第2章 半導(dǎo)體器件

第2章半導(dǎo)體器件

2.1半導(dǎo)體特性和PN結(jié)

2.2半導(dǎo)體二極管

2.3半導(dǎo)體三極管

2.4場(chǎng)效應(yīng)管本章小結(jié)習(xí)題二2.1半導(dǎo)體特性和PN結(jié)2.1.1半導(dǎo)體特性1．本征半導(dǎo)體導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。半導(dǎo)體是構(gòu)成電子元器件的重要材料，最常用的半導(dǎo)體材料是硅（Si）和鍺（Ge）兩種元素。純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體是通過(guò)一定的工藝過(guò)程形成的單晶體，其中每個(gè)硅或鍺原子最外層的4個(gè)價(jià)電子，均與它們相鄰的4個(gè)原子的價(jià)電子共用，從而形成共價(jià)鍵。本征半導(dǎo)體中原子間的共價(jià)鍵具有較強(qiáng)的束縛力，每個(gè)原子都趨于穩(wěn)定。在常溫下，由于熱運(yùn)動(dòng)價(jià)電子被激活，有些獲得足夠能量的價(jià)電子會(huì)掙脫共價(jià)鍵成為自由電子，與此同時(shí)共價(jià)鍵中就流下一個(gè)空位，稱為空穴。這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。由于電子帶負(fù)電荷，所以空穴表示缺少一個(gè)負(fù)電荷，即空穴具有正電荷粒子的特性。在電子、空穴對(duì)產(chǎn)生的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)中的自由電子也有可能去填補(bǔ)空穴，使電子和空穴成對(duì)消失，這種現(xiàn)象稱為復(fù)合。在外電場(chǎng)作用下，一方面帶負(fù)電荷的自由電子作定向移動(dòng)，形成電子電流；另一方面價(jià)電子會(huì)按電場(chǎng)方向依次填補(bǔ)空穴，產(chǎn)生空穴的定向移動(dòng)，形成空穴電流。能夠運(yùn)動(dòng)的、可以參與導(dǎo)電的帶點(diǎn)粒子稱為載流子，因而自由電子和空穴是半導(dǎo)體中的兩種載流子。由于它們所帶電荷極性相反，所以電子電流和空穴電流的方向相反。在一定溫度下，電子、空穴對(duì)的產(chǎn)生和復(fù)合都在不停地進(jìn)行，最終處于一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，使半導(dǎo)體中載流子的濃度一定。當(dāng)溫度升高時(shí)，本征半導(dǎo)體中載流子濃度將增大。由于導(dǎo)電能力決定于載流子數(shù)目，因此半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力將隨溫度升高而增強(qiáng)。溫度是影響半導(dǎo)體器件性能的一個(gè)重要的外部因素，半導(dǎo)體材料的這種特性稱為熱敏性。此外，還有光敏性、壓敏性、磁敏性和摻雜性等。利用這些特性，可以用半導(dǎo)體材料制成各種敏感元器件，如熱敏電阻、光敏電阻、壓敏電阻和磁敏電阻等，廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。圖2.1所示為各種敏感元件的電路符號(hào)和外形。2．雜質(zhì)半導(dǎo)體在常溫下，本征半導(dǎo)體中載流子濃度很低，因而導(dǎo)電能力很弱。為了改善導(dǎo)電性能并使其具有可控性，需在本征半導(dǎo)體中摻入微量的其它元素（稱為雜質(zhì)）。這種摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。因摻入雜質(zhì)的性質(zhì)不同，可分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。若在半導(dǎo)體硅、鍺中摻入五價(jià)的銻、磷、砷等元素，將會(huì)產(chǎn)生大量的自由電子，使半導(dǎo)體主要靠電子導(dǎo)電，故稱為電子型半導(dǎo)體，因?yàn)殡娮訋ж?fù)電（negativeelectricity），所以又稱N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體中，自由電子是多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱多子），空穴是少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱少子）。雜質(zhì)離子帶正電。若在半導(dǎo)體硅、鍺中摻入三價(jià)的銦、鋁、硼等元素，將會(huì)產(chǎn)生大量的空穴，使半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，故稱為空穴型半導(dǎo)體，因?yàn)榭昭◣д姡╬ositiveelectricity），所以又稱P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子（多子），自由電子是少數(shù)載流子（少子）。雜質(zhì)離子帶負(fù)電。需要指出的是，不論N型還是P型半導(dǎo)體，雖然都有一種載流子占多數(shù)，但它們都是電中性的，對(duì)外不顯電性。這主要是由于半導(dǎo)體和摻入的雜質(zhì)都是電中性的，而且摻雜過(guò)程中既不喪失電荷也不從外界得到電荷，只是在半導(dǎo)體中出現(xiàn)了大量可以運(yùn)動(dòng)的電子或空穴，并沒有破壞整個(gè)半導(dǎo)體內(nèi)正負(fù)電荷的平衡狀態(tài)。綜上所述，摻入雜質(zhì)后，由于載流子的濃度提高，因而雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能將增強(qiáng)，而且摻入的雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性能也就越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)電性能的可控性。例如，在4價(jià)的硅中摻入百分之一的3價(jià)雜質(zhì)硼后，在室溫時(shí)的電阻率與本征半導(dǎo)體相比，將下降到五十萬(wàn)分之一，可見導(dǎo)電能力大大提高了。當(dāng)然，僅僅提高導(dǎo)電能力不是最終目的，因?yàn)閷?dǎo)體的導(dǎo)電能力更強(qiáng)。雜質(zhì)半導(dǎo)體的奇妙之處在于，只要摻入不同性質(zhì)、不同濃度的雜質(zhì)，并使P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體采用不同的方式組合，就可以制造出形形色色、品種繁多、用途各異的半導(dǎo)體器件。2.1.2PN結(jié)如果將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成為P型半導(dǎo)體，而另一側(cè)摻雜成為N型半導(dǎo)體，則在二者的交界處將形成一個(gè)PN結(jié)。