雙極型晶體管mos管簡(jiǎn)介

1、1,§1.3 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(hào)：BJT。根據(jù)功率的不同具有不同的外形結(jié)構(gòu)。,2,,一. 基本結(jié)構(gòu),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NPN型和PNP型兩種,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)。,3,制成晶體管的材料可以為Si或Ge。,4,基區(qū)：較薄，摻雜濃

2、度低,集電區(qū)：面積較大,發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高,5,BJT是非線性元件，其工作特性與其工作模式有關(guān)：,當(dāng)EB結(jié)和CB結(jié)均加正偏時(shí),BJT處于飽和模式;當(dāng)EB結(jié)加零偏或反偏、CB結(jié)加反偏時(shí),BJT處于截止模式。,當(dāng)EB結(jié)加正偏, CB結(jié)加反偏時(shí),BJT處于放大模式;,BJT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。,6,二. 電流放大原理,以NPN型BJT為例討論，其結(jié)論同樣適用于PNP型BJT

3、，不同的是外加電壓與前者相反。輸入回路輸出回路共射極放大電路,工作的基本條件：EB結(jié)正偏；CB結(jié)反偏。VCC>VBB >VEE,7,BJT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^小的電壓按比例放大為較大的電壓。,a)．EB結(jié)加正偏,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成IE。 b)．?dāng)U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,漂移運(yùn)動(dòng)形成IC。,1．BJT內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng),8,,,,EB,R

4、B,EC,進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE ，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。,發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。,RC,9,,,,EB,RB,EC,集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。,從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE。,ICBO：發(fā)射極開路時(shí)集電結(jié)反向飽和電流 ICEO ：基極開路時(shí)集電極與發(fā)射極在VCC 反偏作用下的電流 ，稱為穿透電流。分析時(shí)可忽略，但

5、可反映BJT的質(zhì)量。,10,IB=IBE -ICBO?IBE,11,2.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運(yùn)動(dòng)形成的電流，BJT中電流關(guān)系為： IE=IC+IB,3.BJT電流放大系數(shù),12,三. 特性曲線,實(shí)驗(yàn)線路,13,1.輸入特性,,工作壓降： 硅管UBE?0.6~0.7V,鍺管UBE?0.2~0.4V。,死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。,14,

6、2.輸出特性,IC(mA ),,,,,,,,此區(qū)域滿足IC=?IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。,當(dāng)UCE大于一定的數(shù)值時(shí)，IC只與IB有關(guān)，IC=?IB。,15,,此區(qū)域中UCE?UBE,集電結(jié)正偏，?IB>IC，UCE≤ 0.3V稱為飽和區(qū)。,16,,此區(qū)域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE< 死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。,17,輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn):,放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

7、 即： IC=?IB , 且 ?IC = ? ? IB,(2) 飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。 即：UCE?UBE ， ?IB>IC，UCE≤0.3V,(3) 截止區(qū)： UBE< 死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO ?0,18,19,對(duì)共集電極電路 有 IE ≈ β IB+ IB = (1+ β ) IB故共集電極電路又稱

8、為電流放大器或電壓跟隨器。,20,四.BJT的主要參數(shù),1.電流放大系數(shù),21,a) C-B極反向飽和電流ICBO硅管小于鍺管，而且受溫度影響較大。應(yīng)用時(shí)選用ICBO較小的BJT。,2.極間反向電流,22,3.特征頻率fT,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β下降并產(chǎn)生相移，使β下降為1時(shí)的信號(hào)頻率稱為特征頻率fT 。應(yīng)盡量選用fT較高的BJT。,23,4.極限參數(shù)a)集電極最大允許電流ICMb)集電

9、極最大允許功耗PCMc)極間反向擊穿電壓 UCBO:大小可從幾十至 上千伏。 UCEO:與ICEO相關(guān)， UCEO << UCBO。 UEBO:大小從1/10~10V,,ICUCE=PCM,,安全工作區(qū),24,五.溫度對(duì)BJT特性的影響,1.溫度對(duì)ICBO的影響 溫度每升高10℃時(shí), ICBO約增加一倍。2.溫度對(duì)輸入特性的影響 溫度

10、升高，輸入特性曲 線將左移。2.溫度對(duì)輸出特性的影響 溫度升高將導(dǎo)致IC增大。,25,六.光電三極管,利用光照強(qiáng)度來(lái)控制集電極電流大小，可等效為一只光電二極管與一只BJT連接組成，引出線為集電極和發(fā)射極，目前應(yīng)用較多。,26,例： ?=50， USC =12V， RB =70k?， RC =6k? 當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，晶體管分別工作于哪個(gè)工作區(qū)？,當(dāng)USB = -2V時(shí)：,IB=0 ， I

11、C=0,IC最大飽和電流：（忽略BJT飽和壓降）,Q位于截止區(qū),27,例： ?=50， USC =12V， RB =70k?， RC =6k? 當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，晶體管分別工作于哪個(gè)工作區(qū)？,IC< ICmax (=2mA) ， Q位于放大區(qū)。,USB =2V時(shí)：,28,USB =5V時(shí):,例： ?=50， USC =12V， RB =70k?， RC =6k? 當(dāng)USB = -2V，2V，5V時(shí)，晶

