《模拟电子技术基础》全套课件（中石大版）

1、chapter0 chapter0 绪论绪论0.1 信号及其分类信号及其分类0.2 电子技术概述电子技术概述0.3 本课程本课程的性质的性质与任务与任务0.4 本课程的特点与学习方法本课程的特点与学习方法0.5 本课程的学习安排本课程的学习安排0.1 0.1 信号及其分类信号及其分类1. 信号：信息的载体信号：信息的载体 ，即信号可以传输信息，即信号可以传输信息 温度波动曲线温度波动曲线 T/ 2 200.5 2 200.0 2 199.5 0 10 80 70 60 50 40 30 20 t/s 声音、图像、温度、压力等物理信息，都可以声音、图像、温度、压力等物理信息，都可以用信号波形来表

2、示。用信号波形来表示。 电子系统处理的是电信号，即电压或电流。它电子系统处理的是电信号，即电压或电流。它由相应的物理量通过传感器转换而得到。由相应的物理量通过传感器转换而得到。A.正弦信号正弦信号B.三角波信号三角波信号2. 信号分类信号分类 模拟信号模拟信号：幅值随时间连续变化的信号：幅值随时间连续变化的信号 如：压力、温度、声音信号等如：压力、温度、声音信号等2. 信号分类信号分类 数字信号数字信号：幅值随时间不连续变化的信号：幅值随时间不连续变化的信号 如：产品个数，人数，电平的高低。如：产品个数，人数，电平的高低。0.2 0.2 电子技术概述电子技术概述研究电子器件、电子电路及其应用的

3、科学技术研究电子器件、电子电路及其应用的科学技术1.电子器件电子器件：能控制电子运动规律所制成的器件：能控制电子运动规律所制成的器件分分 类类：真空电子器件和固体电子器件：真空电子器件和固体电子器件发展过程发展过程：第一代电子器件第一代电子器件：真空电子器件：真空电子器件(vacuum tube)第二代电子器件第二代电子器件：晶体管：晶体管(transistor)第三代电子器件第三代电子器件：集成电路：集成电路(integrated circuit:IC)第四代电子器件：第四代电子器件：大规模集成电路（大规模集成电路（large scale IC)2. 电子电路电子电路 将电子器件与电阻器、电

4、容器、开关元将电子器件与电阻器、电容器、开关元件等连接起来所组成的具有特定功能的电路件等连接起来所组成的具有特定功能的电路（1）模拟电路）模拟电路：处理模拟信号的电路：处理模拟信号的电路 输入电路输入电路：非电子物理系统与电子系统的接口：非电子物理系统与电子系统的接口 放大电路放大电路：放大信号到所要求的电平：放大信号到所要求的电平 滤波电路滤波电路：滤除有害信号：滤除有害信号 信号电路信号电路：产生必要的波形：产生必要的波形 电源电路电源电路：提供电子系统的能源供应：提供电子系统的能源供应（2）数字电路）数字电路：处理数字信号的电路：处理数字信号的电路 逻辑电路：逻辑电路：输出与输入间的因果

5、关系输出与输入间的因果关系 接口电路接口电路：包括模数转换和数模转换：包括模数转换和数模转换温度传感温度传感（输入）（输入）信号放大信号放大信号滤波信号滤波控制执行控制执行（输出）（输出）功率放大功率放大数模转换数模转换数字逻辑数字逻辑电路电路模数转换模数转换恒温恒温装置装置模拟小信号电路模拟小信号电路数字电路数字电路非电子物非电子物理系统理系统模拟大信模拟大信号电路号电路电子系统电子系统电子系统的根本作用是完成对信号的各种处理与变换电子系统的根本作用是完成对信号的各种处理与变换3. 电子技术的应用电子技术的应用（1 1）检测系统）检测系统工业领域工业领域医学领域医学领域各种检测仪器各种检测仪

6、器(2(2）通信系统）通信系统 （3 3）信息处理系统）信息处理系统信号处理信号处理：数据处理数据处理：(4)(4)汽车电子与家用电器汽车电子与家用电器电电 子子机械机械电机驱动系统电机驱动系统驱动控制系统驱动控制系统辅助系统辅助系统(5) (5) 在石油工业中的应用在石油工业中的应用 在石油开采中的应用在石油开采中的应用：电驱动钻机、抽油机、注：电驱动钻机、抽油机、注水泵等；水泵等；在勘探中的应用在勘探中的应用：信号的检测与处理等；：信号的检测与处理等；在储运中的应用在储运中的应用：在炼油过程中的应用在炼油过程中的应用：0.3 0.3 模拟电子技术课程的性质和任务模拟电子技术课程的性质和任务

7、理论基础理论基础：大学物理、电路理论：大学物理、电路理论同步课程同步课程：数字电子技术：数字电子技术后续课程后续课程：计算机类课程、电力电子、通信类：计算机类课程、电力电子、通信类 课程课程 模拟电子技术是电气、电子信息类各专业模拟电子技术是电气、电子信息类各专业的重要的技术基础课程，对于继续学习有关专的重要的技术基础课程，对于继续学习有关专业课程（通信类、计算机类、控制类、测量类、业课程（通信类、计算机类、控制类、测量类、电力电子类）有着重要的影响。电力电子类）有着重要的影响。0.4 0.4 本课程的特点和学习方法本课程的特点和学习方法1 1、特点、特点（1 1）物理概念多；）物理概念多；（

