模拟电子技术童诗白市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

第一章第一章 惯用半导体器件惯用半导体器件1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.3 1.3 双极型晶体管双极型晶体管1.4 1.4 场效应管场效应管第第1页页1.1.熟悉熟悉P P型、型、N N型半导体基本结构及特征型半导体基本结构及特征 ；2.2.掌握掌握PNPN结单向导电性结单向导电性 。1.P 1.P型、型、N N型半导体形成和电结构特点；型半导体形成和电结构特点；2.PN2.PN结正向和反向导电特征结正向和反向导电特征 。1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识学习目标：学习目标：学习目标：学习目标：学习重点：学习重点：学习重点：学习重点：第第2页页 1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识一、本征半导体一、本征半导体1 1、半导体、半导体纯净含有晶体结构半导体称为本征半导体。纯净含有晶体结构半导体称为本征半导体。依据材料导电能力，依据材料导电能力，能够将他们划分为导体、能够将他们划分为导体、绝缘体和半导体。经典绝缘体和半导体。经典半导体是半导体是硅硅SiSi和和锗锗GeGe，它们都是四价元素它们都是四价元素。硅原子硅原子锗原子锗原子下一页上一页章目录硅硅和和锗锗最最外外层层轨轨道道上上四四个电子称为个电子称为价电子价电子。晶体结构是指晶体周期性结晶体结构是指晶体周期性结构。即晶体以其内部构。即晶体以其内部原子原子、离子离子、分子分子在空间作三维周在空间作三维周期性规则排列为其最基本结期性规则排列为其最基本结构特征构特征第第3页页空穴空穴自由自由电子电子2 2、本征半导体晶体结构、本征半导体晶体结构+4+4+4+4+4+4+4+4+4（1）共价键共价键：相邻两个原：相邻两个原子共用一对最外层电子（价子共用一对最外层电子（价电子）组合称为共价键。电子）组合称为共价键。（2）束缚电子束缚电子：共价键中价：共价键中价电子受共价键束缚。电子受共价键束缚。（3）自由电子自由电子：共价键中电子取得一定能量（热能）：共价键中电子取得一定能量（热能）后，摆脱共价键束缚（后，摆脱共价键束缚（本征激发本征激发），形成自由电子。），形成自由电子。（4）空穴空穴：电子摆脱共价键束缚形成自由电子后，共：电子摆脱共价键束缚形成自由电子后，共价键中留下一个空位，称为空穴。空穴带正电。价键中留下一个空位，称为空穴。空穴带正电。下一页上一页章目录共价键共价键束缚束缚电子电子第第4页页+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由电子运动方向与自由电子运动方向与空穴运动方向相反。空穴运动方向相反。3 3、本征半导体中两种载流子、本征半导体中两种载流子自由电子自由电子载流子载流子空穴空穴载流子：能够自由移动带电粒子。载流子：能够自由移动带电粒子。第第5页页4 4、本征半导体中载流子浓度、本征半导体中载流子浓度本征激发本征激发：半导体在受热：半导体在受热或光照下产生或光照下产生“电子空穴对电子空穴对”现象称为本征激发。现象称为本征激发。复合复合：自由电子填补空穴，使二者消失现象称为：自由电子填补空穴，使二者消失现象称为复合。复合。动态平衡动态平衡：在一定温度下，：在一定温度下，本征激发产生本征激发产生“电子电子空穴对空穴对”，与复合，与复合“电子空穴对电子空穴对”数目相等，到达数目相等，到达动动态平衡态平衡。在一定温度下，在一定温度下，载流子浓度一定。载流子浓度一定。下一页上一页章目录+4+4+4+4+4+4+4+4+4第第6页页下一页上一页章目录本征半导体载流子浓度为：本征半导体载流子浓度为：T=300K时，本征半导体中载流子浓度比较低，导时，本征半导体中载流子浓度比较低，导电能力差。电能力差。Si：1.431010cm-3Ge：2.381013cm-3T：热力学温度；：热力学温度；k：玻耳兹曼常数（：玻耳兹曼常数（8.6310-5eV/K）；）；K1：与半导体材料载流子有效质量、有效能级密：与半导体材料载流子有效质量、有效能级密度相关常量。（度相关常量。