模拟电子技术及应用高职学习资料

书名：模拟电子技术及应用第2版ISBN：978-7-111-45310-9作者：曹光跃出版社：机械工业出版社本书配有电子课件2.1双极型半导体三极管一、双极型半导体三极管的结构和工作原理二、晶体三极管的特性曲线三、三极管的主要参数四、光电三极管第二章半导体三极管及放大电路基础一、双极型半导体三极管的结构和工作原理（一）双极型半导体三极管（BJT）结构NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型分类：按材料分：硅管、锗管按结构分：

NPN、PNP按使用频率分：

低频管、高频管按功率分：小功率管<500mW中功率管0.51W大功率管>1WECBECB第二章半导体三极管及放大电路基础双极型半导体三极管的实物图金属封装小功率管

塑封小功率管

塑封大功率管金属封装大功率管第二章半导体三极管及放大电路基础（二）工作原理三极管放大的条件内部条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电结面积大外部条件发射结正偏集电结反偏外加电源与管子的连接方式VCCRCICecbVBBRbIBUBEUCEIEVCCRCICecbVBBRbIBUBEUCEIENPN型管的连接方式PNP型管的连接方式第二章半导体三极管及放大电路基础三极管内部载流子的传输过程(以NPN型为例)1)

在VBB提供的正偏电压作用下,发射区向基区注入多子电子，形成发射极电流

IE。ICN多数向BC结方向扩散形成ICN。IE少数与空穴复合，形成IBN。IBNI

CBOIBIC2)电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略)ICN≈ICIBN≈IB基区空穴来源基极电源提供(IB)集电区少子漂移(ICBO)IB三个电极的电流关系:IE=IC+IB直流电流放大系数:第二章半导体三极管及放大电路基础满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极电路共集电极电路共基极电路实现电路uiuoRBRCuouiRCRE第二章半导体三极管及放大电路基础二、晶体三极管的特性曲线（一）输入特性输入回路输出回路与二极管特性相似RCVCCiBIERB+uBE+uCEVBBCEBiC+++iBRB+uBEVBB+O特性基本重合(电流分配关系确定)特性右移(因集电结开始吸引电子)导通电压UBE(on)硅管：(0.60.8)V锗管：

(0.20.3)V取0.7V取0.2VVBB+RB第二章半导体三极管及放大电路基础（二）输出特性iC

/mAuCE

/V100µA80µA60µA40µA20µAiB=0O24684321截止区：

iB0

iC=ICEO0条件：两个结反偏2.放大区：3.饱和区：uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0条件：两个结正偏特点：iC

iB临界饱和时：uCE

=uBE深度饱和时：0.3V(硅管)uCE=U(CES)=0.1V(锗管)放大区截止区饱和区条件：发射结正偏集电结反偏特点：水平、等间隔ICEO第二章半导体三极管及放大电路基础（三）温度对三极管特性曲线的影响1.温度升高，输入特性曲线向左移。温度每升高1C，UBE

(22.5)mV。温度每升高10C，ICBO

约增大1倍。2.温度升高，输出特性曲线向上移。OT1T2>iCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0温度每升高1C，

(0.51)%。输出特性曲线间距增大。O第二章半导体三极管及放大电路基础三、三极管的主要参数1、电流放大系数（1）共发射极电流放大系数iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321—直流电流放大系数

—交流电流放大系数一般为几十几百（2）共基极电流放大系数1一般在0.98以上。

Q2、极间反向饱和电流CB极间反向饱和电流

ICBO，CE极间反向饱和电流ICEO。第二章半导体三极管及放大电路基础3、极限参数1.ICM

—集电极最大允许电流，超过时

值明显降低。U(BR)CBO

—发射极开路时C、B极间反向击穿电压。2.PCM—集电极最大允许功率损耗PC=iC

uCE。3.U(BR)CEO

—基极开路时C、E极间反向击穿电压。U(BR)EBO

—集电极极开路时E、B极间反向击穿电压。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBOiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作区四、光电三极管

光电三极管的工作原理是将光照后产生的电信号又进行了放大，用光的强度来控制集电极电流的大小。

符号：ce第二章半导体三极管及放大电路基础2.2场效应管二、结型场效晶体管三、场效晶体管的主要参数一、MOS场效应晶体管第二章半导体三极管及放大电路基础（一）N沟道增强型MOS场效应晶体管一、MOS场效应晶体管（IGFET）1.结构与符号P型衬底(掺杂浓度低)N+N+用扩散的方法制作两个N区在硅片表面生一层薄SiO2绝缘层SD用金属铝引出源极S和漏极DG在绝缘层上喷金属铝引出栅极GB耗尽层S—源极SourceG—栅极Gate

D—漏极DrainSGDB第二章半导体三极管及放大电路基础2.工作原理（1）uGS

对iD的控制作用a.

当uGS=0

，D、S间为两个背对背的PN结；b.

当0<uGS<UT(开启电压)时，G、B间的垂直电场吸引

P区中电子形成离子区(耗尽层)；c.

当uGS

UT

时，衬底中电子被吸引到表面，形成导电沟道。uGS

越大沟道越厚。反型层(沟道)第二章半导体三极管及放大电路基础(2)uDS

对

iD的影响(uGS>UT)

D、S间的电位差使沟道呈楔形，uDS，靠近漏极端的沟道厚度变薄。预夹断(UGD=

UT)：漏极附近反型层消失。预夹断发生之前：uDSiD。预夹断发生之后：uDSiD不变。第二章半导体三极管及放大电路基础3.特性曲线2464321uGS/ViD/mAUDS=10VUT当uGS>UT

时：uGS=2UT时的

iD值输出特性曲线可变电阻区uDS<uGSUTuDSiD

，直到预夹断饱和(放大区)uDS，iD

不变uDS加在耗尽层上，沟道电阻不变截止区uGS

UT

全夹断iD=0

开启电压iD/mAuDS/VuGS=2V4V6V8V截止区

饱和区可变电阻区放大区恒流区OO转移特性曲线第二章半导体三极管及放大电路基础（二）N沟道耗尽型MOS场效应晶体管SGDBSio2

绝缘层中掺入正离子在uGS=0时已形成沟道；在DS间加正电压时形成iD，uGS

UP（夹断电压）

时，全夹断。输出特性uGS/ViD/mA转移特性IDSSUP夹断电压饱和漏极电流当uGS

UP

时，uDS/ViD/mAuGS=0.4V0.2V0V0.2VOO第二章半导体三极管及放大电路基础(三)P沟道MOSFET增强型耗尽型SGDBSGDB第二章半导体三极管及放大电路基础N沟道增强型SGDBiDP沟道增强型SGDBiD2–2OuGS/ViD/mAOuDS/ViD/mA–2V–4V–6V–8VuGS=8V6V4V2VSGDBiDN沟道耗尽型iDSGDBP沟道耗尽型IDSSuGS/ViD/mA–5O5OuDS/ViD/mA5V2V0V–2VuGS=2V0V–2V–5VN沟道结型SGDiDSGDiDP沟道结型uGS/ViD/mA5–5OIDSSUPOuDS/ViD/mA5V2V0VuGS=0V–2V–5VFET符号、特性的比较UTUP第二章半导体三极管及放大电路基础场效晶体管FET

(FieldEffectTransistor)类型：结型JFET

(JunctionFieldEffectTransistor)绝缘栅型IGFET(InsulatedGateFET)特点：1.单极性器件(一种载流子导电)3.工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强等优点。2.输入电阻高(1081015，IGFET可高达1015)第二章半导体三极管及放大电路基础二、结型场效晶体管（一）结构与符号N沟道JFETP沟道JFET有三个电极：栅极（G）、源极（S）、漏极（D）。第二章半导体三极管及放大电路基础（二）工作原理uGS

0，uDS

>0

此时

uGD=UP；

沟道楔型耗尽层刚相碰时称预夹断。预夹断当uDS

，预夹断点下移。（三）转移特性和输出特性当UP

uGS0时,uGSiDIDSSuDSiDuGS=–3V–2V–1V0V–3VUPOO工作状态可变电阻区饱和区（恒流区）击穿区第二章半导体三极管及放大电路基础三、场效晶体管的主要参数1.开启电压UT(增强型)

夹断电压

UP(耗尽型)

指uDS=某值，使漏极电流iD为某一小电流时的uGS

值。UTUP2.饱和漏极电流

IDSS耗尽型场效晶体管，当uGS=0时所对应的漏极电流。3.直流输入电阻

RGS指漏源间短路时，栅、源间加反向电压呈现的直流电阻。JFET：RGS>107

MOSFET：RGS=109

1015IDSSuGS/ViD/mAO（一）直流参数第二章半导体三极管及放大电路基础1.低频跨导

gm反映了uGS对iD的控制能力，单位S(西门子)。一般为几毫西

(mS)PDM=uDSiD，受温度限制。2.输出电阻

rd6.最大漏极功耗

PDMuGS/ViD/mAQO（二）交流参数3.极间电容CGS、CGDCGS是栅源极间的电容，CGD是栅漏极间的电容。4.最大漏源电压U(BR)DS5.最大栅源电压U(BR)GS（三）极限参数第二章半导体三极管及放大电路基础2.3放大电路的基础知识一、放大电路的组成及各元件的作用二、放大电路的主要性能指标第二章半导体三极管及放大电路基础一、放大电路的组成及各元件的作用

把微弱的电信号转换成较强电信号的电路称为放大电路，简称放大器。

直流电源信号源放大电路负载

放大电路必须对电信号有功率放大作用，即：放大电路的输出功率应比输入信号的功率大。1.放大电路的组成第二章半导体三极管及放大电路基础2.基本放大电路中各元件的作用VCC提供偏置电压提供能量RB基极偏置电阻RC集电极负载电阻C1隔离放大电路与信号源直流通路C2隔离放大电路与负载直流通路RL放大电路的负载电阻第二章半导体三极管及放大电路基础二、放大电路的主要性能指标电压增益

Au(dB)=20lg|Au|1.放大倍数电压放大倍数

Au=Uo/Ui电流放大倍数

Ai=Io/Ii功率放大倍数

AP

=Po/Pi电流增益Ai(dB)=20lg|Ai|功率增益

AP

(dB)=10lgAP..Io.Ii.1122放大电路RSRL+Ui–.+Uo–.Us.+_......第二章半导体三极管及放大电路基础2.输入电阻１1+us–RS+ui–iiRiRi越大，ui与us越接近测量：Ri信号发生器放大电路RPRiUi.Us.++__Ii.调节RP使：Ui=0.5Us则有：Ri=Rp