模电.docx
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模电
BJT的开关工作原理：
形象记忆法：
对三极管放大作用的理解，切记一点：
能量不会无缘无故的产生，所以，三极管一定不会产生能量。
它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了。
但三极管厉害的地方在于：
它可以通过小电流控制大电流。
假设三极管是个大坝，这个大坝奇怪的地方是，有两个阀门，一个大阀门，一个小阀门。
小阀门可以用人力打开，大阀门很重，人力是打不开的，只能通过小阀门的水力打开。
所以，平常的工作流程便是，每当放水的时候，人们就打开小阀门，很小的水流涓涓流出，这涓涓细流冲击大阀门的开关，大阀门随之打开，汹涌的江水滔滔流下。
如果不停地改变小阀门开启的大小，那么大阀门也相应地不停改变，假若能严格地按比例改变，那么，完美的控制就完成了。
在这里，Ube就是小水流，Uce就是大水流，人就是输入信号。
当然，如果把水流比为电流的话，会更确切，因为三极管毕竟是一个电流控制元件。
如果水流处于可调节的状态，这种情况就是三极管中的线性放大区。
如果那个小的阀门开启的还不够，不能打开大阀门，这种情况就是三极管中的截止区。
如果小的阀门开启的太大了，以至于大阀门里放出的水流已经到了它极限的流量，这种情况就是三极管中的饱和区。
但是你关小小阀门的话，可以让三极管工作状态从饱和区返回到线性区。
如果有水流存在一个水库中，水位太高（相应与Uce太大），导致不开阀门江水就自己冲开了，这就是二极管的反向击穿。
PN结的击穿又有热击穿和电击穿。
当反向电流和反向电压的乘积超过PN结容许的耗散功率，直至PN结过热而烧毁，这种现象就是热击穿。
电击穿的过程是可逆的，当加在PN结两端的反向电压降低后，管子仍可以恢复原来的状态。
电击穿又分为雪崩击穿和齐纳击穿两类，一般两种击穿同时存在。
电压低于5－6V的稳压管，齐纳击穿为主，电压高于5－6V的稳压管，雪崩击穿为主。
电压在5－6V之间的稳压管，两种击穿程度相近，温度系数最好，这就是为什么许多电路使用5－6V稳压管的原因。
在模拟电路中，一般阀门是半开的，通过控制其开启大小来决定输出水流的大小。
没有信号的时候，水流也会流，所以，不工作的时候，也会有功耗。
而在数字电路中，阀门则处于开或是关两个状态。
当不工作的时候，阀门是完全关闭的，没有功耗。
比如用单片机外界三极管驱动数码管时，确实会对单片机管脚输出电流进行一定程度的放大，从而使电流足够大到可以驱动数码管。
但此时三极管并不工作在其特性曲线的放大区，而是工作在开关状态（饱和区）。
当单片机管脚没有输出时，三极管工作在截止区，输出电流约等于0。
在制造三极管时，要把发射区的N型半导体电子浓度做的很大，基区P型半导体做的很薄，当基极的电压大于发射极电压（硅管要大0.7V，锗管要大0.3V）而小于集电极电压时，这时发射区的电子进入基区，进行复合，形成Ie；但由于发射区的电子浓度很大，基区又很薄，电子就会穿过反向偏置的集电结到集电区的N型半导体里，形成Ic；基区的空穴被复合后，基极的电压又会进行补给，形成Ib。
理论记忆法：
当BJT的发射结和集电结均为反向偏置（VBE＜0，VBC＜0），只有很小的反向漏电流IEBO和ICBO分别流过两个结，故iB≈0，iC≈0，VCE≈VCC，对应于下图中的Ａ点。
这时集电极回路中的c、e极之间近似于开路，相当于开关断开一样。
BJT的这种工作状态称为截止。
当发射结和集电结均为正向偏置（VBE＞0，VBC＞0）时，调节RB，使IB=VCC/RC，则BJT工作在上图中的C点，集电极电流iC已接近于最大值VCC/RC，由于iC受到RC的限制，它已不可能像放大区那样随着iB的增加而成比例地增加了，此时集电极电流达到饱和，对应的基极电流称为基极临界饱和电流IBS（），而集电极电流称为集电极饱和电流ICS（VCC/RC）。
此后，如果再增加基极电流，则饱和程度加深，但集电极电流基本上保持在ICS不再增加，集电极电压VCE=VCC-ICSRC=VCES=2.0-0.3V。
这个电压称为BJT的饱和压降，它也基本上不随iB增加而改变。
由于VCES很小，集电极回路中的c、e极之间近似于短路，相当于开关闭合一样。
BJT的这种工作状态称为饱和。
由于BJT饱和后管压降均为0.3V，而发射结偏压为0.7V，因此饱和后集电结为正向偏置，即BJT饱和时集电结和发射结均处于正向偏置，这是判断BJT工作在饱和状态的重要依据。