（Si：3.871016cm-3K-3/2，Ge：1.761016cm-3K-3/2）；）；EGO：热力学零度时破坏共价键所需能量，又称禁：热力学零度时破坏共价键所需能量，又称禁带宽度带宽度 （Si：1.21eV1.21eV，Ge：0.785eV0.785eV）；）；第第7页页自由电子自由电子施主离子施主离子电子空穴对电子空穴对自由电子自由电子二、杂质半导体二、杂质半导体1、N型半导体型半导体下一页上一页章目录掺入微量杂质，可使半导体导电性能大大增强。按掺入微量杂质，可使半导体导电性能大大增强。按掺入杂质元素不一样，可形成掺入杂质元素不一样，可形成N型半导体型半导体和和P型半导体型半导体。在本征半导体中掺入微量五价元素。在本征半导体中掺入微量五价元素。+N型半导体硅原子硅原子多出电子多出电子磷原子磷原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多数载流子多数载流子-自由电子自由电子 少数载流子少数载流子-空穴空穴 第第8页页受主离子受主离子电子空穴对电子空穴对空穴空穴2、P型半导体型半导体下一页上一页章目录在本征半导体中掺入微量三价元素。在本征半导体中掺入微量三价元素。P型半导体硅原子硅原子空位空位硼原子硼原子多数载流子多数载流子-空穴空穴 少数载流子少数载流子自由电子自由电子+4+4+4+4+4+4+4+4+3空穴空穴第第9页页1.1.在杂质半导体中多子数量与在杂质半导体中多子数量与在杂质半导体中多子数量与在杂质半导体中多子数量与（a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）相关。温度）相关。温度）相关。温度）相关。2.2.在杂质半导体中少子数量与在杂质半导体中少子数量与在杂质半导体中少子数量与在杂质半导体中少子数量与（a.a.掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、掺杂浓度、b.b.温度）相关。温度）相关。温度）相关。温度）相关。3.3.当温度升高时，少子数量当温度升高时，少子数量当温度升高时，少子数量当温度升高时，少子数量（a.a.降低、降低、降低、降低、b.b.不变、不变、不变、不变、c.c.增多）。增多）。增多）。增多）。a ab bc c4.4.在外加电压作用下，在外加电压作用下，在外加电压作用下，在外加电压作用下，PP型半导体中电流型半导体中电流型半导体中电流型半导体中电流主要是主要是主要是主要是 ，NN型半导体中电流主要是型半导体中电流主要是型半导体中电流主要是型半导体中电流主要是。（a.a.电子电流、电子电流、电子电流、电子电流、b.b.空穴电流）空穴电流）空穴电流）空穴电流）b ba a第第10页页三、三、PN结结1、PN结形成结形成下一页上一页章目录形成过程：形成过程：P型和型和N型半导体结合型半导体结合扩散运动扩散运动内电场建立内电场建立妨碍扩散运动妨碍扩散运动促使漂移运动促使漂移运动动态平衡动态平衡形成空间电荷区形成空间电荷区PNPN结形成结形成多子浓度差多子浓度差空间电荷区空间电荷区耗尽层耗尽层N区区P区区内电场内电场+自由电子自由电子空穴空穴第第11页页2 2 2 2、PNPNPNPN结单向导电性结单向导电性结单向导电性结单向导电性（1 1 1 1）PNPNPNPN结上加正向电压结上加正向电压结上加正向电压结上加正向电压下一页上一页章目录空间电空间电荷区荷区N区区P区区+内电场内电场外电场外电场外电场将载流外电场将载流子推入空间电荷区，子推入空间电荷区，抵消一部分空间电荷，抵消一部分空间电荷，使空间电荷区变窄，使空间电荷区变窄，减弱内电场；减弱内电场；扩散运动增强，扩散运动增强，漂移运动减弱，平衡被漂移运动减弱，平衡被打破，扩散运动大于漂打破，扩散运动大于漂移运动；移运动；在电源作用下，扩散运动不停进行，形成正向电流，在电源作用下，扩散运动不停进行，形成正向电流，PN结处于导通状态。结处于导通状态。I第第12页页（2 2 2 2）PNPNPNPN结上加反向电压结上加反向电压结上加反向电压结上加反向电压下一页上一页章目录空间电空间电荷区荷区N区区P区区+内电场内电场外电场外电场外电场与内电场外电场与内电场方向一致，空间电荷区方向一致，空间电荷区变宽，内电场增强；变宽，内电场增强；扩散运动减弱，扩散运动减弱，漂移运动增强，平衡被漂移运动增强，平衡被打破，漂移运动大于扩打破，漂移运动大于扩散运动；散运动；漂移运动是少子运动，少子浓度小，形成反向电流漂移运动是少子运动，少子浓度小，形成反向电流很小，很小，PN结处于截止状态。结处于截止状态。