BJT與場(chǎng)效應(yīng)管ppt課件

1、11.3 雙極型晶體管雙極型晶體管雙極型晶體管的幾種常見(jiàn)外形（a）小功率管 （b）小功率管 （c）中功率管 （d）大功率管 雙極型晶體管又稱三極管。電路表示符號(hào)：BJTBJT。根據(jù)功率的不同具有不同的外形結(jié)構(gòu)。2一一. 基本結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極NPN型型PNP集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)射極BCEPNP型型 由兩個(gè)摻雜濃度不同且背靠背排列的由兩個(gè)摻雜濃度不同且背靠背排列的PN結(jié)組成，根據(jù)排列方式的不同可分為結(jié)組成，根據(jù)排列方式的不同可分為NPN型和型和PNP型兩種型兩種,每個(gè)每個(gè)PN結(jié)所對(duì)應(yīng)區(qū)域分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。結(jié)所對(duì)應(yīng)區(qū)域分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和

2、集電區(qū)。3BECIBIEICNPN型三極管型三極管BECIBIEICPNP型三極管型三極管制成晶體管的材料可以為制成晶體管的材料可以為Si或或Ge。4BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃基區(qū)：較薄，摻雜濃度低度低集電區(qū)：面積較集電區(qū)：面積較大大發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜濃度較高5BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié) BJT BJT是非線性元件，其工作特是非線性元件，其工作特性與其工作模式有關(guān)：性與其工作模式有關(guān)：當(dāng)當(dāng)EBEB結(jié)和結(jié)和CBCB結(jié)均加正偏時(shí)結(jié)均加正偏時(shí),BJT,BJT處于飽和模式處于飽和模式; ;當(dāng)當(dāng)EBEB結(jié)結(jié)加零偏

3、或反偏、加零偏或反偏、CBCB結(jié)加反偏時(shí)結(jié)加反偏時(shí),BJT,BJT處于截止模式。處于截止模式。當(dāng)當(dāng)EBEB結(jié)加正偏結(jié)加正偏, CB, CB結(jié)加反偏時(shí)結(jié)加反偏時(shí),BJT,BJT處于放大模式處于放大模式; ;BJTBJT主要用途是對(duì)變化的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行放大，飽和模式和截止模式主主要用途是對(duì)變化的電流、電壓信號(hào)進(jìn)行放大，飽和模式和截止模式主要用于數(shù)字電路中。要用于數(shù)字電路中。6二二. 電流放大原理電流放大原理以以NPN型型BJT為例討論為例討論，其結(jié)論同樣適用于，其結(jié)論同樣適用于PNP型型BJT，不同的是，不同的是外加電壓與前者相反。外加電壓與前者相反。輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路共射極放大

4、電路共射極放大電路工作的基本條件：工作的基本條件：EB結(jié)正偏；結(jié)正偏；CB結(jié)反偏。結(jié)反偏。VCCVBB VEE7BJT的放大作用可表現(xiàn)為：用較小的的放大作用可表現(xiàn)為：用較小的基極電流控制較大的集電極電流，或?qū)⑤^基極電流控制較大的集電極電流，或?qū)⑤^小的電壓按比例放大為較大的電壓。小的電壓按比例放大為較大的電壓。a)EB結(jié)加正偏結(jié)加正偏,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成IE。 b)擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴復(fù)合形成擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴復(fù)合形成IB。c)CB結(jié)加反偏結(jié)加反偏,漂移運(yùn)動(dòng)形成漂移運(yùn)動(dòng)形成IC。1 1BJT內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)8BECNNPEBRBECIE基區(qū)空穴向發(fā)基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)

5、的擴(kuò)散可射區(qū)的擴(kuò)散可忽略。忽略。IBE進(jìn)入進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE ，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電形成發(fā)射極電流流IE。RC9BECNNPEBRBECIE集電結(jié)反偏，有少子形集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流成的反向電流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電子作為集電結(jié)電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收入集電結(jié)而被收集，形成集，形成ICE。ICBO：發(fā)射極開(kāi)路

6、時(shí)集電結(jié)反向飽和電流：發(fā)射極開(kāi)路時(shí)集電結(jié)反向飽和電流 ICEO ：基極開(kāi)路時(shí)集電極與發(fā)射極在：基極開(kāi)路時(shí)集電極與發(fā)射極在VCC 反偏作用下的電流反偏作用下的電流 ，稱為穿透電流。分析時(shí)，稱為穿透電流。分析時(shí)可忽略，但可反映可忽略，但可反映BJT的質(zhì)量。的質(zhì)量。10IB=IBE -ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE112.2.電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系忽略對(duì)極間電流影響較小的電子和空穴忽略對(duì)極間電流影響較小的電子和空穴運(yùn)動(dòng)形成的電流，運(yùn)動(dòng)形成的電流，BJT中電流關(guān)系為：中電流關(guān)系為： IE=IC+IB3.BJT電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)

