模拟电子技术基础学习笔记（一）

0 概述

0.1 为什么要学模拟电子技术

0.1.1 电子设备的发展，基于电子技术的发展

0.1.2 电子技术的发展，关键在于元器件的发展

1. 爱迪生效应：爱迪生灯泡碳丝旁的金属片，在未直接接触且有电压的情况下，通电。
2. 弗莱明1904年，做出第一支电子管，标志进入电子时代。
3. 德弗雷斯特1906年，在二极管的灯丝与极管之间，加了一个舢板，第一个真空三极管（电子三极管）诞生，电子工业真正的诞生起点。
4. 1939年，ABC电子（管）计算机。
5. 1946年，ENIAC。
6. 基于半导体材料的晶体管，里程碑。
7. 1947年，肖克利、巴丁、布莱顿，做出第一个点接触型晶体管（基于半导体材料），固体电子技术时代开启。
8. 1948年，肖克利提出三明治结构的三极管。
9. 1950年，第一支PN结型晶体管，被正式发明。
10. 1951年，第一个场效应管，被发明。

0.1.3 重点学习内容

1. 二极管。
2. 晶体三极管。
3. 场效应管。

0.1.4 半导体材料的集成化

1958年，仙童公司与德州仪器，发明集成电路，开创微电子学时代。

0.1.5 掌握原则与思想，触类旁通

1. 基本器件。
2. 基本原理。
3. 基本概念。
4. 基本思想。

0.2 模拟电子技术学什么

0.3 模拟电子技术怎么学

1. 基本概念一定要清晰。
2. 基本电路要熟练掌握。
3. 多练习，多实践。

1 常用半导体器件

1.1 半导体基础知识

1.1.0 元器件概述

1. 二极管

   

   1. 单向导电性。
   2. 导电时，两端压降变化很小。
   3. 加方向电压时，有很小很小的电流（微安级）。
      • 此电流对温度敏感，温度上升，电流加大。
   
   

2. 晶体三极管

   

   

   1. 放大作用：G 处可变电阻，调节 E 处电流，F 处大电压电流为 E 的倍数。
   2. 开关作用。
      1. G 处可变电阻不断减小，E 处电流不断加大，与F 处电流不成倍数时，C 与 D 之间的电压，趋向于0。
      2. A 处电压电流特别大的时候，C 与 D 之间相当于闭合。
      3. A 处电压反向，C 与 D 之间相当于断开。
   
   

3. 场效应管

   

   

   1. 放大作用，开关作用，可变电阻作用
      1. D 处没有大电压的情况下：
         1. G 与 S 之间架电压，D 与 S 之间有个电阻，GS 的电压与 DS 的电阻成反比。
         2. DS 表现为受 GS 电压控制的电阻值。
      2. GS 电压不变，D 处加高点位，DS 间的电流随 D 的电压增加而变大。D 处电压到达一定程度后，DS 间电流不在变化，达到恒流。
      3. 达到恒流时，DS 间的电流，只受 GS 的电压控制。DS 电流对 GS 电压的放大。

1.1.1 本征半导体

1. 半导体：电阻介于导体与绝缘体之间。

2. 本征半导体：纯净的具有晶体结构的半导体。

   

3. 本征激发：在热运动的情况下，产生自由电子与空穴对。

   

4. 本征半导体的载流子（运载电流的粒子）：

   1. 自由电子。
   2. 空穴（价电子的相对移动）。

5. 复合：自由电子重新填补空穴。

6. 本征半导体导电能力与其载流子浓度正相关。

7. 载流子的浓度：

   1. 动态平衡：
      1. 温度升高，载流子浓度升高。
      2. 温度不变后，本征激发与复合的速度逐渐走向一致，达到动态平衡，载流子浓度不再变化。
   2. 影响因素：温度
      1. 本征激发与温度正相关。
      2. 复合速度与载流子浓度正相关。

1.1.2 杂质半导体

1. 概念：对本征半导体少量（少量不改变原有晶体结构）掺杂，人为提高载流子浓度。

2. N（Negative）型半导体：掺入磷（P）元素（5价元素），因为磷元素带来了一个自由电子。

   

