电子线路基础(1.1-1.4).课件.ppt

1、电子线路基础（电子电路基础） 2005年9月-2006年1月课程介绍1. 课程的性质课程的性质 是一门专业技术基础课。是一门专业技术基础课。2. 课程特点课程特点 非纯理论性课程，实践性很强，以工程实践的观点非纯理论性课程，实践性很强，以工程实践的观点来处理电路中的一些问题（使用模型、近似）。来处理电路中的一些问题（使用模型、近似）。3. 学习内容：学习内容：半导体器件、基本单元电路（双极型、半导体器件、基本单元电路（双极型、FET)、反馈、运放、电流模、波形发生等。、反馈、运放、电流模、波形发生等。4. 教学目标教学目标 能够对一般性的、常用的电子电路、集成电路进能够对一般性的、常用的电子电

2、路、集成电路进行分析和设计。行分析和设计。课程介绍5. 学习方法：学习方法：重点掌握基本重点掌握基本概念概念、基本电路电路的、基本电路电路的分析方法分析方法、设计方法设计方法6. 成绩组成：成绩组成： 平时作业平时作业 15 %； EDA实践实践 5 % ； 期中考试：期中考试：30； 期末考试：期末考试：50 %7. 参考书参考书童诗白主编，童诗白主编，模拟电子技术基础模拟电子技术基础 第三版，高教出版社第三版，高教出版社谢嘉奎主编，谢嘉奎主编，电子线路基础电子线路基础（线性部分），高教出版社（线性部分），高教出版社康华光主编，康华光主编， 电子线路基础电子线路基础（模拟部分）高教出版社（模

3、拟部分）高教出版社电子管（真空管）：电子管（真空管）：1904年，世界上第一只电子管（真空二极管）在英国物理学家弗莱明的手下诞生。弗莱明获得了这项发明的专利权。第一只电子管的诞生，标志着世界进入电子时代。1907年，美国的德福雷斯特向美国专利局申报了真空三极管的发明专利。晶体管：晶体管：美国物理学家肖克利在1939年提出“利用半导体而不用真空管的放大器在原则上可行的”，布拉顿和巴丁在1947年12月23日的实验中，他们终于取得了意义重大的成功。 1948年6月30日，美国贝尔电话研究所正式宣布：世界上第一只晶体管研制成功。此后，许多科研人员又对晶体管的改进和半导体的研究做了大量工作，继而开发出

4、许多品种的新型晶体管，如合金晶体管（1951年）、漂移晶体管（1955年）、台面晶体管（1956年），平面晶体管（1959年）、外延晶体管（1960年）、金属氧化物半导体晶体管（1962年）、功率晶体管（1962年）等。集成电路： 美国南部德克萨斯州的达拉斯市的德克萨斯仪器公司（简称TI公司）的基尔比在1959年2月6日， 向美国专利局申报专利， 将由元件组合的微型固体被叫做“半导体集成电路”，是一种用于无线电设备的“振荡器”。 同时在硅谷的美国仙童公司也基本完成集成电路的发明。1959年7月30日，仙童公司的諾易斯 也向美国专利局申请了发明专利。 第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础

5、1.1 半导体中的载流子及其运动半导体中的载流子及其运动 1.2 PN PN结结 1.3 半导体二极管半导体二极管 1.4 双极型三极管双极型三极管 1.51.5场效应晶体管场效应晶体管 1.61.6模拟集成电路中的元件模拟集成电路中的元件第一章第一章 半导体器件基础半导体器件基础半导体材料：半导体材料： 根据物体导电能力根据物体导电能力(电阻率电阻率)的不同，来划分导体、绝缘的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。体和半导体。 典型的半导体有典型的半导体有硅硅Si和和锗锗Ge以及以及砷化镓砷化镓GaAs等。等。半导体器件：半导体器件： 用半导体材料制成的器件用半导体材料制成的器件 二极管、双极型

6、三极管、场效应管、光电器件、集成电二极管、双极型三极管、场效应管、光电器件、集成电路等路等1.11.1半导体中的载流子及其运动半导体中的载流子及其运动1.1.1本征半导体中的载流子本征半导体中的载流子1.1.1.1本征半导体的共价键结构和本征激发本征半导体的共价键结构和本征激发本征半导体本征半导体现代电子学中，用的最多的半导体是硅（外层现代电子学中，用的最多的半导体是硅（外层14个电子）和锗（外层个电子）和锗（外层32 个电子），它们个电子），它们的最外层电子（价电子）都是四个的最外层电子（价电子）都是四个Si硅原子硅原子Ge锗原子锗原子 通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程

