半導(dǎo)體圖2-3雜質(zhì)半導(dǎo)體的簡(jiǎn)化畫(huà)法2.1.3PN結(jié)

如果將本征半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成為P型半導(dǎo)體，而另一側(cè)摻雜成為N型半導(dǎo)體，則在二者的交界處將形成一個(gè)PN結(jié)。1.PN結(jié)的形成

將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在一起，在兩種半導(dǎo)體的交界面就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差。P區(qū)中的多子（即空穴）將向N區(qū)擴(kuò)散，而N區(qū)中的多子（即自由電子）將向P區(qū)擴(kuò)散。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果就使兩種半導(dǎo)體交界面附近出現(xiàn)了不能移動(dòng)的帶電離子區(qū)，P區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)，N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)，如圖所示。這些帶電離子形成了一個(gè)很薄的空間電荷區(qū)，產(chǎn)生了內(nèi)電場(chǎng)。這個(gè)空間電荷區(qū)就是PN結(jié)。圖2-4PN結(jié)的形成2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

在PN結(jié)兩端外加電壓，稱(chēng)為給PN加上偏置。當(dāng)P區(qū)電位高于N區(qū)時(shí)稱(chēng)為正向偏置；反之，當(dāng)N區(qū)電位高于P區(qū)時(shí)稱(chēng)為反向偏置。PN結(jié)最重要的特性就是單向?qū)щ娦浴?/p>

（1）PN結(jié)正向偏置。給PN結(jié)加正向偏置電壓，如圖（a）所示。這時(shí)正向電流I較大，PN結(jié)在正向偏置時(shí)呈現(xiàn)較小電阻，PN結(jié)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。（2）PN結(jié)反向偏置。給PN結(jié)加反向偏置電壓，如圖（b）所示。這時(shí)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，有利于少子的漂移而不利于多子的擴(kuò)散。由于電源的作用，少子的漂移形成了反向電流IR。但是，少子的濃度非常低，使得反向電流很小，一般為微安數(shù)量級(jí)。所以可以認(rèn)為PN結(jié)反向偏置時(shí)基本不導(dǎo)電。圖2-5PN結(jié)的單向?qū)щ娦宰⒁猓?/p>

PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕篜N結(jié)正偏時(shí)導(dǎo)通，表現(xiàn)出的正向電阻很小，正向電流I

較大；反偏時(shí)截止，表現(xiàn)出的反向電阻很大，正向電流幾乎為零，只有很小的反向飽和電流IR。這就是PN結(jié)最重要的特性——單向?qū)щ娦浴６O管、三極管及其他各種半導(dǎo)體器件的工作特性，都是以PN結(jié)的單向?qū)щ娦詾榛A(chǔ)的。PN結(jié)的電容效應(yīng)：PN結(jié)在一定條件下還具有電容效應(yīng)，根據(jù)產(chǎn)生原因不同分為勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容，統(tǒng)稱(chēng)結(jié)電容。當(dāng)PN結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度將隨之變化，即耗盡層的電荷量隨外加電壓而增大或減小，這種現(xiàn)象與電容器的充放電過(guò)程相同，耗盡層寬窄變化所等效的電容稱(chēng)為勢(shì)壘電容Cb。PN結(jié)的擴(kuò)散區(qū)內(nèi)，電荷的積累和釋放過(guò)程與電容器充放電過(guò)程相同，這種電容效應(yīng)稱(chēng)為擴(kuò)散電容Cd。

復(fù)習(xí)思考題

2.1.1本征半導(dǎo)體內(nèi)部時(shí)刻發(fā)生著本征激發(fā)現(xiàn)象，其結(jié)果是產(chǎn)生

。與本征激發(fā)相反的物理現(xiàn)象叫作

。

2.1.2

在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多數(shù)載流子的濃度主要取決于摻入的

濃度，而少數(shù)載流子的濃度則與外界

有很大關(guān)系。P型半導(dǎo)體中的少子是

，多子是

；N型半導(dǎo)體中的少子是

，多子是

。

2.1.3

當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓時(shí)，擴(kuò)散電流

漂移電流，耗盡層

；當(dāng)外加反向電壓時(shí)，擴(kuò)散電流

漂移電流，耗盡層

。（填“大于/小于”和“變寬/變窄”）

2.1.4PN結(jié)的結(jié)電容包括

電容和

電容。當(dāng)在PN結(jié)兩端施加正向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)將

（變寬/變窄），

電容將增大。2.1.5判斷正誤：

（1）由于P型半導(dǎo)體中含有大量空穴載流子，N型半導(dǎo)體中含有大量電子載流子，所以P型半導(dǎo)體帶正電，N型半導(dǎo)體帶負(fù)電。（

）

（2）在N型半導(dǎo)體中，摻入高濃度3價(jià)元素雜質(zhì)，可以改為P型半導(dǎo)體。（

）

（3）擴(kuò)散電流是由半導(dǎo)體的雜質(zhì)濃度引起的，即雜質(zhì)濃度大，擴(kuò)散電流大；雜質(zhì)濃度小，擴(kuò)散電流小。（

）

（4）在本征激發(fā)過(guò)程中，當(dāng)激發(fā)與復(fù)合處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，兩種作用相互抵消，激發(fā)與復(fù)合停止。（

）

（5）PN結(jié)在無(wú)光照無(wú)外加電壓時(shí)，結(jié)電流為零。（

）

（6）溫度升高時(shí)，PN結(jié)的反向飽和電流將減小。（）

（7）PN結(jié)加正向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)將變寬。（

）2.2半導(dǎo)體二極管2.2.1二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)外形圖：2.2.2二極管的伏安特性

二極管電流i與其外加電壓u之間的關(guān)系為：

式中IS為反向飽和電流；UT為溫度電壓當(dāng)量，常溫下，UT

≈26mV。1.正向特性

當(dāng)外加正向電壓時(shí)，二極管內(nèi)有正向電流通過(guò)。正向電壓較小，且小于Uon時(shí)，二極管的正向電流很小，此時(shí)二極管工作于死區(qū)，稱(chēng)Uon為死區(qū)的開(kāi)啟電壓。硅管的Uon約為0.5V，鍺管約為0.2V。當(dāng)正向電壓超過(guò)Uon后，電流將隨正向電壓的增大按指數(shù)規(guī)律增大，二極管呈現(xiàn)出很小的電阻。硅管的正向?qū)妷篣D為0.6V～0.8V（常取0.7V），鍺管為0.1V～0.3V。正向?qū)妷和ǔＲ卜Q(chēng)為二極管的正向鉗位電壓。圖2-10二極管的伏安特性圖2-9二極管電路2.反向特性

