第二章---半导体三极管分解优秀PPT.ppt
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1、半导体三极管半导体三极管第第 2 章章2.1双极型半导体三极管双极型半导体三极管2.2单极型半导体三极管单极型半导体三极管2.3半导体三极管电路的基本分析方法半导体三极管电路的基本分析方法2.4半导体三极管的测试与应用半导体三极管的测试与应用半导体三极管半导体三极管第第 2 章章2.1双极型双极型半导体三极管半导体三极管2.1.1 晶体三极管晶体三极管2.1.2 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线2.1.3 晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数(Semiconductor Transistor)第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管2.1.1 晶体三极管晶体三极管一、结构
2、、符号和分类一、结构、符号和分类NNP放射极放射极 E基极基极 B集电极集电极 C放射结放射结集电结集电结 基区基区 放射区放射区 集电区集电区emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型分类:分类:按材料分:按材料分:硅管、锗管硅管、锗管按结构分:按结构分:NPN、PNP按运用频率分:按运用频率分:低频管、高频管低频管、高频管按功率分:按功率分:小功率管小功率管 1 WECBECB二、电流放大原理二、电流放大原理1.三极管放大的条件三极管放大的条件内部内部条件条件放射区掺杂浓度高放射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低集电结面积大集电结面积大外部外
3、部条件条件放射结正偏放射结正偏集电结反偏集电结反偏2.满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共放射极共放射极共集电极共集电极共基极共基极实现电路实现电路uiuoRBRCuouiRCRE第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管3.三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程1)放射区向基区注入多子电子,放射区向基区注入多子电子,形成放射极电流形成放射极电流 IE。I CN多数向多数向 BC 结方向扩散形成结方向扩散形成 ICN。IE少数与空穴复合,形成少数与空穴复合,形成 IBN。I BN基区空基区空穴来源穴来源基极电源供应基极电
4、源供应(IB)集电区少子漂移集电区少子漂移(ICBO)I CBOIBIBN IB+ICBO即:即:IB=IBN ICBO 3)集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流 ICICI C=ICN +ICBO 2)电子到达基区后电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽视基区空穴运动因浓度低而忽视)三极管内载流子运动三极管内载流子运动第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管4.三极管的电流安排关系三极管的电流安排关系当当管管子子制制成成后后,放放射射区区载载流流子子浓浓度度、基基区区宽宽度度、集集电结面积等确定,故电流的比例关系确定,即:电结面积等确定
5、,故电流的比例关系确定,即:IB=I BN ICBO IC=ICN +ICBOIE=IC+IB穿透电流穿透电流第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管2.1.2 晶体三极管的特性曲线晶体三极管的特性曲线一、输入特性一、输入特性输入输入回路回路输出输出回路回路与二极管特性相像与二极管特性相像RCVCCiBIERB+uBE+uCE VBBCEBiC+iBRB+uBE VBB+O特性基本重合特性基本重合(电流安排关系确定电流安排关系确定)特性右移特性右移(因集电结起先吸引电子因集电结起先吸引电子)导通电压导通电压 UBE(on)硅管:硅管:(0.6 0.8)V锗管:锗管:(0.2 0.3)
6、V取取 0.7 V取取 0.2 VVBB+RB第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管二、输出特性二、输出特性iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43211.截止区:截止区:IB 0 2.IC=ICEO 03.条件:条件:两个结反偏两个结反偏2.放大区:放大区:3.饱和区:饱和区:uCE u BEuCB=uCE u BE 0条件:条件:两个结正偏两个结正偏特点:特点:IC IB临界饱和时:临界饱和时:uCE=uBE深度饱和时:深度饱和时:0.3 V(硅管硅管)UCE(SAT)=0.1 V(锗管锗管)放大区放大区截止区截止区饱饱和和区
7、区条件:放射结正偏条件:放射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点:水平、等间隔特点:水平、等间隔ICEO输输 出出 特特 性性第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管三、温度对特性曲线的影响三、温度对特性曲线的影响1.温度上升,输入特性曲线向左移。温度上升,输入特性曲线向左移。温度每上升温度每上升 1 C,UBE (2 2.5)mV。温度每上升温度每上升 10 C,ICBO 约增大约增大 1 倍。倍。2.温度上升,输出特性曲线向上移。温度上升,输出特性曲线向上移。OT1T2 iCuCE T1iB=0T2 iB=0iB=0温度每上升温度每上升 1 C,(0.5 1)%。输出特性曲线间距增大
8、。输出特性曲线间距增大。O第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管2.1.3 晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数一、电流放大系数一、电流放大系数1.共放射极电流放大系数共放射极电流放大系数iC/mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 4321 直流电流放大系数直流电流放大系数 沟通电流放大系数沟通电流放大系数一般为几十一般为几十 几百几百2.共基极电流放大系数共基极电流放大系数 1 一般在一般在 0.98 以上。以上。Q二、极间反向饱和电流二、极间反向饱和电流CB 极极间反向饱和电流间反向饱和电流 ICBO,CE 极极间反向饱和电流间
