模电第一章课件

第一章常用半导体器件1.1半导体基础知识1.2半导体二极管1.3晶体三极管1.4场效应管1.5单结晶体管和晶闸管1.7Multisim应用——二极管特性的研究1.1半导体基础知识1.1.1本征半导体1.1.2杂质半导体1.1.3PN结

半导体器件是构成电子电路的基本元

件，它们所用的材料是经过特殊加工且

性能可控的半导体材料。返回物质的导电性能决定于原子结构。自然界中的物质按导电性能可分为三类；导体绝缘体半导体在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素时，导电性能具有可控性；并且，在光照和热辐射条件下，其导电性还有明显的变化；这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种电子器件。一、半导体

一般为低价元素，其最外层电子极易挣脱原子核的束缚成为自由电子，在外电场的作用下产生定向移动，形成电流。

一般为高价元素（如惰性气体）或高分子物质（如橡胶），它们最外层电子受原子核束缚力很强，很难成为自由电子，所以导电性极差。

常用的半导体材料硅（Si）和锗（Ge）均为四价元素，它们最外层电子即不像导体那么容易挣脱原子核的束缚，也不像绝缘体那样被原子核束缚得那么紧，因而其导电性介于二者之间。返回二、本征半导体的晶体结构将纯净的半导体经过一定的工艺过程制成单晶体，即为本征半导体。晶体中的原子在空间形成排列整齐的点阵，称为。由于相邻原子间的距离很小，因此，相邻的两个原子的一对最外层电子（即价电子）不但各自围绕自身所属的原子核运动，而且出现在相邻原子核所属的轨道上，成为共用电子，这样的组合称为结构返回共价键晶格图1.1.1本征半导体结构示意图对的形成

自由电子与空穴在上的关系三、本征半导体中的两种载流子在常温下，仅有极少数的价电子由于热运动（热激发）获得足够的能量，从而挣脱共价键的束缚变成为自由电子。与此同时，在共价键中留下一个空位置，称为空穴。电子－空穴数量载流子电子流、空穴流的形成原子因失掉一个价电子而带正电，或者说空穴带正电。在本征半导体中，自由电子与空穴是成对出现的，即自由电子与空穴数目相等。若在两端外加一电场，则一方面自由电子将产生定向移动，形成电子流；另一方面由于空穴的存在，价电子将按一定的方向依次填补空穴，即空穴也产生定向移动，形成空穴流。本征半导体运动电荷的粒子(在电场的作用下运载电荷形成电流的导电粒子)称为载流子。本征半导体有两种载流子，这是半导体导电的特殊性质。返回

当环境温度升高时，热运动加剧，挣脱共价键束缚的自由电子增多，空穴也随之增多，即载流子的浓度升高，因而使导电性能增强；若环境温度降低，载流子浓度降低，因而导电性能变差。四、本征半导体中载流子的浓度本征激发复合动态平衡本征半导体载流子浓度与环境温度的关系本征半导体载流子（本征载流子）浓度表达式最后指出注意半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就会填补空穴，使二者同时消失在一定温度下，本征激发所产生的自由电子与空穴对，与复合的自由电子与空穴对相等。换言之，在一定温度下，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴浓度相等。返回本征半导体的导电性能很差，且与环境温度密切相关。半导体材料对温度的这种敏感性，即可以用来制作热敏和光敏器件，又是造成半导体器件温度稳定性差的原因。分别表示自由电子浓度与空穴浓（）为热力学温度；为波耳兹曼常数；为热力学零度时破坏共价键所需的能量，又称禁带宽度；是与半导体材料载流子有效质量、有效能级密度有关的常量。返回几个关系：①多子与少子的关系②多子与掺杂浓度的关系③少子与温度的关系二、P型半导体

通过扩散工艺，在本征半导体中输掺入少量合适的杂质元素，便可得到杂质半导体。按掺入杂质元素的不同，可形成N型半导体和P型半导体；控制掺入杂质元素的浓度，就可控制杂质半导体的导电性能。一、N型半导体由于掺入的杂质使多子的数目大大增加，从而使多子与少子复合的机会大大增多。因此，对于杂质半导体，多子的浓度愈高，少子的浓度就愈低。可以认为，多子的浓度约等于所掺杂质原子的浓度，因而多子受温度的影响很小。（即多子的浓度取决与掺杂浓度且与温度无关）少子是本征激发形成的，尽管其浓度很低，却对温度非常敏感。（即少子的浓度取决于温度），这将影响半导体器件的性能。返回1.1.2杂质半导体P型半导体的形成P型半导体中空穴的产生及负离子的形成P型半导体中的多数载流子P型半导体中的少数载流子P型半导体中的受主原子P型半导体中的导电性能在纯净的硅晶体中掺入三价元素（如硼），使之取代晶格中硅原子的位置，就形成了P型半导体。由于杂质原子的最外层有3个价电子，所以当它们与周围的硅原子形成共价键时，就产生一个“空位”（空位为电中性），当硅原子外层电子由于热运动填补此空位时，杂质原子成为不可移动的负离子，同时在硅原子的共价键中产生一个空穴。P型半导体中，空穴的浓度大于自由电子浓度，故称空穴为多数载流子，简称多子。P型半导体中，自由电子的浓度低于空穴的浓度，故称自由电子为少数载流子，简称少子。因杂质原子的空位吸收电子，故称之为受主原子（或受主杂质）。掺入杂质越多，多子（空穴）的浓度越高，导电性能越强。返回一、PN结的形成1、浓度差形成多子的扩散运动。2、多子的扩散运动形成空间电荷区。3、空间电荷区阻止扩散运动的进行。4、少子在内电场的作用下产生漂移运动。5、形成PN结。当把P型半导体与N型半导体制作在一起时，在它们的交界面，两种载流子的浓度差很大，因而P区的空穴必然向N区扩散，与此同时N区的自由电子也必然向P区扩散由于扩散到P区的自由电子与空穴复合，而扩散到N区的空穴与自由电子复合，所以在交界面附近多子的浓度下降，P区出现负离子区，N区出现正离子区，它们是不能移动的，称为空间电荷区，从而形成内电场。随着扩散运动的进行，空间电荷区加宽，内电场增强，其方向由N区指向P区，正好阻止扩散运动的进行。当空间电荷区形成后，少子在内电场的作用下产生漂移运动，空穴从N区向P区运动（漂移），而自由电子从P区向N区运动（漂移），在无外电场和其它激发作用下，参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目，从而达到动态平衡，形成PN结，PN结也可称为耗尽层、势垒区。空间电荷区具有一定的宽度，电位差为，电流为零。空间电荷区内，正、负电荷的电量相等，因此，当P区与N区杂质浓度相等时，负离子区与正离子区的宽度也相等，称为对称结，而当两边杂质浓度不同时，浓度高一侧的离子区宽度低于浓度低的一侧，称为不对称PN结返回如果在PN结的两端外加电压，就将破坏原来的平衡状态此时扩散电流不再等于漂移电流，因而PN结将有电流流过。外加电压极性不同时，PN结表现出截然不同的导电性能，即现出单向导电性。二、PN结的单向导电性1、PN结外加正向电压时处于导通状态2、PN结外加反相电压时处于截止状态返回2、PN结外加反相电压时处于截止状态什么是PN结反向偏置？PN结反偏时是如何截止的注意：在常温下，少子的浓度基本不变，因此反向电流不会随反向电压的升高而增大（在一定的范围内），而是趋于一个恒定值——称为饱和。因此反向电流（漂移电流）也称为反向饱和电流返回当电源的正极（或正极串联电阻后）接到PN结的N端，且电源的负极（或负极串联电阻后）接到PN结的P端时，称PN结外加反向电压，也称反向接法或反向偏置。外加电场使空间电荷区变宽，加强了内电场，阻止扩散运动的进行，而加剧漂移运动的进行，形成反向电流，也称为漂移电流，因为少子的数目极少，即使所有的少子都参与漂移运动，反向电流也非常小，所以它可忽略不计，即PN结外加反向电压时处于截止状态。常温下，少子的浓度少且基本不变，则导致了反向电流小且趋于一个恒定值（即饱和）三、PN结的电流方程由理论分析可知，PN结所加端电压与流过它的电流的关系为式中为反向饱和电流，为电子电量，为波耳兹曼常数，为热力学温度。令则有常温下即时，也称温度的电压当量返回四、PN结的伏安特性Ⅰ.正向特性（的部分）由式可知，当PN结外加正向电压，且时，

