章常用半导体器件及其应用(与“电压”有关文档共107张)

模拟电子技术与应用第1章常用半导体器件及其应用本章要点⑴半导体器件的基础知识⑵半导体二极管的基本知识与应用⑶整流、滤波电路的分析与应用

第1页，共107页。模拟电子技术与应用⑷晶体管的基本知识与应用⑸场效应晶体管的基本知识⑹直流稳压电路的分析与应用第2页，共107页。模拟电子技术与应用1.1半导体的基础知识1.1.1半导体的特性

1.热敏特性

半导体对温度很敏感，其电阻率随着温度的升高而显著减小。利用这一特性制成了各种自动控制装置中常用的热敏电阻传感器和能迅速测量物体温度变化的半导体点温计等。第3页，共107页。模拟电子技术与应用2.光敏特性

半导体对光照很敏感，光照射时，其电阻值会显著减小。利用这一特性制成了光敏电阻、光电二极管、光电三极管及太阳能电池等。3.杂敏特性

半导体对杂质很敏感，在纯净的半导体中掺入微量杂质，可以显著改变它的导电能力。利用这一特性制成了不同性能、不同用途的半导体器件，如二极管、三极管等。第4页，共107页。模拟电子技术与应用1.1.2半导体的结构一般半导体都是晶体结构，所以半导体管又叫做晶体管。最常见的半导体材料为硅和锗，它们的结构如图所示。硅和锗原子结构平面示意图第5页，共107页。模拟电子技术与应用1.1.3本征半导体

1.本征半导体中的两种载流子

自由电子带负电荷，空穴是因为原子失去电子而产生的，故带正电荷。由于它们都是携带电荷的粒子，因此称自由电子为电子载流子，称空穴为空穴载流子。第6页，共107页。模拟电子技术与应用2.两种导电方式半导体中将会出现两部分电流：一部分是自由电子在外电场作用下逆电场方向运动形成的电子电流；另一部分是空穴在外电场作用下顺电场方向运动形成的空穴电流。3.自由电子和空穴的复合因为热运动中自由电子和空穴两者如果相遇，则空穴会被自由电子填补掉，两种载流子就会一起消失，这个过程称为复合。第7页，共107页。模拟电子技术与应用1.1.4杂质半导体

型（空穴型）半导体

掺入硼杂质的硅（或锗）半导体中就具有相当数量的空穴载流子，这种半导体主要靠空穴导电，所以被称为空穴型半导体，简称为P型半导体。在P型半导体中，不但有数量很多的空穴而且还有少量的自由电子存在，空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。第8页，共107页。模拟电子技术与应用型（电子型）半导体

掺入磷杂质的硅（或锗）半导体中就具有相当数量的自由电子载流子，这种半导体主要靠自由电子导电，所以被称为电子型半导体，简称为N型半导体。在N型半导体中，不但有数量很多的自由电子而且还有少量的空穴存在，自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。第9页，共107页。模拟电子技术与应用1.1.5PN结

通过一定的生产工艺把一块半导体的P区部分和N区部分结合在一起，则它们的交界处就会形成一个具有特殊性能的薄层，称为PN结。PN结具有单向导电性，它是二极管、三极管、晶闸管以及半导体集成电路等半导体器件的核心部分。结的形成第10页，共107页。模拟电子技术与应用结的特性

外加正向电压时，PN结的正向电阻很小，正向电流较大，是多数载流子的扩散运动形成的，此时PN结正向导通。外加反向电压时，PN结的反向电阻很小，反向电流很小，是少数载流子的漂移运动形成的，此时PN结反向截止。PN结的这种特性称为单向导电性。第11页，共107页。模拟电子技术与应用1.2半导体二极管1.2.1二极管的结构和类型

从二极管P区引出的外引线称为二极管的阳极，将从二极管N区引出的外引线称为二极管的阴极。二极管的符号如图所示，其中三角箭头表示正向电流的方向，正向电流从二极管的阳极流入，阴极流出。第12页，共107页。模拟电子技术与应用二极管的结构和符号

第13页，共107页。模拟电子技术与应用

二极管有许多种类型。从工艺上分，有点接触型和面接触型；从材料上分，由硅二极管和锗二极管；从用途上分，有整流管、检波二极管、稳压二极管、光电二极管和开关二极管等。第14页，共107页。模拟电子技术与应用1.2.2二极管的伏安特性

根据理论分析，PN结两端的电压与流过PN结的电流之间的关系可表示为：结的伏安特性方程

此式称为理想二极管电流方程。式中，IS称为PN结的反向饱和电流，UT称为温度的电压当量，常温下UT≈26mV。U和I的参考方向都是由P指向N的。第15页，共107页。模拟电子技术与应用

当二极管承受正向电压小于某一数值(称为死区电压)时，还不足以克服PN结内电场对多数载流子运动的阻挡作用，这一区段二极管正向电流很小，称为死区。

通常，硅材料二极管的死区电压约为，锗材料二极管的死区电压约为。

2.二极管的伏安特性1）正向特性第16页，共107页。模拟电子技术与应用

当正向电压超过死区电压值时，外电场抵消了内电场，正向电流随外加电压的增加而明显增大，二极管正向电阻变得很小。当二极管完全导通后，正向压降基本维持不变，称为二极管正向导通压降UF。