8、2 2）工程性强；）工程性强；（3 3）实践性强。）实践性强。2 2、学习方法、学习方法 （1 1）重点掌握基本概念、基本电路、基本方重点掌握基本概念、基本电路、基本方法法;对课后习题予以充分重视，独立完成，对课后习题予以充分重视，独立完成，注意解注意解题方法和技巧题方法和技巧 ； （2 2）注意工程上简化分析的条件与处理方注意工程上简化分析的条件与处理方法：法：10准则；准则； （3）注重实验，充分利用实验来消化、理解）注重实验，充分利用实验来消化、理解课程的理论内容；掌握电子电路的设计、调试课程的理论内容；掌握电子电路的设计、调试方法；方法； （4）借助）借助multisim软件或其它软件

9、或其它EDA软件进软件进行仿真分析和设计。行仿真分析和设计。第第0章绪论章绪论 第第1章章 常用半导体器件常用半导体器件第第2章章 基本管放大电路基本管放大电路 第第3章章 集成运算放大器集成运算放大器 第第4章章 负反馈放大电路负反馈放大电路第第5章章 信号的运算、测量与处理电路信号的运算、测量与处理电路 第第6章章 信号的产生与变换电路信号的产生与变换电路 第第7章章 功率放大电路功率放大电路第第8章章 直流稳压电源直流稳压电源 0.5 0.5 本课程的学习安排本课程的学习安排1.教学形式教学形式: 课堂上，多媒体授课；课堂上，多媒体授课； 课后，自学、答疑课后，自学、答疑 2.实验实验:

10、 单独开课和考试单独开课和考试 ；3.考核考核: 平时平时+小测验：小测验：10-20%; 设计设计 与与 答辩：答辩：20-30%； 期期 末末 考考 试试 : 50-60%.教教 材材 及及 参参 考考 书书教材：教材：模拟电子技术基础模拟电子技术基础 刘润华主编刘润华主编 中国石油大学中国石油大学 2007.3图书馆有关模拟电子技术的教材图书馆有关模拟电子技术的教材参考书：参考书：衷衷 心心 祝祝 愿愿 大大 家家学学 有有 所所 成成+ +理理 论论实实 践践30303131本征半导体本征半导体杂质半导体杂质半导体半导体导电过程半导体导电过程3232自然界的物质按其导电能力的大小可分为

11、：自然界的物质按其导电能力的大小可分为： 导体导体：电阻率：电阻率10-4cm 绝缘体绝缘体： 1012cm 半导体半导体： 10-3cm 0，D导通，导通，vo=vs；当当vsVON时，时，D1导通，导通，D2截止，截止， vo=0.7V；当当vS VON时，时，D2导通，导通，D1截止，截止， vo=0.7V；当当| vS | 0， D2导通导通 ，D1、 D3截止，电路等截止，电路等效为：效为：V2110D1、 D3各承受各承受v/2的反向电压，峰值为的反向电压，峰值为vD1 、vD3的波形：的波形：106106vD2的波形的波形故灯泡故灯泡L2最亮。最亮。当电源电压副负半周即当电源电压

12、副负半周即v 0， D1、 D3导通导通 ； D2截止，等截止，等效电路为：效电路为：V2220D2承受承受v的反向电压，峰值为的反向电压，峰值为107107例1.4RDZRLIOIZIUOUI+ 一硅稳压电路如图所示。其中未经稳压的直流输入电压一硅稳压电路如图所示。其中未经稳压的直流输入电压UI =18V，R=1k，RL=2k ，硅稳压管硅稳压管DZ的稳定电压的稳定电压UZ=10V，动态电阻及未被击穿时的反向电流均可忽略。动态电阻及未被击穿时的反向电流均可忽略。（a）试求试求UO、 IO、 I和和IZ的值；的值；（b）试求试求RL值降低到多值降低到多大时，电路的输出电压大时，电路的输出电压将

13、不再稳定。将不再稳定。108108RDZRLIOIZIUOUI+（a）试求试求UO、IO、 I 和和IZ 的值的值ZLLIV1221218URRRU DZ被反向击穿，使输出电压稳定，故被反向击穿，使输出电压稳定，故V10ZO UUmA5210LOO RUImA358OZ IIImA811018O RUUII解：解：109109（b）试求试求RL值降低到多大时，电路的输出电压将不再稳定。值降低到多大时，电路的输出电压将不再稳定。解：解：若若DZ不能被击穿，电路不能稳定。不能被击穿，电路不能稳定。代入代入UI、R及及UZ可求得电路不再稳压时的可求得电路不再稳压时的RL，即即ZLLIURRRU 10

14、118LL RRk25. 1L R分析：稳压管稳压时，管子必须反向击穿，条件是管子两端所接分析：稳压管稳压时，管子必须反向击穿，条件是管子两端所接结点，在管子断开时的电压应大于其稳定电压。结点，在管子断开时的电压应大于其稳定电压。RDZRLIOIZIUOUI+110110半导体三极管的结构半导体三极管的结构半导体三极管的工作原理半导体三极管的工作原理半导体三极管的特性曲线半导体三极管的特性曲线半导体三极管的主要参数半导体三极管的主要参数半导体三极管的型号半导体三极管的型号111111 半导体三极管也称双极型晶体管，简称晶体管或三极管。是由半导体三极管也称双极型晶体管，简称晶体管或三极管。是由2