12、體管分別工作于哪個(gè)工作區(qū)？,Q 位于飽和區(qū)，此時(shí)IC 和IB 已不是 ? 倍的關(guān)系。,29,判斷BJT工作狀態(tài)的一般方法(以NPN管為例),＊:臨界飽和電流IBS =(VCC-UCES)/ βRC,30,作業(yè)： P67~69,15、16、18*、19,31,,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JFETJoint-Field-Effect-Transistor,絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOSMe

13、tal-Oxide-Semiconductor,場(chǎng)效應(yīng)管有兩種:,§1-4 場(chǎng)效應(yīng)管,32,N,基底:N型半導(dǎo)體,兩邊是P區(qū),G(柵極),S源極,D漏極,一、結(jié)構(gòu),1-4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管:,導(dǎo)電溝道,drain electroden.漏極gridn.柵極sourcen.源極,33,N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,,34,,P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,35,二、工作原理（以P溝道為例）,UDS=0V時(shí),PN結(jié)反偏，UGS越大則耗盡區(qū)

14、越寬，導(dǎo)電溝道越窄。,36,,ID,UDS=0V時(shí),UGS越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。,但當(dāng)UGS較小時(shí)，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。DS間相當(dāng)于線性電阻。,37,,,,,,,,,P,G,S,D,,,,,,,,,UDS,UGS,UDS=0時(shí),UGS達(dá)到一定值時(shí)（夾斷電壓VP）,耗盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，這時(shí)，即使UDS ? 0V，漏極電流ID=0A。,,ID,夾斷電壓Pinch off voltage,38,UGS0、U

15、GD<VP時(shí)耗盡區(qū)的形狀,越靠近漏端，PN結(jié)反壓越大,,ID,39,UGS<Vp且UDS較大時(shí)UGD<VP時(shí)耗盡區(qū)的形狀,溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。,,ID,40,UGS<Vp UGD=VP時(shí),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。,,ID,41,UGS<Vp UGD=VP時(shí),此時(shí)，電流ID由未被夾斷區(qū)域中的載流子形成，基本不隨UDS的增加而增加，呈恒流特性。,,,ID

16、,42,三、特性曲線,飽和漏極電流,夾斷電壓,轉(zhuǎn)移特性曲線一定UDS下的ID-UGS曲線,43,ID,,U DS,,,恒流區(qū),輸出特性曲線,0,44,N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線,轉(zhuǎn)移特性曲線,45,輸出特性曲線,N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線,46,結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的缺點(diǎn)：,1. 柵源極間的電阻雖然可達(dá)107Ω以上，但在某些場(chǎng)合仍嫌不夠高。,3. 柵源極間的PN結(jié)加正向電壓時(shí)，將出現(xiàn)較大的柵極電流。,絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管可以很好地解決這些問題。

17、,2. 在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會(huì)顯著下降。,47,1-4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管:,一、結(jié)構(gòu)和電路符號(hào),P型基底,兩個(gè)N區(qū),SiO2絕緣層,導(dǎo)電溝道,金屬鋁,N溝道增強(qiáng)型,48,N 溝道耗盡型,預(yù)埋了導(dǎo)電溝道,,49,P 溝道增強(qiáng)型,50,P 溝道耗盡型,予埋了導(dǎo)電溝道,51,二、MOS管的工作原理,以N 溝道增強(qiáng)型為例,UGS=0時(shí),對(duì)應(yīng)截止區(qū),52,UGS>0時(shí),感應(yīng)出電子,VT稱為閾值電壓,53,,UG

18、S較小時(shí)，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來(lái)，UGS越大此電阻越小。,54,,當(dāng)UDS不太大時(shí)，導(dǎo)電溝道在兩個(gè)N區(qū)間是均勻的。,當(dāng)UDS較大時(shí)，靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄。,55,,,UDS增加，UGD=VT 時(shí)，靠近D端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。,56,三、增強(qiáng)型N溝道MOS管的特性曲線,轉(zhuǎn)移特性曲線,57,輸出特性曲線,UGS>0,58,四、耗盡型N溝道MOS管的特性曲線,耗盡型的MOS管UGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾

19、斷。,轉(zhuǎn)移特性曲線,59,輸出特性曲線,UGS=0,UGS<0,UGS>0,60,單結(jié)晶體管和可控硅,單結(jié)晶體管──由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的負(fù)阻器件可控硅──又稱晶閘管, 由三個(gè)PN結(jié)構(gòu)成的大功率可控整流器件,,請(qǐng)自學(xué),61,集成電路簡(jiǎn)介,集成電路是采用一定的制造工藝,將晶體管,場(chǎng)效應(yīng)管, 電阻,電容等許多元件組成的具有完整功能的電路制作在同一塊硅片上,并加以封裝所構(gòu)成的半導(dǎo)體器件.集成電路的制造工藝有: 氧化,光刻,掩模,擴(kuò)