三极管及MOS管的讲解.

請按一下鼠標，編輯標題文的格式。,請按鼠標，編輯大綱文字格式。,第二個大綱級,第三個大綱級,第四個大綱級,第五個大綱級,第六個大綱級,第七個大綱級,第八個大綱級,第九個大綱級,*,請按一下鼠標，編輯標題文的格式。,*,双极性晶体三极管,场效应半导体三极管场效应管FET,第3章、三極管及MOS管的講解,3.1 双极性晶体三极管,3.3.1 晶体管的构造,晶体管的构造示意图如图02.01所示。它有两种类型：NPN型和PNP型。,中间局部称为基区，相连电极称为基极，用B或b表示Base；一侧称为放射区，相连电极称为放射极，用E或e表示Emitter；另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示Collector。E-B间的PN结称为放射结，C-B间的PN结称为集电结。,双极型三极管的符号在图的下方给出，放射极的箭头代表放射极电流的实际方向。从外表上看两个N区(或两个P区)是对称的，实际上放射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米。,1、晶体管中载流子的移动,双极型半导体三极管在工作时肯定要加上适当的直流偏置电压。假设在放大工作状态：放射结加正向电压，集电结加反向电压。现以 NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系，见图02.02。,图02.02 双极型三极管的电流传输关系,1放射区向基区放射电子,放射结加正偏时，从放射区将有大量的电子向基区集中，形成的电流为IEN。与PN结中的状况一样。从基区向放射区也有空穴的集中运动，但其数量小，形成的电流为IEP。这是由于放射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。IEIENIEPIEN。,2电子在基区的集中和复合状况,进入基区的电子将向集电结方向集中。在集中过程中，有局部电子与基区的多子空穴复合而消逝，被复合的电子形成的电流是IBN,3集电极收集电子,进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的时机较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快就运动到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流ICN。,结论：IENICNIBN 且有IEN IBN ，ICNIBN,2、晶体管电路中的电流方式,(1)三种组态,双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必定有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见图02.03。,共放射极接法，放射极作为公共电极；,共集电极接法，集电极作为公共电极；,共基极接法，基极作为公共电极。,1)共射接法中的电流传输方程式,通过转变IB可掌握IC的变化。,IC IE (ICIB)IC IB,1 IC IB,IC IB IB,掌握系数传输系数 ICIB,称为直流共射集-基电流比或直流电流放大倍数。,3.3.2 共射接法晶体管的特性曲线,共放射极接法的供电电路和电压-电流关系如图02.04所示,。,图02.04 共放射极接法的电压-电流关系,1、输入特性曲线,输入特性曲线IBfUBE,简洁地看，输入特性曲线类似于放射结的伏安特性曲线，现争论IB和UBE之间的函数关系。由于有集电结电压的影响，它与一个单独的PN结的伏安特性曲线不同。为了排解UCE的影响，在争论输入特性曲线时，应使UCE常数。,共放射极接法的输入特性曲线见图02.05。其中UCE0V的那一条相当于放射结的正向特性曲线。当UCE 1V时，UCB=UCEUBE0，集电结已进入反偏状态，开头收集电子，使基区复合削减，IC/IB增大，,特性曲线将向右略微移动一些,。但UCE再增加时，曲线右移,很不明显。由于UCE1V时，,集电结已把绝大多数电子收集过去,，收集电子数量的比例不再明显增大。,工程实践上，,就用UCE1V的输入特性曲线代替UCE 1V以后的输入特性曲线。,图02.05 共放射极接法输入特性曲线,2、输出特性曲线,输出特性曲线 ICfUCE,共放射极接法的输出特性曲线如图02.06所示，它是以IB为参变量的一族特性曲线。输出特性曲线可以分为三个区域。现以其中任何一条加以说明，当UCE=0 V时，因集电极无收集作用，IC=0。当UCE微微增大时，放射结虽处于正向电压之下，但集电结反偏电压UCB=UCEUBE很小，收集电子的力量很弱，IC主要由UCE打算，此区域称为饱和区。当UCE增加到使集电结反偏电压较大时，运动到集电结的电子根本上都可以被集电区收集，此后UCE再增加，电流也没有明显的增加，特性曲线进入与UCE轴根本平行的区域(这与输入特性曲线随UCE增大而右移的缘由是全都的)，此区域称为放大区。,图02.06 共放射极接法输出特性曲线,1截止区IC接近零的区域，相当IB=0的曲线的下方。此时，放射结反偏，集电结反偏。,2放大区IC平行于UCE轴的区域，曲线根本平行等距。此时，放射结正偏，集电结反偏。,实际上，大约在UCE1V和IB0的区域是输出特性曲线族上的放大区。此区为放大电路中晶体管应处的工作区域。,在放大区中，依据每条曲线对应的IB和IC值，就可估算 ICIB；另外，依据两条曲线所对应的变化值IB和IC，可以估算出晶体管的另一重要参数，即沟通共射集-基电流比或沟通电流放大倍数，表示为 ICIB,当管子工作频率较低时，在数值上 ，如此例,ICIB20.0450,ICIB4-250,所以在工程实践中将两者混用。,3饱和区IC受UCE显著掌握的区域，该区域内UCE的数值较小，一般UCE0.7 V(硅管)。此时放射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。