第3讲 半导体三极管和场效应管

1、模 拟 电 子 技 术一、一、 三极管的结构、符号和分三极管的结构、符号和分类类二、二、 三极管的电流分配和放大作用三极管的电流分配和放大作用三、三、 三极管的特性曲线三极管的特性曲线四、四、 三极管的三极管的主要参数主要参数五、五、 三极管的选择要点三极管的选择要点六、六、 应用电路举例应用电路举例模 拟 电 子 技 术一、结构、符号和分类一、结构、符号和分类NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C发射结发射结集电结集电结 基区基区 发射区发射区 集电区集电区emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型ECBECB特点特点：三区、三极、二结三区、三极

2、、二结。模 拟 电 子 技 术分类分类：按材料分：按材料分： 硅管、锗管硅管、锗管按功率分：按功率分： 小功率管小功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W模 拟 电 子 技 术双极性晶体管的常见外形图如图双极性晶体管的常见外形图如图 图图2.3.2 三极管外形图三极管外形图模 拟 电 子 技 术二、放大条件、电路及电流分配二、放大条件、电路及电流分配1. 三极管放大的条件三极管放大的条件内部内部条件条件发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低集电结面积大集电结面积大外部外部条件条件发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏2. 满足放大条件的三种电路满足放大条件

3、的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共发射极共集电极共集电极共基极共基极即：对于即：对于NPN管，管， VC VB VE；对于；对于PNP管，管， VE VB VC。模 拟 电 子 技 术I IE E = = I IC C + + I IB BBCIIBE )1 (II3. 三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系BCII共射电流放大倍数共射电流放大倍数，表征三极管的电，表征三极管的电流放大能力，一般为流放大能力，一般为20200之间之间.模 拟 电 子 技 术三、三、 三极管的特性曲线三极管的特性曲线一、输入特性一、输入特性输入输入回路回路输出输出回路回路常数常数 C

4、E)(BEBuufi0CE u与二极管特性相似与二极管特性相似模 拟 电 子 技 术BEuBiO0CE uV 1CE u0CE uV 1CE u特性基本特性基本重合重合( (电流分配关系确定电流分配关系确定) )特性右移特性右移( (因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子) )导通电压导通电压 UBE( (on) )硅管：硅管： (0.6 0.8) V锗管：锗管： (0.2 0.3) V取取 0.7 V取取 0.3 V模 拟 电 子 技 术二、输出特性二、输出特性常数常数 B)(CECiufiiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4

5、3211. 截止区：截止区： IB 0 IC = ICEO 0条件：条件：两个结反偏两个结反偏截止区截止区ICEO模 拟 电 子 技 术iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43212. 放大区：放大区：CEOBCIII 放大区放大区截止区截止区条件：条件： 发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点：特点： 水平、等间隔水平、等间隔ICEO模 拟 电 子 技 术iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43213. 饱和区：饱和区：uCE u BEuCB = uCE u B

6、E 0条件：条件：两个结正偏两个结正偏特点：特点：IC IB临界饱和时：临界饱和时： uCE = uBE深度饱和时：深度饱和时：0.3 V ( (硅管硅管) )UCE( (SAT) )= =0.1 V ( (锗管锗管) )放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区ICEO模 拟 电 子 技 术三、温度对特性曲线的影响三、温度对特性曲线的影响1. 温度升高，输入特性曲线温度升高，输入特性曲线向左移。向左移。温度每升高温度每升高 1 C，UBE (2 2.5) mV。温度每升高温度每升高 10 C，ICBO 约增大约增大 1 倍。倍。BEuBiOT2 T1模 拟 电 子 技 术2. 温度升高，输出特性曲

7、线温度升高，输出特性曲线向上移。向上移。iCuCE T1iB = 0T2 iB = 0iB = 0温度每升高温度每升高 1 C， (0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。O模 拟 电 子 技 术四、四、 三极管的主要参数三极管的主要参数（一）电流放大系数（一）电流放大系数1. 共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321 直流电流放大系数直流电流放大系数BCCBOBCBOCBNCNIIIIIIII 交流电流放大系数交流电流放大系数 BiiC一般为几十一般为几十 几百几百Q

