模擬電子技術閆林電子系副教/p>

答疑地點3-209時間

主要參考書江曉安模擬電子技術西安電子科技大學出版社童詩白、華成英，《模擬電子技術基礎》，（第四版），高等教育出版社<清華大學>康華光，《電子技術基礎(模擬部分)》，第四版，高等教育出版社<華中科技大學>第一節(jié)半導體的特性本征半導體雜質半導體下頁總目錄第一章半導體器件1.半導體(semiconductor)共價鍵Covalentbond半導體的定義：將導電能力介于導體和絕緣體之間的一大類物質統(tǒng)稱為半導體。大多數半導體器件所用主要材料是硅和鍺一、本征半導體(intrinsicsemiconductors)價電子在硅(或鍺)的晶體中,原子在空間排列成規(guī)則的晶格。晶體中的價電子與共價鍵+4+4+4+4+4+4+4+4+4下頁首頁上頁2.本征半導體(intrinsicsemiconductors)純凈的、不含雜質的半導體稱為本征半導體。在本征半導體中，由于晶體中共價鍵的結合力很強，在熱力學溫度零度（即T=0K，在絕對零度(-273℃)時）

價電子的能量不足以掙脫共價鍵的束縛，晶體中不存在能夠導電的載流子，半導體不能導電，如同絕緣體一樣。下頁上頁首頁+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征半導體中的載流子帶負電的自由電子Freeelectron帶正電的空穴hole如果溫度升高，少數價電子將掙脫共價鍵束縛成為自由電子。在原來的共價鍵位置留下一個空位，稱之為空穴。下頁上頁首頁+4+4+4+4+4+4+4+4+4半導體中存在兩種載流子：帶負電的自由電子和帶正電的空穴。在一定溫度下電子-空穴對的產生和復合達到動態(tài)平衡。在本征半導體中，兩種載流子總是成對出現稱為電子–空穴對本征載流子的濃度對溫度十分敏感電子-空穴對兩種載流子濃度相等下頁上頁首頁半導體中的載流子——自由電子和空穴

在絕對零度(-273℃)時，所有價電子都被束縛在共價鍵內，晶體中沒有自由電子，所以半導體不能導電。當溫度升高時，鍵內電子因熱激發(fā)而獲得能量。其中獲得能量較大的一部分價電子，能夠掙脫共價鍵的束縛離開原子而成為自由電子。與此同時在共價鍵內留下了與自由電子數目相同的空位，稱為本征激發(fā)。

空穴的出現是半導體的特點1.N型（或電子型）半導體(N-typesemiconductor)二、雜質半導體則原來晶格中的某些硅原子將被雜質原子代替。雜質原子與周圍四個硅原子組成共價鍵時多余一個電子。這個電子只受自身原子核吸引，在室溫下可成為自由電子。在4價的硅或鍺中摻入少量的5價雜質元素，下頁上頁在本征半導體中摻入某種特定的雜質，就成為雜質半導體。+5+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子首頁+5+4+4+4+4+4+4+4+4失去自由電子的雜質原子固定在晶格上不能移動，并帶有正電荷，稱為正離子。在這種雜質半導體中，電子的濃度大大高于空穴的濃度。因主要依靠電子導電，故稱為電子型半導體。多數載流子Majoritycarrier少數載流子Minoritycarrier下頁上頁5價的雜質原子可以提供電子，所以稱為施主原子。首頁+3+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或鍺晶體中摻入少量的3價雜質元素，空位2.P型半導體(P-typesemiconductor)