1.PN結(jié)的形成（1）多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在一起，在兩種半導(dǎo)體的交界面就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差。物質(zhì)總是從濃度高的地方向濃度低的地方擴(kuò)散，自由電子和空穴也不例外。因此，P區(qū)中的多子（即空穴）將向N區(qū)擴(kuò)散，而N區(qū)中的多子（即自由電子）將向P區(qū)擴(kuò)散，如圖2.2（a）所示。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果就使兩種半導(dǎo)體交界面附近出現(xiàn)了不能移動(dòng)的帶電離子區(qū)，P區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)，N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)，如圖2.2（b）所示。這些帶電離子形成了一個(gè)很薄的空間電荷區(qū)，產(chǎn)生了內(nèi)電場(chǎng)。（2）少子的漂移運(yùn)動(dòng)一方面，隨著擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行，空間電荷區(qū)加寬使內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)；另一方面，內(nèi)電場(chǎng)又將阻止多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，促進(jìn)少子的運(yùn)動(dòng)，而少子的運(yùn)動(dòng)方向正好與多子擴(kuò)散的方向相反。這種在電場(chǎng)作用下少子的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。電場(chǎng)力越大，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)。最后，漂移運(yùn)動(dòng)與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，在P區(qū)和N區(qū)的交界面上形成一個(gè)寬度穩(wěn)定的空間電荷區(qū)——PN結(jié)。在PN結(jié)內(nèi)，大都是不能移動(dòng)的正負(fù)離子，所以電阻率極高，又稱為耗盡層。2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦詫?shí)際工作中，PN結(jié)上總有外加電壓，稱為偏置。若將P區(qū)接電源正極，N區(qū)接電源負(fù)極，稱為正向偏置，簡(jiǎn)稱正偏，如圖2.3（a）所示。這時(shí)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，削弱了內(nèi)電場(chǎng)，空間電荷區(qū)變薄，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，形成較大的正向電流I，電流方向從P區(qū)到N區(qū)。PN結(jié)在正偏時(shí)呈現(xiàn)較小電阻，PN結(jié)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。正向偏置電壓稍有增加，PN結(jié)的正向電流I急劇增加，為了防止大的正向電流把PN結(jié)燒毀，實(shí)際電路都要串接限流電阻R。若將P區(qū)接電源負(fù)極，N區(qū)接電源正極，稱為反向偏置，簡(jiǎn)稱反偏，如圖2.3（b）所示。這時(shí)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同，空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，因而有利于少子的漂移而不利于多子的擴(kuò)散。此時(shí)，多子擴(kuò)散形成的正向電流幾乎為零，而只有少子的漂移形成的反向電流IS，方向由N區(qū)到P區(qū)。由于少子的濃度非常低，使得反向電流很小，一般為微安（μA）數(shù)量級(jí)。所以可以認(rèn)為PN結(jié)反偏時(shí)呈高阻狀態(tài)，基本不導(dǎo)電。綜上所述，PN結(jié)正偏時(shí)導(dǎo)通，表現(xiàn)出的正向電阻很小，正向電流I較大；反偏時(shí)截止，表現(xiàn)出的反向電阻很大，正向電流幾乎為零，只有很小的反向飽和電流IS，這就是PN結(jié)最重要的特性——單向?qū)щ娦?。二極管、三極管及其他各種半導(dǎo)體器件的工作特性，都是以PN結(jié)的單向?qū)щ娦詾榛A(chǔ)的。此外，PN結(jié)在一定條件下還具有電容效應(yīng)，根據(jù)產(chǎn)生原因不同分為勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容。2.2半導(dǎo)體二極管2.2.1二極管的結(jié)構(gòu)和型號(hào)1．二極管的結(jié)構(gòu)在PN結(jié)的兩端引出兩個(gè)電極并將其封裝在金屬或塑料管殼內(nèi)，就構(gòu)成二極管（Diode）。二極管通常由管芯、管殼和電極三部分組成，管殼起保護(hù)管芯的作用，如圖2.4（a）所示。從P區(qū)引出的電極稱為正極或陽(yáng)極，從N區(qū)引出的電極稱為負(fù)極或陰極。圖2.4（b）所示為二極管的電路符號(hào)。二極管一般用字母D表示。二極管的種類很多，分類方法也不同。按制造所用材料分類，主要有硅二極管和鍺二極管；按用途分類，主要有普通二極管、整流二極管、開關(guān)二極管和穩(wěn)壓二極管；按其結(jié)構(gòu)分類，有點(diǎn)接觸型和面接觸型二極管。點(diǎn)接觸型二極管的結(jié)面積小，極間電容小，不能承受高的反向電壓和大的正向電流。因而適于作高頻（幾百兆赫茲）檢波、脈沖數(shù)字電路里的開關(guān)元件和小電流整流。面接觸型二極管的結(jié)面積大，可承受較大的電流，但極間電容也大，只適合于低頻整流。目前常用的是硅合金整流管，工作溫度可高達(dá)150～200oC。小電流的二極管常用玻璃殼或塑料殼封裝，大電流管子尺寸較大，為便于散熱，一般用金屬外殼。導(dǎo)電電流在1A以上的二極管，工作時(shí)PN結(jié)溫度較高，要加裝散熱器幫助冷卻，往往把正極制成螺栓，以便與散熱器組裝成一體。近年來(lái)，大功率管逐漸采用平板壓接式，壽命比螺栓式更長(zhǎng)。圖2.5從左到右是從小功率到大功率的各種二極管封裝形式。2．二極管的型號(hào)按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB249-74的規(guī)定，國(guó)產(chǎn)二極管的型號(hào)由五個(gè)部分組成，見表2.1。例如：2CP12是N型硅制作的普通二極管。2CZ14是N型硅制作的整流二極管。2CZ14F是2CZ14型整流管系列中的F擋。2.2.2二極管的伏安特性二極管的伏安特性是指二極管兩端外加電壓u和流過(guò)二極管的電流i之間的關(guān)系。將u和i的關(guān)系畫成的曲線，叫做二極管的伏安特性曲線。以硅管為例，其伏安特性如圖2.6所示。