下图示出了ＮＰＮ型BJT饱和时各电极电压的典型数据。
由此可见BJT相当于一个由基极电流所控制的无触点开关。
三极管处于放大状态还是开关状态要看给三极管基极加的电流Ib（偏流），随这个电流变化，三极管工作状态由截止-线性区-饱和状态变化而变。
BJT截止时相当于开关“断开”，而饱和时相当于开关“闭合”。
ＮＰＮ型BJT截止、放大、饱和三种工作状态的特点列于下表中。
结型场效应管（N沟道JFET）工作原理：
可将N沟道JFET看作带“人工智能开关”的水龙头。
这就有三部分：
进水、人工智能开关、出水，可以分别看成是JFET的d极、g极、s极。
“人工”体现了开关的“控制”作用即vGS。
JFET工作时，在栅极与源极之间需加一负电压（vGS<0），使栅极、沟道间的PN结反偏，栅极电流iG≈0，场效应管呈现高达107Ω以上的输入电阻。
在漏极与源极之间加一正电压（vDS>0），使N沟道中的多数载流子（电子）在电场作用下由源极向漏极运动，形成电流iD。
iD的大小受“人工开关”vGS的控制，vGS由零往负向增大时，PN结的耗尽层将加宽，导电沟道变窄，vGS绝对值越大则人工开关越接近于关上，流出的水（iD）肯定越来越小了，当你把开关关到一定程度的时候水就不流了。
“智能”体现了开关的“影响”作用，当水龙头两端压力差（vDS）越大时，则人工开关自动智能“生长”。
vDS值越大则人工开关生长越快，流水沟道越接近于关上，流出的水（iD）肯定越小了，当人工开关生长到一定程度的时候水也就不流了。
理论上，随着vDS逐渐增加，一方面沟道电场强度加大，有利于漏极电流iD增加；另一方面，有了vDS，就在由源极经沟道到漏极组成的N型半导体区域中，产生了一个沿沟道的电位梯度。
由于N沟道的电位从源端到漏端是逐渐升高的，所以在从源端到漏端的不同位置上，漏极与沟道之间的电位差是不相等的，离源极越远，电位差越大，加到该处PN结的反向电压也越大，耗尽层也越向N型半导体中心扩展，使靠近漏极处的导电沟道比靠近源极要窄，导电沟道呈楔形。
所以形象地比喻为当水龙头两端压力差（vDS）越大，则人工开关自动智能“生长”。
当开关第一次相碰时，就是预夹断状态，预夹断之后id趋于饱和。
当vGS>0时，将使PN结处于正向偏置而产生较大的栅流，破坏了它对漏极电流iD的控制作用，即将人工开关拔出来，在开关处又加了一根进水水管，对水龙头就没有控制作用了。
绝缘栅场效应管（N沟道增强型MOSFET）工作原理：
可将N沟道MOSFET看作带“人工智能开关”的水龙头。
相对应情况同JFET。
与JFET不同的的是，MOSFET刚开始人工开关是关着的，水流流不出来。
当在栅源之间加vGS>0，N型感生沟道（反型层）产生后，人工开关逐渐打开，水流（iD）也就越来越大。
iD的大小受“人工开关”vGS的控制，vGS由零往正向增大时，则栅极和P型硅片相当于以二氧化硅为介质的平板电容器，在正的栅源电压作用下，介质中便产生了一个垂直于半导体表面的由栅极指向P型衬底的电场，这个电场排斥空穴而吸引电子，P型衬底中的少子电子被吸引到衬底表面，这些电子在栅极附近的P型硅表面便形成了一个N型薄层，即导通源极和漏极间的N型导电沟道。
栅源电压vGS越大则半导体表面的电场就越强，吸引到P型硅表面的电子就越多，感生沟道将越厚，沟道电阻将越小。
相当于人工开关越接近于打开，流出的水（iD）肯定越来越多了，当你把开关开到一定程度的时候水流就达到最大了。
MOSFET的“智能”性与JFET原理相同，参上。
绝缘栅场效应管（N沟道耗尽型MOSFET）工作原理：
基本上与N沟道JFET一样，只是当vGS>0时，N沟道耗尽型MOSFET由于绝缘层的存在，并不会产生PN结的正向电流，而是在沟道中感应出更多的负电荷，使人工智能开关的控制作用更明显。
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网友评论：
1
网友:
路过
2009-08-0716:
53|回复
谢谢你的指点
2
网友:
mxlzhezhu
2009-08-2214:
36|回复
形象
看了那么多
还是这个理解容易
3
匿名网友
2009-11-1800:
39|回复
容易理解，但我还想知道在具体电路中三极管当电子开关用，而不是用作放大，就是让管子工作与饱和区与放大区吗？
5
大家的多彩世界
2009-11-2321:
06|回复
场效应管与双极型三极管的比较：
1、普通三极管参与导电的，既有多数载流子，又有少数载流子，故称为双极型三极管；而在场效应管中只是多子参与导电，故又称为单极型三极管。