一般硅管为，锗管为。第17页，共107页。模拟电子技术与应用

当二极管承受反向电压时，外电场与内电场方向一致，只有少数载流子的漂移运动，形成的漏电流IR极小，这时二极管反向截止。

当反向电压增大到某一数值时，反向电流将随反向电压的增加而急剧增大，这种现象称为二极管反向击穿。击穿时对应的电压UBR称为反向击穿电压。2）反向特性第18页，共107页。模拟电子技术与应用二极管的伏安特性曲线

第19页，共107页。模拟电子技术与应用1.2.3二极管的主要参数

1）第一部分用阿拉伯数字表示器件的电极数目：2代表二极管；3代表三极管。2）第二部分用汉语拼音字母表示器件的材料：A、B是锗材料；C、D是硅材料。3）第三部分用汉语拼音字母表示器件的用途。4）第四部分用阿拉伯数字表示序号。5）第五部分用汉语拼音字母表示规格号。1.二极管的型号命名法第20页，共107页。模拟电子技术与应用1）最大整流电流IFM：是指二极管长期工作时允许通过的最大正向平均电流值。2）最高反向工作电压URM：是指二极管不击穿所允许加的最高反向电压。3）最大反向电流IRM：是指二极管在常温下承受最高反向工作电压时的反向漏电流。4）最高工作频率fM：是指保持二极管单向导通性能时，外加电压允许的最高频率。2.二极管的主要参数第21页，共107页。模拟电子技术与应用1.2.4二极管的应用

二极管在数字电路中应用时，常将其理想化为一个无触电开关器件。二极管正向导通时，其正向压降为0，相当于开关闭合。二极管反向截止时，其反向电流为0，相当于开关断开。1.开关第22页，共107页。模拟电子技术与应用所谓的整流，就是将交流电变为单方向脉动的直流电。利用二极管的单向导电性可组成单相、三相等各种形式的整流电路，然后再经过滤波、稳压，便可获得平稳的直流电。2.整流3.钳位利用二极管正向导通时压降很小的特性，可组成钳位电路。第23页，共107页。模拟电子技术与应用利用二极管正向导通后其两端电压很小且基本不变的特性，可以构成各种限幅电路，使输出电压幅度限制在某一电压值以内。4.限幅5.元件保护

在电子线路中，常用二极管来保护其他元器件免受过高电压的损害。第24页，共107页。模拟电子技术与应用1.2.5特殊二极管

硅稳压二极管简称稳压管，是一种特殊的二极管，它与电阻配合具有稳定电压的特点。1.稳压二极管1）稳压二极管的伏安特性稳压二极管伏安特性及符号第25页，共107页。模拟电子技术与应用稳压管正向偏压时，其特性和普通二极管一样；反向偏压时，开始一段和二极管一样，当反向电压达到一定数值以后，反向电流突然上升，而且电流在一定范围内增长时，管两端电压只有少许增加，变化很小，具有稳压性能。这种“反向击穿”是可恢复的，只要外电路限流电阻保障电流在限定范围内，就不致引起热击穿而损坏稳压管。第26页，共107页。模拟电子技术与应用2）稳压二极管的主要参数（1）稳定电压值UZ：稳压管在正常工作时管子的端电压。（2）稳定电流IZ：稳压管正常工作时的参考电流。（3）动态电阻RZ：稳压管端电压的变化量与对应电流变化量之比。（4）稳定电压的温度系数：当温度变化1℃时稳压管的稳压值的相对变化量。（5）稳压管额定功耗PZM：保证稳压管安全工作所允许的最大功耗。第27页，共107页。模拟电子技术与应用3）稳压二极管的应用

稳压二极管用来构成的稳压电路，如图所示。UI是不稳定的可变直流电压，希望得到稳定的电压UO，故在两者之间加稳压电路。它由限流电阻R和稳压管VDz构成，RL是负载电阻。

稳压管稳压电路第28页，共107页。模拟电子技术与应用2.发光二极管1）发光二极管的符号及特性发光二极管符号和伏安特性曲线第29页，共107页。模拟电子技术与应用发光二极管是一种将电能直接转换成光能的固体器件，简称LED(LightEmittingDiode)。发光二极管和普通二极管相似，也由一个PN结组成。发光二极管在正向导通时，由于空穴和电子的复合而发出能量，发出一定波长的可见光。光的波长不同，颜色也不同。发光二极管的伏安特性如图所示。它和普通二极管的伏安特性相似，只是在开启电压和正向特性的上升速率上略有差异。当所施加正向电压时，正向电流几乎为零，但电压一旦超过开启电压时，电流急剧上升。第30页，共107页。模拟电子技术与应用2）发光二极管的应用（1）电源通断指示电路。电源通断指示发光二极管作为电源通断指示电路，通常称为指示灯，在实际应用中给人提供很大的方便。（2）数码管。数码管是电子技术中应用的主要显示器件，它是用发光二极管经过一定的排列组成的。要使它显示0-9的一系列数字只要点亮其内部相应的显示段即可。数码管应用十分广泛，凡是需要指示或读数的场合，大都可采用数码管显示。第31页，共107页。模拟电子技术与应用3.光电二极管1）光电二极管的结构与工作原理光电二极管又叫光敏二极管，它是一种将光信号转换为电信号的器件。光电二极管的基本结构也是一个PN结，但管壳上有一个窗口，使光线可以照射到PN结上。

