电子技术基础 主讲：林昕.

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1 电子技术基础 主讲：林昕

2 第三章 半导体二极管、三极管和场效应管 3.1 PN结与半导体二极管、稳压管 3.2 半导体三极管 3.3 场效应管

3 3.1 PN结与半导体二极管、稳压管 1 本征半导体 2 N型半导体和P型半导体 3 PN结及其单向导电性
根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体 半导体的电阻率为10-3～109 cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。

4 3.1.1 本征半导体及其导电性 本征半导体——化学成分纯净的半导体晶体。
制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到 %，常称为“九个9”。它在物理结构上呈单晶体形态。

5 (1）本征半导体的共价键结构 硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。 这种结构的立体和平面示意图见图。 图 硅原子空间排列及共价键结构平面示意图 (a) 硅晶体的空间排列 (b) 共价键结构平面示意图 (c)

6 （2）电子空穴对 当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为自由电子。 这一现象称为本征激发，也称热激发。 自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴。

7 本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。
可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合，如图所示。 本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。

8 (3) 空穴的移动 自由电子的定向运动形成了电子电流，空穴的定向运动也可形成空穴电流，它们的方向相反。只不过空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的，因此，空穴的导电能力不如自由电子 空穴在晶格中的移动

9 2 杂质半导体 (1) N型半导体 (2) P型半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质后的本征半导体称为杂质半导体。

10 在本征半导体中掺入五价杂质元素，例如磷，可形成 N型半导体,也称电子型半导体。
因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。 在N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子, 由热激发形成。 提供自由电子的五价杂质原子因自由电子脱离而带正电荷成为正离子，因此，五价杂质原子也被称为施主杂质。N型半导体的结构示意图如图所示。

11 空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质 因而也称为受主杂质。P型半导体的结构示意图如图所示。

12 杂质对半导体导电性的影响 的影响，一些典型的数据如下: 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:
掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大 的影响，一些典型的数据如下: T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3 1 2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度: n=5×1016/cm3 本征硅的原子浓度: 4.96×1022/cm3 3 以上三个浓度基本上依次相差106/cm3 。

13 杂质半导体简化模型 P N

14 3 PN结及其单向导电性 PN结的形成 PN结的单向导电性 PN结的电容效应

15 多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区
PN结的形成 在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成 N 型半导体和 P 型半导体。此时将在N型半导体和 P 型半导体的结合面上形成如下物理过程: 因浓度差  多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区  空间电荷区形成 内电场  内电场促使少子漂移  内电场阻止多子扩散

16 P N 结 , 在空间 最后多子扩散和少子的漂移达到动态平衡。对于P型半导体和N型半导体结合面，离子薄层形成的空间电荷区称为 电荷区，由于缺
少多子，所以也 称耗尽层。 PN 结形成的过程可参阅图。 PN结的形成过程

17 PN结的单向导电性 PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从 P 区流到 N 区， PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。

18 (1) PN结加正向电压时的导电情况 PN结加正向电压时的导电情况如图 外加的正向电压有一部分降落在 PN 结区，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响, PN 结呈现低阻性。 PN结加正向电压 时的导电情况 （动画1-4）

19 PN结加反向电压时的导电情况如图所示。 在一定温度条件下，
外加的反向电压有一部分降落在PN结区，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场的作用 下形成的漂移电流大于扩 散电流，可忽略扩散电流 ，由于漂移电流本身就很 小，PN结呈现高阻性。 在一定温度条件下， 由本征激发决定的少子浓 度是一定的，故少子形成 的漂移电流是恒定的，基 本上与所加反向电压的大 小无关，这个电流也称为 反向饱和电流。 图 PN 结加反向电压时的 导电情况

20 PN结外加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。

21 4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流主要是 ，N 型半导体中的电流主要是 。
思考题： a 1. 在杂质半导体中多子的数量与 （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。 b 2. 在杂质半导体中少子的数量与 。 （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。 c 3. 当温度升高时，少子的数量 。 （a. 减少、b. 不变、c. 增多） 4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流主要是 ，N 型半导体中的电流主要是 。 （a. 电子电流、b.空穴电流） b a

