【正文】 （ b） 輸出特性曲線 第 1章 基本半導體分立器件 iD、 uGS的關系可用一個公式來表示 2)()1(of fGSGSD SSD UuIi ?? （ 0≥uGS≥UGS(off)） （ 126） 第 1章 基本半導體分立器件 2） 漏極特性曲線 漏極特性曲線又叫輸出特。 當 uGS＜ UGS(off)時， 兩個耗盡區(qū)完全合攏， 溝道電阻趨于無窮大， iD≈0。 當 uGS＝ 0 V時， 溝道電阻最小， 漏極電流最大， 此時 iD＝ IDSS。 轉移特性曲線是指在漏極電壓 uDS一定時 ， 輸出回路的漏極電流 iD與輸入回路柵源電壓 uGS之間的關系曲線 。 第 1章 基本半導體分立器件 3． 伏安特性曲線 和三極管相類似 ， 圖 141接法的場效應管放大電路稱為共柵極放大電路 ， 下面仍以 N溝道結型場效應管為例 ， 介紹共柵極放大電路的常用伏安特性曲線 。 （ 2） 在 UDD不變的情況下（即 uDS不變）， 柵源之間很小的電壓變化可以引起漏極電流 iD相當大的變化。 此時溝道內(nèi)的載流子為多子空穴， 形成的電流iD與空穴的流動方向相同， 由源極指向漏極， 與 N溝道 JFET的漏極電流方向相反。 我們將此時的 uGS稱為夾斷電壓 UGS(off)。 此時的兩個 PN結均處于反向偏置 ， 空間電荷區(qū)的變寬 （ 因為 P+區(qū)為高摻雜濃度 ， 而耗盡層 P+區(qū)和N區(qū)的正負離子電荷量是相等的 ， 所以這個耗盡層在P+區(qū)很薄 ， 而在 N區(qū)較寬 ） 使 N型導電溝道變窄 ， 漏極電流 iD變小 。 由于在 uGS =0時溝道最寬 ， 因此此時的漏極電流最大 ， 叫做漏極飽和電流 IDSS。 N型硅中的多子自由電子在 uDS的作用下 ， 由源極向漏極移動 ， 形成由漏極流入的漏極電流 iD， 并且有iD=iS。 因為 JFET是用柵源電壓 uGS來控制漏極電流iD的， 下面分別考慮不同 uGS情況下管子的工作情況。 習慣上將 N溝道 JFET的漏極接電源電壓正極 。 （ b） 電路符號 第 1章 基本半導體分立器件 圖 138 P溝道 JFET (a) 結構示意圖； (b) 電路符號 第 1章 基本半導體分立器件 2． 工作原理 N溝道 JFET的偏置電路如圖 139（ b） 所示 。 圖 137（ b） 為它的電路符號 ， 其中的箭頭表示由 P區(qū) （ 柵極 ） 指向 N區(qū)（ 溝道 ） 的方向 。 第 1章 基本半導體分立器件 兩個 PN結中間的 N型區(qū)域流過 JFET的電流 ， 所以稱為導電溝道 。 在中間的 N型半導體材料兩端各引出一個電極分別叫做源極 s和漏極 d。 它是在一塊摻雜濃度較低的 N型硅片兩側 ， 制作兩個高濃度的 P型區(qū) （ 用 P+表示 ） ， 形成兩個 PN結 。 第 1章 基本半導體分立器件 結型場效應管 結型場效應管是利用半導體內(nèi)的電場效應進行工作的 ， 也稱體內(nèi)場效應器件 。 在正常工作時 ， 發(fā)射結正偏 ， 當有電壓信號輸入時 ， 一定要產(chǎn)生輸入電流 ， 導致三極管的輸入電阻較小 ， 一方面降低了管子獲得輸入信號的能力 ， 而且在某些測量儀表中將導致較大的誤差 ， 這是我們所不希望的 。 本節(jié)要介紹的場效應晶體管（ FET， Field Effect Transistor）只有一種載流子 ——多子（要么是自由電子， 要么是空穴）參與導電， 所以是一種單極型器件。 常見三極管的管腳排列位置見圖 136所示。 若測出的電阻不論正向反向， 均為零， 說明此結已經(jīng)擊穿； 如測出的電阻均為無窮大， 說明此結已斷。 