1、上篇 模擬電子技術(shù)下篇 數(shù)字電子技術(shù),電子技術(shù)發(fā)展里程碑,1.電子管(弗來明,1904),2.晶體管(肖克利,巴丁,布拉頓,1904),2.集成電路(基爾比,1952.我國1982引入 ),第1章 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ),1.1信號與電子系統(tǒng),1.2放大電路基本知識,1.3 半導(dǎo)體材料及PN結(jié),引言,1.4 半導(dǎo)體二極管,1.5 雙極型晶體三極管,1.6 場效應(yīng)管,1.7 復(fù)合管,引 言,電子技術(shù)就是采用半導(dǎo)體器件組成的各種電子電路來產(chǎn)生、傳輸和處理信號的技術(shù),Q:什么是電子技術(shù)?,電子電路分類,按電子電路中流經(jīng)的信號類型、電路功能和構(gòu)成原理，可分為兩大類,模擬電路,數(shù)字電路,1.1 信號與電子系統(tǒng),

2、消息(Message)： 人們常常把語言、文字、圖像或數(shù)據(jù)等統(tǒng)稱為消息。消息涉及的內(nèi)容極其廣泛，包括天文、地理、歷史、政治、經(jīng)濟(jì)、科技、文化等。消息可以通過書信、電話、廣播、電視、互聯(lián)網(wǎng)等多種媒體或方式進(jìn)行發(fā)布和傳輸。,一、信號,1.1.1 信號及其分類,信號（Signal） 指消息的表現(xiàn)形式與傳送載體，消息是信號的傳送內(nèi)容。一般表現(xiàn)為隨時間變化的某種物理量或物理現(xiàn)象。例如電信號傳送聲音、圖像、文字等。,信息（Information） 一般指消息中賦予人們的新知識、新概念。電信號是應(yīng)用最廣泛的物理量，如電壓、電流、電荷、磁通等。,二、信號的描述,數(shù)學(xué)上： 信號是一個或多個變量的函數(shù)； 形態(tài)上：

3、信號表現(xiàn)為一種波形； 自變量：時間、位移、周期、頻率、幅度、相位； 物理上： 信號是信息寄寓變化的形式； 描述信號常用的方法是：數(shù)學(xué)表達(dá)式波形 信號的波形：信號通常是時間變量t 的函數(shù)，信號隨著t 而變化的曲線叫信號的波形。,三、信號的特性：,信號的時間特性：表示為隨時間變化的函數(shù)。 信號的頻率特性：信號可以分解為許多不同頻率的正弦分量之和。,四、信號的分類,確定性信號和隨機(jī)信號 周期信號和非周期信號 連續(xù)時間信號和離散時間信號,1.確定性信號和隨機(jī)信號,確定性信號 若信號可以用確定性圖形、曲線或數(shù)學(xué)表達(dá)式來準(zhǔn)確描述，則該信號為確定性信號,隨機(jī)信號 若信號不遵循確定性規(guī)律，具有某種不確定性，則

4、該信號為隨機(jī)信號。如電路中的噪聲 客觀存在的信號，服從統(tǒng)計規(guī)律,確定信號,隨機(jī)信號,例：,連續(xù)信號，若存在： 離散信號，若存在 則稱 和 為周期信號。T，N 分別為 它們的周期。 若知道了周期信號一個周期內(nèi)的變化過程，就可 以確定整個定義域內(nèi)的信號取值。,2、周期信號和非周期信號,周期信號：依一定時間間隔無始無終地重復(fù)某一變化規(guī)律的信號,非周期信號，不具有周而復(fù)始的特性,周期信號例子：,3.連續(xù)時間信號和離散時間信號,連續(xù)時間信號 它的描述函數(shù)的定義域是連續(xù)的，即信號存在的時間范圍內(nèi)，任意時刻都有定義，用t 表示連續(xù)時間變量。 離散時間信號 描述函數(shù)的定義域是某些離散點(diǎn)的集合，函數(shù)只是在某些離

5、散點(diǎn)上才有定義。這些離散點(diǎn)在時間軸上可以均勻分布，也可以不均勻分布，用n 表示離散時間變量。,連續(xù)時間和離散時間信號例子：,連續(xù)時間信號波形與離散時間信號波形,1.1.2電子系統(tǒng)概述,何謂電子系統(tǒng)?,由若干相互關(guān)聯(lián)的單元電子電路組成的,用來 實現(xiàn)信號產(chǎn)生、或信號處理的電路整體。,電子系統(tǒng)與物理系統(tǒng)結(jié)合的原理框圖,例 1,1) 熱電偶溫度測量系統(tǒng),2) 爐溫自動控制系統(tǒng),(使?fàn)t溫UT上升到期望電壓UI),例2:超外差式無線收音機(jī)原理圖,一、放大電路的表示方法,放大電路主要用于放大微弱的電信號，輸出電壓或電流在幅度上得到了放大，這里主要講電壓放大電路。,1.2 放大電路基本知識,1.放大倍數(shù)(增益

