《晶体管小结》PPT课件.ppt
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1、 微电子技术专业微电子技术专业半导体器件单元三单元三 双极型晶体管双极型晶体管小结小结讲授教师:马讲授教师:马 颖颖第第 3 章章 晶体管的直流特性晶体管的直流特性 3.1 3.1 概述概述 掌握晶体管的基本结构及分类 熟悉晶体管杂质分布特点 熟悉晶体管载流子浓度分布特点 掌握晶体管的直流放大系数及特性曲线3.2 3.2 平面晶体管的电流放大系数及影响电流放大系数的原因(略)平面晶体管的电流放大系数及影响电流放大系数的原因(略)3.3 3.3 晶体管的反向电流晶体管的反向电流 了解各反向电流的特点3.4 3.4 晶体管的击穿电压晶体管的击穿电压 了解各击穿电压的特点3.5 3.5 晶体管的基极
2、电阻晶体管的基极电阻 了解基极电阻的危害,及其减小方法一、晶体管的概述一、晶体管的概述简述晶体管的结构、基本形式简述晶体管的结构、基本形式掌握晶体管掌握晶体管2种基本形式的图形符号种基本形式的图形符号晶体管按制作工艺和管芯结构形式分类晶体管按制作工艺和管芯结构形式分类晶体管基区杂质分布的两种形式晶体管基区杂质分布的两种形式均匀分布(如合金管),称为均匀分布(如合金管),称为均匀均匀基区晶体管基区晶体管。均。均匀基区晶体管中,载流子在基区内的传输主要靠匀基区晶体管中,载流子在基区内的传输主要靠扩散扩散进行,故又称为进行,故又称为扩散扩散型晶体管型晶体管。基区杂质是缓变的(如平面管),称为基区杂质
3、是缓变的(如平面管),称为缓变缓变基区晶基区晶体管体管。这类晶体管的基区往往以。这类晶体管的基区往往以漂移漂移运动为主。所以运动为主。所以又称为又称为漂移漂移型晶体管型晶体管。一、晶体管的概述一、晶体管的概述晶体管的共基极直流放大系数晶体管的共基极直流放大系数=*如何提高发射效率?如何提高发射效率?如何提高基区输运系数?如何提高基区输运系数?直流电流放大系数表示放大电流的能力直流电流放大系数表示放大电流的能力,等于等于输出电流输出电流与与输入电流输入电流之比之比 提高提高*的主要措施是的主要措施是减薄基区宽度减薄基区宽度W WB B,使基区,使基区宽度远小于少子在基区的扩散长度宽度远小于少子在
4、基区的扩散长度L LnBnB,即,即W WB B远小远小于于L LnBnB。发射区杂质浓度比基区杂质浓度高得多发射区杂质浓度比基区杂质浓度高得多 发射区杂质浓度比基区杂质浓度高得多发射区杂质浓度比基区杂质浓度高得多 提高发射效率的方法是使提高发射效率的方法是使发射区杂质浓度比基发射区杂质浓度比基区杂质浓度高得多区杂质浓度高得多 一、晶体管的概述一、晶体管的概述晶体管具有放大能力需具备哪些条件?晶体管具有放大能力需具备哪些条件?(1 1)发射区杂质浓度比基区杂质浓度高得多发射区杂质浓度比基区杂质浓度高得多,即,即N NE E远远大于大于N NB B,以保证发射效率,以保证发射效率11;(2 2)
5、基区宽度基区宽度W WB B远小于远小于L LnBnB,保证基区输运系数,保证基区输运系数*11;(3 3)发射结必须正偏发射结必须正偏,使,使r re e很小;很小;集电结反偏集电结反偏,使,使r rc c很大,很大,r rc c远大于远大于r re e。晶体管的共基极与共发射极直流放大系数之间晶体管的共基极与共发射极直流放大系数之间的关系的关系二、晶体管的反向电流二、晶体管的反向电流关于反向电流关于反向电流I ICB0CB0 与与I IEB0EB0 的特点的特点锗锗晶体管的反向电流主要是晶体管的反向电流主要是反向扩散反向扩散电流(电流(少少子子电流)电流)硅硅晶体管的反向电流主要是晶体管的
6、反向电流主要是势垒区的产生势垒区的产生电流(电流(多多子子电流)电流)引起反向电流过大的原因往往是引起反向电流过大的原因往往是表面漏表面漏电流太大。因此,电流太大。因此,在生产过程中,搞好在生产过程中,搞好表面清洁处理表面清洁处理及及工艺规范工艺规范是减小反向是减小反向电流的关键。电流的关键。I ICEOCEO=,=,减小减小I ICEOCEO的方法:的方法:要减小要减小ICE0,必须减小,必须减小ICB0。电流放大系数电流放大系数不要追求过高。不要追求过高。BVBVEB0EB0的大小由的大小由发射发射结的结的雪崩雪崩击穿电压决定,击穿电压决定,BV BVCB0CB0的大小由的大小由集电集电结
