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日期:2019-10-03 20:19 来源: 半导体现货

  电子元器件基础知识半导体_物理_自然科学_专业资料。电子元器件基础知识 (半导体器件) 2013年2月26日 二极管 二极管的导电特性: 二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中,电流只能从二极管的 正极流入,负极流出。 1、正向特性 在电子电

  电子元器件基础知识 (半导体器件) 2013年2月26日 二极管 二极管的导电特性: 二极管最重要的特性就是单方向导电性。在电路中,电流只能从二极管的 正极流入,负极流出。 1、正向特性 在电子电路中,将二极管的正极接在高电位端,负极接在低电位端,二极管就会 导通,这种连接方式,称为正向偏置。必须说明,当加在二极管两端的正向电压 很小时,二极管仍然不能导通,流过二极管的正向电流十分微弱。只有当正向电 压达到某一数值(这一数值称为“门槛电压”,锗管约为0.2V,硅管约为0.6V) 以后,二极管才能直正导通。导通后二极管两端的电压基本上保持不变(锗管约 为0.3V,硅管约为0.7V),称为二极管的“正向压降”。 2、反向特性 在电子电路中,二极管的正极接在低电位端,负极接在高电位端,此时二极管中 几乎没有电流流过,二极管处于截止状态,这种连接方式,称为反向偏置。二极 管处于反向偏置时,仍然会有微弱的反向电流流过二极管,称为漏电流。当二极 管两端的反向电压增大到某一数值,反向电流会急剧增大,二极管将失去单方向 导电特性,这种状态称为二极管的击穿。 二极管 二极管 二极管 二极管的主要参数: 1、额定正向工作电流:是指二极管长期连续工作时 允许通过的最大正向电流值。 2、最高反向工作电压:加在二极管两端的反向电压 高到一定值时,会将管子击穿,失去单向导电能 力。为了保证使用安全,规定了最高反向工作电 压值。例如,IN4001二极管反向耐压为50V, IN4007反向耐压为1000V。 3、反向电流:反向电流是指二极管在规定的温度和 最高反向电压作用下,流过二极管的反向电流。 反向电流越小,管子的单方向导电性能越好。 二极管 二极管的应用: 1、整流 利用二极管单向导电性,可以把方向交替变化的交流电变换成单一方 向的脉动直流电。 2、开关 二极管在正向电压作用下电阻很小,处于导通状态,相当于一只接通 的开关;在反向电压作用下,电阻很大,处于截止状态,如同一只断 开的开关。利用二极管的开关特性,可以组成各种逻辑电路。 3、限幅 二极管正向导通后,它的正向压降基本保持不变(硅管为0.7V,锗管 为0.3V)。利用这一特性,在电路中作为限幅元件,可以把信号幅度 限制在一定范围内。 4、继流二极管 在开关电源的电感中和继电器等感性负载中起继流作用。 5、检波二极管 在收音机中起检波作用。 6、变容二极管 二极管半波整流电路 二极管全波整流电路 二、双极型晶体管 双极型晶体管(芯片) 双极型晶体管 ? 几乎所有晶体管都可以作为芯片元件买到(见 图6-9和6-10),包括饱和开关,通用的放大管, RF放大管和功率开关。使用没有外壳晶体管 的缺点之一是没法事先进行全性能测试,将其 分类。作为一个例子,2N2222晶体管芯片来 自2N型的大族。该大族全部使用相同的基本 制造工艺。用筛选和测试分级为从商用等级到 军用等级的部件。在混合电路使用没有封壳的 芯片时,混合电路制造商必须依赖室温下圆片 直流探针测试结果区分芯片的好坏,不能进行 交流参数和动态参数测试.所以不能完全保证 电性能。 双极型半导体三极管(亦称为晶体管)一般有三 个电极(即三个引出脚),按工作性质亦分为高、低 频晶体三极管;大功率、中功率和小功率晶体三极管; 用作信号放大用的三极管和用做开关的三极管。按材 料分有锗半导体三极管和硅半导体三极管,由于硅三 极管工作稳定性较好,所以现在大部分三极管都是用 硅材料做的。下面是一些三极管的外型。 大功 率低 频三 极管 中功 率低 频三 极管 小功 率高 频三 极管 双极型晶体管(BJT) 一、晶体管结构简介 1.晶体管一般由NPN和 PNP两种结构组成 晶体管的特性 一、晶体管结构简介 1.晶体管的两种结构 双极型晶体管(BJT) 一、晶体管结构简介 1.晶体管一般由NPN和 PNP两种结构组成 2.晶体管有三个区: 以NPN型晶体 管为例。 基区(P):很薄,空穴浓度较 小——引出基极b. 发射区(N):与基区的接触 面较小——引出发射极e. 集电区(N):与基区的接触 面较大——引出集电极c. 发射区 e 发 射 极 b 基 极 c 集 电 极 N 2.