6、)表征放大器的放大能力,根據(jù)放大電路輸入信號的條件和對輸出信號的要求，放大器 可分為四種類型，所以有四種放大倍數(shù)的定義。,1.2.2 放大電路的主要技術(shù)性能指標(biāo),（1）電壓放大倍數(shù)定義為: AU=UO/UI（重點(diǎn)）,（2）電流放大倍數(shù)定義為: AI=IO/II,（3）互阻增益定義為: Ar=UO/II,（4）互導(dǎo)增益定義為: Ag=IO/UI,其它,功率放大倍數(shù)定義為: Ap=PO/PI,2. 輸入電阻Ri從放大電路輸入端看進(jìn)去的 等效電阻,一般來說， Ri越大越好。 （1）Ri越大，ii就越小，從信號源索取的電流越小。 （2）當(dāng)信號源有內(nèi)阻時， Ri越大， ui就越接近uS。,輸入端,Ri,

7、uS,RS,信號源,Au,輸出端,3. 輸出電阻Ro從放大電路輸出端 看進(jìn)去的等效電阻。,uo,輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載的能力，Ro越小，放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng)，反之則差。,0,.,o,.,o,o,S,L,=,=,=,U,R,I,U,R,輸出電阻的定義：,4. 通頻帶,通頻帶：,fBW=fHfL,放大倍數(shù)隨頻率變化曲線幅頻特性曲線,f,A,Am,0.7Am,fL,下限截止頻率,fH,上限截止頻率,理想放大器具有線性傳輸特性,輸入與輸出成正比.,6. 最大輸出幅值,7. 最大輸出功率和效率,5. 非線性失真,通常把非線性失真系數(shù)達(dá)到某一規(guī)定值時的輸出幅值稱為最大輸出幅值,用Vomax或Io

8、max表示.,輸出信號在基本不失真情況下能輸出的最大功率,用Pom表示,效率,P0是輸出功率,Pv直流電源供給的功率,1。電子系統(tǒng),小節(jié),2。放大電路的基本知識（重點(diǎn)）,表示方法,主要性能指標(biāo)（A，Ri, RO,fBW ,etc.),1.3半導(dǎo)體材料及PN結(jié),1.3.1本征半導(dǎo)體,1.3.2雜質(zhì)半導(dǎo)體,1.3.3 PN結(jié),1.3.1本征半導(dǎo)體,半導(dǎo)體 ,導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。,本征半導(dǎo)體 ,純凈的半導(dǎo)體。如硅、鍺單晶體。,載流子 ,自由運(yùn)動的帶電粒子。,共價鍵 ,相鄰原子共有價電子所形成的束縛。,硅(鍺)的原子結(jié)構(gòu),簡化 模型,硅(鍺)的共價鍵結(jié)構(gòu),自 由 電 子,(束縛電子),

9、空穴可在共 價鍵內(nèi)移動,本征激發(fā)：,復(fù) 合：,自由電子和空穴在運(yùn)動中相遇重新結(jié)合成對消失的過程。,漂 移：,自由電子和空穴在電場作用下的定向運(yùn)動。,在室溫或光照下價電子獲得足夠能量擺脫共價鍵的束縛成為自由電子，并在共價鍵中留下一個空位(空穴)的過程。,兩種載流子,電子(自由電子),空穴(帶正電),兩種載流子的運(yùn)動,自由電子(在共價鍵以外)的運(yùn)動,空穴(在共價鍵以內(nèi))的運(yùn)動,結(jié)論：,1. 本征半導(dǎo)體中電子空穴成對出現(xiàn)，且數(shù)量少；,2. 半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電；,3. 本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力弱，并與溫度有關(guān)。,1.3.2雜質(zhì)半導(dǎo)體,一、N 型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體,N 型,磷原子(施主

