模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程第三版楊素行PPT學(xué)習(xí)教案

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1、會計學(xué)1模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)(jsh)基礎(chǔ)簡明教程第三版基礎(chǔ)簡明教程第三版楊素行楊素行 第一頁，共90頁。1.1半導(dǎo)體的特性半導(dǎo)體的特性(txng)1. 導(dǎo)體導(dǎo)體(dot)：電阻率：電阻率 109 cm 物質(zhì)物質(zhì)(wzh)。如橡膠。如橡膠、塑料等。、塑料等。3. 半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間的物質(zhì)。大導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間的物質(zhì)。大多數(shù)半導(dǎo)體器件所用的主要材料是硅多數(shù)半導(dǎo)體器件所用的主要材料是硅( (Si) )和鍺和鍺( (Ge) )。半導(dǎo)體導(dǎo)電性能是由其原子結(jié)構(gòu)決定的。半導(dǎo)體導(dǎo)電性能是由其原子結(jié)構(gòu)決定的。第1頁/共90頁第二頁，共90頁。硅原子結(jié)構(gòu)硅原子結(jié)構(gòu)圖圖 硅

2、原子結(jié)構(gòu)硅原子結(jié)構(gòu)( (a) )硅的原子結(jié)構(gòu)圖硅的原子結(jié)構(gòu)圖最外層最外層(wi cn)電電子稱價電子子稱價電子 價電子價電子鍺原子鍺原子(yunz)也是也是 4 價元素價元素4 價元素的原子常常用價元素的原子常常用+ 4 電荷電荷(dinh)的正離子和周的正離子和周圍圍 4個價電子表示。個價電子表示。+4( (b) )簡化模型簡化模型第2頁/共90頁第三頁，共90頁。本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 +4+4+4+4+4+4+4+4+4完全純凈的、不含其他雜質(zhì)且具有完全純凈的、不含其他雜質(zhì)且具有(jyu)晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。稱為本征半導(dǎo)體。 將硅或鍺材將硅或鍺材料料(cilio

3、)提純提純便形成單晶體，便形成單晶體，它的原子結(jié)構(gòu)為它的原子結(jié)構(gòu)為共價鍵結(jié)構(gòu)。共價鍵結(jié)構(gòu)。價價電電子子共共價價鍵鍵圖圖 單晶體中的共價鍵結(jié)構(gòu)單晶體中的共價鍵結(jié)構(gòu)(jigu)當(dāng)溫度當(dāng)溫度 T = 0 K 時，半時，半導(dǎo)體不導(dǎo)電，如同絕緣體導(dǎo)體不導(dǎo)電，如同絕緣體。第3頁/共90頁第四頁，共90頁。+4+4+4+4+4+4+4+4+4圖圖 本征半導(dǎo)體中的本征半導(dǎo)體中的 自由電子自由電子(z yu din z)和空穴和空穴自由電子自由電子(z yu din z)空穴空穴(kn xu) 若若 T ，將有少數(shù)價電，將有少數(shù)價電子克服共價鍵的束縛成為子克服共價鍵的束縛成為自自由電子由電子，在原來的共價鍵，在

4、原來的共價鍵中留下一個空位中留下一個空位空穴?？昭ā 自由電子自由電子和和空穴空穴使使本征本征半導(dǎo)體具有導(dǎo)電能力，但很半導(dǎo)體具有導(dǎo)電能力，但很微弱。微弱?？昭煽闯蓭д姷目昭煽闯蓭д姷妮d流子。載流子。第4頁/共90頁第五頁，共90頁。1. 半導(dǎo)體中兩種載流子半導(dǎo)體中兩種載流子帶負(fù)電的帶負(fù)電的自由電子自由電子帶正電的帶正電的空穴空穴 2. 本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)，稱為本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)，稱為(chn wi) 電子電子 - 空穴對。空穴對。3. 本征半導(dǎo)體中自由電子本征半導(dǎo)體中自由電子(z yu din z)和空穴的濃度用和空穴的濃度用 ni 和和

5、pi 表示，顯然表示，顯然 ni = pi 。4. 由于物質(zhì)的運(yùn)動，自由電子和空穴不斷的產(chǎn)生由于物質(zhì)的運(yùn)動，自由電子和空穴不斷的產(chǎn)生(chnshng)又不斷的復(fù)合。在一定的溫度下，產(chǎn)生又不斷的復(fù)合。在一定的溫度下，產(chǎn)生(chnshng)與復(fù)合運(yùn)動會達(dá)到平衡，載流子的濃度就與復(fù)合運(yùn)動會達(dá)到平衡，載流子的濃度就一定了。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。高，基本按指數(shù)規(guī)律增加。第5頁/共90頁第六頁，共90頁。雜質(zhì)雜質(zhì)(zzh)(zzh)半導(dǎo)體半導(dǎo)體雜質(zhì)雜質(zhì)(zzh)半導(dǎo)體有兩種半導(dǎo)體有兩種N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體P

6、 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體一、一、 N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的在硅或鍺的晶體中摻入少量的 5 價雜質(zhì)價雜質(zhì)(zzh)元素，元素，如磷、銻、砷等，即構(gòu)成如磷、銻、砷等，即構(gòu)成 N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體(或稱電子型半導(dǎo)體或稱電子型半導(dǎo)體)。常用的常用的 5 價雜質(zhì)元素有磷、銻、砷等。價雜質(zhì)元素有磷、銻、砷等。第6頁/共90頁第七頁，共90頁。 本征半導(dǎo)體摻入本征半導(dǎo)體摻入 5 價元素后，原來晶體中的某價元素后，原來晶體中的某些硅原子將被雜質(zhì)原子代替。雜質(zhì)原子最外層有些硅原子將被雜質(zhì)原子代替。雜質(zhì)原子最外層有 5 個價電子，其中個價電子，其中(qzhng) 4 個與硅構(gòu)成共價鍵，多個與硅構(gòu)成

7、共價鍵，多余一個電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成余一個電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。為自由電子。 自由電子濃度自由電子濃度(nngd)遠(yuǎn)大于空穴的濃度遠(yuǎn)大于空穴的濃度(nngd)，即，即 n p 。電子稱為多數(shù)載流子。電子稱為多數(shù)載流子(簡稱多子簡稱多子)，空穴稱為，空穴稱為少數(shù)載流子少數(shù)載流子(簡稱少子簡稱少子)。第7頁/共90頁第八頁，共90頁。+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由電子自由電子施主原子施主原子圖圖 1.1.4N 型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)第8頁/共90頁第九頁，共90頁。二、二、 P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+4+

8、4+4在硅或鍺的晶體中摻入少量的在硅或鍺的晶體中摻入少量的 3 價雜質(zhì)價雜質(zhì)(zzh)元素元素，如硼、鎵、銦等，即構(gòu)成，如硼、鎵、銦等，即構(gòu)成 P 型半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體。+3空穴濃度多于電子空穴濃度多于電子(dinz)濃度，即濃度，即 p n。空穴為多數(shù)載流子?？昭槎鄶?shù)載流子，電子，電子(dinz)為少數(shù)載為少數(shù)載流子。流子。3 價雜質(zhì)價雜質(zhì)(zzh)原子原子稱為受主原子。稱為受主原子。受主受主原子原子空穴空穴圖圖 P 型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)第9頁/共90頁第十頁，共90頁。說明說明(shumng)：1. 摻入雜質(zhì)摻入雜質(zhì)(zzh)的濃度決定多數(shù)載流子濃度；的濃度決定多數(shù)載流子濃