當它與周圍的硅原子組成共價鍵時，將缺少一個價電子，產生了一個空位。空位為電中性。下頁上頁首頁硅原子外層電子由于熱運動填補此空位時，雜質原子成為負離子，硅原子的共價鍵中產生一個空穴。在這種雜質半導體中，空穴的濃度遠高于自由電子的濃度。+3+4+4+4+4+4+4+4+4空穴在室溫下仍有電子-空穴對的產生和復合。多數載流子P型半導體主要依靠空穴導電，所以又稱為空穴型半導體。下頁上頁3價的雜質原子產生多余的空穴，起著接受電子的作用，所以稱為受主原子。少數載流子首頁在雜質半導體中：雜質濃度不應破壞半導體的晶體結構，多數載流子的濃度主要取決于摻入雜質的濃度；而少數載流子的濃度主要取決于溫度。雜質半導體的優(yōu)點：摻入不同性質、不同濃度的雜質，并使P型半導體和N型半導體以不同方式組合，可以制造出形形色色、品種繁多、用途各異的半導體器件。總結上頁首頁第二節(jié)半導體二極管PN結及其單向導電性二極管的伏安特性二極管的主要參數穩(wěn)壓管總目錄下頁-++++++++++++-----------1.PN結中載流子的運動-++++++++++++-----------空間電荷區(qū)內電場Uho又稱耗盡層，即PN結。最終擴散(diffusion)運動與漂移(drift)運動達到動態(tài)平衡，PN結中總電流為零。內電場又稱阻擋層，阻止擴散運動，卻有利于漂移運動。硅約為（0.6~0.8）V鍺約為（0.2~0.3）V一、PN結及其單向導電性擴散漂移下頁上頁首頁正向電流外電場削弱了內電場有利于擴散運動，不利于漂移運動?？臻g電荷區(qū)變窄2.PN結的單向導電性加正向電壓+-U-++++++++++++-----------RE耗盡層內電場Uho-U外電場I稱為正向接法或正向偏置（簡稱正偏）forwardbiasPN結處于正向導通(on)狀態(tài)，正向等效電阻較小。下頁上頁首頁+-U-++++++++++++-----------RE稱為反向接法或反向偏置（簡稱反偏）一定溫度下，E超過某一值后I飽和，稱為反向飽和電流IS

。結論：PN結具有單向導電性：正向導通，反向截止。內電場外電場Uho+U空間電荷區(qū)外電場增強了內電場有利于漂移運動，不利于擴散運動。反向電流非常小，PN結處于截止(cut-off)狀態(tài)。加反向電壓I反向電流IS

對溫度十分敏感。下頁上頁首頁動畫二、二極管的伏安特性陽極從P區(qū)引出，陰極從N區(qū)引出。1.二極管的類型從材料分：硅二極管和鍺二極管。從管子的結構分：對應N區(qū)對應P區(qū)點接觸型二極管，工作電流小，可在高頻下工作，適用于檢波和小功率的整流電路。面接觸型二極管，工作電流大，只能在較低頻率下工作，可用于整流。開關型二極管，在數字電路中作為開關管。

二極管的符號陽極anode陰極cathode下頁上頁首頁302010I/mAUD/V0.51.01.5201024-I/μАO正向特性死區(qū)電壓IsUBR反向特性+-UDI2.二極管的伏安特性下頁上頁首頁動畫當正向電壓超過死區(qū)電壓后，二極管導通,電流與電壓關系近似指數關系。硅二極管為0.7V左右鍺二極管為0.2V左右死區(qū)電壓正向特性0.51.01.5102030U/VI/mAO

二極管正向特性曲線硅二極管為0.5V左右鍺二極管為0.1V左右死區(qū)電壓：導通壓降：正向特性下頁上頁首頁反偏時，反向電流值很小，反向電阻很大，反向電壓超過UBR則被擊穿。IS反向特性UBR結論：二極管具有單向導電性，正向導通，反向截止。二極管方程：反向飽和電流反向擊穿電壓若|U|>>UT則I≈-

IS

式中：

IS為反向飽和電流

UT

是溫度電壓當量，

常溫下UT近似為26mV。反向特性24-I/μAI/mAU/V2010O若U

>>UT則下頁上頁首頁三、二極管的主要參數最大整流電流IF指二極管長期運行時，允許通過管子的最大正向平均電流。IF的數值是由二極管允許的溫升所限定。

最高反向工作電壓UR工作時加在二極管兩端的反向電壓不得超過此值，否則二極管可能被擊穿。為了留有余地，通常將擊穿電壓UBR的一半定為UR

。下頁上頁首頁室溫條件下，在二極管兩端加上規(guī)定的反向電壓時，流過管子的反向電流。通常希望IR值愈小愈好。IR受溫度的影響很大。

最高工作頻率fM值主要決定于結結電容的大小。結電容愈大，則二極管允許的最高工作頻率愈低。下頁上頁反向電流IR首頁二極管除了具有單向導電性以外，還具有一定的電容效應。勢壘電容Cb由PN結的空間電荷區(qū)形成，又稱結電容，反向偏置時起主要作用。擴散電容Cd由多數載流子在擴散過程中的積累引起，正向偏置時起主要作用。下頁上頁首頁4二極管基本電路及其分析方法4.1二極管正向V-特性的建模1.理想模型在正向偏置時，其管壓降為0V;而在反向偏置時，認為電阻無窮大。iDVDiDvD2.恒壓降模型二極管導通后,其管壓降認為是恒定的,且不隨電流而變化,典型值是