光电二极管工作在反偏状态下。无光照时，与普通二极管一样，反向电流很小，被称为暗电流。当有光照时，其反向电流随光照强度的增加而增加，被称为光电流。

第32页，共107页。模拟电子技术与应用光电二极管符号和特性曲线第33页，共107页。模拟电子技术与应用2）主要参数（1）电参数:光电二极管的主要电参数有暗电流、光电流和最高工作电压。（2）光参数:光电二极管的主要光参数有光谱范围、灵敏度和峰值波长等。3）主要应用光电二极管作为光电器件，广泛应用于光的测量和光电自动控制系统。

第34页，共107页。模拟电子技术与应用4．变容二极管变容二极管是利用PN结结电容效应的特殊二极管。变容二极管被广泛应用于谐振回路中。例如，在电视机中就使用它作为调谐回路的可变电容器，实现电视频道的选择。在高频电路中的应用也很多，可用于自动调谐、调频、调相等。5．激光二极管激光是由人造的激光器产生的，在自然界中尚未发现。激光二极管的应用非常广泛，计算机的光驱、激光唱机和激光影碟机中都少不了它。第35页，共107页。模拟电子技术与应用1.3单相整流滤波电路1.3.1单相半波整流电路

1.单相半波整流电路的构成单相半波整流电路如图所示。它由变压器T，整流二极管VD及负载电阻RL组成。其中u1、u2分别表示变压器的原边和副边交流电压。变压器将电网交流电压u1变成整流电路所需的交流电压u2。二极管只允许正向电流通过。负载上的电压为整流输出电压uO。第36页，共107页。模拟电子技术与应用单相半波整流电路第37页，共107页。模拟电子技术与应用2.单相半波整流电路的工作原理

设变压器的次级电压为u2=U2sinωtV，认为变压器和二极管是理想器件。在u2的正半周，变压器副边电压极性是上正下负，二极管因承受正向电压而导通。此时负载电阻RL上输出波形与u2相同。在u2的负半周，变压器副边电压极性是上负下正，二极管因承受反向电压而截止。u2的电压全部加在二极管VD上。整个周期内负载电阻RL上只有半个周期的电压，即负载电阻RL上得到的是半波整流电压uo。第38页，共107页。模拟电子技术与应用单相半波整流电路电压、电流的波形第39页，共107页。模拟电子技术与应用在上图所示电路波形中，负载上得到的整流电压是单方向的，此电路只有半个周期有波形，另外半个周期无波形，因此称其为半波整流电路。单相半波整流电路虽然结构简单，所用元件少，但变压器利用率和整流效率低，输出电压脉动大，因此，单相半波整流电路只适用于小电流且对直流电源要求不高的场合。UO的平均值为：IO的平均值为：URM的值为：第40页，共107页。模拟电子技术与应用1.3.2单相全波整流电路

1.单相全波整流电路的构成为提高电源的利用率，可将两个半波整流电路合起来组成一个单相全波整流电路，如图所示。单相全波整流电路

第41页，共107页。模拟电子技术与应用2.单相全波整流电路的工作原理

二极管VD1，VD2在正、负半周轮流导通，且流过负载RL的电流为同一方向，故在正、负半周，负载上均有输出电压。UO的平均值为：IO的平均值为：URM的值为：单相全波整流电路输出直流电压和直流电流为半波时的两倍，每个二极管承受的反向峰值电压URM比单相半波整流电路增大了一倍。第42页，共107页。模拟电子技术与应用1.3.3单相桥式整流电路

1.单相桥式整流电路的构成单相桥式整流电路由四个二极管接成电桥形式组成的桥式整流电路，如图所示。单相桥式整流电路由变压器，四个整流二极管和负载组成，它属于全波整流电路。第43页，共107页。模拟电子技术与应用单相桥式整流电路第44页，共107页。模拟电子技术与应用2.单相桥式整流电路的工作原理

当U2是正半周时，二极管VD1和VD3导通，而二极管VD2和VD4截止，负载RL上的电流是自上而下流过负载，负载上得到了与U2正半周相同的电压。

在U2

的负半周，U2的实际极性是下正上负，二极管VD2和VD4导通而VD1和VD3截止，负载RL上的电流仍是自上而下流过负载，负载上得到了与U2正半周相同的电压，其电路工作波形如图所示，从波形图上可以看出，单相桥式整流比单相半波整流电路波形增加了1倍。第45页，共107页。模拟电子技术与应用单相桥式整流电路电压、电流的波形第46页，共107页。模拟电子技术与应用桥式整流电路的整流电压平均值UO比半波整流时增加一倍：每两个二极管串联轮换导通半个周期，每个二极管中流过的平均电流只有负载电流的一半：桥式整流电路通过负载电阻的直流电流也增加一倍：第47页，共107页。模拟电子技术与应用单相桥式整流电路，在变压器次级电压相同的情况下，输出电压平均值高、脉动小，整流二极管承受的反向电压和半波整流电路一样。虽然二极管用了四只，但小功率二极管体积小，价格低廉，因此单相桥式整流电路得到了广泛的应用。URM的值为：第48页，共107页。模拟电子技术与应用1.3.4倍压整流电路