9、度；溫度決定少數(shù)載流子的濃度。溫度決定少數(shù)載流子的濃度。3. 雜質(zhì)雜質(zhì)(zzh)半導(dǎo)體總體上保持電中性。半導(dǎo)體總體上保持電中性。 4. 雜質(zhì)半導(dǎo)體的表示方法如下圖所示。雜質(zhì)半導(dǎo)體的表示方法如下圖所示。2. 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子的數(shù)目載流子的數(shù)目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本征半導(dǎo)體要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本征半導(dǎo)體，因而其導(dǎo)電能力大大改善。，因而其導(dǎo)電能力大大改善。( (a) )N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體( (b) ) P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體圖圖 雜質(zhì)半導(dǎo)體的的簡化表示法雜質(zhì)半導(dǎo)體的的簡化表示法第10頁/共90頁第十一頁，共90頁。1.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管PN 結(jié)及其單向結(jié)及其單向(dn xin)導(dǎo)導(dǎo)電性電性 在一塊半導(dǎo)

10、體單晶上一側(cè)摻雜在一塊半導(dǎo)體單晶上一側(cè)摻雜(chn z)成為成為 P 型半導(dǎo)型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜體，另一側(cè)摻雜(chn z)成為成為 N 型半導(dǎo)體，兩個區(qū)域的交型半導(dǎo)體，兩個區(qū)域的交界處就形成了一個特殊的薄層，稱為界處就形成了一個特殊的薄層，稱為 PN 結(jié)。結(jié)。 PNPN結(jié)結(jié)圖圖 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成(xngchng)第11頁/共90頁第十二頁，共90頁。一、一、 PN 結(jié)中載流子的運(yùn)動結(jié)中載流子的運(yùn)動(yndng)耗盡層耗盡層空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)PN1 . 擴(kuò) 散擴(kuò) 散(kusn)運(yùn)動運(yùn)動2. 擴(kuò) 散 運(yùn) 動擴(kuò) 散 運(yùn) 動(yndng)形成空形成空間電荷區(qū)間電荷區(qū)電子和空穴濃電子和空穴濃度

11、差形成度差形成多數(shù)載多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動流子的擴(kuò)散運(yùn)動。 PN 結(jié)，耗結(jié)，耗盡層。盡層。圖圖 PN第12頁/共90頁第十三頁，共90頁。3. 空間電荷區(qū)產(chǎn)生空間電荷區(qū)產(chǎn)生(chnshng)內(nèi)電內(nèi)電場場PN空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場內(nèi)電場UD空間電荷區(qū)正負(fù)離子之間電位差空間電荷區(qū)正負(fù)離子之間電位差 UD 電位壁壘；電位壁壘； 內(nèi)電場；內(nèi)電場阻止內(nèi)電場；內(nèi)電場阻止(zzh)多子的擴(kuò)散多子的擴(kuò)散 阻擋層。阻擋層。4. 漂移漂移(pio y)運(yùn)動運(yùn)動內(nèi)電場有利于內(nèi)電場有利于少子運(yùn)動少子運(yùn)動漂移。漂移。 阻擋層阻擋層圖圖 ( (b) )第13頁/共90頁第十四頁，共90頁。5. 擴(kuò)散擴(kuò)散(kusn)與漂

12、移的動態(tài)平衡與漂移的動態(tài)平衡擴(kuò)散運(yùn)動使空間電荷區(qū)增大，擴(kuò)散電流逐漸減小；擴(kuò)散運(yùn)動使空間電荷區(qū)增大，擴(kuò)散電流逐漸減小；隨著內(nèi)電場的增強(qiáng)，漂移運(yùn)動逐漸增加隨著內(nèi)電場的增強(qiáng)，漂移運(yùn)動逐漸增加(zngji)；當(dāng)擴(kuò)散電流與漂移電流相等時，當(dāng)擴(kuò)散電流與漂移電流相等時，PN 結(jié)總的電流結(jié)總的電流空間電荷區(qū)的寬度空間電荷區(qū)的寬度(kund)約為幾微米約為幾微米 幾幾十微米；十微米；等于零，空間電荷區(qū)的寬度達(dá)到穩(wěn)定。即等于零，空間電荷區(qū)的寬度達(dá)到穩(wěn)定。即擴(kuò)散運(yùn)動與擴(kuò)散運(yùn)動與漂移運(yùn)動達(dá)到動態(tài)平衡。漂移運(yùn)動達(dá)到動態(tài)平衡。電壓壁壘電壓壁壘 UD，硅材料約為，硅材料約為( (0.6 0.8) ) V, 鍺材料約為鍺材料

13、約為( (0.2 0.3) ) V。第14頁/共90頁第十五頁，共90頁。1. PN 外加正向外加正向(zhn xin)電壓電壓又稱正向偏置又稱正向偏置(pin zh)，簡稱正偏。簡稱正偏。外電場方向外電場方向內(nèi)電場方向內(nèi)電場方向空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)VRI空間電荷區(qū)變窄，有利于擴(kuò)散運(yùn)動，電路中有較大的正向電流。空間電荷區(qū)變窄，有利于擴(kuò)散運(yùn)動，電路中有較大的正向電流。圖圖 PN第15頁/共90頁第十六頁，共90頁。在在 PN 結(jié)加上一個很小的正向電壓，即可得到較大的正向電流結(jié)加上一個很小的正向電壓，即可得到較大的正向電流，為防止，為防止(fngzh)電流過大，可接入電阻電流過大，可接入電阻 R。

14、2. PN 結(jié)外加結(jié)外加(wiji)反向電壓反向電壓(反偏反偏)反向接法時，外電場與內(nèi)電場的方向反向接法時，外電場與內(nèi)電場的方向(fngxing)一一致，增強(qiáng)了內(nèi)電場的作用；致，增強(qiáng)了內(nèi)電場的作用；外電場使空間電荷區(qū)變寬；外電場使空間電荷區(qū)變寬；不利于擴(kuò)散運(yùn)動，有利于漂移運(yùn)動，漂移電流大于擴(kuò)散電流，不利于擴(kuò)散運(yùn)動，有利于漂移運(yùn)動，漂移電流大于擴(kuò)散電流，電路中產(chǎn)生反向電流電路中產(chǎn)生反向電流 I ；由于少數(shù)載流子濃度很低，反向電流數(shù)值非常小由于少數(shù)載流子濃度很低，反向電流數(shù)值非常小。第16頁/共90頁第十七頁，共90頁?？臻g電荷區(qū)空間電荷區(qū)圖圖 反相偏置反相偏置(pin zh)的的 PN 結(jié)結(jié)反向

15、電流又稱反向飽和電流。對溫度十分敏感，隨著反向電流又稱反向飽和電流。對溫度十分敏感，隨著溫度升高溫度升高(shn o)， IS 將急劇增大。將急劇增大。PN外電場方向外電場方向內(nèi)電場方向內(nèi)電場方向VRIS第17頁/共90頁第十八頁，共90頁。綜上所述：綜上所述：當(dāng)當(dāng) PN 結(jié)正向偏置時，回路中將產(chǎn)生一個較大的結(jié)正向偏置時，回路中將產(chǎn)生一個較大的正向電流，正向電流， PN 結(jié)處于結(jié)處于 導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng) PN 結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置時，回路中反向電流非常時，回路中反向電流非常(fichng)小，幾乎等于零小，幾乎等于零， PN 結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。可見，可見， PN 結(jié)具有單向