0.7V。不過，這只有當二極管的電流iD近似等于或大于1mA時才是正確的。3.折線模型二極管的管壓降不是恒定的，而是隨著通過二極管電流的增加而增加。Vth約為0.5V,其中，Vth和rD的值不是固定不變的。(見例題)DivDiDVDrDthv2.4.2模型分析法1.限幅電路在電子技術中，常用限幅電路對各種信號進行處理。它是用來讓信號在預置的電平范圍內，有選擇地傳輸一部分。（見例題）2.開關電路在開關電路中，利用二極管的單向導電性以接通或斷開電路。在分析這種電路時，應掌握一條基本原則，即判斷電路中二極管處于導

通狀態(tài)還是截止狀態(tài)，可以先將二極管斷開，然后觀察（或經過計算）陽、陰兩極間是正向電壓還是反向電壓，若是前者則二極管導通，否則二極管截止。（見例題）3.低電壓穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電源是電子電路中常見的組成部分。利用二極管正向壓降基本恒定的特點，可以構成低電壓穩(wěn)壓電路。（見例題）1–4-3二極管基本應用電路利用二極管的單向導電特性，可實現整流、限幅及電平選擇等功能。一、二極管整流電路把交流電變?yōu)橹绷麟姡Q為整流。一個簡單的二極管半波整流電路如圖1–17(a)所示。若二極管為理想二極管，當輸入一正弦波時，由圖可知：正半周時，二極管導通(相當開關閉合)，uo=ui；負半周時，二極管截止(相當開關打開)，uo=0。其輸入、輸出波形見圖1–17(b)。整流電路可用于信號檢測，也是直流電源的一個組成部分。圖1–17二極管半波整流電路及波形(a)電路；(b)輸入、輸出波形關系二、二極管限幅電路限幅電路也稱為削波電路，它是一種能把輸入電壓的變化范圍加以限制的電路，常用于波形變換和整形。一個簡單的上限幅電路如圖1–19(a)所示。當ui≥E+UD(on)=2.7V時，V導通，uo=2.7V，即將ui的最大電壓限制在2.7V上；當ui<2.7V時，V截止，二極管支路開路，uo=ui。圖1–19(b)畫出了輸入一5V的正弦波時，該電路的輸出波形。將輸入信號中高出2.7V的部分削平了。1–5–1穩(wěn)壓二極管(齊納二極管)特殊工藝制造，雜質濃度比較大。穩(wěn)壓二極管是利用PN結反向擊穿后具有穩(wěn)壓特性制作的二極管，其除了可以構成限幅電路之外，主要用于穩(wěn)壓電路。一、穩(wěn)壓二極管的特性穩(wěn)壓二極管的電路符號及伏安特性曲線如圖1–21所示。由圖可見，它的正、反向特性與普通二極管基本相同。區(qū)別僅在于擊穿后，特性曲線更加陡峭，即電流在很大范圍內變化時(IZmin<I<IZmax)，其兩端電壓幾乎不變。1–5其它二極管簡介圖1-21穩(wěn)壓二極管及其特性曲線（a)電路符號（b)伏安特性曲線穩(wěn)壓管特點：1、PN結易擊穿，其擊穿電壓比普通二極管擊穿電壓低很多；2、PN結面積大，散熱條件好，使反向擊穿在較大范圍內是可逆的。穩(wěn)壓管特性：當穩(wěn)壓管處于正向偏置時，其特性和普通二極管特性相同。當穩(wěn)壓管處于反向偏置時，（1）如果電壓較小，（＜UZ）則處于截止狀態(tài)，電流近似為0；（2）如果電壓達到擊穿電壓值（UZ），電流迅速增大，穩(wěn)壓管處于穩(wěn)壓狀態(tài)。這表明，穩(wěn)壓二極管反向擊穿后，能通過調整自身電流實現穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管擊穿后，電流急劇增大，使管耗相應增大。因此必須對擊穿后的電流加以限制，以保證穩(wěn)壓二極管的安全。圖1–22穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路二、穩(wěn)壓二極管的主要參數1.穩(wěn)定電壓UZUZ是指擊穿后在電流為規(guī)定值時，管子兩端的電壓值。由于制作工藝的原因，即使同型號的穩(wěn)壓二極管，UZ的分散性也較大。使用時可通過測量確定其準確值。2額定功耗PZPZ是由管子結溫限制所限定的參數。PZ與PN結所用的材料、結構及工藝有關，使用時不允許超過此值。3穩(wěn)壓電流IZIZ是穩(wěn)壓二極管正常工作時的參考電流。工作電流小于此值時，穩(wěn)壓效果差，大于此值時，穩(wěn)壓效果好。穩(wěn)定電流的最大值IZmax有一限制，即IZmax=PZ/UZ。工作電流不允許超過此值，否則會燒壞管子。另外，工作電流也有最小值IZmax的限制，小于此值時，穩(wěn)壓二極管將失去穩(wěn)壓作用。4動態(tài)電阻rZrZ是穩(wěn)壓二極管在擊穿狀態(tài)下，兩端電壓變化量與其電流變化量的比值。反映在特性曲線上，是工作點處切線斜率的倒數。rZ隨工作電流增大而減小。rZ的數值一般為幾歐姆到幾十歐姆。5溫度系數αα是反映穩(wěn)定電壓值受溫度影響的參數，用單位溫度變化引起穩(wěn)壓值的相對變化量表示。通常，UZ<5V時具有負溫度系數(因齊納擊穿具有負溫系數)；UZ>7V時具有正溫度系數(因雪崩擊穿具有正溫系數)；而UZ在5V到7V之間時，溫度系數可達最小。三、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路如圖1–22所示。圖中Ui為有波動的輸入電壓，并滿足Ui>UZ。R為限流電阻，RL為負載。圖1–22穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路1–5–2變容二極管如前所述，PN結加反向電壓時，結上呈現勢壘電容，該電容隨反向電壓增大而減小。利用這一特性制作的二極管，稱為變容二極管。它的電路符號如圖1–23所示。變容二極管的結電容與外加反向電壓的關系由式(1–5)決定。它的主要參數有：變容指數、結電容的壓控范圍及允許的最大反向電壓等。圖1–23變容二極管符號1–5–3光電二極管光電二極管是一種將光能轉換為電能的半導體器件，其結構與普通二極管相似，只是管殼上留有一個能入射光線的窗口。圖1–25示出了光電二極管的電路符號，其中，受光照區(qū)的電極為前級，不受光照區(qū)的電極為后級。圖1–25光電二極管符號1–5–4發(fā)光二極管發(fā)光二極管是一種將電能轉換為光能的半導體器件。它由一個PN結構成，其電路符號如圖1–26所示。當發(fā)光二極管正偏時，注入到N區(qū)和P區(qū)的載流子被復合時，會發(fā)出可見光和不可見光。圖1–26發(fā)光二極管符號

