半导体三极管和场效应管（3）

1.3 半导体三极管,一、 三极管的结构、符号和分类,二、 三极管的电流分配和放大作用,三、 三极管的特性曲线,四、 三极管的主要参数,五、 三极管的选择要点,六、 应用电路举例,一、结构、符号和分类,发射极 E,基极 B,集电极 C,发射结,集电结, 基区, 发射区, 集电区,emitter,base,collector,NPN 型,PNP 型,特点：三区、三极、二结。,分类：,按材料分： 硅管、锗管,按功率分： 小功率管 500 mW,按结构分： NPN、 PNP,按使用频率分： 低频管、高频管,大功率管 1 W,中功率管 0.5 1 W,双极性晶体管的常见外形图如图,图2.3.2 三极管外形图,二、放大条件、电路及电流分配,1. 三极管放大的条件,内部 条件,发射区掺杂浓度高,基区薄且掺杂浓度低,集电结面积大,外部 条件,发射结正偏 集电结反偏,2. 满足放大条件的三种电路,共发射极,共集电极,共基极,即：对于NPN管， VC VB VE；对于PNP管， VE VB VC。,IE = IC + IB,3. 三极管的电流分配关系,共射电流放大倍数，表征三极管的电流放大能力，一般为20200之间.,三、 三极管的特性曲线,一、输入特性,输入 回路,输出 回路,与二极管特性相似,特性基本重合(电流分配关系确定),特性右移(因集电结开始吸引电子),导通电压 UBE(on),硅管： (0.6 0.8) V,锗管： (0.2 0.3) V,取 0.7 V,取 0.3 V,二、输出特性,截止区： IB 0 IC = ICEO 0 条件：两个结反偏,截止区,ICEO,2. 放大区：,放大区,截止区,条件： 发射结正偏 集电结反偏 特点： 水平、等间隔,ICEO,3. 饱和区：,uCE u BE,uCB = uCE u BE 0,条件：两个结正偏,特点：IC IB,临界饱和时： uCE = uBE,深度饱和时：,0.3 V (硅管),UCE(SAT)=,0.1 V (锗管),放大区,截止区,饱 和 区,ICEO,三、温度对特性曲线的影响,1. 温度升高，输入特性曲线向左移。,温度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。,温度每升高 10C，ICBO 约增大 1 倍。,T2 T1,2. 温度升高，输出特性曲线向上移。,温度每升高 1C， (0.5 1)%。,输出特性曲线间距增大。,O,四、 三极管的主要参数,（一）电流放大系数,1. 共发射极电流放大系数, 直流电流放大系数, 交流电流放大系数,一般为几十 几百,Q,是共射直流电流放大系数，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。 一般,2. 共基极电流放大系数, 1 一般在 0.98 以上。,Q,二、极间反向饱和电流,CB 极间反向饱和电流 ICBO，,CE 极间反向饱和电流 ICEO，又叫穿透电流。,三、极限参数,1. ICM 集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。,2. PCM 集电极最大允许功率损耗,PC = iC uCE。,U(BR)CBO 发射极开路时 C、B 极间反向击穿电压。,3. U(BR)CEO 基极开路时 C、E 极间反向击穿电压。,U(BR)EBO 集电极极开路时 E、B 极间反向击穿电压。,U(BR)CBO, U(BR)CEO, U(BR)EBO,思考题,1. 既然BJT具有两个PN结，可否用两个二极管相联以构成一只BJT，试说明其理由。,2. 能否将BJT的e、c两个电极交换使用，为什么？,3. 为什么说BJT是电流控制型器件？,例 题,例2.3.1 图2.3.1 所示各晶体管处于放大工作状态，已知各电极直流电位。试确定晶体管的类型（NPN /PNP、硅/锗），并说明x、y、z 代表的电极。,图2.3.1,提示： （1）晶体管工作于放大状态的条件：NPN管：VC VBVE，PNP管：VEVBVC；（2）导通电压：硅管|VBE|= 0.60.7V，硅管|VBE|= 0.20.3V，,图2.3.1,例2.3.2 已知NPN型硅管T1 T4 各电极的直流电位如表2.3.1所示，试确定各晶体管的工作状态。