10、原子),自由電子,電子為多數(shù)載流子,空穴為少數(shù)載流子,載流子數(shù) 電子數(shù),P 型,硼原子(受主雜質(zhì)),空穴,空穴 多子,電子 少子,載流子數(shù) 空穴數(shù),二、雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用,I,IP,IN,I = IP + IN,N 型半導(dǎo)體 I IN,P 型半導(dǎo)體 I IP,三、 N 型與 P型半導(dǎo)體的簡化示意圖,P型,N型,1.3.3PN 結(jié),一、PN 結(jié)(PN Junction)的形成,1. 載流子的濃度差引起多子的擴(kuò)散,2. 復(fù)合使交界面形成空間電荷區(qū),(耗盡層),空間電荷區(qū)特點(diǎn):,無載流子，,阻止擴(kuò)散進(jìn)行，,利于少子的漂移。,內(nèi)建電場,P區(qū),N區(qū),3. 擴(kuò)散和漂移達(dá)到動態(tài)平衡,擴(kuò)散電流 等于漂移電流

11、，,總電流 I = 0。,內(nèi)電場,外電場,外電場使多子向 PN 結(jié)移動, 中和部分離子使空間電荷區(qū)變窄。,擴(kuò)散運(yùn)動加強(qiáng)形成正向電流 IF,IF = I多子 I少子 I多子,二、PN 結(jié)的單向?qū)щ娦?1. 外加正向電壓(正向偏置), forward bias,2. 外加反向電壓(反向偏置), reverse bias,外電場使少子背離 PN 結(jié)移動， 空間電荷區(qū)變寬。,PN 結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通，呈小電阻，電流較大; 反偏截止，電阻很大，電流近似為零。,漂移運(yùn)動加強(qiáng)形成反向電流 IR,IR = I少子 0,三、PN 結(jié)的伏安特性,反向飽和電流,溫度的 電壓當(dāng)量,電子電量,玻爾茲曼常數(shù),當(dāng) T

12、 = 300(27C)：,UT = 26 mV,正向特性,反向擊穿,加正向電壓時,加反向電壓時,iIS,1.4半導(dǎo)體二極管,1.4.1 二極管的結(jié)構(gòu)和類型,1.4.2 二極管的伏安特性,1.4.3 二極管的主要參數(shù),1.4.4 二極管常用電路模型,1.4.5 特殊二極管,1.4.6 二極管的應(yīng)用舉例,1.4.1 二極管的結(jié)構(gòu)和類型,構(gòu)成：,PN 結(jié) + 引線 + 管殼 = 二極管(Diode),符號：,A,(anode),C,(cathode),分類：,按材料分,硅二極管,鍺二極管,按結(jié)構(gòu)分,點(diǎn)接觸型,面接觸型,平面型,1.4.2 二極管的伏安特性,一、PN 結(jié)的伏安方程,反向飽和電流,溫度的

13、 電壓當(dāng)量,電子電量,玻爾茲曼常數(shù),當(dāng) T = 300(27C)：,UT = 26 mV,二、二極管的伏安特性,正向特性,Uth,死區(qū) 電壓,iD = 0,Uth = 0.5 V,0.1 V,(硅管),(鍺管),U Uth,iD 急劇上升,0 U Uth,UD(on) = (0.6 0.8) V,硅管 0.7 V,(0.2 0.4) V,鍺管 0.3 V,反向特性,IS,U (BR),反向擊穿,U(BR) U 0,iD = IS, 0.1 A(硅),幾十 A (鍺),U U(BR) ,反向電流急劇增大,(反向擊穿),反向擊穿類型：,電擊穿,熱擊穿,反向擊穿原因：,齊納擊穿： (Zener),反

14、向電場太強(qiáng)，將電子強(qiáng)行拉出共價鍵。 (擊穿電壓 6 V，負(fù)溫度系數(shù)),雪崩擊穿：,反向電場使電子加速，動能增大，撞擊 使自由電子數(shù)突增。, PN 結(jié)未損壞，斷電即恢復(fù)。, PN 結(jié)燒毀。,(擊穿電壓 6 V，正溫度系數(shù)),擊穿電壓在 6 V 左右時，溫度系數(shù)趨近零。,硅管的伏安特性,鍺管的伏安特性,溫度對二極管特性的影響,60,40,20, 0.02,0,0.4,25,50,iD / mA,uD / V,20C,90C,T 升高時，,UD(on)以 (2 2.5) mV/ C 下降,1.4.3 二極管的主要參數(shù),1. IF 最大整流電流(最大正向平均電流),2. URM 最高反向工作電壓，為

