模拟电子技术 第1章绪论

1、第第1章章 绪论绪论模拟电路的特点模拟电路的特点学习方法学习方法考核方法考核方法模拟电路的特点模拟电路的特点 模拟电路与数字电路的区别模拟电路与数字电路的区别模拟电路：模拟电路：处理的信号是时间上处理的信号是时间上连续连续的信号的信号数字电路：数字电路：处理的信号是处理的信号是离散离散的信号的信号集集成成电电路路绪绪 论论二、电子器件的发展二、电子器件的发展电电子子管管晶晶体体管管分分立立元元件件（SSI（100以下以下）MSI（103）LSI（104）超大规模超大规模VLSI（105以上）以上）1906年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体年，福雷斯特等发明了电子管；电子管体积大、重量重、耗电

2、大、寿命短。世界上第一积大、重量重、耗电大、寿命短。世界上第一台计算机用了台计算机用了1.8万只电子管，占地万只电子管，占地170平方米，平方米，重重30吨，耗电吨，耗电150W。目前在一些大功率发射。目前在一些大功率发射装置中使用。装置中使用。1948年，肖克利等发明了晶体管，其年，肖克利等发明了晶体管，其性能在体积、重量方面明显优于电子性能在体积、重量方面明显优于电子管，但器件较多时由分立元件组成的管，但器件较多时由分立元件组成的分立电路体积大、焊点多、电路的可分立电路体积大、焊点多、电路的可靠性差。靠性差。1960年集成电路出现，成年集成电路出现，成千上万个器件集成在一块千上万个器件集成

3、在一块芯片，大大促进了电子学芯片，大大促进了电子学的发展，尤其促进数字电的发展，尤其促进数字电路和微型计算机的飞速发路和微型计算机的飞速发展。展。芯片中集成上万个等效门，芯片中集成上万个等效门，目前高的已达上亿门。目前高的已达上亿门。（摩尔定律）（摩尔定律）学学 习习 方方 法法 深入理解模拟电路的基本概念深入理解模拟电路的基本概念 掌握典型电路的结构及分析方法掌握典型电路的结构及分析方法著者：康华光著者：康华光清华大学清华大学高高等等教教育育出出版版社社参 考 资 料返返 回回著者：邓汉磬等著者：邓汉磬等清华大学清华大学高高等等教教育育出出版版社社参 考 资 料高高等等教教育育出出版版社社参

4、 考 资 料著者：王远著者：王远著者：童诗白著者：童诗白第第2章章 半导体器件基础半导体器件基础 一、晶体二极管及其应用 了解半导体的特性；本征、杂质半导体；掌握PN结的基本原理、电流方程及反向击穿现象；掌握晶体二极管的伏安特性、电阻和电容效应；掌握光电、发光二极管的工作原理及其应用。 二、双极型晶体管 掌握双极型晶体三极管的原理、电流分配关系、符号；掌握双极型晶体三极管的主要参数和H参数等效电路。 三、场效应管 了解场效应管的分类，理解结型、绝缘栅型场效应管的工作原理及特点；掌握结型、绝缘栅型场效应管的转移特性曲线和输出特性曲线；掌握场效应管的主要参数和微变等效电路。半导体的特性半导体的特性

5、本征半导体本征半导体杂质半导体杂质半导体 何谓半导体何谓半导体物体分类物体分类导体导体 导电率为导电率为10105 5s.cms.cm-1-1，量级，如金属量级，如金属绝缘体绝缘体 导电率为导电率为1010-22-22-10-10-14 -14 s.cms.cm-1-1量级，量级，如：橡胶、云母、塑料等。如：橡胶、云母、塑料等。 导电能力介于导体和绝缘体之间。导电能力介于导体和绝缘体之间。如：硅、锗、砷化镓等。如：硅、锗、砷化镓等。半导体半导体 半导体特性半导体特性掺入杂质则导电率急剧增加掺入杂质则导电率急剧增加掺杂特性掺杂特性半导体器件半导体器件温度增加使导电率大为增加温度增加使导电率大为增

