IBE发射射结正偏，正偏，发射区射区电子不子不断向基区断向基区扩散，散，形成形成发射极射极电流流IEN一、晶体管内部载流子的运动进入入P区的区的电子子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合，形成空穴复合，形成电流流IBN ，多数，多数扩散到集散到集电结 8/19BECNNPVBBRBVCCIE集电结反偏，有少集电结反偏，有少子形成的反向电流子形成的反向电流ICBOICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE从基区扩散从基区扩散来的电子作来的电子作为集电结的为集电结的少子，漂移少子，漂移进入集电结进入集电结而被收集，而被收集，形成形成ICN 9/19IB=IBN+IEP-ICBO IBNIBBECNNPVBBRBVCCIEICBOICNIC=ICN+ICBO ICNIBN 10/19图 晶体管内部载流子运动与外部电流 11/19二、晶体管的电流分配关系•外部电流关系： IE= IC +IB•内部：在在e结正偏、结正偏、c结反偏的条件下，晶体管三个电极上的电流不是孤立的，它们能够反映非平衡少子在基结反偏的条件下，晶体管三个电极上的电流不是孤立的，它们能够反映非平衡少子在基区扩散与复合的比例关系。
这一比例关系主要由基区宽度、掺杂浓度等因素决定，管子做好后就基本区扩散与复合的比例关系这一比例关系主要由基区宽度、掺杂浓度等因素决定，管子做好后就基本确定了反之，一旦知道了这个比例关系，就不难得到晶体管三个电极电流之间的关系，从而为定量确定了反之，一旦知道了这个比例关系，就不难得到晶体管三个电极电流之间的关系，从而为定量分析晶体管电路提供方便分析晶体管电路提供方便 12/19•为了反映扩散到集电区的电流ICN与基区复合电流IBN之间的比例关系，定义共发射极直流电流放大系数为 其其含含义义是是：：基基区区每每复复合合一一个个电电子子，，则则有有 电电子子扩扩散散到到集集电电区区去去 值值一一般般在在20~200之间 13/19确定了确定了 值之后，可得值之后，可得 式中：式中： 称为穿透电流因称为穿透电流因ICBO很小，在忽略其影响时，则有很小，在忽略其影响时，则有 14/19•为了反映扩散到集电区的电流ICN与射极注入电流IEN的比例关系，定义共基极直流电流放大系数 为显然，显然， <1，一般约为，一般约为0.97~0.99不难求得不难求得 15/19• 由于 , 都是反映晶体管基区扩散与复合的比例关系，只是选取的参考量不同，所以两者之间必有内在联系。
由 , 的定义可得 16/19BJT的三种组态的三种组态1.3.3 晶体管的共射特性曲线•晶体管伏安特性曲线是描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线，它对于了解晶体管的导电特性非常有用晶体管有三个电极，通常用其中两个分别作输入、输出端，第三个作公共端，这样可以构成输入和输出两个回路实际中，有图所示的三种基本接法(组态)，分别称为共发射极、共集电极和共基极接法其中，共发射极接法更具代表性，所以我们主要讨论共发射极伏安特性曲线 17/19ICmA AVVUCEUBERBIBVCCVBB 实验线路路1.3.3 晶体管的共射特性曲线 18/19一、共发射极输入特性•共射输入特性曲线是以uCE为参变量时，iB与uBE间的关系曲线，即 •典型的共发射极输入特性曲线如图所示 19/19UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作工作压降：降： 硅管硅管UBE 0.6~0.7V,锗管管UBE 0.2~0.3VUCE=0VUCE =0.5V 死区死区电压，硅管，硅管0.5V，，锗管管0.2V一、共发射极输入特性 20/19二、共发射极输出特性曲线•共射输出特性曲线是以iB为参变量时，iC与uCE间的关系曲线，即•输出特性可以划分为三个区域，对应于三种工作状态。
21/19IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域此区域满足足IC= IB称称为线性区（放性区（放大区）当当UCE大于一大于一定的数定的数值时，，IC只与只与IB有关，有关，IC= IB二、共发射极输出特性曲线 22/19•1放大区•e结为正偏，c结为反偏的工作区域为放大区在放大区有以下两个特点：•(1)基极电流iB对集电极电流iC有很强的控制作用，即iB有很小的变化量ΔIB时， iC就会有很大的变化量ΔIC为此，用共发射极交流电流放大系数β来表示这种控制能力β定义为•反映在特性曲线上，为两条不同IB曲线的间隔 23/19• (2) uCE变化对IC的影响很小在特性曲线上表现为，iB一定而uCE增大时，曲线略有上翘(iC略有增大)这是因为uCE增大，c结反向电压增大，使c结展宽，所以有效基区宽度变窄，这样基区中电子与空穴复合的机会减少，即iB要减小而要保持iB不变，所以iC将略有增大这种现象称为基区宽度调制效应，或简称基调效应从另一方面看，由于基调效应很微弱， uCE在很大范围内变化时IC基本不变。
