晶体三极管和场效晶体管概述.pptx

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1、本章学习目标本章学习目标1.理理解解晶晶体体管管的的结结构构和和分分类类，熟熟悉悉其其外外形形、图图形形符符号号。掌掌握三极管电流分配关系。握三极管电流分配关系。2.掌掌握握三三极极管管的的输输入入特特性性、输输出出特特性性及及三三种种工工作作状状态态，了了解其主要参数。解其主要参数。3.掌握用万用表对三极管进行测试的方法。掌握用万用表对三极管进行测试的方法。4.了了解解场场效效晶晶体体管管的的类类型型及及工工作作原原理理，熟熟悉悉其其图图形形符符号号，理解其转移特性和输出特性，了解其使用的注意事项。理解其转移特性和输出特性，了解其使用的注意事项。第1页/共55页2.1晶体三极管晶体三极管三极

2、管的结构、分类和符号三极管的结构、分类和符号三极管的工作电压和基本连接方式三极管的工作电压和基本连接方式三极管内电流的分配和放大作用三极管内电流的分配和放大作用三极管的输入和输出特性三极管的输入和输出特性三极管主要参数三极管主要参数三极管的简单测试三极管的简单测试第2页/共55页2.1晶体三极管晶体三极管晶体三极管：是一种利用输入电流控制输出电流的电流控制型器件。特点：管内有两种载流子参与导电。第3页/共55页三极管的结构、分类和符号三极管的结构、分类和符号一、晶体三极管的基本结构1三极管的外形三极管的外形特点：有三个电极，故称三极管。第4页/共55页2三极管的结构三极管的结构三极管的结构图特

3、点：有三个区发射区、基区、集电区；两个PN结发射结(BE结)、集电结(BC结)；三个电极发射极e(E)、基极b(B)和集电极c(C)；两种类型PNP型管和NPN型管。工艺要求：发射区掺杂浓度较大；基区很薄且掺杂最少；集电区比发射区体积大且掺杂少。第5页/共55页二、晶体三极管的符号三极管符号箭头：表示发射结加正向电压时的电流方向。文字符号：V第6页/共55页三、晶体三极管的分类1三极管有多种分类方法。三极管有多种分类方法。按内部结构分：有NPN型和PNP型管；按工作频率分：有低频和高频管；按功率分：有小功率和大功率管；按用途分：有普通管和开关管；按半导体材料分：有锗管和硅管等等。2国产三极管命

4、名法：见国产三极管命名法：见电子线路电子线路（陈其纯主编）（陈其纯主编）P261附录。附录。例如：3DG表示高频小功率NPN型硅三极管；3CG表示高频小功率PNP型硅三极管；3AK表示PNP型开关锗三极管等。第7页/共55页三极管的工作电压和基本连接方式三极管的工作电压和基本连接方式一、晶体三极管的工作电压三极管的基本作用是放大电信号。三极管工作在放大状态的外部条件是：发射结加正向电压，集电结加反向电压。三极管电源的接法第8页/共55页三极管电源的接法V为三极管为三极管GC为集电极为集电极电源电源GB为基极电源，为基极电源，又称偏置电源又称偏置电源Rb为基极电阻为基极电阻Rc为集电极为集电极电

5、阻。电阻。第9页/共55页二、晶体三极管在电路中的基本连接方式有三种基本连接方式：共发射极、共基极和共集电极接法。最常用的是共发射极接法。三极管在电路中的三种基本连接方式第10页/共55页三极管内电流的分配和放大作用三极管内电流的分配和放大作用一、电流分配关系测量电路如图第11页/共55页调节电位器，测得发射极电流、基极电流和集电极电流的对应数据如表所示。因IB很小，则IC IEIE=IC+IB由表可见，三极管中电流分配关系如下：IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.1

6、61.772.372.96 第12页/共55页说明：1IE=0时，IC=-IB=ICBO。ICBO称为集电极基极反向饱和电流，见图(a)。一般ICBO很小，与温度有关。2IB=0时，IC=IE=ICEO。ICEO称为集电极发射极反向电流，又叫穿透电流，见图(b)。ICEO越小，三极管温度稳定性越好。硅管的温度稳定性比锗管好。ICBO与ICEO示意图第13页/共55页二、晶体三极管的电流放大作用当基极电流 IB由0.01mA变到0.02mA时，集电极电流IC由0.56mA变到1.14mA。上面两个变化量之比为这说明，当IB有一微小变化时，就能引起IC较大的变化，这种现象称为三极管的电流放大作用。