22 半导体二极管 1 2 3 半导体二极管的基本结构 半导体二极管的伏安特性 半导体二极管的主要参数

23 (2) 面接触型二极管 (3) 平面型二极管 PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。 往往用于集成电路制造工 艺中。PN 结面积可大可小，
(2) 面接触型二极管 (b)面接触型 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。 图 二极管的结构示意图 (c)平面型 二极管符号 (3) 平面型二极管

24 半导体二极管的伏安特性曲线 半导体二极管的伏安特性曲线如图 所示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用下式表示: (1.1) 式中IS 为反向饱和电流，V 为二极管两端的电压降，VT =kT/q 称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q 为电子电荷量，T 为热力学温度。对于室温（相当T=300 K），则有VT=26 mV。

25 二极管的伏安特性曲线 图示

26 当0＜V＜Vth时，正向电流为零，Vth称为死区电压或开启电压。 当V＞Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。
(1) 正向特性 当V＞0即处于正向特性区域。 正向区又分为两段： 当0＜V＜Vth时，正向电流为零，Vth称为死区电压或开启电压。 当V＞Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。 硅二极管的死区电压Vth=0.5 V左右， 锗二极管的死区电压Vth=0.1 V左右。

27 (2) 反向特性 当V＜0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：
(2) 反向特性 当V＜0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域： 当VBR＜V＜0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS 。 当V≥VBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压 。

28 从击穿的机理上看，硅二极管若|VBR|≥7V时,主要是雪崩击穿；若|VBR|≤4V时, 则主要是齐纳击穿。当在4V～7V之间两种击穿都有。
在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。 硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流也很小锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大 从击穿的机理上看，硅二极管若|VBR|≥7V时,主要是雪崩击穿；若|VBR|≤4V时, 则主要是齐纳击穿。当在4V～7V之间两种击穿都有。

29 半导体二极管的参数 半导体二极管的参数包括最大整流电流IOM、反向击穿电压UBR、最大反向工作电压URM、最大反向电流IRM、最高工作频率fmax和结电容Cj等。几个主要的参数介绍如下： 二极管反向电流 急剧增加时对应的反向 电压值称为反向击穿 电压VBR。 为安全计，在实际 工作时，最大反向工作电压 VRM一般只按反向击穿电压 VBR的一半计算。 二极管长期连续工 作时，允许通过二 极管的最大整流 电流的平均值。 (1) 最大整流电流IFM—— (2) 反向击穿电压VBR—— 和最大反向工作电压VRM

30 在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。
(3) 最大反向电流IRM 在室温下，在规定的反向电压下，一般是最大反向工作电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。 (4) 最高工作频率fM PN结内的正负离子随着外加电压的变化而变化，说明PN结具有电容特性。fM值主要取决于PN结的结电容，结电容越大，二极管允许的最高工作频率越低。

31 半导体二极管图片

32 半导体二极管图片

33 半导体二极管图片

34 若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，
二极管电路分析举例 定性分析：判断二极管的工作状态 导通截止 反向截止时二极管相当于断开。 若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零， 否则，正向管压降 硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V 分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。 若 V阳 >V阴或 UD为正，二极管导通（正向偏置） 若 V阳 <V阴或 UD为负，二极管截止（反向偏置）

35 D A 电路如图，求：UAB 例1： + 3k UAB 6V 12V – B 取B 点作为参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。
V阳 =－6 V，V阴 =－12 V，V阳 >V阴 ，二极管导通，若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =－ 6V。 实际上， UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V

36 例2: 电路如图，求：UAB 取 B 点作参考点，V1 阳 =－6 V，V2 阳 =0 V ，V1 阴 = V2 阴 ，由于V2 阳电压高，因此VD2导通。 VD１ 6V 12V 3k B A VD2 UAB + – 若忽略二极管正向压降，二极管VD2可看作短路，UAB = 0 V ，VD1截止。

37 ui > 8V 二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V 二极管截止，可看作开路 uo = ui
例3 R 二极管的用途： 整流、检波、限幅、箝位、开关、 元器件保护、温度补偿等。 已知： 二极管是理想的，试画出 uo 波形。 + + D ui uo 8V – – u2 18V 参考点 8V ui > 8V 二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V 二极管截止，可看作开路 uo = ui

38 稳压管 稳压管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管。稳压二极管的伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完全一样，稳压二极管伏安特性曲线的反向区、符号和典型应用电路如图所示。

