1、模擬電子技術(shù),模擬電子技術(shù),本課程是電類各專業(yè)的技術(shù)基礎(chǔ)課，是必修、考試、主干課程之一，是核心課程。是理論性、實踐性較強的課程。通過本課程的學習為后讀課程的學習和今后工作打下堅實的基礎(chǔ)。,72學時（實驗獨設(shè)課程，實驗在電氣實驗技術(shù)課中實施）,1.性質(zhì):,2.學時:,選用童詩白、華成英 主編的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第 三版），該教材是一本成熟的經(jīng)典 教材，優(yōu)秀教材。,平時成績占20%， 期末考試成績占80%。,3.考核:,4.教材:,*參考書：（1）康華光主編的電子技術(shù)基礎(chǔ)模 擬電子技術(shù)部分。 （2）華成英編的模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) （第三版）習題解答。,（1）常用半導器件; 10學時 （2）基本放大電路

2、; 10+2(習題)學時 （3）多級放大電路； 6學時 （4）集成運算放大電路； 4學時 （5）放大電路的頻率響應；6學時 （6）放大電路中的反饋； 8+2(討論)學時 （7）信號的運算和處理； 8+2(習題)學時 （8）波形的發(fā)生和信號的轉(zhuǎn)換；6學時 （9）功率放大電路； 4學時 （10）直流電源。 4學時,5. 內(nèi)容：,學生初步具有一看、二算、三選、四干的能力。,6.課程教學目標,會看，就是能看懂典型的電子設(shè)備的原理圖，了解各部分的組成及其工作原理；,會算，就是對各環(huán)節(jié)的工作性能會進行定性或定量分析、估算；,會選和會干，就是遇到本專業(yè)的一般性任務，能大致選定方案，選用有關(guān)的元、器件，并且通

3、過安裝調(diào)試把它基本上研制出來。至于會選和會干，將在課程設(shè)計、實驗課和實訓等實踐教學環(huán)節(jié)中培養(yǎng)。,（1）掌握基本概念、基本電路、基本分析方法；,7. 學習本課程的建議,（2）掌握基本單元電路和典型電路的工作原理、及其分析計算方法；,（3）要加強讀圖能力培養(yǎng)；,（4）要重視實驗，立足提高實際工作能力。通過實驗及其它實踐環(huán)節(jié)，掌握常用電子儀器的使用方法，模擬電子電路的測試方法、故障的判斷和排除方法。提高分析問題和解決問題的能力，實現(xiàn)理論與實踐結(jié)合，做到會選會干。,（5）學會全面、辯證地分析模擬電子電路中的問 題，只有最合適的電路，沒有最好的電路。,（6）注意電路基本定理、定律在模擬電子電路中 的應用

4、，如基爾霍夫定律、戴維寧定理、諾 頓定理等；,（7）充分利用課堂時間，主動學習。課后及時復 習，按時完成作業(yè)。,第1章 常用半導體器件,重點：,1. 本征半導體和雜質(zhì)半導體；,2. PN結(jié)的形成及其特性；,3. 半導體二極管特性及主要參數(shù)；,4. 半導體三極管放大原理及其特性、主要參數(shù)；,5. 場效應管的分類、工作原理和特性曲線。,半導體的基本知識,1.1.1 本征半導體,純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導體,半導體除了導電能力介于導體與半導體之間外，還具有三個重要的特性：,一、半導體,（1）摻雜：在純凈的半導體（本征半導體）中摻入微量的某種雜質(zhì)后，導電能力增加。 -利用這一特性可制成各種半導體器件。

5、（2）溫度：T（） 導電能力 -利用這一特性可制成熱敏電阻，但是這一特性對半導體器件穩(wěn)定性不利。 （3）光照：光照后，導電能力增強。 -利用這一特性可制成光電管、光電池等，但是這一特性對半導體器件穩(wěn)定性不利。,1.1,二、本征半導體,1.晶體結(jié)構(gòu),將硅或鍺材料提純便形成單晶體，它的原子結(jié)構(gòu)為共價鍵結(jié)構(gòu)。,本征半導體結(jié)構(gòu)示意圖,共價鍵,價電子,完全純凈的、不含其他雜質(zhì)且具有晶體結(jié)構(gòu)的半導體稱為本征半導體 。,當溫度 T = 0 K 時，半導體不導電，如同絕緣體。,2.兩種載流子,若 T ，將有少數(shù)價電子克服共價鍵的束縛成為自由電子，在原來的共價鍵中留下一個空位空穴。,自由電子和空穴使本征半導體具

6、有導電能力，但很微弱。,本征半導體中的 自由電子和空穴,空穴可看成帶正電的載流子。自由電子與空穴數(shù)目相等，是成對出現(xiàn)的。,T ,自由電子,空穴,本征半導體兩端外加一電場，則自由電子將產(chǎn)生定向運動，形成電子電流；同時價電子將一定的方向依次填補空穴，即空穴移動，形成空穴電流。它們二者運動方向相反，其電流是兩個電流之和。,運載電荷的粒子稱為載流子。半導體中存在兩種載流子，即自由電子和空穴均參與導電，這是半導體導電的最大特點，也是與導體導電的本質(zhì)區(qū)別。,三、本征半導體中載流子的濃度,動態(tài)平衡,本征激發(fā),復合,在一定溫度下本征半導體中載流子的濃度是一定的，并且自由電子與空穴的濃度相等。,本征半導體中載流