7、比值用符号 来表示，称为共发射极交流电流放大系数，简称“交流”，即第14页/共55页结论：1三极管的电流放大作用基极电流IB微小的变化，引起集电极电流IC较大变化。2交流电流放大系数 表示三极管放大交流电流的能力4通常，所以可表示为考虑ICEO，则3直流电流放大系数表示三极管放大直流电流的能力第15页/共55页三极管的输入和输出特性三极管的输入和输出特性一、共发射极输入特性曲线集射极之间的电压VCE一定时，发射结电压VBE与基极电流IB之间的关系曲线。共发射极输入特性曲线由图可见：1当VCE2V时，特性曲线基本重合。2当VBE很小时，IB等于零，三极管处于截止状态。第16页/共55页共发射极输

8、入特性曲线4三极管导通后，VBE基本不变。硅管约为0.7V，锗管约为0.3V，称为三极管的导通电压。5VBE与IB成非线性关系。3当VBE大于门槛电压(硅管约0.5V，锗管约0.2V)时，IB逐渐增大，三极管开始导通。第17页/共55页二、晶体三极管的输出特性曲线基极电流一定时，集、射极之间的电压与集电极电流的关系曲线。动画晶体三极管的输出特性曲线第18页/共55页输出特性曲线可分为三个工作区:1截止区条件：发射结反偏或两端电压为零。特点：IB=0，IC=ICEO。2饱和区条件：发射结和集电结均为正偏。特点：VCE=VCES。VCES称为饱和管压降，小功率硅管约0.3V，锗管约为0.1V。3放

9、大区条件：发射结正偏，集电结反偏。特点：IC受IB控制，即 IC=IB。在放大状态，当 IB一定时，IC不随 VCE变化，即放大状态的三极管具有恒流特性。第19页/共55页三极管主要参数三极管主要参数三极管的参数是表征管子的性能和适用范围的参考数据。一、共发射极电流放大系数1直流放大系数直流放大系数2交流放大系数交流放大系数 电流放大系数一般在10100之间。太小，放大能力弱，太大易使管子性能不稳定。一般取3080为宜。第20页/共55页二、极间反向饱和电流1集电极集电极基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBO。2集电极集电极发射极反向饱和电流发射极反向饱和电流ICEO。ICEO=(1+)IC

10、BO反向饱和电流随温度增加而增加，是管子工作状态不稳定的主要因素。因此，常把它作为判断管子性能的重要依据。硅管反向饱和电流远小于锗管，在温度变化范围大的工作环境应选用硅管。第21页/共55页三、极限参数1集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM三极管工作时，当集电极电流超过ICM时，管子性能将显著下降，并有可能烧坏管子。2集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM当管子集电结两端电压与通过电流的乘积超过此值时，管子性能变坏或烧毁。3集电极集电极发射极间反向击穿电压发射极间反向击穿电压V(BR)CEO管子基极开路时，集电极和发射极之间的最大允许电压。当电压越过此值时，管子将发生电击穿，

11、若电击穿导致热击穿会损坏管子。第22页/共55页三极管的简单测试三极管的简单测试判别硅管和锗管的测试电路一、硅管或锗管的判别当当V=0.10.3V时为时为锗管。锗管。当当V=0.60.7V时，为硅管时，为硅管第23页/共55页二、估计比较 的大小NPN管估测电路如图所示。估测 的电路万用表设置在R 1 k 挡，测量并比较开关S断开和接通时的电阻值。前后两个读数相差越大，说明管子的 越高，即电流放大能力越大。估测 PNP管时，将万用表两只表笔对换位置。第24页/共55页三、估测ICEONPN管估测电路如图所示。所测阻值越大，说明管子的ICEO越小。若阻值无穷大，三极管开路；若阻值为零，三极管短路

12、。测 PNP型管时，红、黑表笔对调，方法同前。ICEO的估测第25页/共55页四、NPN管型和PNP管型的判断基极b的判断将万用表设置在R 1k或R 100k挡，用黑表笔和任一管脚相接(假设它是基极b)，红表笔分别和另外两个管脚相接，如果测得两个阻值都很小，则黑表笔所连接的就是基极，而且是NPN型的管子。如图(a)所示。如果按上述方法测得的结果均为高阻值，则黑表笔所连接的是PNP管的基极。如图(b)所示。第26页/共55页五、e、b、c三个管脚的判断估测 的电路如图所示，首先确定三极管的基极和管型，然后采用估测 值的方法判断c、e极。方法是先假定一个待定电极为集电极(另一个假定为发射极)接入电

