半导体器件及整流电路课件

半導體器件及整流電路

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電子技術包含模擬電子技術基礎和數字電子技術基礎兩部分內容，模擬電子技術主要研究模擬電子信號的相關課目，數字電子技術主要研究數字電子信號的相關課目。是理工科（非電專業）學生必修的一門基礎理論課。前面四章主要介紹常用半導體器件、放大電路、集成運算放大器和穩壓電源電路，是研究低頻範圍內的在時間和空間上都連續的模擬信號的基本技術理論。後面章節著重介紹邏輯代數、門電路、組合邏輯電路、時序邏輯電路等，研究在時、空上不連續的、斷續的數字信號的基本技術理論。2

對於元器件，重點放在特性、技術指標和正確使用方法上面，瞭解其內部機理。討論器件的目的在於應用。學會用工程觀點分析問題，就是根據實際情況，對器件的數學模型和電路的工作條件進行合理的近似，以便用簡便的分析方法獲得具有實際意義的結果。器件是非線性的，特性有分散性，R，C的值有誤差。工程上允許一定的誤差。採用合理估算的方法。對電路進行整體考慮時，只要能滿足技術指標，就不要過分追究精確的數值。但分析計算時另當別論。我們在分析計算時一般都以理想條件為前提，已經考慮了各項近似因素。31.1半導體二極體及整流電路

半導體器件是用半導體材料製成的電子器件。常用的半導體器件有二極體、三極管、場效應電晶體、集成塊等。半導體器件是構成各種電子電路最基本的元件。1.1.1半導體的導電特徵導體：很容易導電的物體，如金、銀、銅、鐵等。絕緣體：不容易導電或者完全不導電的物體，如塑膠、橡膠、陶瓷、玻璃等。半導體：導電性能介於導體和絕緣體之間的物質，如矽(Si)、鍺(Ge)、金屬氧化物等。矽和鍺是4價元素，原子的最外層軌道上有4個價電子。物質導電性能的差異決定於物質內部原子結構及原子與原子之間的結合方式。4半導體的特性：

(可製成溫度敏感元件，如熱敏電阻)摻雜性：往純淨的半導體中摻入某些雜質，使其導電能力明顯改變。光敏性：當受到光照時，其導電能力明顯變化。(可製成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極體、光敏三極管、光電池等)。熱敏性：當環境溫度升高時，導電能力明顯増強。5本征半導體完全純淨的、結構完整的半導體晶體，稱為本征半導體。矽和鍺的晶體結構6

室溫下，由於熱運動少數價電子掙脫共價鍵的束縛成為自由電子，同時在共價鍵中留下一個空位，這個空位稱為空穴。失去價電子的原子成為正離子，就好象空穴帶正電荷一樣。在電子技術中，將空穴看成帶正電荷的載流子。

純淨的半導體叫本征半導體。每個原子周圍有四個相鄰的原子，每個原子的一個外層價電子與另一原子的外層價電子組成電子對，原子之間的這種電子對為兩原子共有，稱為共價鍵結構。原子通過共價鍵緊密結合在一起。兩個相鄰原子共用一對電子。由於溫升、光照等原因，共價鍵的電子容易掙脫鍵的束縛成為自由電子。這是半導體的一個重要特徵。1．熱激發產生自由電子和空穴7矽和鍺的共價鍵結構共價鍵共用電子對

共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子。+4+4+4+48+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子

在常溫下，由於熱激發，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。

本征半導體的導電機理這一現象稱為本征激發。9（與自由電子的運動不同）有了空穴，鄰近共價鍵中的價電子很容易過來填補這個空穴，這樣空穴便轉移到鄰近共價鍵中（這是一種相對運動），新的空穴又會被鄰近的價電子填補。帶負電荷的價電子依次填補空穴的運動，從效果上看，相當於帶正電荷的空穴作相反方向的運動。本征半導體中有兩種載流子：帶負電荷的自由電子和帶正電荷的空穴，這是半導體與導體在導電原理上的本質區別。熱激發產生的自由電子和空穴是成對出現的，電子和空穴又可能重新結合而成對消失，稱為複合。在一定溫度下自由電子和空穴維持一定的濃度，達到動態平衡。2．空穴的運動103.在純淨半導體中摻入某些微量雜質，其導電能力將大大增強在純淨半導體矽或鍺（4價）中摻入磷、砷等5價元素，由於這類元素的原子最外層有5個價電子，故在構成的共價鍵結構中，由於存在一個多餘的價電子而產生大量自由電子，這種半導體主要靠自由電子導電，稱為電子半導體或N型半導體，其中自由電子為多數載流子，熱激發形成的空穴為少數載流子。（1）N型半導體自由電子