晶体管的三P个基区区 N集电区 管芯结构剖面图 双极型晶体管(BJT) 一、晶体管结构简介 1.晶体管一般由NPN和 PNP两种结构组成 2.晶体管有三个区: 基区(P):很薄,空穴浓度较 小——引出基极b. 发射区(N):与基区的接触 面较小——引出发射极e. 集电注区意(:N)发:与射极基的区的接触 面较大—符—号引带出箭集头。电极c. E CC E 发射极的电路B 符号 B PNP型 NPN型 半导体三极管电路符号 双极型晶体管(BJT) 一、晶体管结构简介 1.晶体管一般由NPN和 PNP两种结构组成 2.晶体管有三个区: 很显然 , 三极管有两个 PN结,发射区与基区间的称 为发射结,集电区与基区间的 叫集电结。 NPN与PNP管具有几乎等同的特性,只不过各电 极端的电压极性和电流流向不同而已。 E CC E 3.晶体管的两个PN结 B B PNP型 NPN型 半导体三极管电路符号 连接BJT各极间电压的一般特性 晶体管的电流分配 晶体管的放大作用 双极型晶体管(BJT) 二、晶体管的电流分 配与放大作用 1.晶体管各PN结电压连 发射结必须处于正向 偏置——目的削弱发射结 接的一般特性 集电结必须处于反向偏 置——目的增强集电结 发射极 发射结 集电结 集电极 N P N IEP e IE - IEN VEE IBN + I-B ICN IC c 顾名思义:发射区的作 二用、是晶发体射管电的子电,集流电区分的配作 和用放是大收作集用电子,下面以NPN + ICVBOCC 1极.型(部晶电即三的体压电极传子管的管输和正连情为空常接况例穴。工及分)在析作作晶载时用体流管各子内 空穴 b 电子 基极电流方向 连接BJT各极间电压的一般特性 晶体管的电流分配 晶体管的放大作用 双极型晶体管(BJT) 二、晶体管的电流分 配与放大作用 1.晶体管各PN结电压连 发射结必须处于正向 偏置——目的削弱发射结 接的一般特性 集电结必须处于反向偏 发射结变薄有 分析集射结置电 ——目的增强集电结 利于发射区的电 场方向知 , 反向 子向基区扩散 偏置有利于收集 N P 在基N区的电子 IEP e IE - IEN VEE IBN + IB ICN IC c + ICVBOCC 动画演示 b 空穴 电子 电流方向 晶体管的电流分配 晶体管的放大作用 双极型晶体管(BJT) 二、晶体管的电流分 发射极电流IE :主要由发射区的 配与放大作用 电子扩散(IEN)而成,亦有极少数的 1.晶体管各PN结电压连 由基区向发射区扩散 的空穴电流 接的一般特性 (IEP)。 2.晶体管的电流分配 IE =IEN+IEP? IEN N P IEP e IE - IEN IBN VEE 空穴 + IB b 电子 N ICN IC c + ICVBOCC 电流方向 注意电流方向:电流方 向与电子移动方向相反,与 空穴移动方向相同。 2.晶体管的电流分配 发射极电流的组成 晶体管的电流分配 晶体管的放大作用 双极型晶体管(BJT) 二、晶体管的电流分 配与放大作用 基极电流IB: 基极电流主要由基 区的空穴 与从发射区扩散 过来的 1.晶体管各PN结电压连 电子复合而成。同时电源VEE又不 接的一般特性 断地从基区中把电子拉走, 维持基 2.晶体管的电流分配 区有一定数量的空穴。 N P IEP e IE - IEN IBN VEE 空穴 + IB b 电子 N ICN IC c + ICVBOCC 电流方向 由于基区有少 量空穴,所以从发 射区扩散过来的 电子在基区会被 基极电复 基流极合的电掉流一形。些成,形成 晶体管的电流分配 晶体管的放大作用 双极型晶体管(BJT) 二、晶体管的电流分 配与放大作用 1.晶体管各PN结电压连 接的一般特性 2.晶体管的电流分配 集电极电流IC:集电极电流主要 由区集的集电电结子极收而电集成流(从IC发N的)。射形亦区成有扩由散于至基基 区和集电区的少子漂移作用而产 生的很小的反向饱和电流ICBO。 IC =ICN+ICBO? ICN N P IEP e IE - IEN IBN VEE 空穴 + IB b 电子 N ICN IC c + ICVBOCC 由于基区空穴的复合作用 , 集电区收集的电子数会比发射 区扩散的电子数要小一些 , 即 集电极电流IC比发射极电流 IE 要小一些。 电流方向 晶体管的电流分配 晶体管的放大作用 双极型晶体管(BJT) 二、晶体管的电流分 配与放大作用 1.晶体管各PN结电压连 接的一般特性 由电路分析的内容可知,三个 电极之间的电流关系为: IE = IB + IC 2.晶三体极以管管后的的画三电电个路流极时分不三配管极如管何就连不再 接,使这用个结关构系图是而不用会电改路变符的号。