晶体管基础知识PPT演示课件

第二节晶体管的基础知识,一、半导体的基础知识二、晶体二极管三、晶体三极管,1,一、半导体的基础知识P69_倒四行,物体根据导电能力的强弱可分为导体、半导体和绝缘体三大类。凡容易导电的物质（如金、银、铜、铝、铁等金属物质）称为导体；不容易导电的物质（如玻璃、橡胶、塑料、陶瓷等）称为绝缘体；导电能力介于导体和绝缘体之间的物质（如硅、锗、硒等）称为半导体。半导体之所以得到广泛的应用，是因为它具有热敏性、光敏性、掺杂性等特殊性能。,2,1、P型、N型半导体本征半导体是一种纯净的半导体晶体。常用的半导体材料是单晶硅（Si）和单晶锗（Ge）。半导体硅和锗都是4价元素，其原子结构如图1(a)，(b)所示。,一、PN结,3,图1：半导体的原子结构示意图（a）硅原子；（b）锗原子；（c）简化模型,4,本征半导体晶体结构示意图如图2所示。由图2可见，各原子间整齐而有规则地排列着，使每个原子的4个价电子不仅受所属原子核的吸引，而且还受相邻4个原子核的吸引，每一个价电子都为相邻原子核所共用，形成了稳定的共价键结构。每个原子核最外层等效有8个价电子，由于价电子不易挣脱原子核束缚而成为自由电子，因此，本征半导体导电能力较差。,5,图2单晶硅的共价键结构,6,但是，如果能从外界获得一定的能量（如光照、温升等），有些价电子就会挣脱共价键的束缚而成为自由电子，在共价键中留下一个空位，称为“空穴”。空穴的出现使相邻原子的价电子离开它所在的共价键来填补这个空穴，同时，这个共价键又产生了一个新的空穴。这个空穴也会被相邻的价电子填补而产生新的空穴，这种电子填补空穴的运动相当于带正电荷的空穴在运动，并把空穴看成一种带正电荷的载流子。空穴越多，半导体的载流子数目就越多，因此形成的电流就越大。,7,在本征半导体中，空穴与电子是成对出现的，称为电子空穴对。其自由电子和空穴数目总是相等的。本征半导体在温度升高时产生电子空穴对的现象称为本征激发。温度越高，产生的电子空穴对数目就越多，这就是半导体的热敏性。在半导体中存在着自由电子和空穴两种载流子，而导体中只有自由电子这一种载流子，这是半导体与导体的不同之处。,在本征半导体中掺入微量的杂质元素，就会使半导体的导电性能发生显著改变。根据掺入杂质元素的性质不同，杂质半导体可分为P型半导体和N型半导体两大类。,8,.P型半导体P型半导体是在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的3价元素（如硼、铟等）而形成的。因杂质原子只有3个价电子，它与周围硅原子组成共价键时，缺少1个电子，因此在晶体中便产生一个空穴，当相邻共价键上的电子受热激发获得能量时，就有可能填补这个空穴，使硼原子成为不能移动的负离子，而原来硅原子的共价键因缺少了一个电子，便形成了空穴，使得整个半导体仍呈中性，如图3所示。,综上所述，在掺入杂质后，载流子的数目都有相当程度的增加。因而对半导体掺杂是改变半导体导电性能的有效方法。,9,图3P型半导体的共价键结构,10,在P型半导体中，原来的晶体仍会产生电子空穴对，由于杂质的掺入，使得空穴数目远大于自由电子数目，成为多数载流子(简称多子)，而自由电子则为少数载流子(简称少子)。则P型半导体以空穴导电为主。,.N型半导体N型半导体是在本征半导体硅中掺入微量的5价元素（如磷、砷、镓等）而形成的，杂质原子有5个价电子与周围硅原子结合成共价键时，多出1个价电子，这个多余的价电子易成为自由电子，如图4所示。,11,图4N型半导体的共价键结构,12,半导体的分类,P(空穴）型（3价元素）1、按掺入杂质元素的性质分半导体N（电子）型（5价元素）硅2、按基片材料分半导体锗,13,2、PN结及其单向导电性.PN结的形成P80-第四段在同一块半导体基片的两边分别形成N型和P型半导体，它们的交界面附近会形成一个很薄的空间电荷区，称其为PN结。PN结的形成过程如图5所示。