即随按指数规律变化Ⅲ.击穿特性

当超过一定数值后，反向电流急剧增加，称之为反向击穿。击穿按机理分为：①齐纳击穿②雪崩击穿在高掺杂情况下，因耗尽层宽度很小，不大的反向电压就可在耗尽层形成很强的电场，而直接破坏共价键，使价电子脱离共价键束缚，产生电子－空穴对，致使电流急剧增大。如果掺杂浓度较低，耗尽层宽度较宽，当反向电压增加到较大数值时，耗尽层的电场使少子加快漂移速度，从而与共价键中的价电子相碰撞，把价电子撞出共价键，产生电子－空穴对，新产生的电子与空穴被电场加速后又撞出其它价电子，载流子雪崩式地倍增，致使电流急剧增加。返回反向电压五、PN结的电容效应在一定条件下，PN结具有电容效应，根据产生原因不同分为势垒电容和扩散电容。1.势垒电容2.扩散电容返回也具有非线性，它与流过PN结的正向电流、温度的电压当量以及非平衡少子的寿命有关由此可见，PN结的结电容为：返回非平衡少子浓度随外加正向电压变化而产生的电容效应——扩散电容

由于Cb与Cd一般都很小(结面积小的为1pF左右，结面积大的为几十至几百皮法)，对于低频信号呈现出很大的容抗，其作用可忽略不计，因而只有在信号频率较高时才考虑结电容的作用。P区平衡少子的浓度交界面处非平衡少子的浓度1.2半导体二极管将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了半导体二极管，简称二极管。由P区引出的电极为阳极，由N区引出的电极为阴极。1.2.1半导体二极管的几种常见结构1.2.2二极管的伏安特性1.2.3二极管的主要参数1.2.4二极管的等效电路1.2.6其它类型二极管1.2.5稳压二极管返回点接触型1.2.1半导体二极管的几种常见结构平面型面接触型二极管符号返回由一根金属丝经过特殊工艺与半导体表面相接，形成PN结。因结面积小，不能通过较大的电流，但其结电容较小，工作频率较高，适用于高频电路和小功率整流。返回面接触型，采用合金法工艺制成。结面积大，能够流过较大的电流，但其结电容大只能在较低频率下工作，一般仅作为整流管。返回平面型，采用扩散法制成的。结面积较大的可用于大功率整流，结面积较小的可作为脉冲数字电路中的开关管。返回1.2.2二极管的伏安特性一、二极管和PN结伏安特性的区别二、温度对二极管伏安特性的影响返回1.外加正向电压且电流相同的情况下，二极管的端电压大于PN结上的压降。即uD[＝i×(rD+RD)]＞upn结[＝i×rD]其中rD——PN结正向导通电阻，RD——等效的二极管半导体体电阻和引线电阻2.或者在外加正向电压相同的情况下，二极管的正向电流要小于PN结的电流即iD＝u/(rD＋RD)＜ipn结＝u/rD由于二极管表面漏电流的存在，使外加反向电压时的反向电流增大。一、二极管和PN结伏安特性的区别只有在正向电压足够大时，正向电流才从零随端电压按指数规律增大。使二极管开始导通时的临界电压称为开启电压当二极管所加反向电压的数值足够大时，反向电流为返回二、温度对二极管伏安特性的影响环境温度升高时，二极管的正向特性曲线将左移，反向特性曲线下移。在室温附近，温度每升高1℃正向压降减小2～2.5mV，温度每升高10℃，反向电流约增大一倍返回1.2.3二极管的主要参数描述性能的技术指标叫做参数，①最大整流电流②工作电压③反向电流④最高工作频率二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。在规定散热条件下，二极管正向平均电流若超过此值，则将因结温升过高而烧坏。二极管工作时允许外加的最大反向电压，超过此值时，二极管有可能因反向击穿而损坏。通常为击穿电压的一半。二极管未击穿时的反向电流，愈小二极管的单向导电性愈好，对温度非常敏感。是二极管工作的上限频率。超过此值时，由于结电容的作用，二极管将不能很好地体现单向导电性。返回最高反向是反应性能指标的数据。1.2.4二极管的等效电路二极管的等效电路（或等效模型）在一定的条件下，用线性元件所构成的电路来近似模拟二极管的特性，并用之取代电路中的二极管。能够模拟二极管特性的电路——二极管的等效电路一种等效电路是建立在物理原理基础之上的，其电路参数与物理机理密切相关，参数适用范围大，因此模型较为复杂，参数的测量与计算也比较复杂，适用于计算机辅助分析。另一种等效电路是根据器件的外特性而构造的，因而模型较为简单，适用于近似分析。两种等效电路一、由伏安特性折线化得到的等效电路二、二极管的微变等效电路返回图中粗实线为折线化的伏安特性：“二极管导通时正向压降为零；截止时反向电流为零”。等效电路为理想二极管即等效电路1图中粗实线为折线化的伏安特性：“二极管导通时正向压降为为一常量；截止时反向电流零”。等效电路为理想二极管串联电压源即等效电路2“二极管正向电压大于后其电流与成线性关系，直线的斜为；截止时反向电流零”。等效电路为理想二极管串联电压源电阻，且为正向导通电阻等效电路3在近似计算中等效电路1的误差最大，3的误差最小，一般情况下多采用2所示的电路。二、二极管的微变等效电路当外加直流正向偏置电压时，将有一直流电流，曲线上反映该电压和电流的点为Q点。若在Q点基础上外加微小的变化量，则可以用以Q点为切点的直线来近似微小变化时的曲线。二极管即将二极管等效成一个动态电阻且称之为二极管的微变等效电路。由于二极管正向特性为指数曲线，所以Q点愈高，的数值愈小，利用二极管的电流方程可求出即式中是Q点的电流利用二极管的电流方程求返回对图示电路，在交流信号ui幅值较小的情况下，uR的波形如图。它是在一定的直流电压的基础上叠加上一个与ui一样的正弦波，该正弦波的幅值决定于rd与R的分压。图中的UD是直流电压源V单独作用时二极管的正向压降。1.2.5稳压二极管稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内（或在一定的功率损耗范围内）端电压几乎不变，表现出稳压特性。因而广泛用于稳压电源与限幅电路之中一、稳压管的伏安特性二、稳压管的主要参数返回三、例题正向特性为指数曲线一、稳压管的伏安特性反向特性：当外加反向电压的数值大到一定程度时则击穿，击穿区的曲线很陡，几乎平行于纵轴，表现出很好的稳压特性。只要控制反向电流不超过一定值，管子就不会因过热而损坏。稳压管的符号稳压管的等效电路：其中二极管D1表示稳压管加正向电压及虽加反向电压但未击穿时的情况，理想二极管、电压源UZ和电阻rd的串联支路表示稳压管反向击穿时的情况返回二、稳压管的主要参数①稳定电压Uz返回②稳定电流IZ③额定功耗PZM④动态电阻rZ⑤温度系数α在规定电流下稳压管的反向击穿电压稳压管工作在稳定状态时的参考电流，电流低于此值时稳压效果变坏，甚至根本不稳压，也常将IZ记IZmin。只要不超过稳压管的额定功率，电流愈大，稳压效果愈好。等于稳压管的稳定电压UZ与最大稳定电流IZM（或IZmax）的乘积，即PZM＝UZ×IZM，稳压管的功耗超过此值时会因结温升过高而损坏。稳压管工作在稳压区时，端电压变化量与其电流变化量之比，即ΔUZ/ΔIZ，rZ愈小，电流变化时UZ的变化愈小，即稳压管的稳压特性愈好。表示温度每变化1℃稳压值的变化量，即α＝ΔUZ/ΔT。UZ＜4V，α＜0（属于齐纳击穿）UZ＞7V，α＞0（属于雪崩击穿）4V≤UZ