當(dāng)外加反向電壓時(shí)，二極管中由少子形成反向電流。反向電壓增大時(shí)，反向電流稍有增加，當(dāng)反向電壓增大到一定程度時(shí)，反向電流將基本不變，即達(dá)到飽和，因而稱(chēng)該反向電流為反向飽和電流，用IS表示。反向飽和電流越小，管子的單向?qū)щ娦栽胶谩．?dāng)反向電壓增大到圖中的UBR時(shí)，在外部強(qiáng)電場(chǎng)作用下，少子的數(shù)目會(huì)急劇增加，因而使得反向電流急劇增大。這種現(xiàn)象稱(chēng)為反向擊穿，電壓UBR稱(chēng)為反向擊穿電壓。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)溫度升高時(shí)，正向特性曲線(xiàn)向左平移，反向特性曲線(xiàn)向下平移，如圖（b）所示。圖2-10二極管的伏安特性

理想二極管：有時(shí)為了分析方便，將二極管理想化，忽略其正向?qū)妷汉头聪蝻柡碗娏?，即得到理想二極管。對(duì)于理想二極管，認(rèn)為正偏導(dǎo)通時(shí)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合，反偏截止時(shí)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。2.2.3二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流IF。指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過(guò)管子的最大正向平均電流。使用時(shí)，管子的平均電流不得超過(guò)此值，否則可能使二極管過(guò)熱而損壞。（2）最高反向工作電壓UR。工作時(shí)加在二極管兩端的反向電壓不得超過(guò)此值，否則二極管可能被擊穿。為了留有余地，通常將擊穿電壓UBR的一半定為UR。（3）反向電流IR。IR是指在室溫條件下，在二極管兩端加上規(guī)定的反向電壓時(shí)，流過(guò)管子的反向電流。通常希望IR值越小越好。反向電流越小，說(shuō)明二極管的單向?qū)щ娦栽胶?。此時(shí)，由于反向電流是由少數(shù)載流子形成，所以IR受溫度的影響很大。（4）最高工作頻率fM。當(dāng)二極管在高頻條件下工作時(shí)，將受到極間電容的影響。fM主要決定于極間電容的大小。極間電容越大，則二極管允許的最高工作頻率越低。當(dāng)工作頻率超過(guò)fM時(shí)，二極管將失去單向?qū)щ娦浴?.2.4二極管應(yīng)用電路舉例

分析含二極管電路的基本方法：

首先：判斷二極管是處于正偏導(dǎo)通狀態(tài)還是反偏截止?fàn)顟B(tài)；其次：畫(huà)出二極管的等效電路，即二極管正偏導(dǎo)通時(shí)，一般用UD=0.7V的電壓源（硅管，若是鍺管則用0.3V）代替，或者近似用短路線(xiàn)代替（理想二極管），二極管反偏截止時(shí)，一般將二極管斷開(kāi)，即認(rèn)為二極管反向電阻無(wú)窮大。

最后：根據(jù)畫(huà)出的等效電路，計(jì)算電路中的電壓或電流。

1.一般電路

【例2-1】二極管電路如圖2-11（a）和（b）所示，試判斷兩圖中的二極管導(dǎo)通還是截止？并求輸出電壓Uo。設(shè)二極管為理想二極管。圖2-11例2-1圖

解：圖2-11（a）中，將二極管斷開(kāi)，如圖（c）所示。斷開(kāi)處A、B間電壓為UAB=-6V+12V=6V＞0V（因二極管斷開(kāi)后電阻中無(wú)電流，故不考慮其上電壓），即A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)，所以二極管正偏導(dǎo)通。又因?yàn)槎O管可視為理想二極管，所以此時(shí)二極管等效為一根導(dǎo)線(xiàn)，輸出電壓Uo=-6V。

圖（b）中有兩只二極管VD1和VD2，同樣先將其斷開(kāi)，如圖（d）所示，則VD1兩端電壓UAB=12V，VD2兩端電壓UCD=?9V+12V=3V?？梢?jiàn)，VD1和VD2均正偏導(dǎo)通，但其承受的正偏電壓大小不同，即正偏程度不同。為此，正偏程度更大的VD1搶先導(dǎo)通，因此將VD1等效為一根導(dǎo)線(xiàn)；VD1用導(dǎo)線(xiàn)代替后，VD2兩端電壓變?yōu)閁CD=?9V。也就是說(shuō)，VD2由先前的正偏導(dǎo)通變?yōu)榉雌刂?。最終等效電路為VD1相當(dāng)于一根導(dǎo)線(xiàn)，VD2相當(dāng)于開(kāi)路，可求得輸出電壓Uo=0V?！窘Y(jié)論】：（1）在二極管的應(yīng)用電路中，主要利用的是二極管的單向?qū)щ娦?。?）由本題可以看出，在分析含有二極管的電路時(shí)，一般方法是先斷開(kāi)二極管，并以它的兩個(gè)電極作為端口求出端口電壓（二極管陽(yáng)極為端口電壓的參考正極，陰極為參考負(fù)極），根據(jù)電壓的正負(fù)判斷其正偏導(dǎo)通還是反偏截止。判斷過(guò)程中，如果電路中出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的二極管承受大小不等的正向電壓，則應(yīng)判定承受正向電壓較大者搶先導(dǎo)通，其兩端電壓為導(dǎo)通電壓，然后再用上述方法判斷其他二極管的導(dǎo)通狀態(tài)。2.限幅電路

當(dāng)輸入信號(hào)電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓隨輸入電壓做相應(yīng)變化；而當(dāng)輸入電壓超出該范圍時(shí)，輸出電壓保持不變，這種電路就是限幅電路。通常將輸出電壓uo保持不變的電壓值稱(chēng)為限幅電平，當(dāng)輸入電壓高于限幅電平時(shí)，輸出電壓保持不變的限幅稱(chēng)為上限幅；當(dāng)輸入電壓低于限幅電平時(shí)，輸出電壓保持不變的限幅稱(chēng)為下限幅。二極管限幅電路有串聯(lián)、并聯(lián)、雙向限幅電路。下面再看一道雙限幅電路的例子。

【例2-2】在在圖2-12（a）所示電路中，已知兩只二極管的正向?qū)▔航礥D均為0.7V，試畫(huà)出輸出電壓uo與輸入電壓ui的關(guān)系曲線(xiàn)（即電壓傳輸特性曲線(xiàn)）。

