电子元器件基础知识(半导体)

电子元器件基础知识(半导体)第1页，共83页，2023年，2月20日，星期二二极管的导电特性：二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中，电流只能从二极管的正极流入，负极流出。1、正向特性

在电子电路中，将二极管的正极接在高电位端，负极接在低电位端，二极管就会导通，这种连接方式，称为正向偏置。必须说明，当加在二极管两端的正向电压很小时，二极管仍然不能导通，流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电压达到某一数值（这一数值称为“门槛电压”，锗管约为0.2V，硅管约为0.6V）以后，二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变（锗管约为0.3V，硅管约为0.7V），称为二极管的“正向压降”。

2、反向特性

在电子电路中，二极管的正极接在低电位端，负极接在高电位端，此时二极管中几乎没有电流流过，二极管处于截止状态，这种连接方式，称为反向偏置。二极管处于反向偏置时，仍然会有微弱的反向电流流过二极管，称为漏电流。当二极管两端的反向电压增大到某一数值，反向电流会急剧增大，二极管将失去单方向导电特性，这种状态称为二极管的击穿。第2页，共83页，2023年，2月20日，星期二第3页，共83页，2023年，2月20日，星期二第4页，共83页，2023年，2月20日，星期二二极管的主要参数:1、额定正向工作电流：是指二极管长期连续工作时允许通过的最大正向电流值。2、最高反向工作电压：加在二极管两端的反向电压高到一定值时，会将管子击穿，失去单向导电能力。为了保证使用安全，规定了最高反向工作电压值。例如，IN4001二极管反向耐压为50V，IN4007反向耐压为1000V。3、反向电流：反向电流是指二极管在规定的温度和最高反向电压作用下，流过二极管的反向电流。反向电流越小，管子的单方向导电性能越好。

第5页，共83页，2023年，2月20日，星期二二极管的应用:

1、整流

利用二极管单向导电性，可以把方向交替变化的交流电变换成单一方向的脉动直流电。

2、开关

二极管在正向电压作用下电阻很小，处于导通状态，相当于一只接通的开关；在反向电压作用下，电阻很大，处于截止状态，如同一只断开的开关。利用二极管的开关特性，可以组成各种逻辑电路。

3、限幅

二极管正向导通后，它的正向压降基本保持不变（硅管为0.7V，锗管为0.3V）。利用这一特性，在电路中作为限幅元件，可以把信号幅度限制在一定范围内。

4、继流二极管

在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。

5、检波二极管

在收音机中起检波作用。

6、变容二极管第6页，共83页，2023年，2月20日，星期二第7页，共83页，2023年，2月20日，星期二第8页，共83页，2023年，2月20日，星期二第9页，共83页，2023年，2月20日，星期二第10页，共83页，2023年，2月20日，星期二几乎所有晶体管都可以作为芯片元件买到(见图6-9和6-10)，包括饱和开关，通用的放大管，RF放大管和功率开关。使用没有外壳晶体管的缺点之一是没法事先进行全性能测试，将其分类。作为一个例子，2N2222晶体管芯片来自2N型的大族。该大族全部使用相同的基本制造工艺。用筛选和测试分级为从商用等级到军用等级的部件。在混合电路使用没有封壳的芯片时，混合电路制造商必须依赖室温下圆片直流探针测试结果区分芯片的好坏，不能进行交流参数和动态参数测试.所以不能完全保证电性能。第11页，共83页，2023年，2月20日，星期二

双极型半导体三极管（亦称为晶体管）一般有三个电极（即三个引出脚），按工作性质亦分为高、低频晶体三极管；大功率、中功率和小功率晶体三极管；用作信号放大用的三极管和用做开关的三极管。按材料分有锗半导体三极管和硅半导体三极管，由于硅三极管工作稳定性较好，所以现在大部分三极管都是用硅材料做的。下面是一些三极管的外型。大功率低频三极管中功率低频三极管小功率高频三极管第12页，共83页，2023年，2月20日，星期二一、晶体管结构简介1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成双极型晶体管(BJT)第13页，共83页，2023年，2月20日，星期二一、晶体管结构简介2.晶体管有三个区:N集电区NP基区e发射极b基极c集电极发射区管芯结构剖面图

基区(P):很薄,空穴浓度较小——引出基极b.