,提示： NPN管（1）放大状态：VBE Von, VCE VBE; （2）饱和状态： VBE Von, VCE VBE; （3）截止状态： VBE Von,表2.3.1,放大,饱和,放大,截止,当 UCE = 10 V 时，IC mA 当 UCE = 1 V，则 IC mA 当 IC = 2 mA，则 UCE V,例2.3.3已知:三极管的极限参数分别为 ICM = 20 mA, PCM = 100 mW，U(BR)CEO = 20 V，则问：,10,20,20,本讲主要介绍了以下基本内容： 双极性晶体管的结构和类型：NPN、PNP 晶体管的电流放大作用和电流分配关系 晶体管具有放大作用的内部条件 晶体管具有放大作用的外部条件 IE=IB+IC=(1+)IB， IC=IB， 晶体管的特性及参数 VBE、Von 晶体管的三个工作状态 温度对晶体管参数的影响,三极管小结,1.4 场效应管,引 言,一、 结型场效应管,三、 场效应管的主要参数,二、MOS 场效应管,引 言,场效应管 FET (Field Effect Transistor),类型：,结型 JFET (Junction Field Effect Transistor),绝缘栅型 IGFET(Insulated Gate FET),特点：,1. 单极性器件(一种载流子导电),3. 工艺简单、易集成、功耗小、 体积小、成本低,2. 输入电阻高 (107 1015 ，IGFET 可高达 1015 ),一、 结型场效应管,1. 结构与符号,N 沟道 JFET,P 沟道 JFET,一、增强型 N 沟道 MOSFET (Mental Oxide Semi FET),二、 MOS 场效应管,1. 结构与符号,P 型衬底,(掺杂浓度低),用扩散的方法 制作两个 N 区,在硅片表面生一层薄 SiO2 绝缘层,用金属铝引出 源极 S 和漏极 D,在绝缘层上喷金属铝引出栅极 G,S 源极 Source,G 栅极 Gate,D 漏极 Drain,二、耗尽型 N 沟道 MOSFET,Sio2 绝缘层中掺入正离子在 uGS = 0 时已形成沟道；在 DS 间加正电压时形成 iD，,uGS UGS(off) 时，全夹断。,三、 场效应管的主要参数,开启电压 UGS(th)(增强型) 夹断电压 UGS(off)(耗尽型),指 uDS = 某值，使漏极 电流 iD 为某一小电流时 的 uGS 值。,UGS(th),2. 饱和漏极电流 IDSS,耗尽型场效应管，当 uGS = 0 时所对应的漏极电流。,UGS(th),3. 直流输入电阻 RGS,指漏源间短路时，栅、源间加 反向电压呈现的直流电阻。,JFET：RGS 107 ,MOSFET：RGS = 109 1015,4. 低频跨导 gm,反映了uGS 对 iD 的控制能力， 单位 S(西门子)。一般为几毫西 (mS),O,四、场效应管与晶体管的比较, 场效应管的漏极d 、栅极g和源极s分别对应晶体管的集电极c、基极b和发射极e，其作用类似。, 场效应管以栅-源电压控制漏极电流，是电压控制型器件，且只有多子参与导电，是单极性晶体管；三极管以基极电流控制集电极电流，是电流控制型器件，晶体管内既有多子又有少子参与导电，是双极性晶体管。,场效应管的输入电阻远大于晶体管的输入电阻，其温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声系数小。,场效应管的漏极和源极可以互换，而互换后特性变化不大；晶体管的集电极和发射极互换后特性相差很大，只有在特殊情况下才互换使用。但要注意的是，场效应管的某些产品在出厂时，已将衬底和源极连接在一起，此时，漏极和源极不可以互换使用。,场效应管的种类多，栅-源电压可正、可负，使用更灵活。,场效应管集成工艺更简单、功耗小、工作电源电压范围宽，使之更多地应用于大规模和超大规模集成电路中。,一般情况下，由晶体管构成的放大电路具有更高的电压放大倍数和输出功率。,思考题 场效应管符号中的箭头方向表示什么？ 为什么FET的输入电阻比BJT的高得多？为什么MOSFET比JFET的输入电阻高？ 场效应管正常放大时，导电沟道处于什么状态？ 使用MOS管应注意些什么？,例 题,例1.4.1 已知各场效应管的输出特性曲线如图1.4.10 所示。试分析各管子的类型。,图1.4.10 例1.4.1图,解: (a) iD0（或vDS0），则该管为N沟道； vGS0，故为JFET（耗尽型）。,(b) iD0（或vDS0），则该管为P沟道； vGS