6、加温度特性温度特性热敏器件热敏器件光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照不仅使导电率大为增加还可以产生电动势光照特性光照特性光敏器件光敏器件光电器件光电器件本征半导体本征半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体。完全纯净、结构完整的半导体晶体。纯度：纯度：99.9999999%，“九个九个9”它在物理结构上呈单晶体形态。它在物理结构上呈单晶体形态。常用的本征半导体常用的本征半导体Si+142 8 4Ge+322 8 18 4+4 本征半导体的原子结构和共价键本征半导体的原子结构和共价键共价键内的电子共价键内的电子称为称为束缚电子束缚电子价带价带导带导带挣脱原子核束缚的电子挣脱原子核束缚的电子

7、称为称为自由电子自由电子价带中留下的空位价带中留下的空位称为称为空穴空穴禁带禁带EG外电场外电场E自由电子定向移动自由电子定向移动形成形成电子流电子流束缚电子填补空穴的束缚电子填补空穴的定向移动形成定向移动形成空穴流空穴流121. 本征半导体中有两种载流子本征半导体中有两种载流子 自由电子和空穴自由电子和空穴它们是成对出现的它们是成对出现的2. 在外电场的作用下，产生电流在外电场的作用下，产生电流 电子流和空穴流电子流和空穴流电子流电子流自由电子作定向运动形成的自由电子作定向运动形成的与外电场方向相反与外电场方向相反自由电子始终在导带内运动自由电子始终在导带内运动空穴流空穴流价电子递补空穴形成

8、的价电子递补空穴形成的与外电场方向相同与外电场方向相同始终在价带内运动始终在价带内运动由此我们可以看出：由此我们可以看出： 本征半导体的载流子的浓度本征半导体的载流子的浓度电子浓度电子浓度ni i : :表示单位体积的自由电子数表示单位体积的自由电子数空穴浓度空穴浓度pi i : :表示单位体积的空穴数表示单位体积的空穴数。KTEeTApn/223oiiGA0 0与材料有关的常数与材料有关的常数EG G禁带宽度禁带宽度T绝对温度绝对温度K玻尔曼常数玻尔曼常数结论结论1. 本征半导体中本征半导体中 电子浓度电子浓度ni i = = 空穴浓度空穴浓度pi i 2. 载流子的浓度与载流子的浓度与T、

9、EG有关有关 载流子的产生与复合载流子的产生与复合g载流子的产生率载流子的产生率 即每秒成对产生的电子空穴的浓度。即每秒成对产生的电子空穴的浓度。R载流子的复合率载流子的复合率 即每秒成对复合的电子空穴的浓度。即每秒成对复合的电子空穴的浓度。当达到动态平衡时当达到动态平衡时 g= =R R = r nipi 其中其中r复合系数，与材料有关复合系数，与材料有关杂质半导体杂质半导体掺入杂质的本征半导体。掺入杂质的本征半导体。掺杂后半导体的导电率大为提高。掺杂后半导体的导电率大为提高。 掺入三价元素，如掺入三价元素，如B（硼）、（硼）、Al（铝）（铝）等，形成等，形成P型半导体，也称空穴型半导体。型

10、半导体，也称空穴型半导体。 掺入五价元素，如掺入五价元素，如P（磷）、砷（磷）、砷（As）等，形成等，形成N型半导体，也称电子型半导体。型半导体，也称电子型半导体。 N型半导体型半导体在本征半导体中掺入的五价元素如在本征半导体中掺入的五价元素如P。价带价带导带导带+施主施主能级能级自由电子是多子自由电子是多子空穴是少子空穴是少子杂质原子提供杂质原子提供由热激发形成由热激发形成由于五价元素很容易贡献电由于五价元素很容易贡献电子，因此将其称为子，因此将其称为施主杂质。施主杂质。施主杂质因提供自由电子而施主杂质因提供自由电子而带正电荷成为带正电荷成为正离子。正离子。 P型半导体型半导体在本征半导体中

11、掺入的三价元素如在本征半导体中掺入的三价元素如B。价带价带导带导带-受主受主能级能级自由电子是少子自由电子是少子空穴是多子空穴是多子杂质原子提供杂质原子提供由热激发形成由热激发形成因留下的空穴很容易俘获因留下的空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为电子，使杂质原子成为负负离子。离子。三价杂质三价杂质 因而也因而也称为称为受主杂质受主杂质。 杂质半导体的载流子浓度杂质半导体的载流子浓度 因掺杂的浓度很小，可近似认为载流子的产生率因掺杂的浓度很小，可近似认为载流子的产生率g与复合系数保持不变，即存在如下关系。与复合系数保持不变，即存在如下关系。n p = ni pi= ni2N型半导体：型半导体：nn