图了。 N IEP P N 发射极与基极 之间为正I向E 偏= 置IB + IC 集电极与基极 之间为反向偏置 IC e IE IC c -+ - IEN IBN + Rb - + IB RL VEE + IB ICVBOCC IE=IB+VIECE VCC b 空穴 电子 电流方向 晶体管的电流分配 晶体管的放大作用 双极型晶体管(BJT) 二、晶体管的电流分 ①为了表示集电极收集发射区 配与放大作用 发射电子的能力,通常使用一个常 1.晶体管各PN结电压连 数hfb(?)表示 接的一般特性 hfb=? = iC/iE 2.晶体管的电流分配 iC和iE 是表示通过 三极管集电极和发射 极电流的瞬时值. N P N IEP e IE - IEN VEE IBN + IB IE = IB + IC IC IC c -+ + ①?系Rb 数的+意-I义B RL ICVBOCC VEE VCC b 空穴 电子 电流方向 晶体管的电流分配 晶体管的放大作用 双极型晶体管(BJT) 二、晶体管的电流分 ②为了表示集电极电流是基极 配与放大作用 电流的倍数,通常使用一个常数hfe 1.晶体管各PN结电压连 接的一般特性 (?) 表示 hfe=? = iC/iB 2.晶体管的电流分配 hfe(?)称为共发射极交流电流 放大系数 N P IEP e IE - IEN IBN VEE 空穴 + IB b 电子 N IC c + ICVBOCC 电流方向 IE = IB + IC IC -+ Rb - + IB RL ②?系V数EE的意义 VCC 晶体管的电流分配 晶体管的放大作用 双极型晶体管(BJT) 二、晶体管的电流分 配与放大作用 1.晶体管各PN结电压连 接的一般特性 2.晶体管的电流分配 ③ hfb(?)与hfe(?)之间的关系 ③?与??之= 1间-?的? 关系 联立下面三式可求出此关系式: iC= ? iB iC= ? iE iE = iC + iB N P IEP e IE - IEN IBN VEE 空穴 + IB b 电子 N IC c + ICVBOCC 电流方向 IE = IB + IC IC -+ Rb - + IB RL VEE VCC 晶体管的放大作用 双极型晶体管(BJT) 二、晶体管的电流分 三极管的放大作用实际上 是使微 配与放大作用 1.晶体管各PN结电压连 接的一般特性 2.晶体管的电流分配 3.放大作用 小 化的的3电信.流号放)(如大转微换小作成变较用化大的变电化压的、信微号小。变 要使三极管有放大作用,必须与一些阻 容元件按一定的方式连接成电路,称为 放大电路 。最基本的放大电路是共射 极放大电路。 共射基本放大电路的组成演示 双极型晶体管(BJT) 晶体管共射极放大电路的组成 共射极电路的电压放大原理 二、晶体管的电流分 配与放大作用 3.放大作用 (1)共射极放大电路 集电极与发射极 间组成输出回路 三极管的放大作用实际上 是使微 小 化的的(电信1流号))(共如转微射换小成变电较化路大的变电的化压的组、信微成号小。变 要使三极管有放大作用,必须与一些阻 容元件按一定的方式连接成电路,称为 放大电路 。最基本的放大电路是共射 极放大电路。 基极与发射极 间组成输入回路 + ?v-i b c RL 1K ?=49 +- e VBB VCC 输入与输出回路共 用发射极,所以称为 共发射极放大电路。 共射极电路的电压放大原理 双极型晶体管(BJT) 二、晶体管的电流分 三极管的放大作用实际上 是使微 配与放大作用 小的信号(如微小变化的电压、微小变 3.放大作用 (1)共射极放大电路 化的电流)转换成较大变化的信号。 要使三极管有放大作用,必须与一些阻 容元件按一定的方式连接成电路,称为 (2)共射电路的电输压出放电路大同时 输入信号电 产生一个变化的 压在输入回路 电流。 上产生一个变 放大电路 。最基本的放大电路是共射 极放大变电化路的。电流在 负载电阻上产生 一个变化电压。 化的电流。 iC = IC + ? iC + iB = IB + ? iB b + ?v-i +- VBB c ? e = 4 9 RL 1K ?vO - V三CC个交变电流 iE = IE+ ? iE 共射极电路的电压放大原理 双极型晶体管(BJT) 二、晶体管的电流分 三极管的放大作用实际上 是使微 配与放大作用 小的信号(如微小变化的电压、微小变 3.放大作用 (1)共射极放大电路 (2)共射电路的电压放大 化的电流)转换成较大变化的信号。 要使三极管有放大作用,必须与一些阻 容元输件出按电一流定变的化方量式为连接成电路,称为 放?大iC=电?路?。