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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,晶体管的特性一、晶体管结构简介1.晶体管的两种结构,一、晶体管结构简介,1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成,双极型晶体管(BJT),2.晶体管的三个区,一、晶体管结构简介,2.晶体管有三个区:,N集电区,N,P基区,e发射极,b 基极,c 集电极,发射区,管芯结构剖面图,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.,1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成,以NPN型晶体管为例。,双极型晶体管(BJT),发射极的电路符号,一、晶体管结构简介,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.,1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成,PNP型,NPN型,半导体三极管电路符号,2.晶体管有三个区:,双极型晶体管(BJT),双极型晶体管(BJT),3.晶体管的两个PN结,一、晶体管结构简介,1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成,PNP型,NPN型,半导体三极管电路符号,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。,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。,双极型晶体管(BJT),二、晶体管的电流分配和放大作用1.晶体管正常工作时各极电压的连接及作用,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,顾名思义：发射区的作用是发射电 子,集电区的作用是收集电子,下面以NPN型三极管 为例分析 载流子(即电子和空穴)在晶体管内部的传输情况。,二、晶体管的电流分配与放大作用,发射结,集电结,发射极,集电极,基极,发射结必须处于正向偏置目的削弱发射结,集电结必须处于反向偏置目的增强集电结,VEE,VCC,+,+,ICN,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),动画演示,VEE,VCC,ICN,发射结必须处于正向偏置目的削弱发射结,集电结必须处于反向偏置目的增强集电结,二、晶体管的电流分配与放大作用,分析集射结电场方向知,反向偏置有利于收集在基区的电子,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,发射结变薄有利于发射区的电子向基区扩散,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,2.晶体管的电流分配发射极电流的组成,2.晶体管的电流分配,发射极电流IE:主要由发射区的电子扩散(IEN)而成,亦有极少数的由基区向发射区扩散 的空穴电流(IEP)。,IE=IEN+IEP IEN,VEE,VCC,ICN,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。,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,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,基极电流的形成,基极电流IB:基极电流主要由基区的空穴 与从发射区扩散 过来的电子复合而成。同时电源VEE又不断地从基区中把电子拉走,维持基区有一定数量的空穴。,VEE,VCC,ICN,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,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复合掉一些,形成基极电流。,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),集极电流的形成,二、晶体管的电流分配与放大作用,集电极电流IC:集电极电流主要由集电结收集从发射区扩散至基区的电子而成(ICN)。亦有由于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。,VEE,VCC,IC=ICN+ICBO ICN,ICN,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。,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,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,IE=IB+IC,由电路分析的内容可知,三个电极之间的电流关系为：,VEE,VCC,IE=IB+IC,Rb,VEE,VCC,RL,IB,发射极与基极之间为正向偏置,+,+,IE=IB+IC,集电极与基极之间为反向偏置,IC,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,三极管的三个极不管如何连接,这个关系是不会改变的。,以后画电路时三极管就不再使用结构图而用电路符号图了。,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,系数的意义,为了表示集电极收集发射区发射电子的能力,通常使用一个常数hfb()表示,VEE,VCC,hfb=iCiE,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,iC和iE 是表示通过三极管集电极和发射极电流的瞬时值.,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),系数的意义,为了表示集电极电流是基极电流的倍数,通常使用一个常数hfe()表示,VEE,VCC,hfe=iCiB,hfe()称为共发射极交流电流放大系数,二、晶体管的电流分配与放大作用,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),与之间的关系,hfb()与hfe()之间的关系,VEE,VCC,二、晶体管的电流分配与放大作用,联立下面三式可求出此关系式：iC=iBiC=iEiE=iC+iB,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),3.放大作用,二、晶体管的电流分配与放大作用,3.放大作用,共射基本放大电路的组成演示,三极管的放大作用实际上 是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）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,称为放大电路。最基本的放大电路是共射极放大电路。,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),(1)共射电路的组成,vi,VBB,VCC,RL1K,+,+,c,e,b,输入与输出回路共用发射极，所以称为共发射极放大电路。,二、晶体管的电流分配与放大作用,=49,基极与发射极间组成输入回路,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,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,三极管的放大作用实际上 是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）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,称为放大电路。