模拟电子技术-L02

1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础 半导体三极管及其电流放大原理半导体三极管及其电流放大原理 场效应管及其工作原理场效应管及其工作原理 放大的概念及放大电路的性能指标放大的概念及放大电路的性能指标 1.6 半导体三极管半导体三极管 又称：又称：晶体三极管、双极型晶体管、晶体三极管、双极型晶体管、晶体管晶体管 晶体管的几种常见外形晶体管的几种常见外形 多子浓度高 多子浓度很 低，且很薄 集电结 面积很大 晶体管有三个极、三个区、两个晶体管有三个极、三个区、两个PN结。结。 P N P 集电极集电极 基极基极 发射极发射极 PNP型晶体管：型晶体管： E C B NPN型晶体管型晶体管 N P N

2、二、晶体管的电流放大原理二、晶体管的电流放大原理 （集电结反偏） （发射结正偏） 放大的条件 BECE ONBE uu Uu 进入进入P区的电子少区的电子少 部分与基区的空部分与基区的空 穴复合，形成电穴复合，形成电 流流IB ，多数扩散，多数扩散 到 集 电 结 。到 集 电 结 。 发射结正偏，发射结正偏， 且掺杂浓度高，且掺杂浓度高， 所以大量自由所以大量自由 电子向基区扩电子向基区扩 散，形成发射散，形成发射 极 电 流极 电 流 I E 。 发射结正偏，基发射结正偏，基 区掺杂浓度低，区掺杂浓度低， 少量空穴向发射少量空穴向发射 区扩散，电流很区扩散，电流很 小 ， 可 忽 略 。小

3、 ， 可 忽 略 。 集电结反偏，集电结反偏， 且结面积大，且结面积大， 由发射区扩散由发射区扩散 到基区的自由到基区的自由 电子在外电场电子在外电场 的作用下越过的作用下越过 集电结到达集集电结到达集 电区，形成集电区，形成集 电极电流电极电流IC。 集电结反偏，集电集电结反偏，集电 区和基区的少子也区和基区的少子也 参与漂移运动，但参与漂移运动，但 它的数量很少，可它的数量很少，可 忽略不计忽略不计 。 发射区：多子浓度高 基 区：多子浓度低，薄 集电区：结面积大 CBOCEO B C B C )(1 II i i I I B I C I E I 穿透电流 集电结反向电流 直流电流 放大系

4、数 交流电流放大系数 IEIENIEP ICNIBN IEP ICICNICBO IEIBIC IB IBNIEP ICBO 电流分配：电流分配： RB C B E IC mA A VVUCEUBE IB USC USB RC 三、三、 特性曲线特性曲线 描述描述B-EB-E间和间和C-EC-E间电压间电压 电流的关系电流的关系 输入特性曲线：输入特性曲线： UCE一定时，一定时，iB与与uBE的关系。的关系。 1、当、当C-E间电压为零时，即相当于短路，此时相当于两间电压为零时，即相当于短路，此时相当于两 个并联的个并联的PN结，所以输入特性曲线应该与结，所以输入特性曲线应该与PN结类似；结

5、类似； 2 2、当、当C-E间电压增大时，由发射区注入基区的自由电子一间电压增大时，由发射区注入基区的自由电子一 部分越过基区和集电结形成集电极电流，而另一部分在基部分越过基区和集电结形成集电极电流，而另一部分在基 区参与复合运动的自由电子将随区参与复合运动的自由电子将随C-E间电压增加而减少。间电压增加而减少。 因此，要获得同样的基极电流，就必须加大因此，要获得同样的基极电流，就必须加大B-EB-E间电压，间电压， 使发射区向基区注入更多的电子。因此，曲线右移。使发射区向基区注入更多的电子。因此，曲线右移。 E C B N P N 分三个工作区：截止区、分三个工作区：截止区、 放大区、饱和区

6、。放大区、饱和区。 输出特性曲线：输出特性曲线： 1、当、当C-E间电压从零逐渐增大时，集电结电场增大，收间电压从零逐渐增大时，集电结电场增大，收 集由发射区至基区的自由电子能力逐渐加强，因而，集集由发射区至基区的自由电子能力逐渐加强，因而，集 电极电流也就逐渐增大电极电流也就逐渐增大（此期间（此期间CE间电压小于间电压小于BE间电压）间电压）； 2 2、当、当C-EC-E间电压增大到一定数值时间电压增大到一定数值时（超过（超过BE间电压）间电压） ，集，集 电极电场足以将基区自由电子的绝大部分收集到集电区电极电场足以将基区自由电子的绝大部分收集到集电区 来，来， C-E间电压再增大，收集能力