第 1章 基本半導體分立器件 圖 135 三極管飽和時的等效電路 第 1章 基本半導體分立器件 表 11 三極管三種工作狀態(tài)的比較 第 1章 基本半導體分立器件 3． 三極管的測試 由于三極管內(nèi)部是由兩個 PN結構成的， 因此， 和二極管類似， 也可以用萬用表對三極管的電極、 好壞作大致的判斷。 定義臨界飽和時的 iC 和 iB叫做臨界飽和集電極電流 IC(sat)和臨界飽和基極電流 IB(sat)， 所以有 cCCcs atCECCs atC RURUUI ??? )()( （ 122） 第 1章 基本半導體分立器件 對應的臨界飽和基極電流為 ?)()(s a tCs a tBII ? （ 123） 在臨界飽和的基礎上 ， 如果 iB繼續(xù)增大 ， 由于管壓降已經(jīng)達到最小值 UCE(sat)， 對應的集電極電流達到最大值IC(sat)， 不能繼續(xù)隨 iB增大 ， 意味著三極管進入了飽和區(qū) ， 因此三極管的飽和條件就是 iB≥IB(sat) （ 124） 第 1章 基本半導體分立器件 式中的 iB是電路中的實際基極電流 ， 從圖 133中可以看出 bBEiB RUui ??因此對于圖 133來說 ， ui越大 ， iB就越大 ， 管子就越向飽和的方向發(fā)展 。 第 1章 基本半導體分立器件 圖 134 三極管截止時的等效電路 第 1章 基本半導體分立器件 2） 飽和條件 從圖 133可以看出 ， iB的增大使 iC隨之增大 ， 導致管壓降降低到接近于零 ， 從而造成三極管的飽和 ， 此時的集電極電流達到最大值 。 第 1章 基本半導體分立器件 圖 133 三極管的開關應用 第 1章 基本半導體分立器件 1） 截止條件 從前面的分析知道 ， 為保證三極管可靠截止 ， 要求 uBE≤0， 所以圖 133中的三極管若工作于截止區(qū) ， 必須有 ui≤0。 開關狀態(tài)的三極管工作于截止區(qū)或飽和區(qū) ， 分別相當于斷開和閉合的開關 ， 而放大區(qū)只是出現(xiàn)在三極管飽和與截止的相互轉換過程中 ， 是個瞬間的過渡過程 。 利用三極管的電流放大作用 ， 可以得到各種形式的電子電路 。 1． 放大應用 在模擬電子電路中 ， 三極管主要工作于放大狀態(tài) ， 可以把輸入基極電流 ΔIB 放大 β倍以 ΔIC 的形式輸出 。 第 1章 基本半導體分立器件 三極管在電子技術中的應用 半導體三極管是電子電路的核心元器件 ， 應用十分廣泛 。 第 1章 基本半導體分立器件 3． 溫度對發(fā)射結正向壓降 UBE的影響 溫度升高后 ， 三極管內(nèi)部載流子運動加劇 ， 電流隨溫度升高而增加 。 無論是硅管還是鍺管 ， 溫度每升高 1 ℃ ， β相應地增大 ％ ～ 1％ 。 無論硅管和鍺管 ， 都可以近似地認為 ， 溫度每升高 10 ℃ ， ICBO就增大一倍 ， 即 10)()(002TTTC B OTC B O II??? （ 121） 第 1章 基本半導體分立器件 2． 溫度對 β的影響 三極管的電流放大系數(shù) β隨著溫度升高而增大 。 1． 溫度對 ICBO的影響 ICBO是由集電區(qū)少子向基區(qū)漂移及基區(qū)少子向集電區(qū)漂移而形成的電流 。 一般有 PCM =iC PCM與環(huán)境溫度有關 ， 溫度越高 ， PCM越小 。 集電極最大允許電流 ICM， 就是表示 β下降到額定值的 1/3～2/3時的 IC值 ， 一般規(guī)定在正常工作時 ， 流過三極管的集電極電流 iC＜ ICM。 基極開路時的 U（ BR） CEO是各種情況下以及各電極間反向擊穿電壓的最小值， 所以使用時只要注意三極管各電極間的電壓不要超過 U（ BR） CEO就可以了。 