16、導(dǎo)電性。結(jié)具有單向?qū)щ娦浴５?8頁/共90頁第十九頁，共90頁。二極管的伏安二極管的伏安(f n)特性特性將將 PN 結(jié)封裝在塑料、玻璃或金屬外殼里，再從結(jié)封裝在塑料、玻璃或金屬外殼里，再從 P 區(qū)和區(qū)和 N 區(qū)分別焊出兩根引線區(qū)分別焊出兩根引線(ynxin)作正、負(fù)極。作正、負(fù)極。二極管的結(jié)構(gòu)二極管的結(jié)構(gòu)(jigu)：( (a) )外形圖外形圖半導(dǎo)體二極管又稱晶體二極管。半導(dǎo)體二極管又稱晶體二極管。( (b) )符號符號圖圖 二極管的外形和符號二極管的外形和符號第19頁/共90頁第二十頁，共90頁。半 導(dǎo) 體 二 極 管 的 類 型半 導(dǎo) 體 二 極 管 的 類 型(lixng)：按按 PN

17、 結(jié)結(jié)構(gòu)分：有點(diǎn)接觸結(jié)結(jié)構(gòu)分：有點(diǎn)接觸(jich)型和面接觸型和面接觸(jich)型二極管。型二極管。點(diǎn)接觸點(diǎn)接觸(jich)型管子中不允許通過較大的電流，因結(jié)電型管子中不允許通過較大的電流，因結(jié)電容小，可在高頻下工作。容小，可在高頻下工作。面接觸面接觸(jich)型二極管型二極管 PN 結(jié)的面積大，允許流過的電結(jié)的面積大，允許流過的電流大，但只能在較低頻率下工作。流大，但只能在較低頻率下工作。按用途劃分：有整流按用途劃分：有整流(zhngli)(zhngli)二極管、檢波二二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、發(fā)光二極管、變?nèi)輼O管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、發(fā)光二極管、變?nèi)荻O管等。二極

18、管等。按半導(dǎo)體材料分：按半導(dǎo)體材料分：有硅二極管、鍺二極管等。有硅二極管、鍺二極管等。第20頁/共90頁第二十一頁，共90頁。二極管的伏安二極管的伏安(f n)特性特性在二極管的兩端加上電壓，測量流過管子的電在二極管的兩端加上電壓，測量流過管子的電流流(dinli)，I = f (U )之間的關(guān)系曲線。之間的關(guān)系曲線。604020 0.002 0.00400.5 1.02550I / mAU / V正向正向(zhn xin)特性特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性死區(qū)電壓死區(qū)電壓擊穿電壓擊穿電壓U(BR)反向特性反向特性 50I / mAU / V0.20.4 25510150.010.02鍺管的

19、伏安特性鍺管的伏安特性0圖圖 二極管的伏安特性二極管的伏安特性第21頁/共90頁第二十二頁，共90頁。1. 正向正向(zhn xin)特性特性當(dāng)正向電壓比較小時，正向電流當(dāng)正向電壓比較小時，正向電流(dinli)很小，幾乎為很小，幾乎為零。零。相應(yīng)的電壓相應(yīng)的電壓(diny)叫死區(qū)電壓叫死區(qū)電壓(diny)。范圍稱死區(qū)。死區(qū)電壓。范圍稱死區(qū)。死區(qū)電壓(diny)與材料和溫度有關(guān)，硅管約與材料和溫度有關(guān)，硅管約 0.5 V 左右，鍺管約左右，鍺管約 0.1 V 左右。左右。正向特性正向特性死區(qū)死區(qū)電壓電壓60402000.4 0.8I / mAU / V當(dāng)正向電壓超過死區(qū)電壓后，隨當(dāng)正向電壓超過

20、死區(qū)電壓后，隨著電壓的升高，正向電流迅速增大。著電壓的升高，正向電流迅速增大。第22頁/共90頁第二十三頁，共90頁。2 . 反 向反 向 ( f n xin)特性特性 0.02 0.0402550I / mAU / V反向特性反向特性當(dāng)電壓超過零點(diǎn)幾伏后當(dāng)電壓超過零點(diǎn)幾伏后，反向電流不隨電壓增加而，反向電流不隨電壓增加而增大增大(zn d)，即飽和；，即飽和；二極管加反向電壓二極管加反向電壓(diny)，反向電流很??；，反向電流很?。蝗绻聪螂妷豪^續(xù)升高，大到一定數(shù)值時，反向電流如果反向電壓繼續(xù)升高，大到一定數(shù)值時，反向電流會突然增大；會突然增大；反向反向飽和飽和電流電流 這種現(xiàn)象稱這種現(xiàn)象

21、稱擊穿擊穿，對應(yīng)電壓叫，對應(yīng)電壓叫反向擊穿電壓反向擊穿電壓。擊穿并不意味管子損壞，若控制擊穿電流，電壓降低后，還擊穿并不意味管子損壞，若控制擊穿電流，電壓降低后，還可恢復(fù)正常。可恢復(fù)正常。擊穿擊穿電壓電壓U(BR)第23頁/共90頁第二十四頁，共90頁。3. 伏安特性伏安特性(txng)表達(dá)式表達(dá)式(二極管方程二極管方程)1e (S TUUIIIS ：反向飽和電流：反向飽和電流UT ：溫度的電壓當(dāng)量：溫度的電壓當(dāng)量(dngling)在常溫在常溫(300 K)下，下， UT 26 mV二極管加反向二極管加反向(fn xin)電壓，即電壓，即 U UT ，則，則 I - IS。二極管加正向電壓，即

22、二極管加正向電壓，即 U 0，且，且 U UT ，則，則，可得，可得 ，說明電流，說明電流 I 與電壓與電壓 U 基本上成指數(shù)關(guān)系?；旧铣芍笖?shù)關(guān)系。1eTUUTUUIIeS 第24頁/共90頁第二十五頁，共90頁。結(jié)論結(jié)論(jiln)：二極管具有單向?qū)щ娦浴＜诱螂妷憾O管具有單向?qū)щ娦?。加正向電?diny)時導(dǎo)時導(dǎo)通，呈現(xiàn)很小的正向電阻，如同開關(guān)閉合；加反向電通，呈現(xiàn)很小的正向電阻，如同開關(guān)閉合；加反向電壓壓(diny)時截止，呈現(xiàn)很大的反向電阻，如同開關(guān)斷時截止，呈現(xiàn)很大的反向電阻，如同開關(guān)斷開。開。從二極管伏安特性曲線可以從二極管伏安特性曲線可以(ky)(ky)看出，二極管的電壓看出

23、，二極管的電壓與電流變化不呈線性關(guān)系，其內(nèi)阻不是常數(shù)，所以二極管屬與電流變化不呈線性關(guān)系，其內(nèi)阻不是常數(shù)，所以二極管屬于非線性器件。于非線性器件。第25頁/共90頁第二十六頁，共90頁。二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)1. 最大整流最大整流(zhngli)電流電流 IF 二極管長期運(yùn)行時，允許二極管長期運(yùn)行時，允許(ynx)通過的最大正向平均電流。通過的最大正向平均電流。2. 最高反向最高反向(fn xin)工作電壓工作電壓 UR工作時允許加在二極管兩端的反向電壓值工作時允許加在二極管兩端的反向電壓值。通常將。通常將擊穿電壓擊穿電壓 UBR 的一半定義為的一半定義為 UR 。3. 反向電流反向

24、電流 IR通常希望通常希望 IR 值愈小愈好。值愈小愈好。4. 最高工作頻率最高工作頻率 fMfM 值主要值主要 決定于決定于 PN 結(jié)結(jié)電容的大小。結(jié)結(jié)電容的大小。結(jié)電容愈大，二極結(jié)電容愈大，二極管允許的最高工作頻率愈低。管允許的最高工作頻率愈低。第26頁/共90頁第二十七頁，共90頁。二極管的電容二極管的電容(dinrng)效效應(yīng)應(yīng)當(dāng)二極管上的電壓發(fā)生變化時，當(dāng)二極管上的電壓發(fā)生變化時，PN 結(jié)中儲存的電荷結(jié)中儲存的電荷(dinh)量將隨之發(fā)生變化，使二極管具有電容效應(yīng)。量將隨之發(fā)生變化，使二極管具有電容效應(yīng)。電容效應(yīng)包括電容效應(yīng)包括(boku)兩部分兩部分勢壘電容勢壘電容擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容

