考勤（5分），作業（10分），期中考試（15分）參考書：

《模擬電子技術基礎解題指南》，唐競新，清華

《線性電子線路》戴蓓蒨，科大第0章導言一、模電的地位二、模擬信號與模擬電路三、電子信息系統的組成四、課程的目的模擬信號與模擬電路2.模擬電路模擬電路是對模擬信號進行處理的電路。最基本的處理是對信號的放大，有功能和性能各異的放大電路。其它模擬電路多以放大電路為基礎。電子信息系統的組成模擬電路的基本功能放大電路：電壓/電流、功率濾波電路：低通、高通、帶通、陷波運算電路：加減乘除、積分微分、選通信號轉換電路：直流-交流、電壓/電流-頻率/占空比、頻率-占空比信號發生電路：正弦波、矩形波、三角波、鋸齒波直流電源：DC-DC、AC-DC電路設計的四個原則可靠性可測性電磁兼容性低功耗課程目的第1章常用半導體器件PN結二極管三極管場效應管本征半導體導體－－鐵、鋁、銅等金屬元素等低價元素，其最外層電子在外電場作用下很容易產生定向移動，形成電流。絕緣體－－惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原子核的束縛力很強，只有在外電場強到一定程度時才可能導電。半導體－－硅（Si）、鍺（Ge），均為四價元素，它們原子的最外層電子受原子核的束縛力介于導體與絕緣體之間。本征半導體是純凈的晶體結構的半導體。本征半導體的結構摻雜半導體幾個常用公式PN結的形成PN結的單向導電性PN結加正向電壓導通：耗盡層變窄，擴散運動加劇，由于外電源的作用，形成擴散電流，PN結處于導通狀態。PN結加反向電壓截止：耗盡層變寬，阻止擴散運動，有利于漂移運動，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似認為其截止。PN結的電容效應1.勢壘電容 PN結外加電壓變化時，空間電荷區的寬度將發生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容Cb。2.擴散電容 PN結外加的正向電壓變化時，在擴散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴散電容Cd。二極管的伏安特性二極管伏安特性曲線反映的特征T（℃）↑→在電流不變情況下管壓降u↓→反向飽和電流IS↑，U(BR)↓T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移二極管的等效電路二極管微變等效電路Q越高，rd越小。圖解二極管模型V與uD可比，則需圖解：二極管應用舉例一二極管應用舉例一穩壓管若穩壓管的電流太小則不穩壓，若穩壓管的電流太大則會因功耗過大而損壞，因而穩壓管電路中必需有限制穩壓管電流的限流電阻！穩壓管穩壓原理§1.3晶體三極管一、晶體管的結構和符號二、晶體管的放大原理三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性四、溫度對晶體管特性的影響五、主要參數六、光電三極管七、晶閥管一、晶體管的結構和符號NPN型晶體管ecb符號集電區集電結基區發射結發射區集電極c基極b發射極eNNPPNP型晶體管集電區集電結基區發射結發射區集電極c發射極e基極b

cbe符號NNPPN圖1.3.2?三極管結構示意圖和符號(b)PNP型二、晶體管的放大原理三極管內部結構要求：NNPebcNNNPPP1.發射區高摻雜。2.基區做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。

三極管放大的外部條件：外加電源的極性應使發射結處于正向偏置狀態，而集電結處于反向偏置狀態。3.集電結面積大。擴散運動形成發射極電流IE，復合運動形成基極電流IB，漂移運動形成集電極電流IC。

becRcRb晶體管內部載流子的運動IEIB發射結加正向電壓，擴散運動形成發射極電流發射區的電子越過發射結擴散到基區，基區的空穴擴散到發射區—形成發射極電流

IE

(基區多子數目較少，空穴電流可忽略)。2.擴散到基區的自由電子與空穴的復合運動形成基極電流

電子到達基區，少數與空穴復合形成基極電流Ibn，復合掉的空穴由VBB補充。多數電子在基區繼續擴散，到達集電結的一側。晶體管內部載流子的運動becIEIBRcRb3.集電結加反向電壓，漂移運動形成集電極電流Ic

