模电1常用半导体器件

模电1常用半导体器件第1页/共103页作业1.21.31.81.9(2,6)1.12(b,c)1.141.15第2页/共103页

常用半导体器件1.1.1半导体基本知识*1.1.2半导体二极管1.1.3晶体三极管1.1.4场效应管1.1.5单结晶体管和晶闸管(自学）1.1.6集成电路中的元件（自学）第3页/共103页

本章要求：

1.理解PN结的单向导电性，三极管的电流分配和电流放大作用；

2.了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；

3.会分析含有二极管的电路。第4页/共103页1.1.0半导体特性1.1.1本征半导体1.1.2掺杂半导体1.1.3PN结及其单向导电性1.1半导体基础知识第5页/共103页1.1.0半导体特性物体分类导体如：金属绝缘体如：橡胶、云母、塑料等。—

导电能力介于导体和绝缘体之间。半导体

半导体特性掺入杂质则导电率增加几百倍掺杂特性半导体器件温度增加使导电率大为增加热敏特性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敏特性常用的半导体材料有：

元素半导体：硅（Si）、锗（Ge）

化合物半导体：砷化镓（GaAs）

掺杂材料：硼(B)、铟(In)；磷(P)、锑(Sb)。

光敏器件光电器件第6页/共103页

硅和锗的原子结构简化模型及晶体结构价电子是我们要研究的对象半导体的共价键结构硅晶体的空间排列硅和锗都是四价元素，它们的原子结构外层电子(价电子)数均为4个，价电子受原子核的束缚力最小，决定其化学性质和导电性能共价键表示两个共有价电子所形成的束缚作用。第7页/共103页T=0K且无外界激发，只有束缚电子，没有自由电子，本征半导体相当于绝缘体；T=300K，本征激发，少量束缚电子摆脱共价键成为自由电子，这种现象称为本征激发。1.1.1本征半导体本征半导体完全纯净、结构完整的半导体晶体。纯度：99.9999999%，“九个9”它在物理结构上呈单晶体形态。常用的本征半导体Si+14284Ge+3228184+4第8页/共103页+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键内的电子称为束缚电子价带导带挣脱原子核束缚的电子称为自由电子价带中留下的空位称为空穴禁带EG外电场E自由电子定向移动形成电子流束缚电子填补空穴的定向移动形成空穴流本征半导体第9页/共103页1.本征半导体中有两种载流子—

自由电子和空穴2.在外电场的作用下，产生电流—

电子流和空穴流电子流自由电子作定向运动形成的与外电场方向相反自由电子始终在导带内运动空穴流价电子递补空穴形成的与外电场方向相同始终在价带内运动本征半导体空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点。

用空穴移动产生的电流代表束缚电子移动产生的电流电子浓度ni=空穴浓度pi第10页/共103页1.1.2杂质半导体杂质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入三价元素如B、Al、In等，形成P型半导体，也称空穴型半导体掺入五价元素如P、Sb等，形成N型半导体，也称电子型半导体第11页/共103页杂质半导体

P型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+3+3在本征半导体中掺入三价元素如B。自由电子是少子空穴是多子杂质原子提供因留下的空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。由热激发形成第12页/共103页杂质半导体

N型半导体+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5+5在本征半导体中掺入五价元素如P。自由电子是多子空穴是少子杂质原子提供由于五价元素很容易贡献电子，因此将其称为施主杂质。施主杂质因提供自由电子而带正电荷成为正离子由热激发形成第13页/共103页

