双极型晶体管MOS管介绍

§1.3双极型晶体管双极型晶体管的几种常见外形（a）小功率管（b）小功率管（c）中功率管（d）大功率管

双极型晶体管又称三极管。电路表示符号：BJT。根据功率的不同具有不同的外形结构。1一.

基本结构BECNNP基极发射极集电极NPN型PNP集电极基极发射极BCEPNP型

由两个掺杂浓度不同且背靠背排列的PN结组成，根据排列方式的不同可分为NPN型和PNP型两种,每个PN结所对应区域分别称为发射区、基区和集电区。2BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三极管制成晶体管的材料可以为Si或Ge。3BECNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高4BECNNP基极发射极集电极发射结集电结BJT是非线性元件，其工作特性与其工作模式有关：当EB结和CB结均加正偏时,BJT处于饱和模式;当EB结加零偏或反偏、CB结加反偏时,BJT处于截止模式。当EB结加正偏,CB结加反偏时,BJT处于放大模式;BJT主要用途是对变化的电流、电压信号进行放大，饱和模式和截止模式主要用于数字电路中。5二.电流放大原理以NPN型BJT为例讨论，其结论同样适用于PNP型BJT，不同的是外加电压与前者相反。输入回路输出回路共射极放大电路工作的基本条件：EB结正偏；CB结反偏。VCC>VBB>VEE6

BJT的放大作用可表现为：用较小的基极电流控制较大的集电极电流，或将较小的电压按比例放大为较大的电压。a)．EB结加正偏,扩散运动形成IE。

b)．扩散到基区的自由电子与空穴复合形成IB。c)．CB结加反偏,漂移运动形成IC。1．BJT内部载流子运动7BECNNPEBRBECIE基区空穴向发射区的扩散可忽略。IBE进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE

，多数扩散到集电结。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。RC8BECNNPEBRBECIE集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBOICEIBEICE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ICE。ICBO：发射极开路时集电结反向饱和电流ICEO：基极开路时集电极与发射极在VCC反偏作用下的电流，称为穿透电流。分析时可忽略，但可反映BJT的质量。9IB=IBE-ICBOIBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO

ICEIBE102.电流分配关系忽略对极间电流影响较小的电子和空穴运动形成的电流，BJT中电流关系为：

IE=IC+IB3.BJT电流放大系数共射极直流电流放大系数:β≈IC/IB∴IE≈(1+β)IB共射极交流电流放大系数:β≈△iC

/△iBβ≈β，β由BJT制造时材料掺杂浓度决定。11三.

特性曲线

实验线路ICmAAVVUCEUBERBIBECEB输入回路输出回路RC121.输入特性工作压降：硅管UBE0.6~0.7V,锗管UBE0.2~0.4V。UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE=0VUCE=0.5V

死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。132.输出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。14IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中UCEUBE,集电结正偏，IB>IC，UCE≤

0.3V称为饱和区。15IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死区电压，称为截止区。16输出特性三个区域的特点:放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：IC=IB,且IC

=

IB(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE≤0.3V

(3)截止区：UBE<死区电压，IB=0，IC=ICEO

0

17电路共基极直流电流放大系数:α≈IC/IE∵IE=IC+IB=IC/α∴IC/IB=α/（1-α）=β

或α=β/(1+β)共基极交流电流放大系数:α≈△iC

/△I

且α≈α18对共集电极电路有IE≈βIB+IB=(1+β)IB故共集电极电路又称为电流放大器或电压跟随器。19四.BJT的主要参数1.电流放大系数a)对共射极电路接法:

β≈IC/IB≈△iC/△iB≈β

实际电路使用时一般采用β=30~80的BJT

作为放大管。b)对共基极电路接法:

α≈IC/IE≈△iC/△iE≈α20a)C-B极反向饱和电流ICBO

硅管小于锗管，而且受温度影响较大。 应用时选用ICBO较小的BJT。2.极间反向电流b)C-E极反向饱和电流ICEO

B极开路时，C-E极间的穿透电流 有ICEO=(1+β)ICBO213.特征频率fTBJT工作在交流状态下，由于结电容的作用，信号频率增大使β下降并产生相移，使β下降为1时的信号频率称为特征频率fT

