模拟电子线路基础 主讲人 刘雪芳 陈梅

课程简介 专业基础课 64学时 由易到难：元器件、分立电路、集成电路、应用电路 先修课程：高等数学、普通物理、电路理论

教材及辅导书

课程要求 了解：熟知基本概念和基本原理 理解：概念清楚，原理明白，并具有分析和计算能力。 掌握：具备初步电路设计能力以及解决问题的能力。

学习要求 课件下载 复习并掌握先修课的有关内容 课堂：听讲与理解、适当笔记 课后：认真读书、完成作业 实验：充分准备、勇于实践 http://web.xidian.edu.cn/xfliu/teach.html

参考书 《模拟电子技术基础》，孙肖子、张企民编著，西安电子科技大学出版社 《模拟电子技术基础》，童诗白、华成英主编，高等教育出版社 《电子线路：线性部分》，谢嘉奎主编，高等教育出版社 ……

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第 1 章 半导体器件

引 言 半导体器件优点：体积小、重量轻、使用寿命长、输入功率小等 目的：正确选用各种合适的半导体器件 本章特点：概念多，琐碎 引 言 半导体器件优点：体积小、重量轻、使用寿命长、输入功率小等 目的：正确选用各种合适的半导体器件 本章特点：概念多，琐碎 重点及难点：器件的工作原理、特性曲线、主要参数 计划学时：8-10学时 如何通过微观掌握宏观特性？

第一章 目录 半导体的基础知识 PN结与二极管 特殊二极管 本征半导体 杂质半导体 载流子运动方式及形成电流 PN结的基本原理 晶体二极管 二极管应用电路 特殊二极管

第一章 目录（续） 晶体三极管 场效应晶体管 结型场效应晶体管（JFET） 绝缘栅场效应管（IGFET） 晶体管的结构与符号 晶体管的工作状态及放大原理 晶体管特性曲线 晶体管的主要参数 场效应晶体管 结型场效应晶体管（JFET） 绝缘栅场效应管（IGFET） 场效应管的工作状态、参数及特点

第一章作业(p45~48) 作业： 3，5，6，7(a,d,f)，10 ，12 15，16，22，24

1.1 半导体的基础知识 1.1.1 本征半导体 1.1.2 杂质半导体 1.1.3 载流子的运动方式及形成的电流

预备知识  < 10-3Ω·cm:导体   介于导体和绝缘体之间:半导体  > 108Ω·cm:绝缘体 （Semiconductor）   < 10-3Ω·cm:导体  > 108Ω·cm:绝缘体  介于导体和绝缘体之间:半导体 常用半导体材料：Si、Ge、GaAs、InP、……

预备知识 共价键结构 每个原子和相邻的4个原子相互补足8个电子，形成稳定结构。

预备知识 为什么要使用半导体？ 掺杂性：在纯净的半导体中掺入某些杂质，其电阻率大大下降而 导电能力显著增强。 用途：可制作各种半导体器件，如二极管和三极管等。 热敏性：半导体的电阻率随着温度的上升而明显下降，其导电能力增强。 用途：可制作温度敏感元件，如热敏电阻。

预备知识 为什么要使用半导体？ 半导体为什么具备上述特性？ 光敏性：当受到光照时，半导体的电阻率随着光照增强而下降，其导电能力增强。 用途：可制作各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等。 半导体为什么具备上述特性？

1.1.1 本征半导体 本征半导体-------定义 硅(Si) 锗(Ge) 化学成分纯净的半导体。在物理结构上呈单晶体形态。 1.1.1 本征半导体 本征半导体-------定义 化学成分纯净的半导体。在物理结构上呈单晶体形态。 半导体的原子结构: 硅(Si) 锗(Ge)

1.1.1 本征半导体 本征半导体------晶体结构 半导体的共价键结构 共价键中的两个价电子 原子核 共价键

1.1.1 本征半导体 本征半导体------导电机理 1.1.1 本征半导体 本征半导体------导电机理 本征激发产生的空穴 本征激发（热激发） 价电子受热或受光照（即获得一定能量）后，可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个带正电的空穴。 价 电 子 本征激发产生的自由电子 该现象称为本征激发(热激发)

1.1.1 本征半导体 本征半导体------导电机理 成对的电子和空穴 （热）温度 光 核辐射 电子（带负电） 激发 一对载流子 1.1.1 本征半导体 本征半导体------导电机理 （热）温度 光 核辐射 电子（带负电） 激发 一对载流子 空穴（带正电Hole） 成对的电子和空穴 复 合——自由电子回到共价键结构中的现象。此时电子空穴成对消失。

1.1.1 本征半导体 热（T） 载流子密度 复合 激发 热平衡 本征半导体------载流子密度 1.1.1 本征半导体 本征半导体------载流子密度 热（T） 载流子密度 复合 激发 热平衡 温度每升高10度，ni(T)、pi(T)增大一倍。 注意： (1) 本征半导体中载流子数目极少, 其导电性能很差。 (2) 温度越高， 载流子的数目越多,半导体的导电性能也就越好。可见，温度对半导体器件性能影响很大。