7、已经没有明显提高，间电压再增大，收集能力已经没有明显提高， 表现为曲线几乎平行于横轴表现为曲线几乎平行于横轴。 E C B N P N 输出特性三个工作区的条件及特点输出特性三个工作区的条件及特点: (1) 放大区放大区 BE结正偏（结正偏（ uBE Uon ），），BC结反偏（结反偏（ uCE uBE ），）， iC= IB , 且且 iC = IB , 表现出 表现出IB对对iC的控制作用。的控制作用。 (2) 饱和区饱和区 BE结正偏，结正偏，BC结正偏结正偏 ，即，即uCE uBE ， IBiC (3) 截止区截止区 uBE Uon ， IB=0 ， iC=ICEO 0，uCE=VCC

8、 N p N 四、温度对晶体管特性的影响四、温度对晶体管特性的影响 BEBBBE uiiuT不变时，即不变时 晶体管的技术参数：（自学）晶体管的技术参数：（自学） （1）电流放大倍数）电流放大倍数 （2）集）集-射间穿透电流射间穿透电流ICEO （3）集）集-射间反向击穿电压射间反向击穿电压UCEO (BR) （4）集电极最大电流）集电极最大电流ICM （5）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗PCM 1.7 场效应管场效应管 场效应管的概念：是利用输入回路的电场效应来控制输场效应管的概念：是利用输入回路的电场效应来控制输 出回路电流的一种半导体器件（电压控制电流）。出回路电流的一种半导体器

9、件（电压控制电流）。 场效应管的分类：结型和绝缘栅型两种。场效应管的分类：结型和绝缘栅型两种。 结型场效应管结型场效应管 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 N沟道沟道 P沟道沟道 耗尽型耗尽型 增强型增强型 耗尽型耗尽型 增强型增强型 N沟道沟道 P沟道沟道 结型场效应管结型场效应管 1. N沟道结型场效应管结构 在同一块在同一块N型半导体型半导体 上制作两个高掺杂的上制作两个高掺杂的 P区，并将它们连接区，并将它们连接 在一起，引出一个电在一起，引出一个电 极称为栅极极称为栅极g， 导电沟道导电沟道 N型半导体的两端分型半导体的两端分 别引出两个电极，一别引出两个电极，一 个称为源极个称为源

10、极s，一个，一个 称为漏极称为漏极d。 2. N沟道结型场效应管工作原理（ uGS 0， uDS 0 ） 导电沟道导电沟道 要使其正常工作，要使其正常工作，uGS 0， uDS 0 uGS 0 ，既保证了栅源之间内阻很高的既保证了栅源之间内阻很高的 特点，又实现了特点，又实现了uGS对沟道的控制作用。对沟道的控制作用。 ？ PN结反向偏置结反向偏置 内电场增强，抑制扩内电场增强，抑制扩 散、加剧漂移，散、加剧漂移，形成形成 反向电流，也称漂移反向电流，也称漂移 电流，因为漂移电流电流，因为漂移电流 是由少子运动引起的，是由少子运动引起的， 而其数目极少，因此而其数目极少，因此 漂移电流很小，常

11、可漂移电流很小，常可 忽略不计，认为忽略不计，认为PN结结 处于截止状态。处于截止状态。 反向饱和电流反向饱和电流 很小，很小， A级级 (1)(1)当漏源间电压为零当漏源间电压为零uDS （短路）时，（短路）时，uGS对导电沟道的控制作用对导电沟道的控制作用。 耗尽层很耗尽层很 窄，导电窄，导电 沟到很宽沟到很宽 耗尽层变宽，耗尽层变宽， 沟道变窄，沟沟道变窄，沟 道电阻增大道电阻增大 导电沟道消失，导电沟道消失， 夹断状态夹断状态 (2)当当uGS为某一固定值时，为某一固定值时，uDS对漏极电流对漏极电流iD的影响的影响输出特性输出特性 当栅源之间电压在当栅源之间电压在0 0至夹断电压之间

12、的至夹断电压之间的 某一个确定值时，若漏源之间电压为零，某一个确定值时，若漏源之间电压为零， 则虽然存在导电沟道，但由于没有漏源则虽然存在导电沟道，但由于没有漏源 电压，因此，电压，因此，N N区的多子不会产生定向区的多子不会产生定向 移动，形成漏极电流。移动，形成漏极电流。 漏源之间加电压后，沟道各点相对栅极电压不再相等漏源之间加电压后，沟道各点相对栅极电压不再相等 栅源电压为常量时，漏极栅源电压为常量时，漏极 电流与漏源电压的关系。电流与漏源电压的关系。 GSDSDG uuu PN结反向偏置结反向偏置 漏源间电压的增加一方面使得导电沟漏源间电压的增加一方面使得导电沟 道变窄，电流有变小的趋

