1-常用半导体器件-1

1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础 办公地点：民主楼212室 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 （电（电 类）类） 主主 编编 罗桂娥罗桂娥 副主编副主编 张静秋张静秋 罗群罗群 中中 南南 大大 学学 出出 版版 社社 1. 遵守课堂纪律，保持良好的氛围 2. 认真完成作业，跟上教学进度 3. 按时交作业，及时订正 达到如下之一者 取消考试资格取消考试资格 4. 有疑问及时解决 第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件 O uD /V iD /mA uD iD 0 uD iD UD(on) 第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件 iZ /mA uZ/V O UZ IZmin IZma

2、x UZ IZ IZ 第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件 NPN 型: E C B BE u B i O 0 CE u V 1 CE u E B C ic uceuberbe ib ib 第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件 D B S G 符号符号 4 3 2 1 0 51015 UGS =5V 6V 4V 3V 2V ID /mA UDS =10V 0 1 2 3 246UGS / V UGs(th) UDS / V ID /mA Rgs S Id + UGS + UDS D 第第2 2章章 基本放大电路基本放大电路 ui 0 t uo 0 t 第第2 2章章 基本放大电

3、路基本放大电路 uo + + - - C1 RL RS us RC RB +VCC C2 + + - - ui + + - - T + + + + RS C1 RB C2 R E RL +VCC ui + + - - uo + + - - us + + - - +VCC RC C2 C3 RL RE + + + RB1 RB 2 RS + us + uo C1 第第2 2章章 基本放大电路基本放大电路 T T 1 2 VCC + uo + + - - Ui + + - - RB1RC1RE2 RC2 第第3 3章章 基本放大电路基本放大电路 第第4 4章章 功率放大电路功率放大电路 RL T1

4、 T2 +VCC + ui + uo VCC 第第5 5章章 模拟集成电路模拟集成电路 uid +VCC VEE 理想运放理想运放电压传输特性电压传输特性 UOM UOM uO uid 0 UOM UOM Uim Uim uid uO 0 实际运放实际运放电压传输特性电压传输特性 第第6 6章章 放大电路的负反馈电路放大电路的负反馈电路 id x o x f x i x + 1.引入反馈的目的：引入反馈的目的： 改善性能指标改善性能指标 2.判断反馈极性判断反馈极性 反馈类型反馈类型 3.3.根据信号源及负载确定反馈类型根据信号源及负载确定反馈类型 第第7 7章章 信号运算与处理电路信号运算与

5、处理电路 1. 基本运算电路的分析和设计基本运算电路的分析和设计 2. 模拟乘法器及其应用模拟乘法器及其应用 3. 有源滤波电路有源滤波电路 dB/lg20 pu u A A f f0 Q10 0.1 f0 10 f0 20lgAup 第第8 8章章 波形发生与变换电路波形发生与变换电路 正弦波振荡器正弦波振荡器 非正弦波振荡器非正弦波振荡器 方波、方波、 三角波、三角波、 锯齿波等锯齿波等 滤波滤波整流整流稳压稳压变压变压 Ot u 220 V，50Hz Ot u U2，50Hz O t u 单向单向 脉动电压脉动电压 Ot u O t u 稳定直稳定直 流流 单向单向 脉动电压脉动电压 第

6、第9 9章章 直流稳压电源直流稳压电源 第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件 1.1概述概述 1.2半导体二极管半导体二极管 小小 结结 1.3双极型晶体三极管双极型晶体三极管 1.4场效应管场效应管 教学内容：教学内容： 第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件 教学重点：教学重点： PN结的单向导电性结的单向导电性 二极管的伏安特性、电路模型二极管的伏安特性、电路模型 含二极管电路的分析方法含二极管电路的分析方法 3. 三极管的放大特性、伏安特性、电路模型三极管的放大特性、伏安特性、电路模型 工作状态（放大工作状态（放大/饱和饱和/截止）的确定截止）的确定 1.1.1半导体的导

7、电特性半导体的导电特性 1.1.2杂质半导体杂质半导体 1.1.3PN结结 1.1.半导体半导体 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。 温度为300K时几种材料的电阻率（cm） 1.710-8600 10101451012 1.610-8 2.3103 0.6 导体半导体绝缘体 银 Ag 铜 Cu 纯净 锗 Ge 纯净硅 Si 砷化镓 GeAs 橡胶陶瓷 1.1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性 2.2.本征半导体本征半导体 纯净的半导体。如硅、锗单晶体。 硅原子硅原子 +4+4+4 +4 +4+4 +4+4+4 在热力学温度零度 和没有外界激发时, 本

8、征半导体不导电。 共价键共价键 相邻原子共有价电子相邻原子共有价电子 所形成的束缚。所形成的束缚。 价电子价电子 2.2.本征半导体本征半导体 （常温下） 在常温下在常温下 两种载流子两种载流子 （自由电子和空穴）（自由电子和空穴） 成对出现成对出现 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 + 4 自由电子自由电子 空穴空穴 成对出现成对出现 本征激发 复合复合 自由电子自由电子 空穴空穴 成对消失成对消失 载流子 自由运动的带电粒子 在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱 共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中共价键的束缚成为自由电子