因此，当IB一定时，集电极电流具有恒流特性 24/19IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE UBE,集集电结正偏，正偏， IB>IC，，UCE 0.3V称称为饱和区 25/19• 2饱和区• e结和c结均处于正偏的区域为饱和区通常把uCE=uBE(即c结零偏)的情况称为临界饱和，对应点的轨迹为临界饱和线 26/19IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE< 死区死区电压，称，称为截止区 27/19(1)放大区：放大区：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏 即：即： IC= IB , 且且 IC = IB(2) 饱和区：饱和区：发射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏 即：即：UCE UBE ，， IB>IC，，UCE 0.3V (3) 截止区：截止区： UBE< 死区电压，死区电压， IB=0 ，， IC=ICEO 0 输出特性三个区域的特点: 28/19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 29/19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？IC< ICmax (=2mA) ，， Q位于放大区位于放大区。
ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB =2V时：时： 30/19USB =5V时时: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？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于饱和区，此时位于饱和区，此时IC 和和IB 已不是已不是 倍的关系倍的关系 31/19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 1.3.4 晶体管的主要参数 32/19例：例：UCE=6V时时：：IB = 40 A, IC =1.5 mA；； IB = 60 A, IC =2.3 mA。
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： = 33/19•共基极直流电流放大系数 和交流电流放大系数 •由于ICBO、ICEO都很小，在数值上β≈ ,α≈ 所以在以后的计算中，不再加以区分 • β值与测量条件有关一般来说，在iC很大或很小时，β值较小只有在iC不大、不小的中间值范围内，β值才比较大，且基本不随iC而变化因此，在查手册时应注意β值的测试条件尤其是大功率管更应强调这一点 34/192.集集- -基极反向截止电流基极反向截止电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向的反向电流，受温流，受温度的度的变化化影响 35/19BECNNPICBOICEO= IBE+ICBO IBE IBEICBO进入进入N区，区，形成形成IBE根据放大关系，由于根据放大关系，由于IBE的存在，必有电的存在，必有电流流 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 36/194.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ICM5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压U(BR)CBO指发射极开路时，集电极指发射极开路时，集电极—基极间的反向击穿电压基极间的反向击穿电压 U(BR)CEO指基极开路时，集电极指基极开路时，集电极—发射极间的反向击穿电压发射极间的反向击穿电压U(BR)CEO