多數載流子（簡稱多子）空穴少數載流子（簡稱少子）11N型半導體

摻雜濃度遠大於本征半導體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大於空穴濃度。

自由電子稱為多數載流子（多子），

空穴稱為少數載流子（少子）。+4+4+4+4+5多餘電子磷原子摻入五價元素在常溫下即可變為自由電子失去一個電子變為正離子（2）P型半導體在純淨半導體矽或鍺（4價）中摻入硼、鋁等3價元素，由於這類元素的原子最外層只有3個價電子，故在構成的共價鍵結構中，由於缺少價電子而形成大量空穴，這類摻雜後的半導體其導電作用主要靠空穴運動，稱為空穴半導體或P型半導體，其中空穴為多數載流子，熱激發形成的自由電子是少數載流子。自由電子

多數載流子（簡稱多子）空穴少數載流子（簡稱少子）13P型半導體

摻雜濃度遠大於本征半導體中載流子濃度，所以，空穴濃度遠大於自由電子濃度。

空穴稱為多數載流子（多子），

自由電子稱為少數載流子（少子）。+4+4+4+4+3硼原子空穴摻入三價元素接受一個電子變為負離子無論是P型半導體還是N型半導體都是中性的，通常對外不顯電性。摻入的雜質元素的濃度越高，多數載流子的數量越多。只有將兩種雜質半導體做成PN結後才能成為半導體器件。15半導體中載流子有擴散運動和漂移運動兩種運動方式。載流子在電場作用下的定向運動稱為漂移運動。在半導體中，如果載流子濃度分佈不均勻，因為濃度差，載流子將會從濃度高的區域向濃度低的區域運動，這種運動稱為擴散運動。將一塊半導體的一側摻雜成P型半導體，另一側摻雜成N型半導體，在兩種半導體的交界面處將形成一個特殊的薄層→

PN結。1．PN結的形成1.1.2PN結及其單向導電性16

多子擴散

形成空間電荷區產生內電場

少子漂移促使阻止

擴散與漂移達到動態平衡形成一定寬度的PN結17①外加正向電壓（也叫正向偏置）外加電場與內電場方向相反，內電場削弱，擴散運動大大超過漂移運動，N區電子不斷擴散到P區，P區空穴不斷擴散到N區，形成較大的正向電流，這時稱PN結處於低阻導通狀態。2．PN結的單向導電性18②外加反向電壓（也叫反向偏置）外加電場與內電場方向相同，增強了內電場，多子擴散難以進行，少子在電場作用下形成反向電流，因為是少子漂移運動產生的，反向電流很小，這時稱PN結處於高阻截止狀態。19一個PN結加上相應的電極引線並用管殼封裝起來，就構成了半導體二極體，簡稱二極體。符號用VD表示。半導體二極體按其結構不同可分為點接觸型和面接觸型兩類。

點接觸型二極體PN結面積很小，結電容很小，多用於高頻檢波及脈衝數字電路中的開關元件。

面接觸型二極體PN結面積大，結電容也小，允許通過電流大，多用在低頻整流、檢波等電路中。1.2半導體二極體1.2.1半導體二極體的結構20二極體的結構示意圖VD（1）正向特性（導通）外加正向電壓小於開啟電壓（閾值電壓）時，外電場不足以克服內電場對多子擴散的阻力，PN結處於截止狀態。正向電壓大於閾值電壓後，正向電流