25、1. 勢壘電容勢壘電容是由是由 PN 結(jié)的空間電荷區(qū)變化形成的。結(jié)的空間電荷區(qū)變化形成的。( (a) ) PN 結(jié)加正向電壓結(jié)加正向電壓（b) ) PN 結(jié)加反向電壓結(jié)加反向電壓 N空間空間電荷區(qū)電荷區(qū)PVRI+UN空間空間電荷區(qū)電荷區(qū)PRI+ UV第27頁/共90頁第二十八頁，共90頁?？臻g電荷區(qū)的正負(fù)離子數(shù)目發(fā)生變化，如同空間電荷區(qū)的正負(fù)離子數(shù)目發(fā)生變化，如同(rtng)電容的放電和充電過程。電容的放電和充電過程。勢壘電容的大小勢壘電容的大小(dxio)可用下式表示可用下式表示：lSUQC ddb由于由于 PN 結(jié)結(jié) 寬度寬度 l 隨外加隨外加電壓電壓 U 而變化，因此勢壘電容而變化，因此

26、勢壘電容 Cb不是不是(b shi)一個常數(shù)。其一個常數(shù)。其 Cb = f (U) 曲線如圖示。曲線如圖示。 ：半導(dǎo)體材料的介電比系數(shù)；：半導(dǎo)體材料的介電比系數(shù)；S ：結(jié)面積；：結(jié)面積；l ：耗盡層寬度。：耗盡層寬度。OUCb圖圖 1.2.8第28頁/共90頁第二十九頁，共90頁。2. 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容 Cd Q是由多數(shù)載流子在擴(kuò)散過程中積累是由多數(shù)載流子在擴(kuò)散過程中積累(jli)而引起的。而引起的。在某個正向電壓下，在某個正向電壓下，P 區(qū)中的電子濃度區(qū)中的電子濃度 np(或或 N 區(qū)的空穴濃區(qū)的空穴濃度度 pn)分布分布(fnb)曲線如圖中曲線曲線如圖中曲線 1 所示。所示。x = 0 處

27、為處為 P 與與 N 區(qū)的交界處區(qū)的交界處當(dāng)電壓加大，當(dāng)電壓加大，np (或或 pn)會升高會升高(shn o)，如曲線，如曲線 2 所示所示(反之濃度會反之濃度會降低降低)。OxnPQ12 Q當(dāng)加反向電壓時，擴(kuò)散運(yùn)動被削弱，當(dāng)加反向電壓時，擴(kuò)散運(yùn)動被削弱，擴(kuò)散電容的作用可忽略。擴(kuò)散電容的作用可忽略。 Q正向電壓時，變化載流子積累電荷量發(fā)生正向電壓時，變化載流子積累電荷量發(fā)生變化，相當(dāng)于電容器充電和放電的過程變化，相當(dāng)于電容器充電和放電的過程 擴(kuò)散電容效應(yīng)。擴(kuò)散電容效應(yīng)。圖圖 第29頁/共90頁第三十頁，共90頁。綜上所述：綜上所述：PN 結(jié)總的結(jié)電容結(jié)總的結(jié)電容 Cj 包括勢壘電容包括勢壘電

28、容 Cb 和擴(kuò)散電容和擴(kuò)散電容 Cd 兩部分。一般來說，當(dāng)二極管正向兩部分。一般來說，當(dāng)二極管正向(zhn xin)偏置偏置時，擴(kuò)散電容起主要作用，即可以認(rèn)為時，擴(kuò)散電容起主要作用，即可以認(rèn)為 Cj Cd；當(dāng)反向；當(dāng)反向偏置時，勢壘電容起主要作用，可以認(rèn)為偏置時，勢壘電容起主要作用，可以認(rèn)為 Cj Cb。Cb 和和 Cd 值都很小，通常值都很小，通常(tngchng)為幾個皮法為幾個皮法 幾十皮法，有些結(jié)面積大的二極管可達(dá)幾百皮法。幾十皮法，有些結(jié)面積大的二極管可達(dá)幾百皮法。第30頁/共90頁第三十一頁，共90頁。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管一種一種(y zhn)(y zhn)特殊的特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極

29、管。面接觸型半導(dǎo)體硅二極管。穩(wěn)壓管工作穩(wěn)壓管工作(gngzu)(gngzu)于反于反向擊穿區(qū)。向擊穿區(qū)。 I/mAU/VO+ 正向正向 +反向反向 U(b)(b)穩(wěn)壓管符號穩(wěn)壓管符號(fho)(fho)( (a) )穩(wěn)壓管伏安特性穩(wěn)壓管伏安特性+ I圖圖 穩(wěn)壓管的伏安特性和符號穩(wěn)壓管的伏安特性和符號第31頁/共90頁第三十二頁，共90頁。 穩(wěn)壓管的參數(shù)穩(wěn)壓管的參數(shù)(cnsh)(cnsh)主要有以下幾項：主要有以下幾項：1. 穩(wěn)定穩(wěn)定(wndng)電電壓壓 UZ3. 動態(tài)動態(tài)(dngti)電阻電阻 rZ2. 穩(wěn)定電流穩(wěn)定電流 IZZZZIUr 穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時的穩(wěn)定工作電壓。穩(wěn)壓管工作在

30、反向擊穿區(qū)時的穩(wěn)定工作電壓。 正常工作的參考電流。正常工作的參考電流。I IZ ，只要不超過額定功耗即可。，只要不超過額定功耗即可。rZ 愈小愈好。對于同愈小愈好。對于同一個穩(wěn)壓管，工作電流愈一個穩(wěn)壓管，工作電流愈大，大， rZ 值愈小。值愈小。IZ = 5 mA rZ 16 IZ = 20 mA rZ 3 IZ/mA第32頁/共90頁第三十三頁，共90頁。4. 電壓溫度電壓溫度(wnd)系數(shù)系數(shù) U 穩(wěn)壓管的參數(shù)主要穩(wěn)壓管的參數(shù)主要(zhyo)(zhyo)有以下幾項：有以下幾項：穩(wěn)壓管電流不變時，環(huán)境溫度每變化穩(wěn)壓管電流不變時，環(huán)境溫度每變化 1 引起穩(wěn)定引起穩(wěn)定(wndng)電壓變化的百分

31、比。電壓變化的百分比。 ( (1) ) UZ 7 V, U 0；UZ 4 V， U 0； ( (2) ) UZ 在在 4 7 V 之間，之間， U 值比較小，性能比較穩(wěn)定值比較小，性能比較穩(wěn)定。 2CW17：UZ = 9 10.5 V， U = 0.09 %/ 2CW11：UZ = 3.2 4.5 V， U = ( (0.05 0.03) )%/( (3) ) 2DW7 系列為溫度補(bǔ)償穩(wěn)壓管，用于電子設(shè)備的精密穩(wěn)系列為溫度補(bǔ)償穩(wěn)壓管，用于電子設(shè)備的精密穩(wěn)壓源中。壓源中。第33頁/共90頁第三十四頁，共90頁。 2DW7 系列系列(xli)穩(wěn)壓管結(jié)構(gòu)穩(wěn)壓管結(jié)構(gòu)(a)2DW7 (a)2DW7 穩(wěn)壓

