开云电竞模拟电子技术基础完整免费版爱问共享资料模拟电子技术基础完整免费版文档免费下载，数万用户每天上传大量最新资料，数量累计超一个亿 开云电竞，nullnull主讲人谢志宇电话E-mailxiexiezhiyu126com多媒体教学课件模拟电子技术基础FundamentalsofAnalogElectronics童诗白华成英主编第四版童诗白null1本课程的性质电子技术基础课2特点非纯理论性课程实践性很强以工程实践的观点来处理电路中的一些问题3研究内容以器件为基础以电信号为主线研究各种模拟电子电路的工作原理特点及性能指标等4教学目标能够对一般性的常用的模拟电子电路进行分析同时对较简单的单元电路进行设计导言第四版童诗白null5学...

　　nullnull主讲人谢志宇电话E-mailxiexiezhiyu126com多媒体教学课件模拟电子技术基础FundamentalsofAnalogElectronics童诗白华成英主编第四版童诗白null1本课程的性质电子技术基础课2特点非纯理论性课程实践性很强以工程实践的观点来处理电路中的一些问题3研究内容以器件为基础以电信号为主线研究各种模拟电子电路的工作原理特点及性能指标等4教学目标能够对一般性的常用的模拟电子电路进行分析同时对较简单的单元电路进行设计导言第四版童诗白null5学习方法重点掌握基本概念基本电路的结构性能特点基本分析估算方法6课时及成绩评定标准课时80学时64理论16实验平时10实验30卷面607教学参考书康华光主编《电子技术基础》模拟部分第三版高教出版社陈大钦主编《模拟电子技术基础问答例题•试题》华科大出版社陈洁主编《EDA软件仿真技术快速入门-Protel99SEMultisim10Proteus7》中国电力出版社导言第四版童诗白null目录第四版童诗白6学时null第四版童诗白电子技术通常我们把由电阻电容三极管二极管集成电路等电子元器件组成并具有一定功能的电路称为电子电路简称为电路一个完整的电子电路系统通常由若干个功能电路组成功能电路主要有放大器滤波器信号源波形发生电路数字逻辑电路数字存储器电源模拟数字转换器等电子技术就是研究电子器件及电路系统设计分析及制造的工程实用技术目前电子技术主要由模拟电子技术和数字电子技术两部分组成在电子技术迅猛发展的今天电子电路的应用在日常生活中无处不在小到门铃收音机DVD播放机电话机等大到全球定位系统GPSGlobalPositioningSystems雷达导航系统等null第四版童诗白模拟电子技术模拟电子技术主要研究处理模拟信号的电子电路模拟信号就是幅度连续的信号如温度压力流量等数字电子技术主要研究处理数字信号的电子电路数字信号通常是指时间和幅度均离散的信号如电报信号计算机数据信号等等时间时间幅度幅度T2T3T4T5T6T数字电子技术null第四版童诗白第一章常用半导体器件11半导体基础知识12半导体二极管13双极型晶体管14场效应管15单结晶体管和晶闸管16集成电路中的元件null本章讨论的问题2空穴是一种载流子吗空穴导电时电子运动吗3什么是N型半导体什么是P型半导体当二种半导体制作在一起时会产生什么现象4PN结上所加端电压与电流符合欧姆定律吗它为什么具有单向性在PN结中另反向电压时线晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的场效应管是通过什么方式来控制漏极电流的为什么它们都可以用于放大1为什么采用半导体材料制作电子器件第四版童诗白null11半导体的基础知识111本征半导体纯净的具有晶体结构的半导体导体自然界中很容易导电的物质称为导体金属一般都是导体绝缘体有的物质几乎不导电称为绝缘体如橡皮陶瓷塑料和石英半导体另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间称为半导体如锗硅砷化镓和一些硫化物氧化物等一导体半导体和绝缘体第四版童诗白null半导体的导电机理不同于物质所以它具有不同于物质的特点例如当受外界热和光的作用时它的导电能力明显变化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第四版童诗白null完全纯净的不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