圖2-12雙向限幅電路3.檢波電路

無(wú)線(xiàn)電技術(shù)中經(jīng)常要進(jìn)行信號(hào)的遠(yuǎn)距離輸送，這就需要把低頻信號(hào)（如聲頻信號(hào)）裝載到高頻振蕩信號(hào)上并由天線(xiàn)發(fā)射出去。電路分析中，將低頻信號(hào)稱(chēng)為調(diào)制信號(hào)，高頻振蕩信號(hào)稱(chēng)為載波，受低頻信號(hào)控制的高頻振蕩稱(chēng)為已調(diào)波，控制的過(guò)程稱(chēng)為調(diào)制。在接收地點(diǎn)，接收機(jī)天線(xiàn)接收到的已調(diào)波信號(hào)，經(jīng)放大后再設(shè)法還原成原來(lái)的低頻信號(hào)，這一過(guò)程稱(chēng)為解調(diào)或檢波。圖2-13（a）所示為已調(diào)波，圖（b）為由二極管組成的檢波電路，其中VD用于檢波，稱(chēng)為檢波二極管；C為檢波器負(fù)載電容，用來(lái)濾除檢波后的高頻成分；RL為檢波器負(fù)載，用來(lái)獲取檢波后所需的低頻信號(hào)。

由于二極管的單向?qū)щ娦裕颜{(diào)波經(jīng)二極管檢波后，負(fù)半波被截去，如圖（c）所示。負(fù)載電容將高頻成分濾除，在RL兩端得到的輸出電壓就是原來(lái)的低頻信號(hào)，如圖（d）所示。圖2-13二極管檢波電路4.二極管“續(xù)流”保護(hù)電路

二極管也可用作保護(hù)器件，如圖2-14所示。當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合時(shí)，直流電壓源Us接通大電感L，二極管VD因反偏而截止，全部電流流過(guò)電感。當(dāng)開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)時(shí)，電感中的電流將迅速降到零，電感兩端會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)瞬時(shí)電壓。如果沒(méi)有提供另外的電流通路，該暫態(tài)電壓將在開(kāi)關(guān)兩端產(chǎn)生電弧，損壞開(kāi)關(guān)。若在電路中接有圖2-14所示的二極管，二極管為電感的放電提供了通路，使uL的負(fù)峰值限制在二極管的正向壓降范圍內(nèi)，開(kāi)關(guān)兩端的電弧被消除，同時(shí)電感中的電流將平穩(wěn)地減少。圖2-14二極管“續(xù)流”保護(hù)電路5.邏輯運(yùn)算（開(kāi)關(guān)）電路

在開(kāi)關(guān)電路中，一般把二極管看成理想模型，即二極管導(dǎo)通時(shí)兩端電壓為零，截止時(shí)兩端電阻無(wú)窮大。在圖2-15（a）所示的邏輯運(yùn)算電路中只要有一路輸入為低電平，輸出即為低電平，僅當(dāng)全部輸入為高電平時(shí)，輸出才為高電平，這種邏輯運(yùn)算稱(chēng)為與邏輯運(yùn)算。圖2-15（b）中，只要有一路輸入為高電平，輸出即為高電平，僅當(dāng)全部輸入為低電平時(shí)，輸出才為低電平，這種運(yùn)算稱(chēng)為或邏輯運(yùn)算。圖2-15邏輯運(yùn)算電路2.2.5特殊二極管1.穩(wěn)壓二極管

二極管工作在反向擊穿區(qū)時(shí)，反向電流的變化量

i較大時(shí)，管子兩端相應(yīng)的電壓變化量

u卻很小，說(shuō)明其具有“穩(wěn)壓”特性。利用這種特性可以做成穩(wěn)壓二極管，簡(jiǎn)稱(chēng)穩(wěn)壓管。所以，穩(wěn)壓管實(shí)質(zhì)上就是一只二極管，但它通常工作在反向擊穿區(qū)。但要注意：必須在電路中串接一個(gè)限流電阻。圖2-16穩(wěn)壓管穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)如下：（1）穩(wěn)定電壓UZ。當(dāng)穩(wěn)壓管反向擊穿，且使流過(guò)的電流為規(guī)定的測(cè)試電流時(shí)，穩(wěn)壓管兩端的電壓值即為穩(wěn)定電壓UZ。對(duì)于同一種型號(hào)的穩(wěn)壓管，UZ有一定的分散性，因此一般都給出其范圍。如型號(hào)為2CW14的穩(wěn)壓管的UZ為6V～7.5V，但對(duì)于某一只穩(wěn)壓管，UZ為一個(gè)確定值。圖2-14穩(wěn)壓二極管（2）最小穩(wěn)定電流IZmin。最小穩(wěn)定電流IZmin是保證穩(wěn)壓管正常穩(wěn)壓的最小工作電流，電流低于此值時(shí)穩(wěn)壓效果不好。IZmin一般為毫安數(shù)量級(jí)，如5mA或10mA。（3）最大耗散功率PZM和最大穩(wěn)定電流IZM。當(dāng)穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，管子消耗的功率等于穩(wěn)定電壓UZ與流過(guò)穩(wěn)壓管電流的乘積，該功率將轉(zhuǎn)化為PN結(jié)的溫升。最大耗散功率PZM是在結(jié)溫升允許的情況下的最大功率，一般為幾十毫瓦至幾百毫瓦。因?yàn)镻ZM=UZ

IZM，所以可確定最大穩(wěn)定電流IZM。在使用穩(wěn)壓管組成穩(wěn)壓電路時(shí)，需要注意幾個(gè)問(wèn)題：

首先：穩(wěn)壓二極管正常工作是在反向擊穿狀態(tài)，即外加電源正極接二極管的陰極，負(fù)極接陽(yáng)極；其次：穩(wěn)壓管應(yīng)與負(fù)載并聯(lián)，由于穩(wěn)壓管兩端電壓變化量很小，因此使得輸出電壓比較穩(wěn)定；最后：必須給穩(wěn)壓管加一個(gè)限流電阻，限制流過(guò)穩(wěn)壓管的電流，保證流過(guò)穩(wěn)壓管的電流在IZmin和IZM之間，以確保穩(wěn)壓管有良好的穩(wěn)壓特性。下圖所示為穩(wěn)壓管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)圖。

【例2-3】在下圖所示電路中，已知輸入電壓Ui=12V，穩(wěn)壓管VDZ的穩(wěn)定電壓UZ=6V，穩(wěn)定電流IZmin=5mA，額定功耗PZM=90mW，試問(wèn)輸出電壓Uo能否等于6V？