9、，并在共价键中 留下一个空位留下一个空位( (空穴空穴) )的过程。的过程。 自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对 消失的过程。消失的过程。 自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。 1.1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性 两种载流子两种载流子 电子电子( (自由电子自由电子) ) 空穴空穴 两种载流子的运动两种载流子的运动 自由电子自由电子( (在共价键以外在共价键以外) )的运动的运动 空穴空穴( (在共价键以内在共价键以内) )的运动的运动 结论：结论： 1. 本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；本征半

10、导体中电子空穴成对出现，且数量少； 2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电； 3. 本征半导体导电能力弱，并与温度有关本征半导体导电能力弱，并与温度有关。 1.1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性 1. 1. +5 +4+4+4 +4+4 磷原子磷原子 自由电子自由电子 自由电子为多数载流子 空穴为少数载流子 载流子数 电子数 自由电子数正离子数空穴数 1.1.2 杂质半导体杂质半导体（N 型半导体和型半导体和 P 型半导体）型半导体） +3 +4+4+4 +4+4 硼原子硼原子 空穴空穴 空穴空穴 多子多子 自由电子自由电子 少子少子 载流子

11、数 空穴数 空穴数负离子数自由电子数 2. 2. 1.1.2 杂质半导体杂质半导体（N 型半导体和型半导体和 P 型半导体）型半导体） 3. P 型与型与N 型半导体的简化示意图型半导体的简化示意图 负离子负离子 多数载流子多数载流子 少数载流子少数载流子 正离子正离子 多数载流子多数载流子少数载流子少数载流子 P型型 N型型 1.1.2 杂质半导体杂质半导体 1. PN 结结( (PN Junction) )的形成的形成 1) 载流子的浓度差引起多子的扩散 2) 复合使交界面形成空间电荷区 (耗尽层) 空间电荷区特点:无载流子，阻止扩散进行，利于少子的漂移。 内建电场 3) 扩散和漂移达到动

12、态平衡 扩散电流 等于漂移电流， 总电流 I = 0 1.1.3 PN 结结 P 区区N 区区 内电场内电场 外电场外电场 IF 限流电阻限流电阻 扩散运动加强形成正向电流扩散运动加强形成正向电流 IF = I多子 多子 I少子少子 I多子多子 1) 外加外加正向正向电压电压 (正向偏置) forward bias 外电场使多子 向PN结移动, 中和部分离子 空间电荷区变窄 1.1.3 PN 结结 2) 外加外加反向反向电压电压(反向偏置) reverse bias P 区区N 区区 内电场内电场 外电场外电场 IR PN 结的结的单向导电性单向导电性： 正偏导通，呈小电阻，电流较大正偏导通，

13、呈小电阻，电流较大; 反偏截止，电阻很大，电流近似为零反偏截止，电阻很大，电流近似为零。 漂移运动加强漂移运动加强 形成反向电流形成反向电流 IR 0 I少子 少子= 外电场使少子 背离 PN 结移动， 空间电荷区变宽 1.1.3 PN 结结 3. PN 结的伏安特性 ) 1e ( / S T Uu II 反向 饱和电流 温度的 电压当量 q kT UT 电子电量 玻尔兹曼常数 当当 T = 300( (27 C) )： UT = 26 mV O u /V I /mA 加正向电压时： 加反向电压时：iIS 反向饱和 反向击穿 正向特性 UR u i 1.1.3 PN 结结 1.2.1 二极管的

14、结构和类二极管的结构和类 型型 1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 1.2.4 二极管常用电路模二极管常用电路模 型型 1.2.5 稳压二极管稳压二极管 1.2.6 二极管的应用举例二极管的应用举例 构成：构成： 符号：符号： (anode) A C(cathode) 分类：分类： 按材料分按材料分 硅二极管 锗二极管 按结构分按结构分 点接触型 面接触型 平面型 PN 结结 + 引线引线 + 管壳管壳 二极管二极管(Diode) 1.2.1 二极管的结构和类型二极管的结构和类型 点接触型 正极正极 引线引线 触丝触丝 N 型锗片型锗片

15、外壳外壳 负极负极 引线引线 负极引线负极引线 面接触型 N型锗型锗 PN 结结 正极引线正极引线铝合金铝合金 小球小球 底座底座 金锑金锑 合金合金 正极正极 引线引线 负极负极 引线引线 集成电路中平面型 P N P 型支持衬底型支持衬底 1.2.1 二极管的结构和类型二极管的结构和类型 1.2.1 二极管的结构和类型二极管的结构和类型 二极管伏安特性方程二极管伏安特性方程 （同PN结） )1e ( / SD D T Uu Ii 反向 饱和电流 温度的 电压当量 q kT UT 电子电量 玻尔兹曼常数 当当 T = 300( (27 C) )： UT = 26 mV 1.2.2 二极管的伏