   1. 自由电子数量大于空穴数量。
   2. 自由电子为多数载流子，简称多子。
   3. 空穴为少数载流子，简称少子。
   4. 整体仍然为电中性：
      1. 磷原子（施主原子）失去一个自由电子，变成磷离子，带正电。
      2. 每多一个带负电的自由电子，就多一个带正电的磷离子。
   5. 温度：
      1. 对多数载流子影响很小
         • 温度实际影响的是本征激发，几乎恒量，而掺杂后的自由电子数量大大增加
      2. 对少数载流子影响很大。
   6. 如果一个器件，受温度影响小，那么其必然以多数载流子导电，反之亦然。
   7. 如果一个器件，受温度影响大，那么其必然以少数载流子导电，反之亦然。

3. P（Positive）型半导体：掺入硼元素（3价元素），因为硼元素带来了一个空穴（少一个电子）。

   

   1. 空穴数量大于自由电子数量。
   2. 空穴为多数载流子，简称多子。
   3. 自由电子少数载流子，简称少子。
   4. 其余特性与N（Negative）型半导体类似。

4. 杂质半导体大大提高了本征半导体导电性能。

1.1.3 PN结

1. 扩散运动：
   1. 浓度差导致扩散运动。
   2. N区自由电子向 P 区移动。
   3. P区空穴向N区移动。
   4. 相互复合达到电中和。
2. PN结：
   1. N区与P区的中间结合部分，复合发生最多，载流子几乎消耗殆尽。
   2. 靠近N区只剩下磷离子（带正电），靠近P区只剩下硼离子（带负电），形成了一个离子层（磷离子与硼离子无法移动）。
   3. 离子层部分形成了一个空间电荷区，也叫耗尽区，耗尽层。
   4. 正负离子形成电场，叫内电场，电场方向为N指向P。
   5. 正电荷在电场中的受力方向规定为电场的方向。
   6. 也就是说，P区的空穴带正电，要往右边N区扩散，受到内电场向左的排斥力，也可以受到理解为暴露的带正电磷离子的排斥力。
   7. 也就是说，N区的空穴带负电，要往左边N区扩散，受到内电场向右的排斥力，也可以受到理解为暴露的带负电硼离子的排斥力
   8. 因此，中间部分也称为阻挡层，阻止扩散运动。
   9. 也叫势垒（电势堤坝）。
   10. 有电场就有电压，中间部分的电压被称为势垒电压（硅管0.7V）。
3. 依然存在少量扩散运动。
4. 漂移运动：
   1. 两边依然有少子存在。
   2. 空间电荷区对少子是吸引力。
5. 无外界影响的情况下，扩散运动与漂移运动形成动态平衡。
6. 温度主要影响少子而不是多子，因此温度升高，漂移运动加剧，扩散运动几乎不受影响，势垒电压减小。
7. 两边掺杂浓度相同，对称结；不同，不对称结。
8. 掺杂浓度越高，PN结越薄（到达需要电场所需面积小）。PN结宽度与掺杂浓度负相关。

1.1.4 PN结的单向导电性

1. 外加正向电压（从P到N）——正向偏置（正偏）

   0. 理解核心：

      1. 耗尽区的大量复合，没有让自由电子与空穴直接消失。
      2. 复合只是结合到一起，形成电中性。
      3. 耗尽层的本质是多子电中性，使得带电离子暴露出来。
      4. 扩散运动与复合一直都在发生，只是达到动态平衡。
      5. 即扩散运动的速度，与复合速度一致。

   1. 与内电场方向相反，削弱内电场 / 增强多子，PN结变薄。

      • PN结变薄：
        1. 理解1：
           1. 外加正向电压，多子获得向内的推力 / 能量。
           2. 两边的多子向中间（对面）扩散。
           3. 扩散运动加剧，强于复合（比之前强，最终达到新的动态平衡）。
           4. 多子与离子结合变多。
           5. 暴露的带电粒子减少。
           6. 离子层 / 耗尽层变薄。
        2. 理解2:
           1. 内电场力 / 势垒减弱。
           2. 耗尽层对多子的排斥力减弱。
           3. 两边的多子向中间（对面）扩散。
           4. 扩散运动加剧，强于复合（比之前强，最终达到新的动态平衡）。
           5. 多子与离子结合变多。
           6. 暴露的带电离子减少。
           7. 离子层 / 耗尽层变薄。