iB最=4基9×本2的0 ?放A大电路是共射 极放=大98电0?路A。=0.98mA 设输入信号电压 变化的电流在负载电阻 变化?vi=20mV , 产 生基极电流的变化 量为?iB = 20 ?A iC = IC + ? iC + 上产生的电压变化量为 ? vO= - ? iC RL = -0.98mA×1k=-0.98V iB = IB + ? iB b + ?v-i +- VBB c ? = 4 9 RL 1K -?(v2O)放放大这大个倍作放数用大为电路的电压 e VCC AV = ?vo / ?vi iE = IE+ ? iE = - 0.98V/20mV = - 49 共射电路输入特性曲线 共射电路输出特性曲线 双极型晶体管(BJT) 三、晶体管的特性曲线.共射电路的特性曲线)输入特性 三极管由于有三个极,放大电 路由两个回路组成 , 所以其特性 曲线有两组,一组为输入特性曲 线,另一组为输出特性曲线 。 输入特性曲线就 是研究三极管be 之间输入电流IB 随输入电压VBE 的变化规律。 IC + VB-B IB b c VCE + VBE - e IE 三、晶体管的特性曲 线C.C共射极电路的特性 曲线 共射电路输入特性曲线 共射电路输出特性曲线 双极型晶体管(BJT) 三、晶体管的特性曲线.共射电路的特性曲线)输入特性 输入特性曲线就 是研究三极管be 之间输入电流IB 随输入电压VBE 的变化规律。 IC 输入特性曲线的作法 IB=f(VBE ) IVCE=常数 此式的意义是:令三极管ce间 电压VCE保持不变,研究 be 间电 流IBE 随电压VBE的变化规律. IB /?A + VB-B IB b c VCE + VBE - e IE (1)输入特性曲线:输 入特VC性C 的意义 0 VBE /V 共射电路输入特性曲线 共射电路输出特性曲线 双极型晶体管(BJT) 三、晶体管的特性曲线 输入特性曲线.共射电路的特性曲线)输入特性 IB=f(VBE ) IVCE=常数 此式的意义是:令三极管ce间 电流I压BEV随CE电保压持V不BV的E变的C输E,=变入0研V特化时究规b律e .间电 令VBB从0 开始增加 先令VCC=0即VCE=0 IB /?A 性曲线 IC 开始增加。 IB b c VCE + VB-B + VBE - e IE (1)输入特性曲线 VBE /V 共射电路输入特性曲线 共射电路输出特性曲线 双极型晶体管(BJT) 三、晶体管的特性曲线.共射电路的特性曲线)输入特性 然后增大VCC 使VCE?0.5V 再令VBB从 0开始增加 即VBE从0 IC 开始增加。 IB b c VCE + VB-B + VBE - e 0.5V IE 输入特性曲线的作法 IB=f(VBE ) IVCE=常数 此式的意义是:令三极管ce间 电流I压BEV随CE电保压持V不BV的E变的C输E,=V时变入0C研V的E特化时=究输0规.5入Vb律e .间电 性曲特线 VBE /V 共射电路输入特性曲线 共射电路输出特性曲线 双极型晶体管(BJT) 三、晶体管的特性曲线.共射电路的特性曲线)输入特性 继续增大VCC 使VCE ? 1V 再令VBB从 0开始增加 即VBE从0 IC 开始增加。 IB b c VCE + VB-B + VBE - e 1V IE 输入特性曲线的作法 IB=f(VBE ) IVCE=常数 此式的意义是:令三极管ce间 电流I压BEV随CE电保压持V不BE变的,变研化究规V的bC律输Ee=.入间1V特电时 性曲线)输入特性曲线 VBE /V 共射电路输入特性曲线 共射电路输出特性曲线 双极型晶体管(BJT) 三、晶体管的特性曲线.共射电路的特性曲线)输入特性 输入特性曲线的作法 IB=f(VBE ) IVCE=常数 此式的意义是:令三极管ce间 电压VCE保持不变,研究 be 间电 流IBE 随电压VBE的变化规律. IC + VB-B IB b c VCE + VBE - e 1V IE IB /?A (1)输入特性曲线: VVCCCE1V时 0 VBE /V 共射电路输入特性曲线 共射电路输出特性曲线 双极型晶体管(BJT) 三、晶体管的特性曲线.共射电路的特性曲线)输入特性 输入特性曲线的作法 IB=f(VBE ) VCE=常数 此式的意义是:令三极管ce间 电压VCE保持不变,研究 be 间电 流IBE 随电压VBE的变化规律. IC + VB-B IB b c VCE + VBE - e 1V IE IB /?A (1)输入特性曲线 VBE /V 共射电路输出特性曲线 双极型晶体管(BJT) 三、晶体管的特性曲线 输出特性曲线.