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正文內(nèi)容

電子技術(shù)基礎(chǔ)第二第三章(編輯修改稿)

2025-05-27 01:32 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ≥ 運(yùn)動(dòng)到集電結(jié)的電子 基本上都可以被集電 區(qū)收集,此后 vCE再增 加,電流也沒(méi)有明顯 的增加,特性曲線(xiàn)進(jìn) 入與 vCE軸基本平行的 區(qū)域 (這與輸入特性曲 線(xiàn)隨 vCE的再增大而右移 不明顯的原因是一致的 ) 。 輸出特性曲線(xiàn)可以分為三個(gè)區(qū)域 : 飽和區(qū) Saturation Region—— iC受 vCE顯著控制的區(qū)域,曲線(xiàn)的上升部分和彎曲部分,該區(qū)域內(nèi) vCE的數(shù)值較小,一般 vCE< V(硅管 )。此時(shí) 發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)正偏 或反偏電壓很小。 截止區(qū) Cutoff Region—— iC接近零的區(qū)域,相當(dāng) iB=0的曲線(xiàn)的下方。此時(shí), 發(fā)射結(jié)反偏,集電結(jié)反偏 。 放大區(qū) Active Region—— iC平行于 vCE軸的區(qū)域 ,曲線(xiàn)基本平行等距。 此時(shí), 發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏, C、 E極 電壓大于 V左右 (硅管 ) 。 ,因此也稱(chēng)為線(xiàn)性區(qū)。 BC ii ?= 半導(dǎo)體三極管的參數(shù)分為三大類(lèi) : 直流參數(shù) 交流參數(shù) 極限參數(shù) (1)直流參數(shù) ①直流電流放大系數(shù) ? vCE=const 半導(dǎo)體三極管的參數(shù) BCC B OBC B OCBNCNIIIIIIII ??????對(duì)照 P49 在放大區(qū)基本不變。在共發(fā)射極輸出特性 曲線(xiàn)上,通過(guò)垂直于 X軸的直線(xiàn) (vCE=const)來(lái)求 取 IC / IB ,如圖 (a)所示。在 IC較小時(shí)和 IC較大 時(shí), 會(huì)有所改變,這一關(guān)系見(jiàn)圖 (b)。 ?圖 (b) 值與 IC的關(guān)系 圖 (a) 在輸出特性曲線(xiàn)上決定 ???結(jié)論 當(dāng) Ic過(guò)小或 Ic過(guò)大時(shí),導(dǎo)致 β將下降 =( IC- ICBO) /IE≈ IC/IE 顯然 與 之間有如下關(guān)系 : = IC/IE= IB/?1+ ?IB= /?1+ ? ????? ? ?? ?對(duì)照 P49 ??? =-1 ② 極間反向電流 ICBO ICBO的下標(biāo) CB代表集電極和基極, O是 Open的字頭,代表第三個(gè)電極 E開(kāi)路。它相當(dāng)于集電結(jié)的反向飽和電流。 +bceuAIe=0VCCIC B O ICEO表示基極開(kāi)路,c,e間加上一定反向電壓時(shí)的集電極電流,由于這個(gè)電流從集電區(qū)穿過(guò)基區(qū)流至發(fā)射區(qū),所以又叫穿透電流。 ICEO不是單純的 PN結(jié)反向電流。 ICEO和 ICBO有如下關(guān)系 ICEO=( 1+ ) ICBO 相當(dāng)基極開(kāi)路時(shí),集電極和發(fā)射極間的反向 飽和電流,即輸出特性曲線(xiàn) IB=0 那條曲線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的 Y坐標(biāo)的數(shù)值。 如下圖所示。 ?+bceVCCIC E OuA ICEO在輸出特性曲線(xiàn)上的位置 (2)交流參數(shù) ①交流電流放大系數(shù) ? ?=?IC/?IB?vCE=const 在放大區(qū) ? 值基本不變,可在共射接法輸出 特性曲線(xiàn)上,通過(guò)垂 直于 X 軸的直線(xiàn)求取 ?IC/?IB。 在輸出特性曲線(xiàn)上求 β 圖 α α =?IC/?IE? VCB=const 當(dāng) ICBO和 ICEO很小時(shí), ≈ ?、 ≈ ?,可以不加區(qū)分。 ? ?(3)極限參數(shù) ①集電極最大允許電流 ICM 當(dāng)集電極電流增加時(shí), ? 就要下降,當(dāng) ?值 下降到線(xiàn)性放大區(qū) ?值的 70~ 30%時(shí),所對(duì)應(yīng)的集電極電流稱(chēng)為集電極最大允許電流 ICM。至于?值 下降多少,不同型號(hào)的三極管,不同的廠家的規(guī)定有 所差別??梢?jiàn),當(dāng) IC> ICM時(shí),并不表 示三極管會(huì)損壞。 ?值與 IC的關(guān)系 ② 集電極最大允許功率損耗 PCM 集電極電流通過(guò)集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗, PCM= iCvCB≈ iCvCE, 因發(fā)射結(jié)正偏,呈低阻,所以功耗主要集中 在集電結(jié)上。