7、，可以将半导体制成晶晶体体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体本征半导体。在硅和锗晶体中，每个原子与其相邻的原子在硅和锗晶体中，每个原子与其相邻的原子之间形成之间形成共价键共价键，共用一对，共用一对价电子价电子。 硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子共价键共共价键共用电子对用电子对 形成共价键后，每个原子的最外层电子是八形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。个，构成稳定结构。+4+4+4+4共价键有很强的结合力，共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体

8、。使原子规则排列，形成晶体。共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电束缚电子子，低温下束缚电子很难脱离共价键成为，低温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子自由电子，因此，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。力很弱。 本征激发本征激发在热和光作用下价电子挣脱共在热和光作用下价电子挣脱共价键束缚的过程价键束缚的过程 电子空穴对电子空穴对由热激发而产生的自由电由热激发而产生的自由电子和空穴对子和空穴对 自由电子自由电子由热激发从共价键中逃逸的由热激发从共价键中逃逸的价电子

9、价电子 空穴空穴共价键中的空位。共价键中的空位。 空穴的移动空穴的移动空穴的运动是靠相邻共价空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。键中的价电子依次充填空穴来实现的。 载流子：电子和空穴两种 载流子浓度：单位体积载流子数 电子浓度：ni 空穴浓度：pi 本征半导体中：ni=pi 1.1.1.2本征半导体的载流子浓度在热平衡下（本征激发和复合的数目相等时），定义： 电子浓度 n0 空穴浓度 p0 本征浓度 ni=p0=n0, n0p0=ni2kTEigeTAn22300 玻耳兹曼常数热力学温度锗：硅：量成为自由电子的最小能克服共价键禁带宽度，一个价电子本征锗：本征硅：KeVkTe

10、VEeVEEKcmAKcmAggg/10X63. 8785. 0,21. 1/10X1 . 3/10X155000233160233160kTEigeTAn22300本征浓度ni随温度变化示意图 1.1.2杂质半导体中的载流子在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为的本征半导体称为杂质半导体杂质半导体。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。载流子：增加。

11、载流子：电子，空穴电子，空穴 N型半导体型半导体掺入五价杂质元素（如磷）掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。主要载流子为电子（多数载流的半导体。主要载流子为电子（多数载流子）子）P型半导体型半导体掺入三价杂质元素（如硼）的掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。主要载流子为空穴（多数载流子）半导体。主要载流子为空穴（多数载流子） 1.1.2.1N型半导体型半导体因五价杂质原子中只有四个价电子因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。很容易形

12、成自由电子。在在N型半导体中型半导体中自由自由电子是多数载电子是多数载流子，流子，它主要由杂质原子提供；它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子空穴是少数载流子, 由热激发形由热激发形成。成。提供自由电子的五价杂质原子因带提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正电荷而成为正离子正离子，因此五，因此五价杂质原子也称为价杂质原子也称为施主杂质施主杂质。N型半导体型半导体SiPSiSi硅原子硅原子磷原子磷原子多余电子多余电子+N型硅表示型硅表示 1.1.2.2P型半导体型半导体因三价杂质原子在与硅原子因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下价电子而

13、在共价键中留下一个空穴。一个空穴。在在P型半导体中型半导体中空穴是多数空穴是多数载流子，载流子，它主要由掺杂形它主要由掺杂形成；成；自由自由电子是少数载流电子是少数载流子，子， 由热激发形成。由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为质原子成为负离子负离子。三价。三价杂质杂质 因而也称为因而也称为受主杂质受主杂质。P型半导体型半导体SiSiSiB硅原子硅原子空穴空穴硼原子硼原子空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动P型硅表示型硅表示杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法 P P型半导体型半导体+N N型半导体型半

14、导体杂质对半导体导电性的影响杂质对半导体导电性的影响 掺入杂掺入杂 质对本征半导体的导电性有很大质对本征半导体的导电性有很大的影响，一些典型的数据如下的影响，一些典型的数据如下: T=300 K室温下室温下,本征硅的电子和空穴浓度本征硅的电子和空穴浓度: n0 = p0 =ni=1.51010/cm3 掺杂后掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度型半导体中的自由电子浓度: n0=51016/cm3 本征硅的原子浓度本征硅的原子浓度: 4.961022/cm3 以上三个浓度基本上依次相差以上三个浓度基本上依次相差106/cm31.1.3载流子在半导体中的运动1.1.3.1载流子的漂移运动及漂移电流