隨著正向電壓增大迅速上升。通常閾值電壓矽管約為0.5V，導通時電壓0.6V；鍺管閾值電壓約為0.2V，導通時電壓0.3V。正向特性曲線近似指數曲線。外加反向電壓時，PN結處於截止狀態。1、溫升使反向電流增加很快；2、反向電流

很小且穩定。

（2）反向特性（截止）1.2.2半導體二極體的伏安特性（3）反向擊穿反向電壓大於擊穿電壓（UBR）時，反向電流急劇增加。原因為電擊穿。1、強外電場破壞鍵結構；2、獲得大能量的載流子碰撞原子產生新的電子空穴對。如無限流措施，會造成熱擊穿而損壞。22（1）最大整流電流IFM：指管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。（2）反向擊穿電壓UBR：指管子反向擊穿時的電壓值。（3）最大反向工作電壓URM：二極體運行時允許承受的最大反向電壓（約為UBR

的一半）。（4）最大反向電流IRM：指管子未擊穿時的反向電流，其值越小，則管子的單向導電性越好。（5）最高工作頻率fm：主要取決於PN結結電容的大小。理想二極體：正嚮導通時為短路特性，正向電阻為零，正向壓降忽略不計；反向截止時為開路特性，反向電阻為無窮大，反向漏電流忽略不計。1.2.3半導體二極體的主要參數231.3整流電路直流穩壓電源的組成：24二極體應用範圍很廣，主要是利用二極體的單相導電性，可用於整流、檢波、開關元件等。一些特殊工藝製造的二極體還有更多更好的作用。利用具有單向導電性能的整流元件如二極體等，將交流電轉換成單向脈動直流電的電路稱為整流電路。整流電路按輸入電源相數可分為單相整流電路和三相整流電路，按輸出波形又可分為半波整流電路和全波整流電路。目前廣泛使用的是橋式（全波）整流電路。251.3.1單相半波整流電路優點：電路結構簡單。缺點：輸出電壓脈動係數大用途：可以用脈動電流的地方，如電鍍、蓄電池充電等。26當u為正半周時，二極體VD承受正向電壓而導通，此時有電流流過負載，並且和二極體上的電流相等，即io=id。忽略二極體的電壓降，則負載兩端的輸出電壓等於變壓器副邊電壓，即uo=u

，輸出電壓uo的波形幅度與u相同。27當u為負半周時，二極體VD承受反向電壓而截止。此時負載上無電流流過，輸出電壓uo=0，變壓器副邊電壓u全部加在二極體VD上，UVD=um。2829301.3.2單相橋式整流電路（常用整流電路）可以得到比較平滑的整流電流。31u為正半周時，a點電位高於b點電位，二極體D1、D3承受正向電壓而導通，D2、D4承受反向電壓而截止。此時電流的路徑為：a→D1→RL→D3→b。32u為負半周時，b點電位高於a點電位，二極體D2、D4承受正向電壓而導通，D1、D3承受反向電壓而截止。此時電流的路徑為：b→D2→RL→D4→a。3334353637381.4濾波電路整流電路可以將交流電轉換為直流電，但脈動較大，在某些應用中如電鍍、蓄電池充電等可直接使用脈動直流電源。但許多電子設備需要平穩的直流電源。這種電源中的整流電路後面還需加濾波電路將交流成分濾除，以得到比較平滑的輸出電壓。濾波通常是利用電容或電感的能量存儲功能來實現的。391.4.1電容濾波電路4041單相橋式整流、電容濾波電路的輸出特性曲線如圖所示。空載時（RL=∞，開路），UDO=1.4U。負載加重時（即RL減小，IDO增大，此時τ=RLC減小），放電速度加快，UDO下降。從圖中可見，電容濾波電路的輸出電壓在負載變化時波動較大，說明它的帶負載能力較差，只適用於負載較輕且變化不大的場合4243例：（P211-6題）44455.2.2電感濾波電路電感濾波適用於負載電流較大的場合。它的缺點是制做複雜、體積大、笨重且存在電磁干擾。465.2.3複合濾波電路LC、CLCπ型濾波電路適用於負載電流較大，要求輸出電壓脈動較小的場合。在負載較輕時，經常採用電阻替代笨重的電感，構成CRCπ型濾波電路，同樣可以獲得脈動很小的輸出電壓。但電阻對交、直流均有壓降和功率損耗，故只適用於負載電流較小的場合。47穩壓管的主要參數：（1）穩定電壓UZ。反向擊穿後穩定工作的電壓。（2）穩定電流IZ。工作電壓等於穩定電壓時的電流。（3）動態電阻rZ。穩定工作範圍內，管子兩端電壓的變化量與相應電流的變化量之比。即：rZ=ΔUZ/ΔIZ（4）額定功率PZ和最大穩定電流IZM。額定功率PZ是在穩壓管允許結溫下的最大功率損耗。最大穩定電流IZM是指穩壓管允許通過的最大電流。它們之間的關係是：