共射电路的特性曲线)输入特性 I C=f(VCE ) IB=常数 (2)输出特性 输出特性曲线就 此式的意义是:令三极管be间 电流 IB保持不变,研究ce间电流 IC 随电压VCE的变化规律. 是研究三极管ce 之间集电极电流 IC随ce间电压 IC VCE的变化规律。 IB b c (2)输出特性曲线 VCE 输出特性曲线的意 + VB-B + VBE - e IE 义、VC画C 法动画显示 共射电路输出特性曲线作法演示 共射电路输出特性曲线 双极型晶体管(BJT) 三、晶体管的特性曲线 输出特性曲线先某.))共把输输一I射B入出固调电特 特路性 性的电观录特然压下察性后使来IC的再。V曲变C调E线化节改,电变记源,电IC 此流随式电IB的I保压I特 为CC意=持V随根输性fC(义不据出曲EVV的EC特线是变记E变变性:),录,化此化曲I令可B研的曲=线规常绘三伏究线。数律出安称极ce.间管电be间流 定值并保持 不变。 IC IC /mA 某一固定IB时的输出曲线 + VB-B IB b c VCE + VBE - e IE 绘输出特性曲线的 过程 VCC O VCE/V 共射电路输出特性曲线作法演示 共射电路输出特性曲线 双极型晶体管(BJT) 三、晶体管的特性曲线 输出特性曲线再稍.))共把小输输的I射入出B另调电特 特路性 性的电观录特仍下压察性旧来使IC的。V调曲C变E节线改化电变, 源记,电IC 此流随式电IB的I保压I根CC意=持V随根输fC(义不据出EVV的CC特是变E记E变变性:)录,化化曲I令可B研的=线规常绘三究另。数律出一极ce.间管电be间流 一固定值IB1 并保持不变。 IC IC /mA 某一固定IB时的输出曲线 + VB-B IB b c VCE + VBE - e IE 绘输出特性曲线 的 过程 VCC IB2 O VCE/V 重复此过程可绘出一 共射电路输组出输特出性特曲性线曲作线法演示 共射电路输出特性曲线 双极型晶体管(BJT) 三、晶体管的特性曲线 输出特性曲线.)共输射入电特路性的特性曲线由 匀输一,比出簇较间特平隔性坦基曲的本线I平C均是=行f(VCE ) IB=常数 (2)输出特性 刚开始时 , 每 一根输出特性曲 线都很陡,表明IC 随 VCE 的 增 大 而急剧增IC大。 直 根 对 和线曲应IC。组线一电IC成上组此流随的的IB式电,一EI、B的每点保压V都一C意持VEC义不E的是变变:,化令研定于曲规三究当数线律V极c值变Ve).C间管时得输E 增(电b较出一e至为特间般流一平性小 IC /mA 坦段,表明 IC基本 某一固定IB不时随的V输CE出而曲变线化。 + VB-B IB b c VCE + VBE - e IE 输出特性曲线 特 点 VCC ICQ Q IBQ IB2 O VCEQ VCE/V 共射电路输出特性曲线作法演示 共射电路输出特性曲线 双极型晶体管(BJT) 三、晶体管的特性曲线 从输出特性曲线.共射电路的特性曲线)输出特性 ?hfe=? = ? IC ? IB ?= ? iC ? iB 管的交流电流放大系数hfe(?)(即 输出电流的变化? IC量是输入电 流变化量? IB的多少倍)。下面介 绍求?的方法。 取任意两条曲线 的平坦段,读出 + VB-B IB IC曲极再线电读对 流应 之出的 差这集 。两电条电利流用放IICC1输大/mA出倍特数性? 曲其线求极电流之差。 b c VCE ?IC ?IB = IB1 - IB2 + VBE - e IE VCC IC2 O IB2 VCE/V 共射电路输出特性曲线.双极型半导体器件的特点是有两种载流 子(自由电子和空穴)同时参于导电。PN结是组 成双极型半导体的基础。 2.双极型晶体管是一种电流控制器件(基 极电流控制集电极电流),他具有电流放大作用。 晶体管有二个PN结:发射结和集电结;有三种工 作状态:放大、截止和饱和。 三、场效应管放大器 3.1 场效应管 ? 绝缘栅场效应管 ? 结型场效应管 3.2 场效应管放大电路 ? 效应管放大器的静态偏置 ? 效应管放大器的交流小信号模型 ? 效应管放大电路 3.1 场效应管 BJT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。 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。 增强型 绝缘栅场效应管 FET分类: 结型场效应管 耗尽型 N沟道 P沟道 N沟道 P沟道 N沟道 P沟道 一. 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 源 极s 栅 极-g 漏 极d - - 1.