IS第第13页页（3 3 3 3）PNPNPNPN结单向导电性结单向导电性结单向导电性结单向导电性3 3、PNPNPNPN结电流方程结电流方程结电流方程结电流方程下一页上一页章目录PN结加正向电压，结电阻很小，正向电流较大，处结加正向电压，结电阻很小，正向电流较大，处于导通状态；于导通状态；PN结加反向电压，结电阻很大，反向电流结加反向电压，结电阻很大，反向电流很小，处于截止状态；很小，处于截止状态；其中：其中：IS：反向饱和电流；反向饱和电流；q：电子电量；：电子电量；k：玻耳兹曼常数；：玻耳兹曼常数；T：热力学温度：热力学温度.令：令：则：则：第第14页页4 4、PNPNPNPN结伏安特征结伏安特征结伏安特征结伏安特征下一页上一页章目录uiOU(BR)（1 1）正向特征）正向特征）正向特征）正向特征（2 2）反向特征）反向特征）反向特征）反向特征当当uUT 时，时，当当a、b、当反向电压超出一定数值当反向电压超出一定数值U(BR)后，反向电流急剧增加，后，反向电流急剧增加，称之为称之为反向击穿。反向击穿。齐纳击穿齐纳击穿:雪崩击穿雪崩击穿:较高反向电压在较高反向电压在PN结空间电荷区形成一个结空间电荷区形成一个强强电场电场，直接破坏共价键形成，直接破坏共价键形成“电子空穴对电子空穴对”，使得电流急剧增大；，使得电流急剧增大；电子及空穴与晶体原子发生电子及空穴与晶体原子发生碰撞碰撞，使共价键，使共价键中电子激发形成自由电子空穴对。中电子激发形成自由电子空穴对。第第15页页5 5、PNPNPNPN结电容效应结电容效应结电容效应结电容效应第第16页页5 5、PNPNPNPN结电容效应结电容效应结电容效应结电容效应第第17页页第第18页页第第19页页1.2半导体二极管半导体二极管1.1.了解二极管结构和类型了解二极管结构和类型 2.2.掌握二极管伏安特征掌握二极管伏安特征3.3.熟悉二极管使用方法熟悉二极管使用方法 4.了解发光二极管和光电二极管性能、使用方法了解发光二极管和光电二极管性能、使用方法5.熟悉稳压管工作原理及使用方法熟悉稳压管工作原理及使用方法 1.1.二极管伏安特征二极管伏安特征2.2.二极管主要二极管主要参数参数 3.3.稳压管性能、主要参数稳压管性能、主要参数 学习目标：学习目标：学习目标：学习目标：学习重点：学习重点：学习重点：学习重点：第第20页页点接触型二极管是由一根很细金属触丝（如三价元素铝）和一点接触型二极管是由一根很细金属触丝（如三价元素铝）和一块半导体（如锗）表面接触，然后在正方向经过很大瞬时电流，块半导体（如锗）表面接触，然后在正方向经过很大瞬时电流，使触丝和半导体牢靠地熔接在一起，三价金属与锗结合组成使触丝和半导体牢靠地熔接在一起，三价金属与锗结合组成PN结，并做出对应电极引线，外加管壳密封而成。结，并做出对应电极引线，外加管壳密封而成。因为点接触型二极管金属丝很细，形成因为点接触型二极管金属丝很细，形成PN结面积很小，所以极结面积很小，所以极间电容很小，同时，也不能承受高反向电压和大电流。这种类型间电容很小，同时，也不能承受高反向电压和大电流。这种类型管子适于做高频检波和脉冲数字电路里开关元件，也可用来作小管子适于做高频检波和脉冲数字电路里开关元件，也可用来作小电流整流。如电流整流。如2AP1是点接触型锗二极管，最大整流电流为是点接触型锗二极管，最大整流电流为16mA，最高工作频率为，最高工作频率为150MHz。金属触丝金属触丝阳极引线阳极引线N型锗片型锗片阴极引线阴极引线外壳外壳(a)点接触型点接触型1.2 半导体二极管半导体二极管一、常见结构一、常见结构第第21页页1.2 半导体二极管半导体二极管阴极引线阴极引线阳极引线阳极引线二氧化硅保护层二氧化硅保护层P型硅型硅N型硅型硅(c)平面型平面型铝合金小球铝合金小球N型硅型硅阳极引线阳极引线PN结结金锑合金金锑合金底座底座阴极引线阴极引线(b)面接触型面接触型二极管符号二极管符号阴极阴极阳极阳极(d)符号符号D(b)(b)面接触型面接触型面接触型面接触型(c)(c)平面型平面型平面型平面型平面型二极平面型二极管是集成电管是集成电路中常见一路中常见一个形式个形式。面接触型二极管结构如图（面接触型二极管结构如图（b）所表）所表示。因为这种二极管示。因为这种二极管PN结面积大，结面积大，可承受较大电流，但极间电容也大。可承受较大电流，但极间电容也大。这类器件适合用于整流，而不宜用这类器件适合用于整流，而不宜用于高频电路中。如于高频电路中。如2CP1为面接触型为面接触型硅二极管，最大整流电流为硅二极管，最大整流电流为400mA，最高工作频率只有，最高工作频率只有3kHz。