解：穩(wěn)壓管正常穩(wěn)壓時(shí)，工作電流IDZ應(yīng)滿(mǎn)足IZmin≤IDZ≤IZM，而即5mA≤IDZ≤15mA。

設(shè)電路中VDZ能正常穩(wěn)壓，則Uo=UZ=6V?？汕蟪?/p>

可見(jiàn)IDZ不在正常工作電流的范圍內(nèi)，因此不能正常穩(wěn)壓，Uo將小于UZ。若要電路能夠穩(wěn)壓，則應(yīng)減小R的阻值。2.發(fā)光二極管

發(fā)光二極管，縮寫(xiě)為L(zhǎng)ED（LightEmittingDiode），它是一種將電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件。其基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)PN結(jié)，采用砷化鎵、磷化鎵等半導(dǎo)體材料制造而成。它的伏安特性與普通二極管類(lèi)似，但由于材料特殊，其正向?qū)妷狠^大，約為1V～2V，當(dāng)管子正向?qū)〞r(shí)將會(huì)發(fā)光。發(fā)光二極管具有工作電壓低、工作電流?。?0mA～30mA）、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，常用作顯示器件，如指示燈、七段顯示器、矩陣顯示器等。常見(jiàn)的LED發(fā)光顏色有紅、黃、綠等，還有發(fā)出不可見(jiàn)光的紅外發(fā)光二極管。下圖所示為發(fā)光二極管的電路符號(hào)。圖2-19七段數(shù)碼管顯示器3.光電二極管

光電二極管又叫光敏二極管，它是一種能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件。光電二極管的基本結(jié)構(gòu)也是一個(gè)PN結(jié)，但管殼上有一個(gè)窗口，使光線(xiàn)可以照射到PN結(jié)上。光電二極管工作在反偏狀態(tài)下，當(dāng)無(wú)光照時(shí)，與普通二極管一樣，反向電流很小，稱(chēng)為暗電流；當(dāng)有光照時(shí)，其反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而增加，稱(chēng)為光電流。光電二極管與發(fā)光二極管可用于構(gòu)成紅外線(xiàn)遙控電路。圖（b）所示為光電二極管的電路符號(hào)。4.變?nèi)荻O管

利用PN結(jié)的勢(shì)壘電容隨外加反向電壓變化的特性可制成變?nèi)荻O管。變?nèi)荻O管工作在反偏狀態(tài)下，此時(shí)，PN結(jié)結(jié)電容的數(shù)值隨外加電壓的大小而變化。因此，變?nèi)荻O管可做可變電容使用。圖（c）所示為變?nèi)荻O管的電路符號(hào)。2.2.6二極管的測(cè)試及使用1.二極管的簡(jiǎn)易測(cè)試

指針式萬(wàn)用表及其歐姆擋的內(nèi)部等效電路如圖2-22所示，測(cè)試時(shí)，將萬(wàn)用表的擋位選擇開(kāi)關(guān)打向歐姆擋的R×100或R×1k擋，并將兩表筆分別接到二極管的兩端，如圖2-23所示，若測(cè)得阻值小，再將紅、黑表筆對(duì)調(diào)測(cè)試；若測(cè)得阻值大，則表明二極管是好的。在測(cè)得阻值小的那一次中，與黑表筆相連的管腳為二極管的正極，與紅表筆相連的管腳為二極管的負(fù)極。

若上述兩次測(cè)得的阻值都很小，則表明管子內(nèi)部已被短路；若兩次測(cè)得的阻值都很大，則表明管子內(nèi)部已經(jīng)斷路。出現(xiàn)短路和斷路時(shí)，說(shuō)明管子已損壞。圖2-22指針式萬(wàn)用表及其歐姆擋的內(nèi)部等效電路圖2-23萬(wàn)用表測(cè)試二極管示意圖2.2.7二極管使用注意事項(xiàng)二極管使用時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：①應(yīng)按照用途、參數(shù)及使用環(huán)境選擇二極管。②使用二極管時(shí)，正、負(fù)極不可接反。通過(guò)二極管的電流、二極管承受的反向電壓及環(huán)境溫度等都不應(yīng)超過(guò)手冊(cè)中所規(guī)定的極限值。③更換二極管時(shí)，應(yīng)選擇同類(lèi)型或高一級(jí)的。④二極管引腳彎曲處距離外殼端面應(yīng)不小于2mm，以免造成引腳折斷或外殼破裂。⑤焊接時(shí)應(yīng)選用35W以下的電烙鐵，焊接要迅速，并用鑷子夾住引腳根部，以助散熱，防止燒壞管子。⑥安裝時(shí)，應(yīng)避免靠近發(fā)熱元件，對(duì)功率較大的二極管，應(yīng)注意良好的散熱。⑦二極管在容性負(fù)載電路中工作時(shí)，二極管的整流電流應(yīng)大于負(fù)載電流的20%。復(fù)習(xí)思考題

2.2.1二極管導(dǎo)通時(shí)，其正向電壓應(yīng)比開(kāi)啟電壓

（高/低），硅管的正向?qū)妷杭s為

V，鍺管的正向?qū)妷杭s為

V。

2.2.2穩(wěn)壓管是一種

二極管。除了用于限幅電路外，主要用于穩(wěn)壓電路，其穩(wěn)壓性體現(xiàn)在電流增量

時(shí)，只引起很小的

變化，此時(shí)穩(wěn)壓管應(yīng)工作于

區(qū)。

2.2.3

發(fā)光二極管是將

能轉(zhuǎn)換成

能得器件，正常工作時(shí)，其外加

電壓；而光電二極管是將

能轉(zhuǎn)換成

能的器件，正常工作時(shí)，其外加

電壓。

2.2.4

溫度對(duì)二極管的正向特性影響小，對(duì)其反向特性影響大，這是為什么？

2.2.5

電路如題圖2.2.5所示。已知R1=5kΩ，R2=10kΩ，R3=2kΩ，VCC=15V。試計(jì)算圖中A點(diǎn)電位VA以及流過(guò)二極管的電流ID。設(shè)二極管的正向壓降UD=0.7V。

題圖2.2.52.3半導(dǎo)體三極管

名稱(chēng)：半導(dǎo)體三極管又稱(chēng)為晶體三極管、雙極型晶體管（BipolarJunctionTransistor，BJT），簡(jiǎn)稱(chēng)三極管或晶體管。它具有電流放大作用，是構(gòu)成各種電子電路的基本元件。2.3.1三極管的結(jié)構(gòu)及外形

