电子线路陈其纯 第二章三极管及场效应管ppt课件

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：有低频和高频管；按功率分：有小功率和大功率管；按用途分：有普通管和开关管；按半导体材料分：有锗管和硅管等等。,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。,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，集电结加反向电压。,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。,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。,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。,动画晶体三极管的输出特性曲线,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,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,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，并有可能烧坏管子。,2集电极最大允许耗散功率PCM,当管子集电结两端电压与通过电流的乘积超过此值时，管子性能变坏或烧毁。,3集电极发射极间反向击穿电压V(BR)CEO,管子基极开路时，集电极和发射极之间的最大允许电压。当电压越过此值时，管子将发生电击穿，若电击穿导致热击穿会损坏管子。,2.1.6三极管的简单测试,判别硅管和锗管的测试电路,一、硅管或锗管的判别,二、估计比较的大小,NPN管估测电路如图所示。,估测的电路,万用表设置在R1k挡，测量并比较开关S断开和接通时的电阻值。前后两个读数相差越大，说明管子的越高，即电流放大能力越大。,估测PNP管时，将万用表两只表笔对换位置。,三、估测ICEO,NPN管估测电路如图所示。所测阻值越大，说明管子的ICEO越小。若阻值无穷大，三极管开路；若阻值为零，三极管短路。,测PNP型管时，红、黑表笔对调，方法同前。,ICEO的估测,四、NPN管型和PNP管型的判断,基极b的判断,将万用表设置在R1k或R100k挡，用黑表笔和任一管脚相接(假设它是基极b)，红表笔分别和另外两个管脚相接，如果测得两个阻值都很小，则黑表笔所连接的就是基极，而且是NPN型的管子。如图(a)所示。如果按上述方法测得的结果均为高阻值，则黑表笔所连接的是PNP管的基极。如图(b)所示。,五、e、b、c三个管脚的判断,估测的电路,如图所示，首先确定三极管的基极和管型，然后采用估测值的方法判断c、e极。,方法是先假定一个待定电极为集电极(另一个假定为发射极)接入电路，记下电阻表的摆动幅度，然后再把两个待定电极对调一下接入电路，并记下电阻表的摆动幅度。,摆动幅度大的一次，黑表笔所连接的管脚是集电极c，红表笔所连接的管脚为发射极e。,测PNP管时，只要把图示电路中红、黑表笔对调位置，仍照上述方法测试。,2.2场效晶体管,2.2.1结型场效晶体管,2.2.2绝缘栅场效晶体管,2.2.3场效晶体管的主要参数和特点,工程应用,2.2场效晶体管,场效晶体管：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。,特点：管子内部只有一种载流子参与导电，称为单极型晶体三极管。,2.2.1结型场效晶体管,N沟道结型场效晶体管,P沟道结型场效晶体管,一、结构和符号,N沟道结型场效晶体管的结构、符号如图所示；P沟道结型场效晶体管如图所示。,特点：由两个PN结和一个导电沟道所组成。三个电极分别为源极S、漏极D和栅极G。漏极和源极具有互换性。,工作条件：两个PN结加反向电压。,二、工作原理,以N沟道结型场效晶体管为例，原理电路如图所示。,动画结型场效晶体管结构,工作原理如下：,VDS0；VGS0，在绝缘层和衬底之间感应出一个反型层，使漏极和源极之间产生导电沟道。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。,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