极管及MOS管的讲解ppt课件

1、双极性晶体三极管双极性晶体三极管 场效应半导体三极管场效应管场效应半导体三极管场效应管FET 第第3章、三極管及章、三極管及MOS管的講解管的講解3.1 双极性晶体三极管双极性晶体三极管3.3.1 晶体管的构造晶体管的构造晶体管的构造表示图如图晶体管的构造表示图如图02.01所示。它有两所示。它有两种类型：种类型：NPN型和型和PNP型。型。中间部分称为基区，相连电极称为基极，用中间部分称为基区，相连电极称为基极，用B或或b表示表示Base；一侧称为发射区，相；一侧称为发射区，相连电极称为发射极，用连电极称为发射极，用E或或e表示表示Emitter；另一侧称为集电区和集电极，用另一侧称为集电区

2、和集电极，用C或或c表示表示Collector。E-B间的间的PN结称为发射结，结称为发射结，C-B间的间的PN结称为集电结。结称为集电结。双极型三极管的符号在图的下方给出，发射双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实践方向。从外极的箭头代表发射极电流的实践方向。从外表上看两个表上看两个N区区(或两个或两个P区区)是对称的，实践是对称的，实践上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度普通在几个微米。度普通在几个微米。1、晶体管中载流子的挪动、晶体管中载流子

3、的挪动双极型半导体三极管在任务时一定要加上适当的双极型半导体三极管在任务时一定要加上适当的直流偏置电压。假设在放大任务形状：发射结加直流偏置电压。假设在放大任务形状：发射结加正向电压，集电结加反向电压。现以正向电压，集电结加反向电压。现以 NPN型三型三极管的放大形状为例，来阐明三极管内部的电流极管的放大形状为例，来阐明三极管内部的电流关系，关系， 见图见图02.02。图02.02 双极型三极管的电流传输关系1发射区向基区发射电子发射区向基区发射电子发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区分散，发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区分散，构成的电流为构成的电流为IEN。与。与PN结中

4、的情况一样。从基区向发结中的情况一样。从基区向发射区也有空穴的分散运动，但其数量小，构成的电流为射区也有空穴的分散运动，但其数量小，构成的电流为IEP。这是由于发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓。这是由于发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。度。IEIENIEPIEN。2电子在基区的分散和复合情况电子在基区的分散和复合情况进入基区的电子将向集电结方向分散。在分散过程中，进入基区的电子将向集电结方向分散。在分散过程中，有部分电子与基区的多子空穴复合而消逝，被复合的电有部分电子与基区的多子空穴复合而消逝，被复合的电子构成的电流是子构成的电流是IBN3集电极搜集电子集电极搜集电子进入基区的电子流因基

5、区的空穴浓度低，被复合的时机进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的时机较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快就运动到了集电结的边子在基区停留的时间很短，很快就运动到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，被集电极所搜集，构成上，进入集电结的结电场区域，被集电极所搜集，构成集电极电流集电极电流ICN。结论：结论：IENICNIBN 且有且有IEN IBN ， ICNIBN2、晶体管电路中的电流方式、晶体管电路中的电流方式(1) 三种组态三种组态双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入双极型三极管有三个

6、电极，其中两个可以作为输入, 两个可以作为输出，两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见图这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见图02.03。共发射极接法，发射极作为公共电极；共发射极接法，发射极作为公共电极；共集电极接法，集电极作为公共电极；共集电极接法，集电极作为公共电极；共基极接法，基极作为公共电极。共基极接法，基极作为公共电极。 1) 共射接法中的电流传输方程式共射接法中的电流传输方程式经过改动经过改动IB可控制可控制IC的变化。的变化。IC IE (ICIB) IC IB1 IC IBIC IB IB控制系数传输系数控制系数传输系数 I

7、CIB 称为直流共射集称为直流共射集-基电流比或直流电流放大倍基电流比或直流电流放大倍数。数。13.3.2 共射接法晶体管的特性曲线共射接法晶体管的特性曲线共发射极接法的供电电路和电压-电流关系如图02.04所示。图02.04 共发射极接法的电压-电流关系1、输入特性曲线、输入特性曲线输入特性曲线输入特性曲线IBfUBE简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性曲线，现讨论性曲线，现讨论IB和和UBE之间的函数关系。由于之间的函数关系。由于有集电结电压的影响，它与一个单独的有集电结电压的影响，它与一个单独的PN结的结的伏安特性曲线不同。为了排除伏安特

