BJT与MOSFET简介学习课程

1、2021/11/20 1 结构与符号 2 工作原理 3 特性曲线 4 参数三极管简介三极管简介第1页/共38页第一页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20三极管三极管模型模型图图第2页/共38页第二页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20两种类型:NPN和PNP一、结构一、结构e(Emitter) ：发射极b(Base） ：基极c(Collector)：集电极发射结发射结(Je)集电结集电结(Jc)基区基区发射区发射区集电区集电区三极三极: 三区三区:两节两节:特点:b区薄 e区搀杂多 c区面积大e,b,cJe,Jc第3页/共38页第三页，编辑于星期五：十二点 二分。2

2、021/11/20二、符号二、符号1. 1. 结构与符号结构与符号*Je箭头箭头: P N第4页/共38页第四页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/202. 工作原理一、放大条件一、放大条件二、内部载流子的传输过程二、内部载流子的传输过程三、电流分配关系三、电流分配关系四、放大作用四、放大作用第5页/共38页第五页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20 外部条件：一、放大条件一、放大条件电位关系：电位关系：内部内部条件？条件？三区掺杂不同！Je正偏正偏，Jc反偏。反偏。对NPN型：VC VB VE对PNP型：VC VB VE 第6页/共38页第六页，编辑于星期五：十二点

3、二分。2021/11/20集电区集电区发射区发射区基区基区JeJcIB(1)(2)(3)IEIC扩散漂移正偏反偏复合二、内部载流子的传输过程二、内部载流子的传输过程忽略支流：忽略支流：IE =IC+IB第7页/共38页第七页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20 另外还有支流 IEP 、ICBO 三、电流分配关系三、电流分配关系IE =IC+IB第8页/共38页第八页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20四、放大作用四、放大作用 三种组态三种组态 应用：共射电压放大ioCBicvviivR电流放大电流放大( (控制）作用控制）作用)(BCBCIIII第9页/共38页第九

4、页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/203. 3. 特性曲线特性曲线 输入特性曲线 iB=f(vBE) vCE=const 输出特性曲线iC=f(vCE) iB=const共射接法共射接法的电压-电流关系第10页/共38页第十页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20(1) 输入特性曲线方程： iB=f(vBE) vCE=const曲线：如图第11页/共38页第十一页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20(2) 输出特性曲线方程： iC=f(vCE) iB=const曲线：如左图饱和区放大区截止区发射结发射结集电结集电结 正偏 正偏 正偏 反偏 反偏 反偏 三

5、区偏置特点：第12页/共38页第十二页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/204. 4. 参数参数 分为三大类: (1) (1)直流参数直流参数 电流放大系数电流放大系数 1.1.共射共射 IC / IB vCE=const直流参数直流参数交流参数交流参数极限参数极限参数2.共基共基 关系关系 = IC/IE= IB/ 1+ IB= / 1+ ，或或 = / 1- IC/IE VCB=const第13页/共38页第十三页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20 1. ICBO (Open)关系：关系： ICEO=（1+ ）ICBO 2. ICEO（穿透电流）穿透电流）极间反

6、向饱和电流（温度稳定性）极间反向饱和电流（温度稳定性）第14页/共38页第十四页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20(2)(2)交流参数交流参数 交流电流放大系数交流电流放大系数 1.共射共射 = IC/ IB vCE=const 2.共基共基 = IC/ IE VCB=const 特征频率特征频率fT 当 下降到1时所对应的频率当当ICBO和和ICEO很小时，很小时， ， 第15页/共38页第十五页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20 (3) (3)极限参数极限参数 IC上升时 会下降， 下降到线性放大区 值的70时所允许的电流。PCM 超过此值会使管子性能变坏或

7、烧毁。 PCM= ICVCBICVCEICM第16页/共38页第十六页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20 1.V(BR)CBO 发射极开路时的发射极开路时的 集电结击穿电压。集电结击穿电压。 BRBR（BreakdownBreakdown） 2.V(BR) EBO 3.V(BR)CEO 关系： V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO 反向击穿电压（V(BR)XXO）第17页/共38页第十七页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20 由由P PCMCM、 I ICMCM和和V V(BR)CEO(BR)CEO在输出特性曲线上可以确在输出特性曲线上可以确定三区：