≤7V，α≈0由于稳压管的反向电流小于IZmin时不稳压，大于IZMax时会因超过额定功耗而损坏，所以在稳压管电路中必须串联一个电阻来限制电流，这个电阻R即称为限流电阻。因此必须满足Izmin＋IL≤IR≤Izmax＋IL才能使稳压管稳压已知：UZ＝6V，IZmin＝5mA，IZmax＝25mA，RL＝600Ω，求限流电阻R的取值范围。三、例题解：因为IR＝IDZ+IL当R＝Rmax

时，IR＝IRmin

则要求IRmin≥IZmin

＋IL

即(UI－UZ)/Rmax

＝

IZmin

+(UZ/RL)得到Rmax＝4/(5+10)≈227Ω当R＝Rmin时，IR＝IRmax

则要求IRmax≤IZmax＋IL

即(UI－UZ)/Rmin=IZmax+(UZ/RL)得到Rmin＝4/(25+10)≈114Ω返回已知：UZ＝6V，IZmin＝5mA，IZmax＝25mA，RL＝600Ω，求限流电阻R的取值范围。1.2.6其它类型二极管一、发光二极管二、光电二极管返回一、发光二极管发光二极管包括可见光、不可见光、激光等不同类型。发光二极管的发光颜色决定于所用材料，目前有红、绿、黄、橙等色，可以制成各种形状。发光二极管也具有单向导电性。只有当外加的正向电压使得正向电流足够大时才发光。它的开启电压比普通二极管大，红色的在1.6～1.8V之间，绿色的约为2V。正向电流愈大，发光愈强。使用时注意不要超过最大功耗、最大正向电流和反向击穿电压等极限参数。返回二、光电二极管光电二极管是一种远红外接收管，是一种光能与电能进行转换的器件。PN结型光电二极管充分利用PN结的光敏特性，将接收到的光的变化转换成电流的变化。

无光照射时，与普通二极管一样，具有单向导电性。外加正向电压时，电流与端电压成指数关系，见特性曲线第一象限；外加反向电压时，反向电流称为暗电流，通常小于0.2μA光电二极管的伏安特性

有光照射时，特性曲线下移，它们分布在第三、第四象限内。在反向电压的一定范围内，即第三象限，特性曲线是一组横轴的平行线。光电二极管在反压下受到光照而产生的电流称为光电流。光电流受入射照度的控制，照度一定时光电二极管可等效成恒流源。照度愈大，光电流愈大。在光电流大于几十微安时，与照度成线性关系。特性曲线在第四象限时呈光电池特性。恒流特性正向电压很小且在很小的范围内变化时，输出的电流基本不变。图（b）电路电路与普通二极管外加正向电压的情况相同。图（c）电路的电流仅决定于光电二极管受光面的入射照度，电阻R将电流的变化转换成电压的变化，uR＝i×R

。图（d）中，R一定时，入射照度愈大，i愈大，R上获得的能量也愈大，此时光电二极管作为微型光电池。例：电路如图，已知发光二极管的导通电压UD＝1.6V，正向电流为5～20mA时才能发光。试问：(1)开关处于何种位置时发光二极管可能发光？(2)为使发光二极管发光，电路中R的取值范围为多少？解：(1)当开关断开时发光二极管可能发光。当开关闭合时发光二极管的端电压为零，因而不可能发光。返回(2)当IDmin＝5mA时，IR≥IDmin此时电阻最大当IDmax＝20mA时，IR≤IDmax此时电阻最小为什么采用半导体材料制作电子器件？空穴是一种载流子吗？空穴导电时电子运动吗？什么是N型半导体？什么是P型半导体？当两种半导体制作在一起时会产生什么现象？PN结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗？它为什么具有单向导电性？在PN结加反向电压时果真没有电流吗？晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的？场效应管是通过什么方式来控制漏极电流的？为什么它们都可以用于放大？为什么半导体器件的参数会受温度的影响？本章讨论的问题返回在图示电路中，若电压源V远大于二极管的导通电压UD，则可认为电阻R上的电压UR约等于电源电压V，即可把二极管看成是理想二极管，回路电流I≈V/R。因为二极管导通电压的变化范围很小，因而多数情况下可认为图示电路中的二极管具有等效电路2的特性，对于硅管，UD＝Uon＝0.7V；对于锗管UD＝Uon＝0.2V；因而回路电流为了使计算出的回路电流I更接近实际情况，可以选择等效电路3作为二极管的模型，此时回路电流例：电路如图所示，二极管导通电压UD约为0.7V。试分别估算开关断开和闭合时输出电压的数值。解：开关断开时，二极管因加正向电压而处于导通状态，∵uD(=V1-0=6V)＞Uon∴D导通，故输出电压Uo＝V1－UD≈(6-0.7)＝5.3V当开关闭合时，∵uD(=V1-V2=-6V)＜Uon∴D截止，故输出电压Uo＝V2＝12V返回ni+n>>pi本征激发产生的电子－空穴对，（即热激发产生的本征载流子浓度）。杂质原子提供的自由电子浓度pi+p>>ni本征激发产生的电子－空穴对，（即热激发产生的本征载流子浓度）。杂质原子提供的空穴浓度两种材料二极管比较

