雙極型晶體管mos管簡介

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：BJT。根據功率的不同具有不同的外形結構。,2,,一. 基本結構,由兩個摻雜濃度不同且背靠背排列的PN結組成，根據排列方式的不同可分為NPN型和PNP型兩種,每個PN結所對應區(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：,當EB結和CB結均加正偏時,BJT處于飽和模式;當EB結加零偏或反偏、CB結加反偏時,BJT處于截止模式。,當EB結加正偏, CB結加反偏時,BJT處于放大模式;,BJT主要用途是對變化的電流、電壓信號進行放大，飽和模式和截止模式主要用于數字電路中。,6,二. 電流放大原理,以NPN型BJT為例討論，其結論同樣適用于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結正偏；CB結反偏。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，或將較小的電壓按比例放大為較大的電壓。,a)．EB結加正偏,擴散運動形成IE。 b)．擴散到基區(qū)的自由電子與空穴復合形成IB。c)．CB結加反偏,漂移運動形成IC。,1．BJT內部載流子運動,8,,,,EB,R

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

5、可反映BJT的質量。,10,IB=IBE -ICBO?IBE,11,2.電流分配關系,忽略對極間電流影響較小的電子和空穴運動形成的電流，BJT中電流關系為： IE=IC+IB,3.BJT電流放大系數,12,三. 特性曲線,實驗線路,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UCE大于一定的數值時，IC只與IB有關，IC=?IB。,15,,此區(qū)域中UCE?UBE,集電結正偏，?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,輸出特性三個區(qū)域的特點:,放大區(qū)：發(fā)射結正偏，集電結反偏。

7、 即： IC=?IB , 且 ?IC = ? ? IB,(2) 飽和區(qū)：發(fā)射結正偏，集電結正偏。 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,1.電流放大系數,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。應用時選用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，由于結電容的作用，信號頻率增大使β下降并產生相移，使β下降為1時的信號頻率稱為特征頻率fT 。應盡量選用fT較高的BJT。,23,4.極限參數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， UCEO << UCBO。 UEBO:大小從1/10~10V,,ICUCE=PCM,,安全工作區(qū),24,五.溫度對BJT特性的影響,1.溫度對ICBO的影響 溫度每升高10℃時, ICBO約增加一倍。2.溫度對輸入特性的影響 溫度

10、升高，輸入特性曲 線將左移。2.溫度對輸出特性的影響 溫度升高將導致IC增大。,25,六.光電三極管,利用光照強度來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，目前應用較多。,26,例： ?=50， USC =12V， RB =70k?， RC =6k? 當USB = -2V，2V，5V時，晶體管分別工作于哪個工作區(qū)？,當USB = -2V時：,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USB = -2V，2V，5V時，晶體管分別工作于哪個工作區(qū)？,IC< ICmax (=2mA) ， Q位于放大區(qū)。,USB =2V時：,28,USB =5V時:,例： ?=50， USC =12V， RB =70k?， RC =6k? 當USB = -2V，2V，5V時，晶

12、體管分別工作于哪個工作區(qū)？,Q 位于飽和區(qū)，此時IC 和IB 已不是 ? 倍的關系。,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,,場效應管與雙極型晶體管不同，它是多子導電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。,結型場效應管JFETJoint-Field-Effect-Transistor,絕緣柵型場效應管MOSMe

13、tal-Oxide-Semiconductor,場效應管有兩種:,§1-4 場效應管,32,N,基底:N型半導體,兩邊是P區(qū),G(柵極),S源極,D漏極,一、結構,1-4.1 結型場效應管:,導電溝道,drain electroden.漏極gridn.柵極sourcen.源極,33,N溝道結型場效應管,,34,,P溝道結型場效應管,35,二、工作原理（以P溝道為例）,UDS=0V時,PN結反偏，UGS越大則耗盡區(qū)

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

15、GD<VP時耗盡區(qū)的形狀,越靠近漏端，PN結反壓越大,,ID,39,UGS<Vp且UDS較大時UGD<VP時耗盡區(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,漏端的溝道被夾斷，稱為預夾斷。,UDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。,,ID,41,UGS<Vp UGD=VP時,此時，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溝道結型場效應管的特性曲線,轉移特性曲線,45,輸出特性曲線,N溝道結型場效應管的特性曲線,46,結型場效應管的缺點：,1. 柵源極間的電阻雖然可達107Ω以上，但在某些場合仍嫌不夠高。,3. 柵源極間的PN結加正向電壓時，將出現(xiàn)較大的柵極電流。,絕緣柵場效應管可以很好地解決這些問題。

17、,2. 在高溫下，PN結的反向電流增大，柵源極間的電阻會顯著下降。,47,1-4.2 絕緣柵場效應管:,一、結構和電路符號,P型基底,兩個N區(qū),SiO2絕緣層,導電溝道,金屬鋁,N溝道增強型,48,N 溝道耗盡型,預埋了導電溝道,,49,P 溝道增強型,50,P 溝道耗盡型,予埋了導電溝道,51,二、MOS管的工作原理,以N 溝道增強型為例,UGS=0時,對應截止區(qū),52,UGS>0時,感應出電子,VT稱為閾值電壓,53,,UG

18、S較小時，導電溝道相當于電阻將D-S連接起來，UGS越大此電阻越小。,54,,當UDS不太大時，導電溝道在兩個N區(qū)間是均勻的。,當UDS較大時，靠近D區(qū)的導電溝道變窄。,55,,,UDS增加，UGD=VT 時，靠近D端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。,56,三、增強型N溝道MOS管的特性曲線,轉移特性曲線,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時就有導電溝道，加反向電壓才能夾

19、斷。,轉移特性曲線,59,輸出特性曲線,UGS=0,UGS<0,UGS>0,60,單結晶體管和可控硅,單結晶體管──由一個PN結構成的負阻器件可控硅──又稱晶閘管, 由三個PN結構成的大功率可控整流器件,,請自學,61,集成電路簡介,集成電路是采用一定的制造工藝,將晶體管,場效應管, 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,并加以封裝所構成的半導體器件.集成電路的制造工藝有: 氧化,光刻,掩模,擴