半导体三极管和场效应管分解.pptx

LFChun 制作大连理工大学电气工程系2.1 半导体三极管半导体三极管晶体管的结构示意图和表示符号晶体管的结构示意图和表示符号晶体管的结构示意图和表示符号晶体管的结构示意图和表示符号(a)NPN(a)NPN型晶体管；型晶体管；型晶体管；型晶体管；(a)NNCEBPCETBIBIEIC(b)BECPPNETCBIBIEIC(b)PNP(b)PNP型晶体管型晶体管型晶体管型晶体管CE发射区发射区发射区发射区集电区集电区集电区集电区基区基区基区基区集电结集电结集电结集电结发射结发射结发射结发射结NNP基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极BCE发射区发射区发射区发射区集电区集电区集电区集电区基区基区基区基区P发射结发射结发射结发射结P集电结集电结集电结集电结N集电极集电极集电极集电极发射极发射极发射极发射极基极基极基极基极BLFChun 制作大连理工大学电气工程系基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结发射结发射结集电结集电结集电结集电结B B B BE E E EC C C CN NN NP P基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极结构特点：结构特点：结构特点：结构特点：集电区：集电区：集电区：集电区：面积最大面积最大面积最大面积最大电子技术电子技术电子技术电子技术 LFChun 制作大连理工大学电气工程系2.1.2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理1.1.三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件B BEC CN NN NP P发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 PNP PNP发射结正偏发射结正偏发射结正偏发射结正偏 V VB B V VE E集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏 V VC C V VE E集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏 V VC C V VB B EBRBE EC CRCLFChun 制作大连理工大学电气工程系晶晶体体管管电电流流放放大大的的实实验验电电路路 设设设设 E EC C =6 6 V V，改改改改变变变变可可可可变变变变电电电电阻阻阻阻 R RB B,则则则则基基基基极极极极电电电电流流流流 I IB B、集集集集电电电电极极极极电电电电流流流流 I IC C 和和和和发发发发射射射射极极极极电电电电流流流流 I IE E 都都都都发发发发生生生生变变变变化化化化，测测测测量量量量结果如下表：结果如下表：结果如下表：结果如下表：2.2.各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用mA AVVmAICECIBIERB+UBE+UCE EBCEB3DG100电子技术电子技术电子技术电子技术 LFChun 制作大连理工大学电气工程系晶体管电流测量数据晶体管电流测量数据晶体管电流测量数据晶体管电流测量数据I IB B(mA)(mA)I IC C(mA)(mA)I IE E(mA)(mA)0 00.020.020.040.040.060.060.080.080.100.100.0010.0010.700.701.501.502.302.303.103.103.953.950.001 0,UBC UBE。Q Q2 2Q Q1 1大大大大放放放放区区区区电子技术电子技术电子技术电子技术 LFChun 制作大连理工大学电气工程系IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB=0(2)(2)截止区截止区截止区截止区对对NPN型硅管，当型硅管，当UBE0.5V时时,即已即已开始截止开始截止,为使晶体为使晶体管可靠截止管可靠截止,常使常使 UBE 0。截止时截止时,集集电结也处于反向偏电结也处于反向偏置置(UBC 0),),此时此时,IC 0,UCE UCC。IB=0 的曲线以下的区域称为截止区。的曲线以下的区域称为截止区。IB=0 时时,IC=ICEO(很小很小)。