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<p>单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第一章常用半导体器件,莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章基本放大电路,莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章多级放大电路,莆田学院 三电教研室模拟电路多媒体课件,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第五章放大电路的频率响应,莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电压比较器,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第六章放大电路中的反馈,莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章信号的运算和处理,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第七章信号的运算和处理,莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第一章常用半导体器件,莆田学院三电教研室模拟电路多媒体课件,多媒体教学课件,模拟电子技术基础,1,第四版童诗白,目录,1,常用半导体器件,2,基本放大电路,3,多级放大电路,4,集成运算放大电路,5,放大电路的频率响应,6,放大电路中的反馈,7,信号的运算和处理,8,波形的发生和信号的转换,9,功率放大电路,10,直流稳压电源,2,第三版童诗白,第一章 常用半导体器件,1.1,半导体基础知识,1.2,半导体二极管,1.3,双极型晶体管,1.4,场效应管,1.5,单结晶体管和晶闸管,1.6,集成电路中的元件,3,第三版童诗白,本章重点和考点：,1.,二极管的单向导电性、稳压管的原理。,2.,三极管的电流放大原理，,如何判断三极管的管型、管脚和管材。,3.,场效应管的分类、工作原理和特性曲线。,4,第三版童诗白,本章讨论的问题：,2.,空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子运动吗？,3.,什么是,N,型半导体？什么是,P,型半导体？,当二种半导体制作在一起时会产生什么现象？,4.PN,结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？它为什么具有单向性？在,PN,结中另反向电压时真的没有电流吗？,5.,晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的？场效应管是通过什么方式来控制漏极电流的？为什么它们都可以用于放大？,1.,为什么采用半导体材料制作电子器件？,5,1.1,半导体的基础知识,导体：,自然界中很容易导电的物质称为,导体,，金属一般都是导体。,绝缘体：,有的物质几乎不导电，称为,绝缘体,，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。,半导体：,另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为,半导体,，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。,一、,导体、半导体和绝缘体,PNJunction,6,半导体,的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：,当受外界热和光的作用时，,它的导电能力明显变化。,往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力和内部结构发生变化。,光敏器件,二极管,7,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为,本征半导体,将硅或锗材料提纯便形成单晶体，它的原子结构为共价键结构。,价电子,共价键,图,1.1.1,本征半导体结构示意图,二,、本征半导体的,晶体,结构,当温度,T,=0,K,时，半导体不导电，如同绝缘体。,8,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,图,1.1.2,本征半导体中的,自由电子和空穴,自由电子,空穴,若,T,，将有少数价电子克服共价键的束缚成为,自由电子,，在原来的共价键中留下一个空位,空穴。