1.1.3PN结及其单向导电性

P型半导体中含有受主杂质，在常温下，受主杂质电离为带正电的空穴和带负电的受主离子。

N型半导体中含有施主杂质，在常温下，施主杂质电离为带负电的电子和带正电的施主离子。除此之外，P型和N型半导体中还有少数受本征激发产生的电子-空穴对，通常本征激发产生的载流子要比掺杂产生的载流子少得多。半导体中的正负电荷数相等保持电中性P区N区第14页/共103页P区N区扩散运动载流子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动。形成的电流成为扩散电流内电场内电场阻碍多子向对方的扩散即阻碍扩散运动；同时促进少子向对方漂移，即促进了漂移运动扩散运动=漂移运动时达到动态平衡空间电荷区：由不能移动的带电粒子组成，集中在P区和N区的交界处1.PN结的形成第15页/共103页内电场阻止多子扩散因浓度差多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区空间电荷区形成内电场内电场促使少子漂移扩散运动载流子从浓度大向浓度小的区域扩散,称扩散运动扩散运动产生扩散电流漂移运动载流子在电场作用下的定向运动,称漂移运动,漂移运动产生漂移电流。动态平衡扩散电流=漂移电流，PN结内总电流=0。PN结稳定的空间电荷区又称高阻区也称耗尽层空间电荷区变窄，内电场减弱扩散运动加强相等动态平衡1.PN结的形成第16页/共103页VPN结的接触电位

内电场的建立，使PN结中产生电位差。从而形成接触电位V

接触电位V决定于材料及掺杂浓度硅：V=0.7锗：V=0.2内电场

由于内电场的存在，电子要从N区到P区必须越过一个能量高坡，一般称为势垒，所以空间电荷区又称势垒区。第17页/共103页2.PN结的单向导电性1.PN结加正向电压时的导电情况

外电场方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响。PN结呈现低阻性。P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；内外第18页/共103页2.PN结加反向电压时的导电情况

外电场与PN结内电场方向相同，增强内电场。内电场对多子扩散运动阻碍增强，扩散电流大大减小。少子在内电场的作用下形成的漂移电流加大。此时PN结区少子漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流。PN结呈现高阻性P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏；内外2.PN结的单向导电性第19页/共103页由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。2.PN结的单向导电性第20页/共103页式中Is饱和电流;

UT=kT/q等效电压

k波尔兹曼常数；

T=300k（室温）时UT≈26mv3.PN结电流方程由半导体物理可推出：PN结两端的电压与流过PN结电流的关系式第21页/共103页4.PN结的伏安特性PN结的伏安特性当加反向电压时：当加正向电压时：(U>>UT)正向特性反向特性第22页/共103页4.PN结的伏安特性反向击穿PN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雪崩击穿当反向电压增高时，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。形成连锁反应，象雪崩一样，使反向电流激增。齐纳击穿当反向电压较大时，强电场直接从共价键中将电子拉出来，形成大量载流子,使反向电流激增。击穿是可逆。掺杂浓度小的PN结容易发生击穿是可逆。掺杂浓度大的PN结容易发生不可逆击穿—热击穿PN结的电流或电压较大，使PN结耗散功率超过极限值，使结温升高，导致PN结过热而烧毁。VBR反向击穿电压第23页/共103页势垒电容Cb

势垒电容是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN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PN结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。利用这一特性可以制成变容二极管。5.PN结的电容效应第24页/共103页

扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。扩散电容Cd第25页/共103页

势垒电容和扩散电容均是非线性电容。结电容Cj=Cd+Cb

Cd和Cb一般都比较小，对于低频信号来说容抗较大，作用可以忽略；但对于高频信号就要考虑此容抗的影响。第26页/共103页

1.2.1

半导体二极管的基本结构

1.2.2

二极管的伏安特性

1.2.3

二极管的主要参数1.2半导体二极管

1.2.5

稳压二极管*1.2.4

二极管的等效电路

1.2.6

其它类型二极管第27页/共103页1、组成

PN结、阳极引线、阴极引线、管壳；2、分类点接触型(图a)：高频、工作电流小面接触型(图b)：低频、工作电流较大3、符号：(图c)

