5讲(三极管二).ppt

(2)输出特性曲线先把先把IB调到调到某一固定值某一固定值保持不变。保持不变。当IB不变时，输出回路中的电流IC与管子输出端电压UCE之间的关系曲线称为输出特性。然后调节然后调节UCC使使UCE从从0增增大，观察毫安表中大，观察毫安表中IC的变的变化并记录下来。化并记录下来。UCEUBBUCCRC+RBICIBUBEmA AIE根据记录可给出IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线就是晶体管的输出特性曲线。IBUCE/VIC /mA0第第5讲讲 半导体三极管二半导体三极管二UBBUCCRC+RBICIBUBEmA AIE再调节再调节IB1至至另一稍小的另一稍小的固定值上保固定值上保持不变。持不变。仍然调节仍然调节UCC使使UCE从从0增增大，继续观察毫安表中大，继续观察毫安表中IC的变化并记录下来。的变化并记录下来。UCE根据电压、电流的记录值可绘出另一条IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线较前面的稍低些。UCE/VIC /mA0IBIB1IB2IB3IB=0如此不断重复上述过程，我们即可得到不同基极电流IB对应相应IC、UCE数值的一组输出特性曲线。输出曲线开始部分很输出曲线开始部分很陡，说明陡，说明IC随随UCE的增的增加而急剧增大。加而急剧增大。当当UCE增至一定数值时增至一定数值时(一般小于一般小于1V)，输出特性曲线变得平坦，表明，输出特性曲线变得平坦，表明IC基基本上不再随本上不再随UCE而变化。而变化。当IB一定时，从发射区扩散到基区的电子数大致一定。当UCE超过1V以后，这些电子的绝大部分被拉入集电区而形成集电极电流IC。之后即使UCE继续增大，集电极电流IC也不会再有明显的增加，具有恒流特性。UCE/VIC /mA020 AIB=040 A60 AIB=100 A80 A43211.52.3当IB增大时，相应IC也增大，输出特性曲线上移，且IC增大的幅度比对应IB大得多。这一点正是晶体管的电流放大作用。从输出特性曲线可求出三极管的电流放大系数。IB=40 A取任意再两条特性曲线上的平坦段，读出其基极电流之差；再读出这两条曲线对应的集电极电流之差IC=1.3mA；IC于是我们可得到三极管的电流放大倍数：=I IC C/I IB B=1.3=1.3 0.04=32.50.04=32.5UCE/VIC /mA020 AIB=040 A60 AIB=100 A80 A43211.52.3输出特性曲线上一般可分为三个区：饱和区饱和区。当。当发射结和发射结和集电结均为正向偏置集电结均为正向偏置时，三极管处于饱和时，三极管处于饱和状态。此时集电极电状态。此时集电极电流流IC与基极电流与基极电流IB之之间不再成比例关系，间不再成比例关系，IB的变化对的变化对IC的影响的影响很小。很小。截止区截止区。当当发射结发射结和集电结均为反向和集电结均为反向偏置偏置时时,晶体管处晶体管处于截止状态。于截止状态。IB =0，并且并且IC =0 ，三，三极管无电流放大作极管无电流放大作用。用。放放放放 大大大大 区区区区晶体管工作在放大状态时，发射结正偏，集电结反偏。在放大区，集电极电流与基极电流之间成倍的数量关系，即晶体管在放大区时具有电流放大作用。NPN型：UCUBUE；PNP型：UEUBUC 让三极管工作于放大区，让三极管工作于放大区，可以用来放大信号，可以用来放大信号，晶体管晶体管工作在放大状态时，工作在放大状态时，发射结发射结正偏，集电结反偏正偏，集电结反偏。在放大。在放大区，集电极电流与基极电流区，集电极电流与基极电流之间成之间成倍的数量关系，即倍的数量关系，即晶体管在放大区时具有电流晶体管在放大区时具有电流放大作用。这就是放大作用。这就是三极管的三极管的放大特性放大特性 让三极管工作于饱和区，让三极管工作于饱和区，其其CE端允许通过的电流可以端允许通过的电流可以很大，但三极管很大，但三极管CE端电压却端电压却很小，此时它与开关闭合很很小，此时它与开关闭合很类似。类似。晶体管工作在饱和状晶体管工作在饱和状态时，态时，发射结正偏，集电结发射结正偏，集电结正偏正偏。