发射区(N):与基区的接触面较小——引出发射极e.

集电区(N):与基区的接触面较大——引出集电极c.1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成以NPN型晶体管为例。双极型晶体管(BJT)第14页，共83页，2023年，2月20日，星期二一、晶体管结构简介

基区(P):很薄,空穴浓度较小——引出基极b.

发射区(N):与基区的接触面较小——引出发射极e.

集电区(N):与基区的接触面较大——引出集电极c.1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成注意：发射极的符号带箭头。PNP型ECBECBNPN型半导体三极管电路符号2.晶体管有三个区:双极型晶体管(BJT)第15页，共83页，2023年，2月20日，星期二双极型晶体管(BJT)一、晶体管结构简介1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成PNP型ECBECBNPN型半导体三极管电路符号NPN与PNP管具有几乎等同的特性，只不过各电极端的电压极性和电流流向不同而已。2.晶体管有三个区:

很显然，三极管有两个PN结，发射区与基区间的称为发射结，集电区与基区间的叫集电结。第16页，共83页，2023年，2月20日，星期二双极型晶体管(BJT)NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向1.晶体管各PN结电压连接的一般特性

顾名思义：发射区的作用是发射电子,集电区的作用是收集电子,下面以NPN型三极管为例分析载流子(即电子和空穴)在晶体管内部的传输情况。

二、晶体管的电流分配与放大作用发射结集电结发射极集电极基极

发射结必须处于正向偏置——目的削弱发射结

集电结必须处于反向偏置——目的增强集电结VEEVCC+－+－ICN连接BJT各极间电压的一般特性晶体管的电流分配晶体管的放大作用第17页，共83页，2023年，2月20日，星期二双极型晶体管(BJT)NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向VEEVCCVCC+－+ICN

发射结必须处于正向偏置——目的削弱发射结

集电结必须处于反向偏置——目的增强集电结

二、晶体管的电流分配与放大作用

分析集射结电场方向知,反向偏置有利于收集在基区的电子1.晶体管各PN结电压连接的一般特性

发射结变薄有利于发射区的电子向基区扩散连接BJT各极间电压的一般特性晶体管的电流分配晶体管的放大作用第18页，共83页，2023年，2月20日，星期二双极型晶体管(BJT)

二、晶体管的电流分配与放大作用NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向2.晶体管的电流分配

发射极电流IE:主要由发射区的电子扩散(IEN)而成,亦有极少数的由基区向发射区扩散的空穴电流(IEP)。IE=IEN+IEPIENVEEVCCVCC+－+ICN

注意电流方向：电流方向与电子移动方向相反,与空穴移动方向相同。1.晶体管各PN结电压连接的一般特性晶体管的电流分配晶体管的放大作用第19页，共83页，2023年，2月20日，星期二双极型晶体管(BJT)

二、晶体管的电流分配与放大作用NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向

基极电流IB:基极电流主要由基区的空穴与从发射区扩散过来的电子复合而成。同时电源VEE又不断地从基区中把电子拉走,维持基区有一定数量的空穴。VEEVCCVCC+－+ICN2.晶体管的电流分配1.晶体管各PN结电压连接的一般特性

由于基区有少量空穴,所以从发射区扩散过来的电子在基区会被复合掉一些,形成基极电流。晶体管的电流分配晶体管的放大作用第20页，共83页，2023年，2月20日，星期二双极型晶体管(BJT)

二、晶体管的电流分配与放大作用NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向

集电极电流IC:集电极电流主要由集电结收集从发射区扩散至基区的电子而成(ICN)。亦有由于基区和集电区的少子漂移作用而产生的很小的反向饱和电流ICBO。VEEVCCIC=ICN+ICBOICNVCC+－+ICN

由于基区空穴的复合作用,集电区收集的电子数会比发射区扩散的电子数要小一些,即集电极电流IC比发射极电流IE要小一些。2.晶体管的电流分配1.晶体管各PN结电压连接的一般特性晶体管的电流分配晶体管的放大作用第21页，共83页，2023年，2月20日，星期二双极型晶体管(BJT)