杂质半导体—在本征半导体中掺入微量其它元素而得到的半导体。 1.1.2 杂质半导体 杂质半导体—在本征半导体中掺入微量其它元素而得到的半导体。 杂质半导体可分为： N型(电子)半导体和P型(空穴)半导体两类。

1.1.2 杂质半导体 本征半导体 +施主杂质(Donor) = N型半导体 1.N型半导体 1.1.2 杂质半导体 1.N型半导体 构成：在本征半导体中掺入微量五价元素物质（磷、砷等）而得到的杂质半导体。 结构图 本征半导体 +施主杂质(Donor) = N型半导体

1.1.2 杂质半导体 1.N型半导体 多子 电子 正离子对 杂质原子电离 电子 空穴对 热激发 N型半导体是带负电的吗？ 少子 1.1.2 杂质半导体 1.N型半导体 提供电子的磷原子因带正电荷而 成为正离子。上述过程称为 施主杂质电离。 5价杂质原子又称施主杂质。 多子 电子 正离子对 杂质原子电离 电子 空穴对 热激发 N型半导体是带负电的吗？ 少子

1.1.2 杂质半导体 本征半导体 +受主杂质(Acceptor) = P型半导体 2.P型半导体 1.1.2 杂质半导体 2.P型半导体 构成：在本征半导体中掺入微量三价元素物质（硼、铝等）而得到的杂质半导体。 结构图 本征半导体 +受主杂质(Acceptor) = P型半导体

1.1.2 杂质半导体 2.P型半导体 多子 空穴 负离子对 杂质原子电离 空穴 电子对 热激发 P型半导体是带正电的吗？ 少子 1.1.2 杂质半导体 2.P型半导体 接受一个电子的硼原子因带负电荷而成为不能移动的负离子。空穴和负离子成对产生。 上述过程称为受主杂质电离。3价杂质原子又称受主杂质。 多子 空穴 负离子对 杂质原子电离 空穴 电子对 热激发 P型半导体是带正电的吗？ 少子

1.1.3 载流子运动方式及形成电流 1.扩散运动及扩散电流 浓度分布不均匀 扩散运动—载流子受扩散力的作用所作的运动称为扩散运动。 1.1.3 载流子运动方式及形成电流 1.扩散运动及扩散电流 浓度分布不均匀 扩散运动—载流子受扩散力的作用所作的运动称为扩散运动。 扩散电流—载流子扩散运动所形成的电流称为扩散电流。 扩散电流大小与载流子浓度梯度成正比

1.1.3 载流子运动方式及形成电流 2.漂移运动及漂移电流 漂移运动—载流子在电场力作用下所作的运动称为漂移运动。 1.1.3 载流子运动方式及形成电流 2.漂移运动及漂移电流 漂移运动—载流子在电场力作用下所作的运动称为漂移运动。 漂移电流—载流子漂移运动所形成的电流称为漂移电流。 漂移电流大小与电场强度成正比

本 节 小 结 半导体是依靠自由电子和空穴两种载流子导电的。 掺入不同杂质，形成N型和P型半导体。 载流子的两种运动：电场作用下的漂移运动和浓度差作用下的扩散运动。

1.2 PN结与晶体二极管 1.2.1 PN结的基本原理 1.2.2 晶体二极管 1.2.3 晶体二极管应用电路举例

1.2.1 PN结基本原理 扩散 扩散 1. PN结的形成 浓度差 空间电荷区 漂移 稳定宽度

1.2.1 PN结基本原理 1.PN结的形成 P区的一些空 穴向N区扩散 交界处的浓度差 扩散 扩散电流 N区的一些电 子向P区扩散 动态平衡 P区留下带负 电的受主离子 内建电场 漂移电流 N区留下带正 电的施主离子 PN 结

1.2.1 PN结基本原理 1.PN结的形成 空间电荷区的宽度和掺杂浓度成反比。 内建电场 UΦ 空间电荷区/耗尽层 PN结平衡 UΦ= 0.6~0.8V 或 0.2~0.3V 空间电荷区/耗尽层 空间电荷区的宽度和掺杂浓度成反比。 内建电场 UΦ

1.2.1 PN结基本原理 小结 载流子的扩散运动和漂移运动既互相联系又互相矛盾。 漂移运动=扩散运动时，PN结形成且处于动态平衡状态。 PN结没有电流通过。

1.2.1 PN结基本原理 2. PN结的特性 （1） 单向导电性 （2） 击穿特性 （3） 电容特性 特性表现、特性原因、用途

1.2.1 PN结基本原理 2. PN结的特性 PN结正向导通状态 未加偏压时的耗尽层 加偏压时的耗尽层 (1)单向导电性 PN结加正向电压 流过PN结的电流随外加电压U的增加而迅速上升，PN结呈现为小电阻。该状态称： 内建电场被削弱，势垒高度下降，空间电荷区宽度变窄，这使得P区和N区能越过这个势垒的多数载流子数量大大增加，形成较大的扩散电流。 UΦ UΦ–U 合成电场 加偏压时的耗尽层 PN结正向导通状态