此时基极电流对集电。此时基极电流对集电极电流没控制作用且饱和压极电流没控制作用且饱和压降很小。降很小。让三极管工作于截止区，其让三极管工作于截止区，其CE端通过的电端通过的电流很小，但流很小，但CE端电压却很大，此时它与开关断端电压却很大，此时它与开关断开很类似。开很类似。晶体管工作在截止状态时，晶体管工作在截止状态时，发射结发射结反偏（正偏电压小于门限电压反偏（正偏电压小于门限电压)，集电结反偏，集电结反偏。让三极管不是工作于饱和区就是工作于截止让三极管不是工作于饱和区就是工作于截止区即可让它如同开关一样工作，区即可让它如同开关一样工作，这就是这就是三极管三极管的的开关特性开关特性UCE/VIC /mA020 AIB=040 A60 AIB=100 A80 A43211.52.3饱和区饱和区截止区截止区放放放放 大大大大 区区区区2.双极型三极管的极限参数电流放大倍数极限参数集电极最大允许电流ICMUCE/VIC /mA0IB=043211.52.3反向击穿电压U(BR)CEOcebUCCU(BR)CEO基极开路基极开路 指基极开路时集电极与发射极间的反向击穿电压。使用中若超过使用中若超过此值此值,晶体管的晶体管的集电结就会出集电结就会出现现雪崩击穿雪崩击穿雪崩击穿雪崩击穿。值的大小反映了晶体管值的大小反映了晶体管的电流放大能力。的电流放大能力。ICICM时，晶体管不一定烧时，晶体管不一定烧损，但损，但值明显下降。值明显下降。集电极最大允许功耗PCM晶体管上的功晶体管上的功耗超过耗超过PCM，管，管子将损坏。子将损坏。安安安安 全全全全 区区区区 晶体管的发射极和集电极是晶体管的发射极和集电极是不能互换使用的。因为发射区的不能互换使用的。因为发射区的掺杂质浓度很高，集电区的掺杂掺杂质浓度很高，集电区的掺杂质浓度较低，这样才使得发射极质浓度较低，这样才使得发射极电流等于基极电流和集电极电流电流等于基极电流和集电极电流之和，如果互换显然不行。之和，如果互换显然不行。晶体管的发射极晶体管的发射极和集电极能否互和集电极能否互换使用？为什么换使用？为什么?晶体管在输出特性曲线的饱晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，和区工作时，UCEUBE，集电结，集电结也处于正偏，这时内电场被大大也处于正偏，这时内电场被大大削弱，因此极不利于集电区收集削弱，因此极不利于集电区收集从发射区到达基区的电子，这种从发射区到达基区的电子，这种情况下，集电极电流情况下，集电极电流IC与基极电与基极电流流IB不再是不再是倍的关系。此时晶倍的关系。此时晶体管的电流放大能力大大下降。体管的电流放大能力大大下降。晶体管在输出特性曲线的晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，其电流放饱和区工作时，其电流放大系数是否也等于大系数是否也等于？为了发射区扩散电子的绝为了发射区扩散电子的绝大多数不能在基区和空穴复大多数不能在基区和空穴复合，只有极小一部分与基区合，只有极小一部分与基区空穴复合形成基极电流，其空穴复合形成基极电流，其余电子被集电极收集后形成余电子被集电极收集后形成集电极电流。集电极电流。为什么晶体管基区掺杂为什么晶体管基区掺杂质浓度小？而且还要做质浓度小？而且还要做得很薄？得很薄？学习与讨论学习与讨论用万用表测试二极管好坏及极性的方法用万用表欧姆档检查二极管是否存在单向导电性？并判别其极性。正向导通电正向导通电阻很小。指阻很小。指针偏转大。针偏转大。反向阻断时电反向阻断时电阻很大，指针阻很大，指针基本不动。基本不动。选择万用表的R1k欧姆档，黑表棒是表内电池正极，红表棒是内部电源负极，根据二极管正向导通、反向阻断的单向导电性，应用图示方法即可测出二极管的极性。如果测量中电表偏转都很大或很小时，说明二极管已经损坏。用万用表测试三极管好坏及极性的方法用指针式万用表检测三极管的基极和管型：指针不动，说明管指针不动，说明管子反偏截止，因此子反偏截止，因此为为NPN型。型。先将万用表置于Rlk欧姆档，将红表棒接假定的基极B，黑表棒分别与另两个极相接触，观测到指针不动(或近满偏)时，则假定的基极是正确的;且晶体管类型为NPN型（或PNP型）。