7、共射極直流電流放大系數(shù)共射極直流電流放大系數(shù): IC / IB IE (1+ ) IB共射極交流電流放大系數(shù)共射極交流電流放大系數(shù): iC /iB ， 由由BJT制造時(shí)材料摻雜濃度決定。制造時(shí)材料摻雜濃度決定。12三三. 特性曲線特性曲線 實(shí)驗(yàn)線路實(shí)驗(yàn)線路ICmA AVVUCEUBERBIBECEB輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路RC131.輸入特性輸入特性工作壓降：工作壓降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,鍺管鍺管UBE 0.20.4V。UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE=0VUCE =0.5V 死區(qū)電壓，硅管死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管，鍺管0.2V。

8、142.輸出特性輸出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域滿足此區(qū)域滿足IC= IB稱為線性稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。區(qū)（放大區(qū)）。當(dāng)當(dāng)UCE大于一定的數(shù)值時(shí)，大于一定的數(shù)值時(shí)，IC只與只與IB有關(guān)，有關(guān)，IC= IB。15IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中UCE UBE,集電結(jié)正偏，集電結(jié)正偏， IBIC，UCE 0.3V稱為飽和區(qū)。稱為飽和區(qū)。16IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域

9、中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE0.3V (3) 截止區(qū)：截止區(qū)： UBE 死區(qū)電壓，死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0 18電路共基極直流電流放大系數(shù)電路共基極直流電流放大系數(shù): IC / IE IE=IC+IB= IC / IC / IB = /（1- ）= 或或 = / (1+ ) 共基極交流電流放大系數(shù)共基極交流電流放大系數(shù): iC /I 且且 19對(duì)共集電極電路對(duì)共集電極電路 有有 IE IB+ IB = (1+ ) IB故共集電極電路又稱為故共集電極電路又稱為電流放大器或電壓跟隨器。電流放大器或電壓跟隨器。20四四. .BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)1.電

10、流放大系數(shù)電流放大系數(shù) a)對(duì)共射極電路接法對(duì)共射極電路接法: IC / IBiC /iB 實(shí)際電路使用時(shí)一般采用實(shí)際電路使用時(shí)一般采用=3080的的BJT 作為放大管。作為放大管。 b)對(duì)共基極電路接法對(duì)共基極電路接法: IC / IEiC /iE 21a) C-B極反向飽和電流極反向飽和電流ICBO硅管小于鍺管，而且受溫度影響較大。硅管小于鍺管，而且受溫度影響較大。應(yīng)用時(shí)選用應(yīng)用時(shí)選用ICBO較小的較小的BJT。2.2.極間反向電流極間反向電流 b) C-E極反向飽和電流極反向飽和電流ICEOB極開(kāi)路時(shí)，極開(kāi)路時(shí)，C-E極間的穿透電流極間的穿透電流有有ICEO=(1+) ICBO223.3

11、.特征頻率特征頻率f fT T BJT BJT工作在交流狀態(tài)下，由于結(jié)電容的作用，信號(hào)頻率增大使工作在交流狀態(tài)下，由于結(jié)電容的作用，信號(hào)頻率增大使下降并下降并產(chǎn)生相移，產(chǎn)生相移，使使下降下降為為1 1時(shí)的信號(hào)頻率稱為特征頻率時(shí)的信號(hào)頻率稱為特征頻率f fT T 。應(yīng)盡量選用。應(yīng)盡量選用f fT T較高的較高的BJTBJT。234 4.極限參數(shù)極限參數(shù)a)集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICMb)集電極最大允許功耗集電極最大允許功耗PCMc)極間反向擊穿電壓極間反向擊穿電壓 UCBO:大小可從幾十至大小可從幾十至 上千伏。上千伏。 UCEO:與與ICEO相關(guān)，相關(guān)， UCEO UCBO。 U

12、EBO:大小從大小從1/1010VICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)安全工作區(qū)24五.溫度對(duì)BJT特性的影響1.溫度對(duì)溫度對(duì)ICBO的影響的影響 溫度每升高溫度每升高10時(shí)時(shí), ICBO約增加一倍。約增加一倍。2.溫度對(duì)輸入特性的影響溫度對(duì)輸入特性的影響 溫度升高，輸入特性曲溫度升高，輸入特性曲 線將左移。線將左移。2.溫度對(duì)輸出特性的影響溫度對(duì)輸出特性的影響 溫度升高將導(dǎo)致溫度升高將導(dǎo)致IC增大。增大。25六.光電三極管 利用光照強(qiáng)度利用光照強(qiáng)度來(lái)控制集電極電來(lái)控制集電極電流大小，可等效流大小，可等效為一只光電二極為一只光電二極管與一只管與一只BJT連接組成連接組成

13、，引出線為集電極和發(fā)，引出線為集電極和發(fā)射極，目前應(yīng)用較多。射極，目前應(yīng)用較多。26例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 當(dāng)當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，時(shí)，晶體管分別工作于哪個(gè)晶體管分別工作于哪個(gè)工作工作區(qū)？區(qū)？當(dāng)當(dāng)USB = -2V時(shí)：時(shí)：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEmA2612maxCSCCRUIIB=0 ， IC=0IC最大飽和電流：（忽略最大飽和電流：（忽略BJT飽和壓降）飽和壓降）Q位于截止區(qū)位于截止區(qū) 27例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 當(dāng)當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，時(shí)，

