晶体三极管和场效应管

1、第2章 晶体三极管和场效应管教学重点1掌握晶体三极管的结构、工作电压、基本连接方式和电流分配关系。2熟练掌握晶体三极管的放大作用；共发射极电路的输入、输出特性曲线；主要参数及温度对参数的影响。3了解MOS管的工作原理、特性曲线和主要参数。教学难点1晶体三极管的放大作用2输入、输出特性曲线及主要参数学时分配序 号内 容学 时12.1晶体三极管422.2场效应管43本章小结与习题4本章总课时82.1 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。图2.1.1 三极管外形 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：如图所示

2、。2特点：有三个电极，故称三极管。图2.1.2 三极管的结构图晶体三极管有三个区发射区、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、晶体三极管的符号晶体三极管的箭头：表示发射结加正向电压时的电流方向。图2.1.3 三极管符号文字符号：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

3、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P249附录二。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。 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；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。V为三极管，GC为集电极电源，GB为基极电源，又称偏置电源，Rb为基极电阻，Rc为集电极电阻。二、晶体三极管在电路中的基本连接方式图三极管在电路中的三种基本联接方式 三极管内电流的分配和放大作用图2.1.6 三极管三个电流的测量一、电流分配关系动画 三极管的电流分

4、配关系，测得发射极电流、基极电流和集电极电流IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.161.772.372.96 ()因IB很小，则 IC » IE ()说明：图2.1.7 ICBO和ICEO示意图1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。2时，。ICEO称为集电极发射极反向电流，又叫穿透电流，见图2.1.7(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。

5、二、晶体三极管的电流放大作用动画 三极管的电流放大作用结论：1三极管有电流放大作用基极电流微小的变化，引起集电极电流IC较大变化。2交流电流放大系数 b表示三极管放大交流电流的能力 ()3直流电流放大系数表示三极管放大直流电流的能力 ()4通常，所以可表示为 ()考虑ICEO，则 ()三极管的输入和输出特性图2.1.9 共发射极输入特性曲线一、共发射极输入特性曲线动画 三极管的输入特性输入特性曲线：集射极之间的电压VCE一定时，发射结电压VBE与基极电流IB由图可见：1当VCE ³ 2 V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；3当VBE大于门槛电压(

6、硅管约0.5 V，锗管约0.2 V)时，IB逐渐增大，三极管开始导通。4三极管导通后，VBE基本不变。硅管约为0.7 V，锗管约为0.3 V，称为三极管的导通电压。5VBE与IB成非线性关系。二、晶体三极管的输出特性曲线动画 三极管的输出特性图2.1.10 三极管的输出特性曲线输出特性曲线：基极电流一定时，集、射极之间的电压与集电极电流由图可见：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：。2饱和区条件：发射结和集电结均为正偏。特点：。称为饱和管压降，小功率硅管约0.3 V，锗管约为0.1 V。3放大区条件：发射结正偏，集电结反偏。特点：受控制，即。在放大状态，

7、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。 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10 100之间。太小，放大能力弱，太大易使管子性能不稳定。一般取30 80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。 ()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

8、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，管子将发生电压击穿，若电击穿导致热击穿会损坏管子。三极管的简单测试一、硅管或锗管的判别当V = 0.6 0.7 V时，为硅管；当V = 0.1 0.3V时，为锗管。 b 的电路二、估计比较 b 的大小万用表设置在挡，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 b 越高，即电流放大能

9、力越大。图2.1.13 的估测估测PNP管时，将万用表两只表笔对换位置。三、估测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。四、NPN管型和PNP管型的判断图2.1.14 基极b的判断将万用表设置在R ´ 1 kW 或R ´ 100 W 挡，用黑表笔和任一管脚相接(假设它是基极b)(a)(b)所示。五、e、b、c三个管脚的判断首先确定三极管的基极和管型，然后采用估测 b 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)2.2 场效应管场效应管：是利用输入电压产生的电场效应控制输出电流的