如果把红黑两表棒对调后，指针仍不动(或仍偏转)，则说明管子已经老化老化(或已被击穿击穿)损坏。想一想，这想一想，这想一想，这想一想，这种检测方法种检测方法种检测方法种检测方法依据的是什依据的是什依据的是什依据的是什么？么？么？么？指针偏转，说明管指针偏转，说明管子正向导通，因此子正向导通，因此为为PNP型。型。PNPN结的结的单向导电性单向导电性若被测管为NPN三极管，让黑表棒接假定的集电极C，红表棒接假定的发射极E。两手分别捏住B、C两极充当基极电阻RB(两手不能相接触)。注意观察电表指针偏转的大小；之后，再将两检测极反过来假定，仍然注意观察电表指针偏转的大小。c cb b e e人体电阻人体电阻c cb b e e人体电阻人体电阻假定极正确假定极正确假定极错误假定极错误用万用表R1k欧姆档判别发射极E和集电极C偏转较大的假定极是正确的！偏转小的反映其放大能力下降，即集电极和发射极接反了。如果两次检测时电阻相差不大，则说明管子的性能较差。1.三极管起电流放大作用，其内部、外部条件分别要满足哪些？你会做吗？2.用万用表测量某些三极管的管压降得到下列几组数据，说明每个管子是NPN型还是PNP型？是硅管还是锗管？它们各工作在什么区域？UBE0.7V，UCE0.3V；UBE0.7V，UCE4V；UBE0V，UCE4V；UBE0.2V，UCE0.3V；UBE0V，UCE4V。NPNNPN硅管，饱和区硅管，饱和区硅管，饱和区硅管，饱和区NPNNPN硅管，放大区硅管，放大区硅管，放大区硅管，放大区NPNNPN硅管，截止区硅管，截止区硅管，截止区硅管，截止区PNPPNP锗管，放大区锗管，放大区锗管，放大区锗管，放大区PNPPNP锗管，截止区锗管，截止区锗管，截止区锗管，截止区3 单极型三极管单极型三极管双极型三极管是利用基极小电流去控制集电极较大电流的电流控制型器件，因工作时两种载流子同时参与导电而称之为双极型。单极型三极管因工作时只有多数载流子一种载流子参与导电，因此称为单极型三极管；单极型三极管是利用输入电压产生的电场效应控制输出电流的电压控制型器件。上图所示为单极型三极管产品实物图。单极型管可分为结型(JFET)和绝缘栅型(IGFET)两大类，其中绝缘栅型场效应管应用最为广泛，在IGFET中又有多种类型，目前应用最广泛的是以二氧化硅为绝缘层的场效应管，称为金属氧化物半导体场效应管(MOSFET,Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransistor)。N N沟道沟道P P沟道沟道增强型增强型耗尽型耗尽型N N沟道沟道P P沟道沟道N N沟道沟道P P沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型(IGFET)分类：分类：NPPg(栅极栅极)s源极源极d漏极漏极N沟道结型场效应管结构沟道结型场效应管结构基底基底：N型半导体型半导体两边是两边是P区区导电沟道导电沟道dgs一、一、结型场效应管结型场效应管d漏极漏极PNNg(栅极栅极)s源极源极P沟道结型场效应管结构沟道结型场效应管结构基底基底：P型半导体型半导体两边是两边是N区区导电沟道导电沟道dgs2.2.工作原理工作原理 V VGSGS对沟道的控制作用对沟道的控制作用当当VGS0时时（以（以N N沟道沟道JFETJFET为例）为例）当沟道夹断时，对应的栅当沟道夹断时，对应的栅源电压源电压VGS称为称为夹断电压夹断电压VP（或或VGS(off)）。）。对于对于N沟道的沟道的JFET，VP 0。PN结反偏结反偏耗尽层加厚耗尽层加厚沟道变窄。沟道变窄。VGS继续减小，沟道继续继续减小，沟道继续变窄变窄 VDS对沟道的控制作用当当VGS=0时，时，VDS ID 当当VDS增加到使增加到使VGD=VP 时，时，在紧靠漏极处出现预夹断。在紧靠漏极处出现预夹断。G、D间间PN结的反向电结的反向电压增加，使靠近漏极处的压增加，使靠近漏极处的耗尽层加宽，沟道变窄，耗尽层加宽，沟道变窄，从上至下呈楔形分布。从上至下呈楔形分布。此时此时VDS 夹断区延长夹断区延长沟道电阻沟道电阻 ID基本不变基本不变 VGS和VDS同时作用时当当VP VGS0 时，时，导电沟道导电沟道更容易夹断，更容易夹断，对于同样的对于同样的VDS，ID的值比的值比VGS=0时的值要时的值要小。