第第22页页二二、伏安特征伏安特征1 1、正向导通、正向导通硅：硅：0.5V锗：锗：0.1V导通压降导通压降反向饱和电流反向饱和电流死死区区电电压压击穿电压击穿电压UBR锗锗伏安特征曲线开启电压：开启电压：Uon导通电压：导通电压：硅：硅：0.7V锗：锗：0.2V2 2、反向截止、反向截止反向饱和电流反向饱和电流IS反向击穿电压反向击穿电压U（BR）3 3、温度影响、温度影响正向特征：正向特征：T上升上升，正向压降下降，正向压降下降22.5mV，曲，曲线左移；线左移；反向特征：反向特征：T上升上升，IS 增加一倍，曲线下移。增加一倍，曲线下移。二极管是非线性元件二极管是非线性元件第第23页页三、主要参数三、主要参数1、最大整流电流、最大整流电流IF 2、最高反向工作电压、最高反向工作电压UR3、反向电流、反向电流IR 4、最高工作频率、最高工作频率fM 二极管长久运行时，允许经过最大正向平均电流。二极管长久运行时，允许经过最大正向平均电流。电流过大，结温太高而烧坏二极管。电流过大，结温太高而烧坏二极管。二极管工作时，允许外加最大反向电压。超出此值，二极管工作时，允许外加最大反向电压。超出此值，二极管可能击穿。二极管可能击穿。二极管未击穿时反向电流。二极管未击穿时反向电流。IR 越小，二极管单向越小，二极管单向导电性越好。导电性越好。二极管工作上限频率。二极管工作上限频率。第第24页页四、二极管等效电路四、二极管等效电路1 1、折线等效电路折线等效电路二极管伏安特征含有非线性，分析电路时，惯用线二极管伏安特征含有非线性，分析电路时，惯用线性元件所组成电路等效代替。性元件所组成电路等效代替。（1）理想二极管模型：正向导通压降为）理想二极管模型：正向导通压降为零，反向截止电流为零。零，反向截止电流为零。ui第第25页页uiUon（2）正向导通压降为常数（硅管）正向导通压降为常数（硅管0.7V；锗管；锗管0.2V），），反向截止电流为零；反向截止电流为零；uiUon第第26页页RV（1）两种等效电路：两种等效电路：（2）2 2、微变等效电路微变等效电路在在Q点附近加上一个点附近加上一个微小微小改改变量，则可用变量，则可用Q点为切点直线近点为切点直线近似微小改变时曲线。似微小改变时曲线。(动态电阻动态电阻)第第27页页+-VDR幅值由幅值由rd与与R分压决定分压决定第第28页页例题例题1 1：试求输出电压试求输出电压uo。5V0VuoR12VD1D2解：解：两个二极管存在优先两个二极管存在优先导通现象。导通现象。D2导通，导通，D1截止。截止。?第第29页页例题例题2 2：试画出电压试画出电压uo波形。波形。uo+-RuiUREF+-D0-4V4VuitUREFuotUREF解：解：（1）uiUREF时，时，（2）uiUREF时，时，第第30页页五、稳压二极管五、稳压二极管1 1、伏安特征、伏安特征uiUZIZminDZ符号：符号：反向特征：反向特征：当当I IZmin时，电压改变量很小，时，电压改变量很小，第第31页页2、主要参数、主要参数rZ越小，稳压效果越好；越小，稳压效果越好；（2）稳定电流）稳定电流IZ（IZmin）：电流小于此值时稳压效）：电流小于此值时稳压效果不好；果不好；uiUZIZminIZM（3）额定功耗）额定功耗PZM：PZM=UZ IZM；（4）动态电阻）动态电阻rZ：（1）稳压值）稳压值UZ；（5）温度系数）温度系数：IZM-最大稳定电流最大稳定电流温度每改变温度每改变1度稳压值改度稳压值改变量。变量。第第32页页当当稳稳压压二二极极管管工工作作在在反反向向击击穿穿状状态态下下,工工作作电电流流I IZ Z在在I IZMZM和和I Izminzmin之之间间改改变变时时,其其两两端端电电压压近近似似为为常常数数，所所以以稳稳压压电电路路中中必必须须串串联联一一个个电电阻阻来来限限制制电电流流，从而确保稳压管正常工作。从而确保稳压管正常工作。UIDZIRIZILRLRUZ+-确保稳压管有稳确保稳压管有稳压效果必须：压效果必须：第第33页页六、其它类型二极管六、其它类型二极管1、发光二极管、发光二极管含有单向导电性；加正向电压时导通就发光。含有单向导电性；加正向电压时导通就发光。导通时电压比普通二极管大。电流越大，发光导通时电压比普通二极管大。电流越大，发光越强。注意不要超出极限参数。越强。注意不要超出极限参数。发光颜色取决于所用材料。发光颜色取决于所用材料。2、光电二极管、光电二极管（自学）（自学）发光二极管符号发光二极管符号第第34页页用万用表用万用表R*100或或R*1K档，任意测量二极管两根引线，档，任意测量二极管两根引线，假如量出电阻只有几百欧姆（正向电阻），则黑表笔（即假如量出电阻只有几百欧姆（正向电阻），则黑表笔（即万用表内电池正极）所接引线为正极，红表笔（即万用表万用表内电池正极）所接引线为正极，红表笔（即万用表内电源负极）所接引线为负极。