PZ=UZIZM穩壓管是一種用特殊工藝製造的半導體二極體，穩壓管的穩定電壓就是反向擊穿電壓。穩壓管的穩壓作用在於：電流增量很大，只引起很小的電壓變化。穩壓管的反向擊穿應是可逆的，工作電流能控制在一定範圍內。1.5特殊二極體1.5.1穩壓管（W）481.5.2穩壓管穩壓電路

最簡單的穩壓電源採用穩壓管來穩定電壓。（負極接+）經整流和濾波後的直流電壓Udi，再經限流電阻R和穩壓管VS組成的穩壓電路接到負載RL上，穩壓管VS與負載RL並聯。當RL不變時，Udi隨電網電壓變化增大，應是UDO增大，由於穩壓管工作在反向擊穿狀態，其兩端的電壓略有增大，流過的電流增大很多，使限流電阻R上的電流增大，壓降增大，使Udi的電壓增量幾乎都降在限流電阻R上。從而使UDO保持不變。反之亦然。當負載電阻RL變化（減小），則輸出UDO應減小，由於穩壓管兩端的電壓略有減小時，流過的電流減小很多，而R上的電流基本不變，負載電流要增大，從而使UDO保持不變。

穩壓電路中除穩壓管外，限流電阻R起一定作用，其值大小的選擇範圍是：49IRIRLIVS50穩壓管穩壓電路的特點輸出電壓不能調節，負載電流變化範圍小，穩定性，優點是電路簡單，輸出電壓固定。穩壓管的選擇一般情況下，選穩壓管型號依據：

VZ=VO

IZM=（1.5~3）Iomax輸入電壓的確定為保證足夠的電壓調整範圍，Ui=(2~3)UZ電路連接穩壓狀態，正極接低電平，負極接高電平；輸出VZ;

導通狀態，正極接高電平，負極接低電平，輸出0.5V。511.5.2發光二極體（LED）當發光二極體的PN結加上正向電壓時，電子與空穴複合過程以光的形式放出能量。不同材料製成的發光二極體會發出不同顏色的光。發光二極體具有亮度高、清晰度高、電壓低（1.5～3V）、反應快、體積小、可靠性高、壽命長等特點，是一種很有用的半導體器件，常用於信號指示、數字和字元顯示。521.5.3光電二極體（U）光電二極體的又稱為光敏二極體，其工作原理恰好與發光二極體相反。當光線照射到光電二極體的PN結時，能激發更多的電子，使之產生更多的電子空穴對，從而提高了少數載流子的濃度。在PN結兩端加反向電壓時反向電流會增加，所產生反向電流的大小與光的照度成正比，所以光電二極體正常工作時所加的電壓為反向電壓。為使光線能照射到PN結上，在光電二極體的管殼上設有一個小的通光窗口。53例P22，1—12作業：1—3、5、6、7、12、13。541.6雙極型三極管(TTL)1.6.1

三極管的結構及類型半導體三極管是由兩個背靠背的PN結構成的。重要特性是具有電流放大作用和開關作用，常見的有平面型和合金型兩類。在工作過程中，兩種載流子（電子和空穴）都參與導電，故又稱為雙極型電晶體，簡稱電晶體或三極管。