(ICEO0.001mA)0.001mA)截止区截止区截止区截止区电子技术电子技术电子技术电子技术 LFChun 制作大连理工大学电气工程系IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB=0(3)(3)饱和饱和饱和饱和区区区区 在饱和区，在饱和区，在饱和区，在饱和区，I IB B I IC C，发射结处于正向偏发射结处于正向偏发射结处于正向偏发射结处于正向偏置，置，置，置，集电结也处于正集电结也处于正集电结也处于正集电结也处于正偏。偏。偏。偏。深度饱和时，深度饱和时，深度饱和时，深度饱和时，硅管硅管硅管硅管U UCES CES 0.3V 0.3V，锗管锗管锗管锗管U UCES CES 0.1V 0.1V。IC UCC/RC。当当 UCE 0)，晶体管工作于饱和状态。晶体管工作于饱和状态。饱饱饱饱和和和和区区区区LFChun 制作大连理工大学电气工程系晶体管三种工作状态的电压和电流晶体管三种工作状态的电压和电流(a)放大放大+UBE 0 ICIB+UCE UBC 0+(b)截止截止IC 0 IB=0+UCE UCC UBC 0 IB+UCE 0 UBC 0+当当晶晶体体管管饱饱和和时时，UCE 0，发发射射极极与与集集电电极极之之间间如如同同一一个个开开关关的的接接通通，其其间间电电阻阻很很小小；当当晶晶体体管管截截止止时时，IC 0，发发射射极极与与集集电电极极之之间间如如同同一一个个开开关关的的断断开开，其其间间电电阻阻很很大大，可可见见，晶晶体体管管除除了了有有放放大大作作用用外，还有开关作用。外，还有开关作用。LFChun 制作大连理工大学电气工程系 0 0.1 0.5 0.1 0.6 0.7 0.2 0.3 0.3 0.1 0.7 0.3硅管硅管(NPN)锗管锗管(PNP)可靠截止可靠截止开始截止开始截止 UBE/V UBE/VUCE/V UBE/V 截截 止止 放大放大 饱和饱和 工工 作作 状状 态态 管管 型型晶体管结电压的典型值晶体管结电压的典型值2.1.4 主要参数主要参数 表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。电子技术电子技术电子技术电子技术 LFChun 制作大连理工大学电气工程系2.1.4 主要参数主要参数1.1.电流放大系数电流放大系数电流放大系数电流放大系数 ，直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，注意：注意：注意：注意：和和和和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且距并且距并且距并且I ICE0 CE0 较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的常用晶体管的常用晶体管的常用晶体管的 值在值在值在值在20 20020 200之间。之间。之间。之间。由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有在特性曲线的近于水平部分，在特性曲线的近于水平部分，在特性曲线的近于水平部分，在特性曲线的近于水平部分，I IC C随随随随I IB B成正比变化，成正比变化，成正比变化，成正比变化，值才可认为是基本恒定的。值才可认为是基本恒定的。值才可认为是基本恒定的。值才可认为是基本恒定的。LFChun 制作大连理工大学电气工程系例：在例：在例：在例：在U UCECE=6 V=6 V时，时，时，时，在在在在 Q Q1 1 点点点点I IB B=40=40 A,A,I IC C=1.5mA=1.5mA；在在在在 Q Q2 2 点点点点I IB B=60=60 A,A,I IC C=2.3mA=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：=。I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I IC C/mmA A1 12 23 34 4U UCE CE/V/V9 912120 0Q Q1 1Q Q2 2在在在在 Q Q1 1 点，有点，有点，有点，有由由由由 Q Q1 1 和和和和Q Q2 2点，得点，得点，得点，得LFChun 制作大连理工大学电气工程系2.2.集集集集-基极反向截止电流基极反向截止电流基极反向截止电流基极反向截止电流 I ICBOCBO I ICBOCBO是由少数载流子的是由少数载流子的是由少数载流子的是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。温度温度温度温度I ICBOCBO ICBO A+EC3.3.