内电源负极）所接引线为负极。用万用表判断二级管正负极：用万用表判断二级管正负极：第第35页页1.了解三极管基本结构，熟悉其放大原理；了解三极管基本结构，熟悉其放大原理；2.掌握三极管电流分配关系，熟悉其输入、输出特征。掌握三极管电流分配关系，熟悉其输入、输出特征。1.3 1.3 晶体三极管晶体三极管学习目标：学习目标：1.三极管电流分配关系和放大原理；三极管电流分配关系和放大原理；2.三极管输出特征曲线和基本参数。三极管输出特征曲线和基本参数。学习重点：学习重点：第第36页页一、晶体管结构及类型一、晶体管结构及类型晶体三极管又称双极晶体三极管又称双极型晶体管、半导体三型晶体管、半导体三极管、三极管等。极管、三极管等。发射区发射区集电区集电区基区基区三极管结构特点三极管结构特点:（1）发射区掺杂浓）发射区掺杂浓度集电区掺杂度集电区掺杂浓度。浓度。（2）基区要制造得）基区要制造得很薄且浓度很低。很薄且浓度很低。半导体三极管由半导体三极管由两个两个PNPN 结结组成。类型组成。类型:NPN NPN 型和型和PNPPNP 型。型。c集电极集电极e发射极发射极b基极基极NNPNPN型晶体管结构型晶体管结构集电结集电结(Jc)发射结发射结(Je)集电极集电极第第37页页PPNPNP型晶体管结构型晶体管结构ecbNNPNPN型晶体管结构型晶体管结构ecbNPN型晶体管符号型晶体管符号PNP型晶体管符号型晶体管符号第第38页页二、电流分配与放大原理二、电流分配与放大原理1、内部载流子运动规律内部载流子运动规律以以NPN管共射放大电路为例管共射放大电路为例EcEB放大状态：放大状态：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏。第第39页页（1）发射区向基区扩散自由电子）发射区向基区扩散自由电子EBRBRCEC发射结正偏，多数载流发射结正偏，多数载流子（自由电子）扩散运动子（自由电子）扩散运动加强；加强；发射区自由电子不停扩发射区自由电子不停扩散到基区形成电流散到基区形成电流IEN；IEPIEIEN基区空穴扩散到发射区基区空穴扩散到发射区形成电流形成电流IEP；发射极电流：发射极电流：IEIEP+IEN；发射结发射结(Je)第第40页页EBRBRCECIEPIEIEN（2）自由电子在基区扩散和复合）自由电子在基区扩散和复合发射结自由电子浓度很发射结自由电子浓度很高，继续向集电结方向扩散；高，继续向集电结方向扩散；IBN扩散到基区自由电子，扩散到基区自由电子，一部分被电源一部分被电源EB拉走，形拉走，形成电流成电流IBN；第第41页页集电结集电结EBRBRCECIEPIEIENIBN（3）集电区搜集从发射区扩散过来自由电子）集电区搜集从发射区扩散过来自由电子发射区扩散到基区并到集电发射区扩散到基区并到集电结边缘自由电子继续运动到结边缘自由电子继续运动到集电区，形成电流集电区，形成电流ICN；集电结反偏，内电场被加集电结反偏，内电场被加强，漂移运动加强，少数强，漂移运动加强，少数载流子运动形成电流载流子运动形成电流ICBO，是组成，是组成IB 与与IC 一小部分。一小部分。ICNICICBOIB第第42页页EBRBRCECIEPIEIENIBNICNICICBOIB2、电流分配关系电流分配关系第第43页页+uiEB+uIRBRCEC3、晶体管共射电流放大系数晶体管共射电流放大系数静态（直流）：当静态（直流）：当ui为零时，为零时，uI=EB；动态（交流）：动态（交流）：（1）令）令ui0，即静态，即静态定义共射直流电流放大系数：定义共射直流电流放大系数：ICEO：穿透电流。：穿透电流。+uiEB+uIRBRCECICIB第第44页页+uiEB+uIRBRCEC（2）令）令ui0，即动态，即动态定义共射交流电流放定义共射交流电流放大系数：大系数：iC iB+uiEB+uIRBRCEC第第45页页+uiEe+uIReRCECiBiCiE4、共基电流放大系数共基电流放大系数定义共基直流电流放大定义共基直流电流放大系数：系数：定义共基交流电流放大系数：定义共基交流电流放大系数：第第46页页三、晶体管共射特征曲线三、晶体管共射特征曲线1、输入特征曲线输入特征曲线测量电路测量电路ICIBRBEBECRCVVAmA+UCE+UBE第第47页页（2）UCE增大，曲线右移；增大，曲线右移；UCE越大，从发射区扩散到基越大，从发射区扩散到基区自由电子被区自由电子被VB拉走数量越少，拉走数量越少，故要取得一样故要取得一样iB，就需加大，就需加大uBE；（3）当）当UCE1V时，输入特征曲线重合；时，输入特征曲线重合；（1）UCE0 时，相当于两个时，相当于两个PN结并联。