13、路，记下电阻表的摆动幅度，然后再把两个待定电极对调一下接入电路，并记下电阻表的摆动幅度。摆动幅度大的一次，黑表笔所连接的管脚是集电极c，红表笔所连接的管脚为发射极e。测PNP管时，只要把图示电路中红、黑表笔对调位置，仍照上述方法测试。第27页/共55页2.2场效晶体管场效晶体管结型场效晶体管结型场效晶体管绝缘栅场效晶体管绝缘栅场效晶体管场效晶体管的主要参数和特点场效晶体管的主要参数和特点工程应用工程应用第28页/共55页2.2场效晶体管场效晶体管场效晶体管：是利用输入电压产生的电场效应控制输出电流的电压控制型器件。特点：管子内部只有一种载流子参与导电，称为单极型晶体三极管。第29页/共55页结

14、型场效晶体管结型场效晶体管N沟道结型场效晶体管P沟道结型场效晶体管一、结构和符号N沟道结型场效晶体管的结构、符号如图所示；P沟道结型场效晶体管如图所示。特点：由两个PN结和一个导电沟道所组成。三个电极分别为源极S、漏极D和栅极G。漏极和源极具有互换性。工作条件：两个PN结加反向电压。第30页/共55页二、工作原理以N沟道结型场效晶体管为例，原理电路如图所示。动画结型场效晶体管结构第31页/共55页工作原理如下：VDS0；VGS0，在绝缘层和衬底之间感应出一个反型层，使漏极和源极之间产生导电沟道。在漏、源极间加一正向电压VDS时，将产生电流ID。开启电压VT：增强型MOS管开始形成反型层的栅源电

15、压。N沟道增强型绝缘栅场效晶体管工作原理第38页/共55页N沟道增强型绝缘栅场效晶体管工作原理(3)在VDS0时：若VGSVT，出现反型层(即导电沟道)，D、S之间有电流ID流过；若VGS逐渐增大，导电沟道变宽，ID也随之逐渐增大，即VGS控制ID的变化。第39页/共55页2N沟道耗尽型绝缘栅场效晶体管夹断电压：使 ID=0时的栅源电压。结构及符号如图所示。特点：管子本身已形成导电沟道。N沟道耗尽型绝缘栅场效晶体管第40页/共55页N沟道耗尽型绝缘栅场效晶体管工作原理：在VDS0时，当VGS=0导电沟道有电流ID；当VGS 0并逐渐增大时，沟道变宽，使ID增大；当VGSVT 时，ID0。耗尽型

16、：当 VGS=0 时，ID 0；当 VGS 为负电压时 ID 减小；当 VGS=VPS 时，ID=0 。第42页/共55页2输出特性曲线3跨导可调电阻区可调电阻区饱和区饱和区击击穿区穿区三个区的含义与结型管输出特性曲线三个区相同。N沟道MOS管输出特性曲线第43页/共55页三、绝缘栅场效晶体管的图形符号MOS管的图形符号注注意意N、P沟沟道道的的区区别别在在于于图图中中箭箭头头的的指指向相反。向相反。第44页/共55页场效晶体管的主要参数和特点场效晶体管的主要参数和特点一、主要参数1直流参数(1)开启电压VT在VDS为定值的条件下，增强型场效晶体管开始导通(ID达到某一定值，如10 A)时，所

17、需加VGS的值。(2)夹断电压VP在VDS为定值的条件下，耗尽型场效晶体管ID减小到近于零时VGS的值。第45页/共55页(3)饱和漏极电流IDSS耗尽型场效晶体管工作在饱和区且VGS=0时，所对应的漏极电流。(4)直流输入电阻RGS栅源电压VGS与对应的栅极电流IG之比。场效晶体管输入电阻很高，结型管一般在 107 以 上；绝缘栅管则更高，一般在 109 以上。第46页/共55页2交流参数(1)跨导gmVDS一定时，漏极电流变化量 ID和引起这个变化的栅源电压变化量 VDS之比。它表示了栅源电压对漏极电流的控制能力。(2)极间电容场效晶体管三个电极之间的等效电容CGS、CGD、CDS，一般为