倍压整流电路，利用倍压整流电路可以得到比输入交流电压高很多倍的输出直流电压。若在倍压整流电路中多增加几级，就可以得到近似几倍压的直流电压。此时只要将负载接至有关电容组的两端，就可以得到相应的多倍压的输出直流电压。第49页，共107页。模拟电子技术与应用1.3.5滤波电路

经过整流后，输出电压是一个单方向脉动电压，虽然是直流，但输出电压波形仍然保持输入正弦波的波形，电压起伏较大，在有些设备中不能适应（如电镀和蓄电池充电等设备）。为了得到平滑的直流电压波形，需在整流后再加入滤波电路，以改善输出电压的脉动性。常用的滤波电路有电容滤波、电感滤波、LC滤波和π型滤波等。第50页，共107页。模拟电子技术与应用1.电容滤波电路最简单的电容滤波是在负载RL两端并联一只较大容量的电容器，如图所示。电容滤波电路第51页，共107页。模拟电子技术与应用

1）负载开路时，电容无能量储存。接入交流电源后，当U2为正半周时，VD1、VD2导通，则对电容充电，当U2为负半周时，VD3、VD4导通，对电容充电。电容C迅速被充到交流电压U2的最大值。此时二极管的正向电压始终小于或等于零,故二极管均截止，电容不可能放电，故输出电压Uo恒为U2，其波形如图所示。第52页，共107页。模拟电子技术与应用

2）接入负载后，前半部分和负载开路时相同，当U2从最大值下降时，UC＞U2，二极管截止。电容通过负载放电。Uo按指数规律下降，如图所示。当U2的值再增大后，电容再继续充电，同时也向负载提供电流。电容上的电压仍会很快地上升。通过这种周期性充放电，在负载上得到比无滤波整流电路平滑的直流电，达到滤波效果。第53页，共107页。模拟电子技术与应用

为了保证输出电压的平滑，使脉动成分减小，电容器C的容量选择应满足：电容滤波简单，缺点是负载电流不能过大，否则会影响滤波效果，所以电容滤波适用于负载变动不大、电流较小的场合。其中T为交流电的周期。在单相桥式整流电容滤波时的直流输出电压UO一般估算为：第54页，共107页。2串联型稳压电路3）发射极—基极间反向击穿电压：第15页，共107页。因为热运动中自由电子和空穴两者如果相遇，则空穴会被自由电子填补掉，两种载流子就会一起消失，这个过程称为复合。PN结具有单向导电性，它是二极管、三极管、晶闸管以及半导体集成电路等半导体器件的核心部分。发光二极管的伏安特性如图所示。变压器将电网交流电压u1变成整流电路所需的交流电压u2。UDS较大，ID剧增，出现了击穿现象。在这种电路中，不论是电网电压波动还是负载电阻RL的变化，稳压管稳压电路都能起到稳压作用，因为UZ基本恒定，而UO=UZ。2）集电极－发射极反向饱和电流ICEO从三个区引出了三个电极：由基区引出的电极被称为基极，用字母b表示；形成反型层的临界电压，称为栅源阈电压（或称为开启电压），用UGS(th)表示。模拟电子技术与应用2.电感滤波电路利用电感的电抗性，同样可以达到滤波的目的。在整流电路和负载RL之间，串联一个电感L就构成了一个简单的电感滤波电路，如图所示。电感滤波电路第55页，共107页。模拟电子技术与应用根据电感的特点，在整流后电压的变化引起负载的电流改变时，电感L上将感应出一个与整流输出电压变化相反的反电动势，两者的叠加使得负载上的电压比较平缓，输出电流基本保持不变。虽然电感滤波电路对整流二极管没有电流冲击，但为了使L值大，多用铁芯电感，但体积大、笨重，且输出电压的平均值Uo较低。输出电压平均值Uo一般小于全波整流电路输出电压的平均值，如果忽略电感线圈的铜阻，则：第56页，共107页。模拟电子技术与应用3.LC滤波电路采用单一的电容或电感滤波时，电路虽然简单，但滤波效果欠佳。为了进一步减小输出电压的脉动程度，可以把前两种滤波结合起来，即用电容和铁芯电感组成LC滤波电路。LC滤波电路最简单形式如图所示。LC滤波电路第57页，共107页。模拟电子技术与应用4.Π型

滤波电路为了进一步减小输出的脉动成分，可在LC滤波电路的输入端再加一只滤波电容就组成了LC-Π型滤波电路，如图所示。Π型

滤波电路第58页，共107页。模拟电子技术与应用1.4晶体管1.4.1三极管的结构和类型

1.三极管的结构和类型三极管的内部结构为两个PN结。这两个PN结是由三个杂质半导体区域构成的，根据三个杂质半导体区域排列的方式不同，可分为NPN型和PNP型两种类型。