16、安特性二极管的伏安特性 2. 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 O uD /V iD /mA 正向特性正向特性 Uth 死区 电压 iD = 0 Uth = 0.5 V 0.1 V ( (硅管硅管) ) ( (锗管锗管) ) U UthiD 急剧上升急剧上升 0 U Uth UD(on) = (0.6 0.8) V 硅管硅管 0.7 V (0.2 0.4) V锗管 锗管 0.3 V 反向特性反向特性 U (BR) 反向击穿反向击穿 U(BR) U 0 i D = IS U(BR) 反向电流急剧增大反向电流急剧增大 ( (反向击穿反向击穿) ) 反向击穿类型： 电击穿 热击穿 反向击穿原因： 齐

17、纳击穿： (Zener) 掺杂较高，耗尽层薄，反向，将电子强行 拉出共价键。 (击穿电压 6 V，正温度系数) 2. 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 硅管的伏安特性硅管的伏安特性锗管的伏安特性锗管的伏安特性 60 40 20 0.02 0.04 0 0.4 0.8 2550 iD / mA uD / V iD / mA uD / V0.20.4 25 50 5 10 15 0.01 0.02 0 1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 20 C 60 40 20 0.02 00.4 2550 iD / mA uD / V 90 C UD(on)具有负温度特性： 温度每上升温度每上升 1

18、 C， 约下降约下降(2 2.5) mV IS 具有正温度特性： 温度每上升温度每上升 10 C， IS约增加一倍约增加一倍 1.2.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 1） IF 最大整流电流(最大正向平均电流) 2) URM 最高反向工作电压，为 U(BR) / 2 3) IR 反向电流(越小单向导电性越好) 4) fM 最高工作频率(超过时单向导电性变差) iD uD U (BR) I F URM O 1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 影响工作频率的原因 PN 结的电容效应 结论：结论： 1) 低频时，因结电容很小，对 PN 结影响很小。 高频时，因容抗减小，使结电容分流，

19、 导致单向导电性变差。 2) 结面积小时结电容小，工作频率高。 fC X 2 1 C 1.2.3 二极管的主要参数二极管的主要参数 特性特性 符号及等效模型符号及等效模型 S S 正偏则导通，uD = 0； iD由外电路决定由外电路决定 uD iD 0 1.2.4 二极管的常用电路模型二极管的常用电路模型 反偏则截止： iD = 0 ， U(BR)由外电路决定由外电路决定 uD iD UD(on) uD = UD(on) 0.7 V ( Si ) 0.3 V ( Ge ) 特性特性 符号符号 等效模型等效模型 UD(on) iD = 0 ， U (BR)由外电路决定由外电路决定 1.2.4 二

20、极管的常用电路模型二极管的常用电路模型 UD 特性特性 二极管动态电阻二极管动态电阻： Q点切线斜率 1/ rD IDQ U I uD iD 0 1 / T Q Uu S D Q D D d D eI du d di du r )( mA mV26 D T D d II U r 直流电阻： D D I U RD 在Q点附近小范围内， 将二极管近似看成线性器件 1.2.4 二极管的常用电路模型二极管的常用电路模型 rd 值与Q点的位置有关； uS = 20 sin t (mV) 1.2.4 二极管的常用电路模型二极管的常用电路模型 uS UO R IO D E 15V UO R IO D E 1

21、5V 线性电路符合叠加原理 uS UO R IO rd uS UO R IO D E 15V 1.2.4 二极管的常用电路模型二极管的常用电路模型 注意低频小信号模型使用条件 ： 该模型仅限于用来计算 当工作频率很高时，还要考虑PN结的结电容。 1. 伏安特性伏安特性 符号符号 工作条件：工作条件：反向击穿反向击穿 iZ /mA uZ/V O UZ IZmin IZmax UZ IZ IZ 等效模型等效模型 反偏时反偏时 起稳压作用起稳压作用 正偏时与正偏时与 普通普通Si Si管相同管相同 特殊工艺的Si管 1.2.5 稳压二极管稳压二极管 2. 2. 主要参数主要参数 1）稳定电压稳定电压

22、 UZ 流过规定电流时稳压管流过规定电流时稳压管 两端的反向电压值。两端的反向电压值。 2）稳定电流稳定电流 IZ 越大稳压效果越好，越大稳压效果越好， 小于小于 Imin 时不稳压。时不稳压。 3）最大工作电流最大工作电流 IZM 最大耗散功率最大耗散功率 PZM = UZ IZM 4）动态电阻动态电阻 rZ rZ = UZ / IZ 越小稳压效果越好。 几几 几十几十 1.2.5 稳压二极管稳压二极管 5) 稳定电压温度系数稳定电压温度系数 CT %100 Z Z T T U U C 一般：一般： UZ 4 V，CT 7 V，CT 0 ( (为雪崩击穿为雪崩击穿) )具有正温度系数；具有正

23、温度系数； 4 V UZ VN 二极管导通二极管导通 PN UO = VDD1 UD(on)= 14.3 V IO = UO / RL= 4.8 mA I2 = (UO VDD2) / R = 2.3 mA I1 = IO + I2 = 7.1 mA 1.2.6 二极管应用举例二极管应用举例 例例3： 二极管构成二极管构成“门门”电路，设电路，设 D1、D2 均为理想二极管，均为理想二极管， 当输入电压当输入电压 UA、UB 为低电平为低电平 0 V 和高电平和高电平 5 V 的的 不同组合时，求输出电压不同组合时，求输出电压 UO 的值。的值。 0 V 正偏正偏 导通导通 5 V 正偏正偏

