第-2-章-晶体三极管和场效晶体管分解.ppt

第2章晶体三极管和场效晶体管,本章学习目标,2.1晶体三极管,2.2场效晶体管,本章小结,本章学习目标,理解晶体管的结构和分类，熟悉其外形、图形符号。掌握三极管电流分配关系。,掌握三极管的输入特性、输出特性及三种工作状态，了解其主要参数。,掌握用万用表对三极管进行测试的方法。,了解场效晶体管的类型及工作原理，熟悉其图形符号，理解其转移特性和输出特性，了解其使用的注意事项。,2.1晶体三极管,2.1.1三极管的结构、分类和符号,2.1.2三极管的工作电压和基本连接方式,2.1.3三极管内电流的分配和放大作用,2.1.4三极管的输入和输出特性,2.1.5三极管主要参数,2.1.6三极管的简单测试,2.1晶体三极管,晶体三极管：是一种利用输入电流控制输出电流的电流控制型器件。,特点：管内有两种载流子参与导电。,2.1.1三极管的结构、分类和符号,一、晶体三极管的基本结构,1三极管的外形,特点：有三个电极，故称三极管。,2三极管的结构,三极管的结构图,特点：,有三个区发射区、基区、集电区；,两个PN结发射结(BE结)、集电结(BC结)；,三个电极发射极e(E)、基极b(B)和集电极c(C)；,两种类型PNP型管和NPN型管。,工艺要求：发射区掺杂浓度较大；基区很薄且掺杂最少；集电区比发射区体积大且掺杂少。,二、晶体三极管的符号,三极管符号,箭头：表示发射结加正向电压时的电流方向。文字符号：V,三、晶体三极管的分类,1三极管有多种分类方法。,按内部结构分：有NPN型和PNP型管；按工作频率分：有低频(f3MHZ)；按功率分：有中、小功率500mw3mw；按用途分：有普通管和开关管；按半导体材料分：有锗管Ge和硅管Si等等。按封装分：金属封装、塑料封装。,2国产三极管命名法：见电子线路（陈其纯主编）P261附录。,例如：3DG表示高频小功率NPN型硅三极管；3CG表示高频小功率PNP型硅三极管；3AK表示PNP型开关锗三极管等。,3、国外三极管命名法：2SA系列：PNP型锗管高频管如：2SA1009350V2A15W*PNP2SB系列：PNP型锗管低频管如：2SB74470V3A10W*PNP2SC系列：NPN型硅管高频管如：2SC20271500V5A50W*NPN2SD系列：NPN型硅管高频管如：2SD14321500V6A80W*NPN,2.1.2三极管的工作电压和基本连接方式,一、晶体三极管的工作电压,三极管的基本作用是放大电信号。,三极管工作在放大状态的外部条件是：发射结加正向电压(硅管0.50.8V、锗管0.10.3V），集电结加反向电压（几伏到几十伏）。,三极管电源的接法,三极管电源的接法,二、晶体三极管在电路中的基本连接方式,有三种基本连接方式：共发射极、共基极和共集电极接法。最常用的是共发射极接法。,三极管在电路中的三种基本连接方式,2.1.3三极管内电流的分配和放大作用,一、电流分配关系,测量电路如图,调节电位器，测得发射极电流、基极电流和集电极电流的对应数据如表所示。,因IB很小，则ICIE,IE=IC+IB,由表可见，三极管中电流分配关系如下：,说明：,1IE=0时，IC=-IB=ICBO。,ICBO称为集电极基极反向饱和电流，见图2.1.7(a)。一般ICBO很小，与温度有关，下标中的“O”表示开路。,2IB=0时，IC=IE=ICEO。,ICEO称为集电极发射极反向电流，又叫穿透电流，见图(b)。,ICEO越小，三极管温度稳定性越好。硅管的温度稳定性比锗管好。,ICBO与ICEO示意图,二、晶体三极管的电流放大作用,当基极电流IB由0.01mA变到0.02mA时，集电极电流IC由0.56mA变到1.14mA。上面两个变化量之比为,这说明，当IB有一微小变化时，就能引起IC较大的变化，这种现象称为三极管的电流放大作用。比值用符号来表示，称为共发射极交流电流放大系数，简称“交流”，即,结论：,1三极管的电流放大作用基极电流IB微小的变化，引起集电极电流IC较大变化。,2交流电流放大系数表示三极管放大交流电流的能力,4通常，所以可表示为,考虑ICEO，则,3直流电流放大系数表示三极管放大直流电流的能力,2.1.4三极管的输入和输出特性,一、共发射极输入特性曲线,集射极之间的电压VCE一定时，发射结电压VBE与基极电流IB之间的关系曲线。,共发射极输入特性曲线,由图可见：,1当VCE2V时，特性曲线基本重合。(VCE=3.4.),2当VBE很小时，IB等于零，三极管处于截止状态。,共发射极输入特性曲线,4三极管导通后，VBE基本不变。硅管约为0.7V，锗管约为0.3V，称为三极管的导通电压。,5VBE与IB成非线性关系。,3当VBE大于门槛电压(硅管约0.5V，锗管约0.2V)时，IB逐渐增大，三极管开始导通。,二、晶体三极管的输出特性曲线,基极电流一定时，集、射极之间的电压与集电极电流的关系曲线。