15、个个PN结构成的。按结构可分为：结构成的。按结构可分为：NPN型和型和PNP型。结构示意图如下：型。结构示意图如下：集电极集电极，用，用C或或c表示表示（Collector）集电区集电区，掺，掺杂浓度低杂浓度低基极基极，用，用B或或b表表示（示（Base）基区基区，薄，薄发射极发射极，用，用E或或e表表示（示（Emitter）发射区发射区，掺，掺杂浓度高杂浓度高发射结发射结(Je)集电结集电结(Jc)，面面积比发射结大积比发射结大112112双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。电流的实际方向。11311

16、3 一、一、 共基极接法时共基极接法时BJT内部载流子内部载流子 的传输过程的传输过程 1、发射区向基区注入电子、发射区向基区注入电子 2、电子在基区的扩散与复合、电子在基区的扩散与复合 3、集电区收集电子、集电区收集电子 4、电流分配关系、电流分配关系二、二、共发射极接法时共发射极接法时BJT的电流控制关系的电流控制关系114114 双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入, 两个可以作两个可以作为输出，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。三种接法也称三种组态组态，共射极共射极共基极共基极共集电极

17、共集电极115115 要使要使三极管三极管有放大作用，必须：有放大作用，必须：。 发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成电发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成电流流。BJT的工作原理的工作原理共基接法共基接法116116 因基区很薄，基区的电子在因基区很薄，基区的电子在集电结反偏电压的作用下，很快集电结反偏电压的作用下，很快就运动到了集电结的边上，进入就运动到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，被集电极集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流所收集，形成集电极电流 ICN。 基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小（发射区的掺杂浓基区向发射区也

18、有空穴的扩散运动，但其数量小（发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度）度远大于基区的掺杂浓度） ，形成的电流为，形成的电流为IEP。进入基区的电子流因进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。在基区被复合的电子形成的电基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。在基区被复合的电子形成的电流是流是 IBN。117117 另外因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流另外因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流ICBO。 这部分电流决定于少数载流这部分电流决定于少数载流子浓度，称子浓度，称。 ICBO的数值很小对三极管的的数值很小对三极管的放大没有贡献，而且受温度影响放大没有贡献，而且受温度影

19、响很大，容易使管子工作不稳定，很大，容易使管子工作不稳定，所以在制造过程中要尽量设法减所以在制造过程中要尽量设法减少少ICBO。 118118 发射区注入基区的电子，一部分与空穴复合，绝大部分扩散并被集电发射区注入基区的电子，一部分与空穴复合，绝大部分扩散并被集电区收集。管子制成后，复合所占的比例区收集。管子制成后，复合所占的比例为定值，大小为为定值，大小为0.990.995。ENCNII CBOECIII 共基电流传输系数，定义为：共基电流传输系数，定义为：NIIIIEEPENE CBOCNCIII CBOCNENCEBIIIIII 联立上式，可得：联立上式，可得： IE的改变控制的改变控制

20、IC的变化，故的变化，故BJT为为1191195.5.三极管的放大作用三极管的放大作用Ui=20mv IE l mA IC=IE 当当=0.98 时，时，IC098mAUOIC RL098mAlK0.98V120120 三极管的放大作用，主要是依靠三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电区而实现的然后到达集电区而实现的121121 为了保证这一个传输过程，一方面要为了保证这一个传输过程，一方面要满足满足内部条件内部条件：要求发射区杂质浓度要远：要求发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区厚度要很小；大于基区杂质浓度，同时基区厚

21、度要很小；另一方面要满足另一方面要满足外部条件外部条件：发射结要正向：发射结要正向偏置、集电结要反向偏置。偏置、集电结要反向偏置。122122CBOECIII CBOBC111III 为保证为保证BJT发射结正偏，集电结反偏，发射结正偏，集电结反偏，有有 。BJT内部载流子运动规律同内部载流子运动规律同共基接法。共基接法。IE = IC+ IB可得：可得：定义定义 1共发射极电流放大系数，其值共发射极电流放大系数，其值 一般为几十至几百。一般为几十至几百。CBOBC)1(III 123123 1CBOBC)1(III 定义定义CBOCEO)1(II 基极开路（基极开路（IB=0）时的时的集电极

22、电流，称集电极电流，称C-E间间的的反向饱和电流或穿反向饱和电流或穿透电流。透电流。CEOBCIII 较小可忽略较小可忽略BCII IB的改变控制了的改变控制了IC的变化，体现了三极管的电流控制作用。的变化，体现了三极管的电流控制作用。124124设设0.980.98，当当U Ui i 变化变化20 20 mVmV时，能引起基极电流的变化时，能引起基极电流的变化I IB B =20A=20A， =49=49IC IB=4920 A=0.98mAUC=-ICRL=-0.981K=-0.98V492098. 00mVVVVAiV125125 从三极管的输入电流控制输出电流从三极管的输入电流控制输出

23、电流这一点看来，这两种电路的基本区别是：这一点看来，这两种电路的基本区别是：共射极电路共射极电路以基极电流以基极电流I IB B作为输入控制作为输入控制电流电流126126 输入特性输入特性：以：以vCE为参变量，输入电压为参变量，输入电压vBE和输入电流和输入电流iB之间的关系之间的关系+iBiCvBEvCE 以以NPN管为例，讨论三极管接成共发管为例，讨论三极管接成共发射极组态时的输入、输出特性。射极组态时的输入、输出特性。 输出特性：输出特性：以以iB为参变量，输出电压为参变量，输出电压vCE和输出电流和输出电流iC之间的关系之间的关系常数常数 B)(CECivfi常常数数 CE)(BE