曲线与结并联。曲线与PN结伏安特结伏安特征相同；征相同；第第48页页2、输出特征曲线输出特征曲线uCE/ViC/mAIB=0IB=20AIB=40AIB=60A截止区截止区放放饱和区饱和区工作状态：工作状态：工作状态：工作状态：放大、截止和饱和状态三种工作状态放大、截止和饱和状态三种工作状态（1）放大区（线性区）放大区（线性区）：）：iC与与uCE无关，几乎仅仅受无关，几乎仅仅受iB控制，控制，IC=IB，ic=iB，发射结正偏，集电结反发射结正偏，集电结反偏偏。iC=f(uCE)IB=常数常数大大区区第第49页页uCE/ViC/mAIB=0IB=20AIB=40AIB=60A截止区截止区放大区放大区饱和区饱和区（2）截止区：）截止区：IB0曲线以曲线以下，可靠截止下，可靠截止uBE 0V；发发射结反偏，集电结反偏射结反偏，集电结反偏。模拟电路：放大区模拟电路：放大区数字电路：截止和饱和区数字电路：截止和饱和区（3）饱和区：）饱和区：uBE=0.7V(si)，且，且UCEUBE，发射结正发射结正偏，集电结正偏偏，集电结正偏。iB改变对改变对iC影响很小，不成正比，影响很小，不成正比，IC0uGS排斥排斥SiO2附近空穴，剩下附近空穴，剩下不能移动离子，形成耗尽层；不能移动离子，形成耗尽层；衬底自由电子吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个衬底自由电子吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个N型薄层，即反型层，也是型薄层，即反型层，也是ds之间导电沟道；之间导电沟道；伴随伴随uGS增大，增大，开启电压开启电压UGS(th)：刚才形成反型层：刚才形成反型层uGS电压。电压。SDG第第58页页+NNP型衬底型衬底uDSuGSuGSU GS(th)，uDS0因为有导电沟道，会产因为有导电沟道，会产生漏极电流生漏极电流iD；iD导电沟道存在电位梯度，导电沟道存在电位梯度，导电沟道不均匀，沿着导电沟道不均匀，沿着sd方向逐步变窄；方向逐步变窄；当当uDS=UGS UGS(th)时，导电沟道出现预夹断；时，导电沟道出现预夹断；当当uDS较大，较大，uDSUGS UGS(th)时，导电沟道出现夹断；时，导电沟道出现夹断；此时，此时，iD大小与大小与uDS无关，由无关，由uGS决定，恒流区。决定，恒流区。当当uDS较小，较小，uDSUGS UGS(th)时时,uDS增大增大,iD也增大也增大,可变电阻区；可变电阻区；SDG第第59页页（3 3）特征曲线与电流方程）特征曲线与电流方程输出特征曲线输出特征曲线uGS1=UGS(th)iD(mA)uDS(V)uGS5uGS4uGS3uGS2可可变变电电阻阻区区恒流区恒流区夹断区夹断区预夹断轨迹预夹断轨迹i iD D=f f(u uDSDS)对应不一样对应不一样U UGSGS下得一簇曲线下得一簇曲线夹断区夹断区夹断区夹断区恒流区恒流区恒流区恒流区可变电阻区可变电阻区可变电阻区可变电阻区输出特征曲线输出特征曲线输出特征曲线输出特征曲线（分三个区域）（分三个区域）（分三个区域）（分三个区域）第第60页页输出特征曲线输出特征曲线（分三个区域）夹断区：夹断区：uGS109欧。欧。uGS1=UGS(th)iD(mA)uDS(V)uGS5uGS4uGS3uGS2夹断区夹断区第第61页页输出特征曲线输出特征曲线（分三个区域）uGS1=UGS(th)iD(mA)uDS(V)uGS5uGS4uGS3uGS2恒流区：恒流区：uDSUGS UGS(th)导电沟道出现夹断，导电沟道出现夹断，iD取决于取决于uGS，而与，而与uDS无关无关；恒流区恒流区第第62页页输出特征曲线输出特征曲线（分三个区域）可变电阻区：可变电阻区：导电沟道未夹断前，导电沟道未夹断前，对应不一样，对应不一样uGS，ds 间可等效不一样电阻；间可等效不一样电阻；uDSUGS UGS(th)uGS1=UGS(th)iD(mA)uDS(V)uGS5uGS4uGS3uGS2可可变变电电阻阻区区第第63页页转移特征曲线转移特征曲线与电流方程与电流方程UGS(th)2UGS(th)IDOuGSiD转移特征曲线转移特征曲线:电流方程电流方程:IDO：uGS2UGS(th)时时iD。