三极管及场效应管原理讲解.doc

三極管及場效應管原理講解大綱: 一 三極管與場效應管的簡介二 三極管與場效應管的工作原理三 三極管與場效應管的區別四 三極管與場效應管的實際應用一 三極管與場效應管的簡介1. 三機管的簡介半導体三極管又稱晶体三極管,簡稱晶體管.它是由三塊半導体組成,構成兩個PN結,即集電結和發射結,基結3個電極,分別是集電極,基極,發射極,如下圖所示: C C B B E E B為基極,C為集電極,E為發射極 半導体三極管 TRANSISTORTest #Description1hFEForward-current transfer ratio2VBEBase emitter voltage(see also Appendix F)3IEBOEmitter to base cutoff current 4VCESATSaturation voltage5ICBOCollector to base cutoff current6ICEOCollector to emiter cutoff currentICER,with base to emiter loadICEX,reverse bias,orICESshort(see also Appendix F)7BVCEOBreakdown voltage,collector to emitter,BVCERwith base to emiter load,BVCEXreverse bias,orBVCESshort(see also Appendix F)8BVCBOBreakdown voltage,collector to base9BVEBOBreakdown voltage,emitter to base10VBESATBase emitter saturation voltage 2 .場效應管簡介場效應管又稱金属-氧化物-半導体場效應管,也就是我們通常所說MOS( Metal Oxide Semiconductor )管.場效應管是一種由輸入信號電壓來控制其輸出電流大小的半導体 場效應管,是電壓控制器件,輸入電阻非常高.場效應管分為:結型場效應管(JFET)和絕緣栅型場效應管(IGFET)兩大類.結型場效應管JEFTTest #Description1VGSOFFGate to source cutoff voltage.2 lDssZero gate voltage drain current.3BVDGODrain to gate breakdown voltage.4IGSSGate reverse current.5IDGODrain to gate leakage.6IDOFFDrain cut-off current.7BVGSSGate to source breakdown voltage.8VDSONDrain to source on-state voltage.結型場效應管有N型和P型溝道兩種,電路符號如下 d d 結型場效應管有三極:珊極 g g 源極 N型 s P型 s 漏極 結型場效應管有兩個PN結,在栅源極上加一定電壓,在場效應管內部會形成一個導電溝道,當d,s極間加上一定電壓時,電流就可以從溝道中流過,即通過源電壓來改變導電溝道電阻,實現對漏極電流的控制.結型場效應管的主要參數1. 夾斷電壓UDS(off),當UDS等于某一個定值(10v),使Id等于某一 個微小電流(如50uA)時, 栅源極間所加的UGS即為夾斷電壓. UDS(off)一般為110V.2. 飽和漏極電流IDS:當UGS=0時,場效應管發生預夾斷時的漏極電 流.3.直流輸入電阻RGS.4.低頻跨導GM5.漏源擊穿電壓U(BR)DS6. 栅源擊穿電壓U(BR)GS7.最大耗散功率PDM絕緣栅型場效應管是由金屬氧化物和半導体組成,故稱為MOSFET,簡稱MOS管,其工作原理類似於結型場效應管絕緣栅場效應管MOSFETTest #Description1VGSTHThreshold voltag2IDssZero gate voltage drain current.lDSxwith gate to Source reverse bias.3BVDssDrain to Source breakdown voltage.4VDSONDrain to Source on-state voltage.5IGSSFGate to Source leakage current forward.6IGSSRGate to Source leakage current reverse.7 VFDiode forward voltage.8VGSFGate to Source voltage (forward)required for specified In at specified Vos.(see SISQ Appendix F)9VGSRGate to Source voltage (reverse)required for specified ID at specified VDS.(see also Appendix F)10VDSONOn-state drain current11VGSONOn-state gate voltage符號和極性 g d iD iD+-_-b g b -+ s s (1)增強型 NMOS (2)增強型 PMOS B iD iDBg g ss (3)耗盡型 NMOS (4)耗盡型PMOS絕緣栅型場效應管主要參數1.漏源擊穿電壓BVDS 2.最大漏極電流IDMSX3.閥值電壓VGS (開啟電壓) 4.導通電阻RON5.跨導(互導) (GM) 6.最高工作瀕率7.導通時間TON和關斷時間二 三極管與場效應管的工作原理1. 三極管的工作原理E1E1UcUcUbUb E2E2UeUe (1)NPN (2) PNP ib iC vbe vce (3)輸入特性曲線 (4) 共發射極輸出特性曲線三極管的三種狀態:(1) 放大放大區發射結正偏,集電結反偏,E1E2,即 NPN型三極管VcVbVe,PNP型三極管VcVbVe,三極管處于放大狀態.