雙極型晶體管MOS管簡介ppt課件

1、1.3 雙極型晶體管雙極型晶體管雙極型晶體管的幾種常見外形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：BJT。根據(jù)功率的不同具有不同的外形構(gòu)造。一一. 根本構(gòu)造根本構(gòu)造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 由兩個摻雜濃度不同且背靠背陳列的由兩個摻雜濃度不同且背靠背陳列的PN結(jié)組成，結(jié)組成，根據(jù)陳列方式的不同可分為根據(jù)陳列方式的不同可分為NPN型和型和PNP型兩種型兩種,每個每個PN結(jié)所對應(yīng)區(qū)域分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。結(jié)所對應(yīng)區(qū)域分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。BECIBIEIC

2、NPN型三極管型三極管BECIBIEICPNP型三極管型三極管制成晶體管的資料可以為制成晶體管的資料可以為Si或或Ge。BECNNP基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極基區(qū)：較薄，基區(qū)：較薄，摻雜濃度低摻雜濃度低集電區(qū)：集電區(qū)：面積較大面積較大發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高雜濃度較高BECNNP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是非線性元是非線性元件，其任務(wù)特性與其件，其任務(wù)特性與其任務(wù)方式有關(guān)：任務(wù)方式有關(guān)：當當EBEB結(jié)和結(jié)和CBCB結(jié)均加正偏時結(jié)均加正偏時,BJT,BJT處于飽和方式處于飽和方式; ;當當EBEB結(jié)加零偏或反偏、結(jié)加零偏或反偏、CBCB結(jié)

3、加反偏時結(jié)加反偏時,BJT,BJT處于截止處于截止方式。方式。當當EBEB結(jié)加正偏結(jié)加正偏, CB, CB結(jié)結(jié)加反偏時加反偏時,BJT,BJT處于放處于放大方式大方式; ;BJTBJT主要用途是對變化的電流、電壓信號進展放主要用途是對變化的電流、電壓信號進展放大，飽和方式和截止方式主要用于數(shù)字電路中。大，飽和方式和截止方式主要用于數(shù)字電路中。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電路共射極放大電路任務(wù)的根本條件：

4、任務(wù)的根本條件：EB結(jié)正偏；結(jié)正偏；CB結(jié)反偏。結(jié)反偏。VCCVBB VEEBJT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,分散運動構(gòu)成分散運動構(gòu)成IE。 b)分散到基區(qū)的自在電子與空穴復(fù)分散到基區(qū)的自在電子與空穴復(fù)合構(gòu)成合構(gòu)成IB。c)CB結(jié)加反偏結(jié)加反偏,漂移運動構(gòu)成漂移運動構(gòu)成IC。1 1BJTBJT內(nèi)部載流子運動內(nèi)部載流子運動BECNNPEBRBECIE基區(qū)空基區(qū)空穴向發(fā)穴向發(fā)射區(qū)的射區(qū)的分散可分散可忽略。忽略。

5、IBE進入進入P區(qū)的電子少區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，構(gòu)成電流復(fù)合，構(gòu)成電流IBE ，多數(shù)分散到，多數(shù)分散到集電結(jié)。集電結(jié)。發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)正偏，正偏，發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)電子不電子不斷向基斷向基區(qū)分散，區(qū)分散，構(gòu)成發(fā)構(gòu)成發(fā)射極電射極電流流IE。RCBECNNPEBRBECIE集電結(jié)反偏，有集電結(jié)反偏，有少子構(gòu)成的反向少子構(gòu)成的反向電流電流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBOICEIBEICE從基區(qū)分從基區(qū)分散來的電散來的電子作為集子作為集電結(jié)的少電結(jié)的少子，漂移子，漂移進入集電進入集電結(jié)而被搜結(jié)而被搜集，構(gòu)成集，構(gòu)成ICE。ICBO：發(fā)射極開路時集電結(jié)反向飽和電流：發(fā)射極開路時集

6、電結(jié)反向飽和電流 ICEO ：基極開路時集電極與發(fā)射極在：基極開路時集電極與發(fā)射極在VCC 反偏作用反偏作用下的電流下的電流 ，稱為穿透電流。分析時可忽略，但可反映，稱為穿透電流。分析時可忽略，但可反映BJT的質(zhì)量。的質(zhì)量。IB=IBE -ICBOIBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE2.2.電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系忽略對極間電流影響較小的電子和空穴忽略對極間電流影響較小的電子和空穴運動構(gòu)成的電流，運動構(gòu)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)共射極直流電流放大系數(shù)共射極直流電流放大系數(shù):