第 1章 基本半導體分立器件 1） 基極開路時集電極與發(fā)射極之間的反向擊穿電壓 U（ BR） CEO 電源電壓 UCC使集電結反偏， 并產(chǎn)生管壓降 uCE。 這些電壓 、 電流和功率值稱為三極管的極限參數(shù) 。 第 1章 基本半導體分立器件 圖 131 測量 ICEO的電路 第 1章 基本半導體分立器件 3． 極限參數(shù) 三極管正常工作時 ， 管子上的電壓和電流是有一定限度的 ， 否則會使三極管工作不正常 ， 使特性變壞 ， 甚至損壞 。 由于這個電流從集電極穿過基區(qū)流到發(fā)射極 ， 因此又叫穿透電流 ， 測試電路如圖 131所示 。 ICBO的大小標志集電結質(zhì)量的好壞 ， ICBO越小越好 ， 一般在工作環(huán)境溫度變化較大的場所都選擇硅管 。 ICBO的實質(zhì)就是集電結反偏時集電區(qū)和基區(qū)的少子漂移電流 ， 所以受溫度影響較大 。 第 1章 基本半導體分立器件 1） 共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) β 在共發(fā)射極電路沒有交流輸入信號的情況下， （ IC－ ICEO）與 IB的比值稱為直流電流放大系數(shù) β， 這和式（ 18）的定義是一致的， 即 BCBC E OCIIIII ???? （ 117） 第 1章 基本半導體分立器件 2） 共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) β 指在共發(fā)射極電路中 ， 輸出集電極電流的變化量與輸入基極電流的變化量的比值 ， 即 BCII??? ? （ 118） 式中， β值是衡量三極管放大能力的重要指標。 了解這些參數(shù)對于合理使用三極管十分必要 。 飽和區(qū)中的 iB對 iC的影響較小 ， 放大區(qū)的 β也不再適用于飽和區(qū) 。 第 1章 基本半導體分立器件 3） 飽和區(qū) 如果發(fā)射結正偏時 ， 出現(xiàn)管壓降 uCE＜ V（ 對于硅管來說 ） ， 也就是 uCB＜ 0的情況 ， 我們稱三極管進入飽和區(qū) 。 2） 放大區(qū) 在這個區(qū)域內(nèi) ， 發(fā)射結正偏 ， 集電結反偏 。 用函數(shù)式表示為 常數(shù)?? BiCEC ufi |)(（ 116） 第 1章 基本半導體分立器件 圖 129 三極管的三個工作區(qū)域 第 1章 基本半導體分立器件 1） 截止區(qū) 習慣上把 iB≤0的區(qū)域稱為截止區(qū) ， 即 iB＝ 0的輸出特性曲線和橫坐標軸之間的區(qū)域 。 用函數(shù)關系式表示為 常數(shù)?? ECuBFB ufi |)( （ 115） 第 1章 基本半導體分立器件 圖 128 三極管的輸入 、 輸出特性曲線 （ a） 輸入特性曲線 。 這里仍以最常用的 NPN管構成的共發(fā)射極電路為例來分析三極管的特性曲線 。 常用三極管伏安特性曲線有輸入特性曲線和輸出特性曲線 。 第 1章 基本半導體分立器件 三極管的特性曲線 三極管的伏安特性曲線是指三極管各極間電壓與各電極電流之間的關系曲線 ， 它是管內(nèi)載流子運動規(guī)律的外部體現(xiàn) ， 可以指導我們在電路設計中合理地選擇和使用三極管 ， 還可以在特性曲線上作圖對三極管的放大性能進行分析 。 由于三極管的電流分配關系是一定的， 因此 ΔIE將引起相應的 ΔIC和 ΔIB。 在圖 127（ a）電路的輸入回路中串入待放大的輸入信號 ΔUI， 如圖 127（ b）所示， 這樣發(fā)射結的外加電壓將等于UBB+ΔUI。 其中 ， IC為 β倍的 IB， 即輸出電流 IC為輸入電流IB的 β倍 ， 這是對直流電流的放大作用 。 電源 UBB接于輸入回路 ， 使三極管