8、82A1030A1045. 263 80108 . 0A1010A10)65. 145. 2(63 是是共射直流共射直流电流放大系数，电流放大系数，它也只与管子的结构尺寸它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。和掺杂浓度有关，与外加电压无关。 一般一般 1 模 拟 电 子 技 术iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43212. 共基极电流放大系数共基极电流放大系数 11BCCECIIIII 1 一般在一般在 0.98 以上。以上。 Q988. 018080 二、极间反向饱和电流二、极间反向饱和电流CB 极极间反向饱和电

9、流间反向饱和电流 ICBO，CE 极极间反向饱和电流间反向饱和电流 ICEO，又叫穿透电流。，又叫穿透电流。模 拟 电 子 技 术三、极限参数三、极限参数1. ICM 集电极最大允许电流，超过时集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。值明显降低。2. PCM 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PC = iC uCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 区区模 拟 电 子 技 术U( (BR) )CBO 发射极开路时发射极开路时 C、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。3. U( (BR) )CEO 基极开路时基极开路时 C、E 极极间反向击穿电压

10、。间反向击穿电压。U( (BR) )EBO 集电极极开路时集电极极开路时 E、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U( (BR) )CBO U( (BR) )CEO U( (BR) )EBO模 拟 电 子 技 术思考题思考题 1. 既然既然BJT具有两个具有两个PN结，可否用两个二极管相联以构结，可否用两个二极管相联以构成一只成一只BJT，试说明其理由。，试说明其理由。 2. 能否将能否将BJT的的e、c两个电极交换使用，为什么？两个电极交换使用，为什么？ 3. 为什么说为什么说BJT是电流控制型器件？是电流控制型器件？例例 题题 例例2.3.1 图图2.3.1 所示各晶所示各晶体管处于放

11、大工作状态，体管处于放大工作状态，已知各电极直流电位。试已知各电极直流电位。试确定晶体管的类型（确定晶体管的类型（NPN /PNP、硅、硅/锗），并说明锗），并说明x、y、z 代表的电极。代表的电极。 x y z Vy=12V Vx=6.7V Vz=6V (a) (b) x y z Vy=-6V Vx=-12V Vz=-6.3V 图图2.3.1模 拟 电 子 技 术提示：提示： （1）晶体管工作于放大状态的条件：）晶体管工作于放大状态的条件：NPN管：管：VC VBVE，PNP管：管：VEVBVC；（；（2）导通电压：硅管）导通电压：硅管|VBE|= 0.60.7V，硅管，硅管|VBE|= 0

12、.20.3V，。为为基基极极，为为发发射射极极，为为集集电电极极锗锗管管，为为按按照照同同样样方方法法，可可判判断断硅硅管管。，故故该该管管为为于于是是且且该该管管为为硅硅管管为为集集电电极极，为为发发射射极极而而又又为为基基极极解解：bzeycxPNPbNPNVVVcyezVVVVVVVbxVVVaebcyxzxzxy)(,7 .03 .5,7 .0)( x y z Vy=12V Vx=6.7V Vz=6V (a) (b) x y z Vy=-6V Vx=-12V Vz=-6.3V 图图2.3.1模 拟 电 子 技 术例例2.3.2 已知已知NPN型硅管型硅管T1 T4 各电极的直流电位如表

13、各电极的直流电位如表2.3.1所所示，试确定各晶体管的工作状态。示，试确定各晶体管的工作状态。晶体管晶体管T1T2T3T4VB/V0.71-10VE/V00.3-1.70VC/V50.7015工作状态工作状态提示：提示： NPN管（管（1）放大状态：）放大状态：VBE Von, VCE VBE; （2）饱和状态：饱和状态： VBE Von, VCE VBE; （3）截止状态：）截止状态： VBE Von表表2.3.1放大放大饱和饱和放大放大 截止截止模 拟 电 子 技 术当当 UCE = 10 V 时，时，IC mA当当 UCE = 1 V，则，则 IC mA当当 IC = 2 mA，则，则