32、管外形穩(wěn)壓管外形(wi xn)(wi xn)圖圖( (b) )內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖管子管子(gun zi)內(nèi)部包括兩個內(nèi)部包括兩個溫度系數(shù)相反的二極管對接在一溫度系數(shù)相反的二極管對接在一起。起。溫度變化時，一個二極管被溫度變化時，一個二極管被反向偏置，溫度系數(shù)為正值；而反向偏置，溫度系數(shù)為正值；而另一個二極管被正向偏置，溫度另一個二極管被正向偏置，溫度系數(shù)為負(fù)值，二者互相補(bǔ)償，系數(shù)為負(fù)值，二者互相補(bǔ)償，使使 1、2 兩端之間的電壓隨溫度的變化兩端之間的電壓隨溫度的變化很小。很小。例：例： 2DW7C， U = 0.005 %/圖圖 2DW7 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管第34頁/共90頁第三十五頁，共

33、90頁。5. 額定額定( dng)功功耗耗 PZ額定功率額定功率( dn n l)決定于決定于穩(wěn)壓管允許的溫升。穩(wěn)壓管允許的溫升。PZ = UZIZPZ 會轉(zhuǎn)化會轉(zhuǎn)化(zhunhu)為熱能，使穩(wěn)壓管發(fā)為熱能，使穩(wěn)壓管發(fā)熱。熱。電工手冊中給出電工手冊中給出 IZM，IZM = PZ/UZ 例例 求通過穩(wěn)壓管的電流求通過穩(wěn)壓管的電流 IZ 等于多少？等于多少？R 是限流電阻是限流電阻，其值是否合適？，其值是否合適？IZVDZ+20 VR = 1.6 k + UZ = 12 V IZM = 18 mA例題電路圖例題電路圖IZ IZM ，電阻值合適。，電阻值合適。 解解 mA5A105A106 . 1

34、122033Z I第35頁/共90頁第三十六頁，共90頁。VDZR使用使用(shyng)穩(wěn)壓管需要注意的幾個問題：穩(wěn)壓管需要注意的幾個問題：圖圖 穩(wěn)壓管電路穩(wěn)壓管電路(dinl)UOIO+IZIRUI+ 1 . 外 加 電 源 的 正 極 接 管外 加 電 源 的 正 極 接 管(jigun)子的子的 N 區(qū)，電源的負(fù)極接區(qū)，電源的負(fù)極接 P 區(qū)，保證管子工作在反向擊穿區(qū)；區(qū)，保證管子工作在反向擊穿區(qū)；RL2. 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管應(yīng)應(yīng)與與負(fù)載電阻負(fù)載電阻 RL 并聯(lián)并聯(lián)；3. 必須限制流過穩(wěn)壓管的電必須限制流過穩(wěn)壓管的電流流 IZ，不能超過規(guī)定值，不能超過規(guī)定值，以免因過，以免因過熱而燒毀管子。熱而

35、燒毀管子。第36頁/共90頁第三十七頁，共90頁。1.3雙極型三極管雙極型三極管( (BJT) )又稱半導(dǎo)體三極管、晶體管，或簡稱又稱半導(dǎo)體三極管、晶體管，或簡稱(jinchng)為三極管為三極管。( (Bipolar Junction Transistor) )三極管的外形三極管的外形(wi xn)如下圖所如下圖所示。示。三極管有兩種類型：三極管有兩種類型：NPN 和和 PNP 型。主要以型。主要以 NPN 型為型為例進(jìn)行例進(jìn)行(jnxng)討論。討論。圖圖 三極管的外形三極管的外形第37頁/共90頁第三十八頁，共90頁。三極管的結(jié)構(gòu)三極管的結(jié)構(gòu)(jigu)常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面常用的三

36、極管的結(jié)構(gòu)有硅平面(pngmin)管和鍺合管和鍺合金管兩種類型。金管兩種類型。圖三極管的結(jié)構(gòu)圖三極管的結(jié)構(gòu)(jigu)( (a) )平面型平面型( (NPN) )( (b) )合金型合金型( (PNP) )NecNPb二氧化硅二氧化硅becPNPe 發(fā)射極，發(fā)射極，b基極，基極，c 集集電極。電極。第38頁/共90頁第三十九頁，共90頁。平面型平面型(NPN)三極管制作三極管制作(zhzu)工工藝藝NcSiO2b硼雜質(zhì)擴(kuò)散硼雜質(zhì)擴(kuò)散ePN在在 N 型硅片型硅片(集電區(qū)集電區(qū))氧化膜上刻一個窗口，將氧化膜上刻一個窗口，將硼雜質(zhì)硼雜質(zhì)(zzh)進(jìn)行擴(kuò)散形進(jìn)行擴(kuò)散形成成 P 型型(基區(qū)基區(qū))，再在，

37、再在 P 型型區(qū)上刻窗口，將磷雜質(zhì)區(qū)上刻窗口，將磷雜質(zhì)(zzh)進(jìn)行擴(kuò)散形成進(jìn)行擴(kuò)散形成N型型的發(fā)射區(qū)。引出三個電極的發(fā)射區(qū)。引出三個電極即可。即可。合金型三極管制作工藝：在合金型三極管制作工藝：在 N 型鍺片型鍺片(基區(qū)基區(qū))兩邊各置一個銦球兩邊各置一個銦球，加溫銦被熔化并與，加溫銦被熔化并與 N 型鍺接觸型鍺接觸(jich)，冷卻后形成兩個，冷卻后形成兩個 P 型區(qū)型區(qū)，集電區(qū)接觸，集電區(qū)接觸(jich)面大，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高。面大，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高。第39頁/共90頁第四十頁，共90頁。圖圖 三極管結(jié)構(gòu)三極管結(jié)構(gòu)(jigu)示意圖和符號示意圖和符號(a)NPN 型型ecb符號符號集電區(qū)集

38、電區(qū)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電極集電極 c基極基極(j j) b發(fā)射極發(fā)射極 eNNP第40頁/共90頁第四十一頁，共90頁。集電區(qū)集電區(qū)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電極集電極 c發(fā)射極發(fā)射極 e基極基極(j j) bcbe符號符號NNPPN圖圖 1.3.3三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號( (b) )PNP 型型第41頁/共90頁第四十二頁，共90頁。三極管的放大三極管的放大(fngd)作用作用和載流子的運(yùn)動和載流子的運(yùn)動以以 NPN 型三極管為例討論型三極管為例討論(toln)圖三極管中的兩個圖三極管中的兩個(lin ) PN 結(jié)結(jié)cNN

39、Pebbec表面看表面看三極管若實(shí)現(xiàn)三極管若實(shí)現(xiàn)放大，必須從放大，必須從三極三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和和外外部所加電源的極部所加電源的極性性來保證。來保證。不具備不具備放大作用放大作用第42頁/共90頁第四十三頁，共90頁。三 極 管 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 要 求三 極 管 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 要 求(yoqi)：NNPebcN N NP P P1. 發(fā)射區(qū)高摻雜發(fā)射區(qū)高摻雜(chn z)。2. 基區(qū)做得很薄。通常只有基區(qū)做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且?guī)孜⒚椎綆资⒚?，而?r qi)摻雜較少。摻雜較少。三極管放大的外部條件三極管放大的外部條件：外加電源的極性應(yīng)使：外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)發(fā)射

40、結(jié)處于正向偏置處于正向偏置狀態(tài)，而狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。狀態(tài)。3. 集電結(jié)面積大。集電結(jié)面積大。第43頁/共90頁第四十四頁，共90頁。becRcRb三極管中載流子運(yùn)動三極管中載流子運(yùn)動(yndng)過程過程I EIB1. 發(fā)射發(fā)射區(qū)的電發(fā)射發(fā)射區(qū)的電子子(dinz)越過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散越過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴(kuò)散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)到發(fā)射區(qū)形成發(fā)射極電形成發(fā)射極電流流 IE (基區(qū)多子數(shù)目較少，基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可忽略空穴電流可忽略)。2. 復(fù)合和擴(kuò)散電子復(fù)合和擴(kuò)散電子到 達(dá) 基 區(qū) ， 少 數(shù) 與 空 穴到 達(dá) 基 區(qū) ， 少 數(shù) 與 空 穴