最基本的放大电路是共射极放大电路。,双极型晶体管(BJT),二、晶体管的电流分配与放大作用,三个交变电流,3.放大作用,(1)共射极放大电路,vi,VBB,VCC,iB=IB+iB,iC=IC+iC,vO,iE=IE+iE,+,+,+,c,e,b,RL1K,=49,共射极电路的电压放大原理,(2)共射电路的电压放大,输出电路同时产生一个变化的电流。,输入信号电压在输入回路上产生一个变化的电流。,三极管的放大作用实际上 是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）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,称为放大电路。最基本的放大电路是共射极放大电路。,变化的电流在负载电阻上产生一个变化电压。,三极管的放大作用实际上 是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）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,称为放大电路。最基本的放大电路是共射极放大电路。,双极型晶体管(BJT),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,(2)放大作用,这个放大电路的电压放大倍数为,vi,VBB,VCC,iB=IB+iB,iC=IC+iC,vO,iE=IE+iE,+,+,+,c,e,b,(2)共射电路的电压放大,=49,RL1K,设输入信号电压变化vi=20mV,产生基极电流的变化量为iB=20 A,输出电流变化量为 iC=iB=4920 A=980A=0.98mA,变化的电流在负载电阻上产生的电压变化量为 vO=-iC RL=-0.98mA1k=-0.98V,共射极电路的电压放大原理,AV=vo/vi=-0.98V/20mV=-49,三、晶体管的特性曲线1.共射极电路的特性曲线,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。,三、晶体管的特性曲线,1.共射电路的特性曲线,(1)输入特性,VBB,VCC,IB,IC,IE,+,+,c,e,b,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。,VCE,VBE,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),(1)输入特性曲线:输入特性的意义,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。,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,VBB,VCC,+,+,c,e,b,输入特性曲线的作法,IVCE=常数,VBE/V,IB/A,IB=f(VBE),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.,1.共射电路的特性曲线,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),IB,IC,IE,VCE,VBE,0,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(1)输入特性曲线：vCE=0V时,先令VCC=0即VCE=0,VBB,VCC,+,+,c,e,b,令VBB从0开始增加即VBE从0开始增加。,VCE=0V,1.共射电路的特性曲线,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),IB,IC,IE,VBE/V,IB/A,0,VCE,VBE,输入特性曲线的作法,IVCE=常数,IB=f(VBE),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.,VCE=0V时的输入特性曲线。,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(1)输入特性曲线：vCE=0.5V时,然后增大VCC使VCE0.5V,VBB,VCC,+,+,c,e,b,再令VBB从0开始增加即VBE从0开始增加。,VCE=0V,0.5V,VCE=0.5V,1.共射电路的特性曲线,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),IB,IC,IE,VBE/V,IB/A,0,VCE,VBE,输入特性曲线的作法,IVCE=常数,IB=f(VBE),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.,VCE=0V时的输入特性曲线。,VCE=0.5V时的输入特性曲线。,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(1)输入特性曲线:vCE=1V时,继续增大VCC使VCE 1V,VBB,VCC,+,+,c,e,b,再令VBB从0开始增加即VBE从0开始增加。,VCE=0V,1V,VCE=0.5V,VCE=1V,1.共射电路的特性曲线,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),IB,IC,IE,VBE/V,IB/A,0,VCE,VBE,输入特性曲线的作法,IVCE=常数,IB=f(VBE),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.,VCE=1V时的输入特性曲线。,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(1)输入特性曲线:vCE1V时,VBB,VCC,+,+,c,e,b,VCE=0V,1V,VCE=0.5V,VCE=1V,1.共射电路的特性曲线,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),IB,IC,IE,VBE/V,IB/A,0,VCE,VBE,输入特性曲线的作法,IVCE=常数,IB=f(VBE),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.,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(1)输入特性曲线综述,VBB,VCC,+,+,c,e,b,1V,VCE=1V,1.共射电路的特性曲线,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),IB,IC,IE,VBE/V,IB/A,0,VCE,VBE,输入特性曲线的作法,VCE=常数,IB=f(VBE),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.,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(2)输出特性曲线 输出特性曲线的意义、画法动画显示,(2)输出特性,VBB,VCC,+,+,c,e,b,输出特性曲线的作法,IB=常数,输出特性曲线就是研究三极管ce之间集电极电流IC随ce间电压VCE的变化规律。,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.,I C=f(VCE)|,共射电路输出特性曲线作法演示,1.共射电路的特性曲线,共射电路输出特性曲线,双极型晶体管(BJT),IB,IC,IE,VCE,VBE,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(2)输出特性,绘输出特性曲线的过程,O,先把IB调至 某 一 固定值并保持不变。,然后再调节电源电压使 VCE 改变，观察IC的变化，记 录下来。,某一固定IB时的输出曲线,共射电路输出特性曲线作法演示,1.共射电路的特性曲线,共射电路输出特性曲线,双极型晶体管(BJT),根据 记录 可绘出IC随 VE 变化的伏安特性曲线,此曲线称为输出特性曲线。