1.2.1半导体二极管的基本结构第28页/共103页UII=f（U）1、正向特性死区电压：硅：0.5V

锗：0.1V正常工作时的管压降：硅：0.7V

锗：0.3V

1.2.2半导体二极管的伏安特性第29页/共103页2、反向特性

反向电流由少子形成，因此反向电流一般很小；小功率硅管：小于1微安；小功率锗管：几十微安；3、反向击穿特性

外加电压达到一定数值时，在PN结中形成强大的电场，强制产生大量的电子和空穴，使反向电流剧增；4、温度对VA特性的影响（了解）

当温度升高时正向特性曲线左移，反向特性曲线下移。第30页/共103页1、最大整流电流IF

二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流。2、最高反向工作电压URM

二极管工作时允许施加的最大反向电压；URM通常取反向击穿电压的一半。3、反向电流IR

室温下二极管未击穿时的反向电流；IR越小，二极管的单向导电性能越好。4、最高工作频率fM

二极管正常工作时所加电压的最大频率；fM受PN结的结电容限制，与结电容成反比。

用于描述二极管的导电特性，是选择和使用二极管的依据。1.2.3半导体二极管的主要参数第31页/共103页

一、二极管伏安特性的建模二、应用举例

理想模型

恒压降模型

折线模型

指数模型模型越来越准确，但是计算越来越复杂直流模型用在直流电源作用的电路中交流模型用在交流电源作用的电路中

小信号模型直流模型：交流模型：

1.2.4半导体二极管的等效电路第32页/共103页管子导通后,管压降认为是恒定的,典型值为0.7V。

一、二极管伏安特性的建模管压降不是恒定的,而是随电流的增加而增加。正偏时导通，管压降为0V;反偏时截止，电流为0。第33页/共103页5.小信号模型

二极管工作在正向特性的某一小范围内时，其正向特性可以等效成一个微变电阻。即根据得Q点处的微变电导则常温下（T=300K）4.指数模型较完整且较准确

一、二极管伏安特性的建模第34页/共103页已知R=10K，若VDD=10V求电路的ID和UD。例1.二极管电路的静态工作情况分析二、应用举例第35页/共103页理想模型恒压模型（硅二极管典型值）折线模型（硅二极管典型值）设首先：将原始电路中的二极管用它的直流模型代替，得到如下电路。然后：判断理想二极管的状态（导通或截止）。方法：将理想二极管断开，求阳极和阴极的电位差，若>0,则理想二极管正向导通，用理想的导线代替二极管；若<0，则理想二极管反向截止。

因为只有直流电压源作用，所以使用直流模型。

解:二、应用举例第36页/共103页1.二极管的静态工作情况分析理想模型（R=10k）（2）VDD=1V时恒压模型（硅二极管典型值）折线模型（硅二极管典型值）设结论:在电源电压远大于二极管管压降时,恒压降模型能得出较合理结果,当电源电压较抵时,折线模型能提供较合理结果第37页/共103页

例2.有两个二极管的开关电路

设二极管是理想的，判断两个二极管的状态，并求输出电压Uo。二、应用举例Uo第38页/共103页1、将二极管从电路中拿走，在此电路的基础上求两个二极管的阳极和阴极之间的电位差。2、两个二极管的阳极和阴极之间的电位差共有三种情况：1）均小于02）均大于03）一个为正，另一个为负3、根据不同的情况做出判断：1）均小于0：立即得出结论，两个二极管均截止。2）均大于0：这其中会有一大一小，可以得出结论，大的那个二极管一定导通，小的那个状态不定，需要做进一步的判断。大的那个二极管导通后用理想的导线代替，这时整个电路就转化成了只有一个二极管的电路，按照例3的方法继续判断，从而得出最后的结论。3）一个为正，另一个为负：正的那个二极管一定导通，负的那个状态不定，需要做进一步的判断。正的那个二极管导通后用理想的导线代替，这时整个电路就转化成了只有一个二极管的电路，按照例3的方法继续判断，从而得出最后的结论。Uo将D1、D2断开：UA=-12VUB=0UC=-5V可得：UD1=