恒流区：恒流区：恒流区：恒流区：i iD D 基本上由基本上由基本上由基本上由u uGSGS决定，与决定，与决定，与决定，与U UDSDS 关系不大关系不大关系不大关系不大uGS1=UGS(th)iD(mA)uDS(V)uGS5uGS4uGS3uGS2恒流区恒流区转移特征曲线转移特征曲线输出特征曲线输出特征曲线第第64页页总结：总结：N N沟道增强型沟道增强型导电沟道是导电沟道是N型，所以衬底是型，所以衬底是P型。型。第第65页页2 2、N N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSMOS管管在在G下方，在下方，在Si O2中中掺入大量正离子，即使掺入大量正离子，即使uGS0，也会吸引，也会吸引P中电中电子形成沟道。子形成沟道。-gs+NdbN+P型衬底型衬底uGSuDSiD 想让沟道消失，必须想让沟道消失，必须加足够负电压。加足够负电压。夹断电压夹断电压UGS(off)：反型：反型层消失时层消失时uGS，为负值。，为负值。sgdb符号：符号：N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管uGS可认为正，也可认为可认为正，也可认为负。负。iD第第66页页3 3、P P沟道增强型沟道增强型导电沟道是导电沟道是P型，所以衬底是型，所以衬底是N型型。P沟道沟道MOS工作原理与工作原理与N沟道沟道MOS完全相同，只不完全相同，只不过导电载流子不一样，供电电压极性不一样过导电载流子不一样，供电电压极性不一样，电流方向，电流方向不一样不一样而已。而已。iD第第67页页4 4、P P沟道耗尽型沟道耗尽型5、VMOS管（自学）管（自学）第第68页页二、结型场效应管二、结型场效应管1 1、结构结构(以以N沟道为例沟道为例)NP+P+三个电极：三个电极：g：栅极：栅极d：漏极：漏极s：源极：源极两个两个PN结夹着一个结夹着一个N型沟道。型沟道。g 栅极栅极d 漏极漏极s源极源极N N沟道沟道P P沟道沟道符号：符号：第第69页页1 1、工作原理工作原理N沟道结型场效应管正常工作，应在沟道结型场效应管正常工作，应在uGS0，形成漏极电流，形成漏极电流iD。（1 1）uGS对沟道控制作用对沟道控制作用耗尽层耗尽层NP+P+sdg当当uGS到一定值时到一定值时，沟，沟道会完全合拢。道会完全合拢。uGS=UGS(off)夹夹断电压。断电压。在栅源间加负电压在栅源间加负电压uGS，令，令uDS=0当当uGS=0时，导电沟道最时，导电沟道最宽。宽。当当uGS时，沟道电阻增时，沟道电阻增大。大。VGG（uGS）第第70页页（2 2）当）当uGS为为0UGS(off)中某一值，中某一值，uDS对对iD影响影响NP+P+dgs VGG（uGS）VDD（uDS）iD当当uDS=0时，时，iD=0。当当uDS0且较小时，从且较小时，从ds电位依次减小，即电位依次减小，即耗尽层承受反向电压由耗尽层承受反向电压由ds逐步减小，故宽度逐步减小，故宽度也沿着也沿着ds方向逐步变方向逐步变窄。窄。uDSiD当当uDS=uGS uGS(off)，即，即uGD=UGS(off)时，漏极耗尽层时，漏极耗尽层出现预夹断。出现预夹断。uDSuGSuGD第第71页页NP+P+dgs VGG（uGS）VDD（uDS）iD当当uDSuGS uGS(off)，即即uGDUGS(off)时，漏极耗尽层夹断时，漏极耗尽层夹断层加长。层加长。uDS增大，电流增大，电流iD基本不变。基本不变。（3 3）当）当uGDUGS(off)时，时，uGS对对i iD控制作用控制作用当当uGDUGS(off)时，当时，当uDS为常量时，为常量时，uGS大小影响大小影响iD大大小，也就是说，能够经过小，也就是说，能够经过改变改变uGS控制控制iD大小大小。随随uDS加大，加大，uGD越来越负。越来越负。第第72页页场效应管是场效应管是电压控制元件电压控制元件，用，用gm（低频跨导）来（低频跨导）来描述动态栅源电压对漏极电流控制作用：描述动态栅源电压对漏极电流控制作用：N N沟道沟道结型结型场效应管场效应管小结：小结：（1）当）当uDSuGSuGS(off)时，导电沟道出现夹断，时，导电沟道出现夹断，iD取决于取决于uGS，而与，而与uDS无关无关。（4）uGS0,PN 结反偏，结反偏，iG 0。