小。VGD=VGS-VDS=VP 在预夹断处在预夹断处（以（以N N沟道沟道JFETJFET为例）为例）2.工作原理工作原理综上分析可知综上分析可知 沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，沟道中只有一种类型的多数载流子参与导电，所以场效应管也称为单极型三极管所以场效应管也称为单极型三极管。JFETJFET是电压控制电流器件，是电压控制电流器件，i iD D受受v vGSGS控制控制预夹断前预夹断前i iD D与与v vDSDS呈呈近似线性关系；预夹断后，近似线性关系；预夹断后，i iD D趋于趋于饱和。饱和。JFETJFET栅极与沟道间的栅极与沟道间的PNPN结是反向偏置的，因结是反向偏置的，因 此此i iG G 0 0，输入电阻很高。输入电阻很高。二、MOS管的基本结构N+N+N+N+以以以以P P型硅为衬底型硅为衬底BDGS二氧化硅二氧化硅二氧化硅二氧化硅(SiO2)(SiO2)绝缘保护层绝缘保护层绝缘保护层绝缘保护层两端扩散出两个两端扩散出两个两端扩散出两个两端扩散出两个高浓度的高浓度的高浓度的高浓度的N N区区区区N N区与区与区与区与P P型衬型衬型衬型衬底之间形成两底之间形成两底之间形成两底之间形成两个个个个PNPN结结结结由衬底引出电极由衬底引出电极由衬底引出电极由衬底引出电极B B由高浓度的由高浓度的由高浓度的由高浓度的N N区引区引区引区引出的源极出的源极出的源极出的源极S S由另一高浓度由另一高浓度由另一高浓度由另一高浓度N N区区区区引出的漏极引出的漏极引出的漏极引出的漏极D D由二氧化硅层由二氧化硅层由二氧化硅层由二氧化硅层表面直接引出表面直接引出表面直接引出表面直接引出栅极栅极栅极栅极GG杂质浓度较低，杂质浓度较低，杂质浓度较低，杂质浓度较低，电阻率较高。电阻率较高。电阻率较高。电阻率较高。N+N+N+N+以以以以P P型硅为衬底型硅为衬底BDGS大多数管大多数管大多数管大多数管子的衬底子的衬底子的衬底子的衬底在出厂前在出厂前在出厂前在出厂前已和源极已和源极已和源极已和源极连在一起连在一起连在一起连在一起铝电极、金属铝电极、金属铝电极、金属铝电极、金属（MMetaletal）二氧化硅氧化物二氧化硅氧化物二氧化硅氧化物二氧化硅氧化物（OOxidexide）半导体半导体半导体半导体（S Sememiconductor)故单极型三极管又称为MOS管。MOSMOS管电路的连接形式管电路的连接形式N+N+N+N+P P型硅衬底型硅衬底BDGS+UDS+UGS漏极与源极间漏极与源极间漏极与源极间漏极与源极间电源电源电源电源U UDSDS栅极与源极间栅极与源极间栅极与源极间栅极与源极间电源电源电源电源U UGSGS如果衬底在出厂前未连接到源极上，则要根据电路具体情况正确连接。一般P型硅衬底应接低电位，N型硅衬底应接高电位，由导电沟道的不同而异。不同类型MOS管的电路图符号D S GB衬衬底底 N沟道增强型图符号沟道增强型图符号D S GB衬衬底底 P沟道增强型图符号沟道增强型图符号D S GB衬衬底底 N沟道耗尽型图符号沟道耗尽型图符号D S GB衬衬底底 P沟道耗尽型图符号沟道耗尽型图符号由图可看出，衬底的箭头方向表明了场效应管是N沟道还是P沟道：箭头向里是N沟道，箭头向外是P沟道。虚线表示增强型实线表示耗尽型3.MOS管使用注意事项(1)MOS管中,有的产品将衬底引出，形成四个管脚。使用者可视电路需要进行连接。P衬底接低电位，N衬底接高电位。但当源极电位很高或很低时,可将源极与衬底连在一起。(2)场效应管的漏极与源极通常可以互换，且不会对伏安特性曲线产生明显影响。注意注意注意注意：有些产品出厂时已将源极与衬底连在一起了，这时源极与漏极就不能进行对调。(3)MOS管不使用时,由于它的输入电阻非常高,须将各电极短路,以免受外电场作用时使管子损坏。即MOS管在不使用时应避免栅极悬空，务必将各电极短接。单极型晶体管和双极型晶体管的性能比较 1.场效应管的源极场效应管的源极S、栅极、栅极G、漏极、漏极D分别对应于双极型晶体管的发射极分别对应于双极型晶体管的发射极e、基极、基极b、集电极集电极c，它们的作用相似。