13、势；另一方道变窄，电流有变小的趋势；另一方 面，漏源电压的增大使得漏源间纵向面，漏源电压的增大使得漏源间纵向 电场增大，必然使漏源电流有变大的电场增大，必然使漏源电流有变大的 趋势。在栅漏间没出现夹断区之前，趋势。在栅漏间没出现夹断区之前， 电流增大的趋势强于减小趋势。电流增大的趋势强于减小趋势。 出现夹断区后，沟道出现夹断区后，沟道 电阻明显增加，使得电阻明显增加，使得 电流明显减小，其减电流明显减小，其减 小趋势与漏源电压增小趋势与漏源电压增 加引起的电流增加趋加引起的电流增加趋 势相抵消，电流不再势相抵消，电流不再 随漏源电压增加而变随漏源电压增加而变 化。化。 场效应管工作在恒流区：场

14、效应管工作在恒流区： 漏源电压为常量时，栅源间电漏源电压为常量时，栅源间电 压对漏极电流的控制关系。压对漏极电流的控制关系。 (3)当当uDS 为某一固定值时，漏极电流为某一固定值时，漏极电流iD与与uGS的关系的关系转移特性转移特性 uDS为常量为常量 4. 场效应管与晶体管的比较 场效应管的栅极场效应管的栅极g、源极、源极s、漏极、漏极d对应晶体管的基对应晶体管的基 极极b、发射极、发射极e、集电极、集电极c； 场效应管用栅源电压场效应管用栅源电压uGS控制漏极电流控制漏极电流 iD ，栅极，栅极 基本不取电流，具有高输入电阻；基本不取电流，具有高输入电阻； 场效应管只有多子参与导电，晶体

15、管内既有多子场效应管只有多子参与导电，晶体管内既有多子 又有少子参与导电，而少子数目受温度影响影响大，又有少子参与导电，而少子数目受温度影响影响大， 因此场效应管温度稳定性好；因此场效应管温度稳定性好； 场效应管的漏极和源极可以互换使用，互换后特场效应管的漏极和源极可以互换使用，互换后特 性变化不大，而晶体管的发射极和集电极互换后特性性变化不大，而晶体管的发射极和集电极互换后特性 差异很大。差异很大。 放大的对象：放大的对象：变化量变化量 放大的本质：放大的本质：能量的控制和转换，即在输入信号作用下，通过放能量的控制和转换，即在输入信号作用下，通过放 大电路将直流电源的能量转换为负载获得的能量

16、大电路将直流电源的能量转换为负载获得的能量 放大的特征：放大的特征：功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的 电压或电流电压或电流 放大的基本要求：放大的基本要求：不失真不失真 放大的核心元件：放大的核心元件：晶体管和场效应管等有源元件晶体管和场效应管等有源元件 为了使放大电路不产生失真，对电路中的晶体管或为了使放大电路不产生失真，对电路中的晶体管或 场效应管的工作状态有什么要求？场效应管的工作状态有什么要求？ 第二章第二章 基本放大电路基本放大电路 性能指标性能指标 1. 放大倍数放大倍数（这里指电压放大倍数）（这里指电压放大倍数） 2. 输入

17、电阻输入电阻：从放大电路输入端看进去的等效电阻：从放大电路输入端看进去的等效电阻 i o U U AA uuu 直接衡量放大电路放大能力的指标直接衡量放大电路放大能力的指标 i i i I U R Ri越大，表明放大电路从信号源索取的电越大，表明放大电路从信号源索取的电 流越小，放大电路所得到的输入电压越接流越小，放大电路所得到的输入电压越接 近信号源电压，即信号电压损失越小。近信号源电压，即信号电压损失越小。 3. 输出电阻输出电阻：把放大电路的输出看成一个有内阻的电压：把放大电路的输出看成一个有内阻的电压 源，从放大电路输出端看进去的等效内阻即为放大源，从放大电路输出端看进去的等效内阻即为

18、放大 电路的输出电阻。电路的输出电阻。 RO越小，负载电阻越小，负载电阻RL变化时，变化时， UO变化变化 越小，称为电路的带负载能力越强。越小，称为电路的带负载能力越强。 O LO L O LO O OO O O ,U RR R U RR U IR I U L O O O 1 R U U R 输入电阻与输出电阻是描述电子电路在相互连接时输入电阻与输出电阻是描述电子电路在相互连接时 所产生的影响而引入的参数。当两个放大电路相互所产生的影响而引入的参数。当两个放大电路相互 连接时，放大电路连接时，放大电路II的输入电阻是放大电路的输入电阻是放大电路 I 的负的负 载电阻，而放大电路载电阻，而放大电路 I 可看成为放大电路可看成为放大电路II