集電結反偏，有利于收集基區擴散過來的電子而形成集電極電流

Icn。其能量來自外接電源VCC。IC另外，集電區和基區的少子在外電場的作用下將進行漂移運動而形成反向飽和電流，用ICBO表示。ICBO晶體管內部載流子的運動beceRcRb二、晶體管的電流分配關系IEpICBOIEICIBIEnIBnICn圖1.3.4晶體管內部載流子的運動與外部電流IE－擴散運動形成的電流IB－復合運動形成的電流IC－漂移運動形成的電流三、晶體管的共射電流放大系數整理可得：ICBO稱反向飽和電流ICEO稱穿透電流1、共射直流電流放大系數VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共發射極接法直流參數與交流參數、的含義是不同的，但是，對于大多數三極管來說，直流和交流的數值卻差別不大，計算中，可不將它們嚴格區分。2、共射交流電流放大系數3、共基直流電流放大系數或4、共基交流電流放大系數5.的關系ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基極接法三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性uCE=0VuBE

/V

iB=f(uBE)

UCE=const(2)當uCE≥1V時，uCB=uCE

-uBE>0，集電結已進入反偏狀態，開始收集電子，基區復合減少，在同樣的uBE下IB減小，特性曲線右移。(1)當uCE=0V時，相當于發射結的正向伏安特性曲線。1.輸入特性曲線uCE=0VuCE

1VuBE

/V+-bce共射極放大電路UBBUCCuBEiCiB+-uCEiC=f(uCE)

IB=const2、輸出特性曲線+-bce共射極放大電路UBBUCCuBEiCiB+-uCE輸出特性曲線的三個區域:放大區：條件：發射結正偏，集電結反偏

特點：iC的大小不受uCE的影響，只受IB的控制。

如何根據曲線獲得

值輸出特性曲線的三個區域:截止區：條件：發射結反偏（不導通），集電結反偏

特點：iC

電流趨近于0。

等效模型：相當于開關斷開輸出特性曲線的三個區域:飽和區：條件：發射結正偏，集電結正偏

特點：iB、iC大到一定數值后三極管進入該區域，UCE電壓的數值較小。

等效模型討論為什么UCE增大曲線右移？為什么UCE增大到一定值曲線右移就不明顯了？為什么uCE較小時iC隨uCE變化很大？為什么進入放大狀態曲線幾乎是橫軸的平行線？五溫度對晶體管特性及參數的影響1、溫度對ICBO的影響溫度每升高100C，ICBO增加約一倍。反之，當溫度降低時ICBO減少。硅管的ICBO比鍺管的小得多。2、溫度對輸入特性的影響溫度升高時正向特性左移，反之右移60402000.40.8I/mAU/V溫度對輸入特性的影響2006003、溫度對輸出特性的影響溫度升高將導致IC增大iCuCEOiB200600溫度對輸出特性的影響[例1]某放大電路中BJT三個電極的電流如圖所示。

IA＝-2mA,IB＝-0.04mA,IC＝+2.04mA,試判斷管腳、管型。解：電流判斷法。電流的正方向和KCL。IE=IB+ICABC

IAIBICC為發射極B為基極A為集電極。管型為NPN管。例[2]：測得工作在放大電路中幾個晶體管三個電極的電位U1、U2、U3分別為：

（1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V（2）U1=3V、U2=2.8V、U3=12V（3）U1=6V、U2=11.3V、U3=12V（4）U1=6V、U2=11.8V、U3=12V判斷它們是NPN型還是PNP型？是硅管還是鍺管？并確定e、b、c。（1）U1b、U2e、U3cNPN硅（2）U1b、U2e、U3cNPN鍺（3）U1c、U2b、U3ePNP硅（4）U1c、U2b、U3ePNP鍺原則：先求UBE，若等于0.6-0.7V，為硅管；若等于0.2-0.3V，為鍺管。發射結正偏，集電結反偏。NPN管UBE＞0，UBC＜0，即UC＞UB＞UE

。PNP管UBE＜0，UBC＜0，即UC＜UB＜UE

。解：復習1.BJT放大電路三個電流關系？IE=IC+IB2.BJT的輸入、輸出特性曲線？uCE=0VuCE

1VuBE

/V3.BJT工作狀態如何判斷？1.4場效應三極管場效應管：一種載流子參與導電，利用輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流的三極管，又稱單極型三極管。場效應管分類結型場效應管絕緣柵場效應管特點單極型器件(一種載流子導電)；電壓控制型器件；重量輕、體積小、壽命長等優點。