，它们的作用相似。2.场效应管是电压控制电流器件，场效应管栅极基本上不取电流，而双极型晶体场效应管是电压控制电流器件，场效应管栅极基本上不取电流，而双极型晶体管工作时基极总要取一定的电流。所以在只允许从信号源取极小量电流的情况下，管工作时基极总要取一定的电流。所以在只允许从信号源取极小量电流的情况下，应该选用场效应管；而在允许取一定量电流时，选用双极型晶体管进行放大可以应该选用场效应管；而在允许取一定量电流时，选用双极型晶体管进行放大可以得到比场效应管较高的电压放大倍数。得到比场效应管较高的电压放大倍数。3.场效应管是多子导电，而双极型晶体管则是既利用多子，又利用少子。由于少场效应管是多子导电，而双极型晶体管则是既利用多子，又利用少子。由于少子的浓度易受温度、辐射等外界条件的影响，因而场效应管比晶体管的温度稳定子的浓度易受温度、辐射等外界条件的影响，因而场效应管比晶体管的温度稳定性好、抗辐射能力强。在环境条件（温度等）变化比较剧烈的情况下，选用场效性好、抗辐射能力强。在环境条件（温度等）变化比较剧烈的情况下，选用场效应管比较合适。应管比较合适。4.场效应管的源极和衬底通常是连在一起时，源极和漏极可以互换使用，耗尽型场效应管的源极和衬底通常是连在一起时，源极和漏极可以互换使用，耗尽型绝缘栅型管的栅极电压可正可负，灵活性比晶体管强；而双极型晶体管的集电极绝缘栅型管的栅极电压可正可负，灵活性比晶体管强；而双极型晶体管的集电极与发射极互换使用时，其特性差异很大，放大倍数值将减小很多。与发射极互换使用时，其特性差异很大，放大倍数值将减小很多。5.与双极型晶体管相比，场效应管的噪声系数较小，所以在低噪声放大器的前级与双极型晶体管相比，场效应管的噪声系数较小，所以在低噪声放大器的前级通常选用场效应管，也可以选特制的低噪声晶体管。但总的来说，当信噪比是主通常选用场效应管，也可以选特制的低噪声晶体管。但总的来说，当信噪比是主要矛盾时，还应选用场效应管。要矛盾时，还应选用场效应管。6.场效应管和双极型晶体管都可以用于放大或可控开关，但场效应管还可以作为场效应管和双极型晶体管都可以用于放大或可控开关，但场效应管还可以作为压控电阻使用，而且制造工艺便于集成化，具有耗电少，热稳定性好，工作电源压控电阻使用，而且制造工艺便于集成化，具有耗电少，热稳定性好，工作电源电压范围宽等优点，因此在电子设备中得到广泛的应用。电压范围宽等优点，因此在电子设备中得到广泛的应用。1.双极型三极管和单极型三极管的导电机理有什么不同？为什么称晶体管为电流双极型三极管和单极型三极管的导电机理有什么不同？为什么称晶体管为电流 控件而称控件而称MOS管为电压控件？管为电压控件？检验学习结果解答 2.在使用在使用MOS管时，为什么栅极不能悬空？管时，为什么栅极不能悬空？3.晶体管和晶体管和MOS管的输入电阻有何不同？管的输入电阻有何不同？双极型三极管有多子和少子两双极型三极管有多子和少子两种载流子同时参与导电；单极种载流子同时参与导电；单极型三极管只有多子参与导电。型三极管只有多子参与导电。晶体管的输出电流晶体管的输出电流IC受基极电受基极电流流IB的控制而变化，因此称之的控制而变化，因此称之为电流控件；为电流控件；MOS管的输出电管的输出电流流ID受栅源间电压受栅源间电压UGS的控制而的控制而变化，所以称为电压控件。变化，所以称为电压控件。由于二氧化硅层的原因，由于二氧化硅层的原因，使使MOS管具有很高的输管具有很高的输入电阻。在外界电压影响入电阻。在外界电压影响下，栅极易产生相当高的下，栅极易产生相当高的感应电压，造成管子击穿，感应电压，造成管子击穿，所以所以MOS管在不使用时管在不使用时应避免栅极悬空，务必将应避免栅极悬空，务必将各电极短接。各电极短接。晶体管的输入电阻晶体管的输入电阻rbe一般在几百欧千欧一般在几百欧千欧左右，相对较低；而左右，相对较低；而MOS管绝缘层的输入管绝缘层的输入电阻极高，一般认为电阻极高，一般认为栅极电流为零。栅极电流为零。本章学习结束，希望同学们对本本章学习结束，希望同学们对本章内容予以重视，因为这是电子章内容予以重视，因为这是电子技术中基础的基础。技术中基础的基础。Goodbye!