UB–UA=12V

UD2=UC–UA=7V所以D1先导通，使得UA=0V，此时UC–UA=-5V，故D2截止，Uo=0V。二、应用举例第39页/共103页

判断电路中二极管的工作状态，求解输出电压。判断二极管工作状态的方法？第40页/共103页

电路如图：R=1k，UREF=3V，输入正弦波ui，分析输出信号波形。例3.限幅电路二、应用举例理想二极管导通二极管被反偏，处于截止状态第41页/共103页~220Ve2iDuL整流电路是最基本的将交流转换为直流的电路，1）半波整流u2E2m+-iDuL整流电路中的二极管是作为开关运用，具有单向导电性。~220Vu2iDuL+-例4.整流电路二、应用举例第42页/共103页2.桥式整流~220Vu2uL+-~220Vu2uL+-u2uL二、应用举例第43页/共103页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：第44页/共103页半导体二极管图片第45页/共103页半导体二极管图片第46页/共103页半导体二极管图片第47页/共103页1.2.5稳压二极管稳压特性稳压原理：在反向击穿时，电流在很大范围内变化时，只引起很小的电压变化。正向部分与普通二极管相同RZUZ稳压管稳压时必须工作在反向电击穿状态。当反向电压加到一定值时，反向电流急剧增加，产生反向击穿。第48页/共103页(1)稳定电压UZ(2)动态电阻rZ=UZ/IZ

在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。rZ越小，稳压管的稳压效果越好。(3)最大耗散功率

PZM=UZIZM(4)最大稳定工作电流

IZmax和最小稳定工作电流IZmin(5)稳定电压温度系数——UZ=(UZ/UZ)/T(%/℃)特性参数1.2.5稳压二极管第49页/共103页

稳压管工作时应反接，并串入一只电阻。电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管。二是当输入电压或负载电流变化时，通过电阻上压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。应用方法稳压电路IZmin

≤IZ≤IZmaxUIUOIZIRURUO第50页/共103页2、光电二极管光电二极管是有光照射时会产生电流的二极管。其结构和普通的二极管基本相同

它利用光电导效应工作，PN结工作在反偏状态，当光照射在PN结上时，束缚电子获得光能变成自由电子，产生电子—空穴对，在外电场的作用下形成光电流。D1.2.6其它类型二极管应在反压状态工作1、发光二极管

发光二极管是将电能转换成光能的特殊半导体器件，它只有在加正向电压时才发光。第51页/共103页1.3.1晶体管的结构和类型

1.3.2电流分配及放大原理

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温度对晶体管性能参数的影响

1.3.6光电三极管(自学）1.3晶体三极管第52页/共103页1.3.1晶体管的结构和类型小功率管中功率管大功率管为什么有孔？第53页/共103页1.3.1晶体管的结构和类型

半导体三极管的结构示意图如下图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。两种类型的三极管发射结(Je)

集电结(Jc)

基极，用B或b表示（Base）

发射极，用E或e表示（Emitter）；集电极，用C或c表示（Collector）。

发射区集电区基区三极管符号发射极的箭头表示发射极电流的实际方向，即发射结在正向接法下的电流方向。第54页/共103页

结构特点：

发射区的掺杂浓度最高；

集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。管芯结构剖面图第55页/共103页1、电流放大的原因

三极管的放大作用在一定的条件控制下，通过载流子传输体现出来

内部条件：内部结构上的特点外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置1.3.2电流分配及放大原理第56页/共103页

扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。少数载流子的运动因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴的扩散第57页/共103页3、电流分配关系根据传输过程可知IC=ICN+ICBOIB=IBN-ICBO通常

IC>>ICBO

、为电流放大系数，只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般

=0.90.99，

>>1IE=IB+IC基区少子漂移到集电区所形成的电流基区内复合运动形成的电流以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管或BJT(BipolarJunctionTransistor)。