圖2-24NPN型硅管的結(jié)構(gòu)圖

對(duì)照上圖可以看出，三極管內(nèi)部有三個(gè)區(qū)，中間層稱(chēng)為基區(qū)，外面兩層分別稱(chēng)為發(fā)射區(qū)和集電區(qū)；從三個(gè)區(qū)各引一個(gè)電極出來(lái)，分別稱(chēng)為基極b（base）、發(fā)射極e（emitter）和集電極c（collector），因此三極管屬于三端器件；三極管內(nèi)部有兩個(gè)PN結(jié)，基區(qū)與集電區(qū)之間的PN結(jié)稱(chēng)為集電結(jié)，基區(qū)與發(fā)射區(qū)之間的PN結(jié)稱(chēng)為發(fā)射結(jié)。圖2-25三極管的結(jié)構(gòu)示意圖及電路符號(hào)圖2-26實(shí)際三極管外形圖

為保證三極管具有放大電流的作用，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)在制造工藝上應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

①發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)大于集電區(qū)的摻雜濃度；

②基區(qū)很?。ㄒ话銥?微米至幾微米），且摻雜濃度低；

③集電結(jié)面積大于發(fā)射結(jié)面積。2.3.2三極管的電流放大原理

當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏時(shí)，三極管工作于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時(shí)，工作于放大狀態(tài)；當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏時(shí)，工作于飽和狀態(tài)。當(dāng)三極管處于放大狀態(tài)時(shí)，能將輸入的小電流放大為輸出端的大電流。1.三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)

上圖所示電路中，電源電壓VCC＞VBB且各電阻取值合適時(shí)，能保證發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，即保證三極管處于放大狀態(tài)。（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流IE。（2）電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合，形成基極電流IB。（3）集電區(qū)收集電子，形成集電極電流IC

。集電區(qū)的少子（空穴）將在結(jié)電場(chǎng)的作用下形成漂移電流，即反向飽和電流，稱(chēng)為ICBO。ICBO數(shù)值很小，可以忽略不計(jì)，但由于它受溫度影響大，將影響三極管的性能。圖2-27三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)2.三極管各電極電流的分配關(guān)系

共射放大電路中，三個(gè)電極電流的大小關(guān)系為：發(fā)射極電流IE最大，其方向是流出三極管；其次是集電極電流IC，其方向是流入三極管；基極電流IB最小，其方向與集電極電流一樣，也是流入三極管，且滿(mǎn)足IC≈βIB。三極管共射放大電路中的三個(gè)電極電流關(guān)系可完整表示為：

在放大電路的近似估算中，有時(shí)常將IB忽略。于是可得：

電路中，IB所在回路稱(chēng)為輸入回路，IC所在回路稱(chēng)為輸出回路，而發(fā)射極為兩個(gè)回路的公共端，因此，該電路稱(chēng)為共射放大電路。

當(dāng)管子制成以后，復(fù)合和漂移所占的比例就確定了，也就是說(shuō)IC與IB的比值也接確定了，這個(gè)比值就稱(chēng)為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)

實(shí)際電路中，三極管主要用于放大動(dòng)態(tài)信號(hào)。當(dāng)輸入回路加上動(dòng)態(tài)信號(hào)后，將引起發(fā)射結(jié)電壓的變化，從而使發(fā)射極電流、基極電流變化，集電極電流也將隨之變化。集電極電流的變化量與基極電流變化量的比值稱(chēng)為共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)通常近似認(rèn)為：

對(duì)于由PNP型三極管構(gòu)成的共射放大電路，如下圖所示，其工作原理與NPN型近似，區(qū)別主要有以下兩點(diǎn)。（1）三個(gè)電極電流的實(shí)際方向正好相反：對(duì)于PNP型三極管，電流從發(fā)射極流入，從基極和集電極流出。可以看出，無(wú)論NPN型還是PNP型三極管，其三個(gè)電極電流方向的特點(diǎn)是，基極和集電極電流方向始終一致，要么都流入三極管，要么都流出三極管；并且其二者方向始終與發(fā)射極電流方向相反。（2）外加電源的極性和NPN電路也相反。在PNP型三極管構(gòu)成的放大電路中，發(fā)射極電位VE最高，基極電位VB次之，集電極電位VC最低。圖2-28PNP管構(gòu)成的放大電路2.3.3三極管的共射（伏安）特性1.輸入特性

輸入特性是指當(dāng)UCE一定時(shí)，iB與uBE之間的關(guān)系曲線(xiàn)，即iB=f(uBE)∣UCE=常數(shù)，如下圖所示。2.輸出特性

輸出特性是指當(dāng)IB一定時(shí)，iC與uCE之間的關(guān)系曲線(xiàn)，即iC=f(uCE)∣IB=常數(shù)。由于三極管的基極輸入電流IB對(duì)輸出電流iC的控制作用，因此不同的IB，將有不同的iC-uCE關(guān)系，由此可得下圖所示的一簇曲線(xiàn)。圖2-29三極管的輸入特性曲線(xiàn)

圖2-30三極管的輸出特性曲線(xiàn)

從輸出特性曲線(xiàn)可以看出，三極管有三個(gè)不同的工作區(qū)域：（1）截止區(qū)截止區(qū)指曲線(xiàn)上IB≤0的區(qū)域，此時(shí)，集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均反偏，三極管為截止?fàn)顟B(tài)，iC很小，集電極與發(fā)射極之間相當(dāng)于斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。（2）放大區(qū)放大區(qū)內(nèi)，對(duì)于NPN型三極管來(lái)說(shuō)，滿(mǎn)足發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時(shí)，對(duì)應(yīng)的各電極電位關(guān)系為VC＞VB＞VE；對(duì)于PNP型三極管來(lái)說(shuō)，滿(mǎn)足發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時(shí)，各電極電位關(guān)系為VC＜VB＜VE。在放大區(qū)時(shí)，滿(mǎn)足

iC=β

iB，這就是三極管的電流放大作用。（3）飽和區(qū)飽和區(qū)內(nèi)，

iC＜β

iB。一般稱(chēng)UCE=UBE時(shí)三極管的工作狀態(tài)為臨界狀態(tài)，即臨界飽和或臨界放大狀態(tài)。臨界狀態(tài)時(shí)的UCE稱(chēng)為臨界飽和電壓，記作UCES，一般小功率硅三極管的UCES＜0.4V，此時(shí)c-e間相近似認(rèn)為短路，相當(dāng)于閉合的開(kāi)關(guān)。2.3.4三極管的主要參數(shù)

（1）電流放大系數(shù)。三極管的電流放大系數(shù)是表征管子放大作用大小的參數(shù)。主要有：共射直流電流放大系數(shù)：共射交流電流放大系數(shù)：共基直流電流放大系數(shù)：共基交流電流放大系數(shù)：