,T,自由电子,和,空穴,使,本征半导体具有导电能力，但很微弱。,空穴可看成带正电的载流子。,三,、本征半导体,中的两种载流子,（,动画,1-1,）,（,动画,1-2,）,9,四、,本征半导体中,载流子的浓度,在一定温度下,本征半导体中,载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。,本征半导体中,载流子的浓度公式：,T,=300 K,室温下,本征硅的电子和空穴浓度,:,n,=,p,=1.4310,10,/cm,3,本征锗的电子和空穴浓度,:,n,=,p,=2.3810,13,/cm,3,n,i,=,p,i,=,K,1,T,3/2,e,-E,GO,/,(2KT),本征激发,(,见动画,),复合,动态平衡,10,1.,半导体中两种载流子,带负电的,自由电子,带正电的,空穴,2.,本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为,电子,-,空穴对。,3.,本征半导体中,自由电子,和,空穴,的浓度,用,n,i,和,p,i,表示，显然,n,i,=,p,i,。,4.,由于物质的运动，自由电子和空穴不断的产生又不断的复合。,在一定的温度下，产生与复合运动会达到平衡，载流子的浓度就一定了。,5.,载流子的浓度与温度密切相关，它随着温度的升高，基本按指数规律增加。,小结,11,1.1.2,杂质半导体,杂质半导体有两种,N,型半导体,P,型半导体,一、,N,型半导体,(Negative),在硅或锗的晶体中掺入少量的,5,价,杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成,N,型半导体,(,或称电子型半导体,),。,常用的,5,价杂质元素有磷、锑、砷等。,12,本征半导体掺入,5,价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有,5,个价电子，其中,4,个与硅构成共价键，多余一个电子只受自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。,13,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+5,自由电子,施主原子,图,1.1.3,N,型半导体,5,价杂质原子称为,施主原子。,14,自由电子浓度远大于空穴的浓度，即,n,p,。,电子称为多数载流子,(,简称多子,),，,空穴称为少数载流子,(,简称少子,),。,15,二、,P,型半导体,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,+4,在硅或锗的晶体中掺入少量的,3,价,杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成,P,型半导体,。,+3,空穴浓度多于电子浓度，即,p,n,。,空穴为多数载流子,，电子为少数载流子。,3,价杂质原子称为,受主原子。,受主原子,空穴,图,1.1.4,P,型半导体,16,说明：,1.,掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度；温度决定少数载流子的浓度。,3.,杂质半导体总体上保持电中性。,4.,杂质半导体的表示方法如下图所示。,2.,杂质半导体,载流子的数目,要远远高于本征半导体，因而其导电能力大大改善。,(,a,),N,型半导体,(,b,),P,型半导体,图 杂质半导体的的简化表示法,17,在一块半导体单晶上一侧掺杂成为,P,型半导体，另一侧掺杂成为,N,型半导体，两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层，,称为,PN,结,。,P,N,PN,结,图,PN,结的形成,一、,PN,结的形成,1.1.3,PN,结,18,PN,结中载流子的运动,耗尽层,空间电荷区,P,N,1.,扩散运动,2.,扩散运动形成空间电荷区,电子和空穴浓度差形成,多数载流子的扩散运动。,PN,结，耗尽层。,P,N,（,动画,1-3,）,19,3.,空间电荷区产生内电场,P,N,空间电荷区,内电场,U,ho,空间电荷区正负离子之间电位差,U,ho,电位壁垒,；,内电场,；内电场阻止多子的扩散,阻挡层,。,4.,漂移运动,内电场有利于少子运动,漂移。,少子的运动与多子运动方向相反,阻挡层,20,5.,扩散与漂移的动态平衡,扩散运动使空间电荷区增大，扩散电流逐渐减小；,随着内电场的增强，漂移运动逐渐增加；,当扩散电流与漂移电流相等时，,PN,结总的电流等于零，空间电荷区的宽度达到稳定。,即,扩散运动与漂移运动达到动态平衡。