模拟电子学课件

(1-1)第一章 半导体器件模拟电路模拟电路(1-1)第一章第一章模拟电路模拟电路(1-2)第一章第一章 半导体器件半导体器件1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识1.2 PN 结及半导体二极管结及半导体二极管1.3 特殊二极管特殊二极管1.4 半导体三极管半导体三极管1.5 场效应晶体管场效应晶体管(1-2)第一章第一章半导体器件半导体器件1.1半导体的基本知识半导体的基本知识(1-3)1.1半导体的基本知识半导体的基本知识1.1.1导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属，金属一般都是导体。一般都是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡皮，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。、陶瓷、塑料和石英。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。一些硫化物、氧化物等。(1-3)1.1半导体的基本知识半导体的基本知识1.1.1导体、半导导体、半导(1-4)(1-4)(1-5)半导体半导体的导电机理不同于其它物质，所以它的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：具有不同于其它物质的特点。例如：当受外界热和光的作用时，它的导电能当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。它的导电能力明显改变。(1-5)半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有(1-6)1.1.2 本征半导体本征半导体一、本征半导体的结构特点一、本征半导体的结构特点GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。的最外层电子（价电子）都是四个。(1-6)1.1.2本征半导体一、本征半导体的结构特点本征半导体一、本征半导体的结构特点Ge(1-7)本征半导体：本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价，共用一对价电子。电子。硅和锗的晶硅和锗的晶体结构：体结构：(1-7)本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在硅本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在硅(1-8)硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子(1-8)硅和锗的共价键结构共价键共硅和锗的共价键结构共价键共+4+4+4+4+4 表示表示(1-9)共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自自由电子由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。则排列，形成晶体。+4+4+4+4(1-9)共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电(1-10)二、本征半导体的导电机理二、本征半导体的导电机理在绝对在绝对0度度（T=0K）和没有外界激发时和没有外界激发时,价价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即以运动的带电粒子（即载流子载流子），它的导电能力），它的导电能力为为 0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电自由电子子，同时共价键上留下一个空位，称为，同时共价键上留下一个空位，称为空穴空穴。1.1.载流子、自由电子和空穴载流子、自由电子和空穴(1-10)二、本征半导体的导电机理在绝对二、本征半导体的导电机理在绝对0度（度（T=0K）和）和(1-11)+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子(1-11)+4+4+4+4 自由电子空穴束缚电子自由电子空穴束缚电子(1-12)2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流可以认为空穴是载流子。子。动态模型动态模型本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。(1-12)2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4 在其它力在其它力(1-13)温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成：1.自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。2.空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。(1-13)温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电(1-14)1.1.3 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P 型半导体：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。称为（空穴半导体）。N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。也称为（电子半导体）。(1-14)1.1.3杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量(1-15)一、一、N 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为子给出一个电子，称为施主原子施主原子。(1-15)一、一、N型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素(1-16)+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子N 型半导体中型半导体中的载流子是什的载流子是什么？么？1 1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。、本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流多数载流子子（多子多子），空穴称为），空穴称为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。(1-16)+4+4+5+4 多余磷原子多余磷原子N型半导体中的载流子型半导体中的载流子(1-17)二、二、P 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为原子接受电子，所以称为受主原子受主原子。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。