15、漂移：载流子（电子或空穴）在电场（可以是外加或内建）的作用下沿电场方向的运动1.1.3.2载流子的扩散运动及扩散电流扩散：载流子（电子或空穴）浓度有差异时，浓度高处的载流子向浓度低处的运动（自看）1.2 PN结结 1.2.1动态平衡下的动态平衡下的 PN结结 1.2.2 外加偏置电压下的外加偏置电压下的PN结及伏安特性结及伏安特性 1.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿 1.2.4 PN结的电容效应结的电容效应 1.2.1动态平衡下的动态平衡下的PN结结在同一片半导体基片上，分别在同一片半导体基片上，分别制造制造P型半导体和型半导体和N型型半导体半导体，经过载流子的扩散，在它们的经过载流子的

16、扩散，在它们的交界面处就形成了交界面处就形成了PN结结。 P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区空间电荷区PN结处载流子的运动结处载流子的运动 扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽。荷区逐渐加宽。漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动内电场越强，就使漂内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。 漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动最终扩散和漂最终扩散和漂

17、移这一对相反移这一对相反的运动达到动的运动达到动平衡，相当于平衡，相当于两个区之间没两个区之间没有电荷运动，有电荷运动，空间电荷区的空间电荷区的厚度固定不变。厚度固定不变。 对于对于P型半导体和型半导体和N型半导体结合面，离子型半导体结合面，离子薄层形成的薄层形成的空间电荷区空间电荷区称为称为PN结结。 在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称耗尽层耗尽层。 PN结的形成主要原因：结的形成主要原因：浓度差浓度差多子的扩散运动多子的扩散运动形成空间电荷区形成空间电荷区形成内电场内电场形成内电场内电场促使少子漂移；阻促使少子漂移；阻止多子扩散止多子扩散多子的多子的扩

18、散扩散和少子的和少子的漂移漂移达达到到动态平衡动态平衡。载流子分布杂质浓度载流子浓度分布1.2.2PN结的伏安特性 1.2.2.11.2.2.1加正向偏置电压时的特性加正向偏置电压时的特性当外加电压使当外加电压使PN结的结的P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为加区的电位，称为加正正向电压向电压，简称，简称正偏正偏；反之称为加；反之称为加反向电压反向电压，简称，简称反偏反偏。 PN结加正向电压时结加正向电压时 内建电场减小，空间电荷区变窄，形成大的正向扩散电流大的正向扩散电流iD/mA1.00.50.51.00.501.0 D/VPN结的伏安特性结的伏安特性电位分布 )1(TDVvsDeI

19、i称为反向饱和电流式中： Is结两端的电压加在PN:DvmVVKKqkTVTT26,300:时温度电压当量，之间。在前加修正系数的复合电流，需在于不能忽略空荷区结，在电压较小时，由对于硅21,PNmmkT1.2.2.2外加反向偏压时的特性 当外加电压使当外加电压使PN结中结中N区的电位高区的电位高于于P区的电位，称为加区的电位，称为加反向电压反向电压，简，简称称反偏反偏。 在一定的温度条件下，由本征激发在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，加反向电压的大

20、小无关，这个电流也这个电流也称为称为反向饱和电流反向饱和电流。 PN结加反向电压时呈现结加反向电压时呈现高电阻高电阻 很小的反向漂移电流很小的反向漂移电流 iD/mA1.00.5iD=IS0.51.00.501.0 D/VsDIi PN结加正向电压时，呈现低电阻，结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；具有较大的正向扩散电流； PN结加反向电压时，呈现高电阻，结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。具有很小的反向漂移电流。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单结具有单向导电性。向导电性。1.2.2.3 PN结的理想伏安特性结的理想伏安特性PN结结V- I 特

