三極管及MOS管的講解課件

※雙極性晶體三極管

※場效應(yīng)半導體三極管（場效應(yīng)管FET）

第3章、三極管及MOS管的講解3.1雙極性晶體三極管3.3.1晶體管的結(jié)構(gòu)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖02.01所示。它有兩種類型：NPN型和PNP型。中間部分稱為基區(qū)，相連電極稱為基極，用B或b表示（Base）；一側(cè)稱為發(fā)射區(qū)，相連電極稱為發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）；另一側(cè)稱為集電區(qū)和集電極，用C或c表示（Collector）。E-B間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，C-B間的PN結(jié)稱為集電結(jié)。雙極型三極管的符號在圖的下方給出，發(fā)射極的箭頭代表發(fā)射極電流的實際方向。從外表上看兩個N區(qū)(或兩個P區(qū))是對稱的，實際上發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大，集電區(qū)摻雜濃度低，且集電結(jié)面積大。基區(qū)要制造得很薄，其厚度一般在幾個微米。1、晶體管中載流子的移動雙極型半導體三極管在工作時一定要加上適當?shù)闹绷髌秒妷?。若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓。現(xiàn)以NPN型三極管的放大狀態(tài)為例，來說明三極管內(nèi)部的電流關(guān)系，見圖02.02。圖02.02雙極型三極管的電流傳輸關(guān)系2、晶體管電路中的電流方式(1)三種組態(tài)雙極型三極管有三個電極，其中兩個可以作為輸入,兩個可以作為輸出，這樣必然有一個電極是公共電極。三種接法也稱三種組態(tài)，見圖02.03。共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極；共集電極接法，集電極作為公共電極；共基極接法，基極作為公共電極。

1)共射接法中的電流傳輸方程式通過改變IB可控制IC的變化。IC≈

IE＝

(IC＋IB)＝

IC＋

IB（1－

）IC≈

IBIC≈

IB＝

IB控制系數(shù)（傳輸系數(shù)）

≈IC／IB

稱為直流共射集-基電流比或直流電流放大倍數(shù)。3.3.2共射接法晶體管的特性曲線共發(fā)射極接法的供電電路和電壓-電流關(guān)系如圖02.04所示。圖02.04共發(fā)射極接法的電壓-電流關(guān)系2、輸出特性曲線輸出特性曲線——IC＝f（UCE）共發(fā)射極接法的輸出特性曲線如圖02.06所示，它是以IB為參變量的一族特性曲線。輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域。現(xiàn)以其中任何一條加以說明，當UCE=0V時，因集電極無收集作用，IC=0。當UCE微微增大時，發(fā)射結(jié)雖處于正向電壓之下，但集電結(jié)反偏電壓（UCB=UCE—UBE）很小，收集電子的能力很弱，IC主要由UCE決定，此區(qū)域稱為飽和區(qū)。當UCE增加到使集電結(jié)反偏電壓較大時，運動到集電結(jié)的電子基本上都可以被集電區(qū)收集，此后UCE再增加，電流也沒有明顯的增加，特性曲線進入與UCE軸基本平行的區(qū)域(這與輸入特性曲線隨UCE增大而右移的原因是一致的)，此區(qū)域稱為放大區(qū)。圖02.06共發(fā)射極接法輸出特性曲線（1）截止區(qū)——IC接近零的區(qū)域，相當IB=0的曲線的下方。此時，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。（2）放大區(qū)——IC平行于UCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。實際上，大約在UCE>1V和IB>0的區(qū)域是輸出特性曲線族上的放大區(qū)。此區(qū)為放大電路中晶體管應(yīng)處的工作區(qū)域。在放大區(qū)中，根據(jù)每條曲線對應(yīng)的IB和IC值，就可估算

＝IC／IB；另外，根據(jù)兩條曲線所對應(yīng)的變化值△IB和△IC，可以估算出晶體管的另一重要參數(shù)，即交流共射集-基電流比或交流電流放大倍數(shù)，表示為

β＝△IC／△IB3.3.5晶體管的類型、型號及選用原則1、類型與型號國家標準對半導體器件型號的命名方法及符號規(guī)定見教材表1-1所示。命名舉例如下：

3DG110B用字母表示同一型號中的不同規(guī)格

用數(shù)字表示同種器件型號的序號

用字母表示器件的種類

用字母表示材料

三極管第二位：A表示鍺PNP管、B表示鍺NPN管、C表示硅PNP管、D表示硅NPN管第三位：X表示低頻小功率管、D表示低頻大功率管、G表示高頻小功率管、A表示高頻小功率管、K表示開關(guān)管。2、選用原則1）在同一型號的管子中，應(yīng)選反向電流小的，這樣的管子溫度穩(wěn)定性能較好。值不宜選得過高，否則管子性能不穩(wěn)定。2）若要求管子的反向電流小，工作溫度高，則應(yīng)選硅管；而當要求導通電壓較低時，則應(yīng)選鍺管。3）若要求工作頻率高，必須選用高頻管或超高頻管；若用于開關(guān)電路，則應(yīng)選用開關(guān)管。4）必須使管子工作在安全區(qū)：注意PCM、ICM、U(BR)CEO值

3.3.2場效應(yīng)半導體三極管（場效應(yīng)FET）半導體三極管有兩大類型，一是雙極型半導體三極管

二是場效應(yīng)半導體三極管雙極型半導體三極管是由兩種載流子（故稱雙極性器件）參與導電的半導體器件，它由兩個PN結(jié)組合而成，是一種CCCS器件。場效應(yīng)型半導體三極管僅由一種載流子（故又稱單極性器件）參與導電，是一種VCCS器件。場效應(yīng)管從參與導電的載流子來劃分，它有電子作為載流子的N溝道器件和空穴作為載流子的P溝道器件。從場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)來劃分，它有結(jié)型場效應(yīng)管JFET(JunctiontypeFieldEffectTransister)和絕緣柵型場效應(yīng)三極管IGFET(InsulatedGateFieldEffectTransister)之分。IGFET也稱金屬-氧化物-半導體三極管MOSFET（MetalOxideSemicon-ductorFET）。場效應(yīng)管的具體分類：結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）絕緣柵型場效應(yīng)管（IGFET）同理,可構(gòu)成P溝道結(jié)型場效應(yīng)管,如圖02.20所示。圖形符號中，箭頭方向是指P＋N結(jié)的正偏方向。圖02.19N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)圖02.20P溝道結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理

（1）柵源電壓對溝道的控制作用（2）漏源電壓對溝道的控制作用3.3.4絕緣柵場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管的直流輸入電阻（柵源間的電阻）是反偏PN結(jié)的電阻，由于存在飽和反向電流，故輸入電阻不可能達到很高，一般只能達到107Ω以上。要求更高，則需采用絕緣柵場效應(yīng)管。MOS管分耗盡型和增強型兩大類，而每一類中又有N溝道和P溝道之分。耗盡型是指在UGS=0時，管內(nèi)已建立溝道，加上漏源電壓UDS，便會產(chǎn)生漏極電流ID。以后，加上適當極性的UGS，ID逐漸減?。ê谋M）。增強型是指在UGS=0時，管內(nèi)無溝道，加上漏源電壓UDS，不會產(chǎn)生漏極電流ID。只有當UGS具有一定極性且達到一定數(shù)值之后，管子內(nèi)才會產(chǎn)生導電溝道（增強）。

(a)結(jié)構(gòu)示意圖(b)轉(zhuǎn)移特性曲線圖02.17N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)移特性曲線、P溝道耗盡型MOSFETP溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。伏安特性曲線場效應(yīng)三極管的特性曲線類型比較多，根據(jù)導電溝道的不同以及是增強型還是耗盡型可有四種轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線，其電壓和電流方向也有所不同。有關(guān)曲線繪于圖02.18之中。適宜大規(guī)模和超大規(guī)模集成不易大規(guī)模集成集成工藝易受靜電影響不受靜電影響靜電影響較小，并有零溫度系數(shù)點受溫度影響較大溫度特性較小較大噪聲電壓控