(1-17)二、二、P型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素(1-18)三、杂质半导体的示意表示法三、杂质半导体的示意表示法P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体杂质杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近。近似认为多子与杂质浓度相等。似认为多子与杂质浓度相等。(1-18)三、杂质半导体的示意表示法三、杂质半导体的示意表示法(1-19)1.2PN结及半导体二极管结及半导体二极管2.1.1PN 结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导型半导体和体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了交界面处就形成了PN 结。结。(1-19)1.2PN结及半导体二极管结及半导体二极管2.1.1PN(1-20)P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E漂移运动漂移运动扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。荷区越宽。内电场越强，就使漂移内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。间电荷区变薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。(1-20)P型半导体型半导体(1-21)漂移运动漂移运动P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。(1-21)漂移运动漂移运动P型半导体型半导体(1-22)+空间空间电荷电荷区区N型区型区P型区型区电位电位VV0动态演示动态演示(1-22)(1-23)1 1、空间电荷区中没有载流子。、空间电荷区中没有载流子。2 2、空间电荷区中内电场阻碍、空间电荷区中内电场阻碍P P中的空穴、中的空穴、N区区 中的电子（中的电子（都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩散扩散运动运动）。）。3 3、P 区中的电子和区中的电子和 N区中的空穴（区中的空穴（都是少都是少），），数量有限，因此由它们形成的电流很小。数量有限，因此由它们形成的电流很小。注意注意:(1-23)1、空间电荷区中没有载流子。、空间电荷区中没有载流子。2、空间电荷区中内电、空间电荷区中内电(1-24)2.1.2PN结的单向导电性结的单向导电性PN 结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意思都是的意思都是：P 区区加正、加正、N 区加负电压。区加负电压。PN 结结加上反向电压加上反向电压、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是：P区区加负、加负、N 区加正电压。区加正电压。(1-24)2.1.2PN结的单向导电性结的单向导电性PN结加上正向结加上正向(1-25)+RE一、一、PN 结正向偏置结正向偏置内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_内电场被削弱，多子内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成的扩散加强能够形成较大的扩散电流。较大的扩散电流。(1-25)+RE 一、一、PN结正向偏置内电场外结正向偏置内电场外(1-26)二、二、PN 结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被被加强，多子内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反限，只能形成较小的反向电流。向电流。RE(1-26)二、二、PN结反向偏置结反向偏置+内电场外电场内电场外电场(1-27)2.1.3 半导体二极管半导体二极管一、基本结构一、基本结构PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型PN结结面接触型面接触型PN二极管的电路符号：二极管的电路符号：(1-27)2.1.3半导体二极管一、基本结构半导体二极管一、基本结构PN结加上结加上(1-28)二、伏安特性二、伏安特性UI死区电压死区电压硅管硅管0.6V,锗管锗管0.2V。导通压降导通压降:硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向击穿反向击穿电压电压UBR(1-28)二、伏安特性二、伏安特性UI死区电压死区电压硅管硅管0.6V,锗管锗管0(1-29)三、主要参数三、主要参数1.最大整流电流最大整流电流IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。正向平均电流。2.反向击穿电压反向击穿电压UBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压压UWRM一般是一般是UBR的一半。的一半。(1-29)三、主要参数三、主要参数1.最大整流电流最大整流电流IOM二极管长期二极管长期(1-30)3.反向电流反向电流IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。几百倍。以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。下面介绍两个交流参数。保护等等。下面介绍两个交流参数。(1-30)3.反向电流反向电流IR指二极管加反向峰值工作电压时指二极管加反向峰值工作电压时(1-31)4.微变电阻微变电阻 rDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二极管特性曲线上工是二极管特性曲线上工作点作点Q 附近电压的变化与附近电压的变化与电流的变化之比：电流的变化之比：显然，显然，rD是对是对Q附近的微小附近的微小变化区域内的电阻。变化区域内的电阻。(1-31)4.微变电阻微变电阻rDiDuDIDUDQ iD(1-32)PN结的电流方程结的电流方程PN结所加端电压结所加端电压U与流过它的电流与流过它的电流I的关系的关系为：为：其中其中Is为反向饱和电流，为反向饱和电流，UT为为kt/q，k为玻耳兹曼为玻耳兹曼常数，常数，T为热力学温度，为热力学温度，q为电子的电量，常温下，为电子的电量，常温下，T300K时，时，UT可取可取26mv对于二极管其动态电阻为：对于二极管其动态电阻为：(1-32)PN结的电流方程结的电流方程PN结所加端电压结所加端电压U与流过它的电流与流过它的电流(1-33)5.二极管的极间电容二极管的极间电容二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容势垒电容CB和和扩散电容扩散电容CD。势垒电容：势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是的电容是势垒电容势垒电容。