1.正向特性二極管兩端不加電壓時(shí)，其電流為零，故特性曲線從坐標(biāo)原點(diǎn)開始，如圖2.6（a）。當(dāng)外加正向電壓時(shí)，若正向電壓小于Uon，此時(shí)，外電場(chǎng)不足以克服內(nèi)電場(chǎng)，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)仍受較大阻礙，二極管的正向電流很小，此時(shí)二極管工作于死區(qū)，稱Uon為死區(qū)的開啟電壓。硅管的Uon約為0.5V，鍺管約為0.2V。當(dāng)正向電壓超過(guò)Uon后，內(nèi)電場(chǎng)被大大削弱，電流將隨正向電壓的增大按指數(shù)規(guī)律增大，二極管呈現(xiàn)出很小的電阻。硅管的正向?qū)妷簽?.6～0.8V（常取0.7V），鍺管為0.1～0.3V。2.反向特性反向電壓增大時(shí)，反向電流隨著稍有增加，當(dāng)反向電壓大到一定程度時(shí)，反向電流將基本不變，即達(dá)到飽和，因而稱該反向電流為反向飽和電流，用IS表示。通常硅管的IS可達(dá)10-9A數(shù)量級(jí)，鍺管為10-6A數(shù)量級(jí)。反向飽和電流越小，管子的單向?qū)щ娦栽胶谩．?dāng)反向電壓增大到圖中的UBR時(shí)，在外部強(qiáng)電場(chǎng)作用下，少子的數(shù)目會(huì)急劇增加，因而使得反向電流急劇增大。這種現(xiàn)象稱為反向擊穿，電壓UBR稱為反向擊穿電壓。各類二極管的反向擊穿電壓大小不同，通常為幾十到幾百伏，最高可達(dá)300伏以上。PN結(jié)被擊穿后，常因溫度過(guò)高、功耗過(guò)大而造成永久性的損壞。前面已指出，半導(dǎo)體中少子的濃度受溫度影響，因而二極管的伏安特性對(duì)溫度很敏感。當(dāng)溫度升高時(shí)，正向特性曲線向左移，反向特性曲線向下移。如圖2.6（b）所示。需要指出的是，有時(shí)為了分析方便，將二極管理想化，忽略其正向?qū)妷汉头聪蝻柡碗娏鳎谑堑玫綀D2.7所示理想二極管的伏安特性。對(duì)于理想二極管，認(rèn)為正偏導(dǎo)通時(shí)相當(dāng)于開關(guān)閉合，反偏截止時(shí)相當(dāng)于開關(guān)斷開。2.2.3二極管的主要參數(shù)

每種半導(dǎo)體器件都有一系列表示其性能特點(diǎn)的參數(shù)，并匯集成器件手冊(cè)，供使用者查找選擇。半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)有：1.最大整流電流IF指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過(guò)管子的最大正向平均電流。使用時(shí)，管子的平均電流不得超過(guò)此值，否則可能使二極管過(guò)熱而損壞。2.最高反向工作電壓UR工作時(shí)加在二極管兩端的反向電壓不得超過(guò)此值，否則二極管可能被擊穿。為了留有余地，通常將擊穿電壓UBR的一半定為UR。3.反向電流IRIR是指在室溫條件下，在二極管兩端加上規(guī)定的反向電壓時(shí)，流過(guò)管子的反向電流。通常希望IR值愈小愈好。反向電流愈小，說(shuō)明二極管的單向?qū)щ娦杂谩４藭r(shí)，由于反向電流是由少數(shù)載流子形成，所以IR受溫度的影響很大。4.最高工作頻率fM由于PN結(jié)存在結(jié)電容，它的存在限制了二極管的工作頻率，因此如果通過(guò)二極管的信號(hào)頻率超過(guò)管子的最高工作頻率fM，則結(jié)電容的容抗變小，高頻電流將直接從結(jié)電容上通過(guò)，管子的單向?qū)щ娦宰儾睢?.2.4二極管的應(yīng)用電路在二極管的應(yīng)用電路中，主要是利用二極管的單向?qū)щ娦?。在分析?yīng)用電路時(shí)，應(yīng)當(dāng)掌握一條基本原則，即判斷二極管是處于正偏導(dǎo)通狀態(tài)還是反偏截止?fàn)顟B(tài)，二極管導(dǎo)通時(shí)，一般用電壓源UD=0.7V（硅管，若是鍺管則用0.3V）代替，或近似用短路線代替（理想二極管）；二極管截止時(shí)，一般將二極管斷開，即認(rèn)為二極管反向電阻無(wú)窮大。1.整流電路整流電路是直流穩(wěn)壓電源的組成部分。所謂整流，就是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電壓變成單方向的脈動(dòng)直流電壓。在整流電路中，加在電路兩端的交流電壓遠(yuǎn)大于二極管的導(dǎo)通電壓Uon，而整流輸出電流遠(yuǎn)大于二極管的反向飽和電流IS，所以，在分析整流電路時(shí)，二極管均用理想模型代替。小功率整流電路形式有單向半波整流電路、單向全波整流電路和單向橋式整流電路三種。此處先以單向半波整流電路為例介紹整流電路的工作原理，第五章穩(wěn)壓電源部分還會(huì)全面介紹。例2.1圖2.8（a）所示整流電路中，二極管D為理想二極管。已知輸入電壓ui為圖2.8（b）所示的正弦波，試畫出輸出電壓uo的波形。解：因?yàn)镈為理想二極管，所以當(dāng)ui