第59页，共107页。模拟电子技术与应用

不管是NPN型还是PNP型三极管都有三个区：其中位于中间的区被称为基区；其中一侧专门发射载流子的被称为发射区；另一侧专门收集载流子的被称为集电区。发射区与基区之间的PN结被称为发射结；集电区与基区之间的PN结被称为集电结。第60页，共107页。模拟电子技术与应用

从三个区引出了三个电极：由基区引出的电极被称为基极，用字母b表示；由发射区引出的电极被称为发射极，用字母e表示；由集电区引出的电极被称为集电极，用字母c表示。NPN型和PNP型三极管的符号的区别仅在于基极与发射极之间箭头的方向，箭头方向表示发射结加正向偏置时的电流方向。第61页，共107页。模拟电子技术与应用三极管结构示意图及表示符号第62页，共107页。模拟电子技术与应用2.三极管的电流分配与放大作用根据实验数据的比较分析，可得出如下结论：三个电流之间的关系符合基尔霍夫电流定律：

β称为三极管的电流放大系数，它反映三极管的电流放大能力，也可以说电流IB对IC的控制能力。

IE=IC+IB，IC≈IE

IB虽然很小，但对IC有控制作用，IC随IB改变而改变。第63页，共107页。模拟电子技术与应用1）三极管内部载流子的运动规律（1）发射区向基区发射电子。（2）基区中的电子进行扩散与复合。（3）集电区收集电子。

从发射区注入到基区的电子只有很小一部分在基区复合掉，绝大部分到达集电区。这就是说构成发射极电流IE的两部分中，IBE部分是很小的，ICE部分所占百分比是大的，若它们的比值用β表示，则有：

2）三极管的电流分配关系第64页，共107页。硅和锗原子结构平面示意图1）发光二极管的符号及特性二极管可用于整流、限幅、钳位和元件保护等。串联型直流稳压电源电路是最常用的稳压电路。4）最高工作频率fM：是指保持二极管单向导通性能时，外加电压允许的最高频率。为栅极和源极之间的直流电阻值，指在漏极、源极间短路的条件下，栅源间加一定电压时，栅源电压与栅源电流之比。半导体三极管是一种电流控制器件，它的输出特性曲线可以分为三个工作区域：放大区（或恒流区）、饱和区和截止区。稳压二极管用来构成的稳压电路，如图所示。转移特性是指在漏源电压UDS一定时，漏极电流ID同栅源电压UGS的关系。1）三极管内部载流子的运动规律2二极管的伏安特性极间反向饱和电流同电流放大系数一样，都是表征三极管优劣的主要指标。U（BR）CEO是基极开路时，集电极与发射极之间最大允许电压。整流电路是利用二极管的单向导电特性，把大小方向均变的交流电变为仅大小变而方向不变的脉动直流电。一般半导体都是晶体结构，所以半导体管又叫做晶体管。UI是不稳定的可变直流电压，希望得到稳定的电压UO，故在两者之间加稳压电路。模拟电子技术与应用

3）放大作用

由于发射结两端电压的变化引起了发射极电流的变化，集电极电流和基极电流也会发生相应的变化，它们的变化量分别用ΔIC和ΔIB表示。它们的比值称为共发射极交流电流放大系数，用β表示。β是表征三极管电流放大能力的参数。这种以较小的输入电流变化控制较大的输出电流变化的作用，就是三极管的电流放大作用。第65页，共107页。模拟电子技术与应用1.4.2三极管的特性曲线

1.共射输入特性曲线1）当UCE

=0时，相当于集电极和发射极间短路，三极管等效成两个二极管并联，其特性类似于二极管的正向特性。2）当UCE≥1V时，输入特性曲线右移，表明对应同一个UBE值，IB减小了，或者说，要保持IB不变，UBE需增加。这是因为集电结加反向电压，使得扩散到基区的载流子绝大部分被集电结吸引过去而形成集电极电流IC,只有少部分在基区复合，形成基极电流IB,所以IB减小而使曲线右移。第66页，共107页。模拟电子技术与应用三极管的输入特性曲线第67页，共107页。模拟电子技术与应用2.共射输出特性曲线根据三极管的工作状态，将曲线分为三个区域：1）截止区：把IB=0的那条曲线以下的区域称为截止区，发射结合集电结都处于反向偏置。2）放大区：在IB=0的特性曲线上方，各条输出特性曲线近似平行于横轴的曲线簇部分。发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置。3）饱和区：输出特性曲线近似直线上升部分称为饱和区，UCE<1V，三极管饱和时称为饱和压降，用UCES来表示。此时发射结和集电结都处于正偏。第68页，共107页。模拟电子技术与应用三极管的输出特性曲线第69页，共107页。模拟电子技术与应用1.4.3三极管的主要参数