扩散电容：扩散电容：为了形成正向电流为了形成正向电流（扩散电流），注入（扩散电流），注入P 区的少子区的少子（电子）在（电子）在P 区有浓度差，越靠区有浓度差，越靠近近PN结浓度越大，即在结浓度越大，即在P 区有电区有电子的积累。同理，在子的积累。同理，在N区有空穴的区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷积累。正向电流大，积累的电荷多。多。这样所产生的电容就是扩散这样所产生的电容就是扩散电容电容CD。P+-N(1-33)5.二极管的极间电容二极管的两极之间有电容，此二极管的极间电容二极管的两极之间有电容，此(1-34)CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。PN结高频小信号时的等效电路：结高频小信号时的等效电路：势垒电容和扩散电势垒电容和扩散电容的综合效应容的综合效应rd(1-34)CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，(1-35)二极管：二极管：死区电压死区电压=0.5V，正向压降，正向压降 0.7V(硅二极管硅二极管)理想二极管：理想二极管：死区电压死区电压=0，正向压降，正向压降=0RLuiuouiuott二极管的应用举例二极管的应用举例1：二极管半波整流二极管半波整流(1-35)二极管：死区电压二极管：死区电压=0.5V，正向压降，正向压降 0.7V(1-36)二极管的应用举例二极管的应用举例2：tttuiuRuoRRLuiuRuo(1-36)二极管的应用举例二极管的应用举例2：tttuiuRuoRRLui(1-37)二极管的击穿二极管的击穿二极管处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过二极管处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN结的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现结的电流很小，但电压超过某一数值时，反向电流急剧增加，这种现象我们就称为反向击穿。象我们就称为反向击穿。击穿形式分为两种：击穿形式分为两种：雪崩击穿和齐纳击穿雪崩击穿和齐纳击穿。齐纳击穿：齐纳击穿：高掺杂情况下，耗尽层很窄，宜于形成强电场，而高掺杂情况下，耗尽层很窄，宜于形成强电场，而破坏共价键，使价电子脱离共价键束缚形成电子空穴对，致使电流急剧破坏共价键，使价电子脱离共价键束缚形成电子空穴对，致使电流急剧增加。增加。雪崩击穿：雪崩击穿：如果搀杂浓度较低，不会形成齐纳击穿，而当反向如果搀杂浓度较低，不会形成齐纳击穿，而当反向电压较高时，能加快少子的漂移速度，从而把电子从共价键中撞出，形成电压较高时，能加快少子的漂移速度，从而把电子从共价键中撞出，形成雪崩式的连锁反应。雪崩式的连锁反应。对于硅材料的对于硅材料的PN结来说，击穿电压结来说，击穿电压7v时为雪崩击穿，时为雪崩击穿，IC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。(1-55)IC(mA)1234UCE(V)36912I(1-56)IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE 0.3V(3)截止区：截止区：UBE死区电压，死区电压，IB=0，IC=ICEO 0(1-57)输出特性三个区域的特点输出特性三个区域的特点:放大区：发射结正偏，集电放大区：发射结正偏，集电(1-58)例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？当当USB=-2V时：时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0，IC=0IC最大饱和电流：最大饱和电流：Q位于截止区位于截止区(1-58)例：例：=50，USC=12V，当，当USB=(1-59)例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？ICICmax(=2mA)，Q位于放大区位于放大区。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB=2V时：时：(1-59)例：例：=50，USC=12V，ICIcmax(=2mA)，Q位于饱和区。位于饱和区。(实际上，此时实际上，此时IC和和IB已不是已不是 的关系）的关系）(1-60)USB=5V时时:例：例：=50，USC=1(1-61)三、主要参数三、主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为直流上的交流信号。基极电流的变化量为 IB，相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 IC，则则交流电流交流电流放大倍数放大倍数为：为：1.电流放大倍数电流放大倍数 和和(1-61)三、主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入输三、主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入输(1-62)例：例：UCE=6V时时：IB=40 A,IC=1.5mA；IB=60 A,IC=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=(1-62)例：例：UCE=6V时：时：IB=40 A,I(1-63)2.集集-基极反向截止电流基极反向截止电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏电结反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流，受温流，受温度的变化度的变化影响。影响。(1-63)2.集集-基极反向截止电流基极反向截止电流ICBO AICBOIC(1-64)BECNNPICBOICEO=IBE+ICBOIBE IBEICBO进入进入N区，形成区，形成IBE。根据放大关系，根据放大关系，由于由于IBE的存的存在，必有电流在，必有电流 IBE。集电结反集电结反偏有偏有ICBO3.集集-射极反向截止电流射极反向截止电流ICEOICEO受温度影响很受温度影响很大，当温度上升大，当温度上升时，时，ICEO增加很快增加很快，所以，所以IC也相应也相应增加。增加。三极管的三极管的温度特性较差温度特性较差。(1-64)BECNNPICBOICEO=IBE+IC(1-65)4.集电极最大电流集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，值的下降，当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为流即为ICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCE超过一定的数值时，超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25 C、基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。(1-65)4.