兩個PN結，把半導體分成三個區域（三區二結）。這三個區域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，雙極型三極管有兩種類型：NPN型和PNP型。55NPN型PNP型箭頭方向表示發射結加正向電壓時的電流方向561.6.2電流分配和電流放大作用（1）產生放大作用的條件（工藝結構特點）

內部：a）發射區雜質濃度>>基區>>集電區，保證足夠多載流子用於發射。b）基區很薄且低濃度，減小複合運動。C）集電區面積大，保證有足夠的收集能力。

外部：發射結正偏，集電結反偏（2）三極管內部載流子的傳輸過程（NPN為例）a）發射區向基區注入電子，形成發射極電流iEb）電子在基區中的繼續擴散與複合，形成基極電流iB=iEN-iCBOc）集電區收集擴散過來的電子，形成集電極電流iC=iCN+iCBO

（3）電流分配關係：

iE=iC+iB

57實驗表明IC比IB大數十至數百倍，因而有IC近似等於IE。IB雖然很小，但對IC有控制作用，IC隨IB的改變而改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，表明基極電流對集電極具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。1.6.3三極管的特性曲線（NPN）1．輸入特性曲線與二極體加正向電壓類似582．輸出特性曲線（1）放大區：發射極正向偏置，集電結反向偏置（2）截止區：發射結反向偏置，集電結反向偏置

（3）飽和區：發射結正向偏置，集電結正向偏置此時

591.6.4三極管的主要參數1、電流放大係數β：iC=βiB

有直流和交流之分，在小功率範圍內認為相等。（有的用hfe表示）2、極間反向電流iCBO、iCEO：iCEO也叫穿透電流，與ICBO、β及溫度有關。

iCEO=（1+β）iCBO3、極限參數

（1）集電極最大允許電流ICM：下降到額定值的2/3時所允許的最大集電極電流，電路不能正常工作。（2）反向擊穿電壓U（BR）CEO：基極開路時，集電極、發射極間的最大允許反向電壓，大了可能燒壞管子。（3）集電極最大允許功耗PCM=IC

UCE，決定了管子的溫升極限。在輸出特性曲線上是一條雙曲線，劃定了安全區。60ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區由三個極限參數可畫出三極管的安全工作區1.6.4三極管開關特性

在數字電路中，三極管作為最基本的開關元件，工作在截止區和飽和區。輸入高電平時，管子導通飽和，輸出低電平；輸入低電平時，管子反相截止，輸出高電平。三極管起一個反相器的作用。（構成非門）（一）、飽和導通條件：臨界飽和時UCE=UCESIC=ICSIB=IBS

若IB＞IBS≈UCC/βRC

管子一定飽和導通飽和導通時UBE≈0.7vUCE=UCES≤0.3v（矽管）管子如一個合上的開關。（二）、截止條件：

UBE≤0.5V（矽管）管子截止。

此時IB≈0IC≈0UCE≈UCC管子如一個打開的開關。62三極管的開關特性uiRB+UCCRCTuouo+UCCRCCE。。+UCC。。RCCEuo飽和導通，截止3V0Vuo

0相當於開關斷開相當於開關閉合uo

UCC

三、開關時間導通與截止的轉換時間稱開關時間。1、開啟時間ton：由截止轉換為飽和的時間。由截止IC=0跳變到IC=0.1Cmax導通的延遲時間td和導通到飽和IC=0.9ICmax的上升時間tr組成。

ton=td+tr2、關閉時間toff

：由飽和轉換為截止的時間。由飽和Icmax轉為導通IC=0.9ICmax的存儲時間ts和導通跳變到截止IC=0.1Cmax的下降時間tf組成。

toff=ts+tf

三極管的開關時間一般為納秒級，其中存儲時間ts是影響三極管開關速度的關鍵參數。64三極管開關時間的波形：前一頁後一頁A0.9A0.5A0.1AtptrtfT脈衝幅度A延遲時間td,上升時間tr