。应尽量选用fT较高的BJT。224.极限参数a)集电极最大允许电流ICMb)集电极最大允许功耗PCMc)极间反向击穿电压

UCBO:大小可从几十至上千伏。

UCEO:与ICEO相关，

UCEO<<UCBO。

UEBO:大小从1/10~10VICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区23五.温度对BJT特性的影响1.温度对ICBO的影响温度每升高10℃时,ICBO约增加一倍。2.温度对输入特性的影响温度升高，输入特性曲线将左移。2.温度对输出特性的影响温度升高将导致IC增大。24六.光电三极管

利用光照强度来控制集电极电流大小，可等效为一只光电二极管与一只BJT连接组成，引出线为集电极和发射极，目前应用较多。25例：

=50，USC

=12V，

RB

=70k，RC

=6k

当USB

=-2V，2V，5V时，晶体管分别工作于哪个工作区？当USB

=-2V时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0，IC=0IC最大饱和电流：（忽略BJT饱和压降）Q位于截止区

26例：

=50，USC

=12V，

RB

=70k，RC

=6k

当USB

=-2V，2V，5V时，晶体管分别工作于哪个工作区？IC<

ICmax(=2mA)

，

Q位于放大区。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB

=2V时：27USB

=5V时:例：

=50，USC

=12V，

RB

=70k，RC

=6k

当USB

=-2V，2V，5V时，晶体管分别工作于哪个工作区？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ位于饱和区，此时IC和IB

已不是倍的关系。28判断BJT工作状态的一般方法(以NPN管为例)

状态方法截止放大饱和发射结反偏或零偏正偏正偏集电极反偏反偏正偏或零偏极电压UBE<UonUBE>UonUBE>Uon(硅管Uon=0.7V

锗管Uon=0.4V)(临界饱和压降UCES硅管UCES=0.5V锗管UCES=0.2V)UCE≥UBEUCE<UBE(UCES<UC<VCC)(UC=UCES)极电流IB0>0≥IBS*极电流IC0βIB<βIB极电流IE0(1+β)IB<(1+β)IB＊:临界饱和电流IBS=(VCC-UCES)/βRC29作业：P67~6915、16、18*、1930场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管JFETJoint-Field-Effect-Transistor绝缘栅型场效应管MOSMetal-Oxide-Semiconductor场效应管有两种:§1-4场效应管31N基底:N型半导体PP两边是P区G(栅极)S源极D漏极一、结构1-4.1结型场效应管:导电沟道drainelectroden.漏极gridn.栅极sourcen.源极32NPPG(栅极)S源极D漏极N沟道结型场效应管DGSDGS33PNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管DGSDGS34二、工作原理（以P沟道为例）UDS=0V时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。35PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时NNUGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。36PGSDUDSUGSNNUDS=0时UGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS0V，漏极电流ID=0A。ID夹断电压Pinchoffvoltage37PGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS>0、UGD<VP时耗尽区的形状NN越靠近漏端，PN结反压越大ID38PGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS较大时UGD<VP时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。ID39GSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP时NN漏端的沟道被夹断，称为预夹断。UDS增大则被夹断区向下延伸。ID40GSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP时NN此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随UDS的增加而增加，呈恒流特性。ID41三、特性曲线饱和漏极电流夹断电压转移特性曲线一定UDS下的ID-UGS曲线UGS0IDIDSSVP42预夹断曲线IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可变电阻区夹断区恒流区输出特性曲线043N沟道结型场效应管的特性曲线转移特性曲线UGS0IDIDSSVP44输出特性曲线N沟道结型场效应管的特性曲线IDUDS0UGS=0V-1V-3V-4V-5V-2V45

结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107Ω以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。461-4.2绝缘栅场效应管:一、结构和电路符号PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层导电沟道金属铝N沟道增强型GSD47N沟道耗尽型PNNGS