＞0時(shí)，二極管D正偏導(dǎo)通，相當(dāng)于開關(guān)閉合，故uo=ui；當(dāng)ui

＜0時(shí)，二極管D反偏截止，相當(dāng)于開關(guān)斷開，故uo=0；由以上分析可畫出uo的波形，如圖2.8（b）所示。從uo的波形可知，電阻R上得到的是單向脈動(dòng)直流電壓。2.限幅電路當(dāng)輸入信號(hào)電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓隨輸入電壓做相應(yīng)變化；而當(dāng)輸入電壓超出該范圍時(shí)，輸出電壓保持不變，這種電路就是限幅電路。通常將輸出電壓uo保持不變的電壓值稱為限幅電平，當(dāng)輸入電壓高于限幅電平時(shí)，輸出電壓保持不變的限幅稱為上限幅；當(dāng)輸入電壓低于限幅電平時(shí)，輸出電壓保持不變的限幅稱為下限幅。二極管限幅電路有串聯(lián)、并聯(lián)、雙向限幅電路。下面再看一道雙限幅電路的例子。例2.2在圖2.9（a）所示電路中，已知兩只二極管的導(dǎo)通壓降Uon均為0.7V，試畫出輸出電壓uo與輸入電壓ui的關(guān)系曲線（即電壓傳輸特性）。解：此題中二極管不能視為理想二極管。圖（a）中兩只二極管D1、D2方向相反，所以當(dāng)ui≥0.7V時(shí)，D1導(dǎo)通，D2截止，uo=Uon=0.7V；當(dāng)ui≤-0.7V時(shí)，D1截止，D2導(dǎo)通，uo=-Uon=-0.7V；當(dāng)-0.7V＜ui

＜0.7V時(shí)，D1、D2均截止，相當(dāng)于開關(guān)斷開，uo=ui

，uo與ui成正比例關(guān)系。由以上分析可畫出uo與ui的關(guān)系曲線，如圖2.9（b）所示。該電路為一個(gè)雙向限幅電路，D1、D2的接法使uo的大小限在-0.7V～+0.7V之內(nèi)。3.檢波電路無(wú)線電技術(shù)中經(jīng)常要進(jìn)行信號(hào)的遠(yuǎn)距離輸送，這就需要把低頻信號(hào)（如聲頻信號(hào)）裝載到高頻振蕩信號(hào)上并由天線發(fā)射出去。電路分析中，將低頻信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)，高頻振蕩信號(hào)稱為載波，受低頻信號(hào)控制的高頻振蕩稱為已調(diào)波，控制的過(guò)程稱為調(diào)制。在接收地點(diǎn)，接收機(jī)天線接收到的已調(diào)波信號(hào)，經(jīng)放大后再設(shè)法還原成原來(lái)的低頻信號(hào)，這一過(guò)程稱為解調(diào)或檢波。圖2.10（a）所示為一已調(diào)波，圖2.10（b）為由二極管組成的檢波器，其中D用于檢波，稱為檢波二極管，一般為點(diǎn)接觸型二極管；C為檢波器負(fù)載電容，用來(lái)濾除檢波后的高頻成分；RL為檢波器負(fù)載，用來(lái)獲取檢波后所需的低頻信號(hào)。由于二極管的單向?qū)щ娮饔?，已調(diào)波經(jīng)二極管檢波后，負(fù)半波被截去，如圖2.10（c）所示，檢波器負(fù)載電容將高頻成分旁路，在RL兩端得到的輸出電壓就是原來(lái)的低頻信號(hào)，如圖2.10（d）所示。4.二極管“續(xù)流”保護(hù)電路二極管也可用作保護(hù)器件，如圖2.11所示。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，直流電壓源US接通大電感L，二極管D因反偏而截止，全部電流流過(guò)電感線圈。當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電感線圈中的電流將迅速降到零，大電感兩端會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)瞬時(shí)電壓。如果沒有提供另外的電流通路，該暫態(tài)電壓將在開關(guān)兩端產(chǎn)生電弧，損壞開關(guān)。若在電路中接有如圖中所示的二極管時(shí)，二極管為電感線圈的放電提供了通路，使uL的負(fù)峰值限制在二極管的正向壓降范圍內(nèi)，開關(guān)S兩端的電弧被消除，同時(shí)電感線圈中的電流將平穩(wěn)地減少。5.邏輯運(yùn)算（開關(guān)）電路在開關(guān)電路中，我們一般把二極管看成理想模型，即二極管導(dǎo)通時(shí)兩端電壓為零，截止時(shí)兩端電阻為無(wú)窮大。在圖2.12（a）的電路中只要有一路輸入信號(hào)為低電平，輸出即為低電平，僅當(dāng)全部輸入為高電平時(shí)，輸出才為高電平，這在邏輯運(yùn)算中稱為“與”邏輯運(yùn)算。圖（b）電路中，當(dāng)只要有一路輸入信號(hào)為高電平，輸出即為高電平，僅當(dāng)全部輸入為低電平時(shí)，輸出才為低電平，這種運(yùn)算稱為“或”邏輯運(yùn)算。2.2.5特殊二極管1.穩(wěn)壓二極管（1）伏安特性及電路符號(hào)由二極管的特性曲線可知，如果二極管工作在反向擊穿區(qū)，則當(dāng)反向電流的變化量△I較大時(shí)，管子兩端相應(yīng)的電壓變化量△U卻很小，說(shuō)明其具有“穩(wěn)壓”特性。利用這種特性可以做成穩(wěn)壓管。所以，穩(wěn)壓管實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)二極管，但它通常工作在反向擊穿區(qū)。只要擊穿后的反向電流不超過(guò)允許范圍，穩(wěn)壓管就不會(huì)發(fā)生熱擊穿損壞。為此，必須在電路中串接一個(gè)限流電阻。反向擊穿后，當(dāng)流過(guò)穩(wěn)壓管的電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，管子兩端的電壓幾乎不變，從而可以獲得一個(gè)穩(wěn)定的電壓。穩(wěn)壓管的伏安特性和外形圖、電路符號(hào)分別如圖2.13（a）和（b）所示。（2）主要參數(shù)①穩(wěn)定電壓UZ當(dāng)穩(wěn)壓管反向擊穿，且使流過(guò)的電流為規(guī)定的測(cè)試電流時(shí)，穩(wěn)壓管兩端的電壓值即為穩(wěn)定電壓UZ。對(duì)于同一種型號(hào)的穩(wěn)壓管，UZ有一定的分散性，因此一般都給出其范圍。例如型號(hào)為2CW14的穩(wěn)壓管的UZ為6V～7.5V，但對(duì)于某一只穩(wěn)壓管，UZ為一個(gè)確定值。②穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)定電流IZ是保證穩(wěn)壓管正常穩(wěn)壓的最小工作電流，電流低于此值時(shí)穩(wěn)壓效果不好。IZ一般為毫安數(shù)量級(jí)。如5mA或10mA。③最大耗散功率PZM和最大穩(wěn)定電流IZM當(dāng)穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，管子消耗的功率等于穩(wěn)定電壓UZ與流過(guò)穩(wěn)壓管電流的乘積，該功率將轉(zhuǎn)化為PN結(jié)的溫升。最大耗散功率PZM是在結(jié)溫升允許的情況下的最大功率，一般為幾十毫瓦至幾百毫瓦。因PZM=UZIZM，由此即可確定最大穩(wěn)定電流IZM。此外，還有動(dòng)態(tài)電阻rZ、穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)a等參數(shù)。例2.3在圖2.14所示電路中，已知輸入電壓Ui=12V，穩(wěn)壓管DZ的穩(wěn)定電壓UZ=6V，穩(wěn)定電流IZ=5mA，額定功耗PZM=90mW，試問(wèn)輸出電壓Uo能否等于6V。解：穩(wěn)壓管正常穩(wěn)壓時(shí)，其工作電流IDZ應(yīng)滿足IZ＜IDZ＜IZmax，而