24、Bvvfi127127mA AVVUCEUBERBIBECEB128128当当vCE1V时，时， 集电结已进入反偏状态，开集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少，始收集电子，且基区复合减少， iC / iB 增大，增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但特性曲线将向右稍微移动一些。但vCE再增加再增加时，曲线右移很不明显就，基本重合。时，曲线右移很不明显就，基本重合。 实际使用时实际使用时 一般有一般有vCE1V 。 vCE=0时，三极管相当于两个二时，三极管相当于两个二极管并联，极管并联， iB 和和vBE之间的关系与之间的关系与二极管相似。二极管相似。+iBiCvBEvCE死区死区

25、非线非线性区性区线性区线性区129129 现取其中一条（现取其中一条（IB=40A）给予说明。给予说明。 当当0 vCE 1V，特性曲线比较特性曲线比较平坦。因为此时集电结的电场平坦。因为此时集电结的电场已足够强，扩散到基区的电子已足够强，扩散到基区的电子大都能到达集电区，故再增加大都能到达集电区，故再增加v vCECE ， i iC C就增加不多。就增加不多。改变改变iB的值，可得一组输出特性。的值，可得一组输出特性。输出特性曲线输出特性曲线130130iC受受vCE显著控制，显著控制，一般一般vCE0.7 V(硅硅管管)。此时。此时反偏电压很小反偏电压很小iC平行于平行于vCE轴的区域，此

26、轴的区域，此时，时， vCE 0.7 V左右左右(硅硅管管) 。iB=0的曲线下方。此时，的曲线下方。此时，131131ECECBOCIIIII BCBCEOCIIIII QIIEC 1、直流电流放大系数、直流电流放大系数共基极：共基极：共发射极：共发射极：2、交流电流放大系数、交流电流放大系数QIIBC 在三极管输出特性曲线间距基本相等并忽略在三极管输出特性曲线间距基本相等并忽略ICBO、ICEO时，两者数时，两者数值近似相等。因此在应用中，都用值近似相等。因此在应用中，都用和和代表。代表。1321321、集电极、集电极-基极间反向饱和电流基极间反向饱和电流ICBO 当发射极开路时，集电极和

27、基极间的反向当发射极开路时，集电极和基极间的反向饱和电流。饱和电流。A+ICBOVCC 其大小取决于温度和少数载流子的浓度。小功率锗管的其大小取决于温度和少数载流子的浓度。小功率锗管的ICBO约为约为10A，硅管的硅管的ICBO则小于则小于1A。当工作环境温度变化范围较大时应选硅当工作环境温度变化范围较大时应选硅管。管。测量电路测量电路1331332、集电极、集电极-发射极间的反向饱和电流发射极间的反向饱和电流ICEO 基极开路，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线基极开路，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线IB=0那那条曲线所对应的条曲线所对应的Y坐标的数值。坐标的数值

28、。AICEOVCC ICEO=（1+）ICBO。小功率锗管的小功率锗管的ICEO约为几十至几百约为几十至几百A，硅管硅管的的ICEO约为几约为几A 。ICEO大的管子性能不稳定，通常把大的管子性能不稳定，通常把ICEO作为判断管作为判断管子质量的重要依据。子质量的重要依据。134134 ICM指三极管集电极允许的最大电流。指三极管集电极允许的最大电流。IC超过超过ICM 时，时， 明显明显下降。下降。但但ICICM时，并不表示三极管会损坏。时，并不表示三极管会损坏。1、集电极最大允许电流、集电极最大允许电流ICM1351352、集电极最大允许功率损耗、集电极最大允许功率损耗PCM PCM表示集

29、电结上允许损耗功率的最大值。超过此值，集电结表示集电结上允许损耗功率的最大值。超过此值，集电结会过热烧毁。会过热烧毁。 PCM= iCvCE输出特性上的允许功率损耗线输出特性上的允许功率损耗线锗管允许结温为锗管允许结温为C75 C150 硅管允许结温为硅管允许结温为 对大功率管为了提高对大功率管为了提高PCM ，通常采用加散热装置的方法。通常采用加散热装置的方法。136136 3、反向击穿电压、反向击穿电压 反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力。压的能力。V(BR)CBO发射极开路时的集电结击穿电压。发射极开路时的集电结击穿电压。V(BR) EB

30、O集电极开路时发射结的击穿电压。集电极开路时发射结的击穿电压。V(BR)CEO基极开路时集电极和发射极间的基极开路时集电极和发射极间的 击穿电压。击穿电压。137137 几个击穿电压在大小上有如下关系：几个击穿电压在大小上有如下关系： V(BR)CBOV(BR)CESV(BR)CERV(BR)CEOV(BR) EBO 发生电压击穿后，管子就不能正常工作。但若击穿时间短，并且发生电压击穿后，管子就不能正常工作。但若击穿时间短，并且不超过不超过PCM，则击穿过程还是可逆的。则击穿过程还是可逆的。对于对于V(BR)CER表示表示BE间接有电阻，间接有电阻，V(BR)CES表示表示BE间是短路的。间是