1.2.1 PN结基本原理 2. PN结的特性 未加偏压时的耗尽层 PN结反向截止状态 加反向偏压时的耗尽层 (1)单向导电性 流过PN结的电流称为反向饱和电流(即IS)，PN结呈现为大电阻。该状态称： 内建电场被增强，势垒高度升高，空间电荷区宽度变宽。这就使得多子扩散运动很难进行，扩散电流趋于零，而少子更容易产生漂移运动 。 加反向偏压时的耗尽层 UΦ+U 合成电场 PN结反向截止状态 UΦ

1.2.1 PN结基本原理 小结 PN结加正向电压时，正向扩散电流远大于漂移电流，PN结导通；PN结加反向电压时，仅有很小的反向饱和电流IS，考虑到IS0，则认为PN结截止。 PN结正向导通、反向截止的特性称PN结的单向导电特性。

1.2.1 PN结基本原理 2. PN结的特性 （2）击穿特性 击穿——PN结外加反向电压且电压值超过一定限度时，反向电流急剧增加而结两端电压基本不变的现象。 击穿不一定导致损坏。 利用PN结击穿特性可以制作稳压管。 击穿电压 击穿分类：雪崩击穿；齐纳击穿。

1.2.1 PN结基本原理 击穿特性-----雪崩击穿 反向电压增大 内建电场增强 载流子动能增大 碰撞原子核 产生电子空穴对

1.2.1 PN结基本原理 2. PN结的特性 反向电压足够高 PN结宽 合成电场很强 破坏共价键 产生新的电子空穴对 载流子剧增，电流增大 (2)击穿特性 齐纳击穿(场致击穿) 反向电压足够高 合成电场很强 破坏共价键 产生新的电子空穴对 载流子剧增，电流增大 掺入杂质浓度小的PN结中，雪崩击穿是主要的，击穿电压一般在6V以上；在掺杂很重的PN结中，齐纳击穿是主要的，击穿电压一般在6V以下。击穿电压在6V左右的PN结常兼有两种击穿现象。 PN结宽

1.2.1 PN结基本原理 势垒电容 扩散电容 2. PN结的特性 (3)电容特性 分类 将限制器件工作频率。 势垒电容CB

1.2.1 PN结基本原理 2. PN结的特性 (3)电容特性 扩散电容CD 由势垒区两侧的P区和N区正负电荷混合贮存所产生。 I:正向电流 UT ：热电压 CD 值与PN结的正向电流I成正比 。 小结 PN结正向运用时 CB、CD同时存在，CD起主要作用 PN结反向运用时，只有CB 。

1.2.2 晶体二极管 晶体二极管结构与符号 晶体二极管伏安特性 晶体二极管参数 晶体二极管电路分析方法 晶体二极管电路举例

1.2.2 晶体二极管 1. 结构与符号 点接触型 面结合型 平面型 符号

1.2.2 晶体二极管

1.2.2 晶体二极管 2. 伏安特性★ 正向特性、反向特性、击穿特性 正向特性 曲线特征： 小电流范围近似呈指数规律，大电流时接近直线。 1.2.2 晶体二极管 2. 伏安特性★ 正向特性、反向特性、击穿特性 正向特性 曲线特征： 小电流范围近似呈指数规律，大电流时接近直线。 主要参数： 存在门限电压Uth 锗管 Uth  0.2V 硅管 Uth  0.6V 伏安特性图

1.2.2 晶体二极管 2. 伏安特性★ 反向特性 曲线特征： 曲线近似呈水平线，略有倾斜 主要参数： 反向饱和电流 IS 伏安特性图

1.2.2 晶体二极管 2. 伏安特性★ 击穿特性 曲线表征 反向电流急剧增加而二极管端压近似不变。 （PN结击穿） 重要参数：UZ 1.2.2 晶体二极管 2. 伏安特性★ 击穿特性 曲线表征 反向电流急剧增加而二极管端压近似不变。 （PN结击穿） 重要参数：UZ 伏安特性图

1.2.2 晶体二极管 2. 伏安特性★ 课本P10，公式（1-4）（1-5） 伏安特性的温度特性：◆ (c)击穿特性 (a)正向特性 1.2.2 晶体二极管 2. 伏安特性★ 伏安特性的温度特性：◆ (c)击穿特性 (a)正向特性 (b)反向特性 T则UZ(雪崩击穿) T则UZ(齐纳击穿) T则Uth T则IS  课本P10，公式（1-4）（1-5）