,输出特性曲线可分为三个工作区:,1截止区,条件：发射结和集电结反偏或两端电压为零。特点：IB=0，IC=ICEO。,2饱和区,条件：发射结和集电结均为正偏。特点：VCE=VCES。,VCES称为饱和管压降，小功率硅管约0.3V，锗管约为0.1V。,3放大区,条件：发射结正偏，集电结反偏。特点：IC受IB控制，即IC=IB。,在放大状态，当IB一定时，IC不随VCE变化，即放大状态的三极管具有恒流特性。,2.1.5三极管主要参数,三极管的参数是表征管子的性能和适用范围的参考数据。,一、共发射极电流放大系数,1直流放大系数,2交流放大系数,同一个三极管，在同等工作条件下电流放大系数一般在10100之间。太小，放大能力弱，太大易使管子性能不稳定。一般取3080为宜。,二、极间反向饱和电流,1集电极基极反向饱和电流ICBO。,2集电极发射极反向饱和电流ICEO。,ICEO=(1+)ICBO,反向饱和电流随温度增加而增加，是管子工作状态不稳定的主要因素。因此，常把它作为判断管子性能的重要依据。硅管反向饱和电流远小于锗管，在温度变化范围大的工作环境应选用硅管。,三、极限参数（三极管正常工作时的安全参数）,1集电极最大允许电流ICM,三极管工作时，当集电极电流超过ICM时，管子性能将显著下降(主要表现在下降，并有可能烧坏0；VGS0，在绝缘层和衬底之间在正电压作用下形成一个指向衬底的电场，该电场吸引衬底的电子和N+中的电子，使漏极和源极之间产生导电沟道，该沟道导电类型与P型衬相反，所以称为反型层。在漏、源极间加一正向电压VDS时，将产生电流ID。,开启电压VT：增强型MOS管开始形成反型层的栅源电压VGS。,N沟道增强型绝缘栅场效晶体管工作原理,N沟道增强型绝缘栅场效晶体管工作原理,(3)在VDS0时：,若VGSVT，出现反型层(即导电沟道)，D、S之间有电流ID流过；,若VGS逐渐增大，导电沟道变宽，ID也随之逐渐增大，即VGS控制ID的变化。,2N沟道耗尽型绝缘栅场效晶体管,夹断电压：使ID=0时的栅源电压。,结构及符号如图所示。,特点：管子本身已形成导电沟道。,N沟道耗尽型绝缘栅场效晶体管,N沟道耗尽型绝缘栅场效晶体管,工作原理：在VDS0时，,当VGS=0导电沟道有电流ID；,当VGS0并逐渐增大时，沟道变宽，使ID增大；,当VGSVT时，ID0。,耗尽型：当VGS=0时，ID0；当VGS为负电压时ID减小；当VGS=VPS时，ID=0。,2输出特性曲线,3跨导,可调电阻区,饱和区,击穿区,三个区的含义与结型管输出特性曲线三个区相同。,N沟道MOS管输出特性曲线,三、绝缘栅场效晶体管的图形符号,MOS管的图形符号,2.2.3场效晶体管的主要参数和特点,一、主要参数,1直流参数,(1)开启电压VT,在VDS为定值的条件下，增强型场效晶体管开始导通(ID达到某一定值，如10A)时，所需加VGS的值。,(2)夹断电压VP,在VDS为定值的条件下，耗尽型场效晶体管ID减小到近于零时VGS的值。,(3)饱和漏极电流IDSS,耗尽型场效晶体管工作在饱和区且VGS=0时，所对应的漏极电流。,(4)直流输入电阻RGS,栅源电压VGS与对应的栅极电流IG之比。,场效晶体管输入电阻很高，结型管一般在107以上；绝缘栅管则更高，一般在109以上。,2交流参数,(1)跨导gm,VDS一定时，漏极电流变化量ID和引起这个变化的栅源电压变化量VDS之比。它表示了栅源电压对漏极电流的控制能力。,(2)极间电容,场效晶体管三个电极之间的等效电容CGS、CGD、CDS，一般为几个皮法，结电容小的管子，高频性能好。,3极限参数,(1)漏极最大允许耗散功率PDM,ID与VDS的乘积不应超过的极限值。,(2)漏极击穿电压V(BR)DS,漏极电流ID开始剧增时所加的漏源间的电压。,二、场效晶体管的特点,场效晶体管与普通三极管比较表,工程应用场效晶体管使用常识,结形场效晶体管的栅源电压必须使PN结反偏，不能接反。因结型场效晶体管的源极及漏极通常制成对称的，所以原极和漏极可以调换使用。,绝缘栅场效晶体管中，有的产品将彻底引出(有四个管脚)，此时源极和漏极可以互换使用，但有的产品在制造时已把源极和衬底连接在一起，这种管子源极和漏极就不能调换使用。,绝缘栅场效晶体管由于输入电阻很高，如果在管脚开路状态下保存，会使管子还未使用时就已击穿或性能下降。因此，无论管子使用与否，都应将三个电极短路或用铝箔包好。结型场效晶体管可以在开路状态下保存。,本章小结,晶体三极管是一种电流控制器件，具有电流放大作用；使用时有三种基本连接方式，最常用的是共发射极接法；有三种工作状态，即截止、饱和和放大状态；三个电极的电流关系是，在放大状态时；值表示电流放大能力的大小；ICBO、ICEO反映了管子温度稳定性；三极管有NPN型和PNP型两大基本类型。,场效晶体管是一种电压控制器件，用栅极电压来控制漏极电流；具有高输入电阻和低噪声的特点；表征管子性能的有转移特