31、短路的。1381381.1.温度对温度对I ICBOCBO 和和I ICEOCEO的影响的影响 温度升高，温度升高， ICBO 和和ICEO都增大都增大 ICEO=（1+ ）ICBO2.温度对输入输出特性的影响温度对输入输出特性的影响139139 国家标准对半导体三极管的命名如下国家标准对半导体三极管的命名如下:3 D G 110 B第二位：第二位：A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管、管、 C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低频小功率管、低频小功率管、D低频大功率管、低频大功率管、 G高频小功率管、高频小功率管、A高频大功率管、高频大功率管、 K开关管开关管表示材料表示材

32、料表示器件的种类表示器件的种类表示同种器件型号的序号表示同种器件型号的序号表示同一型号中的不同规格表示同一型号中的不同规格三极管三极管140140双极型三极管的参数 参参 数数型型 号号 PCM mW ICM mAVR CBO VVR CEO VVR EBO V IC BO A f T MHz3AX31D 125 125 20 126* * 83BX31C 125 125 125 125 40 40 24 246 6* * 8 83 3CG101CCG101C 100 100 30 30 45 450.10.1 100 1003 3DG123CDG123C 500 500 50 50 40 4

33、0 30 300.350.353 3DD101DDD101D 5 5A A 5 5A A 300 300 250 2504 42 2mA3 3DK100BDK100B 100 100 30 30 25 25 15 150.10.1 300 3003DKG23 250250W 30 30A A 400 400 325 325 8 8注：注：*为为 f 141141半导体三极管图片半导体三极管图片142142半导体三极管图片半导体三极管图片143143例1.5 在放大电路中测得在放大电路中测得4个三极管的各管脚对个三极管的各管脚对“地地”电位如图所电位如图所示。试判断各三极管的类型（是示。试判断各

34、三极管的类型（是NPN型还是型还是PNP型，是硅管还型，是硅管还是锗管），并确定是锗管），并确定e、b、c三个电极。三个电极。（a）3V3.7V8V3V2V2.3V（b）5V0.6V0V（c）0.8V6V1V（d）144144分析：分析：1）工作于放大状态的三极管，发射结应正偏，集电结应反偏，因）工作于放大状态的三极管，发射结应正偏，集电结应反偏，因而而NPN型有型有VCVBVE， PNP型有型有VCVBVE。可见基极电位总是可见基极电位总是居中，据此可确定基极。居中，据此可确定基极。2）硅管）硅管|VBE|=0.60.8V，锗管锗管 |VBE|=0.20.4V，则与基极电位相差此则与基极电位

35、相差此值的电极为发射极，并可判断是硅管还是锗管。值的电极为发射极，并可判断是硅管还是锗管。3）余下一电极为集电极。）余下一电极为集电极。4）集电极电位为最高的是）集电极电位为最高的是NPN型管，集电极电位为最低的是型管，集电极电位为最低的是PNP型管。型管。145145（a）3V3.7V8V-3V2V2.3V（b）-5V-0.6V0V（c）-0.8V6V-1V（d）（a）NPN型硅管，型硅管，-发射极，发射极，-基极，基极，-集电极集电极（b）PNP型锗管，型锗管，-集电极，集电极，-基极，基极，-发射极发射极（c）PNP型硅管，型硅管， -集电极，集电极，-基极，基极，-发射极发射极（d）N

36、PN型锗管，型锗管，-基极，基极，-集电极，集电极，-发射极发射极146146例1.6 测得电路中三极管测得电路中三极管3个电极的电位如图所示。问哪些管子个电极的电位如图所示。问哪些管子工作于放大状态，哪些处于截止、饱和、倒置状态，哪些已损工作于放大状态，哪些处于截止、饱和、倒置状态，哪些已损坏？坏？硅管硅管-3V0V-2.7V硅管硅管0V0.7V-3.5V发射结、集电结均反偏，管子截止。发射结、集电结均反偏，管子截止。发射结反偏、集电结正偏均，管子发射结反偏、集电结正偏均，管子倒置。倒置。147147硅管硅管-2.8V-1.4V-3.5V锗管锗管1.2V1.3V1.5V锗管锗管1.8V3.7

37、V1.5V发射结正偏、集电结反偏，管子放大。发射结正偏、集电结反偏，管子放大。发射结、集电结均正偏，管子饱和。发射结、集电结均正偏，管子饱和。发射结正偏、集电结反偏，管子放大。发射结正偏、集电结反偏，管子放大。148148锗管锗管-0.3V-3V0V锗管锗管1.3V1.1V1V硅管硅管2V12V-0.7V发射结正偏、集电结反偏，管子放大。发射结正偏、集电结反偏，管子放大。发射结、集电结均正偏，管子饱和。发射结、集电结均正偏，管子饱和。VBE=2.7V，远大于发射结正偏时的电压，故远大于发射结正偏时的电压，故管子已损坏。管子已损坏。1491491.5 场效应晶体管场效应晶体管 绝缘栅场绝缘栅场效

