晶体管和场效应管工作原理详解ppt课件

,1.3双极型晶体管,双极型晶体管是由三层杂质半导体构成的器件。它有三个电极，所以又称为半导体三极管、晶体三极管等，以后我们统称为晶体管BJT(BipolarJunctionTransistor)。,基极,发射极,集电极,NPN型,PNP型,1.3.1晶体管的结构和类型,NPN型三极管,PNP型三极管,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,发射结Je,集电结Jc,VBB,RB,VCC,1.3.2晶体管的电流放大作用,电流放大条件：内部条件：发射区掺杂浓度高；基区薄；集电区面积大。外部条件：发射结正偏；集电结反偏。NPN:VCVBVEPNP:VCVBVE,VBB,RB,VCC,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IEN。,一、晶体管内部载流子的运动,进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBN，多数扩散到集电结。,VBB,RB,VCC,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ICN。,IB=IBN+IEP-ICBOIBN,图晶体管内部载流子运动与外部电流,二、晶体管的电流分配关系,外部电流关系：IE=IC+IB内部：,在e结正偏、c结反偏的条件下，晶体管三个电极上的电流不是孤立的，它们能够反映非平衡少子在基区扩散与复合的比例关系。这一比例关系主要由基区宽度、掺杂浓度等因素决定，管子做好后就基本确定了。反之，一旦知道了这个比例关系，就不难得到晶体管三个电极电流之间的关系，从而为定量分析晶体管电路提供方便。,为了反映扩散到集电区的电流ICN与基区复合电流IBN之间的比例关系，定义共发射极直流电流放大系数为,其含义是：基区每复合一个电子，则有电子扩散到集电区去。值一般在20200之间。,确定了值之后，可得,式中：,称为穿透电流。因ICBO很小，在忽略其影响时，则有,为了反映扩散到集电区的电流ICN与射极注入电流IEN的比例关系，定义共基极直流电流放大系数为,显然，IC，UCE0.3V称为饱和区。,2饱和区e结和c结均处于正偏的区域为饱和区。通常把uCE=uBE(即c结零偏)的情况称为临界饱和，对应点的轨迹为临界饱和线。,此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE0.3V,(3)截止区：UBE死区电压，IB=0，IC=ICEO0,输出特性三个区域的特点:,例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k当USB=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？,当USB=-2V时：,IB=0，IC=0,IC最大饱和电流：,Q位于截止区,例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k当USB=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？,ICICmax(=2mA)，Q位于放大区。,USB=2V时：,USB=5V时:,例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k当USB=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？,Q位于饱和区，此时IC和IB已不是倍的关系。,前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。,共射直流电流放大倍数：,工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：,1.电流放大倍数和,1.3.4晶体管的主要参数,例：UCE=6V时：IB=40A,IC=1.5mA；IB=60A,IC=2.3mA。,在以后的计算中，一般作近似处理：=,共基极直流电流放大系数和交流电流放大系数由于ICBO、ICEO都很小，在数值上,。所以在以后的计算中，不再加以区分。值与测量条件有关。一般来说，在iC很大或很小时，值较小。只有在iC不大、不小的中间值范围内，值才比较大，且基本不随iC而变化。因此，在查手册时应注意值的测试条件。尤其是大功率管更应强调这一点。,2.集-基极反向截止电流ICBO,ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。,B,E,C,N,N,P,ICBO进入N区，形成IBE。,根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流IBE。,集电结反偏有ICBO,3.集-射极反向截止电流ICEO,ICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。,4.集电极最大电流ICM,集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。,5.集-射极反向击穿电压,U(BR)CBO指发射极开路时，集电极基极间的反向击穿电压。U(BR)CEO指基极开路时，集电极发射极间的反向击穿电压。U(BR)CEOU(BR)CBO。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。U(BR)EBO指集电极开路时，发射极基极间的反向击穿电压。普通晶体管该电压值比较小，只有几伏。,6.集电极最大允许功耗PCM,集电极电流IC流过三极管，所发出的焦耳热为：,PC=ICUCE,必定导致结温上升，所以PC有限制。,PCPCM,ICUCE=PCM,安全工作区,1.3.5温度对晶体管特性及参数的影响,温度对晶体管的参数都有影响。其中，uBE、ICBO随温度变化的规律与PN结相同，即温度每升高1，uBE减小22.5mV；温度每升高10，ICBO增大一倍。温度对的影响表现为，随温度的升高而增大，变化规律是：温度每升高1，值增大0.5%1%(即/T(0.51)%/)。,图温度对晶体管输入特性的影响,图温度对晶体管输出特性的影响,例1.3.11.3.2P37,1.3.6光电三极管,图1.3.10光电三极管的等效电路、符号和外形,1.3.6光电三极管,图光电三极管的输出特性曲线,1.4场效应管,场效应管与晶体管的区别,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，因此称其为单极型器件。3.晶体管的输入电阻较低，一般102104；场效应管的输入电阻高，可达1091014,场效应管分类,结型场效应管JFET,绝缘栅型场效应管MOS,N沟道,P沟道,增强型,耗尽型,1、结型场效应管（JFET)结构,G,S,D,导电沟道,源极，用S或s表示,N型导电沟道,漏极，用D或d表示,1.4.1结型场效应管,VGS对沟道的控制作用,当VGS0时PN结反偏,当沟道夹断时,ID减小至0，此时对应的栅源电压VGS称为夹断电压VP(或VGS(off)。,对于N沟道的JFET，VP0。,耗尽层加厚,沟道变窄,VGS继续减小，沟道继续变窄，ID继续变小。,当VGS=0时，沟道最宽，沟道电阻最小，在VDS的作用下N沟道内的电子定向运动形成漏极电流ID,此时最大。,沟道电阻变大,ID变小,根据其结构，它只能工作在反偏条件下，N沟道管加负栅源电压，P沟道管加正栅源电压，否则将会出现栅流。,2、结型场效应管（JFET)的工作原理,当VGS=0时，VDSID,G、D间PN结的反向电压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。,当VDS增加到使VGD=VP时，在紧靠漏极处出现预夹断。,此时VDS,夹断区延长,沟道电阻,ID基本不变,VDS对沟道的控制作用,当VP0N沟道增强型MOS管只能工作在VGS0,二、N沟道耗尽型MOS场效应管工作原理,输出特性曲线,转移特性曲线,三、N沟道耗尽型MOS场效应管特性曲线,绝缘栅场效应管,N沟道增强型,P沟道增强型,各类绝缘栅场效应三极管的特性曲线,绝缘栅场效应管,N沟道耗尽型,P沟道耗尽型,2.夹断电压VP：是耗尽型FET的参数，当VGS=VP时,漏极电流为零。,3.饱和漏极电流IDSS耗尽型场效应三极管当VGS=0时所对应的漏极电流。,1.开启电压VT：MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。,4.直流输入电阻RGS:栅源间所加的恒定电压VGS与流过栅极电流IGS之比。结型:大于107，绝缘栅:1091015。,5.漏源击穿电压V(BR)DS:使ID开始剧增时的VDS。,6.栅源击穿电压V(BR)GSJFET：反向饱和电流剧增时的栅源电压MOS：使SiO2绝缘层击穿的电压,1.4.3场效应管的主要参数,7.低频跨导gm：反映了栅源压对漏极电流的控制作用。,8.输出电阻rds,9.极间电容,Cgs栅极与源极间电容Cgd栅极与漏极间电容Csd源极与漏极间电容,N沟道,P沟道,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,（耗尽型）,图各种场效应管的符号对比,图各种场