39 (b) (a) (c) (a)符号 (b) 伏安特性 (c)应用电路 稳压二极管的伏安特性

40 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。
从稳压二极管的伏安特性曲线上可以确定稳压二极管的参数。 (1) 稳定电压UZ — 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。 (2) 动态电阻rZ —— 其概念与一般二极管的动态 电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。 rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。 rZ =VZ /IZ

41 3稳定电流IZ IZ是稳压管正常工作时电流的参考值，该值应选在Izmin~Izmax之间

42 稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。
电阻的作用一是起限流作用，以保护稳压管；其次是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。

43 3.2半导体三极管 1 双极型半导体三极管 半导体三极管有两大类型， 一是双极型半导体三极管 二是场效应半导体三极管
场效应型半导体三极管仅由一种 载流子参与导电，是一种VCCS器件。 1 双极型半导体三极管 双极型半导体三极管是由两种载 流子参与导电的半导体器件，它由两 个 PN 结组合而成，是一种CCCS器件。

44 3.2 半导体三极管 1.半导体三极管的结构 2.半导体三极管的电流放大作用 3.半导体三极管的特性曲线 4 .半导体三极管的主要参数
5.半导体三极管的型号

45 半导体三极管的结构 一侧称为发射区，电极称为发射极， 另一侧称为集电区和集电极， 用E或e表示（Emitter）；
半导体三极管的结构示意图如图02.01所示。 它有两种类型:NPN型和PNP型。 图 两种极性的双极型三极管 一侧称为发射区，电极称为发射极， 用E或e表示（Emitter）； 另一侧称为集电区和集电极， 用C或c表示（Collector）。 e-b间的PN结称为发射结(Je) c-b间的PN结称为集电结(Jc) 中间部分称为基区，连上电极称为基极， 用B或b表示（Base）；

46 双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。
从外表上看两个N区,(或两个P区)是对称的，实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。

47 三极管的电流分配与控制 双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。
若在放大工作状态：发射结外加正向电压，集电结外加反向电压。 双极型三极管的 电流传输关系 现以NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系如图。

48 发射结加正偏时，从发射区将有大量电子向基区扩散，形成发射极电流，与PN结中的情况相同。
从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小，这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。 进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快就运动到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流。在基区被复合的电子形成基极电流。

49 另外因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流ICBO。于是可得如下电流关系式:
IE =IC+IB

50 即由Ube控制Ic，由于Ib正比于Ube，所以有Ib正比于Ic。
三极管放大的实质 发射结正向电压大小控制 基区少子浓度影响 集电极电流大小 即由Ube控制Ic，由于Ib正比于Ube，所以有Ib正比于Ic。

51 以上关系在动画中都给予了演示。由以上分析可知，发射区掺杂浓度高，基区很薄，是保证三极管能够实现电流放大的关键。若两个PN结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。

52 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示; 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。
半导体三极管的电流关系 (1)三种组态 双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入, 两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见图02.03。 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示; 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。 图 三极管的三种组态

53 =IC /IB=(ICN+ ICBO )/IB
(2)三极管的电流放大系数 定义: =IC /IB=(ICN+ ICBO )/IB 称为共发射极接法直流电流放大系数。于是

54 半导体三极管的特性曲线 本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线，即 输入特性曲线—— iB=f ( vBE) vCE=const
输出特性曲线—— iC=f ( vCE) iB=const 这里，B表示输入电极，C表示输出电极，E表示公共电极。所以这两条曲线是共发射极接法的特性曲线。 iB是基极输入电流，vBE 是基极输入电压，加在B、E两电极之间。 iC是输出电流，vCE是输出电压，从C、E 两电极取出。

55 共发射极接法的供电电路和电压——电流关系如图所示。
图02.04 共发射极接法的电压-电流关系

56 (1) 输入特性曲线 简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性曲线，现讨论iB和UBE之间的函数关系。因为有集电结电压的影响，它与一个单独的PN结的伏安特性曲线不同。 为了排除UCE的影响，在讨论输入特性曲线时，应使UCE=const(常数)。

57 共发射极接法的输入特性曲线见图02.05。当vCE≥1V时， vCB= vCE - vBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少， IC / IB 增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但vCE再增加时，曲线右移很不明显。曲线的右移是三极管内部反馈所致，右移不明显 说明内部反馈很小。输入 特性曲线的分区： ① 死区 ② 非线性区 ③ 线性区 共射接法输入特性曲线