,14,图5PN结的形成（a）多子扩散示意图；（b）PN结的形成,15,.PN结的单向导电性1）PN结正向偏置导通给PN结加上电压，使电压的正极接P区，负极接N区（即正向连接或正向偏置），如图6（a）所示。由于PN结是高阻区，而P区与N区电阻很小，因而外加电压几乎全部落在PN结上。由图可见，外电场将推动P区多子（空穴）向右扩散，与原空间电荷区的负离子中和，推动N区的多子（电子）向左扩散与原空间电荷区的正离子中和，使空间电荷区变薄，打破了原来的动态平衡。同时电源不断地向P区补充正电荷，向N区补充负电荷，其结果使电路中形成较大的正向电流，由P区流向N区。这时PN结对外呈现较小的阻值，处于正向导通状态。,16,图6PN结的单向导电性（a）正向连接;（b）反向连接,17,2）PN结反向偏置截止将PN结按图6（b）所示方式连接（称PN结反向偏置）。由图可见，外电场方向与内电场方向一致，它将N区的多子（电子）从PN结附近拉走，将P区的多子（空穴）从PN结附近拉走，使PN结变厚，呈现出很大的阻值，且打破了原来的动态平衡，使漂移运动增强。由于漂移运动是少子运动，因而漂移电流很小；若忽略漂移电流，则可以认为PN结截止。综上所述:PN结正向偏置(加正向电压P区接电源正极）时，正向电流很大，PN结导通；PN结反向偏置时，反向电流很小，PN结截止，这就是PN结的单向导电性。,18,2.半导体二极管,把PN结用管壳封装，然后在P区和N区分别向外引出一个电极，即可构成一个二极管。二极管是电子技术中最基本的半导体器件之一。根据其用途分有检波管、开关管、稳压管和整流管等。,硅高频检波管,开关管,稳压管,整流管,发光二极管,电子工程实际中，二极管应用得非常广泛，上图所示即为各类二极管的部分产品实物图。,19,二、晶体二极管,1.晶体二极管的结构和分类（1）结构半导体二极管又称晶体二极管，简称二极管。它是由一个PN结加上相应的电极引线和管壳做成。箭头所指方向即电流方向，也就是正向导通方向。正极负极（2）（分类）1）二极管按结构的不同分为点接触型和面接触型点接触型二极管的结构，如图7（a）所示。这类管子的PN结面积和极间电容均很小，不能承受高的反向电压和大电流，因而适用于制做高频检波和脉冲数字电路里的开关元件，以及作为小电流的整流管。,20,图7半导体二极管的结构及符号（a）点接触型结构;（b）面接触型结构;,a）点接触二极管PN结接触面积小，不能通过很大的正向电流和承受较高的反向工作电压，工作效率高，常用来作为检波器件。,21,图7半导体二极管的结构及符号（c）集成电路中的平面型结构;（d）图形符号,22,b）面接触型二极管或称面结型二极管其结构如图7（b）所示。这种二极管的PN结面积大，可承受较大的电流，其极间电容大，因而适用于整流，而不宜用于高频电路中。图7（c）所示是硅工艺平面型二极管的结构图，是集成电路中常见的一种形式。二极管的图形符号如图7（d）所示。2）二极管按基片材料的不同分为锗二极管和硅二极管。3）二极管按用途的不同分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管等。,23,晶体二极管的分类,点1、按结构分接触（结）型面锗2、按基片材料分二极管硅检波整流3、按用途分稳压二极管开关,24,3、晶体二极管的特性_伏安特性根据制造材料的不同，二极管可分为硅、锗两大类。相应的伏安特性也分为两类。图8（a）所示为硅二极管的伏安特性;图8（b）所示为锗二极管的伏安特性。现以图8（a）所示硅二极管为例来分析二极管的伏安特性。,25,图8二极管的伏安特性（a）硅二极管2CP6,26,、正向特性0A段：称为“死区”。段：称为正向导通区。、反向特性0段：称为反向截止区。这时二极管呈现很高的电阻，在电路中相当于一个断开的开关，呈截止状态。1）当二极管两端加反向时，二极管的反向电流几乎与反向电压无关，这个电流值称为反向饱和电流。