14、晶體管晶體管分別工作于哪個(gè)工作區(qū)？分別工作于哪個(gè)工作區(qū)？IC ICmax (=2mA) ， Q位于放大區(qū)位于放大區(qū)。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB =2V時(shí)：時(shí)：9mA01070702.RUUIBBESBB0.95mA9mA01050.IIBC28USB =5V時(shí)時(shí):例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 當(dāng)當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，時(shí)，晶體管晶體管分別工作于哪個(gè)工作區(qū)？分別工作于哪個(gè)工作區(qū)？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于飽和區(qū)，此時(shí)位于飽和區(qū)，此時(shí)IC 和和IB 已不是已不是 倍的關(guān)系。倍的關(guān)系。mA0

15、61070705.RUUIBBESBBcmaxBI5mA.3mA.I 0061050 mA2cmaxcII29判斷判斷BJTBJT工作狀態(tài)的一般方法工作狀態(tài)的一般方法( (以以NPNNPN管為例管為例) ) 狀狀 態(tài)態(tài) 方方 法法截止截止放大放大飽和飽和發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)反偏或零偏反偏或零偏正偏正偏正偏正偏集電極集電極反偏反偏反偏反偏正偏或零偏正偏或零偏極電壓極電壓UBEUonUBEUon(硅管硅管Uon =0.7V 鍺管鍺管Uon =0.4V)(臨界飽和壓降臨界飽和壓降UCES硅管硅管UCES =0.5V鍺管鍺管UCES=0.2V )UCEUBEUCEUBE(UCES UC 0IBS*極電流極電流

16、IC0 IB IB極電流極電流IE0(1+ )IB(1+ )IB:臨界飽和電流臨界飽和電流IBS =(VCC-UCES)/ RC30作業(yè)：作業(yè)： P676915、16、18*、1931場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，它是多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，它是多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFETJoint-Field-Effect-Transistor絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOSMetal-Oxide-Semiconductor場(chǎng)效應(yīng)管有兩種場(chǎng)效應(yīng)管有兩種:1-4 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管32N基底基底:N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體PP兩邊是兩邊

17、是P區(qū)區(qū)G(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極一、結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)1-4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管:導(dǎo)電溝道導(dǎo)電溝道drain electroden.漏極gridn.柵極sourcen.源極33NPPG(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管DGSDGS34PNNG(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管DGSDGS35二、工作原理（以二、工作原理（以P溝道為例）溝道為例）UDS=0V時(shí)時(shí)PGSDUDSUGSNNNNIDPN結(jié)反偏，結(jié)反偏，UGS越大則耗盡區(qū)越大則耗盡區(qū)越寬，導(dǎo)電溝道越窄。越寬，導(dǎo)電溝道越窄。36PGSDUDSUGSNNIDUDS

18、=0V時(shí)時(shí)NNUGS越大耗盡區(qū)越寬，溝道越越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。窄，電阻越大。但當(dāng)?shù)?dāng)UGS較小時(shí)，耗盡區(qū)寬度有限，較小時(shí)，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。存在導(dǎo)電溝道。DS間相當(dāng)于線性電間相當(dāng)于線性電阻。阻。37PGSDUDSUGSNNUDS=0時(shí)時(shí)UGS達(dá)到一定值時(shí)（夾斷電壓達(dá)到一定值時(shí)（夾斷電壓VP）,耗盡區(qū)碰到一起，耗盡區(qū)碰到一起，DS間被間被夾斷，夾斷，這時(shí)，即使這時(shí)，即使UDS 0V，漏漏極電流極電流ID=0A。ID夾斷電壓Pinch off voltage 38PGSDUDSUGSUGS0、UGDVP時(shí)耗盡區(qū)的形狀時(shí)耗盡區(qū)的形狀NN越靠近漏端，越靠近漏端，PN結(jié)反壓越

19、結(jié)反壓越大大ID39PGSDUDSUGSUGSVp且且UDS較大時(shí)較大時(shí)UGDVP時(shí)耗盡區(qū)的形狀時(shí)耗盡區(qū)的形狀NN溝道中仍是電阻特性，但溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。是是非線性電阻。ID40GSDUDSUGSUGSVp UGD=VP時(shí)時(shí)NN漏端的溝道被夾斷，稱為預(yù)夾斷。漏端的溝道被夾斷，稱為預(yù)夾斷。UDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。增大則被夾斷區(qū)向下延伸。ID41GSDUDSUGSUGS0時(shí)時(shí)UGS足夠大時(shí)（足夠大時(shí)（UGSVT）感應(yīng)出足夠多電子，這感應(yīng)出足夠多電子，這里出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主里出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主的的N型導(dǎo)電溝道。型導(dǎo)電溝道。感應(yīng)出電子感應(yīng)出電子VT稱為閾值電壓稱為閾值電壓53UGS較小時(shí)，導(dǎo)電溝道相較小時(shí)，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將當(dāng)于電阻將D-S連接起來(lái)，連接起來(lái)，UGS越大此電阻越小。越大此電阻越小。PNNGSDUDSUGS54PNNGSDUDS