材料开启电压Uon/V导通电压U/V反向饱和电流IS/μA硅(Si)≈0.50.6～0.8＜0.1锗(Ge)≈0.10.1～0.3几十制造半导体器件所用到的本征半导体是硅（锗），就叫硅管（锗管）。稳压管稳压电路的工作原理1.3双极型晶体管1.3.1晶体管的结构及类型1.3.2晶体管的电流放大作用1.3.3晶体管的共射特性曲线1.3.4晶体管的主要参数1.3.5温度对晶体管特性及参数的影响1.3.6光电三极管双极型晶体管（BJT）又称三极管，半导体三极管等返回1.3.1晶体管的结构及类型返回晶体管的构成NPN型硅管的结构NPN型晶体管的结构示意图两种不同类型晶体管的符号根据不同的掺杂方式在同一硅片上制造出三个掺杂区域，并形成两个PN结，就构成晶体管。位于中间的P区称为基区特点:很薄且掺杂浓度很低位于上层的N是发射区特点：掺杂浓度很高位于下层的N是集电区特点：集电区结面积很大发射极基极集电极返回集电结发射结返回NPN型管的结构示意图返回1.3.2晶体管的电流放大作用返回一、晶体管内部载流子的运动二、晶体的电流分配关系三、晶体的共射电流放大系数引言返回什么是放大为什么要放大晶体管在放大电路中的作用放大的对象基本共射放大电路简介1.放大是对模拟信号最基本的处理，是一种能量的控制与转换。2.在生产实际和科学实验中，从传感器获得的电信号都很微弱，只有经过放大后才能作进一步的处理，或者使之具有足够的能量来推动执行机构。3.晶体管是放大电路的核心元件，它能够控制能量的转换，将输入的任何微小的变化不失真的放大输出。4.放大的对象是变化量。所以输入回路应加基极电源VBB，在输出回路应加集电极电源VCC且VCC＞VBB。基本共射放大电路的几个概念1.ΔuI为输入电压信号，它接入基极－发射极之间，称为输入回路。2.放大后的信号在集电极－发射极回路，称为输出回路。3.由于发射极是两个回路的公共端，称该电路为共射放大电路。4.晶体管工作在放大状态的外部条件是发射结正向偏置且集电结反向偏置。5.晶体管的放大作用表现为小的基极电流可以控制大的集电极电流。返回一、晶体管内部载流子的运动1.发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流IE2.扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流IB3.集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流IC返回因为发射结外加正向电压，发射区掺杂浓度高，所以大量的自由电子因扩散运动越过发射结达到基区。同时空穴也从基区向发射区扩散，但由于基区杂质浓度低，所以空穴形成的电流非常小，因此扩散运动形成了发射极电流IE由于基区很薄，杂质浓度很低，集电结又加反向电压，所以扩散到基区的电子中只有极少部分与空穴复合，其余部分均作为基区的非平衡少子达到集电结。又由于电源VBB的作用，电子与空穴的复合运动将源源不断地进行，形成基极电流IB。由于集电结加反向电压且其结面积较大，基区的非平衡少子在外电场的用下越过集电结达到集电区，形成漂移电流，同时集电区与基区的平衡少子也参与漂移运动，但它的数量很小，可忽略。可见在集电极电源VCC的作用下，漂移运动形成集电极电流IC。返回二、晶体的电流分配关系IEN－电子扩散电流IEP－空穴扩散电流IBN－基区内复合运动形成的电流（复合电流）ICBO－平衡少子在集电区与基区之间漂移运动形成的电流（反向饱和电流）ICN－基区内非平衡少子漂移至集电区形成的电流(非平衡少子漂移电流）IE＝IEN＋IEP＝ICN＋IBN＋IEPIC＝ICN＋ICBO从外部看IE＝IC＋IBIB＝IBN+IEP-ICBO＝-ICBO共射直流电流放大系数整理可得是发射极开路时，集电结的反向饱和电流，一般情况下，为穿透电流，即基极开路（）时，集电极与发射极之间形成的电流所以有三、晶体的共射电流放大系数若有输入电压ΔuI作用，则晶体管基极电流将在IB基础上叠加动态电流ΔiB，集电极电流也将在IC基础上叠加动态电流ΔiC，ΔiC与ΔiB之比称为共射交流电流放大系数，记作β即由于在IE较宽的数值范围内基本不变，因此一般不对与β加以区别，β为几十至一百多倍的管子为好。如果在ΔuI作用时β基本不变，有因此集电极电流电流变化量之比趋于一个定值当以发射极电流作为输入电流，以集电极电流作为输出电流时，ICN与IE之比称为共基直流电流放大系数由可得将带入可以得出与的关系共基交流电流放大系数的定义为一般，返回1.3.3晶体管的共射特性曲线晶体管的输入特性和输出特性曲线描述各电极之间电压、电流之间的关系，用于对晶体管的性能、参数和晶体管电路的分析估算。一、输入特性曲线二、输出特性曲线返回输入特性曲线描述了在管压降UCE一定的情况下，基极电流iB与发射结电压uBE之间的函数关系，即一、输入特性曲线当UCE＝0时，相当于集电极与发射极短路，即发射结与集电结并联。因此，输入特性曲线与PN结的伏安特性类似，呈指数关系。当UCE增大时，曲线将右移，这是因为，由发射区注入基区的非平衡少子有一部分越过基区和集电结形成集电极电流iC。而另一部分在基区参与复合运动的非平衡少子将随UCE的增大（即集电结反向电压的增大）而减少。因此，要获得同样的iB，就必须加大uBE，使发射区向基区注入更多的电子。返回对于确定的UBE，当UCE增大到一定值（如1V）以后，集电结的电场已足够强，可以将发射区注入基区的绝大部分非平衡少子都收集到集电区，因而再增大UCE，iC也不可能明显增大，也就是说，iB已基本不变。因此，UCE超过一定数值后，曲线不再明显右移而基本重合。二、输出特性曲线输出特性曲线描述基极电流IB为一常数时，集电极电流iC与与管压降uCE之间的函数关系，即对于每一个确定的IB都有一条曲线，所以特性曲线是一族曲线。对于某一条曲线，当uCE从零逐渐增大时，集电结电场随之增强，收集基区非平衡少子的能力逐渐增强，因而iC也就逐渐增大。而当uCE增大到一定数值时，集电结电场足以将基区非平衡少子的绝大部分收集到集电区。uCE再增大，收集能力已不能明显提高，表现为曲线几乎平行于横轴，即iC几乎仅仅决定于IBiC＝f(IB)|uCE足够大—可控性,对于一定的IB，特性曲线平行于横轴即与uCE无关—恒流特性晶体管的三个工作区域：（1）截止区：其特征是发射结电压小于开启电压UON且集电结反向偏置。对共射放大电路uBE≤UON