三、寫出圖T1.3所示各電路的輸出電壓值，設二極管導通電壓UD＝0.7V。

電路舉例：判各二極管狀態(tài)，求Uo值。四、已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UZ＝6V，穩(wěn)定電流的最小值IZmin＝5mA。求圖T1.4所示電路中UO1和UO2各為多少伏。

圖T1.4解：UO1≈1.3V，UO2＝0，UO3≈－1.3V，UO4≈2V，UO5≈1.3V，UO6≈－2V。

1.4電路如圖P1.4所示，已知ui＝5sinωt(V)，二極管導通電壓UD＝0V。試畫出ui與uO的波形，并標出幅值。

1.5電路如圖P1.5（a）所示，其輸入電壓uI1和uI2的波形如圖（b）所示，二極管導通電壓UD＝0.7V。試畫出輸出電壓uO的波形，并標出幅值。圖P1.5[例1.2.1]已知Ui=

Umsinωt，畫出uo和uD的波形VDR+-+-uiuo+-uDioUmωtuooωtuDoui

＞0

時二極管導通，uo=

uiuD

=

0ui

＜0

時二極管截止，uD

=

uiuo=

0-UmioUmωtuio下頁上頁首頁[例1.2.2]二極管可用作開關EVDESEVDES正向偏置，相當于開關閉合。反向偏置，相當于開關斷開。下頁上頁首頁四、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管是一種面接觸型二極管，與二極管不同之處：1.采用特殊工藝，擊穿狀態(tài)不致損壞；2.擊穿是可逆的。符號及特性曲線如下圖所示：ΔUΔI+-IUO

穩(wěn)壓管的伏安特性和符號ΔUΔI值很小有穩(wěn)壓特性陰極陽極下頁上頁首頁1.穩(wěn)定電壓UZ，穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時的工作電壓。2.穩(wěn)定電流Iz

，穩(wěn)壓管正常工作時的參考電流。3.動態(tài)內阻rz

，穩(wěn)壓管兩端電壓和電流的變化量之比。

rz=ΔU/ΔI4.電壓的溫度系數αU，穩(wěn)壓管電流不變時，環(huán)境溫度對穩(wěn)定電壓的影響。5.額定功耗Pz

，電流流過穩(wěn)壓管時消耗的功率。主要參數：下頁上頁首頁使用穩(wěn)壓管組成穩(wěn)壓電路時的注意事項：UoRLVDZRUiIRIoIZ++--

穩(wěn)壓管電路穩(wěn)壓管必須工作在反向擊穿區(qū)，穩(wěn)壓管應與負載RL并聯，必須限制流過穩(wěn)壓管的電流IZ，下頁上頁首頁[例1.2.3]電路如圖所示，已知UImax=15V，UImin=10VIZmax=50mA，IZmin=5mA，RLmax=1kΩ，RLmin=600ΩUZ=6V,