,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(2)输出特性,绘输出特性曲线的过程,O,再把 IB 调至稍小的另一固定值IB1并保持不变。,仍旧 调节 电源电压使VCE 改变，观察IC的变化,记录下来。,IB1,IB2,共射电路输出特性曲线作法演示,重复此过程可绘出一组输出特性曲线,1.共射电路的特性曲线,共射电路输出特性曲线,双极型晶体管(BJT),根据 记录 可绘出IC随 VCE 变化的另一根输出特性曲线。,某一固定IB时的输出曲线,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(2)输出特性,输出特性曲线的特点,某一固定IB时的输出曲线,IB1,O,IB2,共射电路输出特性曲线作法演示,VCEQ,Q,ICQ,IBQ,1.共射电路的特性曲线,共射电路输出特性曲线,双极型晶体管(BJT),刚开始时,每一根输出特性曲线都很陡,表明IC随 VCE 的 增 大而急剧增大。,当 VCE 增至 一定数值时(一般小于1V)输出特性曲线变得 较为平坦段,表明 IC基本不随VCE而变化。,输出特性曲线是由一簇间隔基本均匀,比较平坦的平行直线组成的，每一根曲线上的一点都对应一组 IBE、VCE和IC。,双极型晶体管(BJT),三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(2)输出特性,利用输出特性曲线求电流放大倍数,取任意两条曲线的平坦段，读出其基极电流之差。,hfe=,IC,IB,=,iC,iB,IB=IB1-IB2,IC,IC1,IC2,共射电路输出特性曲线作法演示,从输出特性曲线可以求出三极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。,1.共射电路的特性曲线,共射电路输出特性曲线,再读出这两条曲线对应的集电极电流之差。,小结,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。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,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,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。,FET分类：,绝缘栅场效应管,结型场效应管,增强型,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,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：,当uGS0V时纵向电场将靠近栅极下方的空穴向下排斥耗尽层。,（2）工作原理,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。,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。,栅源电压uGS的控制作用,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。,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,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。,2.N沟道耗尽型MOSFET,特点：当uGS=0时，就有沟道，加入uDS，就有iD。当uGS0时，沟道增宽，iD进一步增加。当uGS0时，沟道变窄，iD减小。,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。,定义：夹断电压（UP）沟道刚刚消失所需的栅源电压uGS。,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1091015。,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,符号：,N沟道,P沟道,2.结型场效应管的工作原理,在栅源间加负电压uGS，令uDS=0 当uGS=0时，为平衡PN结，导电沟道最宽。,（1）栅源电压对沟道的控制作用,当uGS时，PN结反偏，耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大。,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。,（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。当uDS=0时，iD=0。,uDSiD 靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，呈楔形分布。,当uDS，使uGD=uG S-uDS=UP时，在靠漏极处夹断预夹断。,预夹断前，uDSiD。预夹断后，iDSiD 几乎不变。,uDS再，预夹断点下移。,（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来描绘。,（1）输出特性曲线：iD=f（uDS）uGS=常数,3、结型场效应三极管的特性曲线,设：UT=-3V,四个区：,恒流区的特点：iD/uGS=gm 常数 即：iD=gm uGS（放大原理）,（a）可变电阻区（预夹断前）。,（b）恒流区也称饱和 区（预夹断 后）。,（c）夹断区（截止区）。,（d）击穿区。,可变电阻区,恒流区,截止区,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。例：作uDS=10V的一条转移特性曲线：,4.场效应管的主要参数,(1)开启电压UT UT 是MOS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。,（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107，MOS场效应管,RGS可达1091015。,（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,一.直流偏置电路 保证管子工作在饱和区，输出信号不失真,3.2 场效应管放大电路,1.自偏压电路,UGS=-IDR,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。,计算Q点：UGS、ID、UDS,已知UP，由,可解出Q点的UGS、ID,2.分压式自偏压电路,可解出Q点的UGS、ID,计算Q点：,已知UP，由,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。,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,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,（3）求输入电阻,（4）求输出电阻,则,（2）电压放大倍数,（3）输入电阻,得,分析：,（1）画交流小信号等效电路。,由,2.共漏放大电路,（4）输出电阻,所以,由图有,本章小结,1FET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。2FET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。,光电耦合器,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,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10）。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515V）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。,