14、UCE 107 MOSFET：RGS = 109 1015IDSSuGS /ViD /mAO模 拟 电 子 技 术4. 低频跨导低频跨导 gm 常数常数 DSGSDmUuig反映了反映了uGS 对对 iD 的控制能力，的控制能力，单位单位 S( (西门子西门子) )。一般为几。一般为几毫西毫西 ( (mS) )uGS /ViD /mAQO模 拟 电 子 技 术四、场效应管与晶体管的比较四、场效应管与晶体管的比较 场效应管的漏极场效应管的漏极d 、栅极、栅极g和源极和源极s分别对应晶体管分别对应晶体管的集电极的集电极c、基极、基极b和发射极和发射极e，其作用类似。，其作用类似。 场效应管以场效应

15、管以栅栅-源电压控制漏极电流源电压控制漏极电流，是，是电压控制电压控制型器件型器件，且只有，且只有多子参与导电多子参与导电，是，是单极性晶体管单极性晶体管；三极管；三极管以基极电流控制集电极电流，是以基极电流控制集电极电流，是电流控制型器件电流控制型器件，晶体管，晶体管内内既有多子又有少子参与导电既有多子又有少子参与导电，是，是双极性晶体管双极性晶体管。 场效应管的输入电阻远大于晶体管的输入电阻场效应管的输入电阻远大于晶体管的输入电阻，其，其温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声系数小。温度稳定性好、抗辐射能力强、噪声系数小。 场效应管的漏极和源极可以互换场效应管的漏极和源极可以互换，而互换后特性变

16、，而互换后特性变化不大；晶体管的集电极和发射极互换后特性相差很大，化不大；晶体管的集电极和发射极互换后特性相差很大，只有在特殊情况下才互换使用。但要注意的是，场效应管只有在特殊情况下才互换使用。但要注意的是，场效应管的某些产品在出厂时，已将衬底和源极连接在一起，此时，的某些产品在出厂时，已将衬底和源极连接在一起，此时，漏极和源极不可以互换使用。漏极和源极不可以互换使用。模 拟 电 子 技 术 场效应管的场效应管的种类多种类多，栅，栅-源电压可正、可负，使用源电压可正、可负，使用更灵活。更灵活。 场效应管场效应管集成工艺更简单、功耗小、工作电源电压集成工艺更简单、功耗小、工作电源电压范围宽范围宽

17、，使之更多地应用于，使之更多地应用于大规模和超大规模集成电路大规模和超大规模集成电路中。中。 一般情况下，由晶体管构成的放大电路一般情况下，由晶体管构成的放大电路具有更高的具有更高的电压放大倍数和输出功率电压放大倍数和输出功率。思考题思考题(1) 场效应管符号中的箭头方向表示什么？场效应管符号中的箭头方向表示什么？(2) 为什么为什么FET的输入电阻比的输入电阻比BJT的高得多？为什么的高得多？为什么MOSFET比比JFET的输入电阻高？的输入电阻高？(3) 场效应管正常放大时，导电沟道处于什么状态？场效应管正常放大时，导电沟道处于什么状态？(4) 使用使用MOS管应注意些什么？管应注意些什么？模 拟 电 子 技 术例例 题题 例例1.4.1 已知各场效应管的输出特性曲线如图已知各场效应管的输出特性曲线如图1.4.10 所所示。试分析各管子的类型。示。试分析各管子的类型。 -3V vDS/V VGS=0V -1V -1V -2V 1V VGS=0V iD/mA -2V iD/mA -2V -1V VGS=-4V -3V vDS/V vDS/V iD/mA (a) (b) (c) 图图1.4.10 例例1.4.1图图模 拟 电 子 技 术解解: (a) iD0（或（或vDS0），则该管为），则该管为N沟道；沟道； vGS 0，故为，故为JFET（耗尽型）。（耗尽型）。 (b