1.2.2 晶体二极管 3. 伏安特性数学表达式★（背过） 式中： mV T=300K时 正向特性近似 ; 时 反向特性近似 ; 时

1.2.2 晶体二极管 4. 主要参数★ 性能参数 表征工作性能 参数 极限参数 表征安全工作范围 （1）性能参数 直流电阻 RD ： 1.2.2 晶体二极管 4. 主要参数★ 表征工作性能 性能参数 表征安全工作范围 极限参数 参数 （1）性能参数 直流电阻 RD ： 定义 ：RD= U / I |Q点处 RD是 u 或 i 的函数

1.2.2 晶体二极管 4. 主要参数★ （1）性能参数 交流电阻 rd ： 定义：（背过） 势垒电容CB ： 影响器件最高工作频率

1.2.2 晶体二极管 4. 主要参数★ （2）极限参数 最大允许整流电流IOM ： 工作电流>IOM易导致二极管过热失效 1.2.2 晶体二极管 4. 主要参数★ （2）极限参数 最大允许整流电流IOM ： 工作电流>IOM易导致二极管过热失效 最高反向工作电压URM : 允许加到二极管(非稳压管)的最高反向电压 最大允许功耗PDM : 实际功耗大于PDM 时易导致二极管过热损坏

1.2.2 晶体二极管 5.晶体二极管电路分析方法 图解法、迭代法、折线化近似法 图解法 i = f (u )

1.2.2 晶体二极管 5.晶体二极管电路分析方法 迭代法 据电路列方程组 采用牛顿-拉夫森迭代算法 迭代公式：

1.2.2 晶体二极管 5.晶体二极管电路分析方法 折线化近似法◆工程分析方法 —— 将实际二极管的V-A特性曲线作折线化近似。 V-A特性 1.2.2 晶体二极管 5.晶体二极管电路分析方法 折线化近似法◆工程分析方法 —— 将实际二极管的V-A特性曲线作折线化近似。 V-A特性 符号 理想特性曲线 只考虑门限 的特性曲线

1.2.2 晶体二极管 5.晶体二极管电路分析方法 折线化近似法 符号 V-A特性 考虑门限电压和 正向导通电阻的 特性曲线 1.2.2 晶体二极管 5.晶体二极管电路分析方法 折线化近似法 符号 V-A特性 考虑门限电压和 正向导通电阻的 特性曲线 rd：工作点处的动态电阻 仅考虑正、反向 导通电阻的特性 曲线

1.2.3 晶体二极管应用电路 方法：判断二极管处于导通态还是截止态 1.整流电路 ；VD截止 ui < 0V 1.2.3 晶体二极管应用电路 方法：判断二极管处于导通态还是截止态 1.整流电路 例1-1：半波整流电路中VD 理想，画出uO (t)波形。 解： 输出uO(t) 取决于VD 的工作状态是通还是断。 ；VD截止 ui < 0V ；VD导通 ui > 0V

1.2.3 晶体二极管应用电路 全波怎么做？

仿真

1.2.3 晶体二极管应用电路 2.门电路 uO = 0 例1-2： 图a所示二极管门电路（VD 理想） 求：uO 解： 分析方法： 1.2.3 晶体二极管应用电路 2.门电路 例1-2： 图a所示二极管门电路（VD 理想） 求：uO uO = 0 解： 分析方法： 是比较各二极管的正向开路电压，正向开路电压最大的一只二极管抢先导通。 结合图中给定的参数分析： VD1、VD2 开路时，阳极对地电位为+5V，阴极对 地电位分别为+1V、0V， 可见VD2导通。

1.2.3 晶体二极管应用电路 3.限幅电路 ；VD截止 ui <5V ；VD导通 ui 5V 负向限幅？双向限幅？ 1.2.3 晶体二极管应用电路 3.限幅电路 例1-3: 限幅电路中VD 理想，求uO(t)并画出波形。 解： ；VD截止 ui <5V ；VD导通 ui 5V 负向限幅？双向限幅？

本 节 小 结 理解并掌握二极管的特性曲线 理解二极管的参数 掌握二极管的应用电路的分析方法

1.3 特殊二极管 1.3.1 稳压二极管◆◆ 1.3.2 光电二极管 1.3.3 发光二极管 1.3.4 变容二极管

1.3 特殊二极管 稳压二极管 1.V-A特性及符号 注意符号当中的“+”和“-”的标识。 利用PN结击穿区具有稳定电压的特性工作。

1.3 特殊二极管 2.稳压管主要参数 稳定电压UZ：即PN结击穿电压 稳定电流IZ ： Izmin< IZ< IZmax 1.3 特殊二极管 2.稳压管主要参数 稳定电压UZ：即PN结击穿电压 稳定电流IZ ： Izmin< IZ< IZmax 动态电阻rZ ：定义rZ =u/i rZ越小，则稳压性能越好 额定功耗PZ ：实际功耗超过PZ易使稳压管损坏