IZmax=即5mA＜IDZ＜15mA

（2-1）設(shè)電路中DZ能正常穩(wěn)壓，則Uo=UZ=6V。由圖中可求出

IDZ=

不在式（2.2）的范圍內(nèi)，因此不能正常穩(wěn)壓，Uo將小于UZ。若要電路能夠穩(wěn)壓，則應(yīng)減小R的阻值。2.發(fā)光二極管發(fā)光二極管是一種將電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件。其基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)PN結(jié)，采用砷化鎵、磷化鎵等半導(dǎo)體材料制造而成。它的伏安特性與普通二極管類似，但由于材料特殊，其正向?qū)妷狠^大，約為1～2V。當(dāng)管子正向?qū)〞r(shí)將會(huì)發(fā)光。發(fā)光二極管簡(jiǎn)寫為L(zhǎng)ED（LightEmittingDiode）。發(fā)光二極管具有工作電壓低、工作電流?。?0～30mA）、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。常用作顯示器件，如指示燈、七段顯示器、矩陣顯示器等。常見的LED發(fā)光顏色有紅、黃、綠等，還有發(fā)出不可見光的紅外發(fā)光二極管。幾種常見發(fā)光二極管的外形及電路符號(hào)如圖2.15所示。3.光電二極管光電二極管又叫光敏二極管，它是一種能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件。光電二極管的基本結(jié)構(gòu)也是一個(gè)PN結(jié)，但管殼上有一個(gè)窗口，使光線可以照射到PN結(jié)上，其外形如圖2.16（a）所示。光電二極管工作在反偏狀態(tài)下，當(dāng)無(wú)光照時(shí)，與普通二極管一樣，反向電流很小，稱為暗電流；當(dāng)有光照時(shí)，其反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而增加，稱為光電流，其特性曲線及電路符號(hào)如圖2.16（b）所示。光電二極管與發(fā)光二極管可用于構(gòu)成紅外線遙控電路。圖2.17所示為紅外遙控電路示意圖。當(dāng)按下發(fā)射電路中的按鈕時(shí)，編碼器電路產(chǎn)生出調(diào)制的脈沖信號(hào)，由發(fā)光二極管將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)發(fā)射出去。接收電路中的光電二極管將光脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，經(jīng)放大、解碼后，由驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載動(dòng)作。當(dāng)按下不同按鈕時(shí)，編碼器產(chǎn)生不同的脈沖信號(hào)，以示區(qū)別。接收電路中的解碼器可以解調(diào)出這些信號(hào)，并控制負(fù)載做出不同的動(dòng)作。4．變?nèi)荻O管利用PN結(jié)的勢(shì)壘電容隨外加反向電壓變化的特性可制成變?nèi)荻O管。變?nèi)荻O管工作在反偏狀態(tài)下，此時(shí)，PN結(jié)結(jié)電容的數(shù)值隨外加電壓的大小而變化。因此，變?nèi)荻O管可做可變電容使用。圖2.18（a）所示為變?nèi)荻O管的電路符號(hào)和C-U關(guān)系曲線。變?nèi)荻O管在高頻電路中得到廣泛應(yīng)用，可用于自動(dòng)調(diào)諧、調(diào)頻、調(diào)相等。圖2.18（b）所示為變?nèi)荻O管的一個(gè)應(yīng)用電路，這是一個(gè)電調(diào)諧改變LC回路諧振頻率的回路。變?nèi)荻O管D與電感L組成LC諧振回路，當(dāng)改變電位器的中心觸點(diǎn)位置時(shí)，加在D上的反偏電壓發(fā)生變化，其電容量相應(yīng)改變，從而改變了LC回路的諧振頻率。圖中的C為隔直流電容器。2.3半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管又稱為晶體三極管、雙極型晶體管，簡(jiǎn)稱三極管或晶體管（Transistor）。它具有電流放大作用，是構(gòu)成各種電子電路的基本元件。三極管一般用字母T表示。2.3.1三極管的結(jié)構(gòu)、外形及型號(hào)1．三極管的結(jié)構(gòu)在一塊極薄的硅基片或鍺基片上制作兩個(gè)PN結(jié)，并從P區(qū)和N區(qū)引出接線，再封裝在管殼里，如圖2.19所示的結(jié)構(gòu)，就構(gòu)成了三極管。三極管有三個(gè)區(qū)、三個(gè)電極和兩個(gè)PN結(jié)：中間層稱為基區(qū)，外面兩層分別稱為發(fā)射區(qū)和集電區(qū)；從三個(gè)區(qū)各引一個(gè)電極出來(lái)，分別稱為基極b（base）、發(fā)射極e（emitter）和集電極c（collector）；基區(qū)與集電區(qū)之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)，基區(qū)與發(fā)射區(qū)之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)。三極管有兩種類型：NPN型和PNP型。在電路中分別用兩種不同的符號(hào)表示，如圖2.19（a）和（b）所示。兩種符號(hào)的區(qū)別在于發(fā)射極箭頭的方向不同，它表示發(fā)射結(jié)加上正向電壓時(shí)，發(fā)射極電流的實(shí)際方向。三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)在制造工藝上的特點(diǎn)如下：（1）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)大于集電區(qū)的摻雜濃度；（2）基區(qū)很薄，一般為1μm至幾μm；（3）集電結(jié)面積大于發(fā)射結(jié)面積。三極管按材料不同分為硅管和鍺管。目前我國(guó)制造的硅管多為NPN型，鍺管多為PNP型。不論是硅管還是鍺管，NPN管還是PNP管，它們的基本工作原理是相同的。2．三極管的封裝和外形功率大小不同的世界觀有著不同的體積和封裝形式。圖2.20所示為常見的國(guó)產(chǎn)三極管的封裝和外形。