体将硅或锗材料提纯便形成单晶体它的原子结构为共价键结构价电子共价键图111本征半导体结构示意图二本征半导体的晶体结构当温度T0K时半导体不导电如同绝缘体第四版童诗白第四版童诗白null图112本征半导体中的自由电子和空穴自由电子空穴若T将有少数价电子克服共价键的束缚成为自由电子在原来的共价键中留下一个空位空穴T自由电子和空穴使本征半导体具有导电能力但很微弱空穴可看成带正电的载流子三本征半导体中的两种载流子动画1-1动画1-2第四版童诗白null四本征半导体中载流子的浓度在一定温度下本征半导体中载流子的浓度是一定的并且自由电子与空穴的浓度相等本征半导体中载流子的浓度公式T300K室温下本征硅的电子和空穴浓度np143×1010cm3本征锗的电子和空穴浓度np238×1013cm3nipiK1T32e-EGO2KT本征激发复合动态平衡第四版童诗白null1半导体中两种载流子2本征半导体中自由电子和空穴总是成对出现称为电子-空穴对3本征半导体中自由电子和空穴的浓度用ni和pi表示显然nipi4由于物质的运动自由电子和空穴不断的产生又不断的复合在一定的温度下产生与复合运动会达到平衡载流子的浓度就一定了5载流子的浓度与温度密切相关它随着温度的升高基本按指数规律增加小结第四版童诗白null112杂质半导体杂质半导体有两种N型半导体P型半导体一N型半导体Negative在硅或锗的晶体中掺入少量的5价杂质元素如磷锑砷等即构成N型半导体或称电子型半导体常用的5价杂质元素有磷锑砷等第四版童诗白null本征半导体掺入5价元素后原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替杂质原子最外层有5个价电子其中4个与硅构成共价键多余一个电子只受自身原子核吸引在室温下即可成为自由电子自由电子浓度远大于空穴的浓度即np电子称为多数载流子简称多子空穴称为少数载流子简称少子5价杂质原子称为施主原子第四版童诗白null第四版童诗白null二P型半导体在硅或锗的晶体中掺入少量的3价杂质元素如硼镓铟等即构成P型半导体空穴浓度多于电子浓度即pn空穴为多数

　　载流子电子为少数载流子3价杂质原子称为受主原子第四版童诗白null图114P型半导体受主原子空穴第四版童诗白null说明1掺入杂质的浓度决定多数载流子浓度温度决定少数载流子的浓度3杂质半导体总体上保持电中性4杂质半导体的表示方法如下图所示2杂质半导体载流子的数目要远远高于本征半导体因而其导电能力大大改善aN型半导体bP型半导体图杂质半导体的的简化表示法第四版童诗白null在一块半导体单晶上一侧掺杂成为P型半导体另一侧掺杂成为N型半导体两个区域的交界处就形成了一个特殊的薄层称为PN结图PN结的形成一PN结的形成113PN结第四版童诗白nullPN结中载流子的运动耗尽层1扩散运动2扩散运动形成空间电荷区电子和空穴浓度差形成多数载流子的扩散运动PN结耗尽层动画1-3第四版童诗白null3空间电荷区产生内电场空间电荷区正负离子之间电位差Uho电位壁垒内电场内电场阻止多子的扩散阻挡层4漂移运动内电场有利于少子运动漂移少子的运动与多子运动方向相反第四版童诗白null5扩散与漂移的动态平衡扩散运动使空间电荷区增大扩散电流逐渐减小随着内电场的增强漂移运动逐渐增加当扩散电流与漂移电流相等时PN结总的电流等于零空间电荷区的宽度达到稳定对称结即扩散运动与漂移运动达到动态平衡不对称结第四版童诗白null二PN结的单向导电性1PN结外加正向电压时处于导通状态又称正向偏置简称正偏图116第四版童诗白null在PN结加上一个很小的正向电压即可得到较大的正向电流为防止电流过大可接入电阻R2PN结外加反向电压时处于截止状态反偏反向接法时外电场与内电场的方向一致增强了内电场的作用外电场使空间电荷区变宽不利于扩散运动有利于漂移运动漂移电流大于扩散电流电路中产生反向电流I由于少数载流子浓度很低反向电流数值非常小第四版童诗白null图117PN结加反相电压时截止反向电流又称反向饱和电流对温度十分敏感随着温度升高IS将急剧增大第四版童诗白null当PN结正向偏置时回路中将产生一个较大的正向电流PN结处于导通状态当PN结反向偏置时回路中反向电流非常小几乎等于零PN结处于截止状态动画1-4动画1-5综上所述可见PN结具有单向导电性第四版童诗白nullIS反向饱和电流UT