58 (2)输出特性曲线 共发射极接法的输出特性曲线如图02.06所示，它是以iB为参变量的一族特性曲线。现以其中任何一条加以说明，当UCE=0 V时，因集电极无收集作用，iC=0。当UCE 稍增大时，发射结 虽处于正向电压之下， 但集电结反偏电压很小 时，如： UCE < 1 V UBE =0.7 V UCB= UCE- UBE= <0.7 V 集电区收集电子的能力 很弱，iC主要由UCE决定。 共发射极接法输出特性曲线

59 当vCE增加到使集电结反偏电压较大时，如：
vCE ≥1 ， VBE ≥0.7 V 运动到集电结的电子基本上都可以被集电区收集，此后vCE再增加，电流也没有明显的增加，特性曲线进入与 vCE轴基本平行的区域 ( 这与输入特性曲线随 vCE增大而右移的原因是一致的) 。图02.06 共发射极接法输出特性曲线。 共射极输出特性曲线

60 输出特性曲线可以分为三个区域: 饱和区——iC 受 UCE 显著控制的区域，该区域内UCE 的数值较小，一般UCE＜0.7 V(硅管)。此时发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。 截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此 时，发射结反偏，集电结反偏。 放大区——iC平行于UCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏，电压大于0.7 V左右(硅管) 。

61 半导体三极管的参数 半导体三极管的参数分为三大类: 直流参数 交流参数 极限参数 (1)直流参数 ①直流电流放大系数
1.共发射极直流电流放大系数 =（IC－ICEO）/IB≈IC / IB  vCE=const

62 在放大区基本不变。在共发射极输出特性曲线上，通过垂直于X轴的直线(vCE=const)来求取IC / IB ，如图所示。在IC较小时和IC较大时， 会有所减小，这一关系见图。
在输出特性曲线上决定

63 相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应的Y坐标的数值。如图所示。
②极间反向电流 1.集电极基极间反向饱和电流ICBO ICBO的下标CB代表集电极和基极，O是open的字头，代表第三个电极E开路。它相当于集电结的反向饱和电流。 2.集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO和ICBO有如下关系 ICEO=（1+ ）ICBO 相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应的Y坐标的数值。如图所示。

64 图 ICEO在输出特性曲线上的位置

65 (2) 极限参数 ① 集电极最大允许电流ICM 如图所示，集电极电流增加时， 就要下降，当 值下降到线性放大区 值的三分之二时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电 流ICM 。至于 值下降多少不同型号的三极管，不同厂家的规定有所差别。可见，当IC＞ICM时，并不表示三极管会损坏。

66 ②集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗， PCM= ICVCB≈ICVCE，
因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中 在集电结上。在计算时往往用VCE取代VCB。

67 ③反向击穿电压 反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力。 三极管击穿电压的测试电路

68 2.V(BR) EBO——集电极开路时发射结的击穿电压。
1.V(BR)CBO——发射极开路时集电结击穿电压。下标BR代表击穿之意，是Breakdown的字头，CB代表集电极和基极，O代表第三个电极E开路。 2.V(BR) EBO——集电极开路时发射结的击穿电压。 3.V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的 击穿电压。 对于V(BR)CER表示 BE 间接有电阻，V(BR)CES 表示 BE 间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系： V(BR)CBO≈V(BR)CES＞V(BR)CER＞V(BR)CEO＞V(BR) EBO

69 由PCM、 ICM和V(BR)CEO 在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区，见图02.12。
输出特性曲线上的过损耗区和击穿区

70 晶体管参数与温度的关系 1、硅管温度每增加8C（锗管每12 C )， ICBO增大一倍。 2、温度每升高 1C，UBE将减小约 2 mV， 即晶体管具有负温度系数。 3、温度每升高 1C， 增加 0.5%~1.0%。

71 第三位：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、K开关管
半导体器件型号命名方法 国家标准对半导体三极管的命名如下: 3 D G 110 B 用字母表示同一型号中的不同规格 用数字表示同种器件型号的序号 用字母表示器件的种类 用字母表示材料 三极管 第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：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、K开关管