二、晶体管的电流分配与放大作用NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向

由电路分析的内容可知,三个电极之间的电流关系为：VEEVCCIE=IB+ICRbVEEVCCRLIB

发射极与基极之间为正向偏置+－+－IE=IB+IC

集电极与基极之间为反向偏置ICVCC+－+2.晶体管的电流分配1.晶体管各PN结电压连接的一般特性

三极管的三个极不管如何连接,这个关系是不会改变的。

以后画电路时三极管就不再使用结构图而用电路符号图了。晶体管的电流分配晶体管的放大作用第22页，共83页，2023年，2月20日，星期二双极型晶体管(BJT)

二、晶体管的电流分配与放大作用NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向①为了表示集电极收集发射区发射电子的能力,通常使用一个常数hfb()表示VEEVCChfb==iC／iERbVEEVCCRLIB+－+－IE=IB+ICICVCC+－+2.晶体管的电流分配1.晶体管各PN结电压连接的一般特性iC和iE是表示通过三极管集电极和发射极电流的瞬时值.晶体管的电流分配晶体管的放大作用第23页，共83页，2023年，2月20日，星期二双极型晶体管(BJT)NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向②为了表示集电极电流是基极电流的倍数,通常使用一个常数hfe()表示VEEVCCRbVEEVCCRLIB+－+－IE=IB+ICICVCC+－+hfe==iC／iBhfe()称为共发射极交流电流放大系数

二、晶体管的电流分配与放大作用2.晶体管的电流分配1.晶体管各PN结电压连接的一般特性晶体管的电流分配晶体管的放大作用第24页，共83页，2023年，2月20日，星期二双极型晶体管(BJT)NNP空穴电子ecbIBIEICICBOIENIEPIBN电流方向③hfb()与hfe()之间的关系VEEVCCRbVEEVCCRLIB+－+－IE=IB+ICIC=

1－

VCC+－+

二、晶体管的电流分配与放大作用联立下面三式可求出此关系式：iC=iBiC=iEiE=iC+iB

2.晶体管的电流分配1.晶体管各PN结电压连接的一般特性晶体管的电流分配晶体管的放大作用第25页，共83页，2023年，2月20日，星期二双极型晶体管(BJT)

二、晶体管的电流分配与放大作用3.放大作用共射基本放大电路的组成演示

三极管的放大作用实际上是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）转换成较大变化的信号。要使三极管有放大作用,必须与一些阻容元件按一定的方式连接成电路,称为放大电路。最基本的放大电路是共射极放大电路。2.晶体管的电流分配1.晶体管各PN结电压连接的一般特性晶体管的放大作用第26页，共83页，2023年，2月20日，星期二双极型晶体管(BJT)viVBBVCCRL1K+－+－ceb

输入与输出回路共用发射极，所以称为共发射极放大电路。

二、晶体管的电流分配与放大作用=49

基极与发射极间组成输入回路3.放大作用(1)共射极放大电路集电极与发射极间组成输出回路晶体管共射极放大电路的组成共射极电路的电压放大原理

三极管的放大作用实际上是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）转换成较大变化的信号。要使三极管有放大作用,必须与一些阻容元件按一定的方式连接成电路,称为放大电路。最基本的放大电路是共射极放大电路。第27页，共83页，2023年，2月20日，星期二双极型晶体管(BJT)

二、晶体管的电流分配与放大作用3.放大作用(1)共射极放大电路viVBBVCCiB=IB+iB

iC=IC+iC

vOiE=IE+iE

+－+－+－cebRL1K=49共射极电路的电压放大原理(2)共射电路的电压放大

输出电路同时产生一个变化的电流。

输入信号电压在输入回路上产生一个变化的电流。

三极管的放大作用实际上是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）转换成较大变化的信号。要使三极管有放大作用,必须与一些阻容元件按一定的方式连接成电路,称为放大电路。最基本的放大电路是共射极放大电路。

变化的电流在负载电阻上产生一个变化电压。第28页，共83页，2023年，2月20日，星期二

三极管的放大作用实际上是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）转换成较大变化的信号。要使三极管有放大作用,必须与一些阻容元件按一定的方式连接成电路,称为放大电路。最基本的放大电路是共射极放大电路。双极型晶体管(BJT)