2）当反向电压超过一定数值时，二极管的反向电流突然增大，此后二极管的伏安特性非常陡，二极管失去单向导电性，这种现象称为反向击穿，此时的电压值称为反向击穿电压。,27,段：称为反向击穿区。当反向电压增加到一定值时，反向电流急剧加大，这种现象称为反向击穿。发生击穿时所加的电压称为反向击穿电压，记做B。这时电压的微小变化会引起电流很大的变化，表现出很好的恒压特性。同样，若对反向击穿后的电流不加以限制，PN结也会因过热而烧坏，这种情况称为热击穿。,28,3.晶体二极管的主要参数二极管的参数是定量描述二极管性能的质量指标，只有正确理解这些参数的意义，才能合理、正确地使用二极管。.最大整流电流Im最大整流电流是指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。因为电流通过PN结时要引起管子发热。电流太大，发热量超过限度，就会使PN结烧坏。,29,.最高反向工作电压Um1）、二极管长期工作时，允许加到二极管两端的最高反向电压。2）、反向击穿电压是指反向击穿时的电压值。击穿时，反向电流剧增，使二极管的单向导电性被破坏，甚至会因过热而烧坏。3）、一般手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半，以确保管子安全工作。例如2AP1最高反向工作电压规定为20V，而实际反向击穿电压可大于40V。,30,4.特殊二极管特殊用途的二极管在电子设备中早已得到广泛的应用，这里简单介绍几种特殊用途的二极管。.稳压二极管1）稳压特性稳压二极管的伏安特性曲线、图形符号及稳压管电路如图10所示，它的正向特性曲线与普通二极管相似，而反向击穿特性曲线很陡。在正常情况下稳压管工作在反向击穿区，在电路中稳压二极管的两端加反向电压。由于曲线很陡，反向电流在很大范围内变化时，端电压变化很小，因而具有稳压作用。图中的UB表示反向击穿电压，当电流的增量IZ很大时，只引起很小的电压变化UZ。只要反向电流不超过其最大稳定电流，就不会形成破坏性的热击穿。因此，在电路中应与稳压管串联一个具有适当阻值的限流电阻。,31,图10稳压管的伏安特性曲线、图形符号及稳压管电路（a）伏安特性曲线；（b）图形符号；（c）稳压管电路稳压管工作在击穿区时的稳定电压,32,5、汽车用整流二极管：P82图5-21,汽车交流发电机用硅整流二极管，具有一个引出极，另一个是外壳，参见教材P82图5-21汽车用二极管分为正向二极管和反向二极管两种。正向二极管的引出端为正极，外壳为负极，通常在正向二极管上涂有红点；反向二极管的引出端为负极，外壳为正极，通常在反向二极管上涂有黑点。,33,6、晶体二极管的简易判别用万用表测试二极管好坏及正、负极性的方法,利用万用表欧姆档检查二极管是否存在单向导电性？并判别其极性。,选择万用表的R1k或R100欧姆档，黑表棒是表内电池正极，红表棒是内部电源负极，根据二极管正向导通、反向阻断的单向导电性，应用图示方法即可测出二极管的极性。当测得的阻值较小时，红表棒与之相接的那个就是二极管的负极，反之亦反。如果测量中电表偏转都很大或很小时，说明二极管已经损坏。,34,练习,1、（A）具有单向导电性。A、二极管B、三极管C、稳压管D、电容2、半导体二极管按（C）分可分为锗二极管和硅二极管。A、结构B、用途C、基片材料D、尺寸,练习,35,三极管外形图,汽车点火器专用三极管,节能灯用三极管,汽车点火器用大功率三极管,三极管种类图,36,N,P,想一想,?,?,因二极管是由一个PN结构成的，若再加一个PN结能否构成三极管呢？