,在饱和区内，晶体管集电极和放射极之间的电压叫饱和电压降，用UCES表示。其数值对小功率晶体管约为0.20.3V，而对大功率晶体管常可达1V以上。,放大区与饱和区的分界限集电结零偏UCE=UBE时对应曲线。,3.3.5 晶体管的类型、型号及选用原则,1、类型与型号,国家标准对半导体器件型号的命名方法及符号规定见教材表1-1所示。,命名举例如下：,3 D G 110 B 用字母表示同一型号中的不同规格,用数字表示同种器件型号的序号,用字母表示器件的种类,用字母表示材料,三极管,其次位：A表示锗PNP管、B表示锗NPN管、C表示硅PNP管、D表示硅NPN管,第三位：X表示低频小功率管、D表示低频大功率管、G表示高频小功率管、A表示高频小功率管、K表示开关管。,2、选用原则,1在同一型号的管子中，应选反向电流小的，这样的管子温度稳定性能较好。值不宜选得过高，否则管子性能不稳定。,2假设要求管子的反向电流小，工作温度高，则应选硅管；而当要求导通电压较低时，则应选锗管。,3假设要求工作频率高，必需选用高频管或超高频管；假设用于开关电路，则应选用开关管。,4必需使管子工作在安全区：留意PCM、ICM、U(BR)CEO值,场效应半导体三极管场效应FET,半导体三极管有两大类型，一是双极型半导体三极管,二是场效应半导体三极管,双极型半导体三极管是由两种载流子故称双极件参与导电的半导体器件，它由两个PN结组合而成，是一种CCCS器件。,场效应型半导体三极管仅由一种载流子故又称单极件参与导电，是一种VCCS器件。,场效应管从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。从场效应管的构造来划分，它有结型场效应管JFET(Junction type Field Effect Transister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET(Insulated Gate Field Effect Transister)之分。IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET Metal Oxide Semicon-ductor FET。,场效应管的具体分类,：,结型场效应管JFET,绝缘栅型场效应管IGFET,3.3.3 结型场效应管,1、结型场效应管的构造,N沟道结型场效应管的构造如图02.19所示，它是在N型半导体硅片的两侧各制造一个PN结，形成两个PN结夹着一个N型沟道的构造。两个P区即为栅极G，N型硅的一端是漏极D，另一端是源极S。图形符号中，箭头方向是指PN结的正偏方向。,同理,可构成,P,沟道结型场效应管,如图,02.20,所示。图形符号中，箭头方向是指,P,N,结的正偏方向。,图02.19 N沟道结型场效应管的构造,图02.20 P沟道结型场效应管的构造,结型场效应管的工作原理,1栅源电压对沟道的掌握作用,2漏源电压对沟道的掌握作用,3.3.4 绝缘栅场效应管,结型场效应管的直流输入电阻栅源间的电阻是反偏PN结的电阻，由于存在饱和反向电流，故输入电阻不行能到达很高，一般只能到达107以上。要求更高，则需承受绝缘栅场效应管。,MOS管分耗尽型和增加型两大类，而每一类中又有N沟道和P沟道之分。,耗尽型是指在UGS=0时，管内已建立沟道，加上漏源电压UDS，便会产生漏极电流ID。以后，加上适当极性的UGS，ID渐渐减小耗尽。,增加型是指在UGS=0时，管内无沟道，加上漏源电压UDS，不会产生漏极电流ID。只有当UGS具有肯定极性且到达肯定数值之后，管子内才会产生导电沟道增加。,2、N沟道耗尽型MOS管,N沟道耗尽型MOSFET的构造和符号如图02.17(a)所示，它是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子。所以当UGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。于是，只要有漏源电压，就有漏极电流存在。当UGS0时，沟道变厚，使ID进一步增加。UGS0时，随着UGS的减小，沟道变窄，漏极电流渐渐减小，直至ID=0。对应ID=0的UGS称为夹断电压，用符号UGS(off)表示。N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线如图02.17(b)所示。在耗尽型MOS管的图形符号中没有虚线，这表示在没有加UGS时就已经有了导电沟道。,(a)构造示意图 (b)转移特性曲线,图02.17 N沟道耗尽型MOSFET的构造和转移特性曲线,、P沟道耗尽型MOSFET,P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全一样，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这犹如双极型三极管有NPN型和PNP型一样。,伏安特性曲线,场效应三极管的特性曲线类型比较多，依据导电沟道的不同以及是增加型还是耗尽型可有四种转移特性曲线和输出特性曲线，其电压和电流方向也有所不同。有关曲线绘于图02.18之中。,耗尽型,结型,N,型沟道,耗尽型,结型,P,型沟道,增强型,绝缘栅,P,型沟道,耗尽型,绝缘栅,P,型沟道,增强型,绝缘栅,N,型沟道,耗尽型,绝缘栅,N,型沟道,输出特性,转移特性,符号,工作方式,结构种类,适宜大规模和超大规模集成,不易大规模集成,集成工艺,易受静电影响,不受静电影响,静电影响,较小，并有零温度系数点,受温度影响较大,温度特性,较小,较大,噪声,电压控制电流源,VCCS,（,g,m,）,电流控制电流源,CCCS,（）,控制,几兆欧姆以上,几十到几千欧姆,输入电阻,电压输入,电流输入,输入量,多子漂移,多子扩散、少子漂移,载流子,D,、,S,一般可倒置使用,C,、,E,一般不可倒置使用,对称性,结型耗尽型,绝缘栅增强型,绝缘栅耗尽型,NPN,型,PNP,型,结构,场效应管,双极性晶体管,3.4.4 场效应管和双极性晶体管的比较,