有限制PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区 38/191.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响•温度对晶体管的参数都有影响其中， uBE 、 ICBO随温度变化的规律与PN结相同，即温度每升高1℃， uBE减小2~2.5mV；温度每升高10℃， ICBO增大一倍温度对β的影响表现为，β随温度的升高而增大，变化规律是：温度每升高1℃，β值增大0.5%~1%(即Δβ/βT≈(0.5~1)%/℃) 39/19图 温度对晶体管输入特性的影响 40/19图 温度对晶体管输出特性的影响例例1.3.1 1.3.2 P37 41/191.3.6 光电三极管图图1.3.10 光电三极管的等效电路、符号和外形光电三极管的等效电路、符号和外形 42/191.3.6 光电三极管图图 光电三极管的输出特性曲线光电三极管的输出特性曲线 43/19§ 1.4 场效应管场效应管与晶体管的区别场效应管与晶体管的区别1. 晶体管是晶体管是电流控制元件电流控制元件；场效应管是；场效应管是电压控制元件电压控制元件2. 晶体管参与导电的是晶体管参与导电的是电子电子—空穴空穴，因此称其为双极型器件；，因此称其为双极型器件； 场效应管是电压控制元件，参与导电的只有场效应管是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子一种载流子，， 因此称其为单极型器件。
因此称其为单极型器件3. 晶体管的晶体管的输入电阻较低输入电阻较低，一般，一般102~104 ；； 场效应管的场效应管的输入电阻高输入电阻高，可达，可达109~1014 场效应管分场效应管分类类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MOSN沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型 44/191、、结型型场效效应管（管（JFET)结构构P+P+NGSD导电沟道导电沟道 源极源极，，用用S或或s表示表示N型导电沟道型导电沟道漏极漏极，，用用D或或d表表示示 P型区型区P型区型区栅极栅极，，用用G或或g表示表示栅极栅极，，用用G或或g表示表示符号符号符号符号1.4.1 结型场效应管 45/19①① VGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当VGS＜＜0时PN结反偏反偏 当沟道当沟道夹断断时,ID减小至减小至0，此，此时对应的的栅源源电压VGS称称为夹断断电压VP ( 或或VGS(off) )对于于N沟道的沟道的JFET，，VP <0耗尽耗尽层加厚加厚沟道沟道变窄窄 VGS继续减小继续减小，沟道，沟道继续变窄，窄， ID继续变小。
小DP+P+NGSVDSIDVGS 当当VGS=0时，，沟道最沟道最宽，沟道，沟道电阻最小，在阻最小，在VDS的作用下的作用下N沟道内的沟道内的电子子定向运定向运动形成漏极形成漏极电流流ID,此此时最大沟道沟道电阻阻变大大ID变小小 根据其结构，它只能工作在根据其结构，它只能工作在反偏反偏条件下，条件下，N沟道管加沟道管加负栅源电压负栅源电压，， P沟道管加沟道管加正栅源电压正栅源电压，否则将，否则将会出现栅流会出现栅流2、结型场效应管（JFET)的工作原理 46/19当当V VGSGS=0=0时时，，VDS ID G、、D间PN结的反向的反向电压增加，使靠近漏极增加，使靠近漏极处的耗的耗尽尽层加加宽，沟道，沟道变窄，从上至下呈楔形分布窄，从上至下呈楔形分布 当当VDS增加到使增加到使VGD=VP 时，在，在紧靠漏极靠漏极处出出现预夹断此时此时VDS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 ID基本不变基本不变DP+P+NGSVDSIDVGS② VDS对沟道的控制作用 47/19当当VP
时的值要小在预夹断处在预夹断处VGD=VGS- -VDS =VP DP+P+NGSVDSIDVGS③VGS和VDS同时作用时 48/19• 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以场效应管也称为单极型管沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以场效应管也称为单极型管•JFETJFET是电压控制电流器件，是电压控制电流器件，i iD D受受v vGSGS控制控制•预夹断前预夹断前i iD D与与v vDSDS呈近似线性关系；预夹断后，呈近似线性关系；预夹断后，i iD D趋于饱和趋于饱和• JFET JFET栅极与沟道间的栅极与沟道间的PNPN结是反向偏置的，因此结是反向偏置的，因此i iG G 0 0，输入电阻很高输入电阻很高 JFET是利用是利用PN结反向反向电压对耗尽耗尽层厚度的控制，来厚度的控制，来改改变导电沟道的沟道的宽窄，从而控制漏极窄，从而控制漏极电流的大小流的大小综上分析可知 49/19# # JFETJFET有正常放大作用时，沟道处于什么状态？