,37,三极管结构示意图,N,P,N,集电极c,基极b,发射极e,集电结,发射结,集电区,基区,发射区,P,P,N,集电极c,基极b,发射极e,集电结,发射结,集电区,基区,发射区,collector,base,Emitter,38,1、结构：三极管是由两个PN结构成的半导体器件，内部有两个PN结：发射结、集电结有三个区：发射区、基区、集电区有三个电极：发射极（极）、基极（极）和集电极（极）,39,3、类型,硅管（平面型）、按基片材料分锗管（合金型）NPN（硅管）、按PN结组合方式分型三极管PNP（锗管）普通、按使用用途分开关三极管光敏高、按频率特性分频管低大、按功率大小分中功率管小,40,NPN型三极管箭头朝外,2、图形符号：,P,发射区,+,集电区,b,c,基区,e,基极,N,N,集电极,集电结,发射结,发射极,P,41,PNP型箭头朝内实际上箭头所指的方向是发射结正向电流的方向。,P,e,+,42,判断正误,判断正误,？型三极管,NPN型,你都懂了吗？,43,结构图相同：,比较,晶体三极管NPN型和PNP型特点：,c,b,e,NPN型,PNP型,电流方向相反,44,NPN型,NPN型,PNP型,45,原由：电路正常工作后，三极管三个电极的电流特性说明三极管具有电流放大作用。,2、共发射极直流电流放大系数,电流放大系数电流放大系数的大小反映了三极管放大能力的强弱。1、共发射极交流电流放大系数指集电极电流变化量与基极电流变化量之比，其大小体现了共射接法时，三极管的放大能力。,46,若考虑集电区及基区少数载流子漂移运动形成的集电结反向饱和电流Icbo，则Ic与Ib之间有关系,交流（动态）电流放大系数：,式中，值与值比较接近，且便于测量，所以常用的值来代替值，并把写成Ic=Ib,Ie=Ib+IcIeIcIb,直流（静态）电流放大系数：,小功率高频三极管,47,三极管的电流放大作用是三极管最基本最重要的特性。三极管电流放大的实质是以微小的电流控制较大的电流，并不是真的把微小的电流放大了。三极管是一种以小控大、以弱控强的器件。三极管实际上是一个电流分配器三极管处于放大状态的条件：P83第九行发射结正偏，集电结反偏。,结论：,结论,48,练习1、按制作三极管基本材料分为和两大类。2、三极管具有作用。3、三极管发射极的电流等于与之和。4、根据PN结的组合方式不同，三极管可以分为型和型两种类型。5、三极管的内部均包含三个区，分别是发射区、和。6、由三极管内部引出的三个电极称为基极、和。7、在三极管的两个区域的两交界面处形成两个PN结，分别称为和。,练习,硅管,锗管,电流放大,Ic,Ib,PNP,NPN,集电区,基区,集电极,发射极,集电结,发射结,49,8、在三极管中Ie与Ib，Ic的关系为，由于Ib的数值远远小于Ic，若忽略Ib，则IcIe。9、（）三极管是由三个PN结构成的一种半导体器件。10、（）晶体三极管由两个PN结组成，所以可以用两只二极管构成三极管。11、（）三极管的电压放大作用是三极管最基本和最重要的特性。12、（）三极管的放大实质，三极管可把小电流放大成大电流。,Ie=Ib+Ic,50,课堂反思,1、晶体三极管的发射极e箭头的含义是什么？,2、三极管的集电极c和发射极e可以互换吗？,简答：电流的方向,答：不能互换,你都懂了吗？,51,综合测试：1、（）三极管只有工作在放大区才有Ic=Ib关系成立。2、对三极管的放大实质，下面说法正确的是（）A、三极管能把小电流放大成大能量B、三极管可把小电流放大成大电流C、三极管可用变化较小的电流去控制变化较大的电流D、三极管能把小电压放大成大能量,综合测试,C,52,3、三极管的（A）是用来表示三极管的电流放大能力的参数。A、电流放大系数B、穿透电流C、最大允许电流D、反向击穿电压,53,综合测试:4、三极管的电流放大作用是三极管的最基本和最重要的特性。（）,综合测试,54,2.双极型三极管的电流放大作用,晶体管芯结构剖面图,e发射极,集电区N,基区P,发射区N,b基极,c集电极,晶体管实现电流放大作用的内部结构条件,(1)发射区掺杂浓度很高，以便有足够的载流子供“发射”。,(2)为减少载流子在基区的复合机会，基区做得很薄，一般为几个微米，且掺杂浓度较发射极低。