第58页/共103页

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，然后到达集电极而实现的。

实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：发射区的掺杂浓度最高；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；基区很薄，且掺杂浓度最低。（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。BJT的电流分配与放大原理第59页/共103页共集电极接法：集电极作为公共电极，用CC表示。共基极接法：基极作为公共电极，用CB表示。共发射极接法：发射极作为公共电极，用CE表示。BJT的三种组态1.3.3晶体管的共射特性曲线第60页/共103页vCE=0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE

iB=f(uBE)uCE=const(2)当uCE≥1V时，uCB=uCE-uBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的uBE下iB减小，特性曲线右移。uCE=0VuCE

1V(1)当uCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1.输入特性曲线①死区

②非线性区③线性区

1.3.3晶体管的共射特性曲线第61页/共103页iC=f(uCE)iB=const2.输出特性曲线+-bce共射极放大电路VBBVCCuBEiCiB+-uCE曲线特点：1、起始部分很陡，uCE略有增加，iC增加很快；2、当uCE超过某一数值(约1V)后，特性曲线变的比较平坦。1.3.3晶体管的共射特性曲线第62页/共103页BJT的三个工作区域饱和区特点：

iC不再随iB的增加而线性增加，即此时截止区特点：iB=0，iC=ICEO。当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。uCE=UCES，典型值为0.3V。放大区特点：BJT输出特性比较平坦，接近于恒流特性，在这个区域符合

iB=βiC的规律，是放大器的工作部分。第63页/共103页判断三极管工作状态的依据：饱和区:发射结正偏，集电结正偏截止区：发射结反偏，集电结反偏或：UBE0.5V（Si)|UBE|

0.2V（Ge)放大区:发射结正偏，集电结反偏BJT的三个工作区域第64页/共103页判断三极管工作状态的解题思路：（1）把三极管从电路中拿走，在此电路拓扑结构下求三极管的发射结电压，若发射结反偏或零偏或小于死区电压值，则三极管截止。若发射结正偏，则三极管可能处于放大状态或处于饱和状态，需要进一步判断。进入步骤（2）。（2）把三极管放入电路中，电路的拓扑结构回到从前。假设三极管处于临界饱和状态（三极管既可以认为是处于饱和状态也可以认为是处于放大状态，在放大区和饱和区的交界区域，此时三极管既有饱和状态时的特征UCES=0.3V，又有放大状态时的特征IC=ßIB），求此时三极管的集电极临界饱和电流ICS，进而求出基极临界饱和电流IBS。集电极临界饱和电流ICS是三极管的集电极可能流过的最大电流。（3）在原始电路拓扑结构基础上，求出三极管的基极支路中实际流动的电流iB。（4）比较iB和IBS的大小：若iB>IBS（或者ßiB>ICS），则三极管处于饱和状态。若iB<IBS（或者ßiB<ICS），则三极管处于放大状态。第65页/共103页例电路及参数如图所示，三极管的UBE=0.7V，β＝60，输入电压ui取值3V和-2V。（1）当ui＝3V时判断三极管的状态，并求出iC和uo的值。（2）当ui＝-2V时判断三极管的状态，并求出iC和uo的值。第66页/共103页解：（1）ui＝3V

因为iB＞IBS

所以三极管处于饱和状态，如右图中的E点所示。第67页/共103页(1)共发射极直流电流放大系数≈IC/IB

1.电流放大系数

(2)共发射极交流电流放大系数

=iC/iBuCE=const(3)共基极直流电流放大系数

≈IC/IE

(4)共基极交流电流放大系数α=iC/iEuCB=const1.3.4晶体管的主要参数第68页/共103页

(2)集电极-发射极间的反向饱和电流ICEO

ICEO=（1+）ICBO

2.极间反向电流 (1)集电极-基极间反向饱和电流ICBO

发射极开路时，集电结的反向饱和电流。

ICEO也称为集电极发射极间穿透电流。ICBO和ICEO都是衡量BJT质量的重要参数，由于ICEO比ICBO大的多，比较容易测量，常把测量ICEO作为判断管子质量的重要依据。另外在使用时还要注意，ICEO和ICBO都受温度的影响。1.3.4晶体管的主要参数第69页/共103页(1)集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功率损耗PCM