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: -d g -- b s N+ N+ P衬 底 - 衬 底b (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 再向增加下u排GS→斥纵→向耗电场尽↑ 层。 →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。 -- s s VDVDDD VGG -g-g -d-d id 二氧化硅 二氧化硅 N + N + N + N + P衬P衬底底 bb 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。 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V的一条转移特性曲线: i D (mA) 4 3 2 1 uGS=6V uGS=5V uGS=4V uGS=3V 10V i D (mA) 4 3 2 1 u DS (V) UT 2 46 u GS (V) 一个重要参数——跨导gm: 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。 在转移特性曲线上, gm为的曲线的斜率。 在输出特性曲线上也可求出gm。 i D (mA) 4 3 2 △ iD 1 uGS=6V =5V △ uGS =3V 10V i D (mA) 4 3 2 1 u DS (V) △ iD △ uGS 2 46 u GS (V) 2.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: 源 极s 栅 极-g 漏 极d - - ++++++++++++ N+ N P衬 底 - 衬 底b 夹断电压( UP)——沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。 -d g --b - s 3、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。 4. 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。 二. 结型场效应管 1. 结型场效应管的结构(以N沟为例): 两个PN结夹着一个N型沟道。三个电极: g:栅极 d:漏极 s:源极 栅 极g - 漏 极d - p+ p+ 符号: -d g -- s N沟道 -d g -- s P沟道 N 源-极s 2. 结型场效应管的工作原理 (1)栅源电压对沟道的控制作用 在栅源间加负电压uGS ,令uDS =0 ddd ①最当宽uG。S=0时,为平衡PN结,导电沟道 ②当│uGS│↑时,PN结反偏,耗尽层 变宽,导电沟道变窄,沟道电阻 增大。 ③当│uGS│↑到一定值时 ,沟道会完 全合拢。 定义: 夹断电压UP——使导电沟道完全 合拢(消失)所需要的栅源电压 uGS。 gg g pp++p+ pp++p+ VVGGGVG G G NNN ss s (2)漏源电压对沟道的控制作用 在漏源间加电压uDS ,令uGS =0 由于uGS =0,所以导电沟道最宽。 dddiiiddd ①当uDS=0时, iD=0。 ②uDS↑→iD ↑ →靠近漏极处的耗尽层加 宽,沟道变窄,呈楔形分布。 ③当uDS ↑,使uGD=uG S- uDS=UP时, g g pppp++++ pppp++++ VVVDDDDDD 在靠漏极处夹断——预夹断。 ④uDS再↑,预夹断点下移。 NN 预夹断前, uDS↑→iD ↑。 预夹断后, iDS↑→iD 几乎不变。 sss (3)栅源电压uGS和漏源电压uDS共同作用 iD=f( uGS 、uDS),可用输两组特性曲线、 结型场效应三极管的特性曲线)输出特性曲线: iD=f( uDS )│uGS=常数 d id i D (mA) uuGGSS==00VV g p+ p+ VDD VGG s uGuSG=S-1=V-1V uGS =-2V uGS=-3V u DS 设:UT= -3V 四个区: (a)可变电阻区(预夹 可变电阻区 i D (mA) 断前)。 恒流区 uGS=0V (b)恒流区也称饱和 区(预夹断 后)。 恒流区的特点: △ iD /△ uGS = gm ≈常数 即: △ iD = gm △ uGS (放大原理) uGS =-1V uGS =-2V uGS=-3V 截止区 击穿区 u DS (c)夹断区(截止区)。 (d)击穿区。 (2)转移特性曲线: iD=f( uGS )│uDS=常数 可根据输出特性曲线作出移特性曲线V的一条转移特性曲线: i D (mA) 4 3 2 1 uGS=0V uGS =-1V uGS =-2V uGS=-3V 10V i D (mA) 4 3 2 u DS (V) 1 -4 -3 -2 -1 0 u GS (V) 4 .场效应管的主要参数 (U1T)导是开通M启。O电S压增U强T型管的参数,栅源电压小于开启电压的绝对值, 场效应管不能 (2)夹断电压UP UP 是MOS耗尽型和结型FET的参数,当uGS=UP时,漏极电流为零。 (3)饱和漏极电流IDSS MOS耗尽型和结型FET, 当uGS=0时所对应的漏极电流。 (4)输入电阻RGS 结型场效应管,RGS大于107Ω,MOS场效应管, RGS可达109~1015Ω。 (5) 低频跨导gm gm反映了栅压对漏极电流的控制作用,单位是mS(毫西门子)。 (6) 最大漏极功耗PDM PDM= UDS ID,与双极型三极管的PCM相当。 5 .双极型和场效应型三极管的比较 载流子 输入量 控制 输入电阻 噪声 静电影响 制造工艺 双极型三极管 多子扩散少子漂移 电流输入 电流控制电流源 几十到几千欧 较大 不受静电影响 不宜大规模集成 单极型场效应管 少子漂移 电压输入 电压控制电流源 几兆欧以上 较小 易受静电影响 适宜大规模和超大 规模集成 3. 2 场效应管放大电路 一. 直流偏置电路 保证管子工作在饱和区,输出信号不失线.自偏压电路 + VDD Rd d C1 C2 gT + ui Rg — s ID RC 计算Q点:UGS 、 ID 、UDS 已知UP ,由 + UGS = - IDR uo ID ? IDSS (1 ? UGS )2 UP — 可解出Q点的UGS 、 ID UGS =- IDR 再求: UDS =VDD- ID (Rd + R ) 注意:该电路产生负的栅源电压,所以只能用于需要负栅源电压的电路。 2.分压式自偏压电路 UGS ? UG ?US ? Rg2 Rg1 ? Rg2 VDD ? IDR C1 + ui — + VDD Rd Rg1 d C2 + gT s uo Rg3 Rg2 R C — 计算Q点: 已知UP ,由 UGS ? Rg2 Rg1 ? Rg2 VDD ? IDR ID ? IDSS (1 ? UGS )2 UP 可解出Q点的UGS 、 ID 再求: UDS =VDD- ID (Rd + R ) 该电路产生的栅源电压可正可负,所以 适用于所有的场效应管电路。 二. 场效应管的交流小信号模型 与双极型晶体管一样,场效应管也是一种非线性器件,在交流小信号 情况下,也可以由它的线性等效电路—交流小信号模型来代替。 id d + g + uds u gs — s - g ++ u gs S— - id d + gmugs rds uds - S 其中:gmugs是压控电流源,它体现了输入电压对输出电流的控制作用。 称为低频跨导。 rds为输出电阻,类似于双极型晶体管的rce。 三. 场效应管放大电路 1.共源放大电路 C1 + ui — + VDD Rd Rg1 d C2 gT + s RL uo Rg3 C Rg2 R - 分析: (1)画出共源放大电路的交流小信号等效电路。 (2)求电压放大倍数 ui ? ugs uo ? ?gmugs (Rd // RL ) 则 Au ? uo ui ? ? gm ( Rd // RL ) (3)求输入电阻 + Ri ? Rg3 ? (Rg1 // Rg2 ) (4)求输出电阻 ui Ro ? Rd — g d Rg3 + ugs Rg1 Rg2 -S + RL uo gmugs Rd - Ri RO 2.共漏放大电路 分析: (1)画交流小信号等效电路。 (2)电压放大倍数 由 ui ? ugs ? gmugs ( R // RL ) uo ? gmugs ( R // RL ) 得 Au ? uo ui ? gm ( R // RL ) 1 ? gm ( R // RL ) ?1 (3)输入电阻 Ri ? Rg3 ? ( Rg1 // Rg2 ) C1 RS + uS - d + VDD Rg1 T s Rg3 C2 + Rg2 R uo RL - g d RS + + Rg3 ugs gmugs + ui — + uS - s - Rg1 Rg2 + R RL uo - Ri (4)输出电阻 由图有 i ? iR ? gmugs ? uo R ? gmugs ugs ? uo 所以 Ro ? uo i ? 