,(3)集电区体积较大，且为了顺利收集边缘载流子，掺杂浓度很低。,可见，双极型三极管并非是两个PN结的简单组合，而是利用一定的掺杂工艺制作而成。因此，绝不能用两个二极管来代替，使用时也决不允许把发射极和集电极接反。,55,3.半导体三极管的特性曲线及主要参数.三极管的特性曲线三极管的特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线，它是三极管内部载流子运动的外部表现。从使用角度来看，外部特性显得更为重要。因为三极管的共射接法应用最广，故以NPN管共射接法为例来分析三极管的特性曲线。由于三极管有三个电极，它的伏安特性曲线比二极管更复杂一些，工程上常用到的是它的输入特性和输出特性。,56,1）输入特性曲线当UCE不变时，输入回路中的电流IB与电压UBE之间的关系曲线被称为输入特性，即,输入特性曲线如图18所示。,57,图18输入特性,58,当Uce=0时，三极管的输入回路相当于两个PN结并联，如图19所示。三极管的输入特性是两个正向二极管的伏安特性。当UceUbe时，b、e两极之间加上正向电压。集电结反偏，发射区注入基区的电子绝大部分漂移到集电极，只有一小部分与基区的空穴复合形成基极电流Ib。与Uce=0时相比，在相同Ube条件下，Ib要小得多，输入特性曲线向右移动；若Uce继续增大，曲线继续右移。,59,当Uce1V时，在一定的Ube条件之下，集电结的反向偏压足以将注入到基区的电子全部拉到集电极，此时Uce再继续增大，Ib也变化不大，因此Uce1V以后，不同Uce值的各条输入特性曲线几乎重叠在一起。所以常用Uce1V的某条输入特性曲线来代表Uce更高的情况。在实际应用中，三极管的Uce一般大于1V，因而Uce1V时的曲线更具有实际意义。,60,由三极管的输入特性曲线可看出：三极管的输入特性曲线是非线性的，输入电压小于某一开启值时，三极管不导通，基极电流为零，这个开启电压又叫阈值电压。对于硅管，其阈值电压约为0.5V，锗管约为0.10.2V。当管子正常工作时，发射结压降变化不大，对于硅管约为0.60.7V，对于锗管约为0.20.3V。,61,2）输出特性曲线当Ib不变时，输出回路中的电流Ib与电压Uce之间的关系曲线称为输出特性曲线，即,固定一个Ib值，可得到一条输出特性曲线，改变Ib值，可得到一族输出特性曲线。以硅NPN型三极管为例，其输出特性曲线族如图20所示。在输出特性曲线上可划分三个区：放大区、截止区、饱和区。P83第七行,62,E,/,B,20,C,/,A,63,（1）放大区当Uce1V以后，三极管的集电极电流Ic=Ib+Iceo，Ic与Ib成正比而与Uce关系不大。所以输出特性曲线几乎与横轴平行，当Ib一定时，Ic的值基本不随Uce变化，具有恒流特性。Ib等量增加时，输出特性曲线等间隔地平行上移。这个区域的工作特点是发射结正向偏置，集电结反向偏置，IcIb。由于工作在这一区域的三极管具有放大作用，因而把该区域称为放大区。,64,（2）截止区当Ib=0时，Ic=Iceo，由于穿透电流ceo很小，输出特性曲线是一条几乎与横轴重合的直线。（3）饱和区当UceUbUe；工作于截止区时，UcUeUb；工作于饱和区时，UbUcUe。,65,练习,练习,1、输出特性曲线可以分为、和饱和区。2、（）硅三极管饱和条件是发射结和集电结正向偏置。3、（）在NPN型硅三极管输出特性曲线上，在放大区，=Ic/Ib。4、（）晶体三极管做开关应用时一般工作在输出特性曲线的截止区和饱和区。,放大区,截止区,66,5、（）三极管只有工作在放大区才有Ic=Ib关系成立。6、（）三极管工作在放大区时，其特点是发射结正向偏置，集电结反向偏置。7、（）当Uce1V以后，所测得三极管的输入特性几乎完全重合。8、（）在晶体三极管的输出特性曲线中，当Ib减少时，它对应的输出特性曲线向上平移。,练习,练习,67,练习,练习,9、（）数字电路是利用晶体三极管的放大特性来工作的。