BJT与场效应管.ppt

1.3 双极型晶体管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：BJTBJT。根据功率的不同具有不同的外形结构。1一一.基本结构基本结构BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型 由两个掺杂浓度不同且背靠背排列的由两个掺杂浓度不同且背靠背排列的PN结组成，结组成，根据排列方式的不同可分为根据排列方式的不同可分为NPN型和型和PNP型两种型两种,每个每个PN结所对应区域分别称为发射区、基区和集电区。结所对应区域分别称为发射区、基区和集电区。2BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管制成晶体管的材料可以为制成晶体管的材料可以为Si或或Ge。3BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，掺基区：较薄，掺杂浓度低杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高4BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结 BJTBJT是非线性元是非线性元件，其工作特性与其件，其工作特性与其工作模式有关：工作模式有关：当当EBEB结和结和CBCB结均加正偏时结均加正偏时,BJT,BJT处于饱和模式处于饱和模式;当当EBEB结结加零偏或反偏、加零偏或反偏、CBCB结加反偏时结加反偏时,BJT,BJT处于截止处于截止模式。模式。当当EBEB结加正偏结加正偏,CB,CB结结加反偏时加反偏时,BJT,BJT处于放处于放大模式大模式;BJTBJT主要用途是对变化的电流、电压信号进行放大，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。饱和模式和截止模式主要用于数字电路中。5二二.电流放大原理电流放大原理以以NPN型型BJT为例讨论为例讨论，其结论同样适用于，其结论同样适用于PNP型型BJT，不同的是不同的是外加电压与前者相反。外加电压与前者相反。输入回路输入回路输出回路输出回路共射极放大电路共射极放大电路工作的基本条件：工作的基本条件：EB结正偏；结正偏；CB结反偏。结反偏。VCCVBB VEE6BJT的放大作用可表现为：用较小的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。小的电压按比例放大为较大的电压。a)EB结加正偏结加正偏,扩散运动形成扩散运动形成IE。b)扩散到基区的自由电子与空穴复合扩散到基区的自由电子与空穴复合形成形成IB。c)CB结加反偏结加反偏,漂移运动形成漂移运动形成IC。1 1BJT内部载流子运动内部载流子运动7BECNNPEBRBECIE基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散可的扩散可忽略。忽略。IBE进入进入P区的电子少部区的电子少部分与基区的空穴复分与基区的空穴复合，形成电流合，形成电流IBE ，多数扩散到集电结。多数扩散到集电结。发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基区断向基区扩散，形扩散，形成发射极成发射极电流电流IE。RC8BECNNPEBRBECIE集电结反偏，有集电结反偏，有少子形成的反向少子形成的反向电流电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE从基区扩散从基区扩散来的电子作来的电子作为集电结的为集电结的少子，漂移少子，漂移进入集电结进入集电结而被收集，而被收集，形成形成ICE。ICBO：发射极开路时集电结反向饱和电流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基极开路时集电极与发射极在VCC 反偏作用下的反偏作用下的电流电流，称为穿透电流。分析时可忽略，但可反映，称为穿透电流。分析时可忽略，但可反映BJT的质量。的质量。9IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE102.2.电流分配关系电流分配关系忽略对极间电流影响较小的电子和空穴忽略对极间电流影响较小的电子和空穴运动形成的电流，运动形成的电流，BJT中电流关系为：中电流关系为：IE=IC+IB3.BJT电流放大系数电流放大系数共射极直流电流放大系数共射极直流电流放大系数:IC/IB IE(1+)IB共射极交流电流放大系数共射极交流电流放大系数:iC/iB ，由由BJT制造时材料掺杂浓度决定。制造时材料掺杂浓度决定。11三三.特性曲线特性曲线 实验线路实验线路ICmA AVVUCEUBERBIBECEB输入回路输入回路输出回路输出回路RC121.输入特性输入特性工作压降：工作压降：硅管硅管UBE 0.60.7V,锗管锗管UBE 0.20.4V。UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE=0VUCE=0.5V 死区电死区电压，硅管压，硅管0.5V，锗锗管管0.2V。132.输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满此区域满足足IC=IB称为线性称为线性区（放大区（放大区）。