   2. 势垒降低，扩散运动恢复，导电。

   3. 死区，加少量电压，未超过势垒电压，电流几乎不变化。

   4. 到达某一程度后，电流急剧上升，指数级上升。

      
      1. U：PN结外加电压。
      2. Ut：温度当量的常数。
      3. K：玻耳兹曼常数。
      4. T：绝对温度。
      5. Q：电量。
      6. Ut实际上代表温度对结电流的影响。
      7. 室温下（300K）：Ut = 26mV。
      8. Is：反向饱和电流（很小，微安级，由漂移运动形成）。
      9. 指数关系，减一可以忽略。

2. 外加反向电压（从N到P）
   1. 与内电场方向相同，增强内电场，PN结变厚。
      • PN结变厚：
        1. 理解1：
           1. 外加反向电压，多子获得向外的拉力 / 能量。
           2. 两边的多子向两边扩散。
           3. 多子与离子结合变少。
           4. 暴露的带电离子变多。
           5. 离子层 / 耗尽层变厚。
        2. 理解2：
           1. 内电场力 / 势垒增强。
           2. 耗尽层对多子的排斥力增强。
           3. 两边的多子向两边扩散。
           4. 多子与离子结合变少。
           5. 暴露的带电离子变多。
           6. 离子层 / 耗尽层变厚。
   2. 势垒增高，近乎不导电，电流几乎为0。
3. 漂移运动产生很小的反向饱和电流，刚开始，反向电压增大，反向饱和电流增大，反向电压达到一定程度后，反向饱和电流不变（少数载流子有限）。

4. 反向饱和电流，与少数载流子浓度正相关，因此受温度影响。

1.1.5 PN结的伏安特性

1. 非线性电阻。

   

2. 正向特性：

   1. 死区电压。
   2. 导通之后，压降几乎不变。

3. 反向特性：

   1. 反向饱和电流（与温度相关）。
   2. 反向击穿：
      1. 齐纳击穿：（掺杂浓度高的时候）
         1. 掺杂浓度高的时候，空间电荷区小（PN结薄），外加反向电压大，空间电荷区内部场上升快，场强达到一定程度后，直接把价电子拉出来，变成自由电子（量子力学的隧穿哈哈🤣）。
         2. 击穿电压低。
         3. 温度越高，所需击穿电压越低（自由电子能量高）。
      2. 雪崩击穿：（掺杂浓度低的时候）
         1. 掺杂浓度低的时候，空间电荷区大（PN结厚），外加反向电压大，空间电荷区内部场强大，自由电子在空间电荷区被加速，撞击到价电子，把价电子撞成自由电子，越来越多，形成雪崩击穿。
         2. 击穿电压大。
         3. 温度升高，热运动加强，二次击穿，即热击穿。
         4. 温度越高，所需击穿电压越高（晶体震动幅度大，撞击概率大，加速距离短）。
         5. 雪崩击穿可恢复，热击穿不可恢复（正反馈过程）。

4. 限流电阻：保证二极管两端电压不过高。

1.1.6 PN结的电容效应

1. 电容：一个元器件储存电荷的能力。当一个元器件两端电压发生变化时，它储存电荷的变化量。

2. 势垒电容（非线性）：外加反向电压增大的时候，提高势垒，PN结变厚，空间电荷区电荷变多。

   

3. 扩散电容（非平衡少子与电压之间的关系）：外加正向电压增大的时候，PN结变薄，扩散运动增强，电荷浓度增大。

   

1.2 半导体二极管

1.2.1 常见结构及符号

1.2.2 伏安特性

1. 与PN结的区别：
   1. 体电阻的存在，使得相同电压下，电流比PN结小（电阻大一点）。
   2. 反向饱和电流大一点，封装后表面有一定的泄漏电流。
   3. 其他都一样。

2. 虚线表示温度的影响：

   1. 温度升高：
      1. 正向特性中，相同电压下获得了更大的电流，相同电流所需导通电压更小（温度上升加剧热运动）。温度升高1度（室温），正向压降减小2-2.5mV。
      2. 反向特性中，反向饱和电流加大。温度升高10度（室温），反向饱和电流加大一倍。
   2. 温度下降，与上述内容相反。
   
   

3. 折线化等效电路（直流情况下）

   1. 等效电路：

      

      1. 用线性元件表现非线性元件，一定条件下，估算结果接近。
      2. 一定条件下，外特性等效（电压与输出关系等效）。
      3. 物理原理等效。
      4. 伏安特性折线化。

   2. 图a

      1. 理想情况，严格遵循单向导电性。
      2. 导通压降为0。
      3. 无反向电流。

   3. 图b

      1. 有开通电压，补偿压降。
      2. 导通压降近似于不变。
      3. 电流变化很大的情况下，电压变化非常小。

   4. 判断二极管是否导通：先假设截止。

      