在計(jì)算時(shí)往往用 vCE取代 vCB。 由 PCM、 ICM和 V(BR)CEO在輸出特性曲線(xiàn)上可以確定過(guò)損耗區(qū)、過(guò)電流區(qū)和擊穿區(qū)。 輸出特性曲線(xiàn)上的過(guò)損耗區(qū)和擊穿區(qū) 擊穿區(qū) (Breakdown Region) 隨著 VCE增大,加在集電結(jié)上的反偏電壓 VCB相應(yīng)增大。當(dāng) VCE增大到一定值時(shí),集電結(jié)發(fā)生反向擊穿,造成電流 Ic劇增。集電結(jié)面積很大而且是輕摻雜的,產(chǎn)生的反向擊穿主要是雪崩擊穿,擊穿電壓較大。 在基區(qū)寬度很小的三極管中,還會(huì)發(fā)生特有的穿通擊穿。 當(dāng) VCE增大時(shí), VCB相應(yīng)增大,導(dǎo)致集電結(jié)阻擋層寬度增寬,直到集電結(jié)與發(fā)射結(jié)相遇,基區(qū)消失。這時(shí)發(fā)射區(qū)的多子電子將直接受集電結(jié)電場(chǎng)的作用,引起集電極電流迅速增大,呈現(xiàn)類(lèi)似擊穿的現(xiàn)象。 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體三極管的命名如下 : 3 D G 110 B 第二位: A鍺 PNP管、 B鍺 NPN管、 C硅 PNP管、 D硅 NPN管 第三位: X低頻小功率管、 D低頻大功率管、 G高頻小功率管、 A高頻大功率管、 K開(kāi)關(guān)管 用字母表示材料 用字母表示器件的種類(lèi) 用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào) 用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格 三極管 半導(dǎo)體三極管的型號(hào) 例如: 3AX31D、 3DG123C、 3DK100B 半導(dǎo)體三極管圖片 場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體三極管是僅由一種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件,是一種用輸入電壓控制輸出電流的的半導(dǎo)體器件。從參與導(dǎo)電的載流子來(lái)劃分,它有電子作為載流子的 N溝道器件和空穴作為載流子的 P溝道器件。 從場(chǎng)效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)來(lái)劃分,它有兩大類(lèi)。 JFET (Junction type Field Effect Transister) IGFET ( Insulated Gate Field Effect Transister) IGFET也稱(chēng) 金屬氧化物半導(dǎo)體三極管 MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor FET) 場(chǎng)效應(yīng)管 (1)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu) 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管 (2) N溝道 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖 iD VDS ① 柵源電壓對(duì)溝道的控制作用 uDS = 0時(shí) uGS對(duì)導(dǎo)電溝道的控制作用 工作原理 Voff ① uDS=0時(shí), uGS 對(duì)溝道的控制作用 當(dāng) uGS< 0時(shí), PN結(jié)反偏, | uGS |??耗盡層加厚 ?溝道變窄。 uGS繼續(xù)減小,溝道繼續(xù)變窄,當(dāng)溝道夾斷時(shí),對(duì)應(yīng)的柵源電壓 uGS稱(chēng)為 夾斷電壓 VP ( 或 VGS(off) )。 對(duì)于N溝道的 JFET, VP 0。 ② 漏源電壓對(duì)溝道的控制作用 當(dāng)漏源電壓 uDS從零開(kāi)始增加,且 uGS> VGS(off)時(shí) 則 uGD=uGSuDS將隨之減小。使靠近漏極處的耗盡層加寬,溝道變窄,從上至下呈楔形分布。 當(dāng) uDS增加到使 uGD=uGSuDS=VGS(off)時(shí) 在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷,當(dāng) uDS繼續(xù)增加,漏極處的夾斷繼續(xù)向源極方向生長(zhǎng)延長(zhǎng)。 ② uGS=(VGS(off)~0) 的某一固定值時(shí), uDS對(duì)溝道的控制作用 當(dāng) uDS=0時(shí), iD=0; uDS ? ? iD ?,同時(shí) G、 D間 PN結(jié)的反向電壓增加,使靠近漏極處的耗盡層加寬,溝道變窄,從上至下呈楔形分布。當(dāng) uDS增加到使 uGD=VP 時(shí),在緊靠漏極處出現(xiàn) 預(yù)夾斷。 此時(shí) uDS ? ?