7、的结的雪崩雪崩击穿电压决定击穿电压决定BVBVCE0CE0与与BVBVCB0CB0之间满足关系:之间满足关系:对于对于NPNNPN的的SiSi管,管,n=n=4 4,PNPPNP的的GeGe管管n=n=6 6 什么是负阻击穿现象?什么是负阻击穿现象?当当V VCECE达到达到BVBVCE0CE0时发生击穿,击穿时发生击穿,击穿 后电流上升,电压却反而降低。后电流上升,电压却反而降低。三、晶体管的击穿电压三、晶体管的击穿电压基极电阻对基极电阻对直流直流运用没有影响,对运用没有影响,对交流交流运用主要影运用主要影响晶体管的响晶体管的功率功率特性和特性和频率频率特性,设计时要特性,设计时要减小减小基
8、基极电阻。极电阻。基极电阻的两种典型图形是:基极电阻的两种典型图形是:梳状梳状和和圆形圆形晶体管的晶体管的基极电阻。基极电阻。减小基极电阻的途径减小基极电阻的途径 四、晶体管的基极电阻四、晶体管的基极电阻在不影响晶体管发射效率的情况下,尽可能在不影响晶体管发射效率的情况下,尽可能提高提高基区杂质浓度,减小方块电阻基区杂质浓度,减小方块电阻R RBB;尽可能尽可能减小宽长比减小宽长比;发射极条尽可能多发射极条尽可能多,即,即n n大;大;做好欧姆接触做好欧姆接触,减小欧姆电阻,减小欧姆电阻R Rconcon。第第 4 章章晶体管的频率特性晶体管的频率特性与功率特性与功率特性 4.1 晶体管的频率
9、特性(理解3个频率的概念、提高特征频率的途径,掌握交流的公式及特点)4.2 高频等效电路 (理解3个参数及其特点)4.3 高频功率增益和最高振荡频率(理解最高功率增益、高频优值的概念、提高功率增益的途径)4.4 晶体管的大电流特性 (熟悉三个效应的机理)4.5 晶体管的最大耗散功率PCm和热阻RT(熟悉特点及分类)4.6 功率晶体管的二次击穿和安全工作区(掌握二次击穿的概念及其两个机理,理解安全工作区图形中各线条、区域表示的含义)一、晶体管的频率特性当频率升高时,晶体管的结电容当频率升高时,晶体管的结电容变大变大,使晶体管,使晶体管的放大能力的放大能力下降下降。请列出请列出4 4个主要的高频参
10、数个主要的高频参数 截止频率、特征频率截止频率、特征频率高频功率增益、最高振荡频率高频功率增益、最高振荡频率 f 称为称为共基极截止共基极截止频率,反映了电流放大系数频率,反映了电流放大系数的幅值的幅值|随频率上升而随频率上升而下降下降的快慢。的快慢。f 表示共基极短路电流放大系数的幅值表示共基极短路电流放大系数的幅值|下降下降到低频值到低频值0 0的的 时的频率。或者说是时的频率。或者说是|比低频比低频0 0下降下降 3 3 dBdB时的频率。时的频率。一、晶体管的频率特性f 称为称为共发射极截止共发射极截止频率表示共基极短路电流放大频率表示共基极短路电流放大系数的幅值系数的幅值|下降到低频
11、值下降到低频值0 0的的 时的频时的频率。或者说是率。或者说是|比低频比低频0 0下降下降 3 3 dBdB时的频率。时的频率。f T称为称为特征特征频率表示频率表示共射短路共射短路电流放大系数的幅值电流放大系数的幅值下降到下降到|=1|=1时的频率。时的频率。是晶体管在共是晶体管在共射射运用中运用中具具有电流放大作用有电流放大作用的频率极限。的频率极限。几个频率参数间的关系几个频率参数间的关系 f m称为称为最高振荡最高振荡频率,表示最佳功率增益频率,表示最佳功率增益G GPmPm=1 1 时的频率,是晶体管时的频率,是晶体管具有功率增益具有功率增益的频率极限。的频率极限。频率增高,频率增高
12、,发射结电容发射结电容分流电流分流电流iCTe增大增大,导致,导致交流发射效率交流发射效率下降下降。频率越高,频率越高,基区扩散电容基区扩散电容分流电流分流电流iCDe越大越大,基基区输运系数区输运系数*也随着频率的升高而也随着频率的升高而下降下降。频率越高,频率越高,位移位移电流电流越大越大,使,使集电结空间电荷集电结空间电荷区输运系数区输运系数d随着频率增高而随着频率增高而下降下降。高频时,共基极交流短路电流放大系数高频时,共基极交流短路电流放大系数 =一、晶体管的频率特性交流放大系数交流放大系数=,说明,说明是一个是一个复复数,数,其幅值随着频率的升高而其幅值随着频率的升高而下降下降,相
13、位差随着频率,相位差随着频率的升高而的升高而增大增大。截止频率截止频率f f=。e e为为发射极延迟发射极延迟时间时间b b对发射结处,基区侧对发射结处,基区侧扩散电容扩散电容C CDeDe的充电延迟的充电延迟时间。时间。c c集电极延迟集电极延迟时间时间d d 为为集电结空间电荷区延迟集电结空间电荷区延迟时间时间m m 为为超相移因子超相移因子(剩余相因子剩余相因子)。)。一、晶体管的频率特性交流放大系数交流放大系数=,说明,说明是一个是一个复复数,其幅数,其幅值随着频率的升高而值随着频率的升高而下降下降,相位差随着频率的升高而,相位差随着频率的升高而增大增大。截止频率截止频率f f=。e0
14、e0为为载流子从发射极到集电极总的传输延迟载流子从发射极到集电极总的传输延迟时间时间 f f与与f f的关系:的关系:可以看出可以看出 。说明:共射短路电流放大系数说明:共射短路电流放大系数比共基短路电流放大比共基短路电流放大系数系数下降下降更快更快。因此,共基电路比共射电路频带因此,共基电路比共射电路频带更宽更宽。一、晶体管的频率特性晶体管的特征频率晶体管的特征频率fT T=。提高特征频率的途径有哪些?提高特征频率的途径有哪些?一、晶体管的频率特性减小基区宽度减小基区宽度 W Wb b ;缩小结面积缩小结面积A A;适当降低集电区电阻率适当降低集电区电阻率c c ;适当减小集电区厚度适当减小
15、集电区厚度W Wc c ;尽量减小延伸电极面积。尽量减小延伸电极面积。二、二、晶体管高频等效电路晶体管高频等效电路I1、V1 输入端的电流和电压,输入端的电流和电压,I2、V2 输出端的电流和电压输出端的电流和电压 这四个参量中只有两个是独立变量。选用不同的自变量这四个参量中只有两个是独立变量。选用不同的自变量和因变量,可以得到晶体管的和因变量,可以得到晶体管的Y参数参数、h参数参数、Z参数参数方方程。程。Y参数是在短路状态下通过计算或测定的导纳参数,因参数是在短路状态下通过计算或测定的导纳参数,因此也称为此也称为短路导纳短路导纳参数,该参数测量参数,该参数测量困难困难。Z参数表示一端开路时,
16、另一端电压与电流之比,因此参数表示一端开路时,另一端电压与电流之比,因此也称为也称为开路阻抗开路阻抗参数,该参数测量参数,该参数测量困难困难 h参数是参数是混合混合参数,测量参数,测量方便方便。运用较多的是运用较多的是Y参数和参数和h 参数等效电路参数等效电路三、高频功率增益和最高振荡频率功率增益功率增益表示晶体管对功率的放大能力。表示晶体管对功率的放大能力。等于等于输出功率输出功率和和输入功率输入功率的比值。的比值。最佳功率增益最佳功率增益GPm指指信号源所供给的最大功率信号源所供给的最大功率与与晶体管晶体管向负载输出的最大功率向负载输出的最大功率之比,即是之比,即是输入输出阻抗输入输出阻抗
17、各自匹各自匹配时的功率增益。配时的功率增益。最高振荡频率是最高振荡频率是最佳功率增益最佳功率增益GPm=1时的频率,它是晶时的频率,它是晶体管真正具有体管真正具有功率放大能力功率放大能力的频率限制。的频率限制。高频优值又称高频优值又称增益增益-带宽乘积带宽乘积,反映了晶体管的,反映了晶体管的功率功率和和频率频率性能,而且只与性能,而且只与晶体管本身的参数晶体管本身的参数有关。有关。三、高频功率增益和最高振荡频率提高功率增益的途径提高功率增益的途径提高晶体管的特征频率;提高晶体管的特征频率;适当提高基区杂质浓度,以减小基极电阻适当提高基区杂质浓度,以减小基极电阻r rb b;尽量缩小集电结和延伸
18、电极面积,以减小势垒电容尽量缩小集电结和延伸电极面积,以减小势垒电容和延伸电极电容;和延伸电极电容;尽量减小发射极引线电感和其他寄生参数;尽量减小发射极引线电感和其他寄生参数;选用合适的管壳,以获得最佳高频优值。选用合适的管壳,以获得最佳高频优值。四、晶体管的大电流特性四、晶体管的大电流特性集电极最大电流集电极最大电流IcM指指共发射共发射极直流短路电流放大系数下降极直流短路电流放大系数下降到其到其最大值最大值M的一半时所对应的集电极电流的一半时所对应的集电极电流 。要提高晶体管的输出功率就必须提高要提高晶体管的输出功率就必须提高集电极最大电流集电极最大电流ICM。提高工作电流的唯一方法是提高
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