它們滿(mǎn)足：或（2）極間反向飽和電流。集電極-基極反向飽和電流ICBO：一般小功率鍺管的ICBO約為幾微安至幾十微安；硅三極管的ICBO要小得多，有的可以達(dá)到納安數(shù)量級(jí)。集電極-發(fā)射極間的穿透電流ICEO：ICEO=(1+)ICBO。因?yàn)镮CBO和ICEO都是少數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)形成的，所以對(duì)溫度非常敏感。ICBO和ICEO越小，表明三極管的質(zhì)量越高。（3）極限參數(shù)。三極管的極限參數(shù)是指使用時(shí)不得超過(guò)的限度。

①集電極最大允許電流ICM。當(dāng)集電極電流過(guò)大，超過(guò)一定值時(shí)，三極管的值就要減小，且三極管有損壞的危險(xiǎn)，該電流值即為ICM。

②集電極最大允許功耗PCM。三極管的功率損耗大部分消耗在反向偏置的集電結(jié)上，并表現(xiàn)為結(jié)溫升高，PCM是在管子溫升允許的條件下集電極所消耗的最大功率。超過(guò)此值，管子將被燒毀。③反向擊穿電壓。三極管的兩個(gè)結(jié)上所加反向電壓超過(guò)一定值時(shí)都將被擊穿，因此，必須了解三極管的反向擊穿電壓。極間反向擊穿電壓主要有以下兩項(xiàng)。

U(BR)CEO：基極開(kāi)路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。

U(BR)CBO：發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。

【例2-4】

在圖2-30（a）所示電路中，已知三極管發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通電壓UD=0.7V，深度飽和時(shí)其管壓降UCES=0，β=60。

（1）試分析輸入電壓Ui分別為0V和5V時(shí)，三極管處于何種工作狀態(tài)，并求輸出電壓Uo。

（2）分析Ui=1V時(shí)，三極管處于何種工作狀態(tài)，并求集電極電流IC和輸出電壓Uo。

圖2-30例2-4圖

解：（1）當(dāng)Ui=0V時(shí)，發(fā)射結(jié)上壓降也將為零，即UBE（=0V）＜UD，因而三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，所以IB=IC=0A，因而Uo=VCC=10V。

當(dāng)Ui=5V時(shí)，發(fā)射結(jié)將正偏，即UBE=0.7V，從輸入回路可計(jì)算出：則

IC

≈

βIB=12.9mA而IC最大值為：因而

ICmax＜IC=12.9mA

顯然這是不可能的，因此三極管處于飽和狀態(tài)。此時(shí)，輸出電壓Uo=UCES=0V。

由以上分析可知，三極管就如同一只受Ui控制的開(kāi)關(guān)，如圖2-25（b）所示，當(dāng)Ui=0V時(shí),開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，Uo=VCC=10V；當(dāng)Ui=5V時(shí)，開(kāi)關(guān)閉合，Uo=UCES=0V。（2）當(dāng)Ui=1V時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，UBE=0.7V，則

由于IC=βIB（=0.9mA）＜ICmax（=2mA），說(shuō)明三極管處于放大狀態(tài)。輸出電壓為：UCE（=Uo）＞UBE，因而集電結(jié)反偏，從另一角度說(shuō)明了三極管處于放大狀態(tài)。

【例2-5】

現(xiàn)測(cè)得放大電路中兩只三極管的各電極電流及直流電位如下圖所示。（1）判斷圖（a）中，標(biāo)有“？”的是三極管的哪個(gè)電極，該電極電流大小等于多少，電流方向如何，是何種類(lèi)型管，并求其值；（2）確定圖（b）中三極管的類(lèi)型、材料、各個(gè)電極。

解：（1）圖（a）中已知的兩個(gè)電極電流方向均為流入三極管，故可斷定這兩個(gè)電極是基極b和集電極c，所以標(biāo)有“？”的是三極管的發(fā)射極e，故可求得IE=IB+IC=2.02mA，方向?yàn)榱鞒鋈龢O管。根據(jù)電流方向可知，該管為NPN型三極管，其電流放大系數(shù)IC/IB=2000μA/20μA=100。

（2）已知三極管工作在放大狀態(tài)，所以其發(fā)射結(jié)（即b-e之間的PN結(jié)）正偏導(dǎo)通，導(dǎo)通電壓│UBE│等于0.6V左右（硅管）或0.3V左右（鍺管）。很明顯，圖（b）中①、②兩電極的直流電位之差為0.7V，于是可判斷③是集電極c，又因集電極電位VC最低，所以該管為PNP型三極管，繼而可斷定電位最高的①為發(fā)射極e，②為基極b，且發(fā)射結(jié)兩端電壓UBE=VB–VE=5.3V?6V=?0.7V，所以該管為硅管。

【例2-6】已知由三極管構(gòu)成的基本放大電路中，電源電壓VCC=15V。今有三只管子，其參數(shù)列于表2-1中，請(qǐng)從中選用一只管子，并簡(jiǎn)述理由。

解：VT2管ICBO很小，表明其溫度穩(wěn)定性好，但其β值太小，放大能力差，故不宜選用。VT3管雖然ICBO較小且β值較大，但其U(BR)CEO只有10V，小于電源電壓15V，工作中有被擊穿的危險(xiǎn)，所以也不能選用。VT1管的ICBO也不大，且β值較大，U(BR)CEO等于30V，大于電源電壓，所以選用VT1管最合適。2.3.5三極管的型號(hào)及判別1.三極管型號(hào)的意義

三極管的型號(hào)一般包含五部分，如3AX31A、3DG110B、3CG14G等，下面以3DG110B為例說(shuō)明各部分的含義：

3

D

G

110

B①②③④

⑤①由數(shù)字組成，代表電極數(shù)。3代表三極管。②由字母組成，表示三極管的材料與類(lèi)型。例如，A表示PNP型鍺管，B表示NPN型鍺管，C表示PNP型硅管，D表示NPN型硅管。③由字母組成，表示三極管的功能，例如，G表示高頻小功率管，X為低頻小功率管，A為高頻大功率管，D為低頻大功率管，K為開(kāi)關(guān)管等。④由數(shù)字組成，表示三極管的序號(hào)。⑤由字母組成，表示三極管的規(guī)格號(hào)。2.判別三極管的管型和管腳