因少子浓度受温度、辐射等因素影响较大，所以场效应管比三极管的温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声系数很小。
在环境条件（温度等）变化很大的情况下应选用场效应管。
2、三极管是电流控制器件，通过控制基极电流到达控制输出电流的目的。
因此，基极总有一定的电流，故三极管的输人电阻较低；场效应管是电压控制器件，其输出电流决定于栅源极之间的电压，栅极基本上不取电流，因此，它的输入电阻很高，可达109～1014Ω。
高输入电阻是场效应管的突出优点。
3、场效应管的漏极和源极可以互换，耗尽型绝缘栅管的栅极电压可正可负，灵活性比三极管强。
但要注意，分立的场效应管，有时已经将衬底和源极在管内短接，源极和漏极就不能互换使用了。
4、场效应管和三极管都可以用于放大或作可控开关。
但场效应管还可以作为压控电阻使用，可以在微电流、低电压条件下工作，具有功耗低，热稳定性好，容易解决散热问题，工作电源电压范围宽等优点，且制作工艺简单，易于集成化生产，因此在目前的大规模、超大规模集成电路中，MOS管占主要地位。
5、MOS管具有很低的级间反馈电容，一般为5—10pF，而三极管的集电结电容一般为20pF左右。
6、场效应管组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数。
7、由于MOS观的栅源极之间的绝缘层很薄，极间电容很小，而栅源极之间电阻又很大，带电物体靠近栅极时，栅极上感应少量电荷产生很高的电压，就很难放掉，以至于栅源极之间的绝缘层击穿，造成永久性损坏。
因此管子存放时，应使栅极与源极短接，避免栅极悬空。
尤其是焊接MOS管时，电烙铁外壳要良好接地。
8、BJT是利用小电流的变化控制大电流的变化；JFET是利用PN结反向电压对耗尽层厚度的控制，来改变导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流的大小；MOSEFET是利用栅源电压的大小，来改变半导体表面感生电荷的多少，从而控制漏极电流的大小。
MOSFET用双极性三极管的代替方法：
一般说来，双极性三极管不能直接代替MOSFET，这是因为它们的控制特性不一样，MOSFET是电压控制的器件，而双极性三极管是电流控制的器件。
MOSFET的控制电路是电压型的，双极性三极管不能直接代换MOSFET的，原驱动MOSFET的电路由于驱动电流太小，不足于驱动双极性三极。
要想用原电路驱动双极性三极管，必须要在双极性三极管之前加装电流放大装置。
基于这个思想，在双极性三极管之前加装电流放大器，把电压驱动改为了电流驱动，即可代换成功。
MOS器件保护措施：
1、MOS器件出厂时通常装在黑色的导电泡沫塑料袋中,切勿自行随便拿个塑料袋装。
也可用细铜线把各个引脚连接在一起,或用锡纸包装。
2、取出的MOS器件不能在塑料板上滑动,应用金属盘来盛放待用器件。
3、焊接用的电烙铁必须良好接地。
4、在焊接前应把电路板的电源线与地线短接,再MOS器件焊接完成后在分开。
5、MOS器件各引脚的焊接顺序是漏极、源极、栅极。
拆机时顺序相反。
6、电路板在装机之前,要用接地的线夹子去碰一下机器的各接线端子,再把电路板接上去。
7、MOS场效应晶体管的栅极在允许条件下,最好接入保护二极管。
在检修电路时应注意查证原有的保护二极管是否损坏。
场效应管的作用：
1、场效应管可应用于放大。
由于场效应管放大器的输入阻抗很高，因此耦合电容可以容量较小，不必使用电解电容器。
2、场效应管很高的输入阻抗非常适合作阻抗变换。
常用于多级放大器的输入级作阻抗变换。
3、场效应管可以用作可变电阻。
4、场效应管可以方便地用作恒流源。
5、场效应管可以用作电子开关。
场效应管的分类：
结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名；绝缘栅型场效应管（JGFET，也叫金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。
根据导电方式的不同,MOSFET又分增强型、耗尽型。
所谓增强型是指:
当VGS=0时管子是呈截止状态,加上正确的VGS后,多数载流子被吸引到栅极,从而“增强”了该区域的载流子,形成导电沟道。
耗尽型则是指,当VGS=0时即形成沟道,加上正确的VGS时,能使多数载流子流出沟道,因而“耗尽”了载流子,使管子转向截止。
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