二、晶体管的电流分配与放大作用3.放大作用(1)共射极放大电路

这个放大电路的电压放大倍数为viVBBVCCiB=IB+iB

iC=IC+iC

vOiE=IE+iE

+－+－+－ceb(2)共射电路的电压放大=49RL1K

设输入信号电压变化vi=20mV,产生基极电流的变化量为iB=20A

输出电流变化量为iC=iB=49×20A=980A=0.98mA

变化的电流在负载电阻上产生的电压变化量为vO=-iCRL

=-0.98mA×1k=-0.98V共射极电路的电压放大原理AV=vo/vi=-0.98V/20mV=-49第29页，共83页，2023年，2月20日，星期二输入特性曲线就是研究三极管be之间输入电流IB随输入电压VBE的变化规律。三、晶体管的特性曲线1.共射电路的特性曲线(1)输入特性VBBVCCIBICIE+－+－ceb

三极管由于有三个极，放大电路由两个回路组成,所以其特性曲线有两组，一组为输入特性曲线，另一组为输出特性曲线。VCEVBE共射电路输入特性曲线共射电路输出特性曲线双极型晶体管(BJT)第30页，共83页，2023年，2月20日，星期二输入特性曲线就是研究三极管be之间输入电流IB随输入电压VBE的变化规律。三、晶体管的特性曲线(1)输入特性VBBVCC+－+－ceb输入特性曲线的作法IVCE=常数VBE/VIB/AIB=f(VBE)

此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.1.共射电路的特性曲线共射电路输入特性曲线共射电路输出特性曲线双极型晶体管(BJT)IBICIEVCEVBE0第31页，共83页，2023年，2月20日，星期二三、晶体管的特性曲线(1)输入特性先令VCC=0即VCE=0VBBVCC+－+－ceb令VBB从0开始增加即VBE从0开始增加。VCE=0V1.共射电路的特性曲线共射电路输入特性曲线共射电路输出特性曲线双极型晶体管(BJT)IBICIEVBE/VIB/A0VCEVBE输入特性曲线的作法IVCE=常数IB=f(VBE)

此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.VCE=0V时的输入特性曲线。第32页，共83页，2023年，2月20日，星期二三、晶体管的特性曲线(1)输入特性

然后增大VCC使VCE0.5VVBBVCC+－+－ceb再令VBB从0开始增加即VBE从0开始增加。VCE=0V0.5VVCE=0.5V1.共射电路的特性曲线共射电路输入特性曲线共射电路输出特性曲线双极型晶体管(BJT)IBICIEVBE/VIB/A0VCEVBE输入特性曲线的作法IVCE=常数IB=f(VBE)

此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.VCE=0V时的输入特性曲线。VCE=0.5V时的输入特性曲线。第33页，共83页，2023年，2月20日，星期二三、晶体管的特性曲线(1)输入特性

继续增大VCC使VCE1VVBBVCC+－+－ceb再令VBB从0开始增加即VBE从0开始增加。VCE=0V1VVCE=0.5VVCE=1V1.共射电路的特性曲线共射电路输入特性曲线共射电路输出特性曲线双极型晶体管(BJT)IBICIEVBE/VIB/A0VCEVBE输入特性曲线的作法IVCE=常数IB=f(VBE)

此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.VCE=1V时的输入特性曲线。第34页，共83页，2023年，2月20日，星期二三、晶体管的特性曲线(1)输入特性VBBVCC+－+－cebVCE=0V>1VVCE=0.5VVCE=1V1.共射电路的特性曲线共射电路输入特性曲线共射电路输出特性曲线双极型晶体管(BJT)IBICIEVBE/VIB/A0VCEVBE输入特性曲线的作法IVCE=常数IB=f(VBE)

此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.第35页，共83页，2023年，2月20日，星期二三、晶体管的特性曲线(1)输入特性VBBVCC+－+－ceb>1VVCE=1V1.共射电路的特性曲线共射电路输入特性曲线共射电路输出特性曲线双极型晶体管(BJT)IBICIEVBE/VIB/A0VCEVBE输入特性曲线的作法VCE=常数IB=f(VBE)