，開啟時間ton=td+tr脈衝週期T存儲時間ts,下降時間tf

，關閉時間toff=ts+tf脈衝寬度tp

返回651.7場效應電晶體（FET）場效應管也是一種由PN結組成的半導體，因是利用電場效應來控制電流的故稱為場效應管。和TTL比較，其主要特點是：輸入電阻大；受溫度影響小，熱穩定性好；雜訊低；易於集成化。因而獲得廣泛運用。按內部結構的不同，分為結型場效應管（JFET）和絕緣柵型場效應管（IGFET）二大類。最常用的絕緣柵型場效應管是由金屬-氧化物-半導體材料構成，簡稱MOS管。由P溝道、N溝道構造的PMOS和NMOS二種類型。其中每一類型又分增強型和耗盡型兩種。(CMOS是由PMOS和NMOS管組成的互補對稱的積體電路）增強型：UGS=0，不存在導電溝道，ID=0。

耗盡型：UGS=0，存在導電溝道，ID=0。66耗盡型GSDGSD增強型N溝道P溝道GSDGSDN溝道P溝道G、S之間加一定電壓才形成導電溝道在製造時就具有原始導電溝道後一頁前一頁返回671.7.1

絕緣柵型場效應管(IGFET)的結構68耗盡型：UGS=0時漏、源極之間已經存在原始導電溝道。增強型：UGS=0時漏、源極之間才能形成導電溝道。無論是N溝道MOS管還是P溝道MOS管，都只有一種載流子導電，均為單極型電壓控制器件。MOS管的柵極電流幾乎為零，輸入電阻RGS高達1015Ω69N溝道增強型MOS管工作原理1.絕緣柵型場效應管的工作原理與特性曲線

漏極（D）和源極（S）之間是兩個背對背的PN結，當UGS=0時，不論漏、源極之間加怎樣極性的電壓，總有一個PN結是反偏。其反向電阻很高，ID=0。當UGS＞0,由於柵、漏電場的作用，在襯底上靠近柵極表面形成由自由電子組成的N型簿層，通常叫“反型層”，形成了聯繫漏、源極之間的導電溝道。若在漏、源極之間加上正向UDS時，便有漏極電流ID流動。我們把出現ID時的柵源電壓UGS叫做“開啟電壓”，即UGS（th）。當UGS＞UGS（th）時，UGS愈大，溝道愈寬，ID愈大，電壓控制作用愈強。當UGS和UDS共同作用時，在UGS＞UGS（th）時，由於UDS的作用，沿溝道產生電位梯度，漏極附近的電場減弱，溝道變為楔形，若此時UDS較小，UGD(UGS-UDS)≥UGS（th）,溝道變化不大，ID將隨UDS的增大而線性增大，管子工作在可變電阻（非飽和）區。若UDS繼續增大，UGD(UGS-UDS)≤UGS（th）,溝道在漏極附近被夾斷，ID將不受UDS影響而只與UGS有關。管子工作在放大（飽和）區。MOS管做放大電路，一定要工作在飽和區。71增強型場效應管不存在原始導電溝道，UGS=0時場效應管不能導通，ID=0

。UGS>0時會產生垂直於襯底表面的電場。P型襯底與絕緣層的介面將感應出負電荷層，UGS增加，負電荷數量增多，積累的負電荷足夠多時，兩個N+區溝通，形成導電溝道，在一定的漏、源電壓UDS下，漏、源極之1、N溝道增強型場效應管的特性曲線72按場效應管的工作情況可將漏極特性曲線分為兩個區域。在虛線左邊的區域內，漏、源電壓UDS相對較小，漏極電流ID隨UDS的增加而增加，輸出電阻ro較小，且可以通過改變柵、源電壓UGS的大小來改變輸出電阻ro的阻值，這一區域稱為非飽和區（可變電阻區）。在虛線右邊的區域內，當柵、源電壓UGS為常數時，漏極電流ID幾乎不隨漏、源電壓UDS的變化而變化，輸出電阻ro很大，UGD使溝道夾斷，曲線趨於與橫軸平行，在柵、源電壓UGS增大時，漏極電流ID隨UGS線性增大，這一區域稱為飽和區（放大區）。綜上所述，場效應管的漏極電流ID受柵、源電壓UGS的控制，即ID隨UGS的變化而變化，所以場效應管是一種電壓控制器件。場效應管柵、源電壓UGS對漏極ID控制作用的大小用跨導gm表示：間有ID出現。使管子由不導通轉為導通的臨界柵、源電壓稱為開啟電壓UGS(th)。UGS<UGS(th)時，ID=0；UGS>UGS(th)時，隨UGS的增加ID增大。732、N溝道耗盡型場效應管的特性曲線耗盡型場效應管存在原始導電溝道，UGS=0時漏、源極之間就可以導電。這時在外加電壓UDS作用下的漏極電流稱為漏極飽和電流IDSS。UGS>0時溝道內感應出的負電荷增多，溝道加寬，溝道電阻減小，ID增大。UGS<0時，在溝道內產生出的感應負電荷減小，溝道變窄，溝道電阻增大，ID減小。UGS達到一定負值時，溝道內載流子全部複合耗盡，溝道被夾斷，ID=0，這時的UGS稱為夾斷電壓UGS(off)。741.7.3

