晶體三極管和場效應(yīng)管

1、第2章 晶體三極管和場效應(yīng)管教學(xué)重點(diǎn)1掌握晶體三極管的結(jié)構(gòu)、工作電壓、基本連接方式和電流分配關(guān)系。2熟練掌握晶體三極管的放大作用；共發(fā)射極電路的輸入、輸出特性曲線；主要參數(shù)及溫度對(duì)參數(shù)的影響。3了解MOS管的工作原理、特性曲線和主要參數(shù)。教學(xué)難點(diǎn)1晶體三極管的放大作用2輸入、輸出特性曲線及主要參數(shù)學(xué)時(shí)分配序 號(hào)內(nèi) 容學(xué) 時(shí)12.1晶體三極管422.2場效應(yīng)管43本章小結(jié)與習(xí)題4本章總課時(shí)82.1 晶體三極管晶體三極管：是一種利用輸入電流控制輸出電流的電流控制型器件。特點(diǎn)：管內(nèi)有兩種載流子參與導(dǎo)電。圖2.1.1 三極管外形 三極管的結(jié)構(gòu)、分類和符號(hào)一、晶體三極管的基本結(jié)構(gòu)1三極管的外形：如圖所示

2、。2特點(diǎn)：有三個(gè)電極，故稱三極管。圖2.1.2 三極管的結(jié)構(gòu)圖晶體三極管有三個(gè)區(qū)發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)；兩個(gè)PN結(jié)發(fā)射結(jié)(BE結(jié))、集電結(jié)(BC結(jié))；三個(gè)電極發(fā)射極e(E)、基極b(B)和集電極c(C)；兩種類型PNP型管和NPN型管。工藝要求：發(fā)射區(qū)摻雜濃度較大；基區(qū)很薄且摻雜最少；集電區(qū)比發(fā)射區(qū)體積大且摻雜少。二、晶體三極管的符號(hào)晶體三極管的箭頭：表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時(shí)的電流方向。圖2.1.3 三極管符號(hào)文字符號(hào)：V三、晶體三極管的分類1三極管有多種分類方法。按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分：有NPN型和PNP型管；按工作頻率分：有低頻和高頻管；按功率分：有小功率和大功率管；按用途分：有普通管和開關(guān)管；按半導(dǎo)體

3、材料分：有鍺管和硅管等等。2國產(chǎn)三極管命名法：見電子線路P249附錄二。例如：3DG表示高頻小功率NPN型硅三極管；3CG表示高頻小功率PNP型硅三極管；3AK表示PNP型開關(guān)鍺三極管等。 三極管的工作電壓和基本連接方式一、晶體三極管的工作電壓三極管的基本作用是放大電信號(hào)；工作在放大狀態(tài)的外部條件是發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓。V為三極管，GC為集電極電源，GB為基極電源，又稱偏置電源，Rb為基極電阻，Rc為集電極電阻。二、晶體三極管在電路中的基本連接方式圖三極管在電路中的三種基本聯(lián)接方式 三極管內(nèi)電流的分配和放大作用圖2.1.6 三極管三個(gè)電流的測量一、電流分配關(guān)系動(dòng)畫 三極管的電流分

4、配關(guān)系，測得發(fā)射極電流、基極電流和集電極電流IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.161.772.372.96 ()因IB很小，則 IC » IE ()說明：圖2.1.7 ICBO和ICEO示意圖1時(shí)，IC = - IB = ICBO。ICBO稱為集電極基極反向飽和電流，見圖2.1.7(a)。一般ICBO很小，與溫度有關(guān)。2時(shí)，。ICEO稱為集電極發(fā)射極反向電流，又叫穿透電流，見圖2.1.7(b)。ICEO越小，三極管溫度穩(wěn)定性越好。硅管的溫度穩(wěn)定性比鍺管好。