7、子的濃度公式：,T=300 K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度: n = p =1.431010/cm3,n = p =2.381013/cm3,本征鍺的電子和空穴濃度:,小結(jié)：,1. 半導體中兩種載流子,2. 本征半導體中，自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)，稱為 電子 - 空穴對。,3. 本征半導體中自由電子和空穴的濃度用 ni 和 pi 表示，顯然 ni = pi 。,4. 由于物質(zhì)的運動，自由電子和空穴不斷的產(chǎn)生又不斷的復合。在一定的溫度下，產(chǎn)生與復合運動會達到平衡，載流子的濃度就一定了。,5. 載流子的濃度與溫度密切相關(guān)，它隨著溫度的升高，基本按指數(shù)規(guī)律增加。,1.1.2 雜質(zhì)半導體,雜質(zhì)半導

8、體有兩種,N 型半導體,P 型半導體,一、N型半導體(Negative),在本征硅或鍺中摻入微量的5價元素(如磷)，由于磷原子最外層有5個價電子，與硅(鍺)原子的價電子組成共價鍵時，則磷原子還多出一個電子，它不受周圍原子核的束縛，易脫離磷原子核對它的束縛而成為自由電,子，如圖所示。這樣，在硅(或鍺)半導體中產(chǎn)生很多自由電子。在常溫下，熱激發(fā)產(chǎn)生電子-空穴對。這樣，np，所以稱為自由電子為多數(shù)載流子，而空穴稱為少數(shù)載流子。,由于雜質(zhì)原子可以提供電子，稱之為施主原子。這種半導體主要靠自由電子導電，稱為電子型半導體，因電子帶負電，所以稱為N型半導體（Ngative）。,二、P型半導體,受主原子,空穴

9、,在本征半導體硅（或鍺）中摻入微量的3價元素（如硼），由于硼原子最外層只有三個價電子，與硅原子的價電子組成共價鍵時，則硼原子的周圍少一個價電子，即出現(xiàn)一個“空位”（空穴），如圖示。,3價雜質(zhì)原子為受主原子。這種半導體主要靠空穴導電，稱之為空穴型半導體，因空穴帶正電，所以稱為P型半導體（positve)。,P型半導體,空穴為多數(shù)載流子，電子為少數(shù)載流子?？昭舛榷嘤陔娮訚舛?，即 p n。,說明：,1. 摻入雜質(zhì)的濃度決定多數(shù)載流子濃度；溫度決定少數(shù)載流子的濃度。,2. 雜質(zhì)半導體載流子的數(shù)目要遠遠高于本征半導體，因而其導電能力大大改善。,3. 雜質(zhì)半導體總體上保持電中性。,4. 雜質(zhì)半導體的表示

10、方法如下圖所示。,(a)N 型半導體,(b) P 型半導體,雜質(zhì)半導體的的簡化表示法,在一塊半導體單晶上一側(cè)摻雜成為 P 型半導體，另一側(cè)摻雜成為 N 型半導體，兩個區(qū)域的交界處就形成了一個特殊的薄層，稱為 PN 結(jié)。,一、PN 結(jié)的形成,1.1.3PN結(jié),PN 結(jié)中載流子的運動,耗盡層,1. 擴散運動,2. 擴散運動形成空間電荷區(qū),電子和空穴濃度差形成多數(shù)載流子的擴散運動。, PN 結(jié)，耗盡層。,3. 空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場,空間電荷區(qū)正負離子之間電位差 Uho 電位壁壘； 內(nèi)電場；內(nèi)電場阻止多子的擴散 阻擋層。,4. 漂移運動,內(nèi)電場有利于少子運動漂移。,少子的運動與多子運動方向相反,5.

11、擴散與漂移的動態(tài)平衡,擴散運動使空間電荷區(qū)增大，擴散電流逐漸減小； 隨著內(nèi)電場的增強，漂移運動逐漸增加； 當擴散電流與漂移電流相等時，PN 結(jié)總的電流等于零，空間電荷區(qū)的寬度達到穩(wěn)定。,即擴散運動與漂移運動達到動態(tài)平衡。,二、PN 結(jié)的單向?qū)щ娦?1. PN結(jié) 外加正向電壓時處于導通狀態(tài),又稱正向偏置，簡稱正偏。,PN結(jié)處于導通狀態(tài)，呈現(xiàn)正向電阻很小。,PN結(jié)加正向電壓,2. PN 結(jié)外加反向電壓時處于截止狀態(tài)(反偏),反向接法時，外電場與內(nèi)電場方向一致，使空間電荷變寬，不利于多子擴散，有利于少子漂移運動，漂流電流大于擴散電流，電路中產(chǎn)生反向電流。,PN結(jié)加反向電壓,由于少子數(shù)目很小，因此反向

12、電流很小，常可忽略，認為PN外加反向電壓時處于截止狀態(tài)。PN結(jié)呈現(xiàn)的反向電阻很高。,PN結(jié)具有單向?qū)щ娦裕凑珪r導通，反偏時 截止。,結(jié)論：,IS ：反向飽和電流 UT ：溫度的電壓當量 在常溫(300 K)下， UT 26 mV,三、PN 結(jié)的電流方程,PN結(jié)所加端電壓u 與流過的電流i 的關(guān)系為,公式推導過程略,四、PN結(jié)的伏安特性,i = f (u )之間的關(guān)系曲線。,正向特性,反向特性,PN結(jié)的伏安特性,齊納擊穿 雪崩擊穿,反向擊穿,電擊穿-可逆,熱擊穿-不可逆,五、PN結(jié)的電容效應,當PN上的電壓發(fā)生變化時，PN 結(jié)中儲存的電荷量將隨之發(fā)生變化，使PN結(jié)具有電容效應。,電容效應包括

13、兩部分,勢壘電容,擴散電容,1. 勢壘電容Cb,是由 PN 結(jié)的空間電荷區(qū)變化形成的。,(a) PN 結(jié)加正向電壓,（b) PN 結(jié)加反向電壓,五、PN結(jié)的電容效應,空間電荷區(qū)的正負離子數(shù)目發(fā)生變化，如同電容的放電和充電過程。,勢壘電容的大小可用下式表示：,由于 PN 結(jié) 寬度 l 隨外加電壓 u 而變化，因此勢壘電容 Cb不是一個常數(shù)。其 Cb = f (u) 曲線如圖示。, ：半導體材料的介電比系數(shù)； S ：結(jié)面積； l ：耗盡層寬度。,2. 擴散電容 Cd,是由多數(shù)載流子在擴散過程中積累而引起的。,在某個正向電壓下，P 區(qū)中的電子濃度 np(或 N 區(qū)的空穴濃度 pn)分布曲線如圖中曲線

14、 1 所示。,x = 0 處為 P 與 耗盡層的交界處,當電壓加大，np (或 pn)會升高，如曲線 2 所示(反之濃度會降低)。,當加反向電壓時，擴散運動被削弱，擴散電容的作用可忽略。,正向電壓變化時，變化載流子積累電荷量發(fā)生變化，相當于電容器充電和放電的過程 擴散電容效應。,綜上所述：,PN 結(jié)總的結(jié)電容 Cj 包括勢壘電容 Cb 和擴散電容Cd 兩部分。Cj= Cb +Cd,Cb 和 Cd 值都很小，通常為幾個皮法 幾十皮法， 有些結(jié)面積大的二極管可達幾百皮法。,當反向偏置時，勢壘電容起主要作用，可以認為 Cj Cb。,一般來說，當二極管正向偏置時，擴散電容起主要作用，即可以認為 Cj

15、Cd；,在信號頻率較高時，須考慮結(jié)電容的作用。,半導體二極管,將PN結(jié)用管殼封裝起來，并加上電極引線，就構(gòu)成半導體二極管，簡稱二極管。由P區(qū)引出的電極為陽極，由N區(qū)引出的電極為陰極，常見的外形如圖示。,1.2,1.2.1 二極管的結(jié)構(gòu)及分類,一、按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分類,1. 點接觸型二極管,特點：PN結(jié)的面積小，允許通過電流小，用于小電流整流或作 開關(guān)； 結(jié)電容小，用于高頻檢波。,3. 平面型二極管,2. 面接觸型二極管,特點：PN結(jié)面積大，允許通過的電流大（可達上千安），用于低頻整流；結(jié)電容大，主要用于低頻電路，不能用于高頻電路,面接觸型,特點：結(jié)面積小的管子：結(jié)電容小，允許電流小，作開關(guān)管；結(jié)面積

16、大的管子：允許通過電流大，用于大功率整流。,二、按材料分類,硅二極管，鍺二極管。,圖形符號如圖示。,1.2.2 二極管的伏安特性,一、二極管的伏安特性曲線,二極管的伏安特性曲線可用下式表示,正向特性,反向特性,反向擊穿特性,開啟電壓：0.5V 導通電壓：0.7V,開啟電壓：0.1V 導通電壓：0.2V,國家標準對半導體器件型號的命名舉例如下：,D代表P型Si,二、溫度對二極管伏安特性的影響,在環(huán)境溫度升高時，二極管的正向特性將左移，反向特性將下移。,二極管的特性對溫度很敏感。,1.2.3 二極管的主要參數(shù),（1）最大整流電流IF ：二極管長時間運行時允許通過的最大正向平均電流，IF 值與PN結(jié)

17、面積及外部散熱條件有關(guān)。 （2）最高工作反向電壓UR：二極管允許外加的最大反向電壓。一般，UR =（1/22/3）U(BR) 。 （3）反向電流IR：二極管未擊穿時的反向電流，IR小，單向?qū)щ娦院?。IR對溫度敏感。 IR(Si) IR(Ge)。 (4)最高工作頻率fM ：二極管工作的上限頻率。超過fM，由于Cj的作用，二極管不能很好體現(xiàn)單向?qū)щ娦浴?（1）由于工藝分散性，半導體器件參數(shù)具有分散性，同一型號管子參數(shù)不同。使用時注意測試條件，當使用條件與測試條件不同時，參數(shù)會發(fā)生變化。 （2）根據(jù)管子使用場合，按其承受的UR、IF、fM 、環(huán)流溫度等條件，選擇滿足要求的二極管。,注：,1.2.4

18、二極管的等效電路,一、由伏安特性折線化得到的等效電路,U,U,U,二、二極管的微變等效電路,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,則,常溫下（T=300K）,電路如圖所示，UD =0.7V，試估算開關(guān)斷開和閉合時， 輸出電壓UO 。,例1,開關(guān)斷開時，D導通，,開關(guān)閉合時，D截止，,解：,1.2.5 穩(wěn)壓二極管,一、穩(wěn)壓管的伏安特性,穩(wěn)壓管有著與普通二極管類似的伏安特性，如圖。但穩(wěn)壓管的反向特性曲線比較陡，且反向擊穿是可逆的，只要反向電流不超過一定值，管子不會過熱損壞。,UZ,IZ,IZM,UZ,IZ,穩(wěn)壓管的符號及等效電路如圖

19、所示。,穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時工作在反向擊穿狀態(tài)，即利用反向擊穿特性實現(xiàn)穩(wěn)壓。,二、穩(wěn)壓管的主要參數(shù),（1）穩(wěn)定電壓UZ ：在規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。 （2）穩(wěn)定電流 IZ :穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時的參考電流，常認為IZ = IZmin 。 IZ IZmin 才穩(wěn)壓。 （3）額定功耗PZM :穩(wěn)定電壓 UZ 與最大穩(wěn)定電流 IZM(IZmax) 的乘積。,（4）動態(tài)電阻 rZ :穩(wěn)壓管在穩(wěn)壓時，端電壓變化量與其電流變 化量之比，即： , rZ 愈小，穩(wěn)壓特性愈好。,（5）溫度系數(shù) :溫度每變化 穩(wěn)壓值的變化量, 即 。穩(wěn)壓值小于4V具有負溫度系數(shù)（屬于齊納擊穿）；穩(wěn)壓值大于7V具有正溫度系數(shù)

20、（屬于雪崩擊穿）；47V之間的管子，溫度糸數(shù)非常小，近似為零（齊納擊穿和雪崩擊穿均有）。,穩(wěn)壓管正常工作的兩個條件： 必須工作在反向擊穿狀態(tài)（利用其正向特性除外）； 流過管子的電流必須介于穩(wěn)定電流和最大電流之間。,典型應用如圖所示。 當輸入電壓Ui和負載電阻RL在一定范圍內(nèi)變化時，流過穩(wěn)壓管的電流發(fā)生變化，而穩(wěn)壓管兩端的電壓Uz變化很小，即輸出電壓Uo基本穩(wěn)定。,電阻R的作用:一是起限流作用，以保護穩(wěn)壓管；其次是當輸入電壓或負載電流變化時，通過該電阻上電壓降的變化，以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。,問題：不加R可以嗎？ 穩(wěn)壓條件是什么？,穩(wěn)壓二極管的應用,解：,（UZ3V）,例2,u

21、i和uo的波形如圖所示,一、發(fā)光二極管 LED (Light Emitting Diode),1. 符號和特性,工作條件：正向偏置,一般工作電流幾十mA， 導通電壓 (1 2) V,符號,特性,1.2.6 其它類型的二極管,發(fā)光類型：,可見光：紅、黃、綠,顯示類型： 普通 LED ，,不可見光：紅外光,點陣 LED,七段 LED ,二、光電二極管,符號和特性,符號,特性,工作原理：,三、變?nèi)荻O管 四、隧道二極管(請同學們查找有關(guān)資料） 五、肖特基二極管(請同學們查找有關(guān)資料）,無光照時，與普通二極管一樣。 有光照時，分布在第三、四象限。,1.3,又稱半導體三極管、晶體三極管，或簡稱晶體管。,

22、(Bipolar Junction Transistor),(a) 小功率管,(b) 小功率管,(c) 中功率管,(d) 大功率管,雙極型晶體管(BJT),我國晶體管型號的命名方法,1.3.1 晶體管的結(jié)構(gòu)及類型,具有兩個PN結(jié)，加上三個電極引線，并用管殼封裝就構(gòu)成晶體管，常見平面型和合金型兩種，硅管主要是平面型，鍺管都是合金型。,三極管的結(jié)構(gòu),(a)平面型(NPN),(b)合金型(PNP),e,b,e 發(fā)射極，b基極 c 集電極。,基區(qū),發(fā)射區(qū),集電區(qū),三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號,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 e,注：符號中，發(fā)射極箭頭的方向表示發(fā)射結(jié)正偏時

23、發(fā)射極電流的方向，即多子的擴散方向。,NPN 型,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 b,注：符號中，發(fā)射極箭頭的方向表示發(fā)射結(jié)正偏時發(fā)射極電流的方向，即多子的擴散方向。,PNP 型,1.3.2晶體管的電流放大作用,以 NPN 型三極管為例討論,三極管若實現(xiàn)放大，必須從三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部所加電源的極性來保證。,不具備 放大作用,1. 放大作用,(1)內(nèi)部條件,三極管的基區(qū)很薄，且摻雜很少（減少復合，利于擴散）； 發(fā)射區(qū)、集電區(qū)摻雜較多； 集電結(jié)面積大（利于接收載流子）。,(2)外部條件 外加電源的極性使三極管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即,NPN：,PNP:,一

24、、晶體管處于放大工作狀態(tài)的條件,2.三極管的三種組態(tài),三極管在電路中有三種連接方式（或稱三種組態(tài)），即共射極，共集電極和共基極。若輸入回路和輸出回路的共公端點是發(fā)射極，稱共發(fā)射極接法（如A圖）。若公共端點是集電極，稱為共集電極接法（如B圖），若公共端點是基極稱為共基極接法（如C圖）。,A圖,B圖,C圖,IEP,IE,IEN,晶體管內(nèi)部載流子的運動與外部電流,1.發(fā)射結(jié)正偏，擴散運動形成發(fā)射極電流IE。,( 很小),二、晶體管內(nèi)部載流子的運動,三極管發(fā)射結(jié)正偏，空間電荷區(qū)變窄，有利于多子擴散運動，所以發(fā)射區(qū)的多子（電子）向基區(qū)擴散，并不斷從電源負極獲得補充，形成發(fā)射極電子電流IEN;同時基區(qū)中多