集集集集-射极反向截止电流射极反向截止电流射极反向截止电流射极反向截止电流(穿透电流穿透电流穿透电流穿透电流)I ICEOCEO AICEOIB=0+I ICEOCEO受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。温度温度温度温度I ICEOCEO ，所以所以所以所以I IC C也也也也相应增加。相应增加。相应增加。相应增加。三极管的温度三极管的温度三极管的温度三极管的温度特性较差。特性较差。特性较差。特性较差。LFChun 制作大连理工大学电气工程系4.4.集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICMCM5.5.集集集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO 集电极电流集电极电流集电极电流集电极电流 I IC C上升会导致三极管的上升会导致三极管的上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，值的下降，值的下降，值的下降，当当当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为为为为 I ICMCM。当集当集当集当集射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压U UCE CE 超过一定的数值时，超过一定的数值时，超过一定的数值时，超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是三极管就会被击穿。手册上给出的数值是三极管就会被击穿。手册上给出的数值是三极管就会被击穿。手册上给出的数值是2525 C C、基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压U U(BR)(BR)CEOCEO。6.6.集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗P PCMCM P PCMCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。温升过高会烧坏三极管。温升过高会烧坏三极管。温升过高会烧坏三极管。P PC C P PCM CM=I IC C U UCECE 硅硅硅硅管允许结温约为管允许结温约为管允许结温约为管允许结温约为150150 C C，锗锗锗锗管约为管约为管约为管约为7070 9090 C C。LFChun 制作大连理工大学电气工程系ICMU(BR)CEO由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEOI IC CU UCE CE=P=PCMCM安全工作区安全工作区LFChun 制作大连理工大学电气工程系晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系1.1.温度每增加温度每增加温度每增加温度每增加1010 C C，I ICBOCBO增大一倍。硅管优于增大一倍。硅管优于增大一倍。硅管优于增大一倍。硅管优于 锗管。锗管。锗管。锗管。2 2.温度每升高温度每升高温度每升高温度每升高1 1 C C，U UBEBE将减小将减小将减小将减小(2(2 2.5)mV2.5)mV，即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。3.3.温度每升高温度每升高温度每升高温度每升高 1 1 C C，增加增加增加增加 0.5%1.0%0.5%1.0%。LFChun 制作大连理工大学电气工程系 BJT 实物图片实物图片 LFChun 制作大连理工大学电气工程系 2.2、场效应晶体管、场效应晶体管 FET 场效应晶体管与双极型晶体管的异同场效应晶体管与双极型晶体管的异同：均起放大作用和开关作用。均起放大作用和开关作用。场效应晶体管只有一种载流子导电场效应晶体管只有一种载流子导电 单极单极 型。因此，其温度稳定性好。型。因此，其温度稳定性好。双极型晶体管是电流控制器件，双极型晶体管是电流控制器件，场效应晶体管是电压控制器件。场效应晶体管是电压控制器件。双极型晶体管输入阻抗低（双极型晶体管输入阻抗低（102 104 ），），场效应晶体管输入阻抗高（场效应晶体管输入阻抗高（109 1014 ）。）。