38、应管效应管 结型场结型场效应管效应管 场效应管的主要参数场效应管的主要参数 双极型和场效应三极管的比较双极型和场效应三极管的比较150150 场效应管（场效应管（Fiedl Effect TransistorFET）是利用是利用电场效应来控制电场效应来控制的有源器件，它不仅兼有一般半导体管体积小、重量轻、耗电省、寿命的有源器件，它不仅兼有一般半导体管体积小、重量轻、耗电省、寿命长的特点，还具有输入电阻高（长的特点，还具有输入电阻高（MOSFET最高可达最高可达1015）、）、噪声系数噪声系数低、热稳定性好、工作频率高、抗辐射能力强、制造工艺简单等优点。低、热稳定性好、工作频率高、抗辐射能力强、

39、制造工艺简单等优点。在近代大规模和超大规模集成电路以及微波毫米波电路中得到广泛应用。在近代大规模和超大规模集成电路以及微波毫米波电路中得到广泛应用。 按结构，场效应管可分按结构，场效应管可分两大类两大类： 绝缘栅型场效应管（绝缘栅型场效应管（IGFETIGFET） 结型场效应管（结型场效应管（JFETJFET） 1511511.5.1 1.5.1 绝缘栅场效应三极管绝缘栅场效应三极管 绝缘栅型场效应三极管绝缘栅型场效应三极管MOSFET( Metal Oxide Semiconductor FET)。分为分为 增强型增强型 N沟道、沟道、P沟道沟道 耗尽型耗尽型 N沟道、沟道、P沟道沟道一、一

40、、N沟道增强型沟道增强型MOSFET 1. 结构结构 它是在它是在P型半导体上生成一层型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后用光薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从型区，从N型区引出电极，型区引出电极，一个是一个是漏极漏极D(Drain)，一个是一个是源极源极S(Source)。在源极和漏极之间的在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为绝缘层上镀一层金属铝作为栅极栅极G(Gate)。P型半导体称为衬型半导体称为衬底，用符号底，用符号B表示。表示。152152 当当0VGSVT时，通过时，通过栅极和衬底间的电场作用，将靠栅极和衬底间的电场作用，将靠近

41、栅极下方的近栅极下方的P型半导体中的空型半导体中的空穴向下方排斥，出现了一薄层负穴向下方排斥，出现了一薄层负离子的耗尽层离子的耗尽层。P中的少子将向中的少子将向表层聚集，但数量有限，不足以形成导电沟道，不可能形成漏极电流表层聚集，但数量有限，不足以形成导电沟道，不可能形成漏极电流ID。2.2.工作原理工作原理 (1)栅源电压栅源电压VGS的控制作用的控制作用 当当VGS=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 二极管，二极管，在在D、S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。153153 当当V VGSGSV VT T （ 开启电压开启电压) )

42、时，电场比时，电场比较强，在靠近栅极下方的较强，在靠近栅极下方的P P型半导体型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成表层中聚集较多的电子，可以形成电子沟道，将漏极和源极沟通。如电子沟道，将漏极和源极沟通。如果加漏源电压，将形成漏极电流果加漏源电压，将形成漏极电流I ID D。在栅极下方形成的导电沟道中的电在栅极下方形成的导电沟道中的电子，因与子，因与P P型半导体的载流子空穴极型半导体的载流子空穴极性相反，故称为性相反，故称为反型层反型层。 V VGSGS增加，增加，I ID D将增加。将增加。增强型增强型MOS管：管：VGS=0V时时ID=0，只有当只有当VGSVT后才会出现漏极电流后才会出

43、现漏极电流。154154 转移特性曲线的斜率转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。对漏极电流的控制作用。 gm 的量纲为的量纲为mA/V，所以所以gm也称为也称为跨导跨导。跨导的定义式如下。跨导的定义式如下 gm= ID/ VGS VDS=const (单位单位mS) ID=f(VGS) VDS=const 转移特性曲线转移特性曲线 管子在饱和区工作（管子在饱和区工作（vGS VT）时时的转移特性曲线可用以下近似公式表的转移特性曲线可用以下近似公式表示：示：2TGSDOD1 ）（ VvIi式中式中IDO为为vGS =2 VT时的时的iD值。值。 V

44、T 2VT155155 （2 2）漏源电压）漏源电压VDS对漏极电流对漏极电流ID的控制作用的控制作用 当当VGSVT，且固定为某一值时，来分析漏且固定为某一值时，来分析漏源电压源电压VDS对漏极电流对漏极电流ID的影响。的影响。VDS=VDGVGS =VGDVGS VGD=VGSVDS 当当VDS为为0或较小时，相当或较小时，相当VGSVT，此时此时VDS 基本均匀降落在沟道基本均匀降落在沟道中，沟道中存在电位梯度，中，沟道中存在电位梯度，G与沟与沟道中的电位差由道中的电位差由S到到D逐步减小，沟逐步减小，沟道呈斜线分布。道呈斜线分布。图图 (a) 漏源电压漏源电压VDS对沟道对沟道的影响的

45、影响156156 当当VDS增加到使增加到使VGD=VT时，沟道时，沟道如图所如图所示。这相当于示。这相当于VDS增加使漏极处沟道增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为缩减到刚刚开启的情况，称为预夹预夹断断。VGD=VGSVDS157157 当当VDS增加到增加到VGD VT时，沟道时，沟道如图所示。如图所示。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。 VDS增加的部分基本降落在随之加增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，长的夹断沟道上， ID基本趋于不变。基本趋于不变。 当当VGSVT，且固定为某一值时，且固定为某一值时， VDS对对ID的影响，的影响，即即ID=f(