10、（）三极管的开关特性是利用三极管工作在放大状态和饱和状态。11、NPN型晶体管处于放大状态时，各级电位关系是（）A、UcUeUbB、UcUbUeC、UcUbUeD、UcUeUb12、PNP型晶体管处于放大状态时，各级电位关系是（）A、UcUeUbB、UcUbUeC、UcUbUeD、UcUeUb,B,C,68,练习,练习,13、对三极管的放大实质，下面说法正确的是（）A、三极管能把小电流放大成大能量B、三极管可把小电流放大成大电流C、三极管可用变化较小的电流去控制变化较大的电流D、三极管能把小电压放大成大能量14、在晶体三极管的输出特性曲线中，当Ib减少时，它对应的输出特性曲线（）A、向下平移B、向上平移C、向左平移D、向右平移,C,A,69,3.三极管的主要参数三极管的参数是表征管子性能和安全运用范围的物理量，是正确使用和合理选择三极管的依据。三极管的参数较多，这里只介绍主要的几个。1）电流放大系数电流放大系数的大小反映了三极管放大能力的强弱。（1）共发射极交流电流放大系数指集电极电流变化量与基极电流变化量之比，其大小体现了共射接法时，三极管的放大能力。即,70,（2）共发射极直流电流放大系数为三极管集电极电流与基极电流之比，即,因与的值几乎相等，故在应用中不再区分，均用表示。2）极间反向电流（1）集电极基极间的反向电流ICBOICBO是指发射极开路时，集电极基极间的反向电流，也称集电结反向饱和电流。温度升高时，ICBO急剧增大，温度每升高10，ICBO增大一倍。选管时应选ICBO小且ICBO受温度影响小的三极管。,71,（2）集电极发射极间的反向电流ICEOICEO是指基极开路时，集电极发射极间的反向电流，也称集电结穿透电流。它反映了三极管的稳定性，其值越小，受温度影响也越小，三极管的工作就越稳定。3）极限参数三极管的极限参数是指在使用时不得超过的极限值，以此保证三极管的安全工作。（1）集电极最大允许电流ICM集电极电流IC过大时，将明显下降，ICM为下降到规定允许值（一般为额定值的1/22/3）时的集电极电流。使用中若ICICM，三极管不一定会损坏，但明显下降。,72,（2）集电极最大允许功率损耗PCM管子工作时，UCE的大部分降在集电结上，因此集电极功率损耗PC=UCEIC，近似为集电结功耗，它将使集电结温度升高而使三极管发热致使管子损坏。工作时的PC必须小于PCM。（3）反向击穿电压U(BR)CEO，U(BR)CBO，U(BR)EBOU(BR)CEO为基极开路时集电结不致击穿，施加在集电极发射极之间允许的最高反向电压。U(BR)CEO为发射极开路时集电结不致击穿，施加在集电极基极之间允许的最高反向电压。U(BR)EBO为集电极开路时发射结不致击穿，施加在发射极基极之间允许的最高反向电压。它们之间的关系为,73,U(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBO通常U(BR)CEO为几十伏，U(BR)EBO为数伏到几十伏。根据三个极限参数ICM，PCM，U(BR)CEO可以确定三极管的安全工作区，如图22所示。三极管工作时必须保证工作在安全区内，并留有一定的余量。测试：三极管的（）是用来表示三极管的电流放大能力的参数。A、电流放大系数B、穿透电流C、最大允许电流D、反向击穿电压,A,74,75,76,77,78,四、三极管的应用,、在夏利系列和日本丰田系列轿车上交流发电机调节器电路、日常生活中天天接触的电视机、计算机、计算器、扩音器、扬声器、话筒等、各型汽车的微机电路中,都采用了反向器。反向器又称为“非”门:由一只三极管组成的反向器总之三极管用在1.放大电路：作电压或电流放大；2.振荡电路：调制、解调或自激振荡；3.开关电路：作闸流、限流或开关管。,79,五、单极型三极管,双极型三极管是利用基极小电流去控制集电极较大电流的电流控制型器件，因工作时两种载流子同时参与导电而称之为双极型。