温度的电压当量在常温300K下UT26mV三PN结的电流方程PN结所加端电压u与流过的电流i的关系为公式推导过程略第四版童诗白null四PN结的伏安特性ifu之间的关系曲线PN结的伏安特性反向击穿齐纳击穿雪崩击穿第四版童诗白null五PN结的电容效应当PN上的电压发生变化时PN结中储存的电荷量将随之发生变化使PN结具有电容效应电容效应包括两部分势垒电容扩散电容1势垒电容Cb是由PN结的空间电荷区变化形成的aPN结加正向电压bPN结加反向电压第四版童诗白null空间电荷区的正负离子数目发生变化如同电容的放电和充电过程势垒电容的大小可用下式表示由于PN结宽度l随外加电压u而变化因此势垒电容Cb不是一个常数其CbfU曲线如图示半导体材料的介电比系数S结面积l耗尽层宽度第四版童诗白null2扩散电容Cd是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的在某个正向电压下P区中的电子浓度np或N区的空穴浓度pn分布曲线处为P与耗尽层的交界处当电压加大np或pn会升高如曲线所示反之浓度会降低当加反向电压时扩散运动被削弱扩散电容的作用可忽略正向电压变化时变化载流子积累电荷量发生变化相当于电容器充电和放电的过程扩散电容效应图1112第四版童诗白null综上所述PN结总的结电容Cj包括势垒电容Cb和扩散电容Cd两部分Cb和Cd值都很小通常为几个皮法几十皮法有些结面积大的二极管可达几百皮法当反向偏置时势垒电容起主要作用可以认为CjCb一般来说当二极管正向偏置时扩散电容起主要作用即可以认为CjCd在信号频率较高时须考虑结电容的作用第四版童诗白null12半导体二极管在PN结上加上引线和封装就成为一个二极管二极管按结构分有点接触型面接触型和平面型图121二极管的几种外形第四版童诗白null1点接触型二极管121半导体二极管的几种常见结构PN结面积小结电容小用于检波和变频等高频电路第四版童诗白null3平面型二极管往往用于集成电路制造工艺中PN结面积可大可小用于高频整流和开关电路中2面接触型二极管PN结面积大用于工频大电流整流电路4二极管的代表符号D第四版童诗白null122二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线可用下式表示正向特性反向特性反向击穿特性开启电压05V导通电压07一伏安特性开启电压01V导通电压02V第四版童诗白null二温度对二极管伏安特性的影响在环境温度升高时二极管的正向特性将左移反向特性将下移二极管的特性对温度很敏感具有负温度系数第四版童诗白null123二极管的参数1最大整流电流IF2反向击穿电压UBR和最高反向工作电压URM3反向电流IR4最高工作频率fM5极间电容Cj在实际应用中应根据管子所用的场合按其所承受的最高反向电压最大正向平均电流工作频率环境温度等条件选择满足要求的二极管第四版童诗白null124二极管等效电路一由伏安特性折线化得到的等效电路第四版童诗白null124二极管等效电路一由伏安特性折线化得到的等效电路第四版童诗白null124二极管等效电路一由伏安特性折线化得到的等效电路第四版童诗白null二二极管的微变等效电路二极管工作在正向特性的某一小范围内时其正向特性可以等效成一个微变电阻得Q点处的微变电导常温下T300K第四

　　版童诗白null应用举例二极管的静态工作情况分析理想模型恒压模型折线模型第四版童诗白null125稳压二极管一稳压管的伏安特性DZ第四版童诗白null1稳定电压UZ2动态电阻rZ在规定的稳压管反向工作电流IZ下所对应的反向工作电压rZVZIZ3最大耗散功率PZM4最大稳定工作电流IZmax和最小稳定工作电流IZmin5温度系数VZ二稳压管的主要参数第四版童诗白null↓稳压电路正常稳压时UOUZ不加R可以吗上述电路UI为正弦波且幅值大于UZUO的波形是怎样的1设电源电压波动负载不变UI↑→UO↑→UZ↑→IZ↑↓UO↓←UR↑←IR↑2设负载变化电源不变IOP25例122第四版童诗白RL→↑如电路参数变化null例1稳压二极管的应用稳压二极管技术数据为稳压值UZ10VIzmax12mAIzmin2mA负载电阻RL2k输入电压ui12V限流电阻R200求iZ若负载电阻变化范围为15k--4k是否还能稳压第四版童诗白nullUZ10Vui12VR200Izmax12mAIzmin2mARL2k15k4kiLuoRLUZRL1025mAiui-UZR12-100210mAiZi-iL10-55mARL15kiL101567mAiZ10-6733mARL4kiL10425mAiZ10-2575mA负载变化但iZ仍在12mA和2mA之间所以稳压管仍能起稳压作用第四版童诗白null例2稳压二极管的应用解ui和uo的波形如图所示UZ＝3V第四版童诗白null一发光二极管LEDLightEmittingDiode1符号和特性工作条件正向偏置一般工作电流几十mA导通电压12V符号特性126类型的二极管第四版童诗白null发光类型可见光红黄绿显示类型普通LED不可见光红外光点阵LED七段LED第四版童诗白null二光电二极管符号和特性符号特性工作原理三变容二极管四隧道二极管五肖特基二极管无光照时与普通二极管一样有光照时分布在第三四象限第四版童诗白null13双极型晶体管BJT又称半导体三极管晶体三极管或简称晶体管BipolarJunctionTransistor三极管的外形如下图所示三极管有两种类型NPN型和PNP型主要以NPN型为例进行讨论图131三极管的外形X低频小功率管D低频大功率管G高频小功率管A高频大功率管第四版童诗白null131晶体管的结构及类型常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型图132a三极管的结构a平面型NPNb合金型PNPe发射极b基极c集电极发射区集电区基区基区发射区集电区第四版童诗白null图132b三极管结构示意图和符号NPN型集电区集电结基区发射结发射区集电极c基极b发射极e第四版童诗白null集电区集电结基区发射结发射区集电极c发射极e基极b第四版童诗白null132晶体管的电流放大作用以NPN型三极管为例讨论三极管若实现放大必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证不具备放大作用第四版童诗白null三极管内部结构要求1发射区高掺杂2基区做得很薄通常只有几微米到几十微米而且掺杂较少三极管放大的外部条件外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态而集电结处于反向偏置状态3集电结面积大第四版童诗白null一晶体管内部载流子的运动发射结加正向电压扩散运动形成发射极电流发射区的电子越过发射结扩散到基区基区的空穴扩散到发射区形成发射极电流IE基区多子数目较少空穴电流可忽略2扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流电子到达基区少数与空穴复合形成基极电流Ibn复合掉的空穴由VBB补充多数电子在基区继续扩散到达集电结的一侧晶体管内部载流子的运动第四版童诗白null3集电结加反向电压漂移运动形成集电极电流Ic集电结反偏有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流Icn其能量来自外接电源VCC另外集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流用ICBO表示晶体管内部载流子的运动第四版童诗白null二晶体管的电流分配关系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnICICnICBOIEICnIBnIEpIEnIEpIBIEPIBN－ICBOIEICIB图134晶体管内部载流子的运动与外部电流第四版童诗白null三晶体管的共射电流放大系数整理可得ICBO称反向饱和电流ICEO称穿透电流1共射直流电流放大系数2共射交流电流放大系数第四版童诗白null3共基直流电流放大系数4共基交流电流放大系数5与的关系第四版童诗白null133晶体管的共射特性曲线iBfuBEUCEconst2当uCE≥1V时uCBuCE-uBE0集电结已进入反偏状态开始收集电子基区复合减少在同样的uBE下IB减小特性曲线V时相当于发射结的正向伏安特性曲线一输入特性曲线第四版童诗白nulliCfuCEIBconst二输出特性曲线输出特性曲线的三个区域第四版童诗白null三极管的参数分为三大类直流参数交流参数极限参数一直流参数1共发射极直流电流放大系数134晶体管的主要参数3集电极基极间反向饱和电流ICBO集电极发射极间的反向饱和电流ICEO第四版童诗白null二交流参数1共发射极交流电流放大系数iCiBUCEconst2共基极交流电流放大系数ααiCiEUCBconst3特征频率fT值下降到1的信号频率第四版童诗白null1最大集电极耗散功率PCMPCMiCuCE三极限参数2最大集电极电流ICM3反向击穿电压UCBO发射极开路时的集电结反 向击穿电压