用萬(wàn)用表判別三極管的管型及管腳方法如下：

①基極的判別。因?yàn)榛鶚O對(duì)集電極和發(fā)射極的PN結(jié)方向相同，所以，首先確定基極比較容易。具體方法：將萬(wàn)用表的歐姆擋撥至R×1k擋，并調(diào)零，用黑（紅）表筆接三極管的某一電極，用紅（黑）表筆接另外兩個(gè)電極中的一個(gè)，輪流測(cè)試，直到測(cè)出的兩個(gè)電阻都很小時(shí)為止，則該電極為基極。這時(shí)，若黑表筆接基極，則該管為NPN型管；若紅表筆接基極，則該管為PNP型管。

②集電極和發(fā)射極的判別。將上述測(cè)出的基極開(kāi)路，將萬(wàn)用表歐姆擋撥至R×1k擋，調(diào)零后，用萬(wàn)用表的黑、紅表筆分別接觸另外兩個(gè)電極，測(cè)得一阻值，再將黑、紅表筆對(duì)調(diào)，又測(cè)得一阻值，比較兩個(gè)阻值的大小。綜合分析可知，對(duì)于NPN型管，在測(cè)得阻值略小的那一次，黑表筆所接電極為集電極，則另一電極為發(fā)射極；對(duì)于PNP型管，可在基極與黑表筆之間接上一個(gè)100Ω的電阻，用上述同樣的方法再測(cè)量，在測(cè)得阻值略小的那一次中，紅表筆所接電極為集電極，另一電極為發(fā)射極。復(fù)習(xí)思考題

2.3.1三極管實(shí)現(xiàn)電流放大的三個(gè)內(nèi)部條件是

、

、和

。

2.3.2

三極管具有電流放大作用的外部條件是直流電源VCC

VBB（大于/小于），電阻RC

RB（大于/小于），以此保證三極管的發(fā)射結(jié)

偏，集電結(jié)

偏。

2.3.3

三極管工作于飽和區(qū)時(shí)，發(fā)射結(jié)

偏，集電結(jié)

偏；工作于截止區(qū)時(shí)，發(fā)射結(jié)

偏，集電結(jié)

偏。

2.3.4工作于放大區(qū)的某三極管，如果當(dāng)IB從12μA增大到22μA時(shí)，IC從1mA變?yōu)?mA，那么它的β約為

。

2.3.5處于放大狀態(tài)的三極管，流過(guò)發(fā)射結(jié)的電流主要是多子的

，流過(guò)集電結(jié)的電流主要是

。（擴(kuò)散電流/漂移電流）

2.3.6某三極管處于放大狀態(tài)，三個(gè)電極①、②、③的直流電位分別為-9V、-6V和-6.2V，則三極管的集電極是

，基極是

，發(fā)射極是

。該三極管屬于

型，由

半導(dǎo)體材料制成。

2.3.7無(wú)論是NPN型還是PNP型三極管，其

極電流與

極電流的方向始終一致，對(duì)于NPN型，其方向是

三極管，對(duì)于PNP型，其方向是

三極管。（流入/流出）2.3.8當(dāng)溫度升高時(shí)，共射輸入特性曲線(xiàn)將

，輸出特性曲線(xiàn)將

，而且輸出特性曲線(xiàn)之間的間隔將

。

2.3.9題圖2.3.9所示電路中，已知硅三極管的β=100，UCES=0.2V。試通過(guò)計(jì)算判斷當(dāng)RB分別等于200kΩ和50kΩ時(shí)，三極管工作于什么狀態(tài)？題圖2.3.92.4場(chǎng)效應(yīng)管

名稱(chēng)及分類(lèi)：場(chǎng)效應(yīng)管是另一種類(lèi)型的半導(dǎo)體器件，它的內(nèi)部只有一種載流子（多子）參與導(dǎo)電，故稱(chēng)其為單極型晶體管。又因?yàn)檫@種管子是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流的，所以也稱(chēng)為場(chǎng)效應(yīng)管，可縮寫(xiě)為FET（FieldEffectTransistor）。場(chǎng)效應(yīng)管分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET（JunctionFET），另一類(lèi)是絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管IGFET（InsutatedGateFET）。每一類(lèi)中又有N溝道和P溝道之分。2.4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)

在N型半導(dǎo)體兩邊用擴(kuò)散法或其他工藝形成兩個(gè)高濃度的P型區(qū)（用P+）表示，并將它們連接在一起，所引出的電極稱(chēng)為柵極G；在N型半導(dǎo)體的兩端各引出一個(gè)電極，分別稱(chēng)為源極S和漏極D。兩個(gè)P+區(qū)與N型半導(dǎo)體之間形成了兩個(gè)PN結(jié)，PN結(jié)中間的N型區(qū)域稱(chēng)為導(dǎo)電溝道。

N溝道JFET的電路符號(hào)如圖（b）所示。其中箭頭表示柵結(jié)（PN結(jié)）的方向，從P指向N，P溝道JFET的柵結(jié)方向與N溝道的相反。圖2-34結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

2.工作原理

改變JFET柵極和源極之間的電壓uGS，即可改變導(dǎo)電溝道的寬度，從而改變通過(guò)漏極和源極的電流iD的大小。JFET工作時(shí)，常接成如圖2-36所示的共源接法，以源極為公共端。

圖中VDD為正電源，保證D、S間電壓足夠大，而VGG應(yīng)為負(fù)電源。當(dāng)VGG=0時(shí)，uGS=0，漏極與源極之間存在導(dǎo)電溝道，因此存在漏極電流iD。當(dāng)VGG逐漸增大時(shí)，uGS逐漸減小，使導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大，因此電流iD減小。當(dāng)VGG的數(shù)值繼續(xù)增大到某一個(gè)值時(shí)，兩個(gè)PN結(jié)的耗盡層將彼此相遇，使導(dǎo)電溝道被夾斷，iD=0，此時(shí)的柵-源電壓稱(chēng)為夾斷電壓UGS(off)。

可見(jiàn)，輸出端漏極電流iD是受輸入電壓uGS的控制，因此，場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制型元件。由于柵極為兩個(gè)反向偏置的PN結(jié)，柵極幾乎沒(méi)有電流，因此JFET的輸入電阻很高，可達(dá)106Ω～109Ω。在使用中，結(jié)型管的漏極D和源極S可以互換。圖2-35N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理圖

3.特性曲線(xiàn)