對應ΔUZ=0.3V。求rZ，選擇限流電阻R。下頁上頁首頁UoRLVDZRUiIRIoIZ++--+-UZ解：IZ=IR-Io=UI-UZR-UZRLIZmax＞UImax-UZR-UZRLmaxIZmin

＜UImin-UZR-UZRLminrZ

=ΔIZΔUZ=6.7Ω15

-

650

+61=160

ΩR＞R＜10

-

65

+60.6=267

ΩΔIZ=IZmax-IZmin=45mA下頁上頁首頁UoRLVDZRUiIRIoIZ++--+-UZ+-VD1VD2U+-U+-U+-UVD1VD2VD1VD2VD1VD2[例1.2.4]有兩個穩(wěn)壓管

VD1和

VD2，它們的穩(wěn)壓值為UZ1=6V，UZ2=8V，正向導通壓降均為

UD=0.6

V，將它們串聯可得到幾種穩(wěn)壓值。U=UD+UD=1.2VU=UZ1+UD=6.6VU=UZ1+UZ2=14VU=UD+UZ2=8.6V下頁上頁首頁上頁首頁課堂練習第三節(jié)雙極型三極管三極管的結構三極管中載流子的運動和電流分配關系三極管的特性曲線三極管的主要參數總目錄下頁1.3半導體三極管幾種半導體三極管的外形1.3.1三極管的結構及類型三極管的結構示意圖和符號

無論是NPN型或是PNP型的三極管,它們均包含三個區(qū):發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū),并相應地引出三個電極：發(fā)射極（e)、基極(b)和集電極(c)。同時,在三個區(qū)的兩兩交界處,形成兩個PN結,分別稱為發(fā)射結和集電結。常用的半導體材料有硅和鍺,因此共有四種三極管類型。它們對應的型號分別為：3A(鍺PNP)、3B(鍺NPN)、3C(硅PNP)、3D(硅NPN)四種系列。半導體三極管晶體管(transistor)雙極型三極管或簡稱三極管制作材料：分類：它們通常是組成各種電子電路的核心器件。雙極結型又稱為：硅或鍺NPN型PNP型下頁上頁首頁一、三極管的結構三個區(qū)發(fā)射區(qū)：雜質濃度很高基區(qū)：雜質濃度低且很薄集電區(qū)：無特別要求發(fā)射結集電結集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)cbeNPN型三極管的結構和符號兩個PN結發(fā)射結集電結三個電極發(fā)射極

e基極

b集電極

c集電極

ccollector基極

bbase發(fā)射極

eemitterNPN下頁上頁首頁RbRcEBECecb發(fā)射極電流二、三極管中載流子的運動和電流分配關系發(fā)射:發(fā)射區(qū)大量電子向基區(qū)發(fā)射。2.復合和擴散：電子在基區(qū)中復合擴散。3.收集：將擴散過來的電子收集到集電極。同時形成反向飽和電流ICBO。IEICIBICNIENIBNICBO集電極電流基極電流下頁上頁首頁動畫RbRcEBECecbIEICIBICNIENIBNICBOIC

=

ICN+

ICBOIE

=

ICN+

IBNIC

=αIE+

ICBO將代入IC

=

ICN+

ICBO得當ICBO

<<IC時，可得≈ICIEαIEN

=

ICN+

IBNIE

=

IENIE

=

IC+

IB下頁上頁ICNα=IE通常將定義為共基直流電流放大系數。首頁β≈ICIBIE

=

IC+

IBβ稱為共射直流電流放大系數。IE=IC+IBIC

≈βIBIE=（1+β）IB下頁上頁首頁β1+βα

=β=α1-α1.3.4三極管的特性曲線圖1–33三極管共發(fā)射極特性曲線測試電路三、三極管的特性曲線1.輸入特性IB=f（UBE）UCE=

常數UCE=0VUCE=2V當UCE大于某一數值后，各條輸入特性十分密集，通常用UCE

>1時的一條輸入特性來代表。UBE/ViB/μAO

三極管的輸入特性下頁上頁UBEib+-UCE=0VBBRbbec

三極管的輸入回路首頁2.輸出特性iC/mAOuCE/ViB=80μА6040200IC=f(UCE)IB=常數飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)：IB≤0的區(qū)域，IC

≈0，發(fā)射結和集電結都反偏。2.