且uCE＞uBE此时IB＝0，而iC≤ICEO即晶体管截止时iC≈0（2）放大区：其特征是发射结正向偏置（uBE大于发射结开启电压UON）且集电结反向偏置。

uBE＞UON

且uCE≥uBE此时iC几乎仅仅决定于IB而与uCE无关，表现出IB对iC的控制作用，即iC＝βIB，ΔiC＝βΔIB。在理想情况下，当IB按等差变化时，输出特性是一族与横轴平行的等距离直线。对共射放大电路（3）饱和区：其特征是发射结与集电结均处于正向偏置。

uBE＞UON且uCE＜uBE此时iC不仅于IB有关，而且明显随uCE增大而增大，

iC小于βIB。在实际电路中，若晶体管的uBE增大时，IB随之增大，但iC增大不多或基本不变，说明晶体管进入饱和区。对于小功率管，uCE＝uBE即uCB＝0时，晶体管处于临界状态。返回对共射放大电路各条曲线上临界点(即uCE＝uBE)的连线—临界线1.3.4晶体管的主要参数一、直流参数二、交流参数三、极限参数返回3.极间反向电流、；返回1.共射直流电流放大系数；2.共基直流电流放大系数；一、直流参数是发射极开路时集电结的反向饱和电流。是极间开路时，集电极与发射极之间的穿透电流，二者之间的关系为：最后注意：一型号的管子反向电流愈小，性能愈稳定。选用管子时，β应选几十至一百多倍。ICBO与ICEO应尽量小，硅管比锗管的极间反向电流小2～3个数量级，因此温度稳定性比锗管好。交流参数是描述晶体管对于动态信号的性能指标二、交流参数1.共射交流电流放大系数3.特征频率由于晶体管中PN结结电容的存在，晶体管的交流电流放大系数是所加信号频率的函数。信号频率高到一定程度时，集电极电流与基极电流之比不但数值下降，且产生相移，使的数值下降到1的信号频率称为特征频率2.共基交流电流放大系数在近似计算时返回极限参数是指为使晶体管安全工作对它的电压、电流和功率损耗的限制。 三、极限参数3.极间反向击穿电压2.最大集电极电流1.最大集电极耗散功率返回决定于晶体管的温升。对于确定型号的晶体管，是一个确定值，即返回在相当大的范围β值基本不变，但当的数值增大到一定程度时β值将减小，使β值明显减小的即为实际上，当晶体管的大于时，晶体管并不一定损坏，但β明显下降。返回晶体管的某一电极开路时，另外两个电极间所允许加的最高反向电压即为极间反向击穿电压，超过此值时管子会发生击穿现象。是集电极开路时发射极－基极间的反向击穿电压，这是发射结所允许加的最高反向电压。是基极开路时集电极－发射极间的反向击穿电压，此时集电结承受反向电压。是发射极开路时集电极－基极间的反向击穿电压，这是集电结所允许加的最高反向电压。此外，集电极－发射极间的击穿电压还有：b－e间接电阻时的，短路时的，接反向电压时的。上述各击穿电压间一般有如下关系。返回

1.3.5温度对晶体管特性及参数的影响一、温度对的影响由于半导体材料的热敏性，晶体管的参数几乎都与温度有关。对于电子电路，如果不能解决温度稳定性问题，将不能使其实用，因此解决温度对晶体管参数的影响是非常必要的。返回二、温度对输入特性的影响三、温度对输出特性的影响一、温度对的影响返回因为是集电结加反向电压时平衡少子的漂移运动形成的。所以，当温度升高时，热运动加剧，使更多的价电子有足够的能量挣脱共价键的束缚，从而使少子浓度明显增大。因此，参与漂移的少子数目增多，从外部看就是增大。一般情况是，温度每升高10℃，增加约一倍。反之，当温度降低时减小。与二极管的伏安特性相类似，当温度升高时，正向特性将左移，反之将右移。温度变化1℃时，大约变化2～2.5mV，并具有负温度系数，即温度每升高1℃，大约下降2～2.5mV。换一角度说，若不变，则当温度升高时将增大，反之减小。二、温度对输入特性的影响返回温度升高时，由于、β增大，且输入特性右移，所以导致集电极电流增大。图为一只晶体管在温度变化时输出特性变化的示意图。实线为20℃时的特性曲线，虚线为60℃时的特性曲线，且分别等于

。当温度从20℃升高到60℃时，集电极电流的变化量，说明温度升高时β增大。三、温度对输出特性的影响返回温度每升高1℃，β约升高1％1.3.6光电三极管光电三极管依据光照的强来控制集电极电流的大小，其功能可等效为一只光电二极度管与一只晶体管相连，并仅引出集电极和发射极。对于一定的E，曲线平行于横轴即iC与uCE无关—表现为恒流特性光电三极管的传输特性返回光电三极管与普通三极管的输出特性曲线相类似，只是将参变量基极电流IB用入射光照度E取代。无光照时的集电极电流称为暗电流ICEO，受温度的影响很大，温度每上升25℃，ICEO上升约10倍。有光照时的集电极电流称为光电流。当管压降uCE足够大时，iC几乎仅仅决定于入射光照度E。iC＝f(E)|uCE足够大—表现为可控性1.4.1结型场效应管1.4.2绝缘栅型场效应管1.4.3场效应管的主要参数1.4.4场效应管与晶体管的比较返回场效应管（FET)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。由于它仅靠半导体中多数载流子导电，又称单极型晶体管。场效应管特点：体积小、重量轻、寿命长而且输入回路的电阻高（107～1012Ω），噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强。1.4场效应管

1.4.1结型场效应管返回二、结型场效应管的特性曲线一、结型场效应管的工作原理结型场效应管分为N沟道和P沟道两种，

N沟道管的实际结构及它们的符号如图。N沟道结型场效应管的结构示意图，1.输出特性曲线2.转移特性它是在同一块N型半导体上制作两个高掺杂的P区，并将它们连接在一起，所引出的电极称为栅极g，N型半导体的两端分别引出两个电极，一个称为漏极d，一个称为源极s，P区与N区交界面形成耗尽层，漏极与源极间的非耗尽层区域称为导电沟道。+一、结型场效应管的工作原理为使N沟道结型场效应管正常工作，应在其栅－源之间加负向电压即（uGS＜0），以保证耗尽层承受反向电压；而在漏－源之间加正向电压，以形成漏源电流iD。uGS＜0，即保证了栅－源之间内阻很高的特点，又实现了uGS对沟道电流的控制。下面通过栅－源电压uGS和漏－源电压uDS对沟道的影响，来说明管子的工作原理。返回1.当uDS＝0（即d、s短路）时，uGS对导电沟道的控制作用2.当uGS为UGS（off）～0中某一固定值时，uDS对iD的影响3.当uGD＜UGS（off）时，uGS对iD的控制作用4.小结返回1.uDS＝0时，uGS对导电沟道的控制作用Ⅰ当uDS＝0且uGS＝0时耗尽层很窄，导电沟道很宽。Ⅱ当|uGS|增大（即增大负栅压）时，耗尽层加宽，沟道变窄，沟道电阻增大。Ⅲ当|uGS|增大到某一数值时，耗尽层闭合，沟道消失，沟道电阻趋于无穷大，称此时uGS的值为夹断电压UGS（off）当uDS＝0且uGS＝0时耗尽层很窄，导电沟道很宽。当|uGS|增大（即增大负栅压）时，耗尽层加宽，沟道变窄，沟道电阻增大。当|uGS|增大到某一数值时，耗尽层闭合，沟道消失，沟道电阻趋于无穷大。此时uGS的值为夹断电压UGS（off）2.当uGS为UGS（off）～0中某一固定值时，uDS对iD的影响若uDS＝0，虽然存在由uGS所确定的一定宽度的导电沟道，但由于d－s间电压为零，多子不会产生定向移动，因而漏极电流为零（iD＝0）。以下分三种情况来讨论。②.若uGD＝UGS(off)