1.3 特殊二极管 3.稳压管等效电路 这时稳压管 就是一只二极管 Ur为门限电压 稳压管应用：稳压电路、限幅电路

1.3 特殊二极管 变容二极管 (a)符号 (b)特性 变容二极管利用PN结的势垒电容效应制作 变容二极管必须工作于反偏状态。

1.4 晶体三极管★★ 1.4.1 晶体三极管的结构与符号 1.4.2 晶体管的运用状态 1.4.3 晶体管的放大原理 1.4.4 晶体三极管特性曲线 1.4.5 晶体管的主要参数

1.4.1 晶体三极管的结构与符号 发射区(E区)：发送载流子 基 区(B区)：传送载流子 集电区(C区)：收集载流子 1.4.1 晶体三极管的结构与符号 N P E区 B区 C区 C结 E结 E B C PNP 基区 发射区和集 电区由于掺杂 浓度不同， 结构不同因此 不能对调使用 发射区(E区)：发送载流子 基 区(B区)：传送载流子 集电区(C区)：收集载流子 发射极 基极 集电极 N P 发射区 集电区 发射结 集电结 C E B NPN 三极管存在：两结三区三极 发射区重掺杂 基区薄 集电极面积大

1.4.2 晶体三极管的工作状态 三极管四种状态 正向运用 饱和状态 放大状态 反向放大状态 截止状态 ♦如何判别三极管类型、管脚、材料 1.4.2 晶体三极管的工作状态 三极管四种状态 集电结 运用状态 发射结 正向运用 反向运用 饱和状态 放大状态 反向放大状态 截止状态 ♦如何判别三极管类型、管脚、材料

1.4.3 晶体管的放大原理 1.载流子的传输过程

1.4.3 晶体管的放大原理

1.4.3 晶体三极管的放大原理 集电区收集电子 发射区向基区注入电子 注入电子边扩散边复合 集电结两边少子定向漂移

Bipolar Junction Transistor 1.4.3 晶体三极管的放大原理 1. 载流子传输过程（以NPN管为例） 发射区向基区注入电子( IEn ) ： 发射极电流IE  IEn 注入电子在基区边扩散边复合( IBn ) ： 是基极电流IB 的一部分 集电区收集扩散来的电子 ( Icn ) ： Icn构成集电极电流 IC 的主要成份 集电结两边少子定向漂移( ICBO ) ： ICBO对放大无贡献应设法减小 晶体三极管又称为双极型晶体管BJT Bipolar Junction Transistor

1.4.3 晶体三极管的放大原理 1. 载流子传输过程（以NPN管为例） 三极管放大应满足两方面条件： 1.4.3 晶体三极管的放大原理 1. 载流子传输过程（以NPN管为例） 三极管放大应满足两方面条件： 外部条件：发射结正偏 集电结反偏 (记住） 内部条件：薄基区 发射区重掺杂基区轻掺杂

1.4.3 晶体三极管的放大原理 2. 电流分配关系 外部电流： 内部电流：

1.4.3 晶体三极管的放大原理 2. 电流分配关系 定义

1.4.3 晶体三极管的放大原理 2. 电流分配关系

1.4.3 晶体三极管的放大原理 3. 放大原理♦ 当基极电流有一微小变化时，集电极电流会有较大的变化。 流控放大：基极电流控制集电极电流

1.4.4 晶体管的特性曲线◆◆ 输入特性 特性曲线 输出特性 描述晶体管外部极电流 与极间电压的关系 三极管接法：共基、共射、共集 1.4.4 晶体管的特性曲线◆◆ 输入特性 输出特性 特性曲线 描述晶体管外部极电流 与极间电压的关系 三极管接法：共基、共射、共集 共射（CE）放大电路

1.4.4 晶体管的特性曲线◆◆ 1. 共射接法输入特性曲线 指uCE为参变量，iB随uBE变化的关系曲线 特点： 1.4.4 晶体管的特性曲线◆◆ 1. 共射接法输入特性曲线 指uCE为参变量，iB随uBE变化的关系曲线 特点： uCE =0V时，特性曲线类似二极管V-A特性 uCE >0V时，特性曲线右移直至uCE 3V时曲线基本重合

1.4.4 晶体三极管特性曲线 2. 共射接法输出特性曲线★ 指iB为参变量，iC随uCE变化的关系曲线

1.4.4 晶体三极管特性曲线 2. 共射接法输出特性曲线★ 截止区： 对应截止状态:E结C结反偏 1.4.4 晶体三极管特性曲线 2. 共射接法输出特性曲线★ 曲线分为四区：截止区 放大区 饱和区 击穿区 截止区： 对应截止状态:E结C结反偏 特点：iE =0 iC =ICBO = –iB

