半导体器件-三极管场效应管(gai1.ppt

1、,第1章 半导体器件,1.1半导体的特性 1.2 PN结及半导体二极管 1.3 双极型三极管 1.4 场效应三极管,1.3双极型三极管（Bipolar Junction Transistor),1.3.1 基本结构,NPN型,PNP型,三极管符号,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,发射结,集电结,1.3.2 电流放大原理（NPN型）,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。,1,进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IB ，多数扩散到集电结。,EB,RB,Ec,从基区扩散来的电子漂移进入集电结而被收集，形成IC。,2,要使三极管能放大电

2、流，必须使发射结正偏，集电结反偏。,静态电流放大倍数,静态电流放大倍数，动态电流放大倍数,动态电流放大倍数,IB ： IB + IB,三极管电流形成原理演示,1.3.3 特性曲线,IB 与UBE的关系曲线（同二极管）,（1）输入特性,死区电压，硅管0.5V,工作压降： 硅管UBE 0.7V,（2）输出特性(IC与UCE的关系曲线),IC(mA ),Q,Q,输出特性,IC(mA ),线性放大区: IC = IB,此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。,此区域中 : IB=0 , IC=ICEO , UBE 死区电压,，称为截止区。,共射输出特性,输出特性三个区域的

3、特点:,(1) 放大区 BE结正偏，BC结反偏， IC=IB , 且 IC = IB,(2) 饱和区 BE结正偏，BC结正偏 ，即UCEUBE IBICS(ICS)，UCE0.3V,(3) 截止区 UBE 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0,例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？,USB =-2V， IB=0 ， IC=0， Q位于截止区,USB =2V， IB= (USB -UBE)/ RB =(2-0.7)/70=0.019 mA IC= IB =500.019=0.95 mA

4、ICS =2 mA ， Q位于放大区 IC最大饱和电流ICS = (USC -UCE)/ RC =(12-0)/6=2mA,例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？,USB =5V， IB= (USB -UBE)/ RB =(5-0.7)/70=0.061 mA IC= IB =500.061=3.05 mA ICS =2 mA ， Q位于饱和区(实际上，此时IC和IB 已不是的关系）,需要注意的问题: 1.PNP型双极型三极管的放大原理 外加电压,载流子,电流方向 2.关于饱和的进一步理解,E

5、B,RB,从基区扩散来的空穴漂移进入集电结而被收集，形成IC。,要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。,输出特性,IC(mA ),线性放大区: IC = IB,此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。,此区域中 : IB=0 , IC=ICEO , UBE 死区电压,，称为截止区。,三极管的技术数据： （1）电流放大倍数 （2）集-基极间反向饱和电流ICBO （3）集-射间穿透电流ICEO （4）集电极最大允许电流ICM （5）集电极最大允许功耗PCM （6）极间反向击穿电压,IC ICM O,U(BR)CEO UCE,PNP型三极管,NPN型 PN

6、P型,1.4 场效应晶体管(Field Effect Transistor),场效应管与晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。,结型场效应管（JFET） Junction Field Effect Transistor,绝缘栅场效应管（MOS） Metal-Oxide-Semiconductor,场效应管有两种:,一、结型场效应管（Junction Field Transistor) （1）结构,N沟道结型场效应管的结构及符号,N 型 沟 道,耗尽层,(drain),(gate),(Source),P沟道结型场效应管结构及符号,型 沟 道,N+,N+,结型场效应管结构,(2)工作

7、原理（N沟道）,PN结,N型 沟 道,搀杂程度低,搀杂程度高,搀杂程度高,栅极和导电沟道 间存在一个PN 结，在栅极和 源极之间加反 向电压UGS, 使 PN结反偏，通 过改变UGS来改 变耗尽层宽度， 使得,导电沟道的宽度相 应改变，沟道的电 阻值改变，于是漏 极电流 ID改变。即 通过改变 UGS的大 小来控制漏极电流 ID的大小。,耗尽层主要向导 电沟道一侧展宽,N 沟 道,当UGS=0时，耗尽层比较窄，导电沟道较宽。,N 沟 道,|UGS|由零逐渐增大时，耗尽层逐渐加宽，导电沟道变窄。,当|UGS|=Up时， 两侧的耗尽层 合拢，导电沟 道被夹断。,夹断电压,UDS=0,N,N,ID,

8、ID,IS,IS,P+,P+,P+,P+,VDD,VDD,VGG,UGS=0,UDG|Up|,耗尽层较窄， 导电沟道较宽，沟道的电阻小， 由于源漏极间有电压，所以它 们之间有一个较大的电流ID。,UDS0,UGS0,UDG|Up|,耗尽层 宽度增大，导电沟道变 窄，沟道电阻增大，ID 减小。,N,IS,IS,ID,ID,P+,P+,P+,P+,UGS0,UDG=|Up|，耗尽 层继续扩展，导电沟道继 续变窄，ID继续减小,UGSUp,UDG|Up|，耗尽 层全部合拢，ID0，夹断,改变栅极和源极之间的电压UGS可控制漏极电流ID.,结型场效应管输出特性,输出特性曲线,UGS=UT,二、MOS绝

9、缘栅场效应管（N沟道）,（1） 结构,P型基底,两个N区,SiO2绝缘层,金属铝,N导电沟道,金属-氧化物-半导体场效应管,N沟道增强型,（2）符号,N沟道耗尽型,栅极,漏极,源极,N沟道MOS绝缘栅场效应管,（3）、工作原理（N沟道增强型）,利用UGS来控制感应电荷的多少，从而改 变由这些感应电荷形成的导电沟道的情况， 达到控制漏极电流的目的。,UGS=0时，不导电。,S,D,B,B,VGG,N型沟道,UGSUT时，衬底形成一个N型层，标志着形成导电 沟道，把S和D连接起来。 当加上UDS,并且UDSUT。 形成电流ID。 UDSID , UGD ,反型层,UDD,开启电压,当UGDUT时，将不足以在漏极产生导电沟道“夹断”。ID不再增加。 UGDUT的区域称为饱和区,绝缘栅场效应管工作原理,绝缘栅场效应管工作原理,转移特性曲线,耗尽型N沟道MOS管的特性曲线,输出特性曲线,UGS=0V,UGS=+1V,UGS=+2V,耗尽型N沟道MOS管的特性曲线,转移特性曲线,IDSS饱和漏电流,