46、VDS) VGS=const这一关系曲线如图所示。这这一关系曲线如图所示。这一曲线称为一曲线称为漏极输出特性曲线漏极输出特性曲线。158158输出特性曲线输出特性曲线常常数数）（ GSDSDvvfi常常数数）（ DSGSDvvfi输出特性输出特性转移特性转移特性159159 二、二、N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET是在栅极下方的是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当的金属正离子。所以当VGS=0时，这些正离子已经在感应出导电沟道。时，这些正离子已经在感应出导电沟道。于是只要有漏源电压，就有漏极电流存在。于是只要有漏源

47、电压，就有漏极电流存在。160160 当当VGS0时，将使时，将使ID进一步增加。进一步增加。VGS0时，随着时，随着VGS的减小漏极电流逐渐减小，的减小漏极电流逐渐减小，直至直至ID=0。对应对应ID=0的的VGS称为称为夹断电压夹断电压，用符号用符号VGS(off)表示，有时也用表示，有时也用VP表示。表示。161161162162 三、三、P沟道沟道MOSFET P沟道沟道MOSFET的工作原理与的工作原理与N沟道沟道MOSFET完全完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有而已。这如同双极型三极管有NPN型

48、和型和PNP型一样。型一样。1631631.5.2 1.5.2 结型场效应三极管结型场效应三极管 1. 1. 结型场效应三极管的结构结型场效应三极管的结构 JFET是在是在N型半导体硅片的两侧各制造一个型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个结，形成两个PN结夹着一个结夹着一个N型沟道的结构。一个型沟道的结构。一个P区即为区即为栅极栅极，N型硅的一端是型硅的一端是漏极漏极，另一端是另一端是源极源极。 164164165165 2. 2. 结型场效应三极管的工作原理结型场效应三极管的工作原理 根据结型场效应三极管的结构，因它没有绝缘层，只能根据结型场效应三极管的结构，因它没有绝缘层，只能工作

49、在工作在反偏反偏的条件下，对于的条件下，对于N N沟道结型场效应三极管只能工沟道结型场效应三极管只能工作在负栅压区，作在负栅压区，P P沟道的只能工作在正栅压区，否则将会出沟道的只能工作在正栅压区，否则将会出现栅流。现以现栅流。现以N N沟道为例说明其工作原理。沟道为例说明其工作原理。 166166 (1) 栅源电压对沟道的控制作用栅源电压对沟道的控制作用 当当VGS=0时，在漏、源之间加有一定时，在漏、源之间加有一定电压时，在漏、源间将形成多子的漂移运电压时，在漏、源间将形成多子的漂移运动，产生漏极电流。动，产生漏极电流。 当当VGS0时，时，PN结反偏，形成耗尽层，结反偏，形成耗尽层，漏、

50、源间的沟道将变窄，漏、源间的沟道将变窄，ID将减小，将减小，VGS继继续减小，沟道继续变窄，续减小，沟道继续变窄，ID继续减小直至为继续减小直至为0。当漏极电流为零时所对应的栅源电压。当漏极电流为零时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压称为夹断电压VGS(off)或或VP或或UP。167167图图 VGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用(a)uGS=0 (b) UP uGS 0 (c) uGS UP 168168 (2) 漏源电压对沟道的控制作用漏源电压对沟道的控制作用 当当V VDSDS增加到使增加到使V VGDGD= =V VGSGS- -V VDSDS= =V VP P时，在紧靠漏极处出现

51、预夹断。当时，在紧靠漏极处出现预夹断。当V VDSDS继续继续增加，漏极处的夹断继续向源极方向生长延长。以上过程与绝缘栅场效应增加，漏极处的夹断继续向源极方向生长延长。以上过程与绝缘栅场效应三极管的十分相似。三极管的十分相似。 在栅极加上电压，且在栅极加上电压，且V VGSGSV VP P，若漏源电压若漏源电压V VDSDS从零开始增加，则从零开始增加，则V VGDGD= =V VGSGS- -V VDSDS将随之减小。使靠近漏将随之减小。使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从左至右呈楔形分布。极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从左至右呈楔形分布。169169(a)uDGUP (b) uDG =UP

52、预夹断预夹断 (c) uDGUP夹断夹断V VGDGD= =V VGSGS- -V VDSDS170170 3 3 结型场效应三极管的特性曲线结型场效应三极管的特性曲线 JFETJFET的特性曲线有两条，一是转移特的特性曲线有两条，一是转移特性曲线，二是输出特性曲线。它与性曲线，二是输出特性曲线。它与MOSFETMOSFET的特性曲线基本相同，只不过的特性曲线基本相同，只不过MOSFETMOSFET的栅的栅压可正、可负，而结型场效应三极管的栅压可正、可负，而结型场效应三极管的栅压只能是压只能是P P沟道的为正或沟道的为正或N N沟道的为负。沟道的为负。171171(a) 漏极输出特性曲线漏极输

53、出特性曲线 (b) 转移特性曲线转移特性曲线 图图 N沟道结型场效应三极管的特性曲线沟道结型场效应三极管的特性曲线2)1 (PGSDSSDVVII1721721.5.3 1.5.3 场效应三极管的参数和型号场效应三极管的参数和型号1 1 场效应三极管的参数场效应三极管的参数 (1) 开启电压开启电压VGS(th) (或或VT) 开启电压是开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值, 场场效应管不能导通效应管不能导通。 (2) 夹断电压夹断电压VGS(off) (或或VP) 夹断电压是耗尽型夹断电压是耗尽型FET的参数，当的参数，当V