24、导通导通 等效为 1.2.6 二极管应用举例二极管应用举例 1.2.6 二极管应用举例二极管应用举例 输入电压输入电压理想二极管理想二极管输出输出 电压电压UAUBD1D2 0 V0 V 正偏正偏 导通导通 正偏正偏 导通导通 0 V 0 V5 V 正偏正偏 导通导通 反偏反偏 截止截止 0 V 5 V0 V 反偏反偏 截止截止 正偏正偏 导通导通 0 V 5 V5 V 正偏正偏 导通导通 正偏正偏 导通导通 5 V 真值表真值表 ABY 00 0 010 100 111 例例3： 解解 二极管共阴或共阳接法时的分析方法： 根据外电路情况：， 采用理想模型 ， 采用恒压降模型 先利用理想模型或

25、恒压降模型分别判断二极管是否 满足导通条件，在同时满足导通条件的情况下， 共阴接法时：阳极电位高的二极管优先导通； 共阳接法时：阴极电位低的二极管优先导通； 1.2.6 二极管应用举例二极管应用举例 例例4：ui = 2 sin t (V)，分析二极管的限幅作用。，分析二极管的限幅作用。 解：解： ui 较小，宜采用较小，宜采用恒压降模型恒压降模型 D1、D2 均截止均截止 uO = ui D2 导通导通 D 截止 截止 uO = 0.7 V D1 导通导通 D2 截止截止 uO = 0.7 V O t uO/ V 0.7 O t ui / V 2 0.7 1.2.6 二极管应用举例二极管应用

26、举例 例例5：画出硅二极管构成的桥式整流电路在画出硅二极管构成的桥式整流电路在 ui = 15sin t (V) 作用下输出作用下输出 uO 的波形。的波形。 用二极管理想模型用二极管理想模型 RL D1 D2 D3 D4 ui B A uO Ot uO/ V 15 ui 正半周等效电路 ui 负半周等效电路 1.2.6 二极管应用举例二极管应用举例 Ot ui / V 15 练习：已知练习：已知 ui = 4 sin t (V)，画出，画出uo的波形。的波形。 二极管为理想二极管，二极管为理想二极管， 1.2.6 二极管应用举例二极管应用举例 1.3.1 BJT1.3.1 BJT的结构及类型

27、的结构及类型 1.3.2 BJT1.3.2 BJT的电流放大作用的电流放大作用 1.3.3 BJT1.3.3 BJT的特性曲线的特性曲线 1.3.4 BJT1.3.4 BJT的主要参数的主要参数 1.3.5 1.3.5 温度对温度对BJTBJT的特性及参数的影响的特性及参数的影响 ( (Semiconductor Transistor) ) 1.3.5 BJT1.3.5 BJT的电路模型的电路模型 1. 结构与符号结构与符号 N N P 发射极 Emitter 基极 Base 集电极 Collector 基区 发射区 集电区 NPN 型: P P N E B C PNP 型: E C B E

28、C B 集电结 发射结 1.3.1 BJT的结构及类型的结构及类型 1.3.1 BJT的结构及类型的结构及类型 2. 2. 分类分类 按材料分：按材料分： 硅管、锗管硅管、锗管 按功率分：按功率分： 小功率管小功率管 1 W 按结构分：按结构分： NPN、 PNP 按使用频率分：按使用频率分： 低频管、高频管低频管、高频管 1.3.2 BJT的电流放大作用的电流放大作用 1. 三极管放大的条件三极管放大的条件 内部内部 条件条件 发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高 基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低 集电结面积大集电结面积大 外部外部 条件条件 发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏 2.

29、 满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路 （对信号而言）（对信号而言） ui uo CE BE C B ui uo E C B ui uo 共发射极共发射极 共集电极共集电极 共基极共基极 实现电路实现电路: 1.3.2 BJT的电流放大作用的电流放大作用 uo + + - - C1 RL RS us RC RB +VCC C2 + + - - ui + + - - T + + + + RS C1 RB C2 R E RL +VCC ui + + - - uo + + - - us + + - - +VCC RC C2 C3 RL RE + + + RB1 RB 2 RS + us +

30、uo C1 共发射极共发射极 共集电极共集电极 共基极共基极 3. 三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程 1) ) 发射区向基区注入多子发射区向基区注入多子电子电子， 形成发射极电流形成发射极电流 IE I CN 多数向多数向 BC 结方向扩散形成结方向扩散形成 ICN IE 少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成 IBN I BN 基区 空穴来源 基极电源提供基极电源提供( (IB) ) 集电区少子漂移集电区少子漂移( (ICBO) ) I CBO IB IBN IB + ICBO 即：即： IB = IBN ICBO （1 1） 2) )电子到达基区后电子到达基区后 (

31、(基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略) ) I EN 1.3.2 BJT的电流放大作用的电流放大作用 I CN IE I BN I CBO IB 3) ) 集电区收集扩散过来的集电区收集扩散过来的 载流子形成集电极电流载流子形成集电极电流 IC IC I C = ICN + ICBO （2 2） 3. 三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程 1) ) 发射区向基区注入多子发射区向基区注入多子电子电子， 形成发射极电流形成发射极电流 IE 多数多数向向 BC 结方向扩散形成结方向扩散形成 ICN 少数少数与空穴复合，形成与空穴复合，形成 IBN 2) )电子到达基

32、区后电子到达基区后 I EN 1.3.2 BJT的电流放大作用的电流放大作用 4. 三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系 当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、 集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即： IB = I BN ICBO （1 1） IC = ICN + ICBO （2 2） BN CN I I CEOBCBOBC )1(IIIII 穿透电流穿透电流 CBOB CBOC II II （3 3） 得： 1.3.2 BJT的电流放大作用的电流放大作用 IE = IC + IB CEOBC

33、III BCE III BC II BE )1(II CEOBE )1(III 4. 三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系 1.3.2 BJT的电流放大作用的电流放大作用 I CN IE I BN I CBO IB IC I EN 1. 输入特性输入特性 输 入 回 路 输 出 回 路 常数常数 CE )( BEB u ufi 0 CE u若： 1 1） 则与二极管特性相似 等效为 1.3.3 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线 BE u B i O 0 CE u V 1 CE u 0 CE u V 1 CE u 特性基本特性基本重合重合（非平衡少子数量增加不多） 特性右移特性右移(

34、因集电结开始吸引电子,减少基区的复合) 导通电压导通电压 UBE( (on) ) 硅管：硅管： (0.6 0.8) V 锗管：锗管： (0.2 0.4) V 取取 0.7 V 取取 0.3 V 1. 输入特性输入特性 2 2） 3 3） 1.3.3 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线 1 1）uCE=0V与二极管特性相似 2. 输出特性输出特性 常数常数 B )( CEC i ufi iC / mA uCE /V 50 A 40 A 30 A 20 A 10 A IB = 0 O 2 4 6 8 4 3 2 1 截止区截止区 IB 0 IC = ICEO 0 条件：条件：两个结均反两个结

35、均反 偏偏 截止区 ICEO 1.3.3 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线 iC / mA uCE /V 50 A 40 A 30 A 20 A 10 A IB = 0 O 2 4 6 8 4 3 2 1 2. 放大区放大区 放大区 截止区 条件：条件： 发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏 特点：特点： 近似近似水平、等间隔水平、等间隔 ICEO 2. 输出特性输出特性 常数常数 B )( CEC i ufi BCEOBC IIII 1.3.3 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线 iC / mA uCE /V 50 A 40 A 30 A 20 A 10 A IB = 0

36、 O 2 4 6 8 4 3 2 1 3. 饱和区饱和区 uCE u BE uCB = uCE u BE 0 条件：条件：两个结均正偏两个结均正偏 特点：特点：IC U( (BR) )CEO U( (BR) )EBO 1.3.4 晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数 1. 温度升高，输温度升高，输入入特性曲线特性曲线向向左左移。移。 温度每升高温度每升高 1 C，UBE (2 2.5) mV。 温度每升高温度每升高 10 C，ICBO 约增大约增大 1 倍。倍。 BE u B i O T2 T1 1.3.5 温度对温度对BJT特性曲线的影响特性曲线的影响 2. 温度升高，输温度升高，输出出

37、特性曲线特性曲线向向上上移。移。 iC uCE T1 iB = 0 T2 iB = 0 iB = 0 温度每升高温度每升高 1 C， (0.5 1)%。 输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。 O 1.3.5 温度对温度对BJT特性曲线的影响特性曲线的影响 3DG110B用字母表示同一型号中的不同规格不同规格 用数字表示同种器件型号的序号序号 用字母表示器件的种类种类 用字母表示材料材料 三极管三极管 第二位：A表示锗PNP管、B表示锗NPN管、 C表示硅PNP管、D表示硅NPN管 第三位：X表示低频小功率管、D表示低频大功率管、 G表示高频小功率管、A表示高频小功率管、 K表示开关管。

38、 国家标准国家标准对半导体三极管的命名如下： （补充）（补充） 1.3.6 BJT的电路模型 1. 建立建立BJT的直流模型的直流模型 BE u B i O V 1 CE u uCE /V iC / mA 40 A 30 A 20 A 10 A IB = 0 O 2 4 6 3 2 1 0.7V 0.7V BE u B i O V 1 CE u iC / mA uCE /V 40 A 30 A 20 A O 2 4 6 3 2 1 0.7V 0.7V 放大区近似放大区近似 放大区近似放大区近似 Ic IB C IB E B UBE( (on) ) D UCE + - UBE + - BE u

39、B i O V 1 CE u 0.7V iC / mA uCE /V 40 A 30 A 20 A O 2 4 6 3 2 1 0.7V 1. 建立建立BJT的直流模型的直流模型 NPNBJT 直流模型 1.3.6 BJT的电路模型 建立小信号模型建立小信号模型 意义意义 由于三极管是非线性器件，其电路分析非常困难。 建立小信号模型，就是在一定条件下(工作点附近) 把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替， 将实际的非线性电路当作线性电路来处理。 从而简化放大电路的分析和设计。 1.3.6 BJT的电路模型 建立小信号模型建立小信号模型 思路思路 三极管在小信号三极管在小信号( (微变量微

40、变量) )情况下工作时情况下工作时, ,可在 Q点附近的小范围内，用直线近似地代替三极管的特性曲线， 三极管就可以用线性双口网络线性双口网络来等效代替. 1.3.6 BJT的电路模型 iB uBE o 3.3.三极管微变等效模型三极管微变等效模型 基于伏安特性导出 uBE = ube =uBE UBE iBib =iB IB rbe = uBE iB rbe 称为称为三极管的输入电阻三极管的输入电阻 Q uBE iB ( (忽略忽略uCECE变化对输入特性的影响变化对输入特性的影响) ) (1)rbe = ube ib 1)输入端的等效输入端的等效 1.3.6 BJT的电路模型 )mA( )m

41、V(26 )1 ( EQ be I r rbb rbe = 200 ( ) + (1+ ) 26(mV) IE (mA) 小功率管计算公式 三极管输入电阻计算公式：三极管输入电阻计算公式： 或 1.3.6 BJT的电路模型 3.3.三极管微变等效模型三极管微变等效模型 基于伏安特性导出 1)输入端的等效输入端的等效 )mA( )mV(26 BQ be I r rbb 3.3.三极管微变等效模型三极管微变等效模型 基于伏安特性导出 iC = iC + iC ic= ib+ rce uce uCE iB=+ rce rce 称为三极管的输出电阻，约为几十千欧。 uCE iC uCE IB1 IB2

42、 0 Q1 Q2 iC ic 3.3.三极管微变等效模型三极管微变等效模型 (2) 2)输出端的等效输出端的等效 iC 1.3.6 BJT的电路模型 当工作点由当工作点由Q1变化到时变化到时Q2时，时， 由由 iB所引起的所引起的 iC的变量为的变量为 iC , 由由uCE变化所引起的变化所引起的iC的变化量为的变化量为 iC ic uce ube ib ib C B E rbe E B ib ib C ic rce rce uce uce ic= ib+ rce rbe= ube ib 根据根据 (1) (2) 得 三 极 管 小信号模型 ube + + - - uce + + - - 1.

43、3.6 BJT的电路模型 3.3.三极管微变等效模型三极管微变等效模型基于伏安特性导出 由于由于rce阻值比输出端的负载大很多阻值比输出端的负载大很多, 通常可视为开路通常可视为开路, 从而得到从而得到简化简化的的微变等效电路微变等效电路 三极管的微变 等效电路 只能用来分析放大电路变化量变化量 之间的关系。 rce 3. 3. 三极管微变等效模型三极管微变等效模型基于伏安特性导出 E B C ic uceuberbe ib ib 在小信号情况下，对上两式取全微分得：在小信号情况下，对上两式取全微分得： CE CE BE B B BE BE BCE du u u di i u du IU 输入

44、方程：输入方程： uBE =f(iB， ，uCE) 输出方程：输出方程： iC =g(iB ，uCE) CE CE C B B C BCE du u i di i i d IU Ci 4. 4. 三极管微变等效模型三极管微变等效模型基于H参数导出 UCEQ IBQ IBQ uCE /V iC / mA O UCEQ ICQ O uCE1 uCE2 uCE3 iB / A uCE /V iC uCE uBE iB iB C B E Q 得：得： ube= h11ib+ h12uce ic= h21ib+ h22uce CE CE BE B B BE BE BCE du u u di i u du

45、 IU CE CE C B B C BCE du u i di i i d IU Ci 4. 4. 三极管微变等效模型三极管微变等效模型基于H参数导出 用用 小信小信 号号 交流交流 分量分量 BJT双口网络双口网络 BJT的的H参数模型参数模型 CE B BE 11 U i u h 输出端交流短路时的输入电阻rbe ； 输出端交流短路时的正向电流传输比或称为 电流放大系数 ； 输入端电流恒定(交流开路)的反向电压传输比uT 输入端电流恒定(交流开路)时的输出电导1/1/rce 式中：式中： 四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H H参数）参数） ube

46、= h11ib+ h12uce ic= h21ib+ h22uce CE B C 21 U i i h B CE BE 12 I u u h B CE C 22 I u i h 4. 三极管微变等效模型基于H参数导出 模型的简化：模型的简化： 即即 rbe= h11 = h21 uT = h12 rce= 1/h22 一般采用习惯符号一般采用习惯符号 uT 很小，一般为很小，一般为10-3 10-4 ， rce 很大，约为很大，约为100k 。 一般可忽略它们的影响，一般可忽略它们的影响， ib 是受控源是受控源 ，且为电流，且为电流 控制电流源控制电流源(CCCS)。 电流方向与电流方向与i

47、b的方向关联。的方向关联。 4. 三极管微变等效模型基于H参数导出 E B C ic rbe ib ibube uce H H参数的确定参数的确定 一般用测试仪测出；一般用测试仪测出； rbe 与与Q点有关，点有关， 可用图示仪测出。可用图示仪测出。 一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe rbe= rbb + (1+ ) re 其中对于低频小功率管其中对于低频小功率管 rbb(100300) 则则 )mA( )mV(26 )1 ( EQ be I r rbb )mA( )mV( )mA( )mV( EQEQ T e II V r 26 而而 (T=300K) 4. 三极管微变等效模型基于H

48、参数导出 E B C ic rbe ib ibube uce 例例1：已知放大电路中各管电位、试判断管型和材料已知放大电路中各管电位、试判断管型和材料 。 （a）Si PNP管 12V 11.3V 0V 12V 3V 3.7V 12V 14.8V 15V （a）（b） （c） b e c b e c b e c （b）Si NPN管 （c）Ge PNP管 导通电压导通电压 UBE( (on) ) 硅管：硅管： (0.6 0.8) V 锗管：锗管： (0.2 0.4) V 解题步骤： （1）找基极：电位居中者 （2）找射极： 该题隐含条件是“BJT处于放大状态” 由此可知对于： NPN管：VC

49、VB VE PNP管：VE VB VC 例例1 1解题方法：解题方法： 已知放大电路中各管电位已知放大电路中各管电位, ,试判断管型和材料试判断管型和材料 （3）判断材料：由UBE 值可判明为 锗/ /硅材料 （4）由三极电位关系可判明是NPN管/ /PNP管 例例2：已知已知BJT 两个电极的电流，两个电极的电流， 求另一极电流求另一极电流 ，并在圆圈中画出管子。，并在圆圈中画出管子。 10uA 1mA 5.1mA 100uA0.99mA 5.2mA 分析 该题隐含条件是 “BJT三极电流关系” 如下: IE = IB + IC 由此可求出另一极的电流 另：对于另：对于NPNNPN管，管，

50、IB 和和 IC 流流入入管子，管子， IE 流流出出 对于对于PNPPNP管，管， IB 和和 IC 流流出出管子，管子， IE 流流入入 例例3：判断下图各三极管的工作状态。判断下图各三极管的工作状态。 例例3解题方法解题方法判断三极管工作状态判断三极管工作状态 通常判定三极管处于何种工作状态可用下述通常判定三极管处于何种工作状态可用下述3 3种方法种方法: : 1三极管结偏置的判定法 利用三极管发射结和集电结的偏置判断管子的工作状态 结结 偏偏 置置 工作状态工作状态 发射结发射结集电结集电结 截止截止反偏或零偏反偏或零偏反偏反偏 放大放大正偏正偏反偏反偏 饱和饱和正偏正偏正偏或零偏正偏

51、或零偏 2三极管电流关系判定法 当当 IBIBS 时，时， T 处在饱和状态； 当当 0IB0IB IB+IC=(1+) IB 饱和饱和IBIBSIB (1+) IB 对硅管而言，临界饱和时的饱和管压降对硅管而言，临界饱和时的饱和管压降 UCES = 0.7V 深度饱和时管压降深度饱和时管压降 UCES0.10.10.3V0.3V 例例3解题方法解题方法判断三极管工作状态判断三极管工作状态 3三极管电位判定法 共射电路三极管各极电位（对“地”而言） VB、VC和三极管工作状态的关系 电位电位 电位值电位值/V/V 工作状态工作状态 VBVC 截止截止 Uon（0.5V）VCC 放大放大0.7V

52、UCES VC VCC 饱和饱和0.7VUCES 例例3解题方法解题方法判断三极管工作状态判断三极管工作状态 由图(a)电路方程可得 IB 为： 50.7 0.043()43() 100 CCBE B b VU ImAA R 50.7 0.054()54() 40 2 CCCES BS C VU ImAA R 临界饱和时的基极偏置电流 IBS 为 由于由于 IB IBS 故电路中三极管处在饱和状态故电路中三极管处在饱和状态 例例3 判断三极管工作状态判断三极管工作状态（b）解答：）解答： 引言引言 1.4.1 结型场效应管（结型场效应管（JFET） 1.4.4 场效应管的主要参数场效应管的主要

53、参数 1.4.2 MOS 场效应管（场效应管（MOSFET） 1.4.3 FET的低频小信号模型的低频小信号模型 引引 言言 场效应管场效应管 FET ( (Field Effect Transistor) ) 类型：类型： 结型结型 JFET ( (Junction Field Effect Transistor) ) 绝缘栅型绝缘栅型 IGFET( (Insulated Gate FET) ) 特点：特点： 1. 单极型器件单极型器件（FETFET中只有中只有一种载流子导电一种载流子导电） 3. 工艺简单、易集成、功耗小、工艺简单、易集成、功耗小、 体积小、成本低体积小、成本低 2. 输入

54、电阻高输入电阻高 ( ( 107 1015 ，IGFET 可高达可高达 1015 ) ) 1.4.1 结型场效应管结型场效应管 1. 结构与符号结构与符号 N 沟道沟道 JFET P 沟道沟道 JFET 漏极漏极 栅极栅极 源极源极 耗尽层耗尽层耗尽层耗尽层 2. 工作原理工作原理 1）UGS 对沟道的控制作用对沟道的控制作用 当当UGS 0 沟道楔型沟道楔型 耗尽层刚相碰耗尽层刚相碰 预夹断预夹断 此时此时 uGD = UGS( (off) ) 当当 uDS ，预夹断预夹断点点下移下移 进入恒流区，进入恒流区， 此时，此时，iD与与uDS无关无关 具有具有压控流源特性压控流源特性 2. 工作

55、原理工作原理 3. 转移特性和输出特性转移特性和输出特性 当当 UGS( (off) ) uGS 0 时时, 2 GS(off) GS DSSD )1( U u Ii uGS iD IDSS uDS iD uGS = 3 V 2 V 1 V 0 V 3 V O O 1.4.1 结型场效应管结型场效应管 恒流区恒流区 UGS( (off) ) SiO2 结构示意图结构示意图 P型硅衬底型硅衬底 源极源极S栅极栅极G漏极漏极D 衬底引线衬底引线B N+N+ D B S G 符号符号 增强型增强型 N 沟道沟道 MOSFET ( (Mental Oxide Semi FET) ) 1.4.2 MOS

56、 场效应管场效应管 SiO2 结构示意图结构示意图 P型硅衬底型硅衬底 耗尽层耗尽层 衬底引线衬底引线B N+N+ SGD UDS ID = 0 D与与S之间是两个之间是两个 PN结反向串联，结反向串联， 无论无论D与与S之间加之间加 什么极性的电压，什么极性的电压， 漏极电流均接近于零漏极电流均接近于零 1.4.2 MOS 场效应管场效应管 1）栅）栅-源电压的作用源电压的作用 由柵极指向衬底由柵极指向衬底 方向的电场使空穴方向的电场使空穴 向下移动向下移动,电子向上电子向上 移移 动动, 在在P 型硅型硅 衬底的上表面形成衬底的上表面形成 耗尽层。耗尽层。 仍然没有漏极电流仍然没有漏极电流

57、 P型硅衬底型硅衬底 N + + B SGD 。 耗尽层耗尽层 ID = 0 UGS N+N+ UDS 1.4.2 MOS 场效应管场效应管 E 1）栅）栅-源电压的作用源电压的作用 栅极下栅极下P型半导体型半导体 表面形成表面形成N型型 导电沟道，导电沟道， 当当D、S加上加上 正向电压后可产生正向电压后可产生 漏极电流漏极电流ID P型硅衬底型硅衬底 N + + B SGD 。 UDS 耗尽层耗尽层 ID N型导电沟道 N+N+ UGS 1.4.2 MOS 场效应管场效应管 E 1）栅）栅-源电压的作用源电压的作用 2) ) uDS 对对 iD的影响的影响( (uGS UGS( (th)

58、) ) 预夹断预夹断(UGD = UGS( (th) )： 漏极附近反型层消失漏极附近反型层消失 预夹断发生之前：预夹断发生之前： uDS iD ； 预夹断发生之后：预夹断发生之后：uDS iD 不变。不变。 1.4.2 MOS 场效应管场效应管 DS 间的电位差使沟道间的电位差使沟道 呈楔形，呈楔形，uDS ，靠近，靠近 漏极端的沟道厚度变薄漏极端的沟道厚度变薄 uDS与近似线性关系与近似线性关系iD 进入恒流区进入恒流区 3) 3) 增强型增强型 NMOS 管的特性曲线管的特性曲线 4 3 2 1 0 5 10 15 UGS =5V 6V 4V 3V 2V 恒流区恒流区 击穿区击穿区 可变

59、电阻区可变电阻区 ID /mA UDS =10V 0 1 2 3 246 UGS / V UGs(th) 输出特性输出特性转移特性转移特性 UDS / V ID /mA 1.4.2 MOS 场效应管场效应管 预夹断轨迹预夹断轨迹 UGD = UGS( (th) ) 转移特性曲线转移特性曲线 DS )( GSD U ufi 2 4 6 4 3 2 1 uGS /V iD /mA UDS = 10 V UGS (th) 当当 uGS UGS( (th) ) 时：时： 2 GS(th) GS DOD )1( U u Ii uGS = 2UGS( (th) ) 时的时的 iD 值值 开启电压开启电压

60、O 1.4.2 MOS 场效应管场效应管 3) 3) 增强型增强型 NMOS 管的特性曲线管的特性曲线 输出特性曲线输出特性曲线 GS )( DSD U ufi 可变电阻区可变电阻区 uDS iD ，直到预夹断，直到预夹断 饱和饱和( (放大区放大区) ) uDS ，iD 不变不变 uDS 加在耗尽层上，沟道电阻不变加在耗尽层上，沟道电阻不变截止区截止区uGS UGS( (th) ) 全夹断全夹断 iD = 0 iD /mA uDS /V uGS = 2 V 4 V 6 V 8 V 截止区截止区 饱和区饱和区 可可 变变 电电 阻阻 区区 放大区放大区恒流区恒流区 O 3) 3) 增强型增强型