8、性曲线不同。为了排除UCE的影响，在讨的影响，在讨论输入特性曲线时，应使论输入特性曲线时，应使UCE常数。常数。共发射极接法的输入特性曲线见图共发射极接法的输入特性曲线见图02.05。其中。其中UCE0V的那一条相当于发射结的正向特性曲的那一条相当于发射结的正向特性曲线。当线。当UCE 1V时，时，UCB= UCEUBE0，集，集电结已进入反偏形状，开场搜集电子，使基区复电结已进入反偏形状，开场搜集电子，使基区复合减少，合减少，IC / IB增大，增大，特性曲线将向右略微挪动一些特性曲线将向右略微挪动一些。但。但UCE再添加时，曲线右移再添加时，曲线右移很不明显。由于很不明显。由于UCE1V时

9、，时，集电结已把绝大多数电子搜集过去集电结已把绝大多数电子搜集过去，搜集电子数量的比例不再明显增大。，搜集电子数量的比例不再明显增大。工程实际上，工程实际上，就用就用UCE1V的输入特性曲线替代的输入特性曲线替代UCE 1V以以后的输入特性曲线。后的输入特性曲线。图02.05 共发射极接法输入特性曲线NoImage2、输出特性曲线、输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线 ICfUCE共发射极接法的输出特性曲线如图共发射极接法的输出特性曲线如图02.06所示，所示，它是以它是以IB为参变量的一族特性曲线。输出特性曲为参变量的一族特性曲线。输出特性曲线可以分为三个区域。现以其中任何一条加以阐线可以分

10、为三个区域。现以其中任何一条加以阐明，当明，当UCE =0 V时，因集电极无搜集作用，时，因集电极无搜集作用，IC=0。当。当UCE悄然增大时，发射结虽处于正向悄然增大时，发射结虽处于正向电压之下，但集电结反偏电压电压之下，但集电结反偏电压UCB =UCEUBE很小，搜集电子的才干很弱，很小，搜集电子的才干很弱，IC主要由主要由UCE决议，此区域称为饱和区。当决议，此区域称为饱和区。当UCE添加到添加到使集电结反偏电压较大时，运动到集电结的电子使集电结反偏电压较大时，运动到集电结的电子根本上都可以被集电区搜集，以后根本上都可以被集电区搜集，以后UCE再添加，再添加，电流也没有明显的添加，特性曲

11、线进入与电流也没有明显的添加，特性曲线进入与UCE轴轴根本平行的区域根本平行的区域 (这与输入特性曲线随这与输入特性曲线随UCE增大增大而右移的缘由是一致的而右移的缘由是一致的) ，此区域称为放大区。，此区域称为放大区。NoImage图02.06 共发射极接法输出特性曲线1截止区IC接近零的区域，相当IB=0的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。2放大区IC平行于UCE轴的区域，曲线根本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。实践上，大约在UCE1V和IB0的区域是输出特性曲线族上的放大区。此区为放大电路中晶体管应处的任务区域。在放大区中，根据每条曲线对应的IB和IC值，就可估算 ICI

12、B；另外，根据两条曲线所对应的变化值IB和IC，可以估算出晶体管的另一重要参数，即交流共射集-基电流比或交流电流放大倍数，表示为 ICIB当管子任务频率较低时，在数值上 ，如此例 ICIB20.0450ICIB4-20.08-0.0450所以在工程实际中将两者混用。3饱和区IC受UCE显著控制的区域，该区域内UCE的数值较小，普通UCE0.7 V(硅管)。此时发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。在饱和区内，晶体管集电极和发射极之间的电压叫饱和电压降，用UCES表示。其数值对小功率晶体管约为0.20.3V，而对大功率晶体管常可达1V以上。放大区与饱和区的分界限集电结零偏UCE =UBE时对应曲