夾斷區(qū)延長(zhǎng) ?溝道電阻 ? ? iD基本不變,表現(xiàn)出恒流特性。 )0()1(GSG S ( o ff)2G S ( o ff)GSD S SD????uVVuIi(a) 輸出特性曲線(xiàn) (b) 轉(zhuǎn)移特性曲線(xiàn) N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的特性曲線(xiàn) (3)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的特性曲線(xiàn) c o n s t .DSD GS)( ?? uufi(b)轉(zhuǎn)移特性 c o n s t .GSD DS)( ?? uufi(a)輸出特性 Ⅰ VP 截止區(qū) ③ 當(dāng) uGD VGS(off)時(shí), uGS對(duì) iD的控制作用 當(dāng) uGD = uGS uDS VGS(off) 時(shí),即 uDS uGS VGS(off) 0,導(dǎo)電溝道夾斷, iD 不隨 uDS 變化 ; 但 uGS 越小,即 |vGS| 越大,溝道電阻越大,對(duì)同樣的 uDS , iD 的值越小。所以,此時(shí)可以通過(guò)改變 uGS 控制 iD 的大小, iD與 uDS 幾乎無(wú)關(guān),可以近似看成受 uGS 控制的電流源。由于漏極電流受柵 源電壓的控制,所以 場(chǎng)效應(yīng)管為電壓控制型元件 。 綜上分析可知: (a) JFET溝道中只有一種類(lèi)型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,所以場(chǎng)效應(yīng)管也稱(chēng)為單極型三極管 ; (b) JFET 柵極與溝道間的 PN結(jié)是反向偏置的,因此 輸入電阻很高; (c) JFET是電壓控制電流器件, iD受 uGS控制; (d)預(yù)夾斷前 iD與 uDS呈近似線(xiàn)性關(guān)系;預(yù)夾斷后, iD趨于飽和。 ( 4) 主要參數(shù) 在預(yù)夾斷處, uGD = uGS uDS = VGS(off) , 當(dāng) uGS = 0時(shí), uDS = = VGS(off)。 但 實(shí)際測(cè)試時(shí),通常令 uDS 為某一固定值(例如 10V),使 iD 等于一個(gè)微小電流(例如 50uA)時(shí),柵源之間所加的電壓稱(chēng)為夾斷電壓。這時(shí)相當(dāng)于夾斷點(diǎn)延伸到靠近源極,達(dá)到全夾斷狀態(tài)。考慮到靠近源端縱向電位差接近于零,源端耗盡層兩邊的電位差可認(rèn)為是 uGS, 所以此時(shí)有 uGS= VGS(off)。 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管 IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister)IGFET也稱(chēng)金屬氧化物半導(dǎo)體三極管 MOSFET( Metal- Oxide- Semiconductor FET)分為 增強(qiáng)型 ? N溝道、 P溝道 耗盡型 ? N溝道、 P溝道 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)三極管的工作原理 所謂耗盡型就是當(dāng)uGS=0時(shí),存在導(dǎo)電溝道, iD ≠0; 增強(qiáng)型就是 uGS=0時(shí),沒(méi)有導(dǎo)電溝道,即 iD = 0;例如, N溝道增強(qiáng)型,只有當(dāng) uGS> 0時(shí)才有可能開(kāi)始有 iD 。 (1)結(jié)構(gòu) (2)工作原理 當(dāng) uGS=0V時(shí) 當(dāng) 0< uGS< VGS(th)時(shí) 漏源之間相當(dāng)兩個(gè)背靠背的 PN結(jié),不存在導(dǎo)電溝道,在 D、 S之間加上電壓不會(huì)在 D、 S間形成電流。 通過(guò)柵極和襯底間的電容作用,將靠近柵極下方的 P型半導(dǎo)體中的空穴向下方排斥,出現(xiàn)了一薄層負(fù)離子的耗盡層。 P型襯底中的少子電子將向表層運(yùn)動(dòng),但數(shù)量有限,不足以形成溝道,將漏極和源極溝通,所以不可能以形成漏極電流 ID。 ① uDS=0時(shí), uGS 對(duì)溝道的控制作用 當(dāng) uGS> VGS(th)時(shí) 隨著 uGS的繼續(xù)增加,一方面耗盡層變寬,另一方面作用于半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)就愈強(qiáng),吸引到 P型硅表面的電子就愈多,感生溝道(反型層)將愈厚,溝道電阻將愈小。在 uGS=0V時(shí) 沒(méi)有導(dǎo)電溝道 ,只有當(dāng) uGS> VGS(th)后才會(huì)出現(xiàn)漏極電流,這種 MOS管稱(chēng)為 增強(qiáng)型 MOS管 。 由于柵源電壓已經(jīng)比較強(qiáng),在靠近柵極下方的 P型半導(dǎo)體表
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