即为uGS－uDS＝UGS(off)

整理后uDS＝uGS－UGS(off)因为uGD＝uGS－uDS

①.若uGD＞UGS(off)

即为uGS－uDS＞UGS(off)

整理后uDS＜uGS－UGS(off)③.若uGD＜UGS(off)

即为uGS－uDS＜UGS(off)

整理后uDS＞uGS－UGS(off)因此uGD＞UGS(off)uDS＜uGS－UGS(off)

uGD＝UGS(off)uDS＝uGS－UGS(off)

uGD＜UGS(off)uDS＞uGS－UGS(off)返回①uGD＞UGS(off)即uDS＜uGS－UGS(off)的情况若uDS＞0，则有电流iD从漏极流向源极，从而使沟道中各点与栅极间的电压不再相等.而是沿沟道从源极到漏极逐渐增大，造成靠近漏极一边的耗尽层比靠近源极一边的宽。即靠近漏极一边的导电沟道比靠近源极一边的窄。漏源电所对应的预夹断电压因uGD＝uGS－uDS，而uGS为一定值。所以当uDS从零逐渐增大时，uGD逐渐减小。靠近漏极一边的导电沟道必将随之变窄。但是，只要栅－漏间不出现夹断区域，沟道电阻仍将基本上决定于栅－源电压uGS。因此，电流iD将随uDS线性变化，d－s呈现电阻特性。返回对于不同的uGS，iD随uDS线性变化的规律不同，则d－s间等效为不同阻值的电阻。所以这个工作区域称为——可变电阻区。一旦uDS的增大使uGD等于UGS(off)，则漏极一边的耗尽层就会出现夹断区，称uGD＝UGS(off)为预夹断。②uGD＝UGS(off)即uDS＝uGS－UGS(off)的情况返回若uDS继续增大，则uGD＜UGS(off)

耗尽层闭合部分将沿沟道方向延伸，即夹断区加长。这时，一方面自由电子从源极向漏极定向移动所受阻力增大（只能从夹断区的窄缝以较高速度通过），从而导致iD减小；另一方面，随着uDS的增大，使d－s间的纵向电场增强，也必然导致iD增大。实际上，上述iD的两种变化趋势相抵消，uDS的增大几乎全部降落在夹断区，用于克服夹断区对iD形成的阻力。③uGD＜UGS(off)即uDS＞uGS－UGS(off)情况因此，从外部看，在uGD＜UGS(off)的情况下，当uDS增大时iD几乎不变，即iD几乎仅仅决定于uGS，表现出iD的恒流特性。即iD＝f(uDS)|UGS≈常数返回3.当uGD＜UGS（off）时，uGS对iD的控制作用在uGD(＝uGS－uDS)＜UGS(off)，即uDS＞uGS－UGS(Off)的情况下，对应于确定的uGS，就有确定的iD。此时，可以通过改变uGS来控制iD的大小。由于漏极电流受栅－源电压的控制，所以称场效应管为电压控制元件，与晶体管用β(=ΔiC/ΔiB)来描述动态情况下基极电流对集电极电流的控制作用类似，场效应管用gm来描述动态时栅－源电压对漏极电流的控制作用。gm称为低频跨导返回小结：（1）在uGD(＝uGS－uDS)＞UGS(off)的情况下，即当uDS＜uGS－UGS(off)（g－d间未出现夹断）时，对应于不同的uGS，d－s间等效成不同阻值的电阻。（2）当uDS使uGD＝UGS(off)时，d－s之间预夹断。（3）当uDS使uGD＜UGS(off)时，iD几乎仅仅决定于uGS，而与uDS无关。此时可以把iD近似看成uGS控制的电流源。返回1.输出特性曲线输出特性曲线描述当栅－源电压uGS为常量时，漏极电流iD与漏－源电压uDS之间的函数关系，即场效应管有三个工作区域。对应于一个uGS就有一条曲线，因此，特性曲线为一族曲线。(1)可变电阻区（也称非饱和区）(2)恒流区（也称饱和区）(3)夹断区返回预夹断轨迹的左边称为可变电阻区。预夹断轨迹右边的区域为恒流区特性曲线中靠近横轴的区域为夹断区虚线为预夹断轨迹，它是各条曲线上使uDS＝uGS－UGS(off）即uGD＝UGS(off)的点的连接而成的。uGS愈大，预夹断时的uDS值也愈大。(1)可变电阻区（也称非饱和区）该区域中曲线近似为不同斜率的直线。在此区域中，可以通过改变uGS的大小（即压控方式）来改变漏－源间的电阻。所以称之为可变电阻区。当uGS确定时，直线的斜率也惟一地被确定，直线斜率的倒数为d-s间等效电阻。返回预夹断轨迹右边的区域为恒流区。当uDS＞uGS－UGS(off)（即uDS＜uGS(off)）时，各曲线近似为一组横轴的平行线。当uDS增大时，iD约有增大。则可将iD近似为uGS控制的电流源，故该区域称为恒流区，利用场效应管作为放电管时，因使其工作在该区域。当uGS＜UGS(off)时，导电沟道被夹断，iD≈0。即图中靠近横轴的区域，称为夹断区。另外，当uDS增大到一定程度时，漏极电流会骤然增大，管子将被击穿，由于这种击穿是因栅－漏间耗尽层破坏而造成的，因而栅－漏击穿电压为U(BR)GD，则漏－源击穿电压U(BR)DS＝uGS－U（BR)GD，所以当uGS增大时，漏－源击穿电压也将增大。（2）恒流区（也称饱和区）：（3）夹断区：返回