1.4.4 晶体三极管特性曲线 2. 共射接法输出特性曲线★ 放大区 放大状态: E结正偏C结反偏 特点1 放大特性

1.4.4 晶体三极管特性曲线 2. 共射接法输出特性曲线★ 特点2： 基调(厄立)效应----UA 表现:曲线略微上斜

1.4.4 晶体三极管特性曲线 2. 共射接法输出特性曲线★ 特点3： 穿透电流： 时的

1.4.4 晶体三极管特性曲线 2. 共射接法输出特性曲线★ 饱和状态: E结正偏C结正偏 饱和区 特点： 1.4.4 晶体三极管特性曲线 2. 共射接法输出特性曲线★ 饱和区 饱和状态: E结正偏C结正偏 特点： 饱和现象：固定uCE ,iC基本不随iB变化 uCE控制iC ：固定iB,iC随uCE剧烈变化

1.3.4 晶体三极管特性曲线 2. 共射接法输出特性曲线★ 饱和区 注意： 临界饱和： 临界饱和电压：UCES

1.4.5 晶体三极管主要参数 关系 集电极----基极间反向饱和电流ICBO 1. 放大参数 2. 极间反向电流 1.4.5 晶体三极管主要参数 1. 放大参数 关系 2. 极间反向电流 集电极----基极间反向饱和电流ICBO 集电极----发射极穿透电流ICEO 关系：ICEO=(1+ ) ICBO 3. 极限参数 极限电流----集电极最大允许电流ICM 极限电压----U(BR)CBO，U(BR)CEO

1.4.5 晶体三极管主要参数 3. 极限参数 极限功率----集电极最大允许功耗PCM 安 全 工 作 区

1.4.5 晶体三极管主要参数 ICBO 的温度特性 4. 晶体管参数的温度特性★ T 100C则ICBO 约1倍 UBEO的温度特性 1.4.5 晶体三极管主要参数 4. 晶体管参数的温度特性★ ICBO 的温度特性 T 100C则ICBO 约1倍 UBEO的温度特性 T 10C则UBEO （ 对于PNP管：UEBO ）(23)mV  的温度特性 T 100C则 (0.51)%

本节小结 记忆三极管结构符号 理解外部电流关系 掌握重要参数 理解特性曲线

1.5 场效应晶体管 1.5.1 结型场效应晶体管（JFET） 1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 1.5.3 场效应管工作状态分析 1.5.4 JFET和IGFET比较 1.5.5 场效应管的参数及特点

特点：体积小，重量轻等，输入阻抗高，噪声低等。 1.5 场效应晶体管 场效应管：利用电压产生的电场效应来控制 电流的半导体器件。 特点：体积小，重量轻等，输入阻抗高，噪声低等。 FET JFET IGFET 增强型 耗尽型

1.5.1 结型场效应管（JFET）

1.5.1 结型场效应管（JFET） 1. JFET结构与符号 N-JFET P-JFET

1.5.1 结型场效应管（JFET） 2. JFET工作原理（以NJFET为例） 导电沟道 两个P+区与N区形成两个PN结，夹在其中的N区是电子由源极流向漏极的通道，称为导电沟道。 正常工作条件 外加电压确保PN结处于反偏状态。

1.5.1 结型场效应管（JFET） iD 2. JFET工作原理（以NJFET为例） 取决 于 受控 于 受控机理 漏极电流iD 受控于uGS。 受控 于 取决 于 iD 端压uDS 沟道电阻R沟道 控制电压uGS (设uDS一定)

1.5.1 结型场效应管（JFET） 工作原理------uGS 控制iD (uDS =C0) 2. JFET工作原理（以NJFET为例） 初始沟道 UDS UGS d g s iD  预夹断 uGD = UGS(off)  uGS   uGS  uGS  UGS d g s iD  UDS iD UDS UGS d g s iD =0 iD = 0 夹断 uGS = UGS(off)

1.5.1 结型场效应管（JFET） 工作原理----- uDS 影响 iD (uGS =C0) 2. JFET工作原理（以NJFET为例） 工作原理----- uDS 影响 iD (uGS =C0) 初始沟道 UDS UGS d g s iD = 0 iD  UDS UGS d g s 预夹断 uGD = UGS(off) iD 0 uDS  uDS  uDS  UGS d g s iD >0 UDS iD  UDS UGS d g s iD  0 iD=C0

1.5.1 结型场效应管（JFET） 小结： iD 受控于uGS : uGS 则 iD 直至iD =0 2. JFET工作原理（以NJFET为例） 小结： iD 受控于uGS : uGS 则 iD 直至iD =0 JFET管随uGS值的增加经预夹断至夹断状态 iD 受uDS影响 : uDS则iD 先增随后近似不变 预夹断前uDS则iD  以预夹断状态为分界线 预夹断后uDS则iD 不变

1.5.1 结型场效应管（JFET） 2. JFET工作原理（以NJFET为例） 特别注意： iD  iD =0 iD = 0 区别夹断与预夹断： 夹断时： uGS  UGS(off) ，iD =0 预夹断时：uGD = UGS(off) (或uGS - uDS = UGS(off) ) iD 0 预夹断前：uGD > UGS(off) (或uGS - uDS > UGS(off) ) 预夹断后：uGD < UGS(off) (或uGS - uDS < UGS(off) ) UDS UGS d g s iD =0 iD = 0 iD  UDS UGS d g s