PCM=ICUCE

3.极限参数

当集电极电流增加时，就要下降，当值下降到线性放大区值的2/3时所对应的最大集电极电流。

IC＞ICM时，并不表示三极管会损坏。只是管子的放大倍数降低。(3)反向击穿电压U(BR)CBO＞U(BR)CEO＞U(BR)EBO1.3.4晶体管的主要参数第70页/共103页

由PCM、ICM和U(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。

输出特性曲线上的过损耗区和击穿区1.3.4晶体管的主要参数饱和区截止区放大区第71页/共103页讨论由图示特性求出PCM、ICM、U（BR）CEO

、β。2.7ΔiCuCE=1V时的iC就是ICMU（BR）CEO第72页/共103页1.温度变化对ICBO的影响2.温度变化对输入特性曲线的影响温度T

输出特性曲线上移温度T

输入特性曲线左移3.温度变化对

的影响温度每升高1°C，

要增加0.5%1.0%温度T

输出特性曲线族间距增大总之：

ICBO

ICEO

T

UBE

IB

IC

1.3.5温度对晶体管性能参数的影响第73页/共103页1.3.6光电三极管Dce等效电路ce符号光电三极管输出特性曲线E=0E1E2E3入射光照度增加最大允许功耗线第74页/共103页

场效应管是通过改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的半导体器件。它不仅具有双极型三极管的体积小、重量轻、耗电少、寿命长等优点，而且还具有输入电阻高、热稳定性好、抗辐射能力强、噪声低、制造工艺简单、便于集成等特点。因而，在大规模及超大规模集成电路中得到了广泛的应用。根据结构和工作原理不同,场效应管可分为两大类:结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场效应管(IGFET).1.4场效应晶体管第75页/共103页1.4.1结型场效应管1.4.2绝缘栅场效应管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1.4场效应晶体管第76页/共103页一、结型场效应管（JFET)工作原理P+P+NGSD导电沟道

源极，用S或s表示N型导电沟道漏极，用D或d表示

P型区P型区栅极，用G或g表示栅极，用G或g表示符号符号1.4.1结型场效应管1、结构第77页/共103页DP+P+NGSVDSIDVGS电源极性的安排:DS间--D接电源正端

S接电源负端形成漏极电流iDGS间--S接电源正端

G接电源负端栅极电流iG≈0,

输入电阻高达107ΩN沟道管加负栅源电压，P沟道管加正栅源电压，否则将会出现栅流。2、结型场效应管（JFET)的工作原理第78页/共103页①UGS对沟道的控制作用当UGS＜0时

当沟道夹断时,ID减小至0，此时对应的栅源电压UGS称为夹断电压UGS(off)。对于N沟道的JFET，UPGS(off)<0。PN结反偏耗尽层加厚沟道变窄UGS继续减小，沟道继续变窄，ID继续变小DP+P+NGSUDSIDUGS

当UGS=0时，沟道最宽，沟道电阻最小，在UDS的作用下N沟道内的电子定向运动形成漏极电流ID,此时最大。沟道电阻变大ID变小2、结型场效应管（JFET)的工作原理

根据其结构，它只能工作在反偏条件下，N沟道管加负栅源电压，P沟道管加正栅源电压，否则将会出现栅流。第79页/共103页②UDS对沟道的控制作用当UGS=0时，UDSID

G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。

当UDS增加到使UGD=UGS(off)时，在紧靠漏极处出现预夹断。此时UDS

夹断区延长沟道电阻ID基本不变2、结型场效应管（JFET)的工作原理DP+P+NGSUDSIDUGS第80页/共103页③UGS和UDS同时作用时当UP<UGS<0时，导电沟道更容易夹断，对于同样的UDS，