絕緣柵型場效應管的主要參數75761.7.4JFET(結型場效應管)的結構和工作原理1.結構結型場效應管按其導電溝道分為N溝道和P溝道兩種。其結構示意圖和電路符號如圖a和圖b所示。772.工作原理（1）uGS對iD的控制作用

uGS對iD的控制作用如圖3.3所示。78在圖（a）中，柵源電壓等於0，溝道面積最大。在圖（b）中，柵源之間加上反偏電壓，溝道面積變窄。在圖（c）中，柵源之間的反偏電壓增加，耗盡層合攏，溝道被夾斷，面積為零。綜上所述，改變柵源反偏電壓的大小，可以有效的控制溝道電阻的大小。79（2）uDS對iD的影響

uDS對iD的影響如圖所示。(a)uDS=0時的情況(b)uDS<|UGS(off)|時的情況80(c)uDS=|UGS(off)|時的情況(d)uDS>|UGS(off)|時的情況uDS對導電溝道的影響在圖（a）中，漏源電壓等於0，漏極電流等於零。在圖（b）中，漏源電壓增加，漏極電流增加。在圖（c）中，漏源電壓增加，使耗盡層在靠近漏端合攏，漏極電流趨於飽和。在圖（d）中，漏源電壓繼續增加，耗盡層的合攏點下移，漏極電流不變。綜上所述，漏源電壓的主要作用是形成漏極電流。81綜上分析，可得下述結論：①JFET柵極、溝道之間的PN結是反向偏置的，其作用是控制導電溝道的電阻，從而控制漏極電流的大小。②漏源電壓的作用是形成漏極電流。③施加柵源電壓和漏源電壓的原則是：必須保證管內的PN結處於反向偏置。1.7.5JFET的特性曲線及參數

1.輸出特性

JFET的輸出特性如圖所示。82（a）

uGS＝0（b）柵源電壓uGS改變N溝道JFET的輸出特性圖（b）的輸出特性可劃分為4個區域。（1）可變電阻區（2）飽和區或恒流區（3）擊穿區（4）夾斷區：當uGS＜UGS(off)時，iD=0，稱為夾斷區，或稱為截止區。832.轉移特性

N溝道結型場效應管的轉移特性如圖所示。實驗表明，在UGS(off)≤uGS≤0範圍內，即在飽和區內，iD隨uGS增加（負數減少）近似按平方上升，因而有

(當時)843.主要參數（1）夾斷電壓UGS(off)（2）飽和漏電流IDSS（3）低頻互導（跨導）gm|=常數互導反映了柵源電壓對漏極電流的控制能力（4）最大漏源電壓U(BR)DS（5）最大柵源電壓U(BR)GS（6）直流輸入電阻RGS

（7）輸出電阻rd

|

=常數（3.3）（8）最大耗散功率PDM85場效應管與電晶體的比較雙極型三極管單極型場效應管電流控制電壓控制控制方式電子和空穴兩種載流子同時參與導電載流子電子或空穴中一種載流子參與導電類型

NPN和PNPN溝道和P溝道放大參數

rce很大