放大區(qū)：發(fā)射結正偏集電結反偏ΔIC=βΔIB

3.

飽和區(qū)：發(fā)射結和集電結都正偏，UCE較小，IC

基本不隨IB

而變化。當UCE=UBE時，為臨界飽和；當UCE<UBE

時過飽和。截止區(qū)下頁上頁首頁動畫發(fā)射結反向偏置,集電結反向偏置,三極管工作在截止區(qū),可調換

EB極性。發(fā)射結反向偏置,三極管工作在截止區(qū),可調換

EC極性,或將VT更換為PNP型。兩PN結均正偏三極管工作在飽和區(qū)。[例1.3.1]判斷圖示各電路中三極管的工作狀態(tài)。0.7VVT0.3V下頁上頁RbRcECEBVTRbRcECVT首頁EB=IBRb+UBEIBICIB

=

46.5

μAβIB

=

2.3mA假設三極管飽和，UCES=0.3

V則ICS=EC-UCESRc=4.85

mAβIB

<ICS假設不成立，三極管工作在放大區(qū)?；蛘逫C=βIB

=

2.3mAUCE=EC-ICRc=5.4

V發(fā)射結正偏集電結反偏，三極管工作在放大區(qū)。下頁上頁RbRCECEBVT2k200k10V10Vβ=50首頁EB=IBRb+UBEIBICIB

=

465

μAβIB

=

23mA假設三極管飽和，UCES=0.3

V則ICS=EC-UCESRc=4.85

mAβIB

>ICS假設成立，三極管工作在飽和區(qū)?；蛘逫C=βIB

=

23mAUCE=EC-ICRc=-36

V發(fā)射結正偏集電結正偏，三極管工作在飽和區(qū)。下頁上頁RbRCECEBVT2k20k10V10Vβ=50首頁四、三極管的主要參數2.反向飽和電流β=ΔICΔIBβ≈ICIB共基直流電流放大系數αα=ΔICΔIE

共基電流放大系數αα=ICNIEβ共射直流電流放大系數集電極和基極之間的反向飽和電流ICBO集電極和發(fā)射極之間的穿透電流

ICEOICEO=（1+）ICBOβ兩者滿足1.電流放大系數

共射電流放大系數β下頁上頁首頁3.極限參數a.集電極最大允許電流

ICMiC/mAOuCE/V三極管的安全工作區(qū)過流區(qū)集射反向擊穿電壓U(BR)CEO集基反向擊穿電壓U(BR)CBOICUCE=PCM過壓區(qū)安全工作區(qū)ICM過損耗區(qū)U(BR)CEOc.極間反向擊穿電壓b.集電極最大允許耗散功率

PCM下頁上頁首頁下頁上頁五、PNP型三極管PNP型三極管的放大原理與NPN型基本相同，但外加電源的極性相反。~VBBuiRbRcVT+-uoVCC~VBBuiRbRcVT+-uoVCC首頁在由PNP三極管組成的放大電路中，三極管中各極電流和電壓的實際方向如圖(a)所示，根據習慣三極管中電流和電壓的規(guī)定正方向如圖(b)所示。UCE

UBE

IE

IC

IB

cbe(-)

(+)

(+)

(-)

(a)UCE

UBE

IE

IC

IB

cbe(-)

(+)

(+)

(-)

(b)定量計算中，將得出PNP三極管的UBE和UCE為負值。在PNP三極管的輸入和輸出特性曲線中，電壓坐標軸上將分別標注“-UBE”和“-UCE”。電流實際方向與規(guī)定方向一致，電壓實際方向與規(guī)定方向相反。下頁上頁首頁上頁首頁課堂練習第四節(jié)場效應三極管結型場效應管絕緣柵場效應管場效應管的主要參數下頁總目錄場效應三極管中參與導電的只有一種極性的載流子（多數載流子），故稱為單極型三極管。分類：結型場效應管絕緣柵場效應管增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道N溝道P溝道P溝道下頁上頁首頁一、結型場效應管1.結構N型溝道耗盡層GDSGDSP+P+N溝道結型場效應管的結構和符號柵極漏極源極下頁上頁首頁2.工作原理UGS=0UGS<0UGS=UGS(off)⑴當UDS=0時，UGS對耗盡層和導電溝道的影響。ID=0ID=0下頁上頁首頁N型溝道GDSP+P+N型溝道GDSP+P+GDSP+P+IS=IDIDISIDISUGS=0，UDG<|UGS(off)|UGS<0，UDG<|UGS(off)|⑵.當UDS＞0時，UGS對耗盡層和ID的影響。NP+P+VGGVDDGDSNP+P+VDDGDS溝道較寬，ID