21、性表达式特性表达式其中其中IS 反向饱和电流反向饱和电流VT 温度的电压当量温度的电压当量且在常温下（且在常温下（T=300K）) 1(/SDD TVveIi时）V(300K026. 0qkTVT1.2.3 PN结的反向击穿结的反向击穿当当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为电流突然快速增加，此现象称为PN结的结的反反向击穿。向击穿。热击穿热击穿不可逆不可逆电击穿电击穿可逆可逆分为：分为：雪崩击穿雪崩击穿齐纳击穿齐纳击穿 iDOVBR D1.2.3.1电击穿 1.齐纳击穿：在强电场的作用下，将空荷区的价电子拉出，即使空荷区的原子直

22、接激发的现象齐纳击穿 掺杂高，空荷区窄，VBR一般小于6V 2.雪崩击穿：少子在强电场的作用下加速，撞击价电子形成电子空穴对的连锁过程雪崩击穿 掺杂低，空荷区大， VBR一般大于6V电击穿一般为可逆击穿，可恢复1.2.3.2热击穿 热击穿：PN结温度升高引起本征激发电流加大温度升高激发加剧 电流加大 1.2.4 PN结的电容效应结的电容效应无论正偏、反偏，无论正偏、反偏，PN结两端都有电荷积累，结两端都有电荷积累，电荷会随外加电压变化电荷会随外加电压变化电容效应电容效应1.2.4.1 势垒电容势垒电容CT势垒电容示意图势垒电容示意图反偏时空荷区扩大，等效平板电容的距离增加，正偏时空荷区变小，等

23、效平板电容的距离减小 1.2.4 PN结的电容效应结的电容效应1.2.4.2 扩散电容扩散电容CD扩散电容示意图扩散电容示意图多子扩散导致在PN结两端的堆积，CD随扩散电流的增大而增大1.2.4 PN结的电容效应结的电容效应 CJCT+CD（并联） 反偏时CT(势垒电容势垒电容)为主 正偏时CD(扩散电容扩散电容)为主1.3 半导体二极管半导体二极管 1.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 1.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 1.3.3 二极管的静态和动态电阻二极管的静态和动态电阻 1.3.4 1.3.4 二极管的温度特性二极管的温度特性 1.3.5 1.3.5 半导体二极

24、管模型半导体二极管模型 1.3.6 1.3.6 二极管特性举例二极管特性举例 1.3.7 1.3.7 稳压二极管及其应用稳压二极管及其应用 1.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有管。二极管按结构分有点接触型、面接触点接触型、面接触型和平面型型和平面型三大类。三大类。 (1) 点接触型二极管点接触型二极管PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。高频电路。(a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图 (2) 面接触型二极管面接

25、触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。结面积大，用于工频大电流整流电路。 (3) 平面型二极管平面型二极管往往用于集成电路制造艺中。往往用于集成电路制造艺中。PN 结面积可大结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。可小，用于高频整流和开关电路中。(b)(b)面接触型面接触型(c)(c)平面型平面型阴极阴极引线引线阳极阳极引线引线PNP 型支持衬底型支持衬底 (4) 二极管的符号二极管的符号 k 阴阴极极 阳阳极极 a 1.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性) 1(/SDDTVveIi+iDvD-R0 D/V0.2 0.4 0.6 0.8 10 20 30 405101520

26、10 20 30 40iD/ AiD/mA死区死区VthVBR硅二极管硅二极管2CP102CP10的的V V- -I I 特性特性0 D/V0.2 0.4 0.6 20 40 605101520 10 20 30 40iD/ AiD/mAVthVBR锗二极管锗二极管2AP152AP15的的V V- -I I 特性特性二极管的伏安特性曲线可用下式表示硅二二极管的伏安特性曲线可用下式表示硅二极管极管2CP10的的V-I 特性锗二极管特性锗二极管2AP15的的V-I 特性特性二极管伏安特性)1(/SDD TVveIi伏安特性不含反向击穿的描述IS为反向饱和电流VT电压温度当量，300K时为26毫伏门

27、限电压VTH，硅0.60.7V，锗0.20.3V1.3.3二极管的静态和动态电阻QQQDIVR|1.3.3.2动态电阻在Q点的变化电压VD与变化电流iD之比1.3.3.1静态电阻静态工作电压VQ与电流IQ之比QTVvVvsTQDDDIVeIVdidvrQDTD|/ 静态电阻静态电阻RD ，动态电阻，动态电阻 rDivIQVQQ ID VD静态电阻静态电阻 ：RD=VD/ID|Q （非线性）（非线性）动态电阻：动态电阻： rD = VD / iD QVT/IQ(300K时时)在工作点在工作点Q附近，动态电附近，动态电阻近似为线性，故动态电阻近似为线性，故动态电阻又称为阻又称为微变等效电阻微变等效