有正常放大作用时，沟道处于什么状态？有正常放大作用时，沟道处于什么状态？有正常放大作用时，沟道处于什么状态？(2) 输出特性输出特性 VP(1) 转移特性转移特性 3、结型场效应管（JFET)的特性曲线及参数 50/19①① 夹断电压夹断电压VP (或或VGS(off))：：②② 饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS：： ③③ 低频跨导低频跨导gm：：或或漏极电流约为零时的漏极电流约为零时的VGS值值 。
VGS=0时对应的漏极电流时对应的漏极电流 低频跨导反映了低频跨导反映了vGS对对iD的控制作用的控制作用gm可以在转移特性曲线上求得，单位是可以在转移特性曲线上求得，单位是mS(毫西门子毫西门子)④④ 输出电阻输出电阻rd：：(3)主要参数 51/19⑤⑤ 直流输入电阻直流输入电阻RGS：： 对于结型场效应三极管，反偏时对于结型场效应三极管，反偏时RGS约大于约大于107Ω⑧⑧ 最大漏极功耗最大漏极功耗PDM⑥⑥ 最大漏源电压最大漏源电压V(BR)DS⑦⑦ 最大栅源电压最大栅源电压V(BR)GS(3)主要参数 52/19结结型型场场效效应应管管 N沟沟道道耗耗尽尽型型P沟沟道道耗耗尽尽型型 53/191. 栅源极间的电阻虽然可达栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在以上，但在某些场合仍嫌不够高某些场合仍嫌不够高3. 栅源极间的栅源极间的PN结加正向电压时，将出现结加正向电压时，将出现较大的栅极电流较大的栅极电流绝缘栅场效效应管可以很好地解决管可以很好地解决这些些问题2. 在高温下，在高温下，PN结的反向电流增大，栅源结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。
极间的电阻会显著下降结型场效应管的缺点 54/19MOSMOS场效应管场效应管N沟道增强型的沟道增强型的MOS管管P沟道增强型的沟道增强型的MOS管管N沟道耗尽型的沟道耗尽型的MOS管管P沟道耗尽型的沟道耗尽型的MOS管管1.4.2 绝缘栅场效应管 55/19一、一、N沟道沟道增增强型型MOS场效效应管管结构构漏极漏极D→集电极集电极C源极源极S→发射极发射极E 绝缘栅极绝缘栅极G→基极基极B衬底衬底B电极电极—金属金属绝缘层绝缘层—氧化物氧化物基体基体—半导体半导体因此称之为因此称之为MOS管管增强型MOS场效应管 56/19 当当VGS较小较小时，虽然在时，虽然在P型衬底表面形成一层型衬底表面形成一层耗尽层耗尽层，，但负离子不能导电但负离子不能导电 当当VGS=VT时时, 在在P型衬底表面形成一层型衬底表面形成一层电子层电子层，形成，形成N型导电沟道，在型导电沟道，在VDS的作用下形成的作用下形成iDVDSiD+ +--++--++++----VGS反型层反型层 当当VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的时，漏源之间相当两个背靠背的PN结，无论结，无论VDS之间加什么电压都不会在之间加什么电压都不会在D、、S间形成电流间形成电流iD,即即iD≈0. 当当VGS>VT时时, 沟道加厚，沟道电阻减少，沟道加厚，沟道电阻减少，在相同在相同VDS的作用下，的作用下，iD将进一步增加。
将进一步增加开始开始时无无导电沟道，当在沟道，当在VGS VT时才形成沟道才形成沟道,这种种类型的管子称型的管子称为增增强型型MOS管管 MOSFET是利用是利用栅源源电压的大小，来改的大小，来改变半半导体体表面感生表面感生电荷的多少，从荷的多少，从而控制漏极而控制漏极电流的大小流的大小二、N沟道增强型MOS场效应管工作原理 57/19漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用• 当VGS＞VT，且固定为某一值时，来分析漏源电压VDS的不同变化对导电沟道和漏极电流ID的影响VDS=VDG＋＋VGS =－－VGD＋＋VGS VGD=VGS－－VDS 当当VDS为0或或较小小时，，相当相当VGD＞＞VT ,此此时VDS 基本均匀基本均匀降落在沟道中，沟道呈斜降落在沟道中，沟道呈斜线分布在VDS作用下形成作用下形成ID 58/19当当VDS增加到使增加到使VGD=VT时，时，当当VDS增加到增加到VGD VT时，时， 这相当于相当于VDS增加使漏极增加使漏极处沟道沟道缩减到减到刚刚开启的情况，称开启的情况，称为预夹断断此时的的漏极漏极电流流ID 基本基本饱和。