2.转移特性转移特性曲线描述当漏－源电压uDS为常量时，漏极电流iD与漏－源电压uGS之间的函数关系，即当场效应管工作在恒流区时，由于输出特性曲线可近似为横轴的一组平行线，所以可以用一条转移特性曲线来代替恒流区的的所有曲线。在输出特性曲线的恒流区中做横轴的垂线，读出垂线与各曲线交点的坐标值，建立uGS、iD坐标系，连接各点所得曲线就是转移特性曲线。可见，转移特性曲线与输出特性曲线有严格的对应关系。iD的近似表达式为返回uGD＞UGS(off)即uDS＜uGS－UGS(off)uGD＝UGS(off)即uDS＝uGS－UGS(off)uGD＜UGS(off)即uDS＞uGS－UGS(off)uGS＜UGS(off)时U(BR)DS＝uGS－U（BR)GD1.4.2绝缘栅型场效应管返回绝缘栅型场效应管的栅极与源极、栅极与漏极之间均采用SiO2绝缘层隔离。又因栅极为金属铝，故称MOS管。它的栅－源间电阻可达1010Ω以上。MOS管也有N沟道和P沟道两种，每一种又分为增强型和耗尽型两种，因此MOS管的四种类型为N沟道增强型、N沟道耗尽型、P沟道增强型、P沟道耗尽型凡栅－源等电压uGS为零时漏极电流也为零的管子均属于增强型管。凡栅－源等电压uGS为零时漏极电流不为零的管子均属于耗尽型管。一、N沟道增强型MOS管二、N沟道耗尽型MOS管三、P沟道MOS管四、VMOS管返回一、N沟道增强型MOS管它以一块低掺杂的P型硅片为衬底，利用扩散工艺制作两个高掺杂的N＋区，并引出两个电极，分别为源极s和漏极d，半导体之上制作一层SiO2绝缘层，再在SiO2之上制作一层金属铝，引出电极，作为栅极g。通常将衬底与源极连在一起使用，这样，栅极和衬底各相当于一个极板，中间是绝缘层，形成电容。当栅－源电压变化时，将改变靠近绝缘层处感应电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。可见，MOS管与结型场效应管导电机理和对电流控制的原理均不相同。1.工作原理2.特性曲线与电流方程N沟道耗尽型MOS管的结构示意图++1.工作原理当栅－源间不加电压时，漏－源之间只是两只背靠背的PN结，不存在导电沟道，因此即使漏－源之间加电压，也不会有漏极电流。当uDS＝0且uGS＞0时，由于SiO2的存在，栅极电流为零。但是栅极金属层将聚集正电荷，它们排斥P型衬底靠近SiO2一侧的空穴，使之剩下不能移动的负离子，形成耗尽层。当uGS增大时，一方面耗尽层增宽，另一方面将衬底的自由电子吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个N型薄层，称为反型层。这个反型层就构成漏－源之间的导电沟道。使沟道刚刚形成的栅－源电压称为开启电压UGS(th)。uGS愈大，反型层愈厚，导电沟道电阻愈小。当uGS是大于UGS(th)的一个确定值时，若在d-s之间加正向电压，则将产生一定的漏极电流。此时，uDS的变化对导电沟道的影响与结型场效管相似。即当uDS较小时，uDS的增大使iD线性增大，沟道沿源－漏方向逐渐变窄。在uDS＞uGS－UGS(th)时，对应于每一个uGS就有一个确定的iD。此时，可将iD视为电压uGS控制的电流源。一旦uDS增大到使uGD＝UGS(th)〔即uDS＝uGS－UGS(th)〕时，沟道在漏极一侧出现夹断点，称为预夹断。如果uDS继续增大，夹断区随之延长。而且uDS的增大部分几乎全部用于克服夹断区对漏极电流的阻力。从外部看，iD几乎不因uDS的增大而变化，管子进入恒流区，iD几乎仅仅决定于uGS。返回uGD>UGS(th)即uDS<uGS－UGS(th)uGD＝UGS(th)即uDS＝uGS－UGS(th)uGD<UGS(th)即uDS>uGS－UGS(th)返回2.特性曲线与电流方程MOS管也有三个工作区域：可变电阻区、恒流区及夹断区。当与结型场效应管相类似，iD与uGS的近似关系为：其中IDO是uGS＝2UGS(th)时的iD值。返回二、N沟道耗尽型MOS管如果在制造MOS管时，在SiO2绝缘层中掺入大量正离子，那么即使uGS=0，在正离子作用下P型衬底表面也存在反型层，即漏－源之间存在导电沟道只要在漏－源间加正向电压，就会产生漏极电流。并且，uGS为正时，反型层变宽，沟道电阻变小，iD增大；反之，uGS为负时，反型层变窄，沟道电阻增大，iD减小。而当uGS从零减小到一定值时，反型层消失，漏－源之间导电沟道消失，iD＝0。此时的uGS称为夹断电压UGS(off)。与N沟道结型场效应管相同，它的夹断电压也为负值，但是它的uGS可以在正、负值一定范围内实现对iD的控制。且仍然保持栅－源间有非常大的绝缘电阻。返回三、P沟道MOS管与N沟道MOS管相对应，P沟道增强型MOS管的开启电压UGS(th)＜0，当uGS＜UGS(th)时管子才导通，漏－源之间应加负电压；P沟道耗尽型MOS管的夹断电压UGS(off)＞0，uGS可在正、负值的一定范围内实现对iD的控制，漏－源之间也应加负电压。四、VMOS管当MOS管工作在恒流区时，管子的耗散功率主要消耗在漏极一端的夹断区上，并且由于漏极所连接的区域（称为漏区）不大，无法散发很多的热量，所以MOS管不能承受较大功率。VMOS管从结构上较好地解决了散热问题，故可以造成大功率管。VMOS管以高掺杂N＋区为衬底，上面外延低掺杂N区，共同作为漏区，引出漏极。在外延层N区上又形成一层P区，并在P区上制成高掺杂的N＋区。从上面俯视VMOS管P区与N＋区，可以看到它们均为环状区，所引出的电极为源极。中间是腐蚀而成的V型槽，其上生长一层绝缘层，并覆盖上一层金属，作为栅极。VMOS因存在V型槽而得名。返回应当指出，如果MOS管的衬底不与源极相连接，则衬－源之间电压UBS必须保证衬－源间的PN结反向偏置，因此，N沟道管的UBS应小于零，而P沟道管的UBS应大于零。此时导电沟道宽度将受UGS和UBS双重控制，UBS使开启电压或夹断电压的数值增大，比较而言N沟道受UBS的影响更大些。VMOS管的漏区散热面积大，便于安装散热器，耗散功率最大可达千瓦以上；此外，其漏－源击穿电压高，上限频率高，而且当漏极电流大于某值时，iD与uGS基本成线性关系。在栅－源电压uGS大于开启电压UGS(th)时，在P区靠近V型槽氧化层表面所形成的反型层与下边N区相接，形成垂直的导电沟道。当漏－源间外加正电源时，自由电子将沿沟道从源极流向N型外延层、N＋区衬底到漏极，形成从漏极到源极的电流iD。返回1.4.3场效应管的主要参数一、直流参数二、交流参数三、极限参数返回(1)开启电压UGS(th):是在UDS为一常量时，使iD大于零所需的最小|uGS|值。UGS(th)是增强型MOS管的参数。一、直流参数(2)夹断电压UGS(off)是在UDS为一常量时，iD为规定的微小电流时的uGS。UGS(off）是结型场效应管和耗尽型MOS管的参数。(3)饱和漏极电流IDSS：对于耗尽型管，在UGS＝0情况下夹断时的漏极电流(4)直流输入电阻RGS(DC)：它等于栅－源电压与栅极电流之比，结型管的RGS(DC)大于107Ω，MOS管的RGS(DC)大于109Ω。返回(1)低频跨导gm:gm数值的大小表示uGS对iD控制作用的强弱。在管子工作在恒流区且uDS为常量的条件下，iD的微小变化量ΔiD与引起它变化的ΔuGS之比，称为低频跨导。二、交流参数(2)极间电容：场效应管三个极之间均存在极间电容。通常，栅－源电容Cgs和栅－漏电容Cgd约为1～3PF，而漏－源电容Cds约为0.1～1pF。在高频电路中，应考虑极间电容的影响。管子的最高工作频率fM是综合考虑三个电容的影响后而确定的工作频率的上限值。gm的单位是s（西门子）或ms，gm是转移特性曲线上某一点的切线的斜率，可通过对以下两式求导而得。gm与切点的位置密切相关，由于转移特性曲线的非线性，因而，iD愈大，gm愈大。对于MOS管，栅－衬之间的电容量很小，只要有少量的感应电荷就可产生很高的电压。而RGS(DC)很大，感应电荷难以释放，以至于感应电荷所产生的高压会使很薄的绝缘层击穿，造成管子损坏。因此，无论是在存放还是在工作电路之中，都应为栅－源之间提供直流通路，避免栅极悬空；同时焊接时，要将电烙铁良好接地。返回三、极限参数(1)最大漏极电IDM：它是管子正常工作时漏极电流的上限值。(2)击穿电压：管子进入恒流区后，使iD骤然增大的uDS称为漏－源击穿电压U（BR)DS，uDS超过此值会使管子烧坏。对于结型场效应管，使栅极与沟道间PN结反向击穿的uGS为栅－源击穿电压U（BR)GS；对于绝缘栅型场效应管，使绝缘层击穿的UGS为栅－源击穿电压U（BR)GS。(3)最大耗散功率PDM：它决定于管子的温升。PDM确定之后，便可在管子的输出特性上画出临界最大功耗线，再根据IDM和U（BR)DS，便可得到管子的安全工作区。场效应管的栅极g、源极s、漏极d对应于晶体管的基极b、发射极e、集电极c，它们的作用相类似。一、场效应管用栅－源电压uGS控制漏极电流iD，栅极基本不取电流；而晶体管工作时基极总要索取一定的电流。因此，要求输入电阻高的电路应选用场效应管；而若信号源可以提供一定的电流，则可选用晶体管；利用晶体管组成的放大电路可以得到比场效应管更大的电压放大倍数。二、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，而少子受温度，辐射等因素影响较大，因而场效应管比晶体管的温度稳定性好、抗辐射能力强。所以在环境条件变化很大的情况下应选用场效应管。1.4.4场效应管与晶体管的比较三、场效应管的噪声系数很小，所以低噪声放大器的输入级和要求信噪比较高的电路应选用场效应管。当然也可选用特制的低噪声晶体管。四、场效应管的漏极与源极可以互换使用，互换后特性变化不大；而晶体管的发射极与集电极互换后特性差异很大，因此只有特殊需要时才互换。五、场效应管比晶体管的种类多，特别是耗尽型MOS管，栅－源电压uGS可正、可负、可零，均能控制漏极电流。因而在组成电路时场效应管比晶体管有更大的灵活。六、场效应管和晶体管均可用于放大电路和开关电路，它们构成了品种繁多的集成电路。但由于场效应管制成工艺简单，且具有耗电省、工作电源电压范围宽等优点，因此场效应管越来越多地用于大规模和超大规模集成电路之中。返回返回根据PN结外加电压时的工作特点，可由PN结构成其它类型的三端器件。这一节学习利用一个PN结构成的具有负阻特性的器件－单结晶体管；利用三个PN结构成的大功率可控整流器件－晶闸管。1.5.1单结晶体管1.5.2晶闸管1.5单结晶体管和晶闸管返回1.5.1单结晶体管一、单结晶体管的结构和等效电路二、工作原理和特性曲线三、应用举例在一个低掺杂的N型硅棒上利用扩散工艺形成一个高掺杂P区，在P区与N区接触面形成PN结，就构成单结晶体管（UJT）。P型半导体引出的电极为发射极e；N型半导体两端引出两个电极，分别为基极b1和基极b2。单结晶体管因有两个基极，也称双基极晶体管。一、单结晶体管的结构和等效电路返回发射极所接P区与N型硅棒形成的PN结等效为二极管D；N型硅棒因掺杂浓度很低而呈现高阻；二极管阴极与基极b2之间的等效电阻为rb2。二极管阴极与基极b1之间的等效电阻为rb1。rb1的阻值受e－b1间电压控制，所以等效为可变电阻。单结晶体管的发射极电流iE与e－b1间电压uEB1的关系曲线称为特性曲线。即：iE=f(uBE1)二、工作原理和特性曲线η称为单结晶体管的分压比，其数值主要与管子的结构有关，一般在0.5～0.9之间。基极b2的电流为当b2－b1间加电源VBB，且发射极开路时，A点的电位为iE×UA当e－b1间电压uEB1为零时，二极管承受反向电压，其值uEA＝－ηVBB