LFChun 制作大连理工大学电气工程系 场效应晶体管的分类场效应晶体管的分类 结型场效应管结型场效应管 JFET 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 MOSFET 场效应场效应 晶体管晶体管 N 沟道增强型沟道增强型 MOSFET N 沟道耗尽型沟道耗尽型 MOSFET P 沟道增强型沟道增强型 MOSFET P 沟道耗尽型沟道耗尽型 MOSFET MOSFET LFChun 制作大连理工大学电气工程系BB1.增强型增强型 MOS 管的基本结构管的基本结构P 型硅衬底型硅衬底 N+N+SiO2NMOS 管管PMOS 管管源极源极 栅极栅极 漏极漏极S G D 铝片铝片N 型硅衬底型硅衬底 P+P+源极源极 栅极栅极 漏极漏极S G D LFChun 制作大连理工大学电气工程系 场效应晶体管场效应晶体管源极源极 门极门极 漏极漏极 N 型型 N 型型 P 型型 SiO2 LFChun 制作大连理工大学电气工程系P 型硅衬底型硅衬底 N+N+S G D BP 型硅衬底型硅衬底 N+N+S G D UGS PN 结结 反型层反型层 (导电沟道导电沟道)UGS UDS ID2.增强型增强型 MOS 管的工作原理管的工作原理 B LFChun 制作大连理工大学电气工程系 图形符号图形符号 GSDB 转移特性转移特性 漏极特性漏极特性 UGS0OIDUGSUGS(th)开启电压开启电压 OIDUDS3.增强型增强型 MOS 管的管的特性曲线特性曲线 (1)增强型增强型 NMOS 管的特性曲线管的特性曲线 LFChun 制作大连理工大学电气工程系(2)增强型增强型 PMOS 管的特性曲线管的特性曲线 图形符号图形符号 转移特性转移特性 漏极特性漏极特性 UGS 0 UGS(th)开启电压开启电压 OIDUDSOIDUGSGSDB LFChun 制作大连理工大学电气工程系(1)耗尽型耗尽型 NMOS 管管 在在 SiO2 绝缘层中掺入大量绝缘层中掺入大量 正电荷正电荷,因此因此 UGS=0 时时,已经已经感应出了导电沟道（电子）。感应出了导电沟道（电子）。(2)耗尽型耗尽型 PMOS 管管 在在 SiO2 绝缘层中掺入大量绝缘层中掺入大量负电荷负电荷,因此因此 UGS=0 时时,已经已经感应出了导电沟道（空穴）。感应出了导电沟道（空穴）。P 型硅衬底型硅衬底 N+N+源极源极 栅极栅极 漏极漏极S G D B4.耗尽型耗尽型 MOS 管的基本结构管的基本结构 LFChun 制作大连理工大学电气工程系(1)耗尽型耗尽型 NMOS 管的特性曲线管的特性曲线 图形符号图形符号 GSDB 转移特性转移特性 漏极特性漏极特性 UGS 0 UGS=0UGS 0UGS(off)夹断电压夹断电压 OIDUDSOIDUGS5.耗尽型耗尽型 MOS 管的特性曲线管的特性曲线 LFChun 制作大连理工大学电气工程系(2)耗尽型耗尽型 PMOS 管的特性曲线管的特性曲线 图形符号图形符号 GSDB 转移特性转移特性 漏极特性漏极特性 UGS 0 UGS=0UGS 0UGS(off)夹断电压夹断电压 OIDUDSOIDUGS LFChun 制作大连理工大学电气工程系gm=(S)ID UGSUDS=常数常数(1)跨导跨导 UGS 对对 ID 的控制能力的控制能力 ID UGS6.MOS 管的主要参数管的主要参数 (2)开启电压开启电压 UGS(th)或夹断电压或夹断电压 UGS(off)(3)最大栅源电压最大栅源电压 UGSM(4)最大漏源电压最大漏源电压 UDSM(5)最大漏栅电压最大漏栅电压 UDGM(6)最大漏源电流最大漏源电流 IDM(7)最大耗散功率最大耗散功率 LFChun 制作大连理工大学电气工程系课课 堂堂 讨讨 论论 2.1 晶体管的开关状态是指（晶体管的开关状态是指（）。）。a.交替工作于截止和放大状态交替工作于截止和放大状态 b.交替工作于放大和饱和状态交替工作于放大和饱和状态 c.交替工作于饱和和截止状态交替工作于饱和和截止状态c 2.2 现测得工作在放大状态的某晶体管的三个电现测得工作在放大状态的某晶体管的三个电 极电位分别为极电位分别为 a、b 和和 c，由此可以判断该管子是：，由此可以判断该管子是：（）的，其中）的，其中 UB=（）V，UE=（）V，UC=（）V。a.2.7 V b.3.4 V c.9.2 Vd.NPN 型型 e.PNP 型型 d b a c LFChun 制作大连理工大学电气工程系 2.3 某晶体管的某晶体管的 PCM=100 mW，ICM=20 mA，BUCEO=15 V，试分析下述三种情况中哪种工作状态，试分析下述三种情况中哪种工作状态是正常的？答：（是正常的？答：（）。）。a.UCM=3V，IC=10 mA b.UCM=2 V，IC=40 mA c.UCM=6V，IC=20 mA课课 堂堂 讨讨 论论 a 2.4 增强型增强型 NMOS 场效应晶体管的导通条件是场效应晶体管的导通条件是（）。）