18、几个皮法，结电容小的管子，高频性能好。第47页/共55页3极限参数(1)漏极最大允许耗散功率PDMID与VDS的乘积不应超过的极限值。(2)漏极击穿电压V(BR)DS漏极电流ID开始剧增时所加的漏源间的电压。第48页/共55页二、场效晶体管的特点场效晶体管与普通三极管比较表项项 目目器器 件件 名名 称称晶体三极管晶体三极管场场 效效 应应 管管极型特点极型特点双双 极极 型型单单 极极 型型控制方式控制方式电电 流流 控控 制制电电 压压 控控 制制类类 型型PNP 型、型、NPN 型型N 沟道、沟道、P 沟道沟道放大参数放大参数 =50 200gm=1 000 5 000 A/V输入电阻输

19、入电阻102 104 107 1015 噪噪 声声较较 大大较较 小小热稳定性热稳定性差差好好抗辐射能力抗辐射能力差差强强制造工艺制造工艺较较 复复 杂杂简单、成本低简单、成本低第49页/共55页工工程程应应用用场效晶体管使用常识1.结结形形场场效效晶晶体体管管的的栅栅源源电电压压必必须须使使 PN 结结反反偏偏，不不能能接接反反。因因结结型型场场效效晶晶体体管管的的源源极极及及漏漏极极通通常常制制成成对对称称的的，所所以以原极和漏极可以调换使用。原极和漏极可以调换使用。2.绝绝缘缘栅栅场场效效晶晶体体管管中中，有有的的产产品品将将彻彻底底引引出出(有有四四个个管管脚脚)，此此时时源源极极和和

20、漏漏极极可可以以互互换换使使用用，但但有有的的产产品品在在制制造造时时已已把把源源极极和和衬衬底底连连接接在在一一起起，这这种种管管子子源源极极和和漏漏极极就就不不能调换使用。能调换使用。3.绝绝缘缘栅栅场场效效晶晶体体管管由由于于输输入入电电阻阻很很高高，如如果果在在管管脚脚开开路路状状态态下下保保存存，会会使使管管子子还还未未使使用用时时就就已已击击穿穿或或性性能能下下降降。因因此此，无无论论管管子子使使用用与与否否，都都应应将将三三个个电电极极短短路路或或用用铝铝箔包好。结型场效晶体管可以在开路状态下保存。箔包好。结型场效晶体管可以在开路状态下保存。第50页/共55页本章小结本章小结1.

21、晶晶体体三三极极管管是是一一种种电电流流控控制制器器件件，具具有有电电流流放放大大作作用用；使使用用时时有有三三种种基基本本连连接接方方式式，最最常常用用的的是是共共发发射射极极接接法法；有有三三种种工工作作状状态态，即即截截止止、饱饱和和和和放放大大状状态态；三三个个电电极极的的电电流流关关系系是是，在在放放大大状状态态时时；值值表表示示电电流流放放大大能能力力的的大大小小；ICBO、ICEO 反反映映了了管管子子温温度度稳稳定定性性；三三极极管管有有 NPN型型和和PNP型两大基本类型。型两大基本类型。2.场场效效晶晶体体管管是是一一种种电电压压控控制制器器件件，用用栅栅极极电电压压来来控

22、控制制漏漏极极电电流流；具具有有高高输输入入电电阻阻和和低低噪噪声声的的特特点点；表表征征管管子子性性能能的的有有转转移移特特性性曲曲线线、输输出出特特性性曲曲线线和和跨跨导导；它它有有结结型型场场效效晶晶体体管管和和绝绝缘缘栅栅场场效效晶晶体体管管两两大大类类，每每类类又又有有 P 沟沟道道、N沟沟道道的区别；绝缘栅场效晶体管另有增强型和耗尽型两种。的区别；绝缘栅场效晶体管另有增强型和耗尽型两种。第51页/共55页本章重点本章重点1.掌掌握握晶晶体体三三极极管管的的结结构构、工工作作电电压压、基基本本连连接接方方式式和和电电流分配关系。流分配关系。2.熟熟练练掌掌握握晶晶体体三三极极管管的的放放大大作作用用；共共发发射射极极电电路路的的输输入入、输出特性曲线；主要参数及温度对参数的影响。输出特性曲线；主要参数及温度对参数的影响。3.了解了解 MOS 管的工作原理、特性曲线和主要参数。管的工作原理、特性曲线和主要参数。第52页/共55页本章难点本章难点1.晶体三极管的放大作用。晶体三极管的放大作用。2.输入、输出特性曲线及主要参数。输入、输出特性曲线及主要参数。第53页/共55页学时分配学时分配序序 号号内内 容容学学 时时12.1晶体三极管晶体三极管422.2场效晶体管场效晶体管43本章小结本章小结4本章总课时本章总课时8第54页/共55页感谢您的观看。第55页/共55页