12、ND（施主杂质的浓度（施主杂质的浓度ni）NnnnDini22pn=(pi）np=(UT)TSUUeII SIIPN结两端的电压与结两端的电压与流过流过PN结电流的关系式结电流的关系式 势垒势垒电容电容CT 势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加反偏电压使反偏电压使PN结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相结上压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当应地随之改变，这相当PN结中存储的电荷量也随之变化，结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。犹如电容的充放电。 扩散电容是由多子扩散后，在扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另

13、一侧面积累而结的另一侧面积累而形成的。因形成的。因PN结正偏时，由结正偏时，由N区扩散到区扩散到P区的电子，与外电区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在堆积在 P 区内紧靠区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。分布曲线。 扩散电容扩散电容CD 当外加正向电压当外加正向电压不同时，扩散电流即不同时，扩散电流即外电路电流的大小也外电路电流的大小也就不同。所以就不同。所以PN结两结两侧堆积的多子的浓度侧堆积的多子的浓度梯度分布也不同，这梯度分布也不同，这就相当电容的

14、充放电就相当电容的充放电过程。过程。 结电容=势垒电容+扩散电容 势垒电容和扩散电容均是非线性电容，并同时存在 结电容与PN结的结面积成正比 PN结正偏时，以扩散电容为主 PN结反偏时，以势垒电容为主反向击穿反向击穿PN结上所加的反向电压达到某一数值时，反向电结上所加的反向电压达到某一数值时，反向电流激增的现象。流激增的现象。 雪崩击穿雪崩击穿 当反向电压增高时，当反向电压增高时，少子获得能量高速运动，少子获得能量高速运动，在空间电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。在空间电荷区与原子发生碰撞，产生碰撞电离。形成连锁反应，象雪崩一样。使反向电流激增。形成连锁反应，象雪崩一样。使反向电流激增。 齐

15、纳击穿齐纳击穿当反向电压较大时，当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将强电场直接从共价键中将电子拉出来，形成大量载流子电子拉出来，形成大量载流子, ,使反向电流使反向电流激激增。增。击穿是可逆。击穿是可逆。掺杂浓度掺杂浓度小小的的二极管容易发生二极管容易发生击穿是可逆。击穿是可逆。掺杂浓度掺杂浓度大大的的二极管容易发生二极管容易发生不可逆击穿不可逆击穿 热击穿热击穿 PN结的电流或电压较大，使结的电流或电压较大，使PN结耗散功率超过极限值，使结温结耗散功率超过极限值，使结温升高，导致升高，导致PN结过热而烧毁。结过热而烧毁。 晶体晶体二极管的结构类型二极管的结构类型在在PN结上加上引线和封装

16、，就成为一个二极管。结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分二极管按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型PN结面积小，结电容小，结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路用于检波和变频等高频电路PN结面积大，用结面积大，用于工频大电流整流电路于工频大电流整流电路往往用于集成电路制造工艺中。往往用于集成电路制造工艺中。PN 结面积结面积可大可小可大可小，用于高频整流和开关电路中。用于高频整流和开关电路中。 晶体晶体二极管的伏安特性二极管的伏安特性是指二极管两是指二极管两端电压端电压和流过二极管和流过二极管电流电流之间的关系。之间的关系。由由PN结电流方程求出理想的伏安

17、特性曲线，结电流方程求出理想的伏安特性曲线，IU1.1.当加正向电压时当加正向电压时PN结电流方程为：结电流方程为：1)(TSUUeII2.2.当加反向电压时当加反向电压时TSUUeII I 随随U，呈指数规率，呈指数规率I = - Is 基本不变基本不变 晶体晶体二极管的伏安特性二极管的伏安特性1 1. .正向起始部分存在一正向起始部分存在一个门槛或阈值，称个门槛或阈值，称为为门限电压门限电压。 硅：硅：U Ur=0.5-0.6V; r=0.5-0.6V; 锗：锗：U Ur=0.1-0.2Vr=0.1-0.2V。2.2.加反向电压时，反向加反向电压时，反向电流很小电流很小 即即Is硅硅(nA