。a.UGS UGS(th)，UDS 0 b.UGS 0 c.UGS UGS(th)，UDS UGS(off)，UDS 0 b.UGS 0 c.UGS UGS(off)，UDS 0 2.6 某场效应晶体管，当某场效应晶体管，当UGS 3V，UDS 0 时，时，才会产生才会产生 ID，可知这是（，可知这是（）管。）管。a.增强型增强型 NMOS b.增强型增强型 PMOS c.耗尽型耗尽型 NMOS d.耗尽型耗尽型 PMOSc b LFChun 制作大连理工大学电气工程系课课 堂堂 讨讨 论论 2.7 下面所示的电路都不能放大交流信号，其错下面所示的电路都不能放大交流信号，其错误有以下几种，请找出各图的错误。误有以下几种，请找出各图的错误。a.直流电源极性错误直流电源极性错误b.耦合电容极性错误耦合电容极性错误c.耦合电容耦合电容 C1 位置错误，导致晶体管截止（位置错误，导致晶体管截止（IB=0）。）。d.耦合电容耦合电容 C1 位置错误，导致输入交流信号被短路。位置错误，导致输入交流信号被短路。e.没有基极偏置电阻，导致晶体管截止（没有基极偏置电阻，导致晶体管截止（IB=0）。）。f.晶体管发射结被短接，导致晶体管截止（晶体管发射结被短接，导致晶体管截止（IB=0）。）。g.晶体管没有集电极负载电阻，导致晶体管输出端口短路。晶体管没有集电极负载电阻，导致晶体管输出端口短路。h.没有射极偏置电阻，导致晶体管静态工作点不合适。没有射极偏置电阻，导致晶体管静态工作点不合适。LFChun 制作大连理工大学电气工程系课课 堂堂 讨讨 论论 uo ui RCC1+C2+UCC uo ui RB C1+C2+UCC RC uo ui RB C1+C2+UCC RC uo ui RB C1 C2+UCC+RC uo ui RB C1+C2+UCC UCC RC uo ui RB C1+C2+（）（）（）（）（）（）e g f d c a、b LFChun 制作大连理工大学电气工程系课课 堂堂 讨讨 论论 2.8 在放大电路出现截止和饱和失真时，应如何在放大电路出现截止和饱和失真时，应如何 调节调节 RB 才能消除失真？答（才能消除失真？答（）。）。a.增大增大 RB 能消除饱和失真，减小能消除饱和失真，减小 RB 能消除截止失真。能消除截止失真。b.增大增大 RB 能消除截止失真，减小能消除截止失真，减小 RB 能消除饱和失真。能消除饱和失真。c.增大增大 RB 能同时消除截止和饱和失真。能同时消除截止和饱和失真。d.减小减小 RB 能同时消除截止和饱和失真。能同时消除截止和饱和失真。a 2.9 某放大电路的通频带是某放大电路的通频带是 40 Hz 40 kHz，放，放 大下列哪种信号时会出现频率失真？答（大下列哪种信号时会出现频率失真？答（）。）。a.ui=10 sin(260 000 t)mV b.ui=10 sin(215 000 t)+2sin(230 000 t)mV c.ui=10 sin(215 000 t)+2sin(260000 t)mVc LFChun 制作大连理工大学电气工程系课课 堂堂 讨讨 论论 2.10 改变改变 RB、RC 或或 UCC 的数值都能改变静态工的数值都能改变静态工 作点作点 Q 的位置。下面坐标中的位置。下面坐标中 Q1、Q2 和和 Q3 点分别是改点分别是改变哪一个参数得到的静态工作点？变哪一个参数得到的静态工作点？a.减小减小 RB，保持，保持 RC 和和 UCC 不变不变 得到得到（）点。）点。b.减小减小 RC，保持，保持 RB 和和 UCC 不变得到不变得到（）点。）点。c.降低降低 UCC，保持，保持 RC 和和 RB 不变得到不变得到（）点。）点。IC OUCEQQ3 Q2 Q1 Q3 Q1 Q2 LFChun 制作大连理工大学电气工程系课课 堂堂 讨讨 论论 2.11 根据电压放大倍数的公式根据电压放大倍数的公式 Au，增大，增大 RC 就能就能 提高电压放大倍数，这一说法是否正确？答（提高电压放大倍数，这一说法是否正确？答（）。）。a.完全正确。完全正确。因为增大因为增大 RC，（，（RCRL）值会增大，）值会增大，则则 Au 就会提高就会提高 b.不一定正确。因为增大不一定正确。因为增大 RC，会使晶体管管压降减小，会使晶体管管压降减小，如果管子趋于饱和就不能放大信号了如果管子趋于饱和就不能放大信号了 c.错误。因为增大错误。因为增大 RC，会使晶体管截止，不能放大信号，会使晶体管截止，不能放大信号 b 电子技术电子技术电子技术电子技术 LFChun 制作大连理工大学电气工程系第第 2 章章 结结 束束 下一章下一章