,P,N,21,二、,PN,结的单向导电性,1.,PN,结,外加正向电压时处于导通状态,又称正向偏置，简称正偏。,外电场方向,内电场方向,耗尽层,V,R,I,图,1.1.6,P,N,22,二、,PN,结的单向导电性,1.,PN,结,外加正向电压时处于导通状态,又称正向偏置，简称正偏。,外电场方向,内电场方向,耗尽层,V,R,I,空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流。,图,1.1.6,P,N,23,在,PN,结加上一个很小的正向电压，即可得到较大的正向电流，为防止电流过大，可接入电阻,R,。,2.,PN,结,外加反向电压时处于截止状态,(,反偏,),反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内电场的作用；,外电场使空间电荷区变宽；,不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩散电流，电路中产生反向电流,I,；,由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。,24,耗尽层,图,1.1.7,PN,结加反相电压时截止,反向电流又称,反向饱和电流,。,对温度十分敏感,，,随着温度升高，,I,S,将急剧增大,。,P,N,外电场方向,内电场方向,V,R,I,S,25,当,PN,结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流，,PN,结处于,导通状态,；,当,PN,结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零，,PN,结处于,截止状态,。,（动画,1-4,）,（动画,1-5,）,综上所述：,可见，,PN,结具有,单向导电性,。,26,I,S,：反向饱和电流,U,T,：温度的电压当量,在常温,(,300 K,),下，,U,T,26 mV,三、,PN,结的电流方程,PN,结所加端电压,u,与流过的电流,i,的关系为,公式推导过程略,27,四、,PN,结的伏安特性,i,=,f,(,u,),之间的关系曲线。,60,40,20,0.002,0.004,0,0.5,1.0,25,50,i,/mA,u,/V,正向特性,死区电压,击穿电压,U,(BR),反向特性,图,1.1.10,PN,结的伏安特性,反向击穿,28,五、,PN,结的电容效应,当,PN,上的电压发生变化时，,PN,结中储存的电荷量将随之发生变化，使,PN,结具有电容效应。,电容效应包括两部分,势垒电容,扩散电容,1.,势垒电容,C,b,是由,PN,结的空间电荷区变化形成的。,(,a,),PN,结加正向电压,（,b,),PN,结加反向电压,-,N,空间,电荷区,P,V,R,I,+,U,N,空间,电荷区,P,R,I,+,-,U,V,29,空间电荷区的正负离子数目发生变化，如同电容的放电和充电过程。,势垒电容的大小可用下式表示：,由于,PN,结,宽度,l,随外加电压,u,而变化，因此,势垒电容,C,b,不是一个常数,。其,C,b,=,f,(,U,),曲线如图示。,：半导体材料的介电比系数；,S,：结面积；,l,：耗尽层宽度。,O,u,C,b,图,1.1.11,（,b),30,2.,扩散电容,C,d,Q,是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的。,在某个正向电压下，,P,区中的电子浓度,n,p,(,或,N,区的空穴浓度,p,n,),分布曲线如图中曲线,1,所示。,x,=0,处为,P,与 耗尽层的交界处,当电压加大，,n,p,(,或,p,n,),会升高，如曲线,2,所示,(,反之浓度会降低,),。,O,x,n,P,Q,1,2,Q,当加反向电压时，扩散运动被削弱，扩散电容的作用可忽略。,Q,正向电压变化时，变化载流子积累电荷量发生变化，相当于电容器充电和放电的过程,扩散电容效应。,图,1.1.12,P,N,PN,结,31,综上所述：,PN,结总的结电容,C,j,包括势垒电容,C,b,和扩散电容,C,d,两部分,。,C,b,和,C,d,值都很小，通常为几个皮法,几十皮法，有些结面积大的二极管可达几百皮法。,当反向偏置时，势垒电容起主要作用，可以认为,C,j,C,b,。,一般来说，当二极管正向偏置时，扩散电容起主要作用，即可以认为,C,j,C,d,；,在信号频率较高时，须考虑结电容的作用。,32,1.2,半导体二极管,在,PN,结上加上引线和封装，就成为一个二极管。,二极管按结构分有,点接触型、面接触型和平面型,图,1.2.1,二极管的几种,外形,33,1,点接触型二极管,(a),点接触型,二极管的结构示意图,1.2.1,半导体二极管的几种常见结构,PN,结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。