18、)0.7V时，二极管导通，导通后，时，二极管导通，导通后，UD=0.7V锗管：当锗管：当UD0.3V时，二极管导通，导通后，时，二极管导通，导通后，UD=0.3V 稳压管是一种应用很广的特殊类型的二极管，工作区在稳压管是一种应用很广的特殊类型的二极管，工作区在反向击穿区。可以提供一个稳定的电压。使用时注意加限反向击穿区。可以提供一个稳定的电压。使用时注意加限流电阻。流电阻。 晶体二极管基本用途是整流稳压和限幅。晶体二极管基本用途是整流稳压和限幅。 半导体光电器件分光敏器件和发光器件，可实现光半导体光电器件分光敏器件和发光器件，可实现光电、电、电电光转换。光电二极管应在反压下工作，而发光二极管光

19、转换。光电二极管应在反压下工作，而发光二极管应在正偏电压下工作。应在正偏电压下工作。小小 结结重点重点：晶体二极管的原理、伏安特性及电流方程晶体二极管的原理、伏安特性及电流方程。难点难点：1.1.两种载流子两种载流子 2.PN 2.PN结的形成结的形成 3 3. .单向导电性单向导电性 4. 4.载流子的运动载流子的运动重点难点重点难点半导体二极管的型号半导体二极管的型号国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片晶体三极管的工作原理晶体三极管的工作原理三极管的伏

20、安特性曲线三极管的伏安特性曲线三极管的特性参数三极管的特性参数 三极管的结构三极管的结构E-B间的间的PN结结称为称为发射结发射结(Je) C-B间的间的PN结结成为成为集电结集电结(Jc)从结构上看主要有两种类型：从结构上看主要有两种类型： NPN型型PNP型型发射区发射区集电区集电区基区基区发射极发射极E基极基极B集电极集电极C 三极管的结构三极管的结构1. 由三层半导体组成，有三个区、三个极、两个结由三层半导体组成，有三个区、三个极、两个结2. 发射区掺杂浓度比集电区高得多发射区掺杂浓度比集电区高得多基区掺杂低基区掺杂低,且很薄。且很薄。BECBEC 三极管内部载流子的传输规律三极管内部

21、载流子的传输规律三极管各区的作用三极管各区的作用:发射区向基区提供载流子发射区向基区提供载流子基区传送和控制载流子基区传送和控制载流子集电区收集载流子集电区收集载流子发射结加正向电压发射结加正向电压集电结加反向电压集电结加反向电压 三极管在工作时一定要加上适当的直流偏三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压才能起放大作用。置电压才能起放大作用。放大作用的外部条件放大作用的外部条件发射结加正向电压即发射结正偏发射结加正向电压即发射结正偏集电结加反向电压即集电结反偏集电结加反向电压即集电结反偏PNPebcIEIBIPCICBOIBIC载流子的传输规律载流子的传输规律1. 发射区向基区扩散空穴，形

22、成发射极电流。发射区向基区扩散空穴，形成发射极电流。2. 空穴在基区扩散和复合，形成了基区复合电流空穴在基区扩散和复合，形成了基区复合电流IB。3. 集电极收集从发射区扩散到基区的空穴，形成了电流集电极收集从发射区扩散到基区的空穴，形成了电流IPC。同时由于集电结反偏，少子在电场的作用下形成了漂移电流同时由于集电结反偏，少子在电场的作用下形成了漂移电流ICBO，影响，影响IB和和IC。可得电流之间的分配关系可得电流之间的分配关系IB = IB-ICBOIC = IPC+ICBOIE = IB+IC共基极电路共基极电路共基极直流放大系数共基极直流放大系数从发射区注入的载流子到达集电极部分所占的从

23、发射区注入的载流子到达集电极部分所占的百分比百分比EPCII 由前面得到的电流之间的分配关系由前面得到的电流之间的分配关系IC = IPC+ICBOECBOCIII可得：可得：ECII的数值一般在的数值一般在0.9 0.99之间。之间。说明从发射区注入的载流子说明从发射区注入的载流子绝大部分到达集电区绝大部分到达集电区，只，只有一有一小部分在基区复合。小部分在基区复合。EBECRbRcIBICIEECEB 共发射极连接的工作原理共发射极连接的工作原理IB = IB-ICBOIC = IPC+ICBOIE = IB+ICCBOeII输入电流输入电流输出电流输出电流III11CBOBC1共射直流共

24、射直流放大系数放大系数CBOBC)1 (III 当当IB=0时时CEOCBOC)1 (III穿透电流穿透电流由由IBICBOBCII 共发射极连接的工作原理共发射极连接的工作原理EBECRbRcibicie+- Ui Uo共基交流电流放大系数共基交流电流放大系数 共射交流电流放大系数共射交流电流放大系数 = IC/ IB UCE=C= IC/ IE UCB=CioUUUA共射电路的电压放大倍数共射电路的电压放大倍数 电流放大系数电流放大系数共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数ECII共基交流电流放大系数共基交流电流放大系数 共射交流电流放大系数共射交流电流放大系数 = Ic/ Ib （ U

25、ce=0）= Ic/ Ie （ Ucb=0）BCII共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数 三极管的三种组态三极管的三种组态 双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入输入, 两个可以作为输出，这样必然有一个电极是两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种公共电极。三种接法也称三种组态组态： 共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CCCC表示表示; ;共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用，基极作为公共电极，用CBCB表示。表示。共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公

26、共电极，用CECE表示；表示；三极管的伏安特性三极管的伏安特性指管子各电极的电压与电流的关系曲线指管子各电极的电压与电流的关系曲线B B是输入电极，是输入电极，C C是输出电极，是输出电极，E E是公共电极。是公共电极。I Ib b是输入电流，是输入电流，U Ubebe是输入电压是输入电压，加在，加在B B、E E两电极之间。两电极之间。I IC C是输出电流，是输出电流，U Ucece是输出电压是输出电压，从，从C C、E E两电极取出。两电极取出。 输入特性曲线输入特性曲线: : I Ib b= =f f( (U Ubebe) ) U Ucece=C=C输出特性曲线输出特性曲线: : I

27、IC C= =f f( (U Ucece) ) I Ib b=C=C本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线：本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线： 三极管输入特性曲线三极管输入特性曲线1. Uce=0V时，发射极与集电极短时，发射极与集电极短路，发射结与集电结均正偏。路，发射结与集电结均正偏。2. 当当Uce 1V时，时， Ucb= Uce - - Ube 0，集电结已进入反偏状态，集电结已进入反偏状态，开始收集载流子，且基区复合开始收集载流子，且基区复合减少，减少， IC / IB 增大，特性曲线增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但将向右稍微移动一些。但Uce再再增加时，曲线右移很不明显。增加

28、时，曲线右移很不明显。通常只画一条。通常只画一条。输入特性曲线分三个区输入特性曲线分三个区 非线性区非线性区 死区死区 线性区线性区正常工作区，发射极正偏正常工作区，发射极正偏 NPN Si: Ube= 0.60.7VPNP Ge: Ube= 0.20.3V 三极管输出特性曲线三极管输出特性曲线I IC C= =f f( (U Ucece) ) I Ib b=C=C2-2饱和区饱和区:(1) IC受受Uce显著控制的区域，该显著控制的区域，该区域内区域内Uce的数值较小，一般的数值较小，一般Uce0.7V(硅管硅管)。发射结正偏，发射结正偏，集电结正偏集电结正偏(2) Uces=0.3V左右左

29、右截止区：截止区：Ib=0的曲线的下方的区域的曲线的下方的区域Ib=0 Ic=Iceo NPN：Ube 0.5V,管子就处于截止态管子就处于截止态通常该区：通常该区：发射结反偏，发射结反偏，集电结反偏。集电结反偏。输出特性曲线可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域: 三极管输出特性曲线三极管输出特性曲线放大区放大区IC平行于平行于Uce轴的区域，曲线基本平行等距。轴的区域，曲线基本平行等距。(1) 发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏，集电结反偏，电压电压Ube大约大约0.7V左右左右(硅管硅管) 。(2) Ic= Ib,即即Ic主要受主要受Ib的控制。的控制。2-2判断三极管工作状态的依

30、据：判断三极管工作状态的依据：饱和区饱和区:发射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏截止区：截止区：发射结反偏，集电结反偏发射结反偏，集电结反偏或：或：Ube 0.5V（Si)Ube 0.2V（Ge)放大区放大区:发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM 当集电极电流增加时，当集电极电流增加时， 就要下降，当就要下降，当 值值下降到线性放大区下降到线性放大区 值的值的2/3时所对应的最大集电时所对应的最大集电极电流。极电流。 极限参数极限参数 当当ICICM时，并不表示三极管时，并不表示三极管会损坏。只是管子的会损坏。只是管子的放大倍数降低

31、。放大倍数降低。集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM集电极电流通过集电结时所产生的功耗，集电极电流通过集电结时所产生的功耗， PCM= ICUce 因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用在集电结上。在计算时往往用Uce取代取代Ucb。小小 结结 晶体三极管是电流控制元件，通过控制基极电流或射极电晶体三极管是电流控制元件，通过控制基极电流或射极电流可以控制集电极电流。流可以控制集电极电流。 要使三极管正常工作并有放大作用，管子的要使三极管正常工作并有放大作用，管子的发射结发射结必须必须正正向偏置向偏置，集电结集电结必须

32、必须反向偏置反向偏置。 三极管的特性可用输入和输出特性曲线来表示，也可用特三极管的特性可用输入和输出特性曲线来表示，也可用特性参数来表示。主要的特性参数有：电流放大系数性参数来表示。主要的特性参数有：电流放大系数 、 ，极极间反向电流间反向电流Icbo、Iceo，极限参数，极限参数ICM、PCM和和BUCEO。 场效应管及其基本放大电路场效应管及其基本放大电路MOSMOS场效应管场效应管结型场效应管结型场效应管概概 述述场效应管与三极管的区别场效应管与三极管的区别1. 三极管是三极管是电流控制元件电流控制元件；场效应管是；场效应管是电压控制元件电压控制元件。2. 三极管参与导电的是三极管参与导

33、电的是电子电子空穴空穴，因此称其为双极型器件；，因此称其为双极型器件； 场效应管是电压控制元件，参与导电的只有场效应管是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子一种载流子， 因此称其为单级型器件。因此称其为单级型器件。3. 三极管的三极管的输入电阻较低输入电阻较低，一般，一般102104 ； 场效应管的场效应管的输入电阻高输入电阻高，可达，可达1091014 场效应管的分类场效应管的分类结型场效应管结型场效应管JFETMOS型场效应管型场效应管MOSMOS场效应管场效应管增强型增强型MOS场效应管场效应管耗尽型耗尽型MOS场效应管场效应管MOS场效应管分类场效应管分类MOSMOS场效应管场效应管

34、N沟道增强型的沟道增强型的MOS管管P沟道增强型的沟道增强型的MOS管管N沟道耗尽型的沟道耗尽型的MOS管管P沟道耗尽型的沟道耗尽型的MOS管管 N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS场效应管结构场效应管结构增强型增强型MOSMOS场效应管场效应管漏极漏极D集电极集电极C源极源极S发射极发射极E栅极栅极G基极基极B衬底衬底B电极电极金属金属绝缘层绝缘层氧化物氧化物基体基体半导体半导体因此称之为因此称之为MOS管管 当当UGS较小较小时，虽然在时，虽然在P型衬型衬底表面形成一层底表面形成一层耗尽层耗尽层，但负，但负离子不能导电。离子不能导电。 当当UGS=UT时时, 在在P型衬底表型衬底表面形成

35、一层面形成一层电子层电子层，形成，形成N型型导电沟道，在导电沟道，在UDS的作用下形的作用下形成成ID。 N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS场效应管工作原理场效应管工作原理增强型增强型MOSMOS管管UDSID+ +- -+-+- - -UGS反型层反型层 当当UGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的时，漏源之间相当两个背靠背的PN结，无论结，无论UDS之间加上电压不会在之间加上电压不会在D、S间形成电流间形成电流ID,即即ID0. 当当UGSUT时时, 沟道加厚，沟道电阻减少，沟道加厚，沟道电阻减少，在相同在相同UDS的作的作用下，用下，ID将进一步增加将进一步增加开始无导电沟道，开始无

36、导电沟道，当在当在UGS UT时才形时才形成沟道成沟道,这种类型的管这种类型的管子称为子称为增强型增强型MOS管。管。 N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS场效应管特性曲线场效应管特性曲线增强型增强型MOSMOS管管U UDSDS一定时，一定时，U UGSGS对漏极电流对漏极电流I ID D的控制关系曲线的控制关系曲线 I ID D= =f f( (U UGSGS) ) U UDSDS=C =C 转移特性曲线转移特性曲线UDSUGS-UTUGS(V)ID(mA)UT N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS场效应管特性曲线场效应管特性曲线增强型增强型MOSMOS管管U UGSGS一定时，一定时