7、 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制造時資料摻雜濃度決議。制造時資料摻雜濃度決議。三三. 特性曲線特性曲線 實驗線路實驗線路ICmA AVVUCEUBERBIBECEB輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路RC1.輸入特性輸入特性任務(wù)壓降：任務(wù)壓降： 硅管硅管UBE0.60.7V,鍺鍺管管UBE0.20.4V。UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE=0VUCE =0.5V 死區(qū)電死區(qū)電壓，硅管壓，硅管0.5V，鍺，鍺管管0.2V。2.輸出特性輸出特性IC(mA )1234UCE(V)369

8、12IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域此區(qū)域滿足滿足IC=IB稱為線稱為線性區(qū)性區(qū)放大放大區(qū)。區(qū)。當當UCE大于大于一定的數(shù)值一定的數(shù)值時，時，IC只與只與IB有關(guān)，有關(guān)，IC=IB。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中此區(qū)域中UCEUBE,集電集電結(jié)正偏，結(jié)正偏，IBIC，UCE 0.3V稱為飽稱為飽和區(qū)。和區(qū)。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中此區(qū)域中 : 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，

9、IB=0 ， IC=ICEO 0 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 對共集電極電路對共集電極電路 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。四四.BJT.BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) a)對共射極電路接法對共射極電路接法: IC / IBiC /iB 實踐電路運用時普通采用實踐電路運用時普

10、通采用=3080的的BJT 作為放大管。作為放大管。 b)對共基極電路接法對共基極電路接法: IC / IEiC /iE a) 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。運用時選用運用時選用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極開路時，極開路時，C-E極間的穿透電流極間的穿透電流有有ICEO=(1+) ICBO3.3.特征頻率特征頻率fTfT BJT BJT任務(wù)在交流形狀下，由于結(jié)電任務(wù)在交流形狀下，由于結(jié)電容的作用，信號頻率增大使容的作用，信號頻率增

11、大使下降并下降并產(chǎn)生相移，使產(chǎn)生相移，使下降為下降為1 1時的信號頻率時的信號頻率稱為特征頻率稱為特征頻率fT fT 。應(yīng)盡量選用。應(yīng)盡量選用fTfT較高較高的的BJTBJT。4.4.極限參數(shù)極限參數(shù)a)a)集電極最大允許集電極最大允許電流電流ICMICMb)b)集電極最大允許集電極最大允許功耗功耗PCMPCMc)c)極間反向擊穿電極間反向擊穿電壓壓 UCBO:UCBO:大小可從大小可從幾十至幾十至 上千上千伏。伏。 UCEO:UCEO:與與ICEOICEO相相關(guān)，關(guān)， UCEO UCBOUCEO UCBO。 UEBO:UEBO:大小從大小從1/1010V1/1010VICUCEICUCE=P

12、CMICMU(BR)CEO平安任務(wù)區(qū)平安任務(wù)區(qū)五.溫度對BJT特性的影響1.溫度對溫度對ICBO的影響的影響 溫度每升高溫度每升高10時時, ICBO約添加一倍。約添加一倍。2.溫度對輸入特性的影響溫度對輸入特性的影響 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.溫度對輸出特性的影響溫度對輸出特性的影響 溫度升高將導(dǎo)致溫度升高將導(dǎo)致IC增大。增大。六.光電三極管 利用光照強度利用光照強度來控制集電極電來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銜接組成銜接組成，引出線為集電極和發(fā)，引出線為集電極和發(fā)射極，目前運用較多。射極，

13、目前運用較多。例：例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當當USB = -2V，2V，5V時，時，晶體管分別任務(wù)于哪個任晶體管分別任務(wù)于哪個任務(wù)區(qū)？務(wù)區(qū)？當當USB = -2V時：時：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEmA2612maxCSCCRUIIB=0 ， IC=0IC最大飽和電流：最大飽和電流：忽略忽略BJT飽和壓飽和壓降降Q位于截止區(qū)位于截止區(qū) 例：例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當當USB = -2V，2V，5V時，時，晶體管分別任務(wù)于哪個任晶體管分別任務(wù)于哪個任務(wù)區(qū)？務(wù)區(qū)？IC ICmax (=2mA)