15、U(BR) / 2,3. IR 反向電流(越小單向?qū)щ娦栽胶?,4. fM 最高工作頻率(超過時單向?qū)щ娦宰儾?,影響工作頻率的原因 ,PN 結(jié)的電容效應(yīng),結(jié)論： 1. 低頻時，因結(jié)電容很小，對 PN 結(jié)影響很小。 高頻時，因容抗增大，使結(jié)電容分流，導(dǎo)致單向 導(dǎo)電性變差。 2. 結(jié)面積小時結(jié)電容小，工作頻率高。,1.4.4 二極管的常用電路模型,一、理想二極管模型,特性,符號及 等效模型,正偏導(dǎo)通，uD = 0；反偏截止， iD = 0 U(BR) = ,二、二極管的恒壓降模型,UD(on),uD = UD(on),0.7 V (Si),0.3 V (Ge),三、二極管的折線近似模型,UD(o

16、n),斜率1/ rD,rD,UD(on),半導(dǎo)體二極管的型號 國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體器件型號的命名舉例如下： 2 A P 9 用數(shù)字代表同類型器件的不同型號 用字母代表器件的類型，P代表普通管 用字母代表器件的材料，A代表N型Ge B代表P型Ge，C代表N型Si，D代表P型Si 2代表二極管，3代表三極管,1.4.5 特殊二極管,一、伏安特性,符號,工作條件：反向擊穿,特性,1、穩(wěn)壓二極管,二、主要參數(shù),1. 穩(wěn)定電壓 UZ 流過規(guī)定電流時穩(wěn)壓管 兩端的反向電壓值。,2. 穩(wěn)定電流 IZ 越大穩(wěn)壓效果越好， 小于 Imin 時不穩(wěn)壓。,3. 最大工作電流 IZM 最大耗散功率 PZM,P ZM =

17、UZ IZM,4. 動態(tài)電阻 rZ,rZ = UZ / IZ,越小穩(wěn)壓效果越好。,幾 幾十 ,5. 穩(wěn)定電壓溫度系數(shù) CT,一般，,UZ 4 V，CTV 0 (為齊納擊穿)具有負(fù)溫度系數(shù)；,UZ 7 V，CTV 0 (為雪崩擊穿)具有正溫度系數(shù)；,4 V UZ 7 V，CTV 很小。,2、變?nèi)荻O管,特點(diǎn)：結(jié)電容隨反向電壓的增加而減少,符號,應(yīng)用：高頻技術(shù)中應(yīng)用較多,C(pF),-V(V),2、光電二極管,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(dǎo)通電壓 (1 2) V,符號,特性,2. 主要參數(shù),電

18、學(xué)參數(shù)：I FM ，U(BR) ，IR,光學(xué)參數(shù)：峰值波長 P，亮度 L，光通量 ,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(diǎn)陣 LED,七段 LED ,二、光敏二極管,1符號和特性,符號,特性,工作條件： 反向偏置,2. 主要參數(shù),電學(xué)參數(shù)：,暗電流，光電流，最高工作范圍,光學(xué)參數(shù)：,光譜范圍，靈敏度，峰值波長,實物照片,補(bǔ)充：選擇二極管限流電阻,步驟：,1. 設(shè)定工作電壓(如 0.7 V；2 V (LED)；UZ ),2. 確定工作電流(如 1 mA；10 mA；5 mA),3. 根據(jù)歐姆定律求電阻 R = (UI UD)/ ID,(R 要選擇標(biāo)稱值

19、),UD(on),例 1：下圖電路中，硅二極管，R = 2 k，分別用二極管理想模型和恒壓降模型求出 VDD = 2 V 和 VDD = 10 V 時 IO 和 UO 的值。,1.4.6 二極管應(yīng)用舉例,理想模型,恒壓降模型,實際電路,解,1. VDD = 2 V,理想,IO = VDD / R = 2 / 2 = 1 (mA),UO = VDD = 2 V,恒壓降,UO = VDD UD(on) = 2 0.7 = 1.3 (V),IO = UO / R = 1.3 / 2 = 0.65 (mA),2. VDD = 10 V,理想,IO = VDD/ R = 10 / 2 = 5 (mA),

20、恒壓降,UO = 10 0.7 = 9.3 (V),IO = 9.3 / 2 = 4.65 (mA),VDD 大， 采用理想模型 VDD 小， 采用恒壓降模型,例2： 試求電路中電流 I1、I2、IO 和輸出電壓 UO 的值。,解：假設(shè)二極管斷開,UP = 15 V,UP UN,二極管導(dǎo)通,等效為 0.7 V 的恒壓源,P,N,UO = VDD1 UD(on)= 15 0.7 = 14.3 (V),IO = UO / RL= 14.3 / 3 = 4.8 (mA),I2 = (UO VDD2) / R = (14.3 12) / 1 = 2.3 (mA),I1 = IO + I2 = 4.8

21、+ 2.3 = 7.1 (mA),例3： 二極管構(gòu)成“門”電路，設(shè) D1、D2 均為理想二極管，當(dāng)輸入電壓 UA、UB 為低電壓 0 V 和高電壓 5 V 的不同組合時，求輸出電壓 UO 的值。,0 V,正偏 導(dǎo)通,5 V,正偏 導(dǎo)通,0 V,0 V,正偏 導(dǎo)通,正偏 導(dǎo)通,0 V,0 V,5 V,正偏 導(dǎo)通,反偏 截止,0 V,5 V,0 V,反偏 截止,正偏 導(dǎo)通,0 V,5 V,5 V,5 V,共陽極管組中電位最低的二極管道通.共陰極管組中陽極地位最高的二極管導(dǎo)通.,例4：畫出硅二極管構(gòu)成的橋式整流電路在 ui = 15sint (V) 作用下輸出 uO 的波形。,(按理想模型),例5：

22、ui = 2 sin t (V)，分析二極管的限幅作用。,ui 較小，宜采用恒壓降模型,ui 0.7 V,D1、D2 均截止,uO = ui,uO = 0.7 V,ui 0.7 V,D2 導(dǎo)通 D截止,ui 0.7 V,D1 導(dǎo)通 D2 截止,uO = 0.7 V,例6：分析簡單穩(wěn)壓電路的工作原理， R 為限流電阻。,IR = IZ + IL,UO= UI IR R,1.5雙極型半導(dǎo)體三極管,1.5.1 BJT的結(jié)構(gòu)及類型,1.5.2 BJT的電流放大作用,1.5.3 BJT的特性曲線,1.5.4 BJT的主要參數(shù),1.5.5 溫度對BJT的特性及參數(shù)的影響,(Bipolar Semicond

23、uctor Transistor),1.5.1 BJT的結(jié)構(gòu)及類型,一、結(jié)構(gòu)與符號,發(fā)射極 E,基極 B,集電極 C,發(fā)射結(jié),集電結(jié), 基區(qū), 發(fā)射區(qū), 集電區(qū),emitter,base,collector,NPN 型,PNP 型,二、分類,按材料分： 硅管、鍺管,按功率分： 小功率管 500 mW,按結(jié)構(gòu)分： NPN、 PNP,按使用頻率分： 低頻管、高頻管,大功率管 1 W,中功率管 0.5 1 W,1.5.2 BJT的電流放大作用,1. 三極管放大的條件,內(nèi)部 條件,發(fā)射區(qū)摻雜濃度高,基區(qū)薄且摻雜濃度低,集電結(jié)面積大,外部 條件,發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏,2. 滿足放大條件的三種電路,共發(fā)

24、射極,共集電極,共基極,實現(xiàn)電路:,3. 三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程,1) 發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入多子電子， 形成發(fā)射極電流 IE。,I CN,多數(shù)向 BC 結(jié)方向擴(kuò)散形成 ICN。,IE,少數(shù)與空穴復(fù)合，形成 IBN 。,I BN,基區(qū)空 穴來源,基極電源提供(IB),集電區(qū)少子漂移(ICBO),I CBO,IB,即：,IB = IBN ICBO,2)電子到達(dá)基區(qū)后,(基區(qū)空穴運(yùn)動因濃度低而忽略),I CN,IE,I BN,I CBO,IB,3) 集電區(qū)收集擴(kuò)散過 來的載流子形成集 電極電流 IC,IC,I C = ICN + ICBO,注:集電結(jié)的反向飽和電流 集電結(jié)的少子空穴向基區(qū)漂移,基區(qū)的

25、少子電子向集電區(qū)漂移,兩者形成集電結(jié)飽和電流ICBO,4. 三極管的電流分配關(guān)系,定義：,其值的大小約為0.90.99。,(1)IC與I E之間的關(guān)系:,所以:,三個電極上的電流關(guān)系:,IE =IC+IB,(2)共發(fā)射極電路的IC與I B之間的關(guān)系：,聯(lián)立以下兩式：,得：,所以：,得：,令：,(2)共集電極電路的電流分配關(guān)系：,用IB來表示IE，則可得到共集電極電路的電流分配關(guān)系：,IE = IC + IB,1.5.3 晶體三極管的特性曲線,一、輸入特性,輸入 回路,輸出 回路,與二極管特性相似,特性基本重合(電流分配關(guān)系確定),特性右移(因集電結(jié)開始吸引電子),導(dǎo)通電壓 UBE(on),硅管

26、： (0.6 0.8) V,鍺管： (0.2 0.4) V,取 0.7 V,取 0.3 V,二、輸出特性,截止區(qū)： IB 0 IC = ICEO 0 條件：兩個結(jié)反偏,截止區(qū),ICEO,2. 放大區(qū)：,放大區(qū),截止區(qū),條件： 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏 特點(diǎn)： 水平、等間隔,ICEO,3. 飽和區(qū)：,uCE u BE,uCB = uCE u BE 0,條件：兩個結(jié)正偏,特點(diǎn)：IC IB,臨界飽和時： uCE = uBE,深度飽和時：,0.3 V (硅管),UCE(SAT)=,0.1 V (鍺管),放大區(qū),截止區(qū),飽 和 區(qū),ICEO,1.5.4 晶體三極管的主要參數(shù),一、電流放大系數(shù),1. 共發(fā)射

27、極電流放大系數(shù), 直流電流放大系數(shù), 交流電流放大系數(shù),一般為幾十 幾百,Q,2. 共基極電流放大系數(shù), 1 一般在 0.98 以上。,Q,二、極間反向飽和電流,CB 極間反向飽和電流 ICBO，,CE 極間反向飽和電流 ICEO。,三、極限參數(shù),1. ICM 集電極最大允許電流，超過時 值明顯降低。,2. PCM 集電極最大允許功率損耗,PC = iC uCE。,U(BR)CBO 發(fā)射極開路時 C、B 極間反向擊穿電壓。,3. U(BR)CEO 基極開路時 C、E 極間反向擊穿電壓。,U(BR)EBO 集電極極開路時 E、B 極間反向擊穿電壓。,U(BR)CBO, U(BR)CEO, U(B

28、R)EBO,1.5.4 溫度對BJT特性曲線的影響,1. 溫度升高，輸入特性曲線向左移。,溫度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。,溫度每升高 10C，ICBO 約增大 1 倍。,T2 T1,2. 溫度升高，輸出特性曲線向上移。,溫度每升高 1C， (0.5 1)%。,輸出特性曲線間距增大。,O,半導(dǎo)體三極管的型號（補(bǔ)充） 國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體三極管的命名如下： 3 D G 110 B 用字母表示同一型號中的不同規(guī)格 用數(shù)字表示同種器件型號的序號 用字母表示器件的種類 用字母表示材料 三極管 第二位：A表示鍺PNP管、B表示鍺NPN管、C表示硅PNP管、D表示硅NPN管 第三位：X表示低頻

29、小功率管、D表示低頻大功率管、G表示高頻小功率管、A表示高頻小功率管、K表示開關(guān)管。,補(bǔ)充：判斷三極管工作狀態(tài)的三種方法。,1) 三極管結(jié)偏置的判定方法,結(jié),偏置,工作狀態(tài),2) 三極管電流關(guān)系判定法,各極電流,電流關(guān)系,工作狀態(tài),3) 三極管電位判定法,各位,電位,工作狀態(tài),共射電路三極管各極電位(對”地”而言) VB和VC和三 極管的工作狀態(tài)(以NPN管為例),即: VCVBVE NPN管 VCVBVE PNP管,注: 多數(shù)NPN管由Si材料制成,PN結(jié)的導(dǎo)通壓降一般為0.6-0.7;多數(shù)PNP管由Ge材料制成,PN結(jié)的導(dǎo)通壓降一般為0.2-0.3; VCES：飽和壓降,對硅管而言,臨界飽

30、和時為0.7,深度飽和時為0.3,例：判斷下圖各三極管的工作狀態(tài)。,1.7 復(fù)合管達(dá)林頓管,目的：實現(xiàn)管子參數(shù)的配對,ib1,(1 + 1) ib1,(1 + 1) (1 + 2) ib1,= (1 + 1 + 2+ 12) ib1, 1 2,rbe= rbe1+ (1 + 1) rbe2,2(1+1) ib1,1 ib1,ib,ic,ie,(1 + 2 + 12) ib1,復(fù)合管的構(gòu)成規(guī)則：,1. 在串接點(diǎn)，必須保證兩管電流方向的一致和連續(xù)（實際電流方向不沖突）,2. 在并接點(diǎn)，必須保證兩管電流同時流入接點(diǎn)或同時流出接點(diǎn)。,3. 必須保證復(fù)合管中每個管子都工作在放大區(qū)（即保證發(fā)射結(jié)正偏，集電

31、結(jié)反偏。,4.復(fù)合管類型與第一只管子相同。,1.6場效應(yīng)管,引言,1.6.1 結(jié)型場效應(yīng)管,1.6.3 場效應(yīng)管的主要參數(shù),1.6.2 MOS 場效應(yīng)管,引 言,場效應(yīng)管 FET (Field Effect Transistor),類型：,結(jié)型 JFET (Junction Field Effect Transistor),絕緣柵型 IGFET(Insulated Gate FET),特點(diǎn)：,1. 單極性器件(每個FET中只有一種載流子導(dǎo)電),3. 工藝簡單、易集成、功耗小、 體積小、成本低,2. 輸入電阻高 (107 1015 ，IGFET 可高達(dá) 1015 ),1.6.1 結(jié)型場效應(yīng)管 1

32、. 結(jié)構(gòu)與符號,N 溝道 JFET,P 溝道 JFET,2. 工作原理,1）UGS 對溝道的控制作用,當(dāng)UGS0，PN結(jié)反偏，溝道均勻變窄,改變UGS的大小可有效控制溝道電阻大小.若UDS0(一定),則漏源電流iDS電流將受UGS的控制, |UGS|增大, iDS減少.,2） UDS 對溝道的控制作用,uGS 0，uDS 0,此時 uGD = VP；,溝道楔型,耗盡層剛相碰時稱預(yù)夾斷。,當(dāng) uDS ，預(yù)夾斷點(diǎn)下移。,uGS =0,uGS 改變時,預(yù)夾斷,預(yù)夾斷軌跡,預(yù)夾點(diǎn),N溝道JFET的輸出特性,輸出特性曲線：iD=f(uDS)uGS=const,結(jié)論: FFET柵極、溝道之間的PN結(jié)反向偏

33、置的，iG幾乎為零，輸入電阻較高 JFET是電壓控制電流器件，iD受UGS控制 預(yù)夾斷前， iD與UDS呈近似線性關(guān)系；預(yù)夾斷后； iD趨于飽和,四個區(qū)： （a）可變電阻區(qū)（預(yù)夾斷前）。,（b）恒流區(qū)也稱飽和 區(qū)（預(yù)夾斷 后）。,（c）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。,（d）擊穿區(qū)。,可變電阻區(qū),恒流區(qū),截止區(qū),擊穿區(qū),4. 主要參數(shù),1）夾斷電壓VP,2）飽和漏電流IDSS,5）直流輸入電阻RGS,4）最大柵源電壓V（BR）GS（發(fā)生雪崩擊穿）,3）最大漏源電壓V（BR）DS（發(fā)生雪崩擊穿）,6）低頻互導(dǎo)（跨導(dǎo)） gm,gm=iD/uGS uDS=const (單位mS) gm的大小反映了柵源電壓對漏極電

34、流的控制作用。 在轉(zhuǎn)移特性曲線上， gm為的曲線的斜率。 在輸出特性曲線上也可求出gm。,8）最大耗散功率PDM,rD=uDS/iD uGS=const (單位k) rD說明了uDS對iD的影響 ，在輸出特性曲線上， rD為的曲線某一點(diǎn)上切線斜率的倒數(shù)。,7）輸出電阻rD,5. 轉(zhuǎn)移特性和輸出特性,VP,當(dāng) VP uGS 0 時,O,O,轉(zhuǎn)移特性曲線： iD=f(uGS)uDS=const,一、 N 溝道增強(qiáng)型 MOSFET (Mental Oxide Semi FET),1.6.2 MOS 場效應(yīng)管,1. 結(jié)構(gòu)與符號,P 型襯底,(摻雜濃度低),用擴(kuò)散的方法 制作兩個 N 區(qū),在硅片表面生一

35、層薄 SiO2 絕緣層,用金屬鋁引出 源極 S 和漏極 D,在絕緣層上噴金屬鋁引出柵極 G,S 源極 Source,G 柵極 Gate,D 漏極 Drain,當(dāng)uGS0V時縱向電場 將靠近柵極下方的空穴向下排斥耗盡層。,（2）工作原理,當(dāng)uGS=0V時，漏源之間相當(dāng)兩個背靠背的 二極管，在d、s之間加上電壓也不會形成電流，即管子截止。,再增加uGS縱向電場 將P區(qū)少子電子聚集到 P區(qū)表面形成導(dǎo)電溝道，如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流id。,柵源電壓uGS的控制作用,定義： 開啟電壓（ UT）剛剛產(chǎn)生溝道所需的 柵源電壓UGS。,N溝道增強(qiáng)型MOS管的基本特性： uGS UT，管子截止，