由于Ic=Ib,即Ic受Ib控制,而Ic的電流能量是由電源提供的,此時Ube=0.60.7V(NPN硅管)(2) 截止Ib0的區域稱截止區,UBE0.5V時,三極開始截止,為了截止可靠,常使UBE0,即發射結零偏或反偏(NPN管VbVe, PNP型三極管VbVe),截止時,集電結也反向偏置(NPN管VbVc).(3) 飽和 當VCEVBE,即集電結正向偏置(VbVe)時,三極管處于飽和區.飽和壓降UCE(sat),小功率硅管UCE(sat)0.3V,鍺管UCE(sat)0.1V.1. 主要參數(1) 共發射極直流電流放大系數,即Hfe, =IC/IB(2) 共發射極交流電流放大系數. =IC/IB(3) 集電極,基極反向飽和電流ICBO(4) 集電極,發射極反向飽和電流ICEO,即穿透電流(5) 集電極最大允許功耗PCM(6) 集電極最大允許電流ICM(7) 集電極,基極反向擊穿電壓U(BR)CBO(8) 發射極,基極反向擊穿電壓U(BR)CBO(9) 集電極,發射極反向擊穿電壓U(BR)CBO2.場效應管的工作原理2.1結型場效應管场效应晶体三极管是由一种载流子导电的、用输入电压控制输出电流的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有自由电子导电的N沟道器件和空穴导电的P沟道器件。 N沟道场效应管工作时,在栅极与源极之间加负电压,栅极与沟道之间的PN结为反偏。在漏极,源极之间加一定正电压,使N沟道中的多数载流子(电子)由源极向漏极漂移,形成iD。iD的大小受VGS的控制。P沟道场效应管工作时,极性相反,沟道中的多子为空穴。2.2 絕緣栅型場效應管N溝道絕緣栅型場效應管栅源电压VGS对iD的控制作用当VGS0时，PN结反偏，耗尽层变厚，沟道变窄，沟道电阻变大，ID减小；VGS更负，沟道更窄，ID更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断， ID0。这时所对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP。漏源电压VDS对iD的影响在栅源间加电压VGSVP，漏源间加电压VDS。则因漏端耗尽层所受的反偏电压为VGD=VGS-VDS，比源端耗尽层所受的反偏电压VGS大,(如:VGS=-2V, VDS =3V, VP=-9V,则漏端耗尽层受反偏电压为-5V，源端耗尽层受反偏电压为-2V),使靠近漏端的耗尽层比源端厚，沟道比源端窄，故VDS对沟道的影响是不均匀的，使沟道呈楔形。当VDS增加到使VGD=VGS-VDS =VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断点，伏安特性曲线(4) 输出特性曲线恒流区：(又称饱和区或放大区)特点:(1)受控性： 输入电压vGS控制输出电流(2)恒流性：输出电流iD 基本上不受输出电压vDS的影响。用途:可做放大器和恒流源。条件:(1)源端沟道未夹断 (2)源端沟道予夹断 可变电阻区特点:(1)当vGS 为定值时,iD 是 vDS 的线性函数，管子的漏源间呈现为线性电阻，且其阻值受 vGS 控制。 （2）管压降vDS 很小。用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态的电子开关。条件：源端与漏端沟道都不夹断 VGSVP VDSVGS - VP夹断区用途：做无触点的、接通状态的电子开关。条件：整个沟道都夹断VGSVP击穿区 当漏源电压增大到VDS=V(BR) DS时，漏端PN结发生雪崩击穿，使iD 剧增的区域。其值一般为（20 50）V之间。由于VGD=VGS-VDS, 故vGS越负，对应的VP就越小。管子不能在击穿区工作。转移特性曲线二 三極管與場效應管的區別1. 晶体管是电流控制元件；场效应管是电压控制元件。2. 晶体管参与导电的是电子空穴，因此称其为双极型器件；场效应管是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子，因此称其为单级型器件。3. 晶体管的输入电阻较低，一般102104W； 场效应管的输入电阻高，可达1091014W三極管場效應管结构与分类NPN型PNP型结型 N沟道 P沟道绝缘栅 增强型 N沟道 P沟道 耗尽型 N沟道 P沟道载流子多子扩散少子漂移多子漂移输入量电流输入电压输入控制电流控制电流源电压控制电流源噪声较大较小温度特性受温度影响较大较小，且有零温度系数点输入电阻几十到几千欧姆几兆欧姆以上静电影响不受静电影响易受静电影响集成工艺不易大规模集成适宜大规模,超大规模集成四 三機管構成門電路五 相關電路實例機種名稱: LUXEMBURG 不良現象: 80 NO DISPLAY(沒有Vcore;14.318不振,ICS不工作) 分析思路: 根據以上的不良現象,我們首要做的就是判斷出問題點來,依據intel主板的工作原理,ICS正常工作前,其16腳(VTT_PWRGD*PD)會通過Q5C1.R5C8對VCCP逕行采樣偵測,看其是否ok(如圖1),如VCCP OK,Q5C1的基極為1.0V,Q5C1導通,A#電位為LOW,ICS開始工作,因為沒有VCCP,A#點的電位拉不到LOW,所以ICS不工作.由此可以判斷出問題點不在ICS這裡,其只是被動停止工作 看VCCP這邊,量測其電路所有MOS管都OK,但ADP3418K的3腳(如圖2a) (VREG_ILIMIT)電位為高電平(3.3V),沒有拉低,查看其上一級輸入電路,它是經過一個220K的電阻R1F31直接連到U1F1的15腳(如圖2b),更換U1F1仍無電壓發出,量測其上一級輸入信號,發現U1F1的11腳(VTT_PWRGD)(圖2b)的輸入電壓為LOW,其是偵測V_FSB_VTT是否正常工作. 量V_FSB_VTT的轉換電路(圖3),發現V_FSB_VTT的電壓偏低(0.7