14、 ， Q位于放大區(qū)。位于放大區(qū)。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB =2V時：時：9mA01070702.RUUIBBESBB0.95mA9mA01050.IIBCUSB =5V時時:例：例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 當當USB = -2V，2V，5V時，時，晶體管分別任務(wù)于哪個任晶體管分別任務(wù)于哪個任務(wù)區(qū)？務(wù)區(qū)？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于飽和區(qū)，此時位于飽和區(qū)，此時IC 和和IB 已不是已不是 倍的關(guān)系。倍的關(guān)系。mA061070705.RUUIBBESBBcmaxBI5mA.3mA.I 0061050 mA

15、2cmaxcII判別判別BJTBJT任務(wù)形狀的普通方法任務(wù)形狀的普通方法( (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IB

16、S =(VCC-UCES)/ RC作業(yè)：作業(yè)： P676915、16、18*、19場效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，它是多子場效應(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。導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管JFETJoint-Field-Effect-Transistor絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管MOSMetal-Oxide-Semiconductor場效應(yīng)管有兩種場效應(yīng)管有兩種:1-4 場效應(yīng)管場效應(yīng)管N基底基底:N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體PP兩邊是兩邊是P區(qū)區(qū)G(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極一、構(gòu)造一、構(gòu)造1-4.1 結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管:導(dǎo)電溝道導(dǎo)

17、電溝道drain electroden.漏極漏極gridn.柵極柵極sourcen.源極源極NPPG(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極N溝道結(jié)型場效應(yīng)管溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGSPNNG(柵極柵極)S源極源極D漏極漏極P溝道結(jié)型場效應(yīng)管溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGS二、任務(wù)原理以二、任務(wù)原理以P溝道為例溝道為例UDS=0V時時PGSDUDSUGSNNNNIDPN結(jié)反偏，結(jié)反偏，UGS越越大那么耗盡區(qū)越寬，大那么耗盡區(qū)越寬，導(dǎo)電溝道越窄。導(dǎo)電溝道越窄。PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V時時NNUGS越大耗盡區(qū)越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，越寬，溝道越窄，電阻越大。電阻越大。但當?shù)擴GS較小時，

18、耗較小時，耗盡區(qū)寬度有限，存在盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。導(dǎo)電溝道。DS間相當間相當于線性電阻。于線性電阻。PGSDUDSUGSNNUDS=0時時UGS到達一定值時到達一定值時夾斷電壓夾斷電壓VP,耗耗盡區(qū)碰到一同，盡區(qū)碰到一同，DS間被夾斷，這時，即間被夾斷，這時，即使使UDS 0V，漏極，漏極電流電流ID=0A。ID夾斷電壓Pinch off voltage PGSDUDSUGSUGS0、UGDVP時耗盡區(qū)的外形時耗盡區(qū)的外形NN越接近漏端，越接近漏端，PN結(jié)反壓越大結(jié)反壓越大IDPGSDUDSUGSUGSVp且且UDS較大時較大時UGDVP時耗盡區(qū)的外形時耗盡區(qū)的外形NN溝道中仍是電阻溝

19、道中仍是電阻特性，但是是非特性，但是是非線性電阻。線性電阻。IDGSDUDSUGSUGSVp UGD=VP時時NN漏端的溝道被夾斷，漏端的溝道被夾斷，稱為預(yù)夾斷。稱為預(yù)夾斷。UDS增大那么被夾增大那么被夾斷區(qū)向下延伸。斷區(qū)向下延伸。IDGSDUDSUGSUGS0時時UGS足夠大時足夠大時UGSVT感感應(yīng)出足夠多電子，應(yīng)出足夠多電子，這里出現(xiàn)以電子這里出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主的導(dǎo)電為主的N型型導(dǎo)電溝道。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UGS較小時，導(dǎo)較小時，導(dǎo)電溝道相當于電電溝道相當于電阻將阻將D-S銜接起銜接起來，來，UGS越大此越大此電阻越小。電阻越小。PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDS