三极管特性曲线参数及场效应管-模拟电子-传感器技术-教学课件

双极型半导体三极管的特性曲线共发射极接法的供电电路和电压-电流关系如图所示。图共发射极接法的电压-电流关系2023/7/151iB是输入电流，vBE是输入电压，加在B、E两电极之间。

iC是输出电流，vCE是输出电压，从C、E两电极取出。

输入特性曲线——iB=f(vBE)

vCE=const输出特性曲线——

iC=f(vCE)

iB=const共发射极接法三极管的特性曲线，即2023/7/152

(1)输入特性曲线2023/7/153

(2)输出特性曲线

共发射极接法的输出特性曲线如图02.06所示，它是以iB为参变量的一族特性曲线。现以其中任何一条加以说明，当vCE=0

V时，因集电极无收集作用，iC=0。当vCE稍增大时，发射结虽处于正向电压之下，但集电结反偏电压很小，如

vCE<1

V

vBE=0.7

V

vCB=vCE-vBE=<0.7

V集电区收集电子的能力很弱，iC主要由vCE决定。

图02.06共发射极接法输出特性曲线2023/7/154当vCE增加到使集电结反偏电压较大时，如

vCE≥1

V

vBE≥0.7

V运动到集电结的电子基本上都可以被集电区收集，此后vCE再增加，电流也没有明显的增加，特性曲线进入与vCE轴基本平行的区域(这与输入特性曲线随vCE增大而右移的图02.06共发射极接法输出特性曲线原因是一致的)。（动画2-2）

2023/7/155

输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的数值较小，一般vCE＜0.7

V(硅管)。此时发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。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。放大区——iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏，电压大于0.7

V左右(硅管)。2023/7/156半导体三极管的参数

半导体三极管的参数分为三大类:直流参数交流参数极限参数

(1)直流参数

①直流电流放大系数 1.共发射极直流电流放大系数=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=const2023/7/157

在放大区基本不变。在共发射极输出特性曲线上，通过垂直于X轴的直线(vCE=const)来求取IC/IB，如图02.07所示。在IC较小时和IC较大时，会有所减小，这一关系见图02.08。图02.08值与IC的关系图02.07在输出特性曲线上决定2023/7/158

2.共基极直流电流放大系数

=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE

显然与之间有如下关系:=

IC/IE=IB/1+IB=/1+2023/7/159

②极间反向电流

1.集电极基极间反向饱和电流ICBO

ICBO的下标CB代表集电极和基极，O是Open的字头，代表第三个电极E开路。它相当于集电结的反向饱和电流。

2.集电极发射极间的反向饱和电流ICEO

ICEO和ICBO有如下关系

ICEO=（1+）ICBO相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应的Y坐标的数值。如图02.09所示。2023/7/1510图02.09ICEO在输出特性曲线上的位置2023/7/1511(2)交流参数①交流电流放大系数1.共发射极交流电流放大系数

=IC/IBvCE=const在放大区值基本不变，可在共射接法输出特性曲线上，通过垂直于X轴的直线求取IC/IB。或在图02.08上通过求某一点的斜率得到。具体方法如图02.10所示。

图02.10在输出特性曲线上求β2023/7/1512

2.共基极交流电流放大系数α

α=IC/IE

VCB=const当ICBO和ICEO很小时，≈、≈，可以不加区分。②特征频率fT

三极管的值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的将会下降。当下降到1时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。2023/7/1513(3)极限参数

①集电极最大允许电流ICM

如图02.08所示，当集电极电流增加时，就要下降，当值下降到线性放大区值的70～30％时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。至于值下降多少，不同型号的三极管，不同的厂家的规定有所差别。可见，当IC＞ICM时，并不表示三极管会损坏。

图02.08值与IC的关系2023/7/1514②集电极最大允许功率损耗PCM

集电极电流通过集电结时所产生的功耗，

PCM=ICVCB≈ICVCE，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用VCE取代VCB。2023/7/1515