8、定三区：第18页/共38页第十八页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20MOSMOS管（管（ MOSFET MOSFET ）简介）简介 1 结构与符号 2 工作原理与特性曲线 3 主要参数第19页/共38页第十九页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/201. 结构与符号MOS管管又又分为： 增强型 耗尽型D(Drain)为漏极，相当cG(Gate)为栅极，相当bS(Source)为源极，相当e 增强型MOS管N沟道沟道（导电通道）（导电通道）箭头：PN第20页/共38页第二十页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/202. 工作原理 与特性曲线特性曲线1、转移特性

9、曲线 ID=f(VGS)VDS=const 2、输出特性曲线 ID=f(VDS)VGS=const 第21页/共38页第二十一页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20工作原理（开启电压开启电压)反型层VGS控制控制沟道宽窄沟道宽窄 1、开启、开启沟道沟道0V +宽窄VGS=VT增强型MOS管第22页/共38页第二十二页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20 2、沟道、沟道变形变形预夹断楔形楔形沟道0+电位梯度电位梯度VDS的控制作用第23页/共38页第二十三页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20特性曲线2、输出特性曲线 ID=f(VDS)VGS=const

10、 三区：三区：可变电阻区（饱和区）恒流区（放大区）夹断区（截止区）1、转移特性曲线 ID=f(VGS)VDS=const VCCS！第24页/共38页第二十四页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20 另：另：N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET(a) 结构和符号 (b) 转移特性曲线P沟道 N沟道NPN PNP第25页/共38页第二十五页，编辑于星期五：十二点 二分。3. 3. 主要参数主要参数(1) (1) 直流参数直流参数 VT开启电压 增强型 IDSS饱和漏极电流 耗尽型 VGS=0时所对应的ID RGS输入电阻 约10910150时DTGSIVV，第26页/共38页第二十六页

11、，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20 gm 低频跨导（VCCS） 反映VGS对ID的控制作用gm=ID/VGS VDS=const (单位mS) (毫西门子)(3) (3) 安全参数安全参数 UBRXX反向击穿电压 XX：GS、DS PDM最大漏极功耗 由PDM= VDS ID决定 (2) (2) 交流参数交流参数gm可以在转 移特性曲线上求取，即曲线的斜率第27页/共38页第二十七页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20 各类场效应三极管的特性曲线绝缘栅场效应管N沟道增强型P沟道增强型伏安特性曲线比较表伏安特性曲线比较表第28页/共38页第二十八页，编辑于星期五：十

12、二点 二分。2021/11/20绝缘栅场效应管 N沟道耗尽型P 沟道耗尽型第29页/共38页第二十九页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20Key parameters of MOSFET VDS:Drain Source voltage ID:Drain current Ptot:Total power dissipation Rds(on):Drain-source on-state resistance Qgd:gate-drain (Miller) charge Gate Resistance(Rg):gate resistance Trr:reverse recovery

13、 time Ciss:input capacitance Crss:reverse transfer capacitance第30页/共38页第三十页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20VDS:Drain Source voltageDesigner needs to choose the VDS that can stand the voltage cross Drain and Source pin.For example, the Vin of Mother Board or Server is 12V, so the high side MOSFET have to ch

14、oose 25V VDS is enough. But, if the Vin of Notebook is 19V, than choose 30V VDS is more safe.25V*0.8=20V 12V - safe to use it.25V*0.8=20V 19V - has the risk to use it.30V*0.8=24V 19V - safe to use it.第31页/共38页第三十一页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20ID:Drain currentID is the current to support load. Designer h

15、as to notice the ID capability will drop while the temperature is rising. 第32页/共38页第三十二页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20Ptot:Total power dissipation(容许损耗功率)Different package has different power dissipation capability.Designer has to calculate the Ptot and choose the suitable package of MOSFET.Ex.PH3330L: 6

16、2.5W(LF-PAK)Ptot=(TJ-TC)/RthJC 150-25 2TJ: Junction temperature TC: Mounting base temperature第33页/共38页第三十三页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20Rds(on):Drain-source on-state resistanceRds(on) is key parameter of power loss. Designer choose the lower value of Rds(on) is better.In the VRM low side MOSFET, because

17、 of the longer turn on duty cycle, use the lower Rds(on) MOSFET can reduce the temperature as well.Qgd:gate-drain (Miller) chargeQgd can affect the rise time and fall time. If the rise and fall time too long, it means more power lost.第34页/共38页第三十四页，编辑于星期五：十二点 二分。2021/11/20Trr:Reverse recovery time二极管顺向电流流通后,师加电压逆转(从实线到虚线方向)二极管可视为一种电容,放出累积的电荷量Qrr,到中止的时间为Trr, 在此期间的二极管为等效