5、二、晶體三極管的電流放大作用動(dòng)畫 三極管的電流放大作用結(jié)論：1三極管有電流放大作用基極電流微小的變化，引起集電極電流IC較大變化。2交流電流放大系數(shù) b表示三極管放大交流電流的能力 ()3直流電流放大系數(shù)表示三極管放大直流電流的能力 ()4通常，所以可表示為 ()考慮ICEO，則 ()三極管的輸入和輸出特性圖2.1.9 共發(fā)射極輸入特性曲線一、共發(fā)射極輸入特性曲線動(dòng)畫 三極管的輸入特性輸入特性曲線：集射極之間的電壓VCE一定時(shí)，發(fā)射結(jié)電壓VBE與基極電流IB由圖可見：1當(dāng)VCE ³ 2 V時(shí)，特性曲線基本重合。2當(dāng)VBE很小時(shí)，IB等于零，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)；3當(dāng)VBE大于門檻電壓(

6、硅管約0.5 V，鍺管約0.2 V)時(shí)，IB逐漸增大，三極管開始導(dǎo)通。4三極管導(dǎo)通后，VBE基本不變。硅管約為0.7 V，鍺管約為0.3 V，稱為三極管的導(dǎo)通電壓。5VBE與IB成非線性關(guān)系。二、晶體三極管的輸出特性曲線動(dòng)畫 三極管的輸出特性圖2.1.10 三極管的輸出特性曲線輸出特性曲線：基極電流一定時(shí)，集、射極之間的電壓與集電極電流由圖可見：輸出特性曲線可分為三個(gè)工作區(qū)。1截止區(qū)條件：發(fā)射結(jié)反偏或兩端電壓為零。特點(diǎn)：。2飽和區(qū)條件：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏。特點(diǎn)：。稱為飽和管壓降，小功率硅管約0.3 V，鍺管約為0.1 V。3放大區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。特點(diǎn)：受控制，即。在放大狀態(tài)，

7、當(dāng)IB一定時(shí)，IC不隨VCE變化，即放大狀態(tài)的三極管具有恒流特性。 三極管主要參數(shù)三極管的參數(shù)是表征管子的性能和適用范圍的參考數(shù)據(jù)。一、共發(fā)射極電流放大系數(shù)1直流放大系數(shù)。2交流放大系數(shù)。電流放大系數(shù)一般在10 100之間。太小，放大能力弱，太大易使管子性能不穩(wěn)定。一般取30 80為宜。二、極間反向飽和電流1集電極基極反向飽和電流ICBO。2集電極發(fā)射極反向飽和電流ICEO。 ()反向飽和電流隨溫度增加而增加，是管子工作狀態(tài)不穩(wěn)定的主要因素。因此，常把它作為判斷管子性能的重要依據(jù)。硅管反向飽和電流遠(yuǎn)小于鍺管，在溫度變化范圍大的工作環(huán)境應(yīng)選用硅管。三、極限參數(shù)1. 集電極最大允許電流ICM三極管

8、工作時(shí)，當(dāng)集電極電流超過ICM時(shí)，管子性能將顯著下降，并有可能燒壞管子。2. 集電極最大允許耗散功率PCM當(dāng)管子集電結(jié)兩端電壓與通過電流的乘積超過此值時(shí)，管子性能變壞或燒毀。3. 集電極發(fā)射極間反向擊穿電壓V(BR)CEO管子基極開路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓。當(dāng)電壓越過此值時(shí)，管子將發(fā)生電壓擊穿，若電擊穿導(dǎo)致熱擊穿會(huì)損壞管子。三極管的簡單測試一、硅管或鍺管的判別當(dāng)V = 0.6 0.7 V時(shí)，為硅管；當(dāng)V = 0.1 0.3V時(shí)，為鍺管。 b 的電路二、估計(jì)比較 b 的大小萬用表設(shè)置在擋，測量并比較開關(guān)S斷開和接通時(shí)的電阻值。前后兩個(gè)讀數(shù)相差越大，說明管子的 b 越高，即電流放大能