場(chǎng)效應(yīng)管的伏安特性曲線(xiàn)也有兩種，一種是與三極管的輸入特性曲線(xiàn)相對(duì)應(yīng)的，叫轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn)；另一種是與三極管的輸出特性曲線(xiàn)相對(duì)應(yīng)的叫漏極特性曲線(xiàn)，有時(shí)也稱(chēng)輸出特性曲線(xiàn)。（1）轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性是指當(dāng)uDS一定時(shí)，iD與uGS之間的關(guān)系曲線(xiàn)。它反映柵-源電壓uGS對(duì)漏極電流iD的控制作用，表示了JFET是一種電壓控制電流的器件。圖2-36N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線(xiàn)（2）漏極特性漏極特性是指當(dāng)uGS一定時(shí)，iD與uDS之間的關(guān)系曲線(xiàn)。如圖（b）所示為N溝道JFET的漏極特性曲線(xiàn)，與三極管的輸出特性類(lèi)似，也可分為三個(gè)工作區(qū)。

可變電阻區(qū)：圖中虛線(xiàn)uDS?uGS=?UGS(off)（稱(chēng)為預(yù)夾斷軌跡）左邊部分即為可變電阻區(qū)。

恒流區(qū)（也稱(chēng)飽和區(qū)）：圖（b）中虛線(xiàn)右邊曲線(xiàn)近似水平的部分為恒流區(qū)。

夾斷區(qū)：圖中靠近橫軸的部分稱(chēng)為夾斷區(qū)，此時(shí)uGS＜UGS(off)，導(dǎo)電溝道被夾斷，iD=0，此時(shí)JFET的三個(gè)電極均相當(dāng)于開(kāi)路。圖2-36N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線(xiàn)2.4.2絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管1.N溝道增強(qiáng)型MOS管（1）結(jié)構(gòu)圖（a）所示為N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)圖。它是用一塊摻雜濃度較低的P型硅片作為襯底，在其上擴(kuò)散出兩個(gè)高摻雜的N型區(qū)，然后在半導(dǎo)體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅絕緣層。從兩個(gè)N區(qū)表面及它們之間的二氧化硅表面分別引出三個(gè)鋁電極：源極S、漏極D和柵極G。因?yàn)闁艠O是和襯底完全絕緣的，所以稱(chēng)其為絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。襯底B也有引極，通常在管子內(nèi)部和源極相連。圖（b）所示為N溝道增強(qiáng)型MOS管的電路符號(hào)。圖2-37N溝道增強(qiáng)型MOS管（2）工作原理

MOS管工作時(shí)常接成下圖所示的共源接法。與JFET工作原理有所不同，JFET是利用uGS來(lái)控制PN結(jié)耗盡層的寬窄，從而改變導(dǎo)電溝道的寬度，以控制漏極電流iD。而MOS管則是利用uGS來(lái)控制“感應(yīng)電荷”的多少，來(lái)改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，然后達(dá)到控制漏極電流iD的目的。若uGS=0時(shí)漏源之間已存在導(dǎo)電溝道，稱(chēng)為耗盡型MOS管；若uGS=?0時(shí)漏源之間不存在導(dǎo)電溝道，稱(chēng)為增強(qiáng)型MOS管。圖2-38N溝道增強(qiáng)型MOS管的工作原理圖（3）特性曲線(xiàn)：圖2-39N溝道增強(qiáng)型MOS管特性曲線(xiàn)

衡量柵?源電壓uGS對(duì)漏極電流iD的控制作用的參數(shù)稱(chēng)為低頻跨導(dǎo)，用gm表示。定義為：當(dāng)UDS一定時(shí)，iD與iGS的變化量之比為常數(shù)，即2．N溝道耗盡型MOS管

若在制作MOS管時(shí)，在二氧化硅絕緣層中摻入正離子，則在uGS=0時(shí)兩個(gè)N+區(qū)之間也能感應(yīng)出負(fù)電荷，形成導(dǎo)電溝道，如圖2-41（a）所示。

與N溝道JFET相似，只有在G、S兩端加負(fù)電壓到某一值UGS(off)時(shí)，才能使導(dǎo)電溝道夾斷，稱(chēng)UGS(off)為夾斷電壓。當(dāng)uGS>UGS(off)時(shí)，導(dǎo)電溝道將隨uGS增大而變寬，iD也隨之增大。與N溝道JFET不同的是，其柵-源電壓uGS可正、可零、可負(fù)，而JFET的uGS≤0。N溝道耗盡型MOS管電路符號(hào)如圖2-41（b）所示。圖2-41N溝道耗盡型MOS管2.4.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)1.直流參數(shù)（1）開(kāi)啟電壓UGS（th）UGS（th）是指當(dāng)UDS一定時(shí)能產(chǎn)生漏極電流iD所需要的最小柵-源電壓|UGS|，這是增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)。為便于測(cè)量，通常取ID等于某一微小電流所對(duì)應(yīng)的UGS。（2）夾斷電壓UGS（off）和飽和漏極電流IDSS

這兩個(gè)參數(shù)都是耗盡型管的參數(shù)。夾斷電壓UGS（off）是指當(dāng)UDS一定時(shí)，為使漏極電流ID=0所需加的柵-源電壓UGS。為便于測(cè)量，一般取ID等于一微小電流（如10μA）時(shí)的UGS。飽和漏極電流IDSS是指當(dāng)UGS=0、|UDS|＞|UGS（off）|是的漏極電流。（3）直流輸入電阻RGSRGS是指當(dāng)漏、源之間短路時(shí)，柵-源電壓與柵極電流之比。2.交流參數(shù)（1）低頻跨導(dǎo)gm

低頻跨導(dǎo)是用以衡量柵源電壓uGS對(duì)漏極電流iD控制作用的重要參數(shù)，用gm表示，定義為當(dāng)UDS一定時(shí)，iD與uGS的變化量之比，即

若iD的單位為mA（毫安），uGS的單位為V（伏），則gm的單位為mS（毫西門(mén)子）。（2）極間電容

場(chǎng)效應(yīng)管的三個(gè)電極之間均存在極間電容，即柵-源電容CGS，柵-漏電容CGD和漏-源電容CDS，管子工作在高頻條件時(shí)應(yīng)考慮這些電容的影響。3.極限參數(shù)（1）漏-源擊穿電壓U（BR）DS和柵-源擊穿電壓U（BR）GS

場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，其漏-源電壓和柵-源電壓不允許超過(guò)U（BR）DS和U（BR）GS，否則管子會(huì)損壞。（2）最大耗散功率PDM

PDM是指管子溫升所允許的功率損耗，PDM=IDUDS，與三極管的PCM相似。2.4.4場(chǎng)效應(yīng)管的檢測(cè)及使用注意事項(xiàng)1.檢測(cè)

由于絕緣柵型（MOS）場(chǎng)效應(yīng)管輸入阻抗很高