1.电流放大系数1）动态（交流）电流放大系数2）静态（直流）电流放大系数两者含义不同，但通常在输出特性线性较好的情况下，两个数值差别很小，一般不作严格区分。

第70页，共107页。模拟电子技术与应用极间反向饱和电流同电流放大系数一样，都是表征三极管优劣的主要指标。常用的反向截止电流有两种。2）集电极－发射极反向饱和电流ICEOICEO是当三极管基极开路而集电结反偏和发射结正偏时的集电极电流。ICEO越小越好。2．极间反向饱和电流

1）集电极－基极反向饱和电流ICBOICBO是当三极管发射极开路而集电结处于反向偏置时的集电极电流值。ICBO越小越好。第71页，共107页。模拟电子技术与应用

1）集电极最大允许电流：

ICM是指三极管集电极允许的最大电流。3）发射极—基极间反向击穿电压：U（BR）EBO是集电极开路时，发射极与基极之间的最大允许电压。3．极限参数

2）集电极—发射极间反向击穿电压：U（BR）CEO是基极开路时，集电极与发射极之间最大允许电压。4）集电极最大允许耗散功率：

PCM表示集电结上允许损耗功率的最大值。第72页，共107页。模拟电子技术与应用1.4.4三极管的温度特性

1.输入特性与温度的关系

当温度升高时，和二极管相似，发射结正向压降UBE将减小。

由于少数载流子的数量随着温度上升而急剧增加，所以ICBO随着温度上升而增大。

如果环境温度高于20℃时，这两个参数都要降低使用。2.输出特性与温度的关系3.温度对U（BR）CEO和PCM的影响第73页，共107页。模拟电子技术与应用1.5场效应管1.5.1结型场效应管

1.结型场效应管的结构及符号

结型场效应管，简称JFET，分为N型沟道和P型沟道两种。它是在一块N型半导体材料作衬底，在其两侧各制成一个高掺杂的P型区（用P+表示），形成两个不对称的PN结，即耗尽层。两个P型区连接在一起，引出一个电极为栅极G；N型区的两端各引出一个电极，为漏极D和源极S。第74页，共107页。模拟电子技术与应用

源极注入电流，对应三极管的发射极；漏极有电流流出，对应于三极管的集电极；栅极控制载流子流通的数量，对应于三极管的基极。与三极管不同的是，结型场效应管的源极和漏极是完全对称的，因此其漏极和源极可以互换。两个PN结之间的N区是载流子流过的通道，称为导电沟道。这种形式的管子称为N沟道结型场效应管，电路符号如图所示，箭头方向表示场效应管沟道的类型，总是由P区指向N区，故N沟道场效应管符号的箭头向里。第75页，共107页。模拟电子技术与应用结场效应管符号

如果用P型半导体材料作衬底，则可构成P沟道结型场效应管，其代表符号如图所示。N沟道和P沟道结型场效应管符号上的区别，在于栅极的箭头方向不同，但都要由P区指向N区。第76页，共107页。模拟电子技术与应用2.基本工作原理

以N沟道为例分析结型场效应管的工作原理。管子在正常工作时，栅极和源极之间所加电压称为栅源电压，或简称栅偏压，用UGS表示，电压方向应满足PN结反偏，即栅极为负，源极为正。在UGS的作用下PN结反偏，栅极电流很小，因此场效应管具有很高的输入电阻。源极和漏极之间所加电压，称为漏源电压，用UDS表示，其方向应使漏极为正，源极为负。第77页，共107页。模拟电子技术与应用1）当UGS=0时：PN结的耗尽层只占N型半导体体积的很小一部分，导电沟道比较宽，沟道电阻较小。

3）当栅源电压UGS负到某一值时：当栅源电压UGS负到某一值时，两边的耗尽层近于碰上，仿佛沟道被夹断，沟道电阻趋于无穷大，此时的栅源电压称为夹断电压，并以UGS（off）表示。

2）当在栅极和源极之间加上一个可变直流负电源UGG时：此时栅源电压UGS为负值，两个PN结都处于反向偏置，耗尽层加宽，导电沟道变窄，沟道电阻加大，而且栅源电压UGS愈负，导电沟道愈窄，沟道电阻愈大。第78页，共107页。模拟电子技术与应用

由以上的分析可知，改变栅源电压UGS的大小就能改变导电沟道的宽窄，也就能改变沟道电阻的大小。如果在漏极和源极之间接入一个适当大小的正电源UDD，则N型导电沟道中的多数载流子便从源极通过导电沟道向漏极作漂移运动，从而形成漏极电流ID。在漏源电压UDS一定时，ID的大小是由导电沟道的宽窄决定的，当UGS=UGS（off）时，ID≈0。

P沟道结型场效应管的工作原理与N沟道的相同，但UGS、UDS和ID的方向与N沟道的情况相反。第79页，共107页。模拟电子技术与应用

1）转移特性曲线：

转移特性是指在漏源电压UDS一定时，漏极电流ID同栅源电压UGS的关系。UGS对ID的控制作用。UGS=0时的ID，称为栅源短路时漏极电流，记为IDSS。使ID≈0时的栅源电压就是栅源截止电压UGS（off）。3．特性曲线第80页，共107页。模拟电子技术与应用