9、力越大。圖2.1.13 的估測估測PNP管時(shí)，將萬用表兩只表筆對(duì)換位置。三、估測ICEO越小。若阻值無窮大，三極管開路；若阻值為零，三極管短路。測PNP型管時(shí)，紅、黑表筆對(duì)調(diào)，方法同前。四、NPN管型和PNP管型的判斷圖2.1.14 基極b的判斷將萬用表設(shè)置在R ´ 1 kW 或R ´ 100 W 擋，用黑表筆和任一管腳相接(假設(shè)它是基極b)(a)(b)所示。五、e、b、c三個(gè)管腳的判斷首先確定三極管的基極和管型，然后采用估測 b 值的方法判斷c、e極。方法是先假定一個(gè)待定電極為集電極(另一個(gè)假定為發(fā)射極)2.2 場效應(yīng)管場效應(yīng)管：是利用輸入電壓產(chǎn)生的電場效應(yīng)控制輸出電流的

10、電壓控制型器件。特點(diǎn)：管子內(nèi)部只有一種載流子參與導(dǎo)電，稱為單極型晶體三極管。 結(jié)型場效應(yīng)管一、結(jié)構(gòu)和符號(hào)特點(diǎn)：由兩個(gè)PN結(jié)和一個(gè)導(dǎo)電溝道所組成。三個(gè)電極分別為源極S、漏極D和柵極G。漏極和源極具有互換性。工作條件：兩個(gè)PN結(jié)加反向電壓。 二、工作原理動(dòng)畫 結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理圖2.2.3 N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理；。在漏源電壓不變條件下，改變柵源電壓，通過PN結(jié)的變化，控制溝道寬窄，即溝道電阻的大小，從而控制漏極電流。結(jié)論：1 結(jié)型場效應(yīng)管是一個(gè)電壓控制電流的電壓控制型器件。2 輸入電阻很大。一般可達(dá)107 108 W。三、結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線和跨導(dǎo)1轉(zhuǎn)移特性曲線反映柵源電壓對(duì)漏極電流

11、當(dāng)柵源電壓時(shí)，漏極電流，稱為飽和漏極電流；當(dāng)柵源電壓向負(fù)值方向變化時(shí)，漏極電流逐漸減小；當(dāng)柵源電壓時(shí)，漏極電流，稱為夾斷電壓。 結(jié)型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線 圖2.2.6 結(jié)型場效應(yīng)管的輸出特性曲線2輸出特性曲線(1) 可調(diào)電阻區(qū)(圖中區(qū))不變時(shí)，隨作線性變化，漏源間呈現(xiàn)電阻性；柵源電壓越負(fù)，輸出特性越陡，漏源間的電阻越大。結(jié)論：在區(qū)中，場效應(yīng)管可看作一個(gè)受柵源電壓控制的可變電阻。(2) 飽和區(qū)(圖中區(qū))一定時(shí)，的少量變化引起較大變化，即受控制。當(dāng)不變時(shí)，不隨變化，基本上維持恒定值，即對(duì)呈飽和狀態(tài)。結(jié)論：在區(qū)中，場效應(yīng)管具有線性放大作用。(3) 擊穿區(qū)(圖中區(qū))當(dāng)增至一定數(shù)值后，劇增，出現(xiàn)電擊穿

12、。如果對(duì)此不加限制，將損壞管子。因此，管子不允許工作在這個(gè)區(qū)域。3跨導(dǎo)(gm)反映在線性放大區(qū)對(duì)的控制能力。單位是 mA/V。 () 絕緣柵場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管是一種柵極與源極、漏極之間有絕緣層的場效應(yīng)管，簡稱MOS管。特點(diǎn)：輸入電阻高，噪聲小。分類：有P溝道和N溝道兩種類型；每種類型又分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。一、結(jié)構(gòu)和工作原理1N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管 (1) 當(dāng)，在漏、源極間加一正向電壓時(shí)，漏源極之間的電流。(2) 當(dāng)，在絕緣層和襯底之間感應(yīng)出一個(gè)反型層，使漏極和源極之間產(chǎn)生導(dǎo)電溝道。在漏、源極間加一正向電壓時(shí)，將產(chǎn)生電流ID。開啟電壓：增強(qiáng)型MOS管開始形成反型層的柵源電壓。(3)