1.5.1 结型场效应管（JFET） 3. JFET特性曲线（以NJFET为例） 指uGS为参变量，iD随uDS变化的关系曲线 （1） 输出特性曲线 指uGS为参变量，iD随uDS变化的关系曲线

1.5.1 结型场效应管（JFET） 3. JFET特性曲线（以NJFET为例） （1） 输出特性曲线 （1） 输出特性曲线 输出曲线分四区：截止区 放大区 可变电阻区 击穿区 截止区： 对应夹断状态 特点：uGS  UGS (off) iD=0 截止区

1.5.1 结型场效应管（JFET） 3. JFET特性曲线（以NJFET为例） （1） 输出特性曲线-----放大区 放大区： （1） 输出特性曲线-----放大区 放大区： 对应管子预夹断后的状态 特点：受控放大， iD 只受uGS控制 uGS 则iD  放大区

1.5.1 结型场效应管（JFET） 3. JFET特性曲线（以NJFET为例） （1） 输出特性曲线----可变电阻区 可变电阻区： （1） 输出特性曲线----可变电阻区 可变电阻区： 对应预夹断前状态 特点： 固定uGS，uDS则iD近似线性 -------- 电阻特性 固定uDS，变化uGS则阻值变化 --------变阻特性 可变电阻区

1.5.1 结型场效应管（JFET） 击穿区 3. JFET特性曲线（以NJFET为例） （1） 输出特性曲线-----击穿区 击穿区： （1） 输出特性曲线-----击穿区 击穿区： 对应PN结击穿状态 特点：uDS 很大 iD急剧增加 击穿区

1.5.1 结型场效应管（JFET） 3. JFET特性曲线（以NJFET为例） （2） 转移特性曲线 （2） 转移特性曲线 指uDS为参变量，iD随uGS变化的关系曲线

1.5.1 结型场效应管（JFET） 预夹断后转移特性曲线重合 3. JFET特性曲线（以NJFET为例） （2） 转移特性曲线 曲线方程★ （2） 转移特性曲线 预夹断后转移特性曲线重合 曲线方程★ 记住

1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 特点 ——栅极同其余电极之间绝缘 根据栅极绝缘材料分为: 金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET或MOS) 金属-氮化硅-半导体场效应管(MNSFET或MNS) 金属-氧化铝-半导体场效应管(MALSFET) 根据导电沟道类型分为: N沟道和P沟道 根据是否存在原始导电沟道分为:增强型和耗尽型

1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 1. 半导体的表面场效应 金属 金属 P型半导体 反型层 P型半导体

1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 2. N沟道增强型MOSFET （1） 结构与符号

uGS UGS(th)时，产生导电沟道(开启状态) 1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 2. N沟道增强型MOSFET （2） 工作原理 正常工作电压 导电沟道 uGS=0时，无导电沟道(夹断状态) uGS UGS(th)时，产生导电沟道(开启状态) 定义开启电压UGS(th) 为刚开始出现导电沟道时的栅源电压数值

1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 2. N沟道增强型MOSFET （2） 工作原理 受控机理：漏极电流iD 受控于uGS （2） 工作原理 受控机理：漏极电流iD 受控于uGS 通过改变加在绝缘层上的电压(栅源电压)的大小来改变导电沟道的宽度，进而改变沟道电阻的大小以达到控制漏极电流的目的，漏极电流iD 受控于uGS 。

1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 2. N沟道增强型MOSFET （2） 工作原理 （2） 工作原理 uDS 影响 iD ( uGS = C  0 ) uDS<(uGS-UGS(th)) 开启状态 iD >0 uDS=(uGS-UGS(th)) 预夹断状态 uDS iD  uDSiD 近似不变 uDS>(uGS-UGS(th)) 预夹断后

1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 2. N沟道增强型MOSFET （2） 工作原理 小结： （2） 工作原理 小结： iD 受控于uGS : uGS  则 iD 直至iD =0 iD 受uDS影响 : uDS则iD 先增随后近似不变 预夹断前uDS则iD  以预夹断状态为分界线 预夹断后uDS则iD 不变

1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 2. N沟道增强型MOSFET （2） 工作原理 特别注意： 区别夹断与预夹断： （2） 工作原理 特别注意： 区别夹断与预夹断： 夹断时： uGS  UGS(th) ，iD =0 预夹断时：uGD = UGS(th) (或uGS - uDS = UGS(th)) iD 0 预夹断前：uGD > UGS(th) (或uGS - uDS > UGS(th) ) 预夹断后：uGD < UGS(th) (或uGS - uDS < UGS(th) )

1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 2. N沟道增强型MOSFET 指uGS 为参变量，iD随uDS变化的关系曲线 ① 输出特性曲线 指uGS 为参变量，iD随uDS变化的关系曲线