從圖中可以看出絕大多數(shù)大、中、小型晶體三極管采用金屬封裝，3DG13A、3DG46、等超小型三極管采用陶瓷環(huán)氧封裝，近年來(lái)越來(lái)越多的管型，如圖2.20中3DG57B、CD568等采用硅酮塑封，大功率晶體三極管，如圖2.20中3DD6、3DA5、3AD11等的集電極制成螺栓形，以便于和散熱器組成一體。3．三極管的型號(hào)國(guó)產(chǎn)三極管的型號(hào)由五個(gè)部分組成，見表2.2。例如：3DG6是NPN硅高頻小功率三極管；3DG12C是另一種NPN硅高頻小功率三極管中的C擋；3AD30是PNP鍺低頻大功率三極管。表2.2的第二欄、第三欄是三極管的常用類型。此外，我國(guó)已開始成批生產(chǎn)與部分常用國(guó)外三極管性能相似的晶體管，其型號(hào)的特點(diǎn)是：管子序號(hào)采用國(guó)外同型號(hào)的序號(hào)數(shù)字，大多數(shù)廠家按照我國(guó)國(guó)標(biāo)（見表2.2），用拼音字母表示材料、極性和管子類型，如表2.3列舉的管型。少數(shù)廠家在序號(hào)前冠以本廠符號(hào)。一般來(lái)說(shuō)，符號(hào)相同的國(guó)內(nèi)外三極管從性能到封裝尺寸都一樣，可以直接代換。2.3.2三極管的電流放大原理下面以NPN型三極管為例，來(lái)討論三極管的電流放大作用。三極管要實(shí)現(xiàn)電流放大，除要滿足內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)外，還應(yīng)滿足外部偏置條件，即發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，如圖2.21（a）所示。電源VBB約幾伏，VCC約幾十伏，且RB＞RC。1.三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)三極管的電流放大作用是通過(guò)載流子的運(yùn)動(dòng)體現(xiàn)出來(lái)的，其內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)有三個(gè)過(guò)程：（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射自由電子，形成發(fā)射極電流從圖2.21（b）可以看出，發(fā)射結(jié)施加正向電壓且摻雜濃度高，所以發(fā)射區(qū)的多子自由電子越過(guò)發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，發(fā)射區(qū)的自由電子由直流電源補(bǔ)充，從而形成了發(fā)射極電流IE。同時(shí)基區(qū)的多數(shù)載流子空穴也會(huì)擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，成為IE的一部分。但由于基區(qū)很薄且摻雜濃度較低，故這部分由基區(qū)空穴形成的電流可以忽略不計(jì)。（2）自由電子在基區(qū)和空穴復(fù)合，形成基區(qū)電流，并繼續(xù)向集電區(qū)擴(kuò)散自由電子在基區(qū)擴(kuò)散過(guò)程中，其一小部分和基區(qū)的多數(shù)載流子空穴復(fù)合，基區(qū)中的空穴由直流電源補(bǔ)充，從而形成基極電流IB，大部分自由電子則繼續(xù)向集電區(qū)擴(kuò)散。（3）集電區(qū)收集自由電子，形成集電極電流由于集電結(jié)加反向電壓且結(jié)面積較大，所以將基區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的自由電子吸引到集電區(qū)，形成集電極電流IC。另外，基區(qū)的少子自由電子和集電區(qū)的少子空穴在集電結(jié)反向電壓作用下會(huì)進(jìn)行漂移運(yùn)動(dòng)，成為集電極電流IC的一部分。這部分電流稱為反向飽和電流ICBO，ICBO是由少子形成的，因此其值受溫度影響很大，我們希望ICBO越小越好，越小表明管子的溫度穩(wěn)定性越好。通常，ICBO數(shù)值很小，可以忽略不計(jì)，但由于它受溫度影響大，將影響管子的性能。由以上分析可知，三極管內(nèi)部有兩種載流子參與導(dǎo)電，故稱為雙極型晶體管。2.三極管各電極電流之間的關(guān)系在圖2.21所示電路中，IB所在回路稱為輸入回路，IC所在回路稱為輸出回路，而發(fā)射極是兩個(gè)回路的公共端，因此，該電路稱為共發(fā)射極放大電路，簡(jiǎn)稱共射電路。此外還有共基極電路，簡(jiǎn)稱共基電路，以及共集電極電路，簡(jiǎn)稱共集電路。圖2.21所示電路中，電流IE主要是由發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子產(chǎn)生；IB主要是由發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子在基區(qū)與空穴復(fù)合而產(chǎn)生；IC主要是由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子漂移到集電區(qū)而形成的。當(dāng)管子制成以后，復(fù)合和漂移所占的比例就確定了，也就是說(shuō)IC與IB的比值是確定的，這個(gè)比值就稱為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)，即由于IB遠(yuǎn)小于IC，因此＞＞1，一般NPN型三極管的為幾十倍至一百多倍。實(shí)際電路中，三極管主要用于放大動(dòng)態(tài)信號(hào)。當(dāng)輸入回路加上動(dòng)態(tài)信號(hào)后，將引起發(fā)射結(jié)電壓的變化，從而使發(fā)射極電流、基極電流變化，集電極電流也將隨之變化。集電極電流的變化量△IC與基極電流變化量△IB的比值稱為共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)β，即上式表明三極管具有將基極電流變化量△IB放大β倍的能力，這就是三極管的電流放大作用。因?yàn)樵诮品治鲋锌梢哉J(rèn)為=，故在實(shí)際應(yīng)用中不再加以區(qū)分。發(fā)射區(qū)發(fā)射的自由電子包括基區(qū)被復(fù)合的部分和被集電區(qū)收集的部分，因此三個(gè)電極的電流具有如下關(guān)系：