41、(kn xu)復(fù)合形成基極復(fù)合形成基極電流電流 Ibn，復(fù)合掉的空穴，復(fù)合掉的空穴(kn xu)由由 VBB 補(bǔ)充。補(bǔ)充。多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散，到達(dá)集電結(jié)的一側(cè)。，到達(dá)集電結(jié)的一側(cè)。圖圖 三極管中載流子的運(yùn)動三極管中載流子的運(yùn)動第44頁/共90頁第四十五頁，共90頁。becI EI BRcRb三極管中載流子運(yùn)動三極管中載流子運(yùn)動(yndng)過程過程3. 收集集電結(jié)反偏，收集集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)擴(kuò)散過來的有利于收集基區(qū)擴(kuò)散過來的電子電子(dinz)而形成集電極電而形成集電極電流流 Icn。其 能 量 來 自 外 接 電 源其 能 量 來 自 外 接 電 源 VCC

42、 。I C另外，集電區(qū)和基區(qū)的另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場的作用下將進(jìn)少子在外電場的作用下將進(jìn)行 漂 移 運(yùn) 動 而 形 成行 漂 移 運(yùn) 動 而 形 成(xngchng)反向飽和電流反向飽和電流，用，用ICBO表示。表示。ICBO圖圖 三極管中載流子的運(yùn)動三極管中載流子的運(yùn)動第45頁/共90頁第四十六頁，共90頁。beceRcRb三極管的電流三極管的電流(dinli)分配關(guān)系分配關(guān)系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC = ICn + ICBO IE = ICn + IBn + IEp = IEn+ IEp一般要求一般要求 ICn 在在 IE 中占的比例中占的比例(bl)盡量

43、大。而二者之比盡量大。而二者之比稱直流電流放大系數(shù)稱直流電流放大系數(shù)，即，即ECnII 一般一般(ybn)可達(dá)可達(dá) 0.95 0.99第46頁/共90頁第四十七頁，共90頁。三個極的電流之間滿足三個極的電流之間滿足(mnz)節(jié)點(diǎn)電流定律，即節(jié)點(diǎn)電流定律，即IE = IC + IBCBOBCBOBCBOBCC)1(111)(IIIIIIII ECCCBOCBOECBOCnC 1 IIIIIIIII 可可將將其其忽忽略略，則則時時，當(dāng)當(dāng)) )( (代入代入( (1) )式，得式，得其中：其中：共射直流電流共射直流電流放大系數(shù)。放大系數(shù)。 1第47頁/共90頁第四十八頁，共90頁。CBOBC)1(I

44、II 上式中的后一項常用上式中的后一項常用(chn yn) ICEO 表示，表示，ICEO 稱穿透稱穿透電流。電流。CEOBCCBOCEO )1( IIIII 則則當(dāng)當(dāng) ICEO IC 時，忽略時，忽略(hl) ICEO，則由上式可，則由上式可得得BCII 共射直流電流放大系數(shù)共射直流電流放大系數(shù) 近似等于近似等于 IC 與與 IB 之比之比。 一般一般 值約為幾十值約為幾十 幾百。幾百。 第48頁/共90頁第四十九頁，共90頁。三極管的電流三極管的電流(dinli)分配關(guān)系分配關(guān)系BCEIII BC II BE )1(II 一組三極管電流關(guān)系一組三極管電流關(guān)系(gun x)典型數(shù)據(jù)典型數(shù)據(jù)I

45、B/mA 0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05IC/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91 IE/mA 0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.961. 任何一列電流關(guān)系任何一列電流關(guān)系(gun x)符合符合 IE = IC + IB，IB IC 0 (2) UCE 0 時的輸入特性時的輸入特性(txng)(txng)曲線曲線當(dāng)當(dāng) UCE 0 UCE 0 時，這個電壓有利于將發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基時，這個電壓有利于將發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子區(qū)的電子(dinz)(dinz)收集到集電極。收集到集電極。UCE UBE，三極管

46、處于，三極管處于(chy)放放大狀態(tài)。大狀態(tài)。 * 特性右移特性右移( (因集電因集電結(jié)開始吸引電子結(jié)開始吸引電子) )V2CE UV/BEUO0CE UIB/ AUCE 1 時的輸入特性具有實(shí)用意義。時的輸入特性具有實(shí)用意義。IBUCEICVCCRbVBBcebRCV V A mAUBE* UCE 1 V，特性，特性曲線重合。曲線重合。圖圖 三極管共射特性曲線測試電路三極管共射特性曲線測試電路圖圖 三極管的輸入特性三極管的輸入特性第54頁/共90頁第五十五頁，共90頁。二、輸出特性二、輸出特性圖圖 NPN 三極管的輸出特性曲線三極管的輸出特性曲線(qxin)IC / mAUCE /V100

47、A80A60 A40 A20 AIB = 0O 5 10 154321劃分劃分(hu fn)三個區(qū)：三個區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。截止區(qū)截止區(qū)放放大大區(qū)區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)放放大大區(qū)區(qū)1. 截止截止(jizh)區(qū)區(qū)IB 0 的區(qū)域。的區(qū)域。兩個結(jié)都處于反向偏置兩個結(jié)都處于反向偏置。IB= 0 時，時，IC = ICEO。 硅管約等于硅管約等于 1 A，鍺管約，鍺管約為幾十為幾十 幾百微安。幾百微安。常數(shù)常數(shù) B)(CECIUfI截止區(qū)截止區(qū)截止區(qū)截止區(qū)第55頁/共90頁第五十六頁，共90頁。2. 放大放大(fngd)區(qū)：區(qū)：條件條件(tiojin)：發(fā)射結(jié)正：發(fā)射結(jié)正偏偏集

48、電結(jié)反偏集電結(jié)反偏特點(diǎn)：各條輸出特性曲線特點(diǎn)：各條輸出特性曲線比較比較(bjio)平坦，近似為水平平坦，近似為水平線，且等間隔。線，且等間隔。二、輸出特性二、輸出特性IC / mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB =0O 5 10 154321放放大大區(qū)區(qū)集電極電流和基極電流體集電極電流和基極電流體現(xiàn)放大作用，即現(xiàn)放大作用，即BC II 放放大大區(qū)區(qū)放放大大區(qū)區(qū)對對 NPN 管管 UBE 0，UBC 0 UBC 0 。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：IC 基本上不隨基本上不隨 IB 而變化，在飽和區(qū)三極管而變化，在飽和區(qū)三極管失去放大失去放大(fngd)作用。作用。 I C IB。 當(dāng)當(dāng)

49、 UCE = UBE，即，即 UCB = 0 時，稱時，稱臨界飽和臨界飽和，UCE UBE時稱為時稱為過飽和過飽和。飽和管壓降飽和管壓降 UCES 0.4 V( (硅管硅管) )，UCES 0. 2 V( (鍺管鍺管) )飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)第57頁/共90頁第五十八頁，共90頁。三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)三極管的連接三極管的連接(linji)方式方式ICIE+C2+C1VEEReVCCRc( (b) )共基極接法共基極接法VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+( (a) )共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法圖圖 NPN 三極管的電流放大三極管的電流放大(fngd)關(guān)系關(guān)系一、