,34,3,平面型二极管,往往用于集成电路制造工艺中。,PN,结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。,2,面接触型二极管,PN,结面积大，用于工频大电流整流电路。,(b),面接触型,(c),平面型,4,二极管的代表符号,D,35,1.2.2,二极管的伏安特性,二极管的伏安特性曲线可用下式表示,硅二极管,2CP10,的,伏安,特性,正向特性,反向特性,反向击穿特性,开启电压：,0.5V,导通电压：,0.7,一、伏安特性,锗二极管,2AP15,的,伏安,特性,U,on,U,(BR),开启电压：,0.1V,导通电压：,0.2V,36,二、温度对二极管伏安特性的影响,(,了解,),在环境温度升高时，二极管的正向特性将左移，反向特性将下移。,二极管的特性对温度很敏感。,50,I,/mA,U,/V,0.2,0.4,25,5,10,15,0.01,0.02,0,温度增加,37,1.2.3,二极管的参数,(1),最大整流电流,I,F,(2),反向击穿电压,U,（,BR,）,和最高反向工作电压,U,RM,(3),反向电流,I,R,(4),最高工作频率,f,M,(5),极间电容,C,j,在实际应用中，应根据管子所用的场合，按其所承受的最高反向电压、最大正向平均电流、工作频率、环境温度等条件，选择满足要求的二极管。,38,1.2.4,二极管,等效电路,一、由伏安特性折线化得到的等效电路,1.,理想模型,2.,恒压降模型,3.,折线模型,39,二、二极管的微变等效电路,二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻。,即,根据,得,Q,点处的微变电导,则,常温下（,T,=300K,）,图,1.2.7,二极管的微变等效电路,40,应用举例,二极管的静态工作情况分析,分析步骤：,1.,根据已知条件或实际情况确定二极管采用的模型,2.,将二极管断开，分别计算,V,A,V,K,并判断二极管的通断,3.,套入相应的模型对原电路进行变换,4.,计算,41,应用举例,计算二极管,电流,和两端的,电压,理想模型,（,R,=10k,）,V,DD,=10V,时,恒压模型,（硅二极管典型值）,42,应用举例,二极管的静态工作情况分析,（,R,=10k,）,V,DD,=10V,时,折线模型,（硅二极管典型值）,设,P22,例,1.2.1,43,应用举例,例,1,：,P69,习题,1.2,解：二极管采用理想模型,u,i,和,u,o,的波形如图所示,44,1.2.5,稳压二极管,一、稳压管的伏安特性,(a),符号,(b)2CW17,伏安特性,利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态，反向电压应大于稳压电压。,D,Z,45,(1),稳定电压,U,Z,(2),动态电阻,r,Z,在规定的稳压管反向工作电流,I,Z,下，所对应的反向工作电压。,r,Z,=,V,Z,/,I,Z,(3),最大耗散功率,P,ZM,(4),最大稳定工作电流,I,Zmax,和最小稳定工作电流,I,Zmin,(5),温度系数,V,Z,二、稳压管的主要参数,46,稳压电路,正常稳压时,U,O,=,U,Z,#,不加,R,可以吗？,#,上述电路,U,I,为正弦波，且幅值大于,U,Z,，,U,O,的波形是怎样的？,（,1,）,.,设电源电压波动,(,负载不变,),U,I,U,O,U,Z,I,Z,U,O,U,R,I,R,（,2,）,.,设负载变化,(,电源不变,),略,如电路参数变化？,U,O,U,I,47,例,1,：稳压二极管的应用,R,L,u,i,u,O,R,D,Z,i,i,z,i,L,U,Z,稳压二极管技术数据为：稳压值,U,Z,=10V,，,I,zmax,=12mA,，,I,zmin,=2mA,，负载电阻,R,L,=2k,，输入电压,u,i,=12V,，限流电阻,R=200,，求,i,Z,。,若,负载电阻,变化范围为,1.5,k,-4,k,，是否还能稳压？