1.2.3 主要参数

• 二极管的主要参数：

  

  1. 最大整流电流：
     1. 二极管长期工作所能通过的正向平均电流的最大值。
     2. 二极管的工作电流值。
  2. 最高反向工作电压：能承受的最大反偏电压。
  3. 反向电流：越小表示反向截止效果越好。
  4. 最高工作频率 / 上限频率：
     1. 给二极管加上交流信号时，工作频率无法一直上升，因为二极管有结电容。
     2. 频率低时，结电容可以忽略，容抗非常高，可以当作断路。
     3. 频率不断上升，容抗逐渐下降，足够高时，单向导电被破坏。

1.2.4 应用

1. 线性等效法举例。

   

2. 二极管是非线性电阻（动态电阻），用图解法分析非线性元件。

   

3. 二极管的电流变化，是因为其两端电压变化，变化很小，图解法与等效法计算结果相差不大，估算时可忽略。

4. 二极管应用举例

   

   

   

   • 整流：交流电变成直流电。

   

   

   • 检波：还原调制信号。

1.2.5 二极管电路的小交流信号分析

1. ui：正弦交流信号。
2. uI：交直流混合的瞬时信号。
3. UI：直流信号。
4. Ui：ui（正弦交流信号）的有效值。
5. Ui·：ui（正弦交流信号）的向量。

1. 等效情况下，小交流的电压能引起多大的电流。

2. 无法用直流电阻表征二极管（可变电阻）。

3. 交流电压变化范围，对应着电流的变化范围。

4. 电流的变化范围，为一小段曲线，近似于一小段直线。

5. 电压电流比值，相当于近似的小段直线的斜率，即过曲线某一点的切线斜率。

6. 电阻为斜率的倒数。

7. 二极管电阻（动态电阻）rd，与静态电流ID相关，与温度UT相关。

8. 与静态电流ID相关，因为所有交流电压围绕静态（工作）点变化。

9. 静态（工作）点不同，斜率变化，动态电阻不同，相同的电压下，电流不同。

10. 同一个二极管，工作在不同的直流情况下，相同的小交流信号，输出的交流电流截然不同。

11. 因此，分析二极管交流的响应，必须分两步：

    1. 必须先明确二极管是工作在怎样的直流环境下，因为此直流决定后面的交流的变化，决定了交流的响应。
    2. 分析交流电路。

12. 二极管的微变等效：

    1. 直流电不同，交流等效电阻（rd）不同，分析直流求出静态工作的电流（ID）。即确定静态工作点。
    2. 通过静态工作点，得出二极管的等效电阻（rd）。用等效电阻（rd）取代二极管，再用纯交流分析。
    

13. 先设交流电压为0，得出静态工作点。

14. 等效电阻（rd）取代二极管后，加上交流电源。

15. 相当于移动坐标系，代价为消除直流。

    

16. 将计算出的交流电流（脚标小写）与直流电流相加。

    

1. 思想：
   1. 先不考虑交流，找到静态工作点Q。
   2. 然后去掉直流，加入交流，把二极管等效为电阻，求交流的值。
   3. 二者合并。

1.2.6 稳压二极管

1. 反向击穿后，在很大的电流范围内，输出电压变化非常小，近似不变，可以稳压。

2. 反向击穿，二极管不一定损坏。热击穿一定损坏。

3. 稳压二极管：工作在击穿状态下的二极管。

   1. 能通过较大电流。
   2. 散热好。

4. 正向也可以稳压，但是电压值比较单一，反向可以通过调节浓度，得到不同的电压，因此使用反向稳压。

5. 伏安特性：

   1. 普通二极管的伏安特性。
   2. 最小稳定电流值（反向击穿的临界值）.

6. 参数：

   1. 稳定电压。
   2. 最小稳定电流。
   3. 温度系数：不固定，表示温度每变化一度，稳压值的变化量
      1. 如果稳定电压<4V，温度系数为负（温度越高，稳定电压越低）——齐纳击穿
      2. 如果稳定电压>7V，温度系数为正（温度越高，稳定电压越高）——雪崩击穿

7. 稳压原理

   1. 电源直接加二极管，不可行。
   2. 必须加一个限流电阻。
   3. 电压上升，二极管电压上升，二极管电压上升一点点，电流上升很多。
   4. 电流上升很多，电阻抵消了电源电压的上升。

8. 举例

   

   

   

   • 先假设稳压二极管截止，看电压判断其是否击穿。

9. 应用

   1. 整流。
   2. 检波。
   3. 小信号处理。
   4. 稳压。

1.2.17 其他二极管

1.3 双极型晶体管

1.3.1 结构与类型

1. 三明治结构：
   1. 三个区域：
      1. 发射区：发射载流子。
         1. N。
         2. 区域小。
         3. 掺杂浓度很高。
      2. 基区：控制区域。
         1. P。
         2. 非常薄。
         3. 掺杂浓度比较低。
      3. 集电区：收集载流子。
         1. N。
         2. 区域大。
         3. 掺杂浓度低。
   2. 两个PN结（P与N接触的地方）：
      1. 发射结（靠近发射区）。
      2. 集电结（靠近集电区）。
   3. 三个电极：
      1. 发射极。
      2. 基极。
      3. 集电极。
2. 箭头方向，区分PNP与NPN。箭头方向代表PN方向，也为发射结导通方向。

1.3.2 特性简介

1. 发射极、基极、集电极。
2. 三明治结构、三个区域、两个PN结。
   1. 发射结。
   2. 集电结。

3. 放大作用：某种状态下，Ic（集电极电流）= n * Ib（基极电流）。
4. 开关作用：
   1. 截止状态，C（集电极）与E（发射极）之间类似断开。
   2. 饱和状态，C（集电极）与E（发射极）之间导通。
5. 三极管的三个状态：
   1. 截止状态。
   2. 放大状态。
   3. 饱和状态。

1.3.3 电流放大作用

1. 一定条件下，才可以放大。
2. 放大的前提是不失真。
3. 本质是对能量的重新控制。

1.3.4 基本共射放大电路

1. 基本结构

   1. Rb不能没有，Rb是限流电阻。
   2. 正偏与反偏（偏指偏置）
      1. 正偏：给PN结上加了能够使其正向导通的电压。
      2. 反偏：给PN结上加了能够使其截止的电压。
   3. 放大电流的能量来源于VCC。
   参考

   1. 三极管是如何实现放大的（上）
   2. 三极管是如何实现放大的（下）

2. 晶体管内部载流子运动与外部电流

   1. 三极管置于放大电路中。

   2. 发射结正偏，集电结反偏。

   3. 发射过来的自由电子，通过基区，向集电结扩散。

   4. 自由电子在基区中复合。

   5. 集电结反偏，收集从发射区扩散过来的自由电子。

      

3. 基本共射放大电路：（NPN型）

   1. 发射结正偏：

      1. 发射区与基区的多子，进行扩散运动。
      2. 发射区自由电子（多子）向基区扩散。（很大）——Ien
      3. 基区的空穴，向发射区扩散。（很小，可以忽略）——Iep
      4. 电流速度与正向电压正相关。Ie （发射极电流）= Ien + Iep

   2. 基区：

      1. 发射区自由电子，经过基区，继续向集电区扩散。
      2. 基区发生复合。（少，因为基区薄且掺杂浓度低，自由电子多）
      3. 基区的厚度，与掺杂浓度，决定了复合的比例。（基极不断产生空穴，逐步达到动态平衡，扩散速度不变的情况下）
      4. Icn 与 Ibn 近似成比例。基区越薄，发射区的掺杂浓度 比上 基区的掺杂浓度越高，比例越大。（越薄、浓度越低，复合越少）

   3. 集电结反偏：

      1. 收集从发射区扩散来的自由电子。

      2. 自身的少子的漂移运动。（Icbo，很小，集电结的反向饱和电流）

         

   参考

   晶体管中的电流及参数

4. 电流放大系数

   

1.3.5 BJT共射特性曲线

1. 输入特性

   

   

   1. Uce为常数。
   2. Uce越小，曲线越往左。
   3. Uce越大，曲线越往右。
   4. Uce > 1V，曲线几乎不动。
   5. 基极电流（Ib）受发射结电压（Ube）控制。
   参考

   NPN晶体管的输入特性

2. 输出特性

   

   

   • Ib = 0，穿透电流（Iceo），越小越好，越小截止区截止的越干净。

   

   1. 放大区（发射结正偏，集电结反偏）。
   2. 截止区（发射结反偏，集电结反偏）。
   3. 饱和区（发射结正偏，集电结正偏）。

   

   参考

   1. NPN晶体管的输出特性
   2. NPN晶体管的放大、饱和和截至状态（讲解非常清晰）

1.3.6 主要参数与温度影响

1. 与PN结相同：
   1. 温度升高1度，正向压降降低2-2.5毫伏。
   2. 温度升高10度，反向饱和电流提升一倍。

2. 穿透电流受温度影响（正相关）。
3. 放大倍数受温度影响（正相关）。

1.3.7 光电三极管

1.3.8 用BJT构造基本共射放大电路

1. Rb：给偏置。
2. Rc：给偏置，电流转化为电压。
3. Vcc：提供能量。
4. ui：提供控制。
5. 三极管：核心。

1.3.9 基本共射放大电路分析

1. 思想与二极管小交流信号的分析相同。

2. 先不管交流，分析直流单独作用的情况。

3. 动态信号置0，整个通路叫做直流通路。

   

4. 含有非线性电阻的非线性电路的求法：图解法。

   1. 非线性元件本身的伏安特性。
   2. 外部的工作特性。
   3. 两个曲线的交点，即为静态工作点。

5. 输入特性曲线上的静态工作点。

6. 输出特性曲线上的静态工作点。

7. 加入交流。

   

1.3.10 基本共基放大电路

把自己作为设计者，用设计的思路去思考与学习；而不是以学习者和使用者的角度，用分析的思路去分析学习。——郑益慧【我想代码也是如此 ——崔叉叉】

1. 共射（共用发射极）：
   1. 输入：基极。
   2. 输出：集电极与发射极之间。
2. 共基（共用基极）：
   1. 输入：发射极与基极之间。
      • 问：为什么不选集电极作为输入？答：集电极不表现出控制作用。
   2. 输出：集电极与基极之间。
3. 无论共用哪个极？最终目的是确保，输入信号使得UBE发生改变，产生放大作用。因此输入信号要么加在B极，要么加在E极。
4. 基本构建思路：
   1. 输入信号通（加电源）。
   2. 输入加电阻保护。
   3. 加入输入信号。
   4. 输出信号随输入变化。
   5. 反偏（电位高，加电源）。
   6. 加电阻输入电压。

1.4 场效应管

1.4.0 回顾晶体三极管

1. 晶体三极管是电流控制型元器件（流控流型）。
2. 要控制三极管，需要提供电压与电流。
3. 有电压电流，就有功率有功耗。
4. 晶体三极管，功耗相对较大，不利于集成。
5. 场效应管靠电场效应控制，为电压控制型元器件（压控流型），输入电阻非常高，几乎无电流，消耗功率非常小，
6. 晶体三极管，双极型，多子与少子都导电，受温度影响大。
7. 场效应管，只有多子参与导电，受温度影响小。

1.4.1 绝缘栅型场效应管

1. 场效应管（FET），也叫场效晶体管。
2. 绝缘栅型场效应管，MOS管。
3. MOS管：MOS – FET（金属氧化物半导体场效应晶体管）。
4. 结型场效应管：JFET

5. N沟道增强型MOS管。
   1. 结构：
   2. g：栅极（绝缘）—— 基极。
   3. 二氧化硅层，非常薄。
   4. s：源极 —— 发射极。
   5. d：漏极 —— 集电极。
   6. 衬底B。
6. 符号：如图。

1.4.2 N沟道增强型场效应管工作原理

1. 栅极不给电压 / 电源，直接把源极和漏极接起来，无论电源怎么接，都不会导通，因为有两个反向的PN结。

2. 实际中，衬底与源极是相连的，相当于短接，因此源极处的PN结不存在，只有一个PN结。

   

3. 给栅极加电压，吸引自由电子，排斥空穴，源极漏极之间形成反型层，电流可以导通。

4. 再给源极漏极之间加电源，有电流。

5. 如果电流从源极走向漏极，是可以的，但是无法用栅极控制，因为漏极PN结是导通状态，没有意义。

6. 因此，电流需从漏极走向源极。

   

7. 在源极与漏极之间，没有电压的时候，也就是只有栅极有电压的时候，绝缘板子与衬底N沟道之间的电势差，是均匀的。垂直向下的电场，也是均匀的，所以N沟道是均匀的。如图所示。

   

8. 在源极与漏极之间，加上电压的时候，绝缘板子与衬底N沟道之间的电势差，变得不均匀。

9. 此处一直没有理解的大坑，是被示意图坑了！栅极的电压，加在绝缘板子上，源极与漏极处，没有绝缘板子，之间加到N区，是嵌在衬底上的！如图所示。

   

10. 因此，绝缘板子的电位不变（VGS不变）。源极N区接负极，电位减小了 / 不变，与绝缘板子的电势差变大了 / 不变。漏极N区接正极，电位增大了，与绝缘板子的电势差变小了。

11. 所以，N沟道的电势差不均匀了，从源极到漏极越来越小。漏极与源极的电压越大，漏极N区处，与绝缘板子的电势差越小 / 不变。UDS越大，UDG越小。

12. 也就是说，源极N区处的，垂直向下的电场，在增大 / 不变；漏极N区处的，垂直向下的电场，在减小。

13. 场强越小，沟道越窄。所以，N沟道变形了，左宽右窄。

    

1. N沟道绝缘栅型，为对称设计，与衬底接到一起的那一极，为源极。衬底没接，D与S可以互换。

2. DS短接，无电压。源极与衬底接到一起。

3. UDS = 0。UGS加电压。

4. UGS逐渐增大，GS之间电压，等同于GB之间电压，电场向下，排斥空穴。

5. 形成PN结、耗尽层，耗尽层中无载流子。

6. 继续加大电压，衬底的少子（自由电子）被吸到两个N之间，形成沟道。

7. DS之间开始导电，此时的UGS电压，为开启电压（UGSTH）。

8. 箭头为衬底与沟道之间的PN结方向。

   1. 箭头向里，N沟道。
   2. 箭头向外，P沟道。

9. UGS不变，沟道宽度不变。沟道宽度不变，DS之间电阻不变。—— 电压控制型的可变电阻。

   

10. UGS > UGSTH，并保持不变，UDS不等于0。

11. 继续不断提升UDS，D处电位不断升高。

12. UGD = UGS - UDS。

13. UDS不断升高，UGD不断降低，UDS不变，因此沟道变形，越靠近D越窄。

14. G与D的电位差，小于开启电压（UGSTH）时，D处类似于重新闭合。

    

15. 预夹断，没有真正闭合断开。UGS - UDS = UGSTH。

16. 电压继续增大，电流几乎不变（恒流区），夹缝区域增大。

17. 增大的电压与增大的电阻抵消，ID电流几乎不变。

18. 恒流区，ID电流，只受UGS控制。

19. 放大：

    1. 产生沟道（UGS大于开启电压）。
    2. 大UDS使进入恒流区。
    3. UDS控制ID电流。

20. 三个区域：

    1. 截止区（UGS小于开启电压）。
    2. 可变电阻区：
       1. UGS影响DS之间电阻大小。
       2. ID电流等于UDS比DS之间电阻。
    3. 恒流区。

1.4.3 N沟道耗尽型场效应管

1. 绝缘层自带正电荷，正电荷多到N沟道天生产生。
2. 加正向电压沟道变大，加反向电压沟道变小，加到一定程度（UDSoff），沟道消失，夹断电压。
3. 其他与N沟道增强型相同。

1.4.4 结型场效应管

1. 自带N沟道，栅极控制两边的P。
2. GS加反向电压（负电压），使两边PN结反偏，沟道变窄，最终夹断。
3. DS加电压在沟道上，从上到下场强逐渐减小，P处的UGS不变，那么PN结两边的反向电压，从上到下逐渐减弱，越弱PN结越薄。
4. 最终出现恒流区，ID电流只与UDS相关。
5. UGS一定不能大于0，否则PN结导通。

1.4.5 场效应管的特性曲线

1. 转移特性曲线（无输入电流）

   1. 增强型：

      

   2. 耗尽型：

      

   3. 结型：

      

2. 输出特性曲线

   1. 增强型：如上图

   2. 结型：

      

• 增强型（全正）需要开启，耗尽型（有正有负）和结型（全负）自带沟道不需要开启

1.4.7 场效应管的主要参数

1. 直流参数：

   1. UGSth——增强型
   2. UGSoff——耗尽型或结型
   3. IDSS——耗尽型或结型
   4. RGSDC

2. 交流参数：

   1. 跨导：

      

      1. 转移曲线上某一点切线的斜率。
      2. 小交流信号在静态某一点震荡。

   2. 极间电容：

      1. 每个极之间都有电容。
      2. 疲乏级。
      3. 高频会出问题（极间电容导通）。

3. 极限参数