　　UEBO集电极开路时发射结的反 向击穿电压UCEO基极开路时集电极和发射极间的击穿电压几个击穿电压有如下关系UCBO＞UCEO＞UEBO第四版童诗白null第四版童诗白null135温度对晶体管特性及参数的影响一温度对ICBO的影响温度每升高100CICBO增加约一倍反之当温度降低时ICBO减少硅管的ICBO比锗管的小得多二温度对输入特性的影响温度升高时正向特性左移反之右移三温度对输出特性的影响温度升高将导致IC增大温度对输出特性的影响第四版童诗白null三极管工作状态的判断[例1]测量某NPN型BJT各电极对地的电压值如下试判别管子工作在什么区域1VC＝6VVB＝07VVE＝0V2VC＝6VVB＝4VVE＝36V3VC＝36VVB＝4VVE＝34V解原则对NPN管而言放大时VC＞VB＞VE对PNP管而言放大时VC＜VB＜VE1放大区2截止区3饱和区第四版童诗白null[例2]某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示IA＝-2mAIB＝-004mAIC＝204mA试判断管脚管型解电流判断法电流的正方向和KCLIEIBICABCIAIBICC为发射极B为基极A为集电极管型为NPN管管脚管型的判断法也可采用万用表电阻法参考实验第四版童诗白null例[3]测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位U1U2U3分别为1U135VU228VU312V2U13VU228VU312V3U16VU2113VU312V4U16VU2118VU312V判断它们是NPN型还是PNP型是硅管还是锗管并确定ebc1U1bU2eU3cNPN硅2U1bU2eU3cNPN锗3U1cU2bU3ePNP硅4U1cU2bU3ePNP锗原则先求UBE若等于06-07V为硅管若等于02-03V为锗管发射结正偏集电结反偏NPN管UBE＞0UBC＜0即UC＞UB＞UEPNP管UBE＜0UBC＜0即UC＜UB＜UE解第四版童诗白null136光电三极管一等效电路符号二光电三极管的输出特性曲线第四版童诗白null复习1BJT放大电路三个电流关系2BJT的输入输出特性曲线BJT工作状态如何判断第四版童诗白null14场效应三极管场效应管一种载流子参与导电利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的三极管又称单极型三极管场效应管分类结型场效应管绝缘栅场效应管特点单极型器件一种载流子导电输入电阻高工艺简单易集成功耗小体积小成本低第四版童诗白nullN沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道耗尽型场效应管分类第四版童诗白null符号141结型场效应管JunctionFieldEffectTransistor结构图141N沟道结型场效应管结构图N型沟道栅极源极漏极在漏极和源极之间加上一个正向电压N型半导体中多数载流子电子可以导电导电沟道是N型的称N沟道结型场效应管第四版童诗白nullP沟道场效应管P沟道结型场效应管结构图P沟道场效应管是在P型硅棒的两侧做成高掺杂的N型区N导电沟道为P型多数载流子为空穴第四版童诗白null一结型场效应管工作原理N沟道结型场效应管用改变UGS大小来控制漏极电流ID的VCCS在栅极和源极之间加反向电压耗尽层会变宽导电沟道宽度减小使沟道本身的电阻值增大漏极电流ID减小反之漏极ID电流将增加耗尽层的宽度改变主要在沟道区第四版童诗白null1当UDS0时uGS对导电沟道的控制作用UGS0时耗尽层比较窄导电沟比较宽第四版童诗白null1当UDS0时uGS对导电沟道的控制作用UGS由零逐渐减小耗尽层逐渐加宽导电沟相应变