IE=IB+IC上式符合基爾霍夫電流定律（KCL）。2.3.3三極管的共射特性曲線三極管的共射特性曲線是指三極管在共射接法下各電極電壓與電流之間的關(guān)系曲線，分為輸入特性曲線和輸出特性曲線。本節(jié)主要介紹NPN型三極管的共射特性曲線。1.輸入特性曲線輸入特性是指當(dāng)UCE一定時(shí)，IB與UBE之間的關(guān)系曲線，即IB=f（UBE）∣UCE=常數(shù)，如圖2.22所示。從圖中可知，輸入特性曲線和二極管正向特性曲線相似。當(dāng)UCE增大時(shí)，輸入特性曲線右移，但當(dāng)UCE≥2V后曲線重合。2.輸出特性輸出特性是指當(dāng)IB一定時(shí)，

IC與UCE之間的關(guān)系曲線，即IC=f（UCE）∣IB=常數(shù)。由于三極管的基極輸入電流IB對(duì)輸出電流IC的控制作用，因此不同的IB，將有不同的IC-UCE關(guān)系，由此可得圖2.23所示的一簇曲線，這就是三極管的輸出特性曲線。從輸出特性曲線可以看出，三極管有三個(gè)不同的工作區(qū)域，截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)，它們分別表示三極管的三種工作狀態(tài)，即截止、放大和飽和狀態(tài)。三極管工作在不同狀態(tài)，特點(diǎn)也各不相同。（1）截止區(qū)指曲線上IB≤0的區(qū)域，此時(shí)，集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均反偏，三極管為截止?fàn)顟B(tài)，IC很小，集電極與發(fā)射極之間相當(dāng)于斷開的開關(guān)。（2）放大區(qū)指曲線上IB＞0和UCE＞1V之間的部分，此時(shí)三極管的發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，三極管處于放大狀態(tài)。對(duì)于NPN型三極管來(lái)說(shuō)，UBE＞0，UBC＜0，即各電極電位為VC＞VB＞VE；對(duì)于PNP型三極管來(lái)說(shuō)，UBE＜0，UBC＞0，各電極電位為VC＜VB＜VE。在放大區(qū)時(shí)，可以看出IB不變時(shí)IC也基本不變，即具有恒流特性；而當(dāng)IB變化時(shí)，IC也隨之變化，且滿足△IC=β△IB，這就是三極管的電流放大作用。（3）飽和區(qū)指曲線上UCE≤UBE的區(qū)域，此時(shí)IC與IB無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系，△IC＜β△IB。集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均正偏，三極管處于飽和狀態(tài)。一般稱UCE=UBE時(shí)三極管的工作狀態(tài)為臨界飽和狀態(tài)。飽和時(shí)的UCE稱為飽和管壓降，記作UCES，一般小功率硅三極管的UCES＜0.4V，c-e間相當(dāng)于閉合的開關(guān)。三極管的放大區(qū)可以近似看成線性工作取區(qū)，飽和區(qū)和截止區(qū)是非線性工作區(qū)。模擬電路主要討論各種放大電路，因此三極管工作在放大區(qū)；數(shù)字電路討論輸出變量與輸入變量的邏輯關(guān)系，需要三極管充當(dāng)開關(guān)使用，因此三極管工作在飽和區(qū)和截止區(qū)。2.3.4三極管的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)β三極管的電流放大系數(shù)是表征管子放大作用大小的參數(shù)。綜合前面的討論，有以下幾個(gè)參數(shù)：共射交流電流放大系數(shù)β和共射直流電流放大系數(shù)。