第第73页页3、结型场效应管特征曲线结型场效应管特征曲线（1 1）输出特征曲线输出特征曲线可可变变电电阻阻区区恒流区恒流区击穿区击穿区夹断区夹断区iD(mA)uDS(V)uGS0VuGS1VuGS2VuGS3VuGS4V预夹断轨迹预夹断轨迹可变电阻区：导电沟道未可变电阻区：导电沟道未夹断前，夹断前，uDS与与iD线性关系，线性关系，对应不一样对应不一样uGS，ds 间可间可等效不一样电阻；等效不一样电阻；恒流区：导电沟道出现夹恒流区：导电沟道出现夹断，断，iD取决于取决于uGS，而与，而与uDS无关无关；预夹断轨迹：预夹断轨迹：uDSuGSuGS(off)夹断区：夹断区：uGSUGS(off)时，导电沟道完全被夹断，时，导电沟道完全被夹断，iD0。第第74页页（2）转移特征曲线转移特征曲线iD(mA)uDS(V)uGS0VuGS1VuGS2VuGS3VuGS4V0-3-12iD(mA)uGS（V）1-4-243UGS（off）IDSS恒流区转移特征恒流区转移特征曲线近似一条曲线近似一条 IDSS：饱和漏电流。：饱和漏电流。uGS=0时，时，产生预夹断后漏极电流；产生预夹断后漏极电流；1.151.16第第75页页三、场效应管主要参数三、场效应管主要参数1、直流参数直流参数（1）开启电压开启电压UGS(th)：增强型增强型MOS管参数管参数（2）夹断电压夹断电压UGS(off)：结型场效应管和耗尽型结型场效应管和耗尽型MOS管参数管参数（3）饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS：耗尽型管，在耗尽型管，在UGS0时产生预时产生预夹断后漏极电流夹断后漏极电流P 49图图1.4.13场效应管符号及特征场效应管符号及特征第第76页页2、交流参数交流参数（4）直流输入电阻直流输入电阻RGS(DC):栅源电压与栅极电流之比。结型管大于栅源电压与栅极电流之比。结型管大于107，MOS 管大于管大于109。（1）低频跨导低频跨导gm：表示表示uGS对对iD控制作用强弱控制作用强弱uGS1=UGS(th)iD(mA)uDS(V)uGS5uGS4uGS3uGS2iDuGSuGSiDiDuGS某点切线某点切线斜率斜率第第77页页3、极限参数极限参数（2）极间电容极间电容：场效应管三个极之间均存在极间电容。高频电路中，场效应管三个极之间均存在极间电容。高频电路中，考虑极间电容影响。管子最高工作频率考虑极间电容影响。管子最高工作频率fM是综合考虑了是综合考虑了三个电容影响而确定工作频率上限值。三个电容影响而确定工作频率上限值。（1）最大漏极电流最大漏极电流IDM：管子正常工作时漏极电流上限值。管子正常工作时漏极电流上限值。（2）击穿电压击穿电压：U(BR)DS：管子进入恒流区后，使管子进入恒流区后，使iD骤然增大骤然增大uDS。U(BR)GS：结型管：使栅极与沟道间结型管：使栅极与沟道间PN结反向击穿结反向击穿uGS。MOS管：使绝缘层击穿管：使绝缘层击穿uGS。第第78页页（3）最大耗散功率最大耗散功率PDM：PDM决定管子允许温升。决定管子允许温升。PDM确定后，可在管子输确定后，可在管子输出特征曲线上画出临界最大功耗线，再依据由出特征曲线上画出临界最大功耗线，再依据由IDM和和U(BR)DS可得到管子安全工作区。可得到管子安全工作区。四、四、MOS管使用注意事项管使用注意事项2 2、在在使使用用场场效效应应管管时时，要要注注意意漏漏源源电电压压、漏漏源源电电流流及耗散功率等，不要超出要求最大允许值。及耗散功率等，不要超出要求最大允许值。1 1、保留、保留MOS管应使三个电极短接，防止栅极悬空；管应使三个电极短接，防止栅极悬空；第第79页页MOSMOS场效应管输入阻抗非常高，这原来是它优点，但在使用上场效应管输入阻抗非常高，这原来是它优点，但在使用上却带来新问题却带来新问题 因为输入阻抗高，当带电荷物体一旦靠近栅极时，在栅极感应因为输入阻抗高，当带电荷物体一旦靠近栅极时，在栅极感应出来电荷就极难经过这个电阻泄放掉，电荷累积造成了电压升高，出来电荷就极难经过这个电阻泄放掉，电荷累积造成了电压升高，尤其是在极间电容比较小情况本下，少许电荷就会产生较高电压，尤其是在极间电容比较小情况本下，少许电荷就会产生较高电压，以至管子还没使用或者在焊接时就已经击穿或者出现指标下降现象，以至管子还没使用或者在焊接时就已经击穿或者出现指标下降现象，尤其是尤其是MOSMOS管，其绝缘层很薄，更易击穿损坏。管，其绝缘层很薄，更易击穿损坏。保留保留MOSMOS管应使三个电极短接，防止栅极悬管应使三个电极短接，防止栅极悬空空第第80页页易受静电影响易受静电影响不受静电影响不受静电影响静电影响静电影响较小较小较大