此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.第36页，共83页，2023年，2月20日，星期二三、晶体管的特性曲线(1)输入特性(2)输出特性VBBVCC+－+－ceb输出特性曲线的作法IB=常数输出特性曲线就是研究三极管ce之间集电极电流IC随ce间电压VCE的变化规律。

此式的意义是：令三极管be间电流IB保持不变，研究ce间电流IC

随电压VCE的变化规律.IC=f(VCE)|共射电路输出特性曲线作法演示1.共射电路的特性曲线共射电路输出特性曲线双极型晶体管(BJT)IBICIEVCEVBE第37页，共83页，2023年，2月20日，星期二三、晶体管的特性曲线(1)输入特性(2)输出特性VCE/VIC/mAO

先把IB调至某一固定值并保持不变。

然后再调节电源电压使VCE改变，观察IC的变化，记录下来。VBBVCCIBICIE+－+－cebVCEVBE某一固定IB时的输出曲线共射电路输出特性曲线作法演示1.共射电路的特性曲线共射电路输出特性曲线双极型晶体管(BJT)输出特性曲线的作法IB=常数

此式的意义是：令三极管be间电流IB保持不变，研究ce间电流IC

随电压VCE的变化规律.IC=f(VCE)|

根据记录可绘出IC随VE变化的伏安特性曲线,此曲线称为输出特性曲线。第38页，共83页，2023年，2月20日，星期二三、晶体管的特性曲线(1)输入特性(2)输出特性VCE/VIC/mAO

再把IB调至稍小的另一固定值IB1并保持不变。

仍旧调节电源电压使VCE改变，观察IC的变化,记录下来。IB1IB2共射电路输出特性曲线作法演示

重复此过程可绘出一组输出特性曲线1.共射电路的特性曲线共射电路输出特性曲线双极型晶体管(BJT)VBBVCCIBICIE+－+－cebVCEVBE输出特性曲线的作法IB=常数

此式的意义是：令三极管be间电流IB保持不变，研究ce间电流IC

随电压VCE的变化规律.IC=f(VCE)|

根据记录可绘出IC随VCE变化的另一根输出特性曲线。某一固定IB时的输出曲线第39页，共83页，2023年，2月20日，星期二三、晶体管的特性曲线(1)输入特性(2)输出特性某一固定IB时的输出曲线IB1VCE/VIC/mAOIB2共射电路输出特性曲线作法演示VCEQQICQIBQ1.共射电路的特性曲线共射电路输出特性曲线双极型晶体管(BJT)VBBVCCIBICIE+－+－cebVCEVBE

刚开始时,每一根输出特性曲线都很陡,表明IC随VCE的增大而急剧增大。输出特性曲线的作法IB=常数

此式的意义是：令三极管be间电流IB保持不变，研究ce间电流IC

随电压VCE的变化规律.IC=f(VCE)|

当VCE增至一定数值时(一般小于1V)输出特性曲线变得较为平坦段,表明IC基本不随VCE而变化。

输出特性曲线是由一簇间隔基本均匀,比较平坦的平行直线组成的，每一根曲线上的一点都对应一组IBE、VCE和IC。第40页，共83页，2023年，2月20日，星期二双极型晶体管(BJT)三、晶体管的特性曲线(1)输入特性(2)输出特性IB1VCE/VIC/mAOIB2取任意两条曲线的平坦段，读出其基极电流之差。hfe==ICIB=iCiBIB=IB1-IB2ICIC1IC2共射电路输出特性曲线作法演示

从输出特性曲线可以求出三极管的交流电流放大系数hfe()(即输出电流的变化IC量是输入电流变化量IB的多少倍)。下面介绍求的方法。1.共射电路的特性曲线共射电路输出特性曲线VBBVCCIBICIE+－+－cebVCEVBE

再读出这两条曲线对应的集电极电流之差。第41页，共83页，2023年，2月20日，星期二

１．双极型半导体器件的特点是有两种载流子（自由电子和空穴）同时参于导电。PN结是组成双极型半导体的基础。２．双极型晶体管是一种电流控制器件（基极电流控制集电极电流），他具有电流放大作用。晶体管有二个PN结：发射结和集电结；有三种工作状态：放大、截止和饱和。