区）。当当UCE大于一大于一定的数值时，定的数值时，IC只与只与IB有关，有关，IC=IB。14IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE UBE,集电结正偏，集电结正偏，IBIC，UCE 0.3V称为饱和称为饱和区。区。15IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE0.3V(3)截止区：截止区：UBE 死区电压，死区电压，IB=0，IC=ICEO 0 17电路共基极电路共基极直流电流放大系数直流电流放大系数:IC/IE IE=IC+IB=IC/IC/IB=/（1-）=或或=/(1+)共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数:iC/I 且且 18对对共集电极电路共集电极电路 有有 IE IB+IB =(1+)IB故共集电极电路又称为故共集电极电路又称为电流放大器或电压跟随器。电流放大器或电压跟随器。19四四.BJT的主要参数的主要参数1.电流放大系数电流放大系数 a)对共射极电路接法对共射极电路接法:IC/IBiC/iB 实际电路使用时一般采用实际电路使用时一般采用=3080的的BJT 作为放大管。作为放大管。b)对共基极电路接法对共基极电路接法:IC/IEiC/iE 20a)C-B极反向饱和电流极反向饱和电流ICBO硅管小于锗管，而且受温度影响较大。硅管小于锗管，而且受温度影响较大。应用时选用应用时选用ICBO较小的较小的BJT。2.2.极间反向电流极间反向电流 b)C-E极反向饱和电流极反向饱和电流ICEOB极开路时，极开路时，C-E极间的穿透电流极间的穿透电流有有ICEO=(1+)ICBO213.3.特征频率特征频率f fT T BJTBJT工作在交流状态下，由于结电工作在交流状态下，由于结电容的作用，信号频率增大使容的作用，信号频率增大使下降并下降并产生相移，产生相移，使使下降下降为为1 1时的信号频率时的信号频率称为特征频率称为特征频率f fT T。应尽量选用。应尽量选用f fT T较高较高的的BJTBJT。224 4.极限参数极限参数a)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICMb)集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCMc)极间反向击穿电压极间反向击穿电压 UCBO:大小可从几十至大小可从几十至 上千伏。上千伏。UCEO:与与ICEO相关，相关，UCEO UCBO。UEBO:大小从大小从1/1010VICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区23五.温度对BJT特性的影响1.温度对温度对ICBO的影响的影响 温度每升高温度每升高10时时,ICBO约增加一倍。约增加一倍。2.温度对输入特性的影响温度对输入特性的影响 温度升高，输入特性曲温度升高，输入特性曲 线将左移。线将左移。2.温度对输出特性的影响温度对输出特性的影响 温度升高将导致温度升高将导致IC增大。增大。24六.光电三极管 利用光照强度利用光照强度来控制集电极电来控制集电极电流大小，可等效流大小，可等效为一只光电二极为一只光电二极管与一只管与一只BJT连接组成连接组成，引出线为集电极和发，引出线为集电极和发射极，目前应用较多。射极，目前应用较多。25例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管分别工作于哪个晶体管分别工作于哪个工作工作区？区？当当USB=-2V时：时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0，IC=0IC最大饱和电流：最大饱和电流：（忽略（忽略BJT饱和压降）饱和压降）Q位于截止区位于截止区 26例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管晶体管分别工作于哪个工作分别工作于哪个工作区？区？IC ICmax(=2mA)，Q位于放大区位于放大区。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB=2V时：时：27USB=5V时时:例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管晶体管分别工作于哪个工作分别工作于哪个工作区？区？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于饱和区，此时位于饱和区，此时IC 和和IB 已不是已不是 倍的关系。倍的关系。28判断判断BJTBJT工作状态的一般方法工作状态的一般方法(以以NPNNPN管为例管为例)状状 态态 方方 法法截止截止放大放大饱和饱和发射结发射结反偏或零偏反偏或零偏正偏正偏正偏正偏集电极集电极反偏反偏反偏反偏正偏或零偏正偏或零偏极电压极电压UBEUonUBEUon(硅管硅管Uon=0.7V 锗管锗管Uon=0.4V)(临界饱和压降临界饱和压降UCES硅管硅管UCES=0.5V锗管锗管UCES=0.2V )UCEUBEUCEUBE(UCES UC 0IBS*极电流极电流IC0 IB IB极电流极电流IE0(1+)IB(1+)IB:临界饱和电流临界饱和电流IBS=(VCC-UCES)/RC29作业：作业：P676915、16、18*、1930场效应管与双极型晶体管不同，它是多子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。