72 3.3 场效应管 3.3.1 场效应管 结型场效应管 绝缘栅场效应管

73 场效应管是利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。将控制电压转换为漏电流——互导放大器件。

74 特点：体积小，重量轻，耗电省，寿命长。 具有输入阻抗高、热稳定性好、噪声小、抗辐射、制造工艺简单等优点。 分类： 结型场效应管（JFET） 金属—氧化物—半导体场效应管（MOSFET）

75 场效应管 三极管是一种电流控制元件(iB~ iC)，工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型器件。 N沟道 增强型 P沟道
场效应管（Field Effect Transistor简称FET）是一种电压控制器件(uGS~ iD) ，工作时，只有一种载流子参与导电，因此它是单极型器件。 FET因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好，输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。 N沟道 增强型 P沟道 绝缘栅场效应管 N沟道 耗尽型 FET分类： P沟道 N沟道 结型场效应管 P沟道

76 结型场效应管 JFET的结构和工作原理

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81 二、 工作原理 栅极与N沟道构成PN结，在N沟道栅极周围形成耗尽层。

82 (1) VGS对i D的影响 当VGG  0，即反向偏置，PN结耗尽层加宽，N沟道变窄； 当VGG 加大到一定值VGGVP，N沟道被夹断，i D =0， 此时漏-源极间电阻。VP——夹断电压。

83 VGS =0，g连s。d,s加电压，此时g,d反偏。
(2) VDS对i D的影响 VGS =0，g连s。d,s加电压，此时g,d反偏。 VGD = VG S - VD S = VP ，预夹断 ！

84 绝缘栅型场效应管 ( Metal Oxide Semiconductor FET)，简称MOSFET。分为：
绝缘栅场效应管 绝缘栅型场效应管 ( Metal Oxide Semiconductor FET)，简称MOSFET。分为： 增强型  N沟道、P沟道 耗尽型  N沟道、P沟道 N沟道增强型MOS管 （1）结构 4个电极：漏极D， 源极S，栅极G和 衬底B。 符号：

85 再增加uGS→纵向电场↑→将P区少子电子聚集到P区表面→形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流id。
（2）工作原理 ①栅源电压uGS的控制作用 当uGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在d、s之间加上电压也不会形成电流，即管子截止。 当uGS＞0V时→纵向电场→将靠近栅极下方的空穴向下排斥→耗尽层。 再增加uGS→纵向电场↑→将P区少子电子聚集到P区表面→形成导电沟道，如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流id。

86 uGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压uDS作用下，漏极电流ID越大。
定义： 开启电压（ UT）——刚刚产生沟道所需的 栅源电压UGS。 N沟道增强型MOS管的基本特性： uGS ＜ UT，管子截止， uGS ＞UT，管子导通。 uGS 越大，沟道越宽，在相同的漏源电压uDS作用下，漏极电流ID越大。

87 ②转移特性曲线： iD=f(uGS)uDS=const
可根据输出特性曲线作出移特性曲线。 例：作uDS=10V的一条转移特性曲线： UT

88 gm=iD/uGS uDS=const (单位mS) gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。

89 夹断电压（ UP）——沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。
N沟道耗尽型MOSFET 在栅极下方的SiO2层中掺入了大量的金属正离子。所以当uGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。 特点： 当uGS=0时，就有沟道，加入uDS，就有iD。 当uGS＞0时，沟道增宽，iD进一步增加。 当uGS＜0时，沟道变窄，iD减小。 定义： 夹断电压（ UP）——沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。

90 P沟道耗尽型MOSFET P沟道MOSFET的工作原理与N沟道
MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。

91 MOS管的主要参数 （1）开启电压UT （2）夹断电压UP （3）跨导gm ：gm=iD/uGS uDS=const
（4）直流输入电阻RGS ——栅源间的等效电阻。由于MOS管栅源间有sio2绝缘层，输入电阻可达109～1015。

92 双极型和场效应型三极管的比较 双极型三极管 单极型场效应管 载流子 多子扩散少子漂移 少子漂移 输入量 电流输入 电压输入 控制
电流控制电流源 电压控制电流源 输入电阻 几十到几千欧 几兆欧以上 噪声 较大 较小 静电影响 不受静电影响 易受静电影响 制造工艺 不宜大规模集成 适宜大规模和超大规模集成

93 谢 谢！