和 此此时预夹断区域加断区域加长，伸向，伸向S极 VDS增加的部分基本降落增加的部分基本降落在随之加在随之加长的的夹断沟道上，断沟道上， ID基本基本趋于不于不变 59/19i iD D= =f f( (v vGSGS) ) v vDSDS=C =C 转移特性曲线转移特性曲线i iD D= =f f( (v vDSDS) ) v vGSGS=C =C 输出特性曲线输出特性曲线vDS(V)iD(mA)当当vGS变化化时，，RON将随之将随之变化，因化，因此称之此称之为可可变电阻区阻区恒流区恒流区(饱和区和区)：：vGS一定一定时，，iD基基本不随本不随vDS变化而化而变化vGS/V三、N沟道增强型MOS场效应管特性曲线 60/19一、一、N沟道沟道耗尽型耗尽型MOS场效效应管管结构构+ + + + + + + 耗尽型耗尽型MOS管存在管存在原始导电沟道原始导电沟道耗尽型MOS场效应管 61/19 当当VGS=0时，时，VDS加正向电压，产生漏极电流加正向电压，产生漏极电流iD,此时的漏极此时的漏极电流称为电流称为漏极饱和电流漏极饱和电流，用，用IDSS表示。
表示 当当VGS＞＞0时时,将使将使iD进一步增加进一步增加 当当VGS＜＜0时，随着时，随着VGS的减小漏极电流逐渐的减小漏极电流逐渐减小减小，直至，直至iD=0，对应，对应iD=0的的VGS称为夹断电压，用符号称为夹断电压，用符号VP表示VGS(V)iD(mA)VPN沟道沟道耗尽型耗尽型MOS管可工作在管可工作在V VGSGS 0 0或或V VGSGS>0 >0 N沟道沟道增增强型型MOS管只能工作在管只能工作在V VGSGS>0>0二、N沟道耗尽型MOS场效应管工作原理 62/19输出特性曲线输出特性曲线VGS(V)iD(mA)VP转移特性曲线转移特性曲线三、N沟道耗尽型MOS场效应管特性曲线 63/19绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管N沟沟道道增增强强型型P沟沟道道增增强强型型各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线 64/19绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管 N沟沟道道耗耗尽尽型型P 沟沟道道耗耗尽尽型型 65/192. 夹断电压夹断电压VP：是耗尽型：是耗尽型FET的参数，当的参数，当VGS=VP 时时,漏极电流为零漏极电流为零3. 饱和漏极电流饱和漏极电流IDSS 耗尽型场效应三极管当耗尽型场效应三极管当VGS=0时所对应的漏极电流。
时所对应的漏极电流1. 开启电压开启电压VT：：MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通场效应管不能导通4. 直流输入电阻直流输入电阻RGS:栅源间所加的恒定电压栅源间所加的恒定电压VGS与流过栅极电流与流过栅极电流IGS之比结型之比结型:大于大于107Ω，绝缘栅，绝缘栅:109～～1015Ω5. 漏源击穿电压漏源击穿电压V(BR)DS: 使使ID开始剧增时的开始剧增时的VDS6.栅源击穿电压栅源击穿电压V(BR) GSJFET：反向饱和电流剧增时的栅源电压：反向饱和电流剧增时的栅源电压MOS：使：使SiO2绝缘层击穿的电压绝缘层击穿的电压1.4.3 场效应管的主要参数 66/197. 低频跨导低频跨导gm ：反映了栅源压对漏极电流的控制作用反映了栅源压对漏极电流的控制作用8. 输出电阻输出电阻rds9. 极间电容极间电容Cgs—栅极与源极间电容栅极与源极间电容Cgd —栅极与漏极间电容栅极与漏极间电容Csd —源极与漏极间电容源极与漏极间电容 67/19N沟道沟道P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET) 68/19图 各种场效应管的符号对比 69/19图 各种场效应管的符号对比 70/19图 各种场效应管的转移特性和输出特性对比 (a)转移特性；(b)输出特性 71/19图 各种场效应管的转移特性和输出特性对比 (a)转移特性；(b)输出特性 72/19图 场效应管的符号及特性P44 73/191.4.4 场效应管与晶体管的比较• 场效应管 三极管•单极性：多子 双极型：多子和少子•压控型 流控型•Ri很大 Ri较小•跨导较小 β大•JFET的d,s可互换 c,e互换β很小•温度稳定性好 温度稳定性差•可作压控电阻 。