,48,R,L,u,i,u,O,R,D,Z,i,i,z,i,L,U,Z,U,Z,=10V,u,i,=12V,R=200,I,zmax,=12mA I,zmin,=2mA,R,L,=2k,(1.5,k,4,k,),i,L,=u,o,/R,L,=U,Z,/R,L,=10/2=5,（,mA,）,i=,（,u,i,-,U,Z,）,/R=,（,12-10,）,/0.2=10,（,mA,）,i,Z,=i-i,L,=10-5=5,（,mA,）,R,L,=,1.5,k,i,L,=10/1.5=6.7,（,mA,）,i,Z,=10-6.7=3.3,（,mA,）,R,L,=,4,k,i,L,=10/4=2.5,（,mA,）,i,Z,=10-2.5=7.5,（,mA,）,负载变化,但,i,Z,仍在,12mA,和,2mA,之间,所以稳压管仍能起,稳压作用,49,例,2,：稳压二极管的应用,解：,u,i,和,u,o,的波形如图所示,（,U,Z,3V,）,u,i,u,O,D,Z,R,(a),(b),u,i,u,O,R,D,Z,50,一、发光二极管,LED,(,Light Emitting Diode,),1.,符号和特性,工作条件：,正向偏置,一般工作电流几,mA,，,导通电压,(1,2)V,符号,u,/V,i,/mA,O,2,特性,1.2.6,其它类型的二极管,51,发光类型：,可见光：,红、黄、绿,显示类型：,普通,LED,，,不可见光：,红外光,点阵,LED,七段,LED,52,二、光电二极管,符号和特性,符号,特性,u,i,O,E,=200 lx,E,=400 lx,工作原理：,三、变容二极管,四、隧道二极管,五、肖特基二极管,无光照时，与普通二极管一样。,有光照时，分布在第三、四象限。,低功耗、大电流、超高速半导体器件。其反向恢复时间极短（可以小到几纳秒），正向导通压降仅,0.4V,左右，而整流电流大,.,优点是开关特性好，速度快、工作频率高,53,1.3,双极型晶体管,(,BJT,),又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。,(,Bipolar Junction Transistor,),三极管的外形如下图所示。,三极管有两种导电类型：,NPN,型和,PNP,型。,主要以,NPN,型为例进行讨论。,图,1.3.1,三极管的外形,X,：低频小功率管,D,：低频大功率管,G,：高频小功率管,A,：高频大功率管,54,图,1.3.2(b),三极管结构示意图和符号,NPN,型,e,c,b,符号,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极,c,基极,b,发射极,e,N,N,P,1.3.1,晶体管的结构及类型,55,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极,c,发射极,e,基极,b,c,b,e,符号,N,N,P,P,N,图,1.3.2,三极管结构示意图和符号,(,b,),PNP,型,56,1.3.2,晶体管的电流放大作用,以,NPN,型三极管为例讨论,c,N,N,P,e,b,b,e,c,表面看,三极管若实现放大，必须从,三极管内部结构,和,外部所加电源的极性,来保证。,不表示两个二极管连接起来就是三极管,57,三极管内部结构要求：,N,N,P,e,b,c,N,N,N,P,P,P,1.,发射区高掺杂。,2.,基区做得很薄,。通常只有几微米到几十微米，而且,掺杂较少,。,三极管放大的外部条件,：外加电源的极性应使,发射结处于正向偏置,状态，而,集电结处于反向偏置,状态。,3.,集电结面积大。,58,b,e,c,R,c,R,b,一、晶体管内部载流子的运动,I,E,I,B,发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流,发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区,形成发射极电流,I,E,(,基区多子数目较少，空穴电流可忽略,),。,2.,扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流,电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流,I,bn,，,复合掉的空穴由,V,BB,补充,。,多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。,晶体管内部载流子的运动,59,b,e,c,I,E,I,B,R,c,R,b,3.,集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流,I,c,集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流,I,cn,。,其能量来自外接电源,V,CC,。,I,C,另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成,反向,饱和电流,，,用,I,CBO,表示,。