54、GS=VGS(off) 时时,漏极电流为零漏极电流为零。 (3) 饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管耗尽型场效应三极管, 当当VGS=0时所对应的漏极电流。时所对应的漏极电流。173173 (4) 输入电阻输入电阻RGS 场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应三极管，场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应三极管，反偏时反偏时RGS约大于约大于107，对于绝缘栅型场效应三极管对于绝缘栅型场效应三极管, RGS约是约是1091015。 (5) 低频跨导低频跨导gm 低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，这一点与电子

55、管的控制作用相似。这一点与电子管的控制作用相似。gm可以在转可以在转 移特性曲线上求取，单位移特性曲线上求取，单位是是mS(毫西门子毫西门子)。 最大漏极功耗最大漏极功耗PDM 最大漏极功耗可由最大漏极功耗可由PDM= VDS ID决定，与双极型三极管的决定，与双极型三极管的PCM相当。相当。174174 2. 2. 场效应三极管的型号场效应三极管的型号 场效应三极管的型号场效应三极管的型号, 现行有两种命名方法。其一是与双极型三极现行有两种命名方法。其一是与双极型三极管相同，第二位字母代表材料，管相同，第二位字母代表材料，D是是P型硅，反型层是型硅，反型层是N沟道；沟道；C是是N型型硅硅P沟

56、道。第三位字母沟道。第三位字母J代表结型场效应管，代表结型场效应管，O代表绝缘栅场效应管。代表绝缘栅场效应管。例如例如,3DJ6D是结型是结型N沟道结型场效应三极管，沟道结型场效应三极管，3DO6C是绝缘栅型是绝缘栅型N沟沟道场效应三极管。道场效应三极管。 第二种命名方法是第二种命名方法是CS#，CS代表场效应管，以数字代表型号代表场效应管，以数字代表型号的序号，的序号，#用字母代表同一型号中的不同规格。例如用字母代表同一型号中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。等。1751753.几种常用的场效应三极管的主要参数见表几种常用的场效应三极管的主要参数见表 表表 场效应三极管的参数场效应三

57、极管的参数 参 数型号PDM mW IDSS mA VRDS VVRGS V VP V gmmA/ V fM MHz3DJ2D 100 20 20 -4 2 3003DJ7E 100 20 20 -4 3 903DJ15H 100 611 20 20 -5.5 83DO2E 1000.351.2 12 25 1000CS11C 1000.31 -25 -4 2 1761764. 各类FET的伏安特性曲线 场效应三极管的特性曲线类型比较多，根据场效应三极管的特性曲线类型比较多，根据导电沟道导电沟道的不同，以及的不同，以及是是增强增强型还是型还是耗尽耗尽型可有四种转移特性曲线和输出特性曲线，其型可

58、有四种转移特性曲线和输出特性曲线，其电压和电压和电流方向电流方向也有所不同。如果按统一规定正方向，特性曲线就要画在不同也有所不同。如果按统一规定正方向，特性曲线就要画在不同的象限。为了便于绘制，将的象限。为了便于绘制，将P沟道管子的正方向反过来设定。有关曲线绘沟道管子的正方向反过来设定。有关曲线绘于图之中于图之中177177各类场效应三极管的特性曲线各类场效应三极管的特性曲线绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管N沟沟道道增增强强型型P沟沟道道增增强强型型178178绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管N沟沟道道耗耗尽尽型型P沟沟道道耗耗尽尽型型179179结结型型场场效效应应管管N沟沟道道耗耗尽尽型型P沟沟道

59、道耗耗尽尽型型180180双极型三极管双极型三极管场效应三极管场效应三极管结构结构NPN型型PNP型型C与与E一般不可倒置使用一般不可倒置使用结型耗尽型结型耗尽型 N沟道沟道 P沟道沟道绝缘栅增强型绝缘栅增强型 N沟道沟道 P沟道沟道绝缘栅耗尽型绝缘栅耗尽型 N沟道沟道 P沟道沟道D与与S有的型号可倒置使用有的型号可倒置使用载流子载流子多子扩散少子漂移多子扩散少子漂移多子漂移多子漂移输入量输入量电流输入电流输入电压输入电压输入电流控制电流源电流控制电流源CCCS()电压控制电流源电压控制电流源VCCS(gm)1.5.4 1.5.4 双极型和场效应型三极管的比较双极型和场效应型三极管的比较181

60、181双极型三极管双极型三极管场效应三极管场效应三极管噪声噪声较大较大较小较小温度特性温度特性受温度影响较大受温度影响较大较小，可有零温度系数点较小，可有零温度系数点输入电阻输入电阻几十到几千欧姆几十到几千欧姆几兆欧姆以上几兆欧姆以上静电影响静电影响不受静电影响不受静电影响易受静电影响易受静电影响集成工艺集成工艺不易大规模集成不易大规模集成适宜大规模和超大规模集成适宜大规模和超大规模集成182182例题分析Chapter 1183183例1.7试从下述几方面比较试从下述几方面比较FET和和BJT的异同。的异同。1、FET的导电机理为的导电机理为_，而，而BJT为为_。比较两者受温度影。比较两者