36、 uGS UT，管子導(dǎo)通。 uGS 越大，溝道越寬，在相同的漏源電壓uDS作用下，漏極電流ID越大。,漏源電壓uDS對漏極電流id的控制作用,當(dāng)uGSUT，且固定為某一值時，來分析漏源電 壓VDS對漏極電流ID的影響。（設(shè)UT=2V， uGS=4V）,（a）uds=0時， id=0。,（b）uds id； 同時溝道靠漏區(qū)變窄。,（c）當(dāng)uds增加到使ugd=UT時， 溝道靠漏區(qū)夾斷，稱為預(yù)夾斷。,（d）uds再增加，預(yù)夾斷區(qū) 加長， uds增加的部分基本降落在隨之加長的夾斷溝道上， id基本不變。,（3）特性曲線,四個區(qū)： （a）可變電阻區(qū)（預(yù)夾斷前）。,輸出特性曲線：iD=f(uDS)uGS

37、=const,（b）恒流區(qū)也稱飽和 區(qū)（預(yù)夾斷 后）。,（c）夾斷區(qū)（截止區(qū)）。,（d）擊穿區(qū)。,可變電阻區(qū),恒流區(qū),截止區(qū),擊穿區(qū),轉(zhuǎn)移特性曲線： iD=f(uGS)uDS=const,可根據(jù)輸出特性曲線作出移特性曲線。 例：作uDS=10V的一條轉(zhuǎn)移特性曲線：,UT,轉(zhuǎn)移特性曲線(續(xù)),UDS = 10 V,VT,當(dāng) uGS VT 時：,uGS = 2VT 時的 iD 值,開啟電壓,O,一個重要參數(shù)跨導(dǎo)gm：,gm=iD/uGS uDS=const (單位mS) gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用。 在轉(zhuǎn)移特性曲線上， gm為的曲線的斜率。 在輸出特性曲線上也可求出gm。,二、

38、N 溝道耗盡型 MOSFET,Sio2 絕緣層中摻入正離子在 uGS = 0 時已形成溝道；在 DS 間加正電壓時形成 iD，,uGS VP 時，全夾斷。,二、 N 溝道耗盡型 MOSFET（續(xù)）,輸出特性,轉(zhuǎn)移特性,IDSS,VP,夾斷 電壓,飽和漏 極電流,當(dāng) uGS VP 時，,O,三、P 溝道 MOSFET,增強(qiáng)型,耗盡型,增強(qiáng)型N 溝道,增強(qiáng)型P 溝道,耗盡型N 溝道,耗盡型P 溝道,IDSS,FET 符號、特性的比較,N 溝道結(jié)型,P 溝道結(jié)型,2.4.3 場效應(yīng)管的主要參數(shù),開啟電壓 VT(增強(qiáng)型) 夾斷電壓 VP(耗盡型),指 uDS = 某值，使漏極 電流 iD 為某一小電流

39、時 的 uGS 值。,VT,2. 飽和漏極電流 IDSS,耗盡型場效應(yīng)管，當(dāng) uGS = 0 時所對應(yīng)的漏極電流。,UGS(th),3. 直流輸入電阻 RGS,指漏源間短路時，柵、源間加 反向電壓呈現(xiàn)的直流電阻。,JFET：RGS 107 ,MOSFET：RGS = 109 1015,4. 低頻跨導(dǎo) gm,反映了uGS 對 iD 的控制能力， 單位 S(西門子)。一般為幾毫西 (mS),O,PDM = uDS iD，受溫度限制。,5. 漏源動態(tài)電阻 rds,6. 最大漏極功耗 PDM,一、兩種半導(dǎo)體和兩種載流子,兩種載流 子的運(yùn)動,電子, 自由電子,空穴, 價電子,兩 種 半導(dǎo)體,N 型 (多電子),P 型 (多空穴),二、二極管,1. 特性, 單向?qū)щ?正向電阻小(理想為 0)，反向電阻大()。,小 結(jié),2. 主要參數(shù),正向 最大平均電流 IF,反向 ,最大反向工作電壓 U(BR)(超過則擊穿),反向飽和電流 IR (IS)(受溫度影響),IS,3. 二極管的等效模型,理想模型 (大信號狀態(tài)采用),正偏導(dǎo)通 電壓降為零 相當(dāng)于理想開關(guān)閉合,反偏截止 電流為零 相當(dāng)于理想開關(guān)斷開,恒壓降模型,UD(on),正偏電壓