单极型三极管因工作时只有多数载流子一种载流子参与导电，因此称为单极型三极管；单极型三极管是利用输入电压产生的电场效应控制输出电流的电压控制型器件。,上图所示为单极型三极管产品实物图。单极型管可分为结型和绝缘栅型两大类，其中绝缘栅型场效应管应用最为广泛，其中又分增强型和耗尽型两类，且各有N沟道和P沟道之分。,80,81,1、MOS管的基本结构,N+,N+,以P型硅为衬底,二氧化硅(SiO2)绝缘保护层,两端扩散出两个高浓度的N区,N区与P型衬底之间形成两个PN结,由衬底引出电极B,由高浓度的N区引出的源极S,由另一高浓度N区引出的漏极D,由二氧化硅层表面直接引出栅极G,杂质浓度较低，电阻率较高。,82,大多数管子的衬底在出厂前已和源极连在一起,铝电极、金属（Metal）,二氧化硅氧化物（Oxide）,半导体（Semiconductor),故单极型三极管又称为MOS管。,83,MOS管电路的连接形式,漏极与源极间电源UDS,栅极与源极间电源UGS,如果衬底在出厂前未连接到源极上，则要根据电路具体情况正确连接。一般P型硅衬底应接低电位，N型硅衬底应接高电位，由导电沟道的不同而异。,84,不同类型MOS管的电路图符号,由图可看出，衬底的箭头方向表明了场效应管是N沟道还是P沟道：箭头向里是N沟道，箭头向外是P沟道。,虚线表示增强型,实线表示耗尽型,85,2.工作原理,以增强型NMOS管为例说明其工作原理。N沟道增强型MOS管不存在原始导电沟道。,当栅源极间电压UGS=0时，增强型MOS管的漏极和源极之间相当于存在两个背靠背的PN结。,不存在原始沟道,+,UDS,UGS=0,此时无论UDS是否为0，也无论其极性如何，总有一个PN结处于反偏状态，因此MOS管不导通，ID=0。MOS管处于截止区。,P,ID=0,86,87,88,如果继续增大UDS，使UGDUT时，沟道夹断区延长，ID达到最大且恒定，管子将从放大区跳出而进入饱和区。,沟道出现预夹断时工作在放大状态，放大区ID几乎与UDS的变化无关，只受UGS的控制。即MOS管是利用栅源电压UGS来控制漏极电流ID大小的一种电压控制器件。,89,MOS管的工作过程可参看下面动画演示：,90,3.MOS管使用注意事项,(1)MOS管中,有的产品将衬底引出，形成四个管脚。使用者可视电路需要进行连接。P衬底接低电位，N衬底接高电位。但当源极电位很高或很低时,可将源极与衬底连在一起。,(2)场效应管的漏极与源极通常可以互换，且不会对伏安特性曲线产生明显影响。注意：有些产品出厂时已将源极与衬底连在一起了，这时源极与漏极就不能进行对调。,(3)MOS管不使用时,由于它的输入电阻非常高,须将各电极短路,以免受外电场作用时使管子损坏。即MOS管在不使用时应避免栅极悬空，务必将各电极短接。,(4)焊接MOS管时，电烙铁须有外接地线，用来屏蔽交流电场，以防止损坏管子。特别是焊接绝缘栅场效应管时，最好断电后再焊接。,91,单极型晶体管和双极型晶体管的性能比较,1.场效应管的源极S、栅极G、漏极D分别对应于双极型晶体管的发射极e、基极b、集电极c，它们的作用相似。2.场效应管是电压控制电流器件，场效应管栅极基本上不取电流，而双极型晶体管工作时基极总要取一定的电流。所以在只允许从信号源取极小量电流的情况下，应该选用场效应管；而在允许取一定量电流时，选用双极型晶体管进行放大可以得到比场效应管较高的电压放大倍数。3.场效应管是多子导电，而双极型晶体管则是既利用多子，又利用少子。由于少子的浓度易受温度、辐射等外界条件的影响，因而场效应管比晶体管的温度稳定性好、抗辐射能力强。在环境条件（温度等）变化比较剧烈的情况下，选用场效应管比较合适。4.场效应管的源极和衬底通常是连在一起时，源极和漏极可以互换使用，耗尽型绝缘栅型管的栅极电压可正可负，灵活性比晶体管强；而双极型晶体管的集电极与发射极互换使用时，其特性差异很大，放大倍数值将减小很多。