2）输出特性曲线：管子的工作状态可分为可变电阻区、恒流区和击穿区这三个区域。

N沟道结型场效应管的输出特性曲线第81页，共107页。模拟电子技术与应用（1）可变电阻区：特性曲线上升的部分，UDS较小，ID随UDS的增加而上升，管子的工作状态相当于一个电阻，且大小UGS的大小变化而变。（2）恒流区：场效应管用作小信号放大的线性放大区，曲线近于水平，ID的值不变。在此区内，ID不随UDS改变，只随UGS变化，表现出UGS对ID的控制作用。（3）击穿区：随UDS的增加，栅极、漏极间PN结上的反向偏压超过它所能承受的极限时，将发生击穿，使漏极电流ID急剧上升。UDS较大，ID剧增，出现了击穿现象。场效应管工作时，不允许进入这个区域。第82页，共107页。模拟电子技术与应用1）饱和漏极电流IDSS：

是当UGS=0，且UDS≥|UGS（off）|时的漏极电流值。是结型场效应管所能输出的最大漏极电流。2）夹断电压UGS(off)：

当UDS取某一非零固定值时，增大|UGS|使ID逐渐减小，当ID趋近于某一微小数值时，栅源极之间所加的电压UGS即为夹断电压。3）直流输入电阻RGS：

为栅极和源极之间的直流电阻值，指在漏极、源极间短路的条件下，栅源间加一定电压时，栅源电压与栅源电流之比。4．结型场效应管的主要参数第83页，共107页。模拟电子技术与应用4）低频跨导gm

：在UDS固定的条件下，当输入电压信号UI使UGS产生一个增量ΔUGS，则漏极电流受栅极电压的控制将产生了相应的增量ΔID，低频跨导gm反映了栅源电压对漏极电流的控制作用，gm与管子的工作点有关，ID越大，gm就越大。5）输出电阻RD：

表明UDS对ID的影响。在饱和区ID几乎不随UDS变化，因此RD的数值很大。第84页，共107页。模拟电子技术与应用6）击穿电压：击穿电压有漏源击穿电压U（BR）DS和栅源击穿电压U（BR）GS。7）最大耗散功率PDM：

与晶体管的最大耗散功率意义相同，是决定管子温升的参数。8）最大漏极电流IDM：

管子工作时，ID不允许超过这个值。第85页，共107页。模拟电子技术与应用1.5.2绝缘栅场效应管

1.N沟道增强型绝缘栅场效应管的结构

以一块杂质浓度较低的P型硅半导体薄片作衬底，利用扩散方法在上面形成两个高掺杂的N+区，并在N+区上安置两个电极，分别称为源极（S）和漏极（D）；然后在半导体表面覆盖一层很薄的二氧化硅绝缘层，并在二氧化硅表面再安置一个金属电极，称为栅极（G）；栅极同源极、漏极均无电接触，故称“绝缘栅极”。第86页，共107页。模拟电子技术与应用

如果以N型硅作衬底，可制成P沟道增强型绝缘栅场效应管。N沟道和P沟道增强型绝缘栅场效应管的符号分别如图所示，它们的区别是衬底的箭头方向不同。增强型绝缘栅场效应管的符号第87页，共107页。模拟电子技术与应用2.N沟道增强型绝缘栅场效应管的工作原理

在栅、源极间加上一个正电源UGG，并将衬底与源极相连，栅极和衬底相当于以二氧化硅为介质的平板电容器，在正栅源电压UGS的作用下，介质中便产生垂直于P型衬底表面的由栅极指向衬底的电场，将衬底里的电子感应到表面上来。当UGS较小时，感应到衬底表面上的电子数很少，并被衬底表层的大量空穴复合掉；直至UGS增加超过某一临界电压时，介质中的强电场才在衬底表面层感应出“过剩”的电子。于是，便在P型衬底的表面形成一个N型层，就是反型层。它与漏、源的N+区之间没有PN结阻挡层，而具有良好的接触，相当于将漏、源极连在一起。第88页，共107页。模拟电子技术与应用

上述这种在UGS=0时没有导电沟道，而必须依靠栅源正电压的作用，才能形成导电沟道的场效应管，称为增强型场效应管。

若此时加上漏源电压UDS，就会产生ID。形成反型层的临界电压，称为栅源阈电压（或称为开启电压），用UGS(th)表示。这个反型层就构成源极和漏极的N型导电沟道，由于它是在电场的感应下产生的，故也称为感生沟道。第89页，共107页。模拟电子技术与应用3.N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的工作原理

N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的结构和增强型基本相同，只是在制作这种管子时，预先在二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子。这样，即使在UGS=0时，由于正离子的作用，也能在P型衬底表面形成感生沟道，将源区和漏区连接起来。

当漏、源极之间加上正电压UDS时，就会有较大的漏极电流ID。如果UGS为负，介质中的电场被削弱，使N型沟道中感应的负电荷减少，沟道变薄，ID减小。称为“耗尽型”。不论栅源电压为正还是为负都能起控制ID大小的作用，而又基本无栅流，这是这种管子的一个重要特点。

第90页，共107页。模拟电子技术与应用

N沟道耗尽型绝缘栅场效应管和P沟道耗尽型绝缘栅场效应管的符号。二者的区别只是衬底U的箭头方向不同。耗尽型绝缘栅场效应管符号第91页，共107页。模拟电子技术与应用1.5.3场效应管的特点

1.电压控制器件

场效应管的栅极处于反向PN结或绝缘状态，栅极电流很小，场效应管是通过输入电压来控制电流的，是电压控制器件，而三极管是通过输入电流来控制电流的，是电流控制器件。2.抗变化能力强场效应管中参与导电的只有多数载流子，即只有一种载流子参与导电，被称为单极型三极管。由于多数载流子数量受温度、辐射等外界影响较小，因此场效应管抗环境变化影响的能力比三极管好。第92页，共107页。模拟电子技术与应用3.使用灵活

从结构上看，场效应管的源极和漏极结构对称，可以互换使用；耗尽型MOS管的栅源电压可以为正、负或零，使用时比三极管灵活。4.可变电阻在发生预夹断前，场效应管具有可变电阻的特点，可作为电压控制的可变电阻，被称为压控电阻。5.可用作开关利用沟道的导通或夹断，场效应管可作为电压控制的开关，通常被称为模拟开关。第93页，共107页。模拟电子技术与应用1.6直流稳压电源电路小功率直流电源一般由交流电源变压器、整流、滤波和稳压电路几部分组成，如图所示。直流电源的组成方框图

第94页，共107页。模拟电子技术与应用1.6.1硅稳压管稳压电路

1.硅结型场效应管的结构及符号硅稳压管组成的稳压电路如图所示。硅稳压管稳压电路

第95页，共107页。模拟电子技术与应用

图中稳压管VD与负载电阻RL并联，在并联后与整流滤波电路连接时，要串联一个限流电阻R。由于VD与RL并联，所以也称并联稳压电路。经整流滤波后得到的直流电压作为稳压电路的输入电压UI，限流电阻R和稳压管组成稳压电路，输出电压UO=UZ。在这种电路中，不论是电网电压波动还是负载电阻RL的变化，稳压管稳压电路都能起到稳压作用，因为UZ基本恒定，而UO=UZ。第96页，共107页。模拟电子技术与应用1）UI不变，改变负载电阻RL如果输入电压UI不变而负载电阻RL减小，这时负载上电流IL要增加，电阻R上的电流IR也有增大的趋势，则UR也趋于增大，这将引起输出电压UO=UZ的下降。稳压管的反向伏安特性已经表明如果UZ略有减小，稳压管电流IZ将显著减小，IZ的减少量将补偿IL所需要的增加量，使得IR基本不变，这样输出电压UO也就基本稳定下来。负载电阻RL增大时，IL减小，IZ增加，保证了IR基本不变，同样稳定了输出电压UO。第97页，共107页。模拟电子技术与应用2）负载电阻RL不变，改变输入电压UI如果负载电阻RL保持不变，而电网电压的波动引起输入电压UI升高时，电路的传输作用使输出电压也就是稳压管两端电压也趋于上升。由稳压管反向特性知，IZ将显著增加，于是电流IR加大，所以电压UR升高，即输入电压的增加量基本降落在电阻R上，从而使输出电压UO基本上没有变化，达到了稳定输出电压的目的。同理，电压UI降低时，也通过类似过程来稳定UO。第98页，共107页。模拟电子技术与应用2.稳压电源的主要技术指标1）稳压系数γ：是当负载电流IO和环境温度保持不变时，用输出电压与输入电压的相对变化量之比来表征稳压性能。

2）输出电阻rO：是指当输入电压UI及环境温度不变时，由于负载电流IO的变化引起的UO变化。3）动态电阻rn：在高频脉冲负载电流工作时，其值随频率增高而增大，因此用它来表示电源在高频脉冲负载电流作用下，所引起的电压瞬态变化程度。第99页，共107页。模拟电子技术与应用1.6.2串联型稳压电路

1.串联型稳压电路的工作原理串联型稳压电路如图所示。串联型稳压电路

第100页，共107页。模拟电子技术与应用1）负载不变，改变输入整流电压Ui:Ui增加时，输出电压UO有增高的趋势，由于三极管基极电位被稳压管VD固定，故UO的增加将使三极管的发射结上正向偏压降低，基极电流减小，从而使三极管的集射极间的电阻增大，UCE增加，于是抵消了Ui的增加，使UO基本保持不变。2）输入电压Ui不变，改变负载电流:当Ui不变，负载电流变化时，稳压过程为：IO↑→

UO↑→UBE↓→IB↓→IC↓→UCE↑→UO↓第101页，共107页。模拟电子技术与应用2.提高稳压性能的措施和保护电路

2）保护电路对于串联型晶体管稳压电路，由于负载和调整管是串联的，所以随着负载电流的增加，调整管的电流也要增加，从而使管子的功耗增加；如果在使用中不慎，使输出短路，则不但电流增加，且管压降也增加，很可能引起调整管损坏。

1）提高稳压性能为了提高稳压电源的稳压性能，稳压电源的比较放大器可采用其它相应的电路，如具有恒流源负载的稳压电路。第102页，共107页。模拟