第42页，共83页，2023年，2月20日，星期二绝缘栅场效应管结型场效应管

3.2场效应管放大电路效应管放大器的静态偏置效应管放大器的交流小信号模型效应管放大电路3.1场效应管第43页，共83页，2023年，2月20日，星期二

3.1场效应管BJT是一种电流控制元件(iB~iC)，工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。

场效应管（FieldEffectTransistor简称FET）是一种电压控制器件(uGS~iD)，工作时，只有一种载流子参与导电，因此它是单极型器件。

FET因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。FET分类：

绝缘栅场效应管结型场效应管增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道N沟道P沟道第44页，共83页，2023年，2月20日，星期二一.绝缘栅场效应管

绝缘栅型场效应管(MetalOxide

SemiconductorFET)，简称MOSFET。分为：

增强型N沟道、P沟道耗尽型N沟道、P沟道

1.N沟道增强型MOS管

（1）结构

4个电极：漏极D，源极S，栅极G和衬底B。符号：第45页，共83页，2023年，2月20日，星期二

当uGS＞0V时→纵向电场→将靠近栅极下方的空穴向下排斥→耗尽层。（2）工作原理

当uGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。

再增加uGS→纵向电场↑→将P区少子电子聚集到P区表面→形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流id。①栅源电压uGS的控制作用第46页，共83页，2023年，2月20日，星期二

定义：开启电压（UT）——刚刚产生沟道所需的栅源电压UGS。

N沟道增强型MOS管的基本特性：

uGS

＜UT，管子截止，

uGS

＞UT，管子导通。

uGS

越大，沟道越宽，在相同的漏源电压uDS作用下，漏极电流ID越大。第47页，共83页，2023年，2月20日，星期二

②转移特性曲线：iD=f(uGS)uDS=const

可根据输出特性曲线作出移特性曲线。例：作uDS=10V的一条转移特性曲线：UT第48页，共83页，2023年，2月20日，星期二

一个重要参数——跨导gm：gm=iD/uGS

uDS=const(单位mS)

gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。

在转移特性曲线上，gm为的曲线的斜率。在输出特性曲线上也可求出gm。第49页，共83页，2023年，2月20日，星期二特点：

当uGS=0时，就有沟道，加入uDS，就有iD。当uGS＞0时，沟道增宽，iD进一步增加。

当uGS＜0时，沟道变窄，iD减小。

在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。

定义：夹断电压（UP）——沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。第50页，共83页，2023年，2月20日，星期二

P沟道MOSFET的工作原理与N沟道

MOSFET完全相同，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NPN型和PNP型一样。第51页，共83页，2023年，2月20日，星期二（1）开启电压UT（2）夹断电压UP（3）跨导gm

：gm=iD/uGSuDS=const

（4）直流输入电阻RGS——栅源间的等效电阻。由于MOS管栅源间有sio2绝缘层，输入电阻可达109～1015。

第52页，共83页，2023年，2月20日，星期二

1.结型场效应管的结构（以N沟为例）：两个PN结夹着一个N型沟道。三个电极：

g：栅极

d：漏极

s：源极符号：N沟道P沟道第53页，共83页，2023年，2月20日，星期二

在栅源间加负电压uGS

，令uDS=0

①当uGS=0时，为平衡PN结，导电沟道最宽。

（1）栅源电压对沟道的控制作用②当│uGS│↑时，PN结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。③当│uGS│↑到一定值时，沟道会完全合拢。定义：夹断电压UP——使导电沟道完全合拢（消失）所需要的栅源电压uGS。

