双极型晶体管MOS管简介.ppt

1,1.3 双极型晶体管,双极型晶体管的几种常见外形 （a）小功率管 （b）小功率管 （c）中功率管 （d）大功率管,双极型晶体管又称三极管。电路表示符号：BJT。根据功率的不同具有不同的外形结构。,2,一. 基本结构,由两个掺杂浓度不同且背靠背排列的PN结组成，根据排列方式的不同可分为NPN型和PNP型两种,每个PN结所对应区域分别称为发射区、基区和集电区。,3,制成晶体管的材料可以为Si或Ge。,4,基区：较薄，掺杂浓度低,集电区：面积较大,发射区：掺 杂浓度较高,5,BJT是非线性元件，其工作特性与其工作模式有关：,当EB结和CB结均加正偏时,BJT处于饱和模式; 当EB结加零偏或反偏、CB结加反偏时,BJT处于截止模式。,当EB结加正偏, CB结加反偏时,BJT处于放大模式;,BJT主要用途是对变化的电流、电压信号进行放大，饱和模式和截止模式主要用于数字电路中。,6,二. 电流放大原理,以NPN型BJT为例讨论 ，其结论同样适用于 PNP型BJT，不同的是 外加电压与前者相反。 输入回路 输出回路 共射极放大电路,工作的基本条件： EB结正偏； CB结反偏。 VCCVBB VEE,7,BJT的放大作用可表现为：用较小的 基极电流控制较大的集电极电流，或将较 小的电压按比例放大为较大的电压。,a)EB结加正偏,扩散运动形成IE。 b)扩散到基区的自由电子与空穴复合形成IB。 c)CB结加反偏,漂移运动形成IC。,1BJT内部载流子运动,8,EB,RB,EC,进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE ，多数扩散到集电结。,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。,RC,9,EB,RB,EC,集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。,从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。,ICBO：发射极开路时集电结反向饱和电流 ICEO ：基极开路时集电极与发射极在VCC 反偏作用下的电流 ，称为穿透电流。分析时可忽略，但可反映BJT的质量。,10,IB=IBE -ICBOIBE,11,2.电流分配关系,忽略对极间电流影响较小的电子和空穴 运动形成的电流，BJT中电流关系为： IE=IC+IB,3.BJT电流放大系数,12,三. 特性曲线,实验线路,13,1.输入特性,工作压降： 硅管UBE0.60.7V,锗管UBE0.20.4V。,死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。,14,2.输出特性,IC(mA ),此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。,当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。,15,此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE 0.3V称为饱和区。,16,此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE 死区电压，称为截止区。,17,输出特性三个区域的特点:,放大区：发射结正偏，集电结反偏。 即： IC=IB , 且 IC = IB,(2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。 即：UCEUBE ， IBIC，UCE0.3V,(3) 截止区： UBE 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0,18,19,对共集电极电路 有 IE IB+ IB = (1+ ) IB 故共集电极电路又称为 电流放大器或电压跟随器。,20,四.BJT的主要参数,1.电流放大系数,21,a) C-B极反向饱和电流ICBO 硅管小于锗管，而且受温度影响较大。 应用时选用ICBO较小的BJT。,2.极间反向电流,22,3.特征频率fT,BJT工作在交流状态下，由于结电容的作用，信号频率增大使下降并产生相移，使下降为1时的信号频率称为特征频率fT 。应尽量选用fT较高的BJT。,23,4.极限参数 a)集电极最大允许电流ICM b)集电极最大允许功耗PCM c)极间反向击穿电压 UCBO:大小可从几十至 上千伏。 UCEO:与ICEO相关， UCEO UCBO。 UEBO:大小从1/1010V,ICUCE=PCM,安全工作区,24,五.温度对BJT特性的影响,1.温度对ICBO的影响 温度每升高10时, ICBO约增加一倍。 2.温度对输入特性的影响 温度升高，输入特性曲 线将左移。 2.温度对输出特性的影响 温度升高将导致IC增大。,25,六.光电三极管,利用光照强度 来控制集电极电 流大小，可等效 为一只光电二极 管与一只BJT连接组成 ，引出线为集电极和发 射极，目前应用较多。,26,例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管分别工作于哪个工作区？,当USB = -2V时：,IB=0 ， IC=0,IC最大饱和电流：（忽略BJT饱和压降）,Q位于截止区,27,例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管分别工作于哪个工作区？,IC ICmax (=2mA) ， Q位于放大区。,USB =2V时：,28,USB =5V时:,例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管分别工作于哪个工作区？,Q 位于饱和区，此时IC 和IB 已不是 倍的关系。,29,判断BJT工作状态的一般方法(以NPN管为例),:临界饱和电流IBS =(VCC-UCES)/ RC,30,作业： P6769,15、16、18*、19,31,场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。,结型场效应管JFET Joint-Field-Effect-Transistor,绝缘栅型场效应管MOS Metal-Oxide-Semiconductor,场效应管有两种:,1-4 场效应管,32,N,基底:N型半导体,两边是P区,G(栅极),S源极,D漏极,一、结构,1-4.1 结型场效应管:,导电沟道,drain electrode n.漏极 grid n.栅极 source n.源极,33,N沟道结型场效应管,34,P沟道结型场效应管,35,二、工作原理（以P沟道为例）,UDS=0V时,PN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。,36,ID,UDS=0V时,UGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。,但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。,37,P,G,S,D,UDS,UGS,UDS=0时,UGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS 0V，漏极电流ID=0A。,ID,夹断电压 Pinch off voltage,38,UGS0、UGDVP时耗尽区的形状,越靠近漏端，PN结反压越大,ID,39,UGSVp且UDS较大时UGDVP时耗尽区的形状,沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。,ID,40,UGSVp UGD=VP时,漏端的沟道被夹断，称为预夹断。,UDS增大则被夹断区向下延伸。,ID,41,UGSVp UGD=VP时,此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随UDS的增加而增加，呈恒流特性。,ID,42,三、特性曲线,饱和漏极电流,夹断电压,转移特性曲线 一定UDS下的ID-UGS曲线,43,ID,U DS,恒流区,输出特性曲线,0,44,N沟道结型场效应管的特性曲线,转移特性曲线,45,输出特性曲线,N沟道结型场效应管的特性曲线,46,结型场效应管的缺点：,1. 栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。,3. 栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。,绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。,2. 在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。,47,1-4.2 绝缘栅场效应管:,一、结构和电路符号,P型基底,两个N区,SiO2绝缘层,导电沟道,金属铝,N沟道增强型,48,N 沟道耗尽型,预埋了导电沟道,49,P 沟道增强型,50,P 沟道耗尽型,予埋了导电沟道,51,二、MOS管的工作原理,以N 沟道增强型为例,UGS=0时,对应截止区,52,UGS0时,感应出电子,VT称为阈值电压,53,UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。,54,当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。,当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。,55,UDS增加，UGD=VT 时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。,56,三、增强型N沟道MOS管的特性曲线,转移特性曲线,57,输出特性曲线,UGS0,58,四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线,耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。,转移特性曲线,59,输出特性曲线,UGS=0,UGS0,UGS0,60,单结晶体管和可控硅,单结晶体管由一个PN结构成的负阻器件 可控硅又称晶闸管, 由三个PN结构成