25、子（空穴）也向發(fā)射區(qū)擴散形成空穴電流IEP。 發(fā)射極電流,e,IEP,ICBO,IE,IB,IEN,IBN,晶體管內(nèi)部載流子的運動與外部電流,2.擴散到基區(qū)的電子擴散與空穴復合形成基極電流IB。,（ 很小，可忽略， 當 ）,二、晶體管內(nèi)部載流子的運動,由于濃度差，擴散到基區(qū)的電子向集電結(jié)擴散。在擴散中，絕大部分電子擴散到集電結(jié)，極少部分電子與基區(qū)空穴復合，復合掉的空穴由VBB補充，形成基區(qū)復合電流IBN（很?。?。由于集電結(jié)反偏，集電區(qū)和基區(qū)本身少子漂移形成ICBO（反向飽和電流）。形成基極電流,e,由于集電結(jié)加反向電壓且其結(jié)面積大，擴散到基電結(jié)的電子在外電場作用下越過集電結(jié)到達集電區(qū)，形成漂移

26、電流ICN；同時集電區(qū)與基區(qū)本身少子漂移電流ICBO。在VCC作用下，漂移運動形成的電流,IEP,ICBO,IE,IC,IB,IEN,IBn,ICN,晶體管內(nèi)部載流子的運動與外部電流,3.集電結(jié)加反向電壓，漂移運動形成集電極電流IC。,二、晶體管內(nèi)部載流子的運動,e,IEP,ICBO,IE,IC,IB,IEN,IBN,ICN,晶體管內(nèi)部載流子的運動與外部電流,三、晶體管的電流分配關(guān)系,IC = ICN + ICBO,IE= IEN+ IEP,IE =IC+IB,可見，三極管是一個電流控制器件（cccs)。,e,1. 共射電流放大系數(shù),整理可得：,（1）共射直流電流放大系數(shù),（2）共射交流電流放

27、大系數(shù),四、晶體管的電流放大系數(shù),ICEO 是基極開路時，集-射間的電流。,2. 共基極電流放大系數(shù),1.3.3 晶體管的共射特性曲線,iB=f(uBE) UCE=const,(2) 隨著UCE值增大，曲線將右移。,(1) 當uCE=0V時，相當于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。,一、輸入特性曲線,(3)當UCE 1V時，能夠到達集電結(jié)附近的電子幾乎全部被集電極收集，再增加UCE，IB也不會明顯地減少，因此，UCE 1V以后幾條曲線幾乎重合，所以常畫UCE = 0和UCE 1V兩條特性曲線。,1. 曲線特點 （1）,二、輸出特性曲線,很小時，,（2）,時，,曲線平坦。,因為,（即 ）,所以輸出特性實

28、質(zhì)是基區(qū)電子不變情況下的集電結(jié)反向特性。,2. 輸出特性曲線的三個區(qū)域,注：當 ，即 時，三極管處于臨界狀態(tài)，即臨界飽和或臨界放大狀態(tài)， 。,總之， 三極管具有,放大作用：工作在放大區(qū),開關(guān)作用：工作在截止區(qū) 或飽和區(qū),一、直流參數(shù),1.共發(fā)射極直流電流放大系數(shù),=（ICICEO）/IBIC / IB UCE=const,1.3.4 晶體管的主要參數(shù),三極管的參數(shù)分為三大類: 直流參數(shù) 交流參數(shù) 極限參數(shù),2. 共基直流電流放大系數(shù),3. 集電極基極間反向飽和電流ICBO,4.集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO,ICEO=（1+ ）ICBO,一般選管子時， 左右，ICBO、ICEO盡量最小。

29、,二、交流參數(shù),1. 共發(fā)射極交流電流放大系數(shù),3. 特征頻率 fT, 值下降到1的信號頻率。,2. 共基極交流電流放大系數(shù),U,1. 最大集電極耗散功率PCM,PCM= iCuCE,三、極限參數(shù),2. 最大集電極電流ICM,3. 反向擊穿電壓, UCBO發(fā)射極開路時的集電結(jié)反向擊穿電壓。, U EBO集電極開路時發(fā)射結(jié)的反向擊穿電壓。, UCEO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 UCBOUCEOUEBO,1.3.5溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響,一、溫度對ICBO的影響,溫度每升高100C ， ICBO增加約一倍。 反之，當溫度降低時ICBO減少。,硅管的ICBO

30、比鍺管的小得多。,二、溫度對輸入特性的影響,溫度升高時正向特性左移，反之右移。,三、溫度對輸出特性的影響,溫度升高將導致 IC 增大,溫度對輸出特性的影響,結(jié)論：,三極管工作狀態(tài)的判斷,測量某NPN型BJT各電極對地的電壓值如下，試判別管子工作在什么區(qū)域？ （1） VC 6V VB 0.7V VE 0V （2） VC 6V VB 4V VE 3.6V （3）VC 3.6VVB 4VVE 3.4V,解：,原則：,對NPN管而言，放大時VC VB VE 對PNP管而言，放大時VC VB VE,（1）放大區(qū) （2）截止區(qū) （3）飽和區(qū),例1,某放大電路中BJT三個電極的電流如圖所示。 IA-2mA,

31、 IB-0.04mA, IC+2.04mA,試判斷管腳、管型。,電流判斷法。 電流的正方向和KCL。IE=IB+ IC,A,B,C,IA,IB,IC,C為發(fā)射極 B為基極 A為集電極。 管型為NPN管。,管腳、管型的判斷法也可采用萬用表電阻法。參考實驗。,例2,解：,測得工作在放大電路中幾個晶體管三個電極的電位V1、V2、V3分別為： （1）V1=3.5V、V2=2.8V、V3=12V （2）V1=3V、 V2=2.8V、 V3=12V （3）V1=6V、 V2=11.3V、V3=12V （4）V1=6V、 V2=11.8V、V3=12V 判斷它們是NPN型還是PNP型？是硅管還是鍺管？并確定

32、e、b、c。,（1）V1 b、V2 e、V3 c 、NPN 硅 （2）V1 b、V2 e、V3 c 、NPN 鍺 （3）V1 c、V2 b、V3 e 、PNP 硅 （4）V1 c、U2 b、V3 e 、PNP 鍺,原則：先求UBE，若等于0.6-0.7V，為硅管；若等于0.2-0.3V ， 為鍺管。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 NPN管UBE0， UBC0，即VC VB VE 。 PNP管UBE0， UBC 0，即VC VB VE 。,解：,例3,1.3.6光電三極管,一、等效電路、符號,二、光電三極管的輸出特性曲線,復習,1.BJT放大電路三個 電流關(guān)系 ？,2.BJT的輸入、輸出特性曲線？,3

33、.BJT工作狀態(tài)如何判斷？,場效應三極管,場效應管（FET）：是利用輸入回路的電場效應來控制半導體中多數(shù)載流子（即輸出電流）的一種半導體器件，由于場效應管中只有一種極性的載流子參與導電，所以稱為單極型三極管。,特點,單極型器件(一種載流子導電)；,輸入電阻高；,工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。,1.4,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）,場效應管分類：,符號,1.4.1結(jié)型場效應管（Junction Field Effect Transistor）,結(jié)構(gòu),N 溝道結(jié)型場效應管結(jié)構(gòu)圖,N型溝道,柵極,源極,漏極,在漏極和源極之間加上一個正向電壓，

34、N 型半導體中多數(shù)載流子電子可以導電。,導電溝道是 N 型的，稱 N 溝道結(jié)型場效應管。,P 溝道場效應管,P 溝道結(jié)型場效應管結(jié)構(gòu)圖,P 溝道場效應管是在 P 型硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的 N 型區(qū)(N+)，導電溝道為 P 型，多數(shù)載流子為空穴。,一、結(jié)型場效應管工作原理,N 溝道結(jié)型場效應管用改變 UGS 大小來控制漏極電流 ID 的。(VCCS),*在柵極和源極之間加反向電壓，耗盡層會變寬，導電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流 ID 減小，反之，漏極 ID 電流將增加。,*耗盡層的寬度改變主要在溝道區(qū)。,1. uGS 對導電溝道的控制作用（UDS = 0）,UGS = 0 時，

35、耗盡層比較窄，導電溝比較寬,UGS 由零逐漸減小，耗盡層逐漸加寬，導電溝相應變窄。,當 UGS = UGS（Off)，耗盡層合攏，導電溝被夾斷.,UGS(off)為夾斷電壓,為負值。UGS(off) 也可用UP表示,2. uDS 對漏極電流iD的影響,uGS = 0，uGD UGS（Off) ，iD 較大。,uGS UGS（Off) ，iD 更小。,注意：當 uDS 0 時，耗盡層呈現(xiàn)楔形。,(a),(b),(當uGS=UGS(Off) 0的任一值時） uGD uGS uDS,uGS 0,uGD = UGS(off), 溝道變窄預夾斷,uGS 0 ,uGD uGS(off),夾斷，iD幾乎不變

36、,改變 uGS ，改變了 PN 結(jié)中電場，控制了 iD ，故稱場效應管; 結(jié)型場效應管柵源之間加反向偏置電壓，使PN結(jié)反偏，柵極 基本不取電流，因此，場效應管輸入電阻很高。,(c),(d),3. uGS 對漏極電流iD的控制作用(uGD UGS(off),場效應管用低頻跨導gm的大小描述柵源電壓對漏極電流的控制作用。,場效應管為電壓控制元件(VCCS)。,在uGD = uGS uDS uGS(off),當uDS為一常量時，對應于確定的uGS ，就有確定的iD。,gm=iD/uGS,(單位mS),小結(jié),（1） 在uGD uGS uDS UGS(off)情況下, 即當uDS uGS -UGS(of

37、f) ，對應于不同的uGS ， d-s間等效成不同阻值的電阻。,（2）當uDS使uGD UGS(off)時，d-s之間預夾斷。,（3）當uDS使uGD UGS(off)時， iD幾乎僅僅決定于uGS ， 而與uDS 無關(guān)。此時， 可以把iD近似看成uGS控制的電 流源。,二、結(jié)型場效應管的特性曲線,與雙極性三極管對應，場效應管有共源、共漏、共柵三種組態(tài)，以共源為例。,1. 輸出特性曲線,當柵源 之間的電壓 UGS 不變時，漏極電流 iD 與漏源之間電壓 uDS 的關(guān)系，即,恒流區(qū),可變電阻區(qū),漏極特性也有三個區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和夾斷區(qū)。,(b)漏極特性,輸出特性（漏極特性）曲線,夾斷區(qū),擊