第54页，共83页，2023年，2月20日，星期二

在漏源间加电压uDS

，令uGS=0

由于uGS=0，所以导电沟道最宽。

①当uDS=0时，iD=0。②uDS↑→iD↑

→靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。③当uDS↑，使uGD=uGS-

uDS=UP时，在靠漏极处夹断——预夹断。预夹断前，uDS↑→iD↑。预夹断后，iDS↑→iD几乎不变。④uDS再↑，预夹断点下移。

（3）栅源电压uGS和漏源电压uDS共同作用

iD=f（uGS、uDS）,可用输两组特性曲线来描绘。

第55页，共83页，2023年，2月20日，星期二（1）输出特性曲线：iD=f（uDS）│uGS=常数

3、结型场效应三极管的特性曲线uGS=0VuGS=-1V设：UT=

-3V第56页，共83页，2023年，2月20日，星期二四个区：恒流区的特点：△iD/△uGS=gm≈常数

即：△iD=gm△uGS

（放大原理）

（a）可变电阻区（预夹断前）。

（b）恒流区也称饱和区（预夹断后）。

（c）夹断区（截止区）。

（d）击穿区。可变电阻区恒流区截止区击穿区第57页，共83页，2023年，2月20日，星期二（2）转移特性曲线：iD=f（uGS）│uDS=常数

可根据输出特性曲线作出移特性曲线。例：作uDS=10V的一条转移特性曲线：第58页，共83页，2023年，2月20日，星期二(1)

开启电压UT

UT

是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。

（2）夹断电压UP

UP

是MOS耗尽型和结型FET的参数，当uGS=UP时,漏极电流为零。

（3）饱和漏极电流IDSS

MOS耗尽型和结型FET,当uGS=0时所对应的漏极电流。

（4）输入电阻RGS

结型场效应管，RGS大于107Ω，MOS场效应管,RGS可达109～1015Ω。（5）低频跨导gm

gm反映了栅压对漏极电流的控制作用，单位是mS(毫西门子)。（6）最大漏极功耗PDM

PDM=UDSID，与双极型三极管的PCM相当。第59页，共83页，2023年，2月20日，星期二5.双极型和场效应型三极管的比较双极型三极管

单极型场效应管载流子多子扩散少子漂移

少子漂移输入量电流输入电压输入控制电流控制电流源电压控制电流源输入电阻几十到几千欧几兆欧以上噪声较大较小静电影响不受静电影响易受静电影响制造工艺不宜大规模集成适宜大规模和超大规模集成第60页，共83页，2023年，2月20日，星期二一.直流偏置电路

保证管子工作在饱和区，输出信号不失真3.2场效应管放大电路1.自偏压电路UGS=-IDR

注意：该电路产生负的栅源电压，所以只能用于需要负栅源电压的电路。计算Q点：UGS、ID、UDS已知UP，由UGS=-IDR可解出Q点的UGS、IDUDS=VDD-ID(Rd+R)再求：ID

第61页，共83页，2023年，2月20日，星期二2.分压式自偏压电路可解出Q点的UGS、ID

计算Q点：已知UP，由该电路产生的栅源电压可正可负，所以适用于所有的场效应管电路。UDS=VDD-ID(Rd+R)再求：第62页，共83页，2023年，2月20日，星期二二.

场效应管的交流小信号模型

与双极型晶体管一样，场效应管也是一种非线性器件，在交流小信号情况下，也可以由它的线性等效电路—交流小信号模型来代替。

其中：gmugs是压控电流源，它体现了输入电压对输出电流的控制作用。称为低频跨导。

rds为输出电阻，类似于双极型晶体管的rce。第63页，共83页，2023年，2月20日，星期二三.场效应管放大电路1.共源放大电路第64页，共83页，2023年，2月20日，星期二分析：（1）画出共源放大电路的交流小信号等效电路。

（2）求电压放大倍数（3）求输入电阻（4）求输出电阻则第65页，共83页，2023年，2月20日，星期二（2）电压放大倍数（3）输入电阻得

分析：（1）画交流小信号等效电路。

由2.共漏放大电路第66页，共83页，2023年，2月20日，星期二（4）输出电阻所以由图有第67页，共83页，2023年，2月20日，星期二本章小结1．FET分为JFET和MOSFET两种，工作时只有一种载流子参与导电，因此称为单极性型晶体管。FET是一种压控电流型器件，改变其栅源电压就可以改变其漏极电流。

2．FET放大器的偏置电路与BJT放大器不同，主要有自偏压式和分压式两种。

3．FET放大电路也有三种组态：共源、共漏和共栅。电路的动态分析需首先利用FET的交流模型建立电路的交流等效电路，然后再进行计算，求出电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等量。

第68页，共83页，2023年，2月20日，星期二1.什么是光电耦合器？2.光电耦合器的工作原理3.光电耦合器常见电路4.光电耦合器的分类