28、电阻1.3.4二极管的温度特性反向：每增加10C反向电流增加一倍1012122TTSSII正向：每升高1C，正向压降减小2mV-2.5mV1.3.5半导体二极管模型 1. 理想模型理想模型3. 折线模型折线模型 2. 恒压降模型恒压降模型SPICE非线性模型)1(mkTqvsJJeIikTqvstNJTJJemkTIqvvCC)1 (0式中各符号见讲义P40交流小信号模型（通常用于正向偏置）rS为体电阻，rJ 为结电阻（在Q点的动态电阻）1.3.6二极管特性举例 参数型号最大电流反向工作电压反向击穿电压正向电流反向电流最高工作频率极间电容2AP116mA 20V40V2.5mA 250uA15

29、0MHz 150V5mA250uA150MHz 1p 参数型号最大电流反向工作电压正向压降反向电流最高工作频率2CZ-10100mA260-600V0.65V4000uA3kHz2CZ-54500mA1200-2000V0.8V1000uA3kHz1.3.7稳压二极管及其应用 IZmaxViVZIZ稳压二极管特性曲线稳压二极管特性曲线IZmin当稳压二极管工作当稳压二极管工作在反向击穿状态下在反向击穿状态下,当工作电流当工作电流IZ在在Izmax和和 Izmin之间时之间时,其两端电压近似为其两端电压近似为常数常数正向同正向同二极管二极管稳定稳定电流电流稳定稳定电压电压+R-IR+-RLIOV

30、OVIIZDZ 稳压电路稳压电路正常稳压时正常稳压时 VO =VZIZmin IZ IZmax（稳压二极管的模型见P44）温度系数：齐纳击穿具有负温度系数 雪崩击穿具有正温度系数 参数型号稳定电压稳定电流最大稳定电流耗散功率动态电阻温度系数2CW113.24.510550.2570-0.052CW1578.55350.2510+0.082CW7A5.86.610300.20 ICBOEC ii则有iE=iB+ iCCBOECIii 为为共基组态直流共基组态直流电流电流放大系数，放大系数，它只与管子的它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关与外加电压无关。一般。

31、一般99. 09 . 0代入上式3. 共射组态的电流传输关系共射组态的电流传输关系1 设根据根据BCEOC iIi则iE=iB+ iC iC= iCn+ ICBOECn ii且令且令BCCEOC iiIi时，当（穿透电流）（穿透电流）CBOCEO)I (1 I 是是共射组态直流共射组态直流电流放大系数，电流放大系数，同样，它也只同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。关。一般一般 1CBOCEOII11或BCEOBCiIii4. 共集组态的电流传输关系共集组态的电流传输关系CEOBEIii）1 (1.4.4晶体管的Ebers-Mo

32、ll模型Ebers-Moll模型简称EM模型EM模型以载流子扩散的物理过程为基础，描述各电极间的电压和电流关系。1.晶体管EM1模型：) 1() 1() 1() 1(TBCCSVvESFCVvCSRVvESEVvIeIieIeIiTBETBCTBE或表示为：)1()1(TBCTBEVvCSRVvESFRFFCRRFEeIieIiiiiiii式中：等效为两个二极管加两个受控源，受控源分别受流过两个二极管的电流控制2.EM1模型的电流传输表示形式（只是上式的另外表示形式）) 1() 1(00TBCTBEVvCRVvEFREFCFCREeIieIiiiiiii式中：反向饱和电流发射极开路时的集电结反

33、向饱和电流集电极开路时的发射结CSRFCESRFEIIII)1 ()1 (003.EM1模型的非线性混合形式EECCCTVvSEEVvSCCCTREECCTFCCEiiieIieIiiiiiiiTBCTBE)1()1(式中：4.晶体管高频混合EM2模型（瞬态）1考虑了体电阻rEE和rCC2考虑了在高频（瞬态）分析中电容的影响势垒电容和扩散电容5.EM模型的局限：(1).主要考虑小信号，未考虑空荷区的复合效应(2).未考虑基区调宽效应(3).未考虑反向击穿效应1.4.5晶体管的特性曲线1.4.5.1共基极特性曲线主要描述1.输入的电压与电流关系输入特性曲线（族） 2.输出的电压与电流关系输出特性