較大。溝道變窄，

ID

較小。下頁上頁首頁NP+P+IDISVGGVDDP+P+IDISVGGVDDUGS<0，UDG=|UGS(off)|，UGS≤

UP，UDG

>

|UGS(off)|，ID≈0，導電溝道夾斷。ID更小，導電溝道預夾斷。下頁上頁首頁動畫3.特性曲線⑴.轉移特性ID=f（UGS）|UDS=常數GDSmAVVIDVGGVDD場效應管特性曲線測試電路Ｎ溝道結型場效應管轉移特性

IDSSUP飽和漏極電流柵源間加反向電壓UGS

<

0利用場效應管輸入電阻高的優(yōu)點。UGS/VID/mAO下頁上頁首頁⑵.漏極特性ID=f（UDS）|UGS=常數預夾斷軌跡可變電阻區(qū)恒流區(qū)擊穿區(qū)|UGS(off)|8VIDSSUGS=0-4-2-6-8ID/mAUDS/VO|UDS-UGS|=|UP|可變電阻區(qū)：ID與UDS基本上線性關系，但不同的UGS其斜率不同。恒流區(qū)：又稱飽和區(qū)，ID幾乎與UDS無關，ID的值受UGS控制。N溝道結型場效應管的漏極特性擊穿區(qū)：反向偏置的PN結被擊穿，

ID電流突然增大。夾斷電壓下頁上頁首頁二、絕緣柵場效應管1.N溝道增強型MOS場效應管⑴.結構P型襯底N+N+BSGDSiO2鋁P襯底雜質濃度較低，引出電極用B表示。N+兩個區(qū)雜質濃度很高，分別引出源極和漏極。柵極與其它電極是絕緣的，通常襯底與源極在管子內部連接。SGDB下頁上頁首頁P型襯底N+SGDBN+開啟電壓，用UT表示⑵.工作原理當UGS增大到一定值時，形成一個N型導電溝道。N型溝道UGS>UT時形成導電溝道VGG導電溝道的形成假設UDS=0，同時UGS

>0

靠近二氧化硅的一側產生耗盡層，若增大UGS

，則耗盡層變寬。又稱之為反型層導電溝道隨UGS增大而增寬。下頁上頁首頁UDS對導電溝道的影響UGS為某一個大于UT的固定值，在漏極和源極之間加正電壓，且UDS<

UGS

-UT即UGD=UGS-UDS

>UT則有電流ID

產生，ID使導電溝道發(fā)生變化。當UDS

增大到UDS=UGS

-UT即UGD=UGS-UDS

=UT

時，溝道被預夾斷，

ID

飽和。P型襯底N+N+SGDBVGGN型溝道VDDUDS對導電溝道的影響下頁上頁首頁⑶.特性曲線IDOUT2UT預夾斷軌跡可變電阻區(qū)恒流區(qū)ID/mAUDS/VOUGS/VID/mAO當UGS

≥

UGS(th)時。下頁上頁截止區(qū)轉移特性曲線可近似用一下公式表示：首頁2.N溝道耗盡型MOS場效應管預先在二氧化硅中摻入大量的正離子，使UGS=0時，產生N型導電溝道。當UGS<0時，溝道變窄，達到某一負值時被夾斷，ID≈0，稱為夾斷電壓。UGS>0時，溝道變寬，ID增大。GDSB下頁上頁首頁P型襯底N+N+SGDBN型溝道++++++動畫耗盡型：UGS

=0時無導電溝道。增強型：UGS

=0時有導電溝道。特性曲線IDSSUP預夾斷軌跡可變電阻區(qū)恒流區(qū)IDSSID/mAUDS/VOUGS=0-2-1+1+2UGS/VOID/mA下頁上頁截止區(qū)首頁三、場效應管的主要參數1.直流參數⑴.飽和漏極電流IDSS是耗盡型場效應管的一個重要參數。它的定義是當柵源之間的電壓uGS等于零，而漏源之間的電壓uDS大于夾斷電壓時對應的漏極電流。⑵.夾斷電壓UP是耗盡型場效應管的一個重要參數。其定義是當uDS一定時，使iD減小到某一個微小電流時所需的uGS值。下頁上頁首頁⑶.開啟電壓UGS(th)UGS(th)是增強型場效應管的一個重要參數。其定義是當uDS一定時，使漏極電流達到某一數值時所需加的uGS值。⑷.直流輸入電阻RGS柵源之間所加電壓與產生的柵極電流之比。結型場效應管的RGS一般在107Ω以上，絕緣柵場效應管的RGS更高，一般大于109Ω。下頁上頁首頁2.交流參數⑴.低頻跨導gm用以描述柵源之間的電壓uGS對漏極電流iD的控制作用。⑵.極間電容場效應管三個電極之間的等效電容，包括CGS、CGD和CDS。極間電容愈小，管子的高頻性能愈好。一般為幾個皮法。下頁上頁首頁3.極限參數⑴.漏極最大允許耗散功率PDM漏極耗散功率等于漏極電流與漏源之間電壓的乘積，即PD=iDuDS。⑵.