1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 可变电阻区 放大区 截止区 （3）特性曲线（以增强型NMOS管为例） （1） 输出特性曲线 输出特性曲线主要分三区： 截止区 放大区 可变电阻区 可变电阻区 放大区 截止区

1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） （3）特性曲线（以增强型NMOS管为例） （1） 输出特性曲线-----截止区 对应夹断状态（反型层还未形成） 特点：uGS  UGS (th) iD=0 UGS (th)=4V

1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） （3）特性曲线（以增强型NMOS管为例） （1） 输出特性曲线-----放大区 对应管子预夹断后的状态 特点： 受控放大 uGS 则 iD 

1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） （3）特性曲线（以增强型NMOS管为例） （1） 输出特性曲线-----可变电阻区 对应预夹断前状态 特点： 固定uGS，uDS则iD近似线性 -----电阻特性 固定uDS，uGS变化则阻值变化 -----变阻特性

1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） （3）特性曲线（以增强型NMOS管为例） ②转移特性曲线 开启电压UGS(th) 指uDS 为参变量，iD随uGS变化的关系曲线

1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 预夹断后转移特性曲线重合 （3）特性曲线（以增强型NMOS管为例） ②转移特性曲线 曲线方程 开启电压UGS(th) 预夹断后转移特性曲线重合 曲线方程

1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 2. N沟道增强型MOSFET (4) 衬调效应 (4) 衬调效应 uBS 0且uBS <0时iD 受控于uBS 的特性 衬调效应又称： 背栅效应 体效应

1.5.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 存在原始导电沟道的FET管 uGS =0时管子内已有的导电通道 3. N沟道耗尽型MOSFET 转移特性 存在原始导电沟道的FET管 输出特性 uGS =0时管子内已有的导电通道

1.5.3 场效应管工作状态分析 如何确定场效应管是否工作在放大区呢？ 第一步：判别场效应管是否导通？ 耗尽型：导通界限是UGS(off) 1.5.3 场效应管工作状态分析 如何确定场效应管是否工作在放大区呢？ 第一步：判别场效应管是否导通？ 耗尽型：导通界限是UGS(off) N沟道： P沟道： 增强型：导通界限是UGS(th) N沟道： P沟道：

1.5.3 场效应管工作状态分析 第二步：判别场效应管工作于放大区还是可变电阻区? 实质：判断预夹断前还是预夹断后，放大区的判断如下 1.5.3 场效应管工作状态分析 第二步：判别场效应管工作于放大区还是可变电阻区? 实质：判断预夹断前还是预夹断后，放大区的判断如下 N沟道： P沟道：

1.5.3 场效应管工作状态分析 例1-4 电路如图1-49所示， 确定其工作区域

1.5.5 场效应管的参数及特点 1. 主要参数 （1）直流参数: 耗尽管参数 饱和漏极电流IDSS : uGS=0时的iD 值 1.5.5 场效应管的参数及特点 1. 主要参数 （1）直流参数: 耗尽管参数 饱和漏极电流IDSS : uGS=0时的iD 值 夹断电压UGS(off) : iD 0时的uGS值 开启电压UGS(th) : 增强型管刚开始导电时的uGS值 直流输入电阻RGS: RGS = UGS / IG 增强管参数

1.5.5 场效应管的参数及特点 1. 主要参数 （2）交流参数: 定义： ★跨导 gm 耗尽型 增强型

1.5.5 场效应管的参数及特点 1. 主要参数 （2）交流参数: 背栅跨导 gmb 定义： 计算： 输出电阻 rds 定 义： 1.5.5 场效应管的参数及特点 1. 主要参数 （2）交流参数: 背栅跨导 gmb 定义： 计算： 输出电阻 rds 定 义： 物理意义：表示uDS对iD的控制能力 几何意义：表示输出特性曲线上工作点处切线斜率的倒数（数值很大） 极间电容：Cgs Cgd Cds ( Cbs Cbd Cbg )

1.5.5 场效应管的参数及特点 1. 主要参数 （3）极限参数: 栅源击穿电压 UBR(GS) 漏源击穿电压 UBR(DS) 1.5.5 场效应管的参数及特点 1. 主要参数 （3）极限参数: 栅源击穿电压 UBR(GS) 漏源击穿电压 UBR(DS) 最大功耗 PDM : （4）参数的温度特性： 在特定工作电流电压下，管子参数的温度系数可以为零

1.5.5 场效应管的参数及特点 FET BJT 2.场效应管与晶体管的比较 导电方式 控制方式 输入电阻 载流子 运动方式 多子 单极型 1.5.5 场效应管的参数及特点 2.场效应管与晶体管的比较 FET BJT 导电方式 载流子 运动方式 控制方式 输入电阻 多子 单极型 多子少子 双极型 漂移 扩散 漂移 压控 流控 高 低