集电极最大电流集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致上升会导致(1-66)6.集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管，所发出的焦耳所发出的焦耳热为：热为：PC=ICUCE必定导致结温必定导致结温上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区(1-66)6.集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM集电极电流集电极电流IC(1-67)1.5场效应晶体管场效应晶体管场效应管与双极型晶体管不同，它是多子场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种场效应管有两种:(1-67)1.5场效应晶体管场效应管与双极型晶体管不同场效应晶体管场效应管与双极型晶体管不同(1-68)N基底基底：N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极一、结构一、结构1.5.1结型场效应管结型场效应管:导电沟道导电沟道(1-68)N基底基底：N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源源(1-69)NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS(1-69)NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管D(1-70)PNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS(1-70)PNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管D(1-71)二、工作原理（以二、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）UDS=0V时时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，结反偏，UGS越大则耗尽区越越大则耗尽区越宽，导电沟道越宽，导电沟道越窄。窄。(1-71)二、工作原理（以二、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）UDS=0V时时PGS(1-72)PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时时NNUGS越大耗尽区越宽，越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。沟道越窄，电阻越大。但当但当UGS较小时，耗尽较小时，耗尽区宽度有限，存在导区宽度有限，存在导电沟道。电沟道。DS间相当于间相当于线性电阻。线性电阻。(1-72)PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时时NNU(1-73)PGSDUDSUGSNNUDS=0时时UGS达到一定值时达到一定值时（夹断电压夹断电压VP）,耗耗尽区碰到一起，尽区碰到一起，DS间被夹断，间被夹断，这时，即这时，即使使UDS 0V，漏极电漏极电流流ID=0A。ID(1-73)PGSDUDSUGSNNUDS=0时时UGS达到一达到一(1-74)PGSDUDSUGSUGS0、UGDVP时时耗尽区的形状耗尽区的形状NN越靠近漏端，越靠近漏端，PN结反压越大结反压越大ID(1-74)PGSDUDSUGSUGS0、U(1-75)PGSDUDSUGSUGSVp且且UDS较大时较大时UGDVP时耗尽区的形状时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻沟道中仍是电阻特性，但是是非特性，但是是非线性电阻。线性电阻。ID(1-75)PGSDUDSUGSUGSVp且且UDS较大时较大时U(1-76)GSDUDSUGSUGSVp UGD=VP时时NN漏端的沟道被夹断，漏端的沟道被夹断，称为称为予夹断。予夹断。UDS增大则被夹断增大则被夹断区向下延伸。区向下延伸。ID(1-76)GSDUDSUGSUGSVpUGD=VP时时(1-77)GSDUDSUGSUGSVp UGD=VP时时NN此时，电流此时，电流ID由未由未被夹断区域中的载被夹断区域中的载流子形成，基本不流子形成，基本不随随UDS的增加而增的增加而增加，呈恒流特性。加，呈恒流特性。ID(1-77)GSDUDSUGSUGS0时时UGS足够大时足够大时（UGSVT）感）感应出足够多电子，应出足够多电子，这里出现以电子这里出现以电子导电为主的导电为主的N型型导电沟道。导电沟道。感应出电子感应出电子VT称为阈值电压称为阈值电压(1-88)PNNGSDUDSUGSUGS0时时UGS足够大足够大(1-89)UGS较小时，导较小时，导电沟道相当于电电沟道相当于电阻将阻将D-S连接起连接起来，来，UGS越大此越大此电阻越小。电阻越小。PNNGSDUDSUGS(1-89)UGS较小时，导电沟道相当于电阻将较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来连接起来(1-90)PNNGSDUDSUGS当当UDS不太大不太大时，导电沟时，导电沟道在两个道在两个N区区间是均匀的。间是均匀的。当当UDS较大较大时，靠近时，靠近D区的导电沟区的导电沟道变窄。道变窄。(1-90)PNNGSDUDSUGS当当UDS不太大时，导电沟不太大时，导电沟(1-91)PNNGSDUDSUGS夹断后，即夹断后，即使使UDS 继续继续增加，增加，ID仍仍呈恒流特性呈恒流特性。IDUDS增加，增加，UGD=VT 时，时，靠近靠近D端的沟道被夹断，端的沟道被夹断，称为予夹断。称为予夹断。(1-91)PNNGSDUDSUGS夹断后，即使夹断后，即使UDS继继(1-92)三、增强型三、增强型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT(1-92)三、增强型三、增强型N沟道沟道MOS管的特性曲线转移特性曲线管的特性曲线转移特性曲线0(1-93)输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS0(1-93)输出特性曲线输出特性曲线IDUDS0UGS0(1-94)四、耗尽型四、耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，加反向时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。电压才能夹断。转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT(1-94)四、耗尽型四、耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线耗尽型的管的特性曲线耗尽型的MOS(1-95)输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS=0UGS0(1-95)输出特性曲线输出特性曲线IDUDS0UGS=0UGS0U(1-96)第一章 结束模拟电路模拟电路(1-96)第一章第一章模拟电路模拟电路