发射极电流iE为二极管反向电流，记作IEO。若缓慢增大uEB1，由uEA=uEB1－uA，可知二极管端电压uEA随之增大；根据PN结的反向特性可知，只有当uEA接近零时，iE的数值才明显减小。当uEB1＝uA时，二极管的端电压为零，iE＝0IEOUA此时，空穴浓度很高的P区向电子浓度很低的硅棒的A－b1区注入非平衡少子；由于半导体材料的电阻与其载流子浓度密切相关，注入的载流子使rb1减小；而且rb1减小，使其压降减小，导致PN结正向电压增大，iE必然随之增大，注入的载流子将更多，于是rb1进一步减小；当iE增大到一定程度时，二极管的导通电压将变化不大，此时uEB1将因rb1减小而减小，表现出负阻特性。所谓负阻特性，是指输入电压（即uEB1）增大到某一数值后，输入电流（即发射极电流iE）愈大，输入端的等效电阻愈小的特性。一旦单结晶体管进入负阻工作区域，输入电流iE的增加只受输入回路外部电阻的限制，除非将输入回路开路或将iE减小到很小的数值，否则管子将始终保持导通状态。若uEB1继续增大，使PN结正向电压大于开启电压时，iE变为正向电流，从发射极e流向基极b1。UA返回从特性曲线可知，当uEB1＝0时，iE＝IEO；当uEB1增大至UP（峰点电压）时，PN结开始正向导通，UP＝uA＋Uon，Uon为PN结的开启电压，此时iE＝iP（峰点电流）；uBE1再增大一点，管子就进入负阻区，随着iE增大，rb1减小，uBE1减小，直至uBE1＝UV（谷点电压），iE＝IV(谷点电流)；UV取决于PN结的导通电压和rb1的饱和电阻rs；当iE再增大，管子进入饱和区。测试电路特性曲线单结晶体管组成的振荡电路如图。所谓振荡，是指在没有输入信号的情况下，电路输出一定频率、一定幅值的电压或电流信号。三、应用举例返回当合闸通电时，电容c上的电压为零，管子截止，电源VBB通过电阻R对C充电，随时间增长电容上电压uC（即UBE1）逐渐增大；一旦uBE1增大到峰点电压UP后，管子进入负阻区，输入端等效电阻急剧减小，使C通过管子的输入回路迅速放电，iE随之迅速减小。一旦uEB1减小到谷点电压UV后，管子截止，电容