导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管结型场效应管JFETJoint-Field-Effect-Transistor绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOSMetal-Oxide-Semiconductor场效应管有两种场效应管有两种:1-4 场效应管场效应管31N基底基底:N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极一、结构一、结构1-4.1 结型场效应管结型场效应管:导电沟道导电沟道drain electroden.漏极gridn.栅极sourcen.源极32NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS33PNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS34二、工作原理（以二、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）UDS=0V时时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，结反偏，UGS越越大则耗尽区越宽，大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。导电沟道越窄。35PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时时NNUGS越大耗尽区越越大耗尽区越宽，沟道越窄，宽，沟道越窄，电阻越大。电阻越大。但当但当UGS较小时，耗尽较小时，耗尽区宽度有限，存在导区宽度有限，存在导电沟道。电沟道。DS间相当于间相当于线性电阻。线性电阻。36PGSDUDSUGSNNUDS=0时时UGS达到一定值时达到一定值时（夹断电压夹断电压VP）,耗耗尽区碰到一起，尽区碰到一起，DS间被夹断，间被夹断，这时，即这时，即使使UDS 0V，漏极电漏极电流流ID=0A。ID夹断电压Pinch off voltage 37PGSDUDSUGSUGS0、UGDVP时时耗尽区的形状耗尽区的形状NN越靠近漏端，越靠近漏端，PN结反压越大结反压越大ID38PGSDUDSUGSUGSVp且且UDS较大时较大时UGDVP时耗尽区的形状时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻沟道中仍是电阻特性，但是是非特性，但是是非线性电阻。线性电阻。ID39GSDUDSUGSUGSVp UGD=VP时时NN漏端的沟道被夹断，漏端的沟道被夹断，称为称为预夹断。预夹断。UDS增大则被夹断区增大则被夹断区向下延伸。向下延伸。ID40GSDUDSUGSUGS0时时UGS足够大时足够大时（UGSVT）感感应出足够多电子，应出足够多电子，这里出现以电子这里出现以电子导电为主的导电为主的N型型导电沟道。导电沟道。感应出电子感应出电子VT称为阈值电压称为阈值电压52UGS较小时，导较小时，导电沟道相当于电电沟道相当于电阻将阻将D-S连接起连接起来，来，UGS越大此越大此电阻越小。电阻越小。PNNGSDUDSUGS53PNNGSDUDSUGS当当UDS不太大时，不太大时，导电沟道在两导电沟道在两个个N区间是均匀区间是均匀的。的。当当UDS较大较大时，靠近时，靠近D区的导电沟区的导电沟道变窄。道变窄。54PNNGSDUDSUGS夹断后，即使夹断后，即使UDS 继续增加，继续增加，ID仍呈恒流特性仍呈恒流特性。IDUDS增加，增加，UGD=VT 时，靠近时，靠近D端的沟道端的沟道被夹断，称为予夹被夹断，称为予夹断。断。55三、增强型三、增强型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT56输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS057四、耗尽型四、耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，加反向时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。电压才能夹断。转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT58输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS=0UGS059单结晶体管和可控硅单结晶体管由一个PN结构成的负阻器件可控硅又称晶闸管,由三个PN结构成的大功率可控整流器件,请自学60集成电路简介集成电路是采用一定的制造工艺,将晶体管,场效应管,电阻,电容等许多元件组成的具有完整功能的电路制作在同一块硅片上,并加以封装所构成的半导体器件.集成电路的制造工艺有:氧化,光刻,掩模,扩散,外延,蒸铝等集成电路中最基本的元件是PN结.利用PN结可制作电阻,电容,二极管,三极管,场效应管(电感不行).各PN结之间必须绝缘隔离.61