5.与双极型晶体管相比，场效应管的噪声系数较小，所以在低噪声放大器的前级通常选用场效应管，也可以选特制的低噪声晶体管。但总的来说，当信噪比是主要矛盾时，还应选用场效应管。6.场效应管和双极型晶体管都可以用于放大或可控开关，但场效应管还可以作为压控电阻使用，而且制造工艺便于集成化，具有耗电少，热稳定性好，工作电源电压范围宽等优点，因此在电子设备中得到广泛的应用。,92,93,六、晶闸管的工作原理为了说明晶闸管的工作原理，把晶闸管看成由一个型的晶体管1和一个PNP型晶体管2两个晶体管联接而成，阴极K相当于1的发射极，阳极A相当于2的发射极，中间的P2层和N1层为两管共用，第一个晶体管的基极与另一个晶体管的集电极相联接，如图1.4.3所示。(1)控制极不加电压（开路），当阳极A和阴极K之间加正向电压（A为高电位，K为低电位）时，由图1.4.3可知，PN结J1和J3处于正向偏置，J2处于反向偏置，且IG=0，故V1不能导通，晶闸管处于截止状态（称阻断状态）；,94,95,当阳极A和阴极K之间加反向电压时，则J2处于正向偏置，而J1和J3处于反向偏置，V1仍不能导通，故晶闸管还是处于阻断状态。(2)当控制极G和阴极K之间加正向电压（G为高电位，K为低电位），阳极和阴极之间加正向电压，如图1.4.4所示，当控制极电流IG达到一定数值时，晶闸管导通。综上所述，晶闸管导通条件是：阳极和阴极之间加正向电压，控制极和阴极之间加正向电压，阳极电流大于擎住电流。满足这三个条件晶闸管才能导通，否则，呈阻断状态。所以晶闸管是一个可控的导电开关。,96,满足这三个条件晶闸管才能导通，否则，呈阻断状态。所以晶闸管是一个可控的导电开关。它与二极管相比，不同之处是其正向导通受控制极电流控制；与三极管相比，不同之处是晶闸管对控制极电流没有放大作用。晶闸管的导通和阻断这两个工作状态是由阳极电压UAK、阳极电流IA及控制极电流IG等决定的，这几个量又是互相有联系的，在实际应用时常用实验曲线来表示它们之间的关系，这就是晶闸管的伏安特性曲线，如图1.4.5所示。,97,七.放大的概念,电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。,电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：,Au,98,1.放大电路的性能指标,、电压放大倍数Au,Ui和Uo分别是输入和输出电压的有效值。,Au是复数，反映了输出和输入的幅值比与相位差。,99,、输入电阻ri,放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。,定义：,即：ri越大，Ii就越小，ui就越接近uS,100,、输出电阻ro,放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,101,、通频带,通频带：,fbw=fHfL,放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线,102,2.符号规定,UA,大写字母、大写下标，表示直流量。,uA,小写字母、大写下标，表示全量。,ua,小写字母、小写下标，表示交流分量。,uA,ua,全量,交流分量,t,UA直流分量,103,3.基本放大电路的组成和工作原理,三极管放大电路有三种形式,共射放大器,共基放大器,共集放大器,以共射放大器为例讲解工作原理,104,.共射放大电路的基本组成,放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。,输入,输出,？,参考点,105,作用：使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。,基极电源与基极电阻,106,集电极电源