13、在時(shí)若，反型層消失，無導(dǎo)電溝道，；若，出現(xiàn)反型層即導(dǎo)電溝道，D、S之間有電流流過；若逐漸增大，導(dǎo)電溝道變寬，也隨之逐漸增大，即控制的變化。2N溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管N溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管圖2.2.9 N溝道耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管特點(diǎn)：管子本身已形成導(dǎo)電溝道。工作原理：在時(shí)，若，導(dǎo)電溝道有電流；當(dāng)，并逐漸增大時(shí)，導(dǎo)致溝道變寬，使ID增大；當(dāng)，并逐漸增大此負(fù)電壓，導(dǎo)致溝道變窄，使減小。實(shí)現(xiàn)對(duì)的控制。夾斷電壓：使時(shí)的柵源電壓。二、絕緣柵場效應(yīng)管的特性曲線和跨導(dǎo)以N溝道MOS管為例。1轉(zhuǎn)移特性曲線增強(qiáng)型：當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。耗盡型：當(dāng)時(shí)，；當(dāng)為負(fù)電壓時(shí)減?。划?dāng)時(shí)，。 圖2.2.12 MOS管的圖形符號(hào)

14、2輸出特性曲線有三個(gè)區(qū)：可調(diào)電阻區(qū)(區(qū))、飽和區(qū)(區(qū))和擊穿區(qū)(區(qū))。其含義與結(jié)型管輸出特性曲線三個(gè)區(qū)相同。3跨導(dǎo)三、絕緣柵場效應(yīng)管的圖形符號(hào) 場效應(yīng)管的主要參數(shù)和特點(diǎn)一、主要參數(shù)1直流參數(shù)(1) 開啟電壓VT在為定值的條件下，增強(qiáng)型場效應(yīng)管開始導(dǎo)通(達(dá)到某一定值，如10 mA)時(shí)，所需加的值。(2) 夾斷電壓VP在為定值的條件下，耗盡型場效應(yīng)管減小到近于零時(shí)的值。(3) 飽和漏極電流耗盡型場效應(yīng)管工作在飽和區(qū)且時(shí)，所對(duì)應(yīng)的漏極電流。(4) 直流輸入電阻柵源電壓與對(duì)應(yīng)的柵極電流之比。場效應(yīng)管輸入電阻很高，結(jié)型管一般在107 W 以上；絕緣柵管則更高，一般在109 W 以上。3 交流參數(shù)(1)

15、跨導(dǎo)一定時(shí)，漏極電流變化量和引起這個(gè)變化的柵源電壓變化量之比。它表示了柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力。(2) 極間電容場效應(yīng)管三個(gè)電極之間的等效電容CGS、CGD、CDS。一般為幾個(gè)皮法，結(jié)電容小的管子，高頻性能好。4極限參數(shù)(1) 漏極最大允許耗散功率與的乘積不應(yīng)超過的極限值。(2) 漏極擊穿電壓漏極電流開始劇增時(shí)所加的漏源間的電壓。二、場效應(yīng)管的特點(diǎn)場效應(yīng)管與普通三極管比較表項(xiàng)目器件名稱晶體三極管場效應(yīng)管極型特點(diǎn)雙極型單極型控制方式電流控制電壓控制類型PNP型、NPN型N溝道、P溝道放大參數(shù)b = 50 200gm =1000 5000 A/V輸入電阻102104 W1071015 W噪聲較大較小熱穩(wěn)定性差好抗輻射能力差強(qiáng)制造工藝較復(fù)雜簡單、成本低本章小結(jié)1晶體三極管是一種電流控制器件，具有電流