37、， I ID D与与U UDSDS的变化曲线，是一族曲线的变化曲线，是一族曲线 I ID D= =f f( (U UDSDS) ) U UGSGS=C =C 输出特性曲线输出特性曲线UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUDS(V)ID(mA) 当当UDS较小时，较小时，MOS管管可以看做受可以看做受UGS控制的可变控制的可变电阻，称之为电阻，称之为可变电阻区可变电阻区 当当UDS较大时，当较大时，当UGS一一定时，定时，ID基本不随基本不随UDS变化，变化，因此又称之为因此又称之为恒流区恒流区 N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS场效应管特性曲线场效应管特性曲线

38、增强型增强型MOSMOS管管输出特性曲线输出特性曲线2. 恒流区恒流区： 该区内，该区内，UGS一定，一定，ID基本不随基本不随UDS变化而变。变化而变。3.击穿区击穿区： UDS 增加到某一值时，增加到某一值时，ID开始剧增而出现击穿。开始剧增而出现击穿。 当当UDS 增加到某一临增加到某一临界值时，界值时，ID开始剧增时开始剧增时UDS称为漏源击穿电压。称为漏源击穿电压。UGS=6VUGS=4VUGS=5VUGS=3VUGS=UT=3VUDS(V)ID(mA) 漏源电压漏源电压UDS对漏极电流对漏极电流ID的控制作用的控制作用当当UGSUT，且固定为某一值时，来分析漏源电压，且固定为某一值

39、时，来分析漏源电压UDS对对漏极电流漏极电流ID的影响。的影响。UDS的不同变化对沟道的影响。的不同变化对沟道的影响。 UGD=UGSUDS 当当UDS为为0或较小时，或较小时，相当相当 UGDUT。 此时此时UDS 基本均匀降落在沟道中，沟道呈基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。在斜线分布。在UDS作用下形成作用下形成ID。增强型增强型MOSMOS管管 当当UDS增加到使增加到使UGD=UT时，时， 当当UDS增加到增加到UGD UT时，时，增强型增强型MOSMOS管管 漏源电压漏源电压UDS对漏极电流对漏极电流ID的控制作用的控制作用 这相当于这相当于UDS增加使漏极处沟道增加使漏极处沟

40、道缩减到刚刚开启的情况，称为缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断预夹断。此时的。此时的漏极电流漏极电流ID 基本饱和。基本饱和。 此时预夹断区域加长，伸向此时预夹断区域加长，伸向S极。极。 UDS增加的部分基本降落在随之加长增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，的夹断沟道上， ID基本趋于不变。基本趋于不变。增强型增强型MOSMOS管管 MOSMOS管衬底的处理管衬底的处理保证两个保证两个PN结反偏，源极结反偏，源极沟道沟道漏极之间处于绝缘态。漏极之间处于绝缘态。NMOS管：管：UBS加一负压、加一负压、衬底与源极短接衬底与源极短接衬底接电路的最低电位衬底接电路的最低电位PMOS管：管：UBS

41、加一正压加一正压衬底接电路的最高电位衬底接电路的最高电位处理原则：处理原则：处理方法：处理方法： N N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS场效应管结构场效应管结构耗尽型耗尽型MOSMOS场效应管场效应管+ + + + + + + 耗尽型耗尽型MOS管存在管存在原始导电沟道原始导电沟道耗尽型耗尽型MOSMOS管管 N N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS场效应管工作原理场效应管工作原理当当UGS=0时，时，UDS加正向电压，产生漏极电流加正向电压，产生漏极电流ID,此时的漏极电流称为此时的漏极电流称为漏极饱和电流漏极饱和电流，用，用IDSS表示。表示。当当UGS0时，将使时，将使ID进一步增加进一步

42、增加。当当UGS0时，随着时，随着UGS的减小漏极电流逐渐的减小漏极电流逐渐减小减小。直至。直至ID=0。对应。对应ID=0的的UGS称为夹断电压，用符号称为夹断电压，用符号UP表示。表示。UGS(V)ID(mA) N N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS场效应管特性曲线场效应管特性曲线转移特性曲线转移特性曲线UP耗尽型耗尽型MOSMOS管管 N N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS场效应管特性曲线场效应管特性曲线输出特性曲线输出特性曲线UGS=6VUGS=4VUGS=1VUGS=0VUGS=-1VUGS(V)ID(mA)N N沟道沟道耗尽型耗尽型MOSMOS管可工作在管可工作在U UGSGS 0 0或或U UGSGS0 0 N N沟道沟道增强型增强型MOSMOS管只能工作在管只能工作在U UGSGS00各类