38、穿區(qū),2. 轉(zhuǎn)移特性(N 溝道結(jié)型場效應管為例),轉(zhuǎn)移特性,uGS = 0 ，iD 最大；uGS 愈負，iD 愈??；uGS = UGS(off) ，iD 0。,兩個重要參數(shù),飽和漏極電流 IDSS(uGS = 0 時的 ID),夾斷電壓 UGS(off) (ID = 0 時的 uGS),轉(zhuǎn)移特性,結(jié)型場效應管轉(zhuǎn)移特性曲線的近似公式：,結(jié)型P 溝道的特性曲線,轉(zhuǎn)移特性曲線,輸出特性曲線,柵源加正偏電壓，(PN結(jié)反偏)漏源加反偏電壓。,1.4.2絕緣柵型場效應管（IGFET） Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,由金屬、氧化物和半導體

39、制成。稱為金屬-氧化物-半導體場效應管，或簡稱 MOS 場效應管。,特點：輸入電阻可達1010(有資料介紹可達1014）以上。,類型,N 溝道,P 溝道,增強型,耗盡型,增強型,耗盡型,UGS = 0 時漏源間存在導電溝道稱耗盡型場效應管；,UGS = 0 時漏源間不存在導電溝道稱增強型場效應管。,一、N 溝道增強型 MOS 場效應管,結(jié)構(gòu),B,G,S,D,源極 S,漏極 D,襯底引線 B,柵極 G,N 溝道增強型MOS 場效應管的結(jié)構(gòu)示意圖,1. 工作原理,(1)UGS = 0,漏源之間相當于兩個背靠背的 PN 結(jié)，無論漏源之間加何種極性電壓，總是不導電。,(2) UDS = 0，0 UGS

40、 UGS(th),柵極金屬層將聚集正電荷，它們排斥P型襯底靠近 SiO2 一側(cè)的空穴，形成由負離子組成的耗盡層。增大 UGS 耗盡層變寬。,(3) UDS = 0，UGS UGS(th),由于吸引了足夠多P型襯底的電子，會在耗盡層和SiO2的表面電荷層 反型層之間形成可移動、N 型導電溝道。,UGS 升高，N 溝道變寬。因為 UDS = 0 ，所以 ID = 0。,UGS(th) 或UT為開始形成反型層所需的 UGS，稱開啟電壓。,(4) UDS 對導電溝道的影響 (UGS UT),導電溝道呈現(xiàn)一個楔形。漏極形成電流 ID 。,UDS= UGS UT， UGD = UT,靠近漏極溝道達到臨界開

41、啟程度，出現(xiàn)預夾斷。,UDS UGS UT， UGD UT,由于夾斷區(qū)的溝道電阻很大，UDS 逐漸增大時，導電溝道兩端電壓基本不變， iD因而基本不變。,UDS UT,在UDS UGS UT時，對應于不同的uGS就有一個確定的iD 。 此時， 可以把iD近似看成是uGS控制的電流源。,2. 特性曲線與電流方程,(1) 轉(zhuǎn)移特性,(2) 輸出特性,UGS UT ，iD = 0；,UGS UT，形成導電溝道，隨著 UGS 的增加，ID 逐漸增大。,(當 UGS UT 時),三個區(qū)：可變電阻區(qū) 恒流區(qū)(或飽和區(qū)) 夾斷區(qū)。,(a),(b),二、N 溝道耗盡型 MOS 場效應管,制造過程中預先在二氧化

42、硅的絕緣層中摻入正離子，這些正離子電場在 P 型襯底中“感應”負電荷，形成“反型層”。即使 UGS = 0 也會形成 N 型導電溝道。,+,+,UGS = 0，UDS 0，產(chǎn)生較大的漏極電流；,UGS 0，絕緣層中正離子感應的負電荷減少，導電溝道變窄，iD 減??；,UGS = UP , 感應電荷被“耗盡”，iD 0。,UP或UGS(off)稱為夾斷電壓,N 溝道耗盡型 MOS 管特性,工作條件： UDS 0； UGS 正、負、零均可。,耗盡型 MOS 管的符號,N 溝道耗盡型MOSFET,三、P溝道MOS管,1. P溝道增強型MOS管的開啟電壓UGS(th) 0 當UGS UGS(th) ，

43、漏-源之間應加負電源電壓 管子才導通,空穴導電。,2. P溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓UGS(off)0 UGS 可在正、負值的一定范圍內(nèi)實現(xiàn)對iD的控制， 漏-源之間應加負電源電壓。,四、VMOS管,VMOS管漏區(qū)散熱面積大， 可制成大功率管。,各類場效應管的符號和特性曲線,1.4.3場效應管的主要參數(shù),一、直流參數(shù),飽和漏極電流 IDSS,2. 夾斷電壓 UP 或UGS(off),3. 開啟電壓 UT 或UGS(th),4. 直流輸入電阻 RGS,為耗盡型場效應管的一個重要參數(shù)。,為增強型場效應管的一個重要參數(shù)。,為耗盡型場效應管的一個重要參數(shù)。,輸入電阻很高。結(jié)型場效應管一般在 107