窄第四版童诗白null1当UDS0时uGS对导电沟道的控制作用当UGSUGSOff耗尽层合拢导电沟被夹断UGSoff为夹断电压为负值UGSoff也可用UP表示第四版童诗白null2当uGS为UGSOff0中一固定值时uDS对漏极电流iD的影响uGS0uGDUGSOffiD较大uGS0uGDUGSOffiD更小注意当uDS0时耗尽层呈现楔形abuGD＝uGS－uDS第四版童诗白nulluGS0uGDUGSoff沟道变窄预夹断uGS0uGDuGSoff夹断iD几乎不变改变uGS改变了PN结中电场控制了iD故称场效应管2结型场效应管栅源之间加反向偏置电压使PN反偏栅极基本不取电流因此场效应管输入电阻很高cd第四版童诗白null3当uGDuGSoff时uGS对漏极电流iD的控制作用场效应管用低频跨导gm的大小描述栅源电压对漏极电流的控制作用场效应管为电压控制元件VCCS在uGD＝uGS－uDSuGSoff当uDS为一常量时对应于确定的uGS就有确定的iDgmiDuGS单位mS第四版童诗白null小结1在uGD＝uGS－uDSuGSoff情况下即当uDSuGS-uGSoff对应于不同的uGSd-s间等效成不同阻值的电阻2当uDS使uGD＝uGSoff时d-s之间预夹断3当uDS使uGDuGSoff时iD几乎仅仅决定于uGS而与uDS无关此时可以把iD近似看成uGS控制的电流源第四版童诗白null二结型场效应管的特性曲线转移特性N沟道结型场效应管为例图146转移特性uGS0iD最大uGS愈负iD愈小uGSUGSoffiD0两个重要参数饱和漏极电流IDSSUGS0时的ID夹断电压UGSoffID0时的UGS第四版童诗白null转移特性2输出特性曲线当栅源之间的电压UGS不变时漏极电流iD与漏源之间电压uDS的关系即结型场效应管转移特性曲线的近似公式第四版童诗白null恒流区可变电阻区漏极特性也有三个区可变电阻区恒流区和

　　夹断区图145b漏极特性输出特性漏极特性曲线夹断区击穿区第四版童诗白null＊结型P沟道的特性曲线转移特性曲线输出特性曲线栅源加正偏电压PN结反偏漏源加反偏电压第四版童诗白null142绝缘栅型场效应管MOSFETMetal-OxideSemiconductorFieldEffectTransistor由金属氧化物和半导体制成称为金属-氧化物-半导体场效应管或简称MOS场效应管特点输入电阻可达1010以上类型N沟道P沟道增强型耗尽型增强型耗尽型UGS0时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管UGS0时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管第四版童诗白null一N沟道增强型MOS场效应管结构BGSD源极S漏极D衬底引线N沟道增强型MOS场效应管的结构示意图第四版童诗白null1工作原理绝缘栅场效应管利用UGS来控制感应电荷的多少改变由这些感应电荷形成的导电沟道的状况以控制漏极电流ID2工作原理分析1UGS0漏源之间相当于两个背靠背的PN结无论漏源之间加何种极性电压总是不导电第四版童诗白null2UDS00UGSUGSth栅极金属层将聚集正电荷它们排斥P型衬底靠近SiO2一侧的空穴形成由负离子组成的耗尽层增大UGS耗尽层变宽VGG3UDS0UGS≥UGSth由于吸引了足够多P型衬底的电子会在耗尽层和SiO2之间形成可移动的表面电荷层反型层N型导电沟道UGS升高N沟道变宽因为UDS0所以ID0UGSth或UT为开始形成反型层所需的UGS称开启电压第四版童诗白null4UDS对导电沟道的影响UGSUT导电沟道呈现一个楔形漏极形成电流IDbUDSUGS–UTUGDUT靠近漏极沟道达到临界开启程度出现预夹断cUDSUGS–UTUGDUT由于夹断区的沟道电阻很大UDS逐渐增大时导电沟道两端电压基本不变iD因而基本不变aUDSUGS–UT即UGDUGS–UDSUT第四版童诗白null图149UDS对导电沟道的影响aUGDUTbUGDUTcUGDUT在UDSUGS–UT时对应于不同的uGS就有一个确定的iD此时可以把iD近似看成是uGS控制的电流源第四版童诗白null3特性曲线与电流方程a转移特性b输出特性UGSUTiD0UGS≥UT形成导电沟道随着UGS的增加ID逐渐