③反向击穿电压

反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力，其测试时的原理电路如图02.11所示。

图02.11三极管击穿电压的测试电路2023/7/15161.V(BR)CBO——发射极开路时的集电结击穿电压。下标BR代表击穿之意，是Breakdown的字头，CB代表集电极和基极，O代表第三个电极E开路。

2.V(BR)EBO——集电极开路时发射结的击穿电压。3.V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。对于V(BR)CER表示BE间接有电阻，V(BR)CES表示BE间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系

V(BR)CBO≈V(BR)CES＞V(BR)CER＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO2023/7/1517

由PCM、ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区，见图02.12。图02.12输出特性曲线上的过损耗区和击穿区2023/7/1518半导体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下:3DG110B

第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、

G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管用字母表示材料用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格三极管2023/7/1519

表02.01双极型三极管的参数

参

数型

号

PCM

mW

ICM

mAVR

CBO

VVR

CEO

VVR

EBO

V

IC

BO

μA

f

T

MHz3AX31D1251252012≤6*≥83BX31C1251254024≤6*≥83CG101C10030450.11003DG123C5005040300.353DD101D5A5A3002504≤2mA3DK100B100302515≤0.13003DKG23250W30A4003258注：*为f

2023/7/15201.4.1结型场效应三极管

(1)结型场效应三极管的结构

图02.19结型场效应三极管的结构2023/7/1521

(2)结型场效应三极管的工作原理

现以N沟道为例说明其工作原理。

①栅源电压对沟道的控制作用②漏源电压对沟道的控制作用

VGD=VGS-VDS2023/7/1522(a)漏极输出特性曲线(b)转移特性曲线图02.22N沟道结型场效应三极管的特性曲线

(3)结型场效应三极管的特性曲线2023/7/15232023/7/151.4.2绝缘栅场效应三极管的工作原理

绝缘栅型场效应三极管MOSFET(MetalOxide

SemiconductorFET)。分为增强型N沟道、P沟道耗尽型N沟道、P沟道24

(1)N沟道增强型MOSFET

①结构2023/7/1525

0＜VGS＜VGS(th)②工作原理1．栅源电压VGS的控制作用

当VGS=0V时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，在D、S之间加上电压不会在D、S间形成电流。2023/7/1526

VGS对漏极电流的控制关系可用

ID=f(VGS)VDS=const这一曲线描述，称为转移特性曲线，见图02.14。

进一步增加VGS，当VGS＞VGS(th)时（VGS(th)称为开启电压)，形成反型层。

随着VGS的继续增加，ID将不断增加。在VGS=0V时ID=0，只有当VGS＞VGS(th)后才会出现漏极电流，这种MOS管称为增强型MOS管。2023/7/1527

图02.14VGS对漏极电流的控制特性——转移特性曲线转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。gm的量纲为mA/V，所以gm也称为跨导。跨导的定义式如下

gm=ID/VGS

VDS=const(单位mS)

ID=f(VGS)VDS=const2023/7/1528

2．漏源电压VDS对漏极电流ID的控制作用

当VDS为0或较小时相当VGD＞VGS(th)，沟道呈斜线分布。当VDS增加到使VGD=VGS(th)时，预夹断。当VDS增加到VGDVGS(th)时，ID基本趋于不变。

当VGS＞VGS(th)，且固定为某一值时，

VDS对ID的影响，即ID=f(VDS)VGS=const这一关系曲线如图02.16所示。这一曲线称为漏极输出特性曲线。2023/7/15292023/7/15图02.16漏极输出特性曲线ID=f(VDS)VGS=const30

(1)VDS>0，VGS=0，ID不等于零。（2）VGS＞0时，ID。（3）VGS＜0时，ID。

(2)N沟道耗尽型MOSFET图N沟道耗尽型MOSFET的结构2023/7/1531

(2)N沟道耗尽型MOSFET

(a)结构示意图(b)转移特性曲线图02.17N沟道耗尽型MOSFET的结构 和转移特性曲线

2023/7/1532

(3)P沟道耗尽型MOSFET

P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。2023/7/1533图02.18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20