,I,CBO,晶体管内部载流子的运动,60,b,e,c,e,R,c,R,b,二、晶体管的电流分配关系,I,Ep,I,CBO,I,E,I,C,I,B,I,En,I,Bn,I,Cn,I,C,=,I,Cn,+,I,CBO,I,E,=,I,C,+,I,B,图,1.3.4,晶体管内部载流子的运动与外部电流,61,三、晶体管的共射电流放大系数,整理可得：,I,CBO,称反向饱和电流,I,CEO,称穿透电流,1,、共射直流电流放大系数,V,CC,R,b,+,V,BB,C,1,T,I,C,I,B,C,2,R,c,+,共发射极接法,62,直流参数 与交流参数,、,的含义是不同的，但是，对于大多数三极管来说，直流和交流的数值却差别不大，计算中，可不将它们严格区分。,2,、共射交流电流放大系数,63,3,、共基直流电流放大系数,或,4,、共基交流电流放大系数,5.,的关系,I,C,I,E,+,C,2,+,C,1,V,EE,R,e,V,CC,R,c,共基极接法,64,1.3.3,晶体管的共射特性曲线,u,CE,=0V,u,BE,/,V,i,B,=,f,(,u,BE,),U,CE,=const,(2),当,u,CE,1V,时，,u,CB,=,u,CE,-,u,BE,0,，集电结已进入反偏状态，开始收,集电子，基区复合减少，在同样的,u,BE,下,I,B,减小，特性曲线右移。,(1),当,u,CE,=0V,时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,一,.,输入特性曲线,u,CE,=0V,u,CE,1V,u,BE,/,V,+,-,b,c,e,共射极放大电路,U,BB,U,CC,u,BE,i,C,i,B,+,-,u,CE,65,i,C,=,f,(,u,CE,),I,B,=const,二、输出特性曲线,+,-,b,c,e,共射极放大电路,U,BB,U,CC,u,BE,i,C,i,B,+,-,u,CE,测量方法说明,66,输出特性曲线的三个区域,:,放大区：,条件：,发射结正偏，集电结反偏,特点,：,i,C,的大小不受,u,CE,的影响，只受,I,B,的控制。,如何根据曲线获得,值,67,输出特性曲线的三个区域,:,截止区：,条件：,发射结反偏（不导通），集电结反偏,特点,：,i,C,电流趋近于,0,。,等效模型,：,相当于开关断开,68,输出特性曲线的三个区域,:,饱和区：,条件：,发射结正偏，集电结正偏,特点,：,i,B,、,i,C,大到一定数值后三极管进入该区域，,U,CE,电压的数值较小,。,等效模型,69,三极管的参数分为三大类,:,直流参数、交流参数、极限参数,一、直流参数,1.,共发射极直流电流放大系数,=,（,I,C,I,CEO,）,/,I,B,I,C,/,I,B,v,CE,=const,1.3.4,晶体管,的主要参数,2.,共基直流电流放大系数,3.,集电极基极间反向饱和电流,I,CBO,集电极发射极间的反向饱和电流,I,CEO,I,CEO,=,（,1+,）,I,CBO,70,二、交流参数,1.,共发射极交流电流放大系数,=,i,C,/,i,B,U,CE,=const,2.,共基极交流电流放大系数,=,i,C,/,i,E,U,CB,=const,3.,特征频率,f,T,值下降到,1,的信号频率,71,1.,最大集电极耗散功率,P,CM,P,CM,=,i,C,u,CE,三、,极限参数,2.,最大集电极电流,I,CM,3.,反向击穿电压,U,CBO,发射极开路时的集电结反 向击穿电压。,U,EBO,集电极开路时发射结的反 向击穿电压。,U,CEO,基极开路时集电极和发射,极间的击穿电压。,几个击穿电压有如下关系,U,CBO,U,CEO,U,EBO,72,由,P,CM,、,I,CM,和,U,CEO,在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。,输出特性曲线上的过损耗区和击穿区,P,CM,=,i,C,u,CE,U,(BR)CEO,U,CE,/V,73,1.3.5,温度对晶体管特性及参数的影响,一、温度对,I,CBO,的影响,温度每升高,10,0,C,，,I,CBO,增加约一倍。,反之，当温度降低时,I,CBO,减少。,硅管的,I,CBO,比锗管的小得多。,二、温度对输入特性的影响,温度升高时正向特性左移，反之右移,60,40,20,0,0.4,0.8,I,/mA,U,/V,温度对输入特性的影响,20,0,60,0,三、温度对输出特性的影响,温度升高将导致,I,C,增大,i,C,u,CE,O,i,B,20,0,60,0,温度对输出特性的影响,74,三极管工作状态的判断,例,1,：,测量某,NPN,型,BJT,各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？,（,1,）,V,C,6V,V,B,0.7V,V,E,0V,（,2,）,V,C,6V,V,B,4V,V,E,3.6V,（,3,）,V,C,3.6V,V,B,4V,V,E,3.4V,解：,原则：,正偏,反偏,反偏,集电结,正偏,正偏,反偏,发射结,饱和,放大,截止,对,NPN,管而言，放大时,V,C,V,B,V,E,对,PNP,管而言，放大时,V,C,V,B,V,E,（,1,）放大区,（,2,）截止区,（,3,）饱和区,75,例,2,某放大电路中,BJT,三个电极的电流如图所示。