增大当UGSUT时三个区可变电阻区恒流区或饱和区夹断区图1410a图1410b第四版童诗白null二N沟道耗尽型MOS场效应管制造过程中预先在二氧化硅的绝缘层中掺入正离子这些正离子电场在P型衬底中感应负电荷形成反型层即使UGS0也会形成N型导电沟道UGS0UDS0产生较大的漏极电流UGS0绝缘层中正离子感应的负电荷减少导电沟道变窄iD减小UGSUP感应电荷被耗尽iD0UP或UGSoff称为夹断电压图1411第四版童诗白nullN沟道耗尽型MOS管特性工作条件UDS0UGS正负零均可耗尽型MOS管的符号N沟道耗尽型MOSFET第四版童诗白null三P沟道MOS管1P沟道增强型MOS管的开启电压UGSth0当UGSUGSth漏-源之间应加负电源电压管子才导通空穴导电2P沟道耗尽型MOS管的夹断电压UGSoff＞0UGS可在正负值的一定范围内实现对iD的控制漏-源之间应加负电源电压四VMOS管VMOS管漏区散热面积大可制成大功率管第四版童诗白null各类场效应管的符号和特性曲线第四版童诗白null第四版童诗白null143场效应管的主要参数一直流参数饱和漏极电流IDSS2夹断电压UP或UGSoff3开启电压UT或UGSth4直流输入电阻RGS为耗尽型场效应管的一个重要参数为增强型场效应管的一个重要参数为耗尽型场效应管的一个重要参数输入电阻很高结型场效应管一般在107以上绝缘栅场效应管更高一般大于109第四版童诗白null二交流参数1低频跨导gm2极间电容用以描述栅源之间的电压uGS对漏极电流iD的控制作用单位iD毫安mAuGS伏Vgm毫西门子mS这是场效应管三个电极之间的等效电容包括CgsCgdCds极间电容愈小则管子的高频性能愈好一般为几个皮法第四版童诗白null三极限参数3漏极最大允许耗散功率PDM2漏源击穿电压UBRDS4栅源击穿电压UBRGS由场效应管允许的温升决定漏极耗散功率转化为热能使管子的温度升高当漏极电流ID急剧上升产生雪崩击穿时的UDS场效应管工作时栅源间PN结处于反偏状态若UGSUBRGSPN将被击穿这种击穿与电容击穿的情况类似属于破坏性击穿1最大漏极电流IDM第四版童诗白null例142电路如图1414所示其中管子T的输出特性曲线V三种情况下uo分别为多少伏图1414图1415分析N沟道增强型MOS管开启电压UGSth＝4V第四版童诗白null解1ui为0V即uGS＝ui＝0管子处于夹断状态所以u0＝VDD＝15V2uGS＝ui＝8V时从输出特性曲线可知管子工作在恒流区iD＝1mAu0＝uDS＝VDD-iDRD＝10V3uGS＝ui＝10V时若工作在恒流区iD＝22mA因而u0＝15-225＝4V但是uGS＝10V时的预夹断电压为uDSuGS–UT10-4V6V可见此时管子工作在可变电阻区第四版童诗白null从输出特性曲线V时d-s之间的等效电阻D在可变电阻区任选一点如图所以输出电压为[例143]自阅第四版童诗白null晶体管场效应管结构NPN型PNP型结型耗尽型N沟道P沟道绝缘栅增强型N沟道P沟道绝缘栅耗尽型N沟道P沟道C与E一般不可倒置使用D与S有的型号可倒置使用载

　　流子多子扩散少子漂移多子运动输入量电流输入电压输入控制电流控制电流源CCCSβ电压控制电流源VCCSgm144场效应管与晶体管的比较第四版童诗白null噪声较大较小温度特性受温度影响较大较小可有零温度系数点输入电阻几十到几千欧姆几兆欧姆以上静电影响不受静电影响易受静电影响集成工艺不易大规模集成适宜大规模和超大规模集成晶体管场效应管第四版童诗白null一单结晶体管的结构和等效电路N型硅片P区PN结eb1b2单结晶体管又称为双基极晶体管a结构b符号C等效电路图151单结管的结构及符号15单结晶体管和晶闸管151单结晶体管第四版童诗白null二工作原理和特性曲线分压比APVBIPUP截止区负阻区饱和区峰点UP峰点电压IP峰点电流谷点UV谷点电压IV谷点电流图10911a图10911b第四版童诗白null三应用举例单结管的脉冲发生电路图153单结管的脉冲发生电路第四版童诗白null152晶闸管晶体闸流管一结构和等效模型图155晶闸管的结构和符号阳极阴极控制极第四版童诗白硅可控元件由三个PN结构成的大功率半导体器件null二工作原理图1561控制极不加电压无论在阳极与阴极之间加正向或反向电压晶闸管都不导通称为阻断2控制