13、线。3.3.5 晶体管的类型、型号及选用原那么晶体管的类型、型号及选用原那么1、类型与型号、类型与型号国家规范对半导体器件型号的命名方法及符号规定见教材表国家规范对半导体器件型号的命名方法及符号规定见教材表1-1所示。所示。命名举例如下：命名举例如下： 3 D G 110 B 用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格 用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号 用字母表示器件的种类用字母表示器件的种类 用字母表示资料用字母表示资料 三极管三极管第二位：第二位：A表示锗表示锗PNP管、管、B表示锗表示锗NPN管、管、C表示硅表示硅PNP管、管、D表示硅表示硅NP

14、N管管第三位：第三位：X表示低频小功率管、表示低频小功率管、D表示低频大功率管、表示低频大功率管、G表示高频小功率管、表示高频小功率管、A表示高频小功率管、表示高频小功率管、K表示开关管。表示开关管。2、选用原那么、选用原那么1在同一型号的管子中，应选反向电流小的，这样的管子温度稳定性能较好。在同一型号的管子中，应选反向电流小的，这样的管子温度稳定性能较好。 值不宜选得过高，否那么管子性能不稳定。值不宜选得过高，否那么管子性能不稳定。2假设要求管子的反向电流小，任务温度高，那么应选硅管；而当要求导通假设要求管子的反向电流小，任务温度高，那么应选硅管；而当要求导通电压较低时，那么应选锗管。电压较

15、低时，那么应选锗管。3假设要求任务频率高，必需选用高频管或超高频管；假设用于开关电路，假设要求任务频率高，必需选用高频管或超高频管；假设用于开关电路，那么应选用开关管。那么应选用开关管。4必需使管子任务在平安区：留意必需使管子任务在平安区：留意PCM、ICM、U(BR)CEO值值 3.3.2 场效应半导体三极管场效应场效应半导体三极管场效应FET半导体三极管有两大类型，一是双极型半导体三极管 二是场效应半导体三极管双极型半导体三极管是由两种载流子故称双极性器件参与导电的半导体器件，它由两个PN结组合而成，是一种CCCS器件。场效应型半导体三极管仅由一种载流子故又称单极性器件参与导电，是一种VC

16、CS器件。场效应管从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。从场效应管的构造来划分，它有结型场效应管JFET(Junction type Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET( Insulated Gate Field Effect Transister) 之分。IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET Metal Oxide Semicon-ductor FET。场效应管的详细分类：结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管IGFETNoImage沟道沟道耗尽型沟道沟道增强型PNPN3.3.3 结型

17、场效应管结型场效应管1、结型场效应管的构造、结型场效应管的构造N沟道结型场效应管的构造如图沟道结型场效应管的构造如图02.19所示，所示，它是在它是在N型半导体硅片的两侧各制造一个型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，构成两个结，构成两个PN结夹着一个结夹着一个N型沟道的型沟道的构造。两个构造。两个P区即为栅极区即为栅极G，N型硅的一端是型硅的一端是漏极漏极D，另一端是源极，另一端是源极S。图形符号中，箭头。图形符号中，箭头方向是指方向是指PN结的正偏方向。结的正偏方向。同理,可构成P沟道结型场效应管,如图02.20所示。图形符号中，箭头方向是指PN结的正偏方向。图02.19 N沟道结型场效应管

18、的构造图02.20 P沟道结型场效应管的构造结型场效应管的任务原理结型场效应管的任务原理 1栅源电压对沟道的控制造用栅源电压对沟道的控制造用2漏源电压对沟道的控制造用漏源电压对沟道的控制造用3.3.4 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管结型场效应管的直流输入电阻栅源间的电阻是反偏PN结的电阻，由于存在饱和反向电流，故输入电阻不能够到达很高，普通只能到达107以上。要求更高，那么需采用绝缘栅场效应管。MOS管分耗尽型和加强型两大类，而每一类中又有N沟道和P沟道之分。耗尽型是指在UGS =0时，管内已建立沟道，加上漏源电压UDS，便会产生漏极电流ID。以后，加上适当极性的UGS，ID逐渐减小耗尽。加强型是指在UGS =0时，管内无沟道，加上漏源电压UDS，不会产生漏极电流ID。只需当UGS具有一定极性且到达一定数值之后，管子内才会产生导电沟道加强。 2、N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管N沟道耗尽型MOSFET的构造和符号如图02.17(a)所示，它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所