輸入電阻高；噪聲較大較小溫度特性受溫度影響較大較小，可有零溫度系數點輸入電阻幾十到幾千歐姆幾兆歐姆以上靜電影響不受靜電影響易受靜電影響晶體管場效應管N溝道P溝道增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場效應管JFET結型MOSFET絕緣柵型(IGFET)場效應管分類：DSGN符號1.4.1結型場效應管JunctionFieldEffectTransistor結構圖1.4.1N溝道結型場效應管結構圖N型溝道N型硅棒柵極源極漏極P+P+P型區耗盡層(PN結)在漏極和源極之間加上一個正向電壓，N型半導體中多數載流子電子可以導電。導電溝道是N型的，稱N溝道結型場效應管。P溝道場效應管P溝道結型場效應管結構圖N+N+P型溝道GSDP溝道場效應管是在P型硅棒的兩側做成高摻雜的N型區(N+)，導電溝道為P型，多數載流子為空穴。符號GDS一、結型場效應管工作原理

N溝道結型場效應管用改變UGS大小來控制漏極電流ID的。(VCCS)GDSNN型溝道柵極源極漏極P+P+耗盡層*在柵極和源極之間加反向電壓，耗盡層會變寬，導電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流ID減小，反之，漏極ID電流將增加。

*耗盡層的寬度改變主要在溝道區。1.當UDS=0時，uGS對導電溝道的控制作用ID=0GDSN型溝道P+P+

(a)

UGS=0UGS=0時，耗盡層比較窄，導電溝比較寬UGS由零逐漸減小，耗盡層逐漸加寬，導電溝相應變窄。當UGS=UGS（Off)，耗盡層合攏，導電溝被夾斷.ID=0GDSP+P+N型溝道(b)

UGS(off)<UGS<0VGGID=0GDSP+P+

(c)

UGS＜UGS(off)VGGUGS(off)為夾斷電壓,為負值。UGS(off)也可用UP表示2.當uGS為UGS（Off)~0中一固定值時,uDS對漏極電流iD的影響。uGS=0，uGD>UGS（Off)，iD較大。GDSP+NiSiDP+P+VDDVGG

uGS<0，uGD>UGS（Off)，iD更小。GDSNiSiDP+P+VDD注意：當uDS>0時，耗盡層呈現楔形。(a)(b)uGD＝uGS－uDS

GDSP+NiSiDP+P+VDDVGGuGS<0,uGD=UGS(off),,溝道變窄預夾斷uGS<0,uGD<uGS(off),夾斷，iD幾乎不變(1)改變uGS，改變了PN結中電場，控制了iD，故稱場效應管；(2)結型場效應管柵源之間加反向偏置電壓，使PN反偏，柵極基本不取電流，因此，場效應管輸入電阻很高。(c)(d)NGSD

+VGGP+P+VDD+-A3.當uGD<uGS(off),時，,uGS對漏極電流iD的控制作用場效應管用低頻跨導gm的大小描述柵源電壓對漏極電流的控制作用。場效應管為電壓控制元件(VCCS)。uGD＝uGS－uDS<uGS(off),即：出現了預夾斷之后uDS為一常量時，對應于確定的uGS，就有確定的iD。gm=iD/uGS(單位mS)小結(1)在uGD＝uGS－uDS>uGS(off)情況下,即當uDS<uGS-uGS(off)對應于不同的uGS，d-s間等效成不同阻值的電阻。(2)當uDS使uGD＝uGS(off)時，d-s之間預夾斷(3)當uDS使uGD<uGS(off)時，iD幾乎僅僅決定于uGS，而與uDS無關。此時，可以把iD近似看成uGS控制的電流源。二、結型場效應管的特性曲線1.輸出特性曲線當柵源之間的電壓UGS不變時，漏極電流iD與漏源之間電壓uDS的關系，即IDSS/ViD/mAuDS/VOUGS=0V-1-2-3-4-5-6-7預夾斷軌跡恒流區可變電阻區漏極特性也有三個區：可變電阻區、恒流區和夾斷區。圖1.4.5(b)漏極特性輸出特性（漏極特性）曲線夾斷區UDSiDVDDVGGDSGV+V+uGS圖1.4.5(a)特性曲線測試電路+mA擊穿區2.轉移特性(N溝道結型場效應管為例)O

uGSiDIDSSUGS(off)圖1.4.6轉移特性uGS=0，iD最大；uGS愈負，iD愈小；uGS=UGS(off)

，iD0。兩個重要參數飽和漏極電流IDSS(UGS=0時的ID)夾斷電壓UGS(off)