2.極間反向飽和電流（1）集電極-基極反向飽和電流ICBO：ICBO是指發(fā)射極e開路時(shí)集電極c和基極b之間的反向電流。一般小功率鍺管的ICBO約為幾微安～幾十微安；硅三極管的ICBO要小得多，有的可以達(dá)到納安數(shù)量級(jí)。（2）集電極-發(fā)射極間的穿透電流ICEO：ICEO是指基極b開路時(shí)集電極c和發(fā)射e間加上一定電壓時(shí)所產(chǎn)生的集電極電流。ICEO=（1+）ICBO。因?yàn)镮CBO和ICEO都是少數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)形成的，所以對(duì)溫度非常敏感。ICBO和ICEO愈小，表明三極管的質(zhì)量愈高。3.極限參數(shù)三極管的極限參數(shù)是指使用時(shí)不得超過(guò)的限度。主要有以下幾項(xiàng)：（1）集電極最大允許電流ICM當(dāng)集電極電流過(guò)大，超過(guò)一定值時(shí)，三極管的值就要減小，且三極管有損壞的危險(xiǎn)，該電流值即為ICM。（2）集電極最大允許功耗PCM三極管的功率損耗大部分消耗在反向偏置的集電結(jié)上，并表現(xiàn)為結(jié)溫升高，PCM是在管子溫升允許的條件下集電極所消耗的最大功率。超過(guò)此值，管子將被燒毀。（3）反向擊穿電壓三極管的兩個(gè)結(jié)上所加反向電壓超過(guò)一定值時(shí)都將被擊穿，因此，必須了解三極管的反向擊穿電壓。極間反向擊穿電壓主要有以下幾項(xiàng)：U（BR）CEO：基極開路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。U（BR）CBO：發(fā)射極開路時(shí)，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。三極管正常工作時(shí)，其安全工作范圍如圖2.24所示。2.3.5PNP型三極管PNP型三極管的工作原理與NPN型近似，兩者的區(qū)別是三個(gè)電極電流的實(shí)際方向正好相反：對(duì)于PNP型三極管，電流從發(fā)射極流入，從基極和集電極流出。外加電源的極性和NPN電路也相反，如圖2.25所示。在PNP型三極管構(gòu)成的放大電路中，發(fā)射極電位最高，基極次之，集電極最低。其他分析和NPN型三極管構(gòu)成的放大電路相仿。2.4場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管（簡(jiǎn)稱FET，F(xiàn)ieldEffectTransistor）是另一類晶體管，它也有三個(gè)電極，叫柵極（G）、源極（S）和漏極（D），分別對(duì)應(yīng)于三極管的基極、發(fā)射極和集電極。場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)，參與導(dǎo)電的是單一極性的載流子，所以它是單極型晶體管。場(chǎng)效應(yīng)管分為兩大類：一類是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET（JunctionFET），另一類是絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管IGFET（InsutatedGateFET）。而按導(dǎo)電溝道分，每一類場(chǎng)效應(yīng)管都有P溝道和N溝道兩種。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管由金屬、氧化物和半導(dǎo)體構(gòu)成，一般稱為MOS（MetalOxideSemiconductor）管，目前在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中使用非常廣泛。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管可分為增強(qiáng)型和耗盡型兩類，兩者的區(qū)別是前者沒有原始的導(dǎo)電溝道，后者有原始的導(dǎo)電溝道。下面主要以N溝道增強(qiáng)型MOS管為例，介紹場(chǎng)效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。2.4.1N溝道增強(qiáng)型MOS管1．基本結(jié)構(gòu)圖2.26（a）所示為N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)圖。它是用一塊摻雜濃度較低的P型硅片作為襯底，在其上擴(kuò)散出兩個(gè)高摻雜的N型區(qū)（稱為N+區(qū)），然后在半導(dǎo)體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅絕緣層。從兩個(gè)N+區(qū)表面及它們之間的二氧化硅表面分別引出三個(gè)鋁電極：源極S、漏極D和柵極G。因?yàn)闁艠O是和襯底完全絕緣的，所以稱作絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。襯底B也有引極，通常在管子內(nèi)部和源極相連。圖2.26（b）為N溝道增強(qiáng)型MOS管的電路符號(hào)。2．工作原理增強(qiáng)型MOS管的兩個(gè)N+區(qū)和P型襯底形成兩個(gè)背靠背的PN結(jié)，不加?xùn)?源電壓時(shí)，源-漏兩極之間沒有原始的導(dǎo)電溝道。當(dāng)柵極和源極之間施加正向電壓UGS時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)作用于襯底的電場(chǎng)，在該電場(chǎng)的作用下，可將P型襯底中的少數(shù)載流子自由電子吸引到絕緣層下方，感生出一個(gè)N型電荷層（稱為反型層），如圖2.27所示，該電路是共源接法。當(dāng)電壓UGS超過(guò)一定值時(shí)，這個(gè)N型電荷層將會(huì)將兩個(gè)N+區(qū)聯(lián)結(jié)起來(lái)，從而在漏-源兩極之間形成一個(gè)導(dǎo)電溝道。剛開始產(chǎn)生導(dǎo)電溝道的柵-源電壓UGS稱為開啟電壓UT。由于該導(dǎo)電溝道是由自由電子構(gòu)成的，所以稱為N溝道。當(dāng)漏-源兩極間加上電壓UDS時(shí)，自由電子定向運(yùn)動(dòng)，就會(huì)形成漏極電流ID，如圖2.27所示。當(dāng)UDS一定時(shí)，改變UGS的大小，可以改變導(dǎo)電溝道的寬度，從而改變漏極電流ID的大小。可見，作為輸出的漏極電流ID是受輸入電壓UGS的控制，因此，場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制型元件。當(dāng)漏-源兩極間加上電壓UDS時(shí)，沿溝道有一個(gè)電位梯度，靠近漏極處電位最高，該處柵-漏電壓（UGD=UGS-UDS）最小，因此感生出的導(dǎo)電溝道最窄，而靠近源極處電位最低，該處柵-源電壓最大，因此感生出的導(dǎo)電溝道最寬，所以實(shí)際的導(dǎo)電溝道呈契形。3．伏安特性

增強(qiáng)型MOS管的伏安特性分為轉(zhuǎn)移特性和漏極輸出特性。（1）轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性用來(lái)描述場(chǎng)效應(yīng)管的柵-源電壓UGS對(duì)漏極電流ID的控制關(guān)系，如圖2.28（a）所示。從圖中可以看出，柵-源電壓UGS＜UT時(shí)，漏極電流ID=0；UGS＞UT時(shí)，

ID隨UGS的增大而增大。UT就是增強(qiáng)型MOS管的開啟電壓。衡量柵-源電壓UGS對(duì)漏極電流ID的控制作用的參數(shù)稱作低頻跨導(dǎo)，用gm表示。定義為：當(dāng)UDS一定時(shí)，ID與UGS的變化量之比，即

|UDS=常數(shù)若ID的單位為毫安（mA），UGS的單位為伏（V），則gm的單位為毫西門子（mS）。（2）漏極輸出特性漏極輸出特性用來(lái)描述場(chǎng)效應(yīng)管的柵-源電壓UGS一定時(shí)，漏極電流ID和漏-源電壓UDS的關(guān)系，如圖2.28（b）所示。即

ID=f（UDS）|UDS=常數(shù)該特性類似于雙極型三極管的共射輸出特性。從圖2.28（b）可以看出，場(chǎng)效應(yīng)管的漏極輸出特性也可分為三個(gè)區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和擊穿區(qū)?？勺冸娮鑵^(qū)：位于特性曲線的左側(cè)。表示當(dāng)UDS較小時(shí)，