10、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。 结型场效应管一、结构和符号特点：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、工作原理动画 结型场效应管的工作原理图2.2.3 N沟道结型场效应管的工作原理；。在漏源电压不变条件下，改变栅源电压，通过PN结的变化，控制沟道宽窄，即沟道电阻的大小，从而控制漏极电流。结论：1 结型场效应管是一个电压控制电流的电压控制型器件。2 输入电阻很大。一般可达107 108 W。三、结型场效应管的特性曲线和跨导1转移特性曲线反映栅源电压对漏极电流

11、当栅源电压时，漏极电流，称为饱和漏极电流；当栅源电压向负值方向变化时，漏极电流逐渐减小；当栅源电压时，漏极电流，称为夹断电压。 结型场效应管的转移特性曲线 图2.2.6 结型场效应管的输出特性曲线2输出特性曲线(1) 可调电阻区(图中区)不变时，随作线性变化，漏源间呈现电阻性；栅源电压越负，输出特性越陡，漏源间的电阻越大。结论：在区中，场效应管可看作一个受栅源电压控制的可变电阻。(2) 饱和区(图中区)一定时，的少量变化引起较大变化，即受控制。当不变时，不随变化，基本上维持恒定值，即对呈饱和状态。结论：在区中，场效应管具有线性放大作用。(3) 击穿区(图中区)当增至一定数值后，剧增，出现电击穿

12、。如果对此不加限制，将损坏管子。因此，管子不允许工作在这个区域。3跨导(gm)反映在线性放大区对的控制能力。单位是 mA/V。 () 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管是一种栅极与源极、漏极之间有绝缘层的场效应管，简称MOS管。特点：输入电阻高，噪声小。分类：有P沟道和N沟道两种类型；每种类型又分为增强型和耗尽型两种。一、结构和工作原理1N沟道增强型绝缘栅场效应管 (1) 当，在漏、源极间加一正向电压时，漏源极之间的电流。(2) 当，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时，将产生电流ID。开启电压：增强型MOS管开始形成反型层的栅源电压。(3)

13、在时若，反型层消失，无导电沟道，；若，出现反型层即导电沟道，D、S之间有电流流过；若逐渐增大，导电沟道变宽，也随之逐渐增大，即控制的变化。2N沟道耗尽型绝缘栅场效应管N沟道耗尽型绝缘栅场效应管图2.2.9 N沟道耗尽型绝缘栅场效应管特点：管子本身已形成导电沟道。工作原理：在时，若，导电沟道有电流；当，并逐渐增大时，导致沟道变宽，使ID增大；当，并逐渐增大此负电压，导致沟道变窄，使减小。实现对的控制。夹断电压：使时的栅源电压。二、绝缘栅场效应管的特性曲线和跨导以N沟道MOS管为例。1转移特性曲线增强型：当时，；当时，。耗尽型：当时，；当为负电压时减小；当时，。 图2.2.12 MOS管的图形符号

14、2输出特性曲线有三个区：可调电阻区(区)、饱和区(区)和击穿区(区)。其含义与结型管输出特性曲线三个区相同。3跨导三、绝缘栅场效应管的图形符号 场效应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在为定值的条件下，增强型场效应管开始导通(达到某一定值，如10 mA)时，所需加的值。(2) 夹断电压VP在为定值的条件下，耗尽型场效应管减小到近于零时的值。(3) 饱和漏极电流耗尽型场效应管工作在饱和区且时，所对应的漏极电流。(4) 直流输入电阻栅源电压与对应的栅极电流之比。场效应管输入电阻很高，结型管一般在107 W 以上；绝缘栅管则更高，一般在109 W 以上。3 交流参数(1)

15、跨导一定时，漏极电流变化量和引起这个变化的栅源电压变化量之比。它表示了栅源电压对漏极电流的控制能力。(2) 极间电容场效应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。4极限参数(1) 漏极最大允许耗散功率与的乘积不应超过的极限值。(2) 漏极击穿电压漏极电流开始剧增时所加的漏源间的电压。二、场效应管的特点场效应管与普通三极管比较表项目器件名称晶体三极管场效应管极型特点双极型单极型控制方式电流控制电压控制类型PNP型、NPN型N沟道、P沟道放大参数b = 50 200gm =1000 5000 A/V输入电阻102104 W1071015 W噪声较大较小热稳定性差好抗辐射能力差强制造工艺较复杂简单、成本低本章小结1晶体三极管是一种电流控制器件，具有电流