(ID=0時的UGS)UDSiDVDDVGGDSGV+V+uGS特性曲線測試電路+mA轉移特性OuGS/VID/mAIDSSUP圖1.4.6轉移特性結型場效應管轉移特性曲線的近似公式：≤≤＊結型P溝道的特性曲線SGD轉移特性曲線iDUGS（Off）IDSSOuGS輸出特性曲線iDUGS=0V+uDS++o柵源加正偏電壓，(PN結反偏)漏源加反偏電壓。1.4.2絕緣柵型場效應管MOSFETMetal-OxideSemiconductorFieldEffectTransistor由金屬、氧化物和半導體制成。稱為金屬-氧化物-半導體場效應管，或簡稱MOS場效應管。特點：輸入電阻可達1010以上。類型N溝道P溝道增強型耗盡型增強型耗盡型UGS=0時漏源間存在導電溝道稱耗盡型場效應管；UGS=0時漏源間不存在導電溝道稱增強型場效應管。一、N溝道增強型MOS場效應管結構P型襯底N+N+BGSDSiO2源極S漏極D襯底引線B柵極G圖1.4.7N溝道增強型MOS場效應管的結構示意圖SGDB1.工作原理絕緣柵場效應管利用UGS來控制“感應電荷”的多少，改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況，以控制漏極電流ID。2.工作原理分析(1)UGS=0漏源之間相當于兩個背靠背的PN結，無論漏源之間加何種極性電壓，總是不導電。SBD(2)

UDS=0，0<UGS<UGS(th)P型襯底N+N+BGSD柵極金屬層將聚集正電荷，它們排斥P型襯底靠近SiO2一側的空穴，形成由負離子組成的耗盡層。增大UGS耗盡層變寬。VGG---------(3)

UDS=0，UGS≥UGS(th)由于吸引了足夠多P型襯底的電子，會在耗盡層和SiO2之間形成可移動的表面電荷層——---N型溝道反型層、N型導電溝道。UGS升高，N溝道變寬。因為UDS=0，所以ID=0。UGS(th)或UT為開始形成反型層所需的UGS，稱開啟電壓。(4)

UDS對導電溝道的影響(UGS>UT)導電溝道呈現一個楔形。漏極形成電流ID。b.UDS=UGS–UT，

UGD=UT靠近漏極溝道達到臨界開啟程度，出現預夾斷。c.UDS>UGS–UT，

UGD<UT由于夾斷區的溝道電阻很大，UDS逐漸增大時，導電溝道兩端電壓基本不變，iD因而基本不變。a.UDS<UGS–UT，即UGD=UGS–UDS>UTP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區DP型襯底N+N+BGSVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDDP型襯底N+N+BGSDVGGVDD夾斷區圖1.4.9UDS對導電溝道的影響(a)

UGD>UT(b)

UGD=UT(c)

UGD<UT在UDS>UGS–UT時，對應于不同的uGS就有一個確定的iD。此時，可以把iD近似看成是uGS控制的電流源。3.特性曲線與電流方程(a)轉移特性(b)輸出特性UGS<UT，iD=0；UGS

≥

UT，形成導電溝道，隨著UGS的增加，ID

逐漸增大。(當UGS>UT時)三個區：可變電阻區、恒流區(或飽和區)、夾斷區。UT2UTIDOuGS/ViD/mAO圖1.4.10(a)圖1.4.10(b)iD/mAuDS/VO預夾斷軌跡恒流區可變電阻區夾斷區。UGS增加二、N溝道耗盡型MOS場效應管P型襯底N+N+BGSD++++++制造過程中預先在二氧化硅的絕緣層中摻入正離子，這些正離子電場在P型襯底中“感應”負電荷，形成“反型層”。即使UGS=0也會形成N型導電溝道。++++++++++++UGS=0，UDS>0，產生較大的漏極電流；UGS<0，絕緣層中正離子感應的負電荷減少，導電溝道變窄，iD減小；UGS=

UP,感應電荷被“耗盡”，iD

0。UP或UGS(off)稱為夾斷電壓圖1.4.11N溝道耗盡型MOS管特性工作條件：UDS>0；UGS正、負、零均可。iD/mAuGS/VOUP(a)轉移特性IDSS耗盡型MOS管的符號SGDB(b)輸出特性iD/mAuDS/VO+1VUGS=0-3V-1V-2V43215101520N溝道耗盡型MOSFET三、P溝道MOS管1.P溝道增強型MOS管的開啟電壓UGS(th)<0當UGS<UGS(th)，漏-源之間應加負電源電壓管子才導通,空穴導電。2.P溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓UGS(off)＞0UGS可在正、負值的一定范圍內實現對iD的控制，漏-源之間應加負電源電壓。SGDBP溝道SGDBP溝道四、VMOS管VMOS管漏區散熱面積大，可制成大功率管。種類符號轉移特性曲線輸出特性曲線