,I,A,-2mA,I,B,-0.04mA,I,C,+2.04mA,试判断管脚、管型。,解：电流判断法。,电流的正方向和,KCL,。,I,E,=,I,B,+,I,C,A,B,C,I,A,I,B,I,C,C,为发射极,B,为基极,A,为集电极。,管型为,NPN,管。,76,例,3,：,测得工作在,放大电路中,几个晶体管三个电极的电位,U,1,、,U,2,、,U,3,分别为：,（,1,）,U,1,=3.5V,、,U,2,=2.8V,、,U,3,=12V,（,2,）,U,1,=3V,、,U,2,=2.8V,、,U,3,=12V,（,3,）,U,1,=6V,、,U,2,=11.3V,、,U,3,=12V,（,4,）,U,1,=6V,、,U,2,=11.8V,、,U,3,=12V,判断它们是,NPN,型还是,PNP,型？是硅管还是锗管？并确定,e,、,b,、,c,。,（,1,）,U,1,b,、,U,2,e,、,U,3,c NPN,硅,（,2,）,U,1,b,、,U,2,e,、,U,3,c NPN,锗,（,3,）,U,1,c,、,U,2,b,、,U,3,e PNP,硅,（,4,）,U,1,c,、,U,2,b,、,U,3,e PNP,锗,原则：先求,U,BE,，若等于,0.6-0.7V,，为硅管；若等于,0.2-0.3V,，为锗管。发射结正偏，集电结反偏。,NPN,管,U,BE,0,，,U,BC,0,，,即,U,C,U,B,U,E,。,PNP,管,U,BE,0,，,U,BC,0,，,即,U,C,U,B,U,E,。,解：,77,1.3.6,光电三极管,一、等效电路、符号,二、光电三极管的输出特性曲线,c,e,c,e,i,C,u,CE,O,图,1.3.11,光电三极管的输出特性,E,1,E,2,E,3,E,4,E,0,78,复习,1.BJT,放大电路三个 电流关系？,I,E,=,I,C,+,I,B,2.BJT,的输入、输出特性曲线？,u,CE,=0V,u,CE,1V,u,BE,/,V,3.BJT,工作状态如何判断？,79,1.4,场效应三极管,场效应管：,一种载流子参与导电，利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的三极管，又称,单极型三极管。,场效应管分类,结型场效应管,绝缘栅场效应管,特点,单极型器件,(,一种载流子导电,),；,电压控制型器件；,重量轻、体积小、寿命长等优点。,输入电阻高；,80,N,沟道,P,沟道,增强型,耗尽型,N,沟道,P,沟道,N,沟道,P,沟道,（耗尽型）,FET,场效应管,JFET,结型,MOSFET,绝缘栅型,(IGFET),场效应管,分类：,81,D,S,G,N,符号,1.4.1,结型场效应管,Junction Field Effect Transistor,结构,图,1.4.1,N,沟道结型场效应管结构图,N,型沟道,N,型硅棒,栅极,源极,漏极,P,+,P,+,P,型区,耗尽层,(,PN,结,),在漏极和源极之间加上一个正向电压，,N,型半导体中多数载流子,电子,可以导电。,导电沟道是,N,型的，称,N,沟道结型场效应管,。,82,P,沟道场效应管,P,沟道结型场效应管结构图,N,+,N,+,P,型沟道,G,S,D,P,沟道场效应管是在,P,型硅棒的两侧做成高掺杂的,N,型区,(,N,+,),，,导电沟道为,P,型,，多数载流子为空穴。,符号,G,D,S,83,一、结型场效应管工作原理,N,沟道结型场效应管,用改变,U,GS,大小来控制漏极电流,I,D,的。,(VCCS),G,D,S,N,N,型沟道,栅极,源极,漏极,P,+,P,+,耗尽层,*,在栅极和源极之间加反向电压，耗尽层会变宽，导电沟道宽度减小，使沟道本身的电阻值增大，漏极电流,I,D,减小，反之，漏极,I,D,电流将增加。,*,耗尽层的宽度改变主要在沟道区。,84,1.,当,U,DS,=0,时,，,u,GS,对导电沟道的控制作用,I,D,=0,G,D,S,N,型沟道,P,+,P,+,(,a,),U,GS,=0,U,GS,=0,时，耗尽层比较窄，导电沟比较宽,U,GS,由零逐渐减小，耗尽层逐渐加宽，导电沟相应变窄。,当,U,GS,=,U,GS,（,Off),，耗尽层合拢，导电沟被夹断,.,I,D,=0,G,D,S,P,+,P,+,N,型沟道,(,b,),U,GS(off),U,GS,U,GS,（,Off),，,i,D,较大,。,G,D,S,P,+,N,i,S,i,D,P,+,P,+,V,DD,V,GG,u,GS,U,GS,（,Off),，,i,D,更小。,G,D,S,N,i,S,i,D,P,+,P,+,V,DD,注意：当,u,DS,0,时，耗尽层呈现楔形。