50、電流一、電流(dinli)放大系數(shù)放大系數(shù)是表征管子放大作用的參數(shù)。有以下幾個：是表征管子放大作用的參數(shù)。有以下幾個：第58頁/共90頁第五十九頁，共90頁。1. 共射電流共射電流(dinli)放大放大系數(shù)系數(shù) BCII 2. 共射直流電流放大系數(shù)共射直流電流放大系數(shù) 忽略忽略(hl)穿透電流穿透電流 ICEO 時，時，BCII 3. 共基電流共基電流(dinli)放大系放大系數(shù)數(shù) ECII 4. 共基直流電流放大系數(shù)共基直流電流放大系數(shù) 忽略反向飽和電流忽略反向飽和電流 ICBO 時，時，ECII 和和 這兩個參數(shù)不是獨(dú)立的，而是互相聯(lián)系，關(guān)系為這兩個參數(shù)不是獨(dú)立的，而是互相聯(lián)系，關(guān)系為：

51、1 1或或第59頁/共90頁第六十頁，共90頁。二、反向二、反向(fn xin)飽和電流飽和電流1. 集電極和基極集電極和基極(j j)之間的反向飽和電流之間的反向飽和電流 ICBO2.集電極和發(fā)射極之間的反向集電極和發(fā)射極之間的反向(fn xin)飽和電流飽和電流 ICEO( (a) )ICBO測量電測量電路路( (b) )ICEO測量電測量電路路ICBOceb AICEO Aceb 小功率鍺管小功率鍺管 ICBO 約為幾微約為幾微安；硅管的安；硅管的 ICBO 小，有的為納安小，有的為納安數(shù)量級。數(shù)量級。當(dāng)當(dāng) b 開路時，開路時， c 和和 e 之間的電流。之間的電流。CBOCEO)1(I

52、I 值愈大，則該管的值愈大，則該管的 ICEO 也愈大。也愈大。 圖圖 反向飽和電流的測量電路反向飽和電流的測量電路第60頁/共90頁第六十一頁，共90頁。三、三、 極限極限(jxin)參數(shù)參數(shù)1. 集電極最大允許集電極最大允許(ynx)電流電流 ICM 當(dāng)當(dāng) IC 過大時，三極管的過大時，三極管的 值要減小。在值要減小。在 IC = ICM 時，時， 值下降值下降(xijing)到額定值的三分之二。到額定值的三分之二。2. 集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率 PCM過過損損耗耗區(qū)區(qū)安安全全 工工 作作 區(qū)區(qū) 將將 IC 與與 UCE 乘積等于規(guī)乘積等于規(guī)定的定的 PCM 值各點(diǎn)連接

53、起來，值各點(diǎn)連接起來，可得一條雙曲線。可得一條雙曲線。ICUCE PCM 為過損耗區(qū)為過損耗區(qū)ICUCEOPCM = ICUCE安安全全 工工 作作 區(qū)區(qū)安安全全 工工 作作 區(qū)區(qū)過過損損耗耗區(qū)區(qū)過過損損耗耗區(qū)區(qū)圖圖 三極管的安全工作區(qū)三極管的安全工作區(qū)第61頁/共90頁第六十二頁，共90頁。3 . 極 間 反 向 擊 穿極 間 反 向 擊 穿 ( j chun)電壓電壓外加外加(wiji)在三極管各電極之間的最大允許反向電壓。在三極管各電極之間的最大允許反向電壓。U(BR)CEO：基極開路：基極開路時，集電極和發(fā)射極之間的時，集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿反向擊穿(j chun)電壓。電壓。U

54、(BR)CBO：發(fā)射極開：發(fā)射極開路時，集電極和基極之間路時，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。的反向擊穿電壓。安全工作區(qū)安全工作區(qū)同時要受同時要受 PCM、ICM 和和U(BR)CEO限制。限制。過電壓過電壓ICU(BR)CEOUCEO過過損損耗耗區(qū)區(qū)安安全全 工工 作作 區(qū)區(qū)ICM過流區(qū)過流區(qū)圖圖 三極管的安全工作區(qū)三極管的安全工作區(qū)第62頁/共90頁第六十三頁，共90頁。PNP 型三極管型三極管放大放大(fngd)原理與原理與 NPN 型基本相同，但為了保證發(fā)射型基本相同，但為了保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，外加電源的極性與結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，外加電源的極性與 NPN 正好相反。正好相反。圖

55、圖 三極管外加三極管外加(wiji)電源的極性電源的極性( (a) ) NPN 型型VCCVBBRCRb N NP+ +uoui( (b) ) PNP 型型VCCVBBRCRb+ +uoui第63頁/共90頁第六十四頁，共90頁。 PNP 三極管電流和電三極管電流和電壓壓(diny)實(shí)際方向。實(shí)際方向。UCEUBE+ + IEIBICebCUCEUBE( (+) )( ( ) )IEIBICebC( (+) )( ( ) ) PNP 三極管各極電流三極管各極電流和電壓的規(guī)定和電壓的規(guī)定(gudng)正正方向。方向。PNP 三極管中各極電流實(shí)際方向三極管中各極電流實(shí)際方向(fngxing)與規(guī)定

56、正與規(guī)定正方向方向(fngxing)一致。一致。電壓電壓( (UBE、UCE) )實(shí)際方向與規(guī)定正方向相反。計算中實(shí)際方向與規(guī)定正方向相反。計算中UBE 、UCE 為負(fù)值；輸入與輸出特性曲線橫軸為為負(fù)值；輸入與輸出特性曲線橫軸為( ( UBE) ) 、( ( UCE) )。第64頁/共90頁第六十五頁，共90頁。1.4場效應(yīng)三極管場效應(yīng)三極管只 有 一 種 載 流 子 參 與 導(dǎo) 電 ， 且 利 用 電 場 效 應(yīng) 來 控 制只 有 一 種 載 流 子 參 與 導(dǎo) 電 ， 且 利 用 電 場 效 應(yīng) 來 控 制(kngzh)電流的三極管，稱為場效應(yīng)管，也稱單極型三極管。電流的三極管，稱為場效應(yīng)

57、管，也稱單極型三極管。場效應(yīng)管分類場效應(yīng)管分類(fn li)結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管絕緣絕緣(juyun)柵場柵場效應(yīng)管效應(yīng)管特點(diǎn)特點(diǎn)單極型器件單極型器件( (一種載流子導(dǎo)電一種載流子導(dǎo)電) )； 輸入電阻高；輸入電阻高；工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。本低。第65頁/共90頁第六十六頁，共90頁。DSGN符符號號(fho)結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)(jigu)圖圖 N 溝道溝道(u do)結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N型型溝溝道道N型硅棒型硅棒柵極柵極源極源極漏極漏極P+P+P 型區(qū)型區(qū)耗盡層耗盡層( (PN 結(jié)結(jié)) )在漏

58、極和源極之間加上一在漏極和源極之間加上一個正向電壓，個正向電壓，N 型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子可以導(dǎo)電。多數(shù)載流子電子可以導(dǎo)電。導(dǎo)電溝道是導(dǎo)電溝道是 N 型的，型的，稱稱 N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管溝道結(jié)型場效應(yīng)管。第66頁/共90頁第六十七頁，共90頁。P 溝道溝道(u do)場效應(yīng)場效應(yīng)管管圖圖 P 溝道溝道(u do)結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N+N+P型型溝溝道道GSD P 溝道場效應(yīng)管是在溝道場效應(yīng)管是在 P 型硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的型硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的 N 型區(qū)型區(qū)(N+)，導(dǎo)電溝道為，導(dǎo)電溝道為 P 型，多數(shù)型，多數(shù)(dush)載流子為載流子為空穴?？昭?。符號符號