結型N溝道耗盡型

結型P溝道耗盡型

絕緣柵型N溝道增強型SGDSGDiDUGS=0V+uDS++oSGDBuGSiDOUT各類場效應管的符號和特性曲線+UGS=UTuDSiD+++OiDUGS=0V---uDSOuGSiDUPIDSSOuGSiD/mAUPIDSSO種類符號轉移特性曲線輸出特性曲線絕緣柵型N溝道耗盡型絕緣柵型P溝道增強型耗盡型IDSGDBUDSID_UGS=0+__OIDUGSUPIDSSOSGDBIDSGDBIDIDUGSUTOIDUGSUPIDSSO_IDUGS=UTUDS_o_UGS=0V+_IDUDSo+例1.4.2電路如圖1.4.14所示，其中管子T的輸出特性曲線如圖1.4.15所示。試分析ui為0V、8V和10V三種情況下uo分別為多少伏？圖1.4.14圖1.4.15分析：N溝道增強型MOS管，開啟電壓UGS(th)＝4V解(1)ui為0V，即uGS＝ui＝0，管子處于夾斷狀態

所以u0＝VDD＝15V(2)uGS＝ui＝8V時，從輸出特性曲線可知，管子工作在恒流區，iD＝1mA，u0＝uDS＝VDD-iD

RD＝10V(3)uGS＝ui＝10V時，若工作在恒流區，iD＝2.2mA。因而u0＝15-2.2*5＝4V但是，uGS＝10V時的預夾斷電壓為uDS=uGS–UT=(10-4)V=6V可見，此時管子工作在可變電阻區從輸出特性曲線可得uGS＝10V時d-s之間的等效電阻(D在可變電阻區，任選一點，如圖)所以輸出電壓為[例1.4.3]晶體管場效應管結構NPN型、PNP型結型耗盡型N溝道P溝道絕緣柵增強型N溝道P溝道絕緣柵耗盡型N溝道P溝道C與E一般不可倒置使用D與S有的型號可倒置使用載流子多子擴散少子漂移多子運動輸入量電流輸入電壓輸入控制電流控制電流源CCCS(β)電壓控制電流源VCCS(gm)1.4.4場效應管與晶體管的比較小結第1章一、兩種半導體和兩種載流子兩種載流子的運動電子空穴兩種半導體N型(多電子)P型(多空穴)二、二極管1.特性—單向導電正向電阻小(理想為0)，反向電阻大()。2.主要參數正向—最大平均電流IF反向—最大反向工作電壓U(BR)(超過則擊穿)反向飽和電流IR(IS)(受溫度影響)ISiDO

uDU(BR)IFURM3.二極管的等效模型理想模型(大信號狀態采用)uDiD正偏導通電壓降為零相當于理想開關閉合反偏截止電流為零相當于理想開關斷開恒壓降模型UD(on)正偏電壓UD(on)時導通等效為恒壓源UD(on)否則截止，相當于二極管支路斷開UD(on)=(0.60.8)V估算時取0.7V硅管：鍺管：(0.10.3)V0.2V折線近似模型相當于有內阻的恒壓源UD(on)三、兩種半導體放大器件雙極型半導體三極管(晶體三極管

BJT)單極型半導體三極管(場效應管

FET)兩種載流子導電多數載流子導電晶體三極管1.形式與結構NPNPNP三區、三極、兩結2.特點基極電流控制集電極電流并實現放大放大條件內因：發射區載流子濃度高、

基區薄、集電區面積大外因：發射結正偏、集電結反偏3.電流關系IE=IC+IBIC=

IB+ICEO

IE=(1+)

IB+ICEOIE=IC+IBIC=

IB

IE=(1+)

IB

4.特性iC

/mAuCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O369124321O0.40.8iB

/AuBE/V60402080死區電壓(Uth)：0.5V(硅管)0.1V(鍺管)工作電壓(UBE(on))

：0.60.8V取0.7V

(硅管)0.20.3V取0.3V

(鍺管)飽和區截止區iC

/mAuCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O369124321放大區飽和區截止區放大區特點：1)iB決定