,(,a,),(,b,),u,GD,u,GS,u,DS,86,G,D,S,P,+,N,i,S,i,D,P,+,P,+,V,DD,V,GG,u,GS,0,u,GD,=,U,GS(off),沟道变窄预夹断,u,GS,0,u,GD,u,GS(off),夹断，,i,D,几乎不变,(,1,),改变,u,GS,，,改变了,PN,结中电场，控制了,i,D,，故称场效应管；,(,2,),结型场效应管栅源之间加反向偏置电压，使,PN,反偏，栅极基本不取电流，因此，场效应管输入电阻很高。,(,c,),(,d,),N,G,S,D,+,V,GG,P,+,P,+,V,DD,+,-,A,87,3.,当,u,GD,u,GS(off),时，,u,GS,对漏极电流,i,D,的控制作用,场效应管用,低频跨导,g,m,的大小描述栅源电压对漏极电流的控制作用。,场效应管为电压控制元件,(VCCS),。,u,GD,u,GS,u,DS,u,GS(off),情况下,即当,u,DS,u,GS,-,u,GS(off),对应于不同的,u,GS,，,d-s,间等效成不同阻值的电阻。,(2),当,u,DS,使,u,GD,u,GS(off),时，,d-s,之间预夹断,(3),当,u,DS,使,u,GD,u,GS(off),时，,i,D,几乎仅仅决定于,u,GS,，而与,u,DS,无关。此时，,可以把,i,D,近似看成,u,GS,控制的电流源。,89,二、结型场效应管的特性曲线,1.,输出特性曲线,当栅源之间的电压,U,GS,不变时，漏极电流,i,D,与漏源之间电压,u,DS,的关系，即,90,I,DSS,/V,i,D,/,mA,u,DS,/,V,O,U,GS,=0V,-,1,-,2,-,3,-,4,-,5,-,6,-,7,预夹断轨迹,恒流区,可变电阻区,漏极特性也有三个区：,可变电阻区、恒流区和夹断区。,图,1.4.5,(,b,),漏极特性,输出特性,（,漏极特性）,曲线,夹断区,U,DS,i,D,V,DD,V,GG,D,S,G,V,+,V,+,u,GS,图,1.4.5(a),特性曲线测试电路,+,mA,击穿区,91,2.,转移特性,(,N,沟道结型场效应管为例,),O,u,GS,i,D,I,DSS,U,GS(off),图,1.4.6,转移特性,u,GS,=0,，,i,D,最大；,u,GS,愈负，,i,D,愈小；,u,GS,=,U,GS(off),，,i,D,0,。,两个重要参数,饱和漏极电流,I,DSS,(,U,GS,=0,时的,I,D,),夹断电压,U,GS(off),(,I,D,=0,时的,U,GS,),U,DS,i,D,V,DD,V,GG,D,S,G,V,+,V,+,u,GS,特性曲线测试电路,+,mA,92,转移特性,O u,GS,/,V,I,D,/mA,I,DSS,U,P,图,1.4.6,转移特性,结型场效应管转移特性曲线的近似公式：,93,结型,P,沟道的特性曲线,S,G,D,转移特性曲线,i,D,U,GS,（,Off,）,I,DSS,O,u,GS,输出特性曲线,i,D,U,GS,=0V,+,u,DS,+,+,o,栅源加正偏电压，,(PN,结反偏,),漏源加反偏电压。,94,1.4.2,绝缘栅型场效应管,MOSFET,Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,由金属、氧化物和半导体制成。称为,金属,-,氧化物,-,半导体场效应管,，或简称,MOS,场效应管,。,特点：输入电阻可达,10,10,以上。,类型,N,沟道,P,沟道,增强型,耗尽型,增强型,耗尽型,U,GS,=0,时漏源间存在导电沟道称,耗尽型场效应管；,U,GS,=0,时漏源间不存在导电沟道称,增强型场效应管。,95,一、,N,沟道增强型,MOS,场效应管,结构,P,型衬底,N,+,N,+,B,G,S,D,SiO,2,源极,S,漏极,D,衬底引线,B,栅极,G,图,1.4.7,N,沟道增强型,MOS,场效应管的结构示意图,S,G,D,B,96,1.,工作原理,绝缘栅场效应管利用,U,GS,来控制,“,感应电荷,”,的多少，改变由这些,“,感应电荷,”,形成的导电沟道的状况，以控制漏极电流,I,D,。,2.,工作原理分析,(,1,),U,GS,=0,漏源之间相当于两个背靠背的,PN,结，无论漏源之间加何种极性电压，,总是不导电,。,S,B,D,97,(,2,),U,DS,=0,，,0,U,GS,U,T,),导电沟道呈现一个楔形。漏极形成电流,I,D,。,b.,U,DS,=,U,GS,U,T,，,U,GD,=,U,T,靠近漏极沟道达到临界开启程度，出现预夹断。,c.,U,DS,U,GS,U,T,，,U,GD,U,T,由于夹断区的沟道电阻很大，,U,DS,逐渐增大时，导电沟道两端电压基本不变，,i,D,因而基本</p>