1 R 1 ? gm 1 ? R // gm + RS ui g — Rg3 ugs + s d gmugs i + + - Rg1 Rg2 R u - Ro Ro 本章小结 1.FET分为JFET和MOSFET两种,工作时只有一种载流子参与导电,因 此称为单极性型晶体管。FET是一种压控电流型器件,改变其栅源电压就可 以改变其漏极电流。 2.FET放大器的偏置电路与BJT放大器不同,主要有自偏压式和分压式两 种。 3. FET放大电路也有三种组态:共源、共漏和共栅。 电路的动态分析需首先利用FET的交流模型建立电路的交流等效电路,然后 再进行计算,求出电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等量。 1.什么是光电耦合器? 2.光电耦合器的工作原理 3.光电耦合器常见电路 4.光电耦合器的分类 光电耦合器 一.什么是光电耦合器? 1.定义:光电耦合器是以光为媒介传输电信 号的一种电——光——电转换器件。它由 发光源和受光器两部分组成。把发光源和 受光器组装在同一密闭的壳体内,彼此间 用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入 端,受光器的引脚为输出端,常见的发光 源为发光二极管,受光器为光敏二极管、 光敏三极管等等。 2.光电耦合器的种类: 3.常见的光电耦合器封装 二.光电耦合器的工作原理 ? 工作原理 ? 在光电耦合器输入端加电信号使发光 源发光,光的强度取决于激励电流的大小, 此光照射到封装在一起的受光器上后,因 光电效应而产生了光电流,由受光器输出 端引出,这样就实现了电——光——电的 转换。 基本工作特性 1、共模抑制比很高 ? 在光电耦合器内部,由于发光管和受光器 之间的耦合电容很小(2pF以内)所以共模输入电 压通过极间耦合电容对输出电流的影响很小,因 而共模抑制比很高。 2、输出特性 光电耦合器的输出特性是指在 一定的发光电流IF下,光敏管所加 偏置电压VCE与输出电流IC之间的 关系,当IF=0时,发光二极管不发 光,此时的光敏晶体管集电极输出 电流称为暗电流,一般很小。当 IF0时,在一定的IF作用下,所对 应的IC基本上与VCE无关。IC与IF 之间的变化成线性关系,用半导体 管特性图示仪测出的光电耦合器的 输出特性与普通晶体三极管输出特 性相似。 半导体管特性图示仪 3、光电耦合器可作为线性耦合器使用 在发光二极管上提供一个偏置电流,再把信 号电压通过电阻耦合到发光二极管上,这样光电 晶体管接收到的是在偏置电流上增、减变化的光 信号,其输出电流将随输入的信号电压作线性变 化。光电耦合器也可工作于开关状态,传输脉冲 信号。在传输脉冲信号时,输入信号和输出信号 之间存在一定的延迟时间,不同结构的光电耦合 器输入、输出延迟时间相差很大。 三.光电耦合器的常见电路 ? 开关电路 用于双稳态输出的光耦合电路 特点:由于光电耦 合开关接在两管的 发射极回路上,故 能有效地解决输出 与负载间的隔离问 题。 电平转换电路 高压稳压电路 四.光电耦合器的分类 按输出形式分 a、光敏器件输出型,其中包括光敏二极管输出型, 光敏三极管输出型,光电池输出型,光可控硅输出 型等。 b、NPN三极管输出型,其中包括交流输入型,直流 输入型,互补输出型等。 c、达林顿三极管输出型,其中包括交流输入型, 直流输入型。 d、逻辑门电路输出型,其中包括门电路输出型, 施密特触发输出型,三态门电路输出型等。 e、低导通输出型(输出低电平毫伏数量级)。 f、光开关输出型(导通电阻小余10Ω)。 g、功率输出型(IGBT/MOSFET等输出)。 按封装形式分 可分为同轴型,双列直插型,TO封装型, 扁平封装型,贴片封装型,以及光纤传输型等。 按传输信号分 可分为数字型光电耦合器(OC门输出型,图 腾柱输出型及三态门电路输出型等)和线性光电 耦合器(可分为低漂移型,高线性型,宽带型, 单电源型,双电源型等)。 按速度分 可分为低速光电耦合器(光敏三极管、光电 池等输出型)和高速光电耦合器(光敏二极管带 信号处理电路或者光敏集成电路输出型)。 按通道分 可分为单通道,双通道和多通道光电耦合器。 按隔离特性分 可分为普通隔离光电耦合器(一般光学胶灌 封低于5000V,空封低于2000V)和高压隔离光电 耦合器(可分为10kV,20kV,30kV等)。 按工作电压分 可分为低电源电压型光电耦合器(一般5~ 15V)和高电源电压型光电耦合器(一般大于 30V)。 按光路径分 可分为外光路光电耦合器(又称光电断续检测器) 和内光路光电耦合器。外光路光电耦合器又分为透过 型和反射型光电耦合器。

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