9、反向饱和电流 ICEO。第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管三、极限参数三、极限参数1.ICM 集电极最大允许电流,超过时集电极最大允许电流,超过时 值明显降低。值明显降低。U(BR)CBO 放射极开路时放射极开路时 C、B 极间反向击穿电压。极间反向击穿电压。2.PCM 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PC=iC uCE。3.U(BR)CEO 基极开路时基极开路时 C、E 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)EBO 集电极极开路时集电极极开路时 E、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)CBO U(BR)CEO U(BR)EBO(P34)已知已
10、知:ICM=20 mA,PCM=100 mW,U(BR)CEO =20 V,当当 UCE=10 V 时,时,IC mA当当 UCE=1 V,则,则 IC mA当当 IC=2 mA,则,则 UCE V 102020iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 区区第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管2.2单极型单极型半导体半导体三极管三极管 引言引言2.2.2 结型场效应管结型场效应管2.2.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数2.2.1 MOS 场效应管场效应管第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管引引 言言场效应管场效应管 FET(Fie
11、ld Effect Transistor)类型:类型:结型结型 JFET(Junction Field Effect Transistor)绝缘栅型绝缘栅型 IGFET(Insulated Gate FET)特点:特点:1.单极性器件单极性器件(一种载流子导电一种载流子导电)3.工艺简洁、易集成、功耗小、体积小、成本低工艺简洁、易集成、功耗小、体积小、成本低2.输入电阻高输入电阻高(107 1015 ,IGFET 可高达可高达 1015 )第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管一、增加型一、增加型 N 沟道沟道 MOSFET (Mental Oxide Semi FET)2.2.1
12、 MOS 场效应管场效应管1.结构与符号结构与符号P 型衬底型衬底(掺杂浓度低掺杂浓度低)N+N+用扩散的方法用扩散的方法制作两个制作两个 N 区区在硅片表面生一在硅片表面生一层薄层薄 SiO2 绝缘层绝缘层S D用金属铝引出用金属铝引出源极源极 S 和漏极和漏极 DG在绝缘层上喷金在绝缘层上喷金属铝引出栅极属铝引出栅极 GB耗尽层耗尽层S 源极源极 SourceG 栅极栅极 Gate D 漏极漏极 DrainSGDB第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管2.工作原理工作原理1)uGS 对导电沟道的影响对导电沟道的影响(uDS=0)a.当当 UGS=0,DS 间为两个背对背的间为两
13、个背对背的 PN 结;结;b.当当 0 UGS UGS(th)DS 间间的的电电位位差差使使沟沟道道呈呈楔楔形形,uDS,靠靠近近漏漏极极端端的的沟沟道道厚厚度变薄。度变薄。预夹断预夹断(UGD=UGS(th):漏极旁边反型层消逝。:漏极旁边反型层消逝。预夹断发生之前:预夹断发生之前:uDS iD。预夹断发生之后:预夹断发生之后:uDS iD 不变。不变。第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管3.转移特性曲线转移特性曲线2 4 64321uGS/ViD/mAUDS=10 VUGS(th)当当 uGS UGS(th)时:时:uGS=2UGS(th)时的时的 iD 值值4.输出特性曲线
14、输出特性曲线可变电阻区可变电阻区uDS 0 此时此时 uGD=UGS(off);沟道楔型沟道楔型耗尽层刚相碰时称耗尽层刚相碰时称预夹断。预夹断。预夹断预夹断当当 uDS ,预夹断预夹断点点下移。下移。3.转移特性和输出特性转移特性和输出特性UGS(off)当当 UGS(off)uGS 0 时时,uGSiDIDSSuDSiDuGS=3 V 2 V 1 V0 V 3 VOO第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管N 沟道增加型沟道增加型SGDBiDP 沟道增加型沟道增加型SGDBiD2 2 OuGS/ViD/mAUGS(th)O uDS/ViD/mA 2 V 4 V 6 V 8 VuGS
15、=8 V6 V4 V2 VSGDBiDN 沟道耗尽沟道耗尽型型iDSGDBP 沟道耗尽沟道耗尽型型UGS(off)IDSSuGS/ViD/mA 5 O5O uDS/ViD/mA5 V2 V0 V2 VuGS=2 V0 V 2 V 5 VN 沟道结沟道结型型SGDiDSGDiDP 沟道结沟道结型型uGS/ViD/mA5 5 OIDSSUGS(off)O uDS/ViD/mA5 V2 V0 VuGS=0 V 2 V 5 VFET 符号、特性的比较符号、特性的比较第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管2.2.3 场效应管的主要参数场效应管的主要参数1.开启电压开启电压 UGS(th)(增
16、加型增加型)2.夹断电压夹断电压 UGS(off)(耗尽型耗尽型)指指 uDS=某值,使漏极电流某值,使漏极电流 iD 为某一小电流时的为某一小电流时的 uGS 值。值。UGS(th)UGS(off)2.饱和漏极电流饱和漏极电流 IDSS耗尽型场效应管,当耗尽型场效应管,当 uGS=0 时所对应的漏极电流。时所对应的漏极电流。3.直流输入电阻直流输入电阻 RGS指漏源间短路时,栅、源间加反向电压呈现的直流指漏源间短路时,栅、源间加反向电压呈现的直流电阻。电阻。JFET:RGS 107 MOSFET:RGS=109 1015IDSSuGS/ViD/mAO第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极
17、管三极管4.低频跨导低频跨导 gm 反映了反映了uGS 对对 iD 的限制实力,的限制实力,单位单位 S(西门子西门子)。一般为几毫西。一般为几毫西(mS)uGS/ViD/mAQPDM=uDS iD,受温度限制。,受温度限制。5.漏源动态电阻漏源动态电阻 rds6.最大漏极功耗最大漏极功耗 PDMO第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管2.3半导体三极管的半导体三极管的基本分析方法基本分析方法引引 言言2.3.2 沟通分析沟通分析2.3.1 直流分析直流分析第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管引言引言基本思想基本思想 非线性电路经适当近似后可按线性电路对待,非线性电路
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