电子基础第13章二极管三极管场效应管.ppt

二极管、三极管,二极管、三极管 重要的半导体器件 重要的电子电路的基础组成器件 重要的集成电路原型,二极管,二极管概述：,二极管又称晶体二极管,diode 它是一种具有单向传导电流的电子器件 晶体二极管是一个由p型半导体和n型半导体烧结形成的p-n结界面,二极管结构、符号,二极管的主要特性,1. 单向导电性 PN结（二极管）的主要特性是单向导电性，也就是在正向电压的作用下，导通电阻很小；而在反向电压作用下导通电阻极大或无穷大。 注意：只有在外加正向电压时这一特性才显示出来。被动器件,3. 管压降特性： 在二极管导通后，正向压降基本不变，管子的正向电流发生很大变化时，正向压降才有微小的变化。换言之，当正向电压有一个微小变化时，将引起正向电流的很大变化。硅二极管的正向压降为0.6V左右，锗二极管的正向压降为0.2V左右。,2. 正向电阻小，反向电阻大 正向电阻是指二极管正向导通后管子正负极间的电阻（是PN结的正向电阻）这一电阻很小正向电阻小。反向电阻是指二极管处于反向偏置而未击穿时的电阻（是PN结的反向电阻），这一电阻很大反向电阻很大。,4 .二极管的VA特性,2）、反向特性 二极管两端加上反向电压时，反向 电流很小，当反向电压逐渐增加时，反向电流基本保持不变，这时的电流称为反向饱和电流（见曲线II段)。不同材料的二极管，反向电流大小不同，硅管约为1微安到几十微安，锗管则可高达数百微安，另外，反向电流受温度变化的影响很大，锗管的稳定性比硅管差。,1）、正向特性 加在二极管两端的正向电压（P为正、N为负）很小时（锗管小于0.1伏，硅管小于0.5伏），管子不导通处于“死区”状态，当正向电压起过一定数值后，管子才导通，电压再稍微增大，电流急剧暗加（见曲线I段）。不同材料的二极管，起始电压不同，硅管为0.5-0.7伏左右，锗管为0.1-0.3左右。,二极管的主要特性,二极管的主要特性,3）、反向击穿特性 当反向电压增加到某一数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿（见曲线III)。这时的反向电压称为反向击穿电压，不同结构、工艺和材料制成的管子，其反向击穿电压值差异很大，可由1伏到几百伏，甚至高达数千伏。电击穿（雪崩击穿和齐纳击穿）可逆，热击穿不可逆。 主要应用为稳压二极管和瞬态抑制二极管等,二极管的分类,二极管的分类,除普通二极管外，还有若干特殊二极管：用于稳压的稳压二极管（齐纳二极管）、用于调谐的变容二极管、以及光电子器件（光电二极管等、发光二极管、激光二极管）等。,二极管的应用,二极管的整流 大多数电器设备无法直接使用交流电，必须把交流电转换成直流电以后才能加以利用。把交流电转换成直流电的过程叫做“整流”。,二极管使用在限幅、开关、低电压稳压等电路中，起整流、检波、限幅、箝位、开关、 元器件保护、温度补偿等作用。,三极管,半导体三极管有两种类型： 一种是双极型半导体三极管(BJT Bipolar Junction transistor)，常称为晶体管，在电路中常用“Q”加数字表示 ，有两种载流子参与导电(多数载流子和少数载流子），被称之为双极型器件。晶体管是电流控制元件，由两个PN结组合而成,另一种是场效应半导体三极管，仅由一种载流子（多数）参与导电，所以称之为单极型器件。场效应管是电压控制元件，由电场效应来控制其电流大小， 分为两大类：结型场效应管（JFET Junction type Field Effect Transistor）和金属氧化物半导体场效应管（MOSFET MetalOxideSemiconductor type Field Effect Transistor ）,三极管概述：,三极管结构、符号：,NPN型,PNP型,结构,符号,结构,符号,由于三极管的结构和外形特征，它有三个接出来的端点，所以便被形象的命名为三极管。 并不是所有三脚的器件都是三极管,三极管的基本结构是两个反向连结的PN结面,有pnp和npn 两种组合；三个接出来的端点依序称为发射极（emitter,E）、基极（base,B）和集电极（collector,C）,三极管参数,9011 NPN 30V 30mA 400mW 150MHz 放大倍数20-80 9012 PNP 50V 500mA 600mW 低频管 放大倍数30-90 9013 NPN 20V 625mA 500mW 低频管 放大倍数40-110 9014 NPN 45V 100mA 450mW 150MHz 放大倍数20-90 8050 NPN 25V 700mA 200mW 150MHz 放大倍数30-100 8550 PNP 40V 1500mA 1000mW 200MHz 放大倍数40-140,9013 ：NPN 集电极-发射极电压 20V 集电极-基电压 45V 射极-基极电压 5V 集电极电流 0.5A 耗散功率 0.625W 结温 150 特怔频率 最小 150MHZ 放大倍数： 40-110,三极管的三种状态,截止状态：当加在三极管发射结的电压小于pn结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。 放大状态：当加在三极管发射结的电压大于pn结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数=Ic/Ib，这时三极管处放大状态。,饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于pn结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极和发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。,三极管的放大作用,三极管的最基本的一种应用，是将微弱的电信号加以放大,基极电流用IB表示，集电极电流用IC表示 ， 发射极电流用IE表示。则关系为： IC= IB IC= IE IE= IC+IB=（1+ ）IB 、 为两种电流放大系数，关系为： IE= IC+IB,1电流放大系数,三极管有一个重要参数就是电流放大系数。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。,2放大条件,三极管的放大作用，主要依靠发射极电流能通过基区传输，然后到达集电极而实现，为了保证这一过程，既要满足内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，由要满足外部条件：发射结正向偏置、集电结反向偏置,三极管的放大电路,利用BJT组成的放大电路,其中一个电极作为信号输入端,一个电极作为输出端,另一个电极作为输入、输出的共同端.根据共同端的不同,BJT可有三种连接方式:共基极（用CB表示）、共发射极（用CE表示） 、共集电极（用CC表示）接法,三极管放大电路的三种组态（三种基本放大电路）,基本放大电路分析,静态分析,动态分析,画直流通路： 电容看成开路 电感看成短路 电源不计内阻 计算IB以及IC值，根据输出特征曲线确定Q点,画交流微变等效通路： 电容看成短路 直流电源短路 将三极管等效成由基极电流控制的集电极和发射极受控电流源 计算Au=-RL/rbe、ri rbe和roRc 计算Aus=ri/ (Rs+ ri) Au,分压式放大电路分析,静态分析,动态分析,电容看成开路、电感看成短路、电源不计内阻 计算IB以及IC值，根据输出特征曲线确定Q点 Ub Rb2与Rb2的分压值,电容看成短路、直流电源短路、将三极管等效成由基极电流控制的集电极和发射极受控电流源 计算Au=-RL/rbe、ri rbe和roRc 计算Aus=ri/ (Rs+ ri) Au,共集电极放大电路,输入和输出共用集电极 （射随器） 静态：IB=(Vcc-UBE)/RB+(+1)RE IC= IB UCE Vcc- ICRE 动态：AU 1 ri RBrbe+(1+ )RL roRcv =( rbe +RS )/(1+ )RE 特点：电压放大倍数接近且小于1；电流和功率放大；输入高阻输出低阻 应用：输入级；隔离缓冲级；输出级,共基极电压放大电路,输入和输出共用基极 静态：电路结构与分压式相同 IB、IC、 UCE 动态：AU= RL / rbe 不计Rc， ri rbe/(1+ ) 计Rc时ri = ri RE roRc 特点： ri 很小； AU很大 应用：收音机电视机高频头的前级放大,多级放大电路,多个单级放大电路组合而成 输入级，中间级，输出级 耦合方式：直接耦合，变压器耦合，阻容耦合,元件少体积小；零点漂移,隔直稳定阻抗匹配；体积大,隔直方便调试；低频特性差,三极管的分类,晶体三极管的种类很多，分类方法也有多种。下面按用途、频率、功率、材料等进行分类。 1）按材料和极性分有硅材料的NPN与PNP三极管，锗材料的NPN与PNP三极管。 2）按用途分有高、中频放大管、低频放大管、低噪声放大管、光电管、开关管、高反压管、达林顿管、带阻尼的三极管等。 3）按功率分有小功率三极管、中功率三极管、大功率三极管。 4）按工作频率分有低频三极管、高频三极管和超高频三极管。 5）按制作工艺分有平面型三极管、合金型三极管、扩散型三极管。 6）按外形封装的不同可分为金属封装三极管、玻璃封装三极管、陶瓷封装三极管、塑料封装三极管等。,三极管的应用,场效应管Field Effect Transistor(FET),场效应管概述：,什么是场效应管： 场效应管也是PN结构成的半导体器件，利用输入电压构成的电场来控制输出电流的大小，属于电压控制器件（三极管电流控制）,输入阻抗高100M 热稳定性好 功耗小mW 噪声低 制造工艺简单 方便集成,场效应管特点：,结构符号：,工艺： 在一个半导体衬底（N/P）上的两侧各扩散出另一种半导体（P/N），并将扩散出来的两极连接形成栅极（G），衬底上引出的两极分别叫漏极（D）和源极（S）,工作原理和特性：,改变栅极电压的大小相对源极，PN结的厚度相应变化，使得导电沟道宽度发生变化，从而控制iD 可变电阻区：VDSID近似线性关系 恒流区：ID几乎不随VDS改变 夹断区（截止区）,N/P沟道增强型 N/P沟道耗尽型 原理特性与结型场效应管相同,绝缘栅场效应管：,金属-氧化层-半导体-场效晶体管，（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET） 衬底与扩散出来的半导体之间有二氧化硅绝缘层和金属铝层,场效应管：,主要参数： 开启电压UGS(th)和夹断电压UGS(off) 饱和漏电流IDSS 直流输入电阻RGS 低频跨导gm（反映UGS对ID的控制能力 漏源击穿电压U(BR)DS 栅源击穿电压U(BR)GS 最大耗散功率PDM,注意点： 各电压不能超出最大允许值 使用时脚位不能接错 施加电压必须正确，栅源为负压 保存时栅源需短接或防静电处理 使用时注意电压极性,场效应管+可控硅调光电路,场效应管放大电路：,条件：放大电路必须使场效应管工作在恒流区,静态分析：UGS，UDS,动态分析： AU