极与阴极间加正向电压阳极与阴极之间加正向电压晶闸管导通IGβ1β2IGβ1IG图155第四版童诗白Cnull结论晶闸管由阻断变为导通的条件是在阳极和阴极之间加正向电压时再在控制极加一个正的触发脉冲晶闸管由导通变为阻断的条件是减小阳极电流IA或改变A-C电压极性的方法实现晶闸管导通后管压降很小约为0612V左右第四版童诗白null三晶闸管的伏安特性1伏安特性UBOABCIHIG0正向阻断特性当IG0而阳极电压不超过一定值时管子处于阻断状态UBO正向转折电压正向导通特性管子导通后伏安特性与二极管的正向特性相似IH维持电流当控制极电流IG0时使晶闸管由阻断变为导通所需的阳极电压减小IG增大反向特性与二极管的反向特性相似UBR图157晶闸管的伏安特性曲线第四版童诗白null四晶闸管的主要参数1额定正向平均电流IF2维持电流IH3触发电压UG和触发电流IG4正向重复峰值电压UDRM5反向重复峰值电压URRM正向平均电压控制极反向电压等第四版童诗白null例单相桥式可控整流电路在u2正半周当控制极加触发脉冲VT1和VD2导通在u2负半周当控制极加触发脉冲VT2和VD1导通αθ控制角导电角图158第四版童诗白null单结管的触发电路第四版童诗白null小结第1章第四版童诗白null一两种半导体和两种载流子两种载流子的运动电子空穴两种半导体N型多电子P型多空穴二二极管1特性单向导电正向电阻小理想为0反向电阻大第四版童诗白null2主要参数正向最大平均电流IF反向最大反向工作电压UBR超过则击穿反向饱和电流IRIS受温度影响IS第四版童诗白null3二极管的等效模型理想模型大信号状态采用正偏导通电压降为零相当于理想开关闭合反偏截止电流为零相当于理想开关断开恒压降模型UDon正偏电压UDon时导通等效为恒压源UDon否则截止相当于二极管支路断开UDon0608V估算时取07V硅管锗管0103V02V折线近似模型相当于有内阻的恒压源UDon第四版童诗白null4二极管的分析方法图解法微变等效电路法5特殊二极管工作条件主要用途稳压二极管反偏稳压发光二极管正偏发光光电二极管反偏光电转换第四版童诗白null三两种半导体放大器件双极型半导体三极管晶体三极管BJT单极型半导体三极管场效应管FET两种载流子导电多数载流子导电晶体三极管1形式与结构NPNPNP三区三极两结2特点基极电流控制集电极电流并实现放大第四版童诗白null放大条件内因发射区载流子浓度高基区薄集电区面积大外因发射结正偏集电结反偏3电流关系IEICIBICIBICEOIE1IBICEOIEICIBICIBIE1IB第四版童诗白null4特性死区电压Uth05V硅管01V锗管工作电压UBEon0608V取07V硅管0203V取03V锗管饱和区截止区第四版童诗白null放大区饱和区截止区放大区特点1iB决定iC2曲线曲线间隔表示受控第四版童诗白null5参数特性参数电流放大倍数11极间反向电流ICBOICEO极限参数ICMPCMUBRCEOICMUBRCEOPCM安全工作区1ICBO第四版童诗白null场效应管1分类按导电沟道分N沟道P沟道按结构分绝缘栅型MOS结型按特性分增强型耗尽型uGS0时iD0uGS0时iD0增强型耗尽型耗尽型第四版童诗白null2特点栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流输入电阻高工艺简单易集成由于FET无栅极电流故采用转移特性和输出特性描述3特性不同类型FET的特性比较参见图1413第49页第四版童诗白null不同类型FET转移特性比较结型N沟道增强型耗尽型MOS管耗尽型IDSS开启电压UGSth夹断电压UGSoffIDO是uGS2UGSth时的iD值第四版童诗白null四晶体管电路的基本问题和分析方法三种工作状态放大ICIB发射结正偏集电结反偏饱和ICIB两个结正偏ICSIBS集电结零偏临界截止IB0IC0两个结反偏判断导通还是截止UBEUth则导通以NPN为例UBEUth则截止第四版童诗白null判断饱和还是放大1电位判别法NPN管UCUBUE放大UEUCUB饱和PNP管UCUBUE放大UEUCUB饱和2电流判别法IBIBS则饱和IBIBS则放大第四版童诗白

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