59、GDS第67頁/共90頁第六十八頁，共90頁。二、工作二、工作(gngzu)原理原理 N 溝道溝道(u do)結(jié)型場效應(yīng)管用改變結(jié)型場效應(yīng)管用改變 UGS 大小來控制大小來控制漏極電流漏極電流 ID 的。的。GDSNN型型溝溝道道柵極柵極源極源極漏極漏極P+P+耗盡層耗盡層*在柵極在柵極(shn j)和源和源極之間加反向電壓，耗盡層極之間加反向電壓，耗盡層會變寬，導(dǎo)電溝道寬度減小會變寬，導(dǎo)電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流，漏極電流 ID 減小，反之減小，反之，漏極，漏極 ID 電流將增加。電流將增加。 *耗盡層的寬度改變主耗盡層的寬度改變主要在溝道區(qū)。要

60、在溝道區(qū)。第68頁/共90頁第六十九頁，共90頁。1. 設(shè)設(shè)UDS = 0 ，在柵源之間加負(fù)電源，在柵源之間加負(fù)電源 VGG，改變，改變 VGG 大小。觀察大小。觀察(gunch)耗盡層的變化。耗盡層的變化。ID = 0GDSN型型溝溝道道P+P+ ( (a) ) UGS = 0UGS = 0 時，耗盡層比較時，耗盡層比較(bjio)窄，導(dǎo)電溝比較窄，導(dǎo)電溝比較(bjio)寬寬UGS 由零逐漸增大，耗盡層逐漸加寬，導(dǎo)電由零逐漸增大，耗盡層逐漸加寬，導(dǎo)電(dodin)溝相應(yīng)變窄。溝相應(yīng)變窄。當(dāng)當(dāng) UGS = UP，耗盡層合攏，導(dǎo)電溝被夾斷，夾斷電壓，耗盡層合攏，導(dǎo)電溝被夾斷，夾斷電壓 UP 為負(fù)

61、值。為負(fù)值。ID = 0GDSP+P+N型型溝溝道道 ( (b) ) UGS 0，在柵源間加負(fù)，在柵源間加負(fù)電源電源 VGG，觀察，觀察(gunch) UGS 變化時耗盡層和漏極變化時耗盡層和漏極 ID 。UGS = 0，UDG ，ID 較大。較大。PUGDSP+NISIDP+P+VDDVGG UGS 0，UDG 0 時，耗盡層呈現(xiàn)楔形。時，耗盡層呈現(xiàn)楔形。( (a) )( (b) )第70頁/共90頁第七十一頁，共90頁。GDSP+NISIDP+P+VDDVGGUGS |UP|,ID 0,夾斷夾斷(ji dun)GDSISIDP+VDDVGGP+P+(1) (1) 改變改變 UGS UGS

62、，改變了，改變了 PN PN 結(jié)中電場，控制了結(jié)中電場，控制了 ID ID ，故稱場效應(yīng)管；，故稱場效應(yīng)管； (2) (2)結(jié)型場效應(yīng)管柵源之間加反向結(jié)型場效應(yīng)管柵源之間加反向(fn xin)(fn xin)偏置電壓，使偏置電壓，使 PN PN 反偏，柵極基本不取電流，因此，場效應(yīng)管輸入電阻很高。反偏，柵極基本不取電流，因此，場效應(yīng)管輸入電阻很高。( (c) )( (d) )第71頁/共90頁第七十二頁，共90頁。三、特性三、特性(txng)曲線曲線1. 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移(zhuny)特性特性(N 溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例溝道結(jié)型場效應(yīng)管為例)常數(shù)常數(shù) DS)(GSDUUfIO UGSIDIDSSUP圖圖

63、 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移(zhuny)特性特性UGS = 0 ，ID 最大；最大；UGS 愈負(fù)，愈負(fù)，ID 愈??；愈??；UGS = UP，ID 0。兩個重要參數(shù)兩個重要參數(shù)飽和漏極電流飽和漏極電流 IDSS( (UGS = 0 時的時的 ID) )夾斷電壓夾斷電壓 UP ( (ID = 0 時的時的 UGS) )UDSIDVDDVGGDSGV V UGS圖圖 1.4.5特性曲線測試電特性曲線測試電路路 mA第72頁/共90頁第七十三頁，共90頁。1. 轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移(zhuny)特性特性O(shè) uGS/VID/mAIDSSUP圖圖 1.4.6轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性2. 漏極特性漏極特性(txng)當(dāng)柵源當(dāng)柵源 之間的電壓之

64、間的電壓 UGS 不變時，漏極電流不變時，漏極電流(dinli) ID 與漏與漏源之間電壓源之間電壓 UDS 的關(guān)系，即的關(guān)系，即 結(jié)型場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特結(jié)型場效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性曲線的近似公式：性曲線的近似公式：常數(shù)常數(shù) GS)(DSDUUfI)0( )1(GSP2PGSDSSD時時當(dāng)當(dāng)UUUUII 第73頁/共90頁第七十四頁，共90頁。IDSS/VPGSDSUUU ID/mAUDS /VOUGS = 0V- -1 - -2 - -3 - -4 - -5 - -6 - -7 V8P U預(yù)夾斷軌預(yù)夾斷軌跡跡恒流區(qū)恒流區(qū)擊穿區(qū)擊穿區(qū) 可變可變電阻電阻區(qū)區(qū)漏極特性漏極特性(txng)也有三個區(qū)：可變電阻區(qū)

65、、恒流也有三個區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和擊穿區(qū)。區(qū)和擊穿區(qū)。2. 漏極特性漏極特性(txng)UDSIDVDDVGGDSGV V UGS圖圖 1.4.5特性曲線測試電路特性曲線測試電路 mA圖圖 (b)漏極特性漏極特性(txng)第74頁/共90頁第七十五頁，共90頁。場效應(yīng)管的兩組特性場效應(yīng)管的兩組特性(txng)曲線之間互相聯(lián)系，可曲線之間互相聯(lián)系，可根據(jù)漏極特性根據(jù)漏極特性(txng)用作圖的方法得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性用作圖的方法得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性(txng)。UDS = 常數(shù)常數(shù)(chngsh)ID/mA0 0.5 1 1.5UGS /VUDS = 15 V5ID/mAUDS /V0UGS

66、= 0 0.4 V 0.8 V 1.2 V 1.6 V101520250.10.20.30.40.5結(jié)型場效應(yīng)管柵極基本不取電流，其輸入電阻很高，可結(jié)型場效應(yīng)管柵極基本不取電流，其輸入電阻很高，可達(dá)達(dá) 107 以上。如希望得到更高的輸入電阻，可采用以上。如希望得到更高的輸入電阻，可采用(ciyng)絕緣柵場效應(yīng)管。絕緣柵場效應(yīng)管。圖圖 在漏極特性上用作圖法求轉(zhuǎn)移特性在漏極特性上用作圖法求轉(zhuǎn)移特性第75頁/共90頁第七十六頁，共90頁。絕緣絕緣(juyun)(juyun)柵型場效應(yīng)管柵型場效應(yīng)管 由金屬由金屬(jnsh)、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬(jnsh)-氧化物氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管，或簡稱半導(dǎo)體場效應(yīng)管，或簡稱 MOS 場效應(yīng)管。場效應(yīng)管。特點(diǎn)特點(diǎn)(tdin)：輸入電阻可達(dá)：輸入電阻可達(dá) 109 以上。以上。類型類型N 溝道溝道P 溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型UGS = 0 時漏源間存在導(dǎo)電溝道稱時漏源間存在導(dǎo)電溝道稱耗盡型場效應(yīng)管；耗盡型場效應(yīng)管；UGS = 0 時漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱時漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱增強(qiáng)型場