44、以上， 絕緣柵場效應管更高，一般大于 109 。,二、交流參數(shù),1. 低頻跨導 gm,2. 極間電容,用以描述柵源之間的電壓 uGS 對漏極電流 iD 的控制作用。,單位：iD 毫安(mA)；uGS 伏(V)；gm 毫西門子(mS),這是場效應管三個電極之間的等效電容，包括Cgs、Cgd、Cds 。極間電容愈小，則管子的高頻性能愈好。一般為幾個皮法。,三、極限參數(shù),3. 漏極最大允許耗散功率 PDM,2. 漏源擊穿電壓 U(BR)DS,4. 柵源擊穿電壓U(BR)GS,由場效應管允許的溫升決定。漏極耗散功率轉(zhuǎn)化為熱能使管子的溫度升高。,當漏極電流 ID 急劇上升產(chǎn)生雪崩擊穿時的 UDS 。,場

45、效應管工作時，柵源間 PN 結(jié)處于反偏狀態(tài)，若UGS U(BR)GS ，PN 將被擊穿，這種擊穿與電容擊穿的情況類似，屬于破壞性擊穿。,1. 最大漏極電流IDM,例1.4.1,已知某管子的輸出特性曲線如圖所示。試分析該管是什么類型的場效應管（結(jié)型、絕緣柵型、N溝道、P溝道、增強型、耗盡型）。,分析：N溝道增強型MOS管，開啟電壓UGS(th) 4V,例1.4.2,電路如左圖所示，其中管子T的輸出特性曲線如右圖所示。試分析ui為0V、8V和10V三種情況下uo分別為多少伏？,分析：N溝道增強型MOS管，開啟電壓UGS(th) 4V,解：,(1) ui為0V ，即uGS= ui = 0，管子處于夾

46、斷狀態(tài),所以 u0=VDD =15V,(2) uGS= ui = 8V時，從輸出特性曲線可知，管子工作 在恒流區(qū)， iD= 1mA， u0= uDS = VDD - iD RD =10V,(3) uGS= ui =10V時，,若工作在恒流區(qū)， iD 2.2mA。因而u0 15 2.25 4V,但是， uGS = 10V時的預夾斷電壓為,uDS= uGS UT = (10-4)V = 6V,可見，此時管子工作在可變電阻區(qū)。,從輸出特性曲線可得 uGS = 10V時d-s之間的等效電阻 (D在可變電阻區(qū)，任選一點，如圖),所以輸出電壓為,1.4.4 場效應管與晶體管的比較,一、單結(jié)晶體管的結(jié)構(gòu)和等

47、效電路,N 型硅片,P 區(qū),PN 結(jié),e,b1,b2,單結(jié)晶體管又稱為雙基極晶體管。,(a)結(jié)構(gòu),(b)符號,(c)等效電路,單結(jié)管的結(jié)構(gòu)及符號,單結(jié)晶體管和晶閘管（自學）,1.5.1 單結(jié)晶體管,* 1.5,特性：,分壓比,A,P,V,B,IP,UP,截止區(qū),負阻區(qū),飽和區(qū),峰點,UP：峰點電壓,IP：峰點電流,谷點,UV：谷點電壓,IV：谷點電流,二、單結(jié)管的脈沖發(fā)生電路,單結(jié)管的脈沖發(fā)生電路,三、單結(jié)管的觸發(fā)電路,四、單結(jié)管的脈沖發(fā)生電路,單結(jié)管的脈沖發(fā)生電路,1.5.2晶閘管,一、結(jié)構(gòu)和等效模型,晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號,C,C,C,陽極,陰極,控制極,二、工作原理,1. 控制極不加電壓，無

48、論在陽極與陰極之間加正向或反向電壓，晶閘管都不導通。,稱為阻斷,2. 控制極與陰極間加正向電壓，陽極與陰極之間加正向電壓，晶閘管導通。,IG,1 2IG,1IG,C,C,結(jié)論：,晶閘管由阻斷變?yōu)閷ǖ臈l件是在陽極和陰極之間加正向電壓時，再在控制極加一個正的觸發(fā)脈沖； 晶閘管由導通變?yōu)樽钄嗟臈l件是減小陽極電流 IA ，或改變A-C電壓極性的方法實現(xiàn)。 晶閘管導通后，管壓降很小，約為 0.61.2 V 左右。,三、晶閘管的伏安特性,1. 伏安特性,UBO,A,B,C,IH,IG= 0,正向阻斷特性：當 IG= 0 ，而陽極電壓不超過一定值時，管子處于阻斷狀態(tài)。,UBO 正向轉(zhuǎn)折電壓,正向?qū)ㄌ匦裕?/p>

49、管子導通后，伏安特性與二極管的正向特性相似。,IH 維持電流,當控制極電流 IG 0 時， 使晶閘管由阻斷變?yōu)閷ㄋ璧年枠O電壓減小。,IG 增大,反向特性：與二極管的反向特性相似。,UBR,晶閘管的伏安特性曲線,四、晶閘管的主要參數(shù),1. 額定正向平均電流 IF,2. 維持電流 IH,3. 觸發(fā)電壓 UG和觸發(fā)電流 IG,4. 正向重復峰值電壓 UDRM,5. 反向重復峰值電壓 URRM,其它：正向平均電壓、控制極反向電壓等。,單相橋式可控整流電路,在 u2 正半周，當控制極加觸發(fā)脈沖，VT1 和 VD2 導通；,在 u2 負半周，當控制極加觸發(fā)脈沖，VT2和 VD1 導通；,：控制角； ：導電角,例：,小 結(jié),第 1 章,一、兩種半導體和兩種載流子,兩種載流子的運動,電子,空穴,兩種半導體,N 型 (多電子),P 型 (多空穴),二、二極管,1. 特性, 單向?qū)?/p>