漏源擊穿電壓U（BR）DS在場效應管的漏極特性曲線上，當漏極電流iD急劇上升產生雪崩擊穿時的uDS

。⑶.柵源擊穿電壓U（BR）GS下頁上頁首頁上頁首頁課堂練習1.3半導體三極管圖1-28幾種半導體三極管的外形1.3.1三極管的結構及類型圖1–29三極管的結構示意圖和符號無論是NPN型或是PNP型的三極管,它們均包含三個區(qū):發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū),并相應地引出三個電極：發(fā)射極（e)、基極(b)和集電極(c)。同時,在三個區(qū)的兩兩交界處,形成兩個PN結,分別稱為發(fā)射結和集電結。常用的半導體材料有硅和鍺,因此共有四種三極管類型。它們對應的型號分別為：3A(鍺PNP)、3B(鍺NPN)、3C(硅PNP)、3D(硅NPN)四種系列。1.3.2三極管的三種連接方式圖1-30三極管的三種連接方式1.3.3三極管的放大作用1.載流子的傳輸過程發(fā)射。(2)擴散和復合。(3)收集。圖1–31三極管中載流子的傳輸過程2.電流分配圖1-32三極管電流分配集電極電流ＩＣ由兩部分組成：ＩＣｎ和ＩＣＢＯ,前者是由發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子被集電極收集后形成的,后者是由集電區(qū)和基區(qū)的少數載流子漂移運動形成的,稱為反向飽和電流。于是有ＩＣ＝ＩＣｎ＋ＩＣＢＯ(1-6)發(fā)射極電流ＩＥ也由兩部分組成：ＩＥｎ和ＩＥｐ。ＩＥｎ為發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子所形成的電流,ＩＥｐ是由基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴散的空穴所形成的電流。因為發(fā)射區(qū)是重摻雜,所以ＩＥｐ忽略不計,即ＩＥ≈ＩＥｎ。ＩＥｎ又分成兩部分,主要部分是ＩＣｎ,極少部分是ＩＢｎ。ＩＢｎ是電子在基區(qū)與空穴復合時所形成的電流,基區(qū)空穴是由電源ＵＢＢ提供的,故它是基極電流的一部分。基極電流ＩＢ是ＩＢｎ與ＩＣＢＯ之差：(1-7)(1-8)發(fā)射區(qū)注入的電子絕大多數能夠到達集電極,形成集電極電流,即要求ＩＣｎ>>ＩＢｎ。通常用共基極直流電流放大系數衡量上述關系,用α來表示,其定義為(1-9)一般三極管的α值為0.97～0.99。將(１-９)式代入(１-６)式,可得(1-10)通常ＩＣ>>ＩCBO,可將ＩＣＢＯ忽略,由上式可得出(1-11)三極管的三個極的電流滿足節(jié)點電流定律,即將此式代入(1-10)式得(1-12)經過整理后得令

β稱為共發(fā)射極直流電流放大系數。當IC>>ICBO時,β又可寫成(1-13)(1-14)則其中ICEO稱為穿透電流,即一般三極管的β約為幾十～幾百。β太小,管子的放大能力就差,而β過大則管子不夠穩(wěn)定。表1-3三極管電流關系的一組典型數據IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.161.772.372.96相應地,將集電極電流與發(fā)射極電流的變化量之比,定義為共基極交流電流放大系數,即故顯然β與β,α與α其意義是不同的,但是在多數情況下β≈β,α≈α。例如,從表１-３知,在ＩＢ＝００３mA附近,設ＩＢ由００２mA變?yōu)椋埃埃磎A,可求得1.3.4三極管的特性曲線圖1–33三極管共發(fā)射極特性曲線測試電路1.輸入特性當ＵＣＥ不變時,輸入回路中的電流ＩＢ與電壓ＵＢＥ之間的關系曲線稱為輸入特性,即圖1-34三極管的輸入特性2.輸出特性當ＩＢ不變時,輸出回路中的電流ＩＣ與電壓ＵＣＥ之間的關系曲線稱為輸出特性,即圖1-35三極管的輸出特性