34、曲线（族）基极作为公共端发射极作为输入集电极作为输出输入特性：iE=f(vBE)|vCB=const输出特性： iC=f(vCB)|vBE(or iE)=const1.输入特性根据：) 1() 1(TBCTBEVvCSRVvESEeIeIi由于基区调宽效应的影响，在vCB增加时，曲线仍略向左移输入电阻：（基本同二极管）对输入电流方程求导：TEQIVvTESEQBEEebVIeVIIdvdirEQTBE|1当在室温时：)()(26mAImVIVrEQEQTeb注意：rebrbe !2.输出特性： iC=f(vCB)|vBE(or iE)=consta.放大状态：vBE0; vCB0) 1() 1

35、(TBCTBEVvCSVvESFCeIeIiCSVvESFCIeIiTBE) 1(b.截止状态：vBE0; vCB0iCICSc.饱和状态： vBE0; vCB0，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的集电子，基区复合减少，同样的vBE下下 iB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。vCE = 0VvCE = 0VvCE 0 .7V(1) 当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1. 输入特性曲线输入特性曲线1.4.5.2共发射极共发射极特性曲线特性曲线上图中左图为应用EM模型导出的特性，曲线v

36、CE=0V为曲线1，随着vCE的增加，曲线右移，vCE0.7V以后曲线不变。右图为实际曲线，考虑到基区调宽效应， vCE0.7V以后曲线仍会小幅后移。CSRVvESFBIeIiTBE)1 () 1()1 (共发射极输入电阻（交流小信号）：BQTIiBBEbeIVdidvrBQB|同二极管的结交流电阻未考虑半导体的体电阻ebbeIiEBEebrrdidvrEQE)1(|有：定义：饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控控制的区域，该区域内，制的区域，该区域内，一般一般vCE0.7V(硅管硅管)。此时，此时，发射结正偏，集发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很电结正偏或反偏电压很小小。iC=f(vCE

37、) iB=const2. 2. 输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域:截止区：截止区：iC接近零的接近零的区域，相当区域，相当iB=0的曲的曲线的下方。此时，线的下方。此时， vBE小于死区电压，小于死区电压，集电结反偏集电结反偏。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的轴的区域，曲线基本平行等距。区域，曲线基本平行等距。此时，此时，发射结正偏，集电发射结正偏，集电结反偏结反偏。在实际特性曲线中：VA:厄尔利电压为特性曲线向左延长与横轴的交叉点。表征输出电阻CAconstvCEiVrBE|iC为纵轴处值反向击穿电压V(BR)CEO:当iB=0时（iC=ICEO

38、), 发生反向击穿时的电压ICEOICBO (ICEO=(1+)ICBO, 1)V(BR)CEOV(BR)CBO1.4.6温度对晶体管特性的影响1.输入: 每升高1C，正向压降减小2mV-2.5mV 2.输出：每增加10C饱和电流增加一倍1012101212122)()(2)()(TTCBOCBOTTCEOCEOTITITITI3.放大倍数：每升高1度，放大倍数增加0.5%1%CdTd/%)1%5.0(14.击穿电压：温度升高时略有升高1.4.7晶体管的主要参数1.4.7.1直流参数 ( (1)1)共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 =（iCICEO）/iBiC /iB vCE=

39、const1. 电流放大系数电流放大系数 (2)共基直流放大系数当vCB一定时：1ECECBOCiiiIi12.极间反向电流ICBO,ICEO,通常反向电流越小越好，硅小于锗1.4.7.2交流参数(1)共发射极交流电流放大系数0|CEvBCii(2)共基极交流电流放大系数0|CBvECii(3)特征频率fT随工作频率的升高而下降，当降为1时所对应的频率1.4.7.3极限参数1.集电极最大允许电流ICM 电流增加下降到最大值的2/3时对应的集电极电流2.反向击穿电压：V(BR)CBO:发射极开路，集电极与基极之间允许加的最高反向电压V(BR)CEO:基极开路，集电极与发射极之间允许加的最高电压V(BR)EBO:集电极开路，发射极与基极之间允许加的最高反向电压3.集电极最大允许功率损耗PCM（见下图：晶体管的工作安全区）1.4.7.4晶体管参数举例(P77)作业：1.4.2 1.4.3 1.4.4 1.4.5 1.4.6