ID的值比UGS=0时的值要小。在预夹断处UGD=UGS-UDS=UGS(off)2、结型场效应管（JFET)的工作原理DP+P+NGSUDSIDUGSUDS<UGS-UGS(off),UDSIDUDS>UGS-UGS(off),UDSID不变第81页/共103页综上分析可知

沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，

所以场效应管也称为单极型三极管。JFET是电压控制电流器件，iD受uGS控制预夹断前iD与uDS呈近似线性关系；预夹断后，iD趋于饱和。#

为什么JFET的输入电阻比BJT高得多？JFET栅极与沟道间的PN结是反向偏置的，因

此iG0，输入电阻很高。

JFET是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制，来改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流的大小。第82页/共103页#

JFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？(2)转移特性

UGS(off)(1)输出特性

二、结型场效应管（JFET)的特性曲线预夹断轨迹，uGD＝UGS（off）夹断电压第83页/共103页UGS(off)1.截止区UGS<UGS(off）2.可变电阻区3.恒流区UDS≤

UGS-UGS(off)UGS(off）<UGS≤0，UGS(off）<UGS≤0，UDS>UGS-UGS(off)预夹断轨迹，uGD＝UGS（off）第84页/共103页结型场效应管

N沟道耗尽型P沟道耗尽型第85页/共103页增强型MOS场效应管耗尽型MOS场效应管MOS场效应管分类1.4.2绝缘栅场效应管第86页/共103页MOS场效应管N沟道增强型的MOS管P沟道增强型的MOS管N沟道耗尽型的MOS管P沟道耗尽型的MOS管VGS=0时,无导电沟道，这种类型的管子称为增强型MOS管VGS=0时,有导电沟道，这种类型的管子称为耗尽型MOS管MOS场效应管分类第87页/共103页一、N沟道增强型MOS场效应管漏极D→集电极C源极S→发射极E绝缘栅极G→基极B衬底B电极—金属绝缘层—氧化物基体—半导体因此称之为MOS管1.4.2绝缘栅场效应管1、结构第88页/共103页2、N沟道增强型MOS场效应管工作原理电源极性的安排:DS间--D接电源正端

S接电源负端形成漏极电流iDGS间--G接电源正端

S接电源负端栅极电流iG≈0,

输入电阻高达1014Ω第89页/共103页

当UGS较小时，虽然在P型衬底表面形成一层耗尽层，但负离子不能导电。当UGS=UGS(th)时,在P型衬底表面形成一层电子层，形成N型导电沟道，在UDS的作用下形成iD.2、N沟道增强型MOS场效应管工作原理UDSiD++--++--++++----UGS反型层

当UGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的PN结，无论UDS之间加什么电压都不会在D、S间形成电流iD，即iD≈0。

当UGS>UGS(th)时,沟道加厚，沟道电阻减少，在相同UDS的作用下，iD将进一步增加。开始时无导电沟道，当在UGSUGS(th)时才形成沟道,这种类型的管子称为增强型MOS管一方面

MOSFET是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。第90页/共103页

当UGS＞UGS(th)，且固定为某一值时，来分析漏源电压UDS的不同变化对导电沟道和漏极电流ID的影响。UDS=UDG＋UGS

=－UGD＋UGSUGD=UGS－UDS(a)当UDS为0或较小时，相当UGD＞UGS(th)，此时UDS

基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜线分布。在UDS作用下形成ID。另一方面，漏源电压UDS对漏极电流ID的控制作用第91页/共103页(b).当UDS增加到使UGD=UGS(th)时，©.当UDS增加到UGDUGS(th)时，

这相当于UDS增加使漏极处沟道缩减到刚刚开启的情况，称为预夹断。此时的漏极电流ID

基本饱和。

此时预夹断区域加长，伸向S极。UDS增加的部分基本降落在随之加长的夹断沟道上，ID基本趋于不变。UGD=UGS－UDS

用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N沟道增强型MOS