23_三极管资料

模拟与数字电路AnalogandDigitalCircuits23_三极管2020/2/10模拟与数字电路—三极管2内容提纲•三极管的结构类型•三极管的工作原理•三极管的特性曲线•三极管的主要参数2020/2/10模拟与数字电路—三极管3三极管分类•按结构分类：双极结型三极管NPNPNPN沟道P沟道结型MOS型场效应三极管增强型耗尽型增强型耗尽型N沟道P沟道2020/2/10模拟与数字电路—三极管4示例─三极管外形2020/2/10模拟与数字电路—三极管5双极结型三极管NPN截面图集电区基区NNP•内部结构特点–发射区掺杂浓度很高–基区很薄且掺杂浓度很低–集电区面积很大电路符号cbeNPNcbePNP发射区e:发射极(emitter)b:基极(base)c:集电极(collector)eb集电结发射结cBipolarJunctionTransistor，BJT2020/2/10模拟与数字电路—三极管6cBJT放大原理•放大的本质–利用小的基极电流，控制大的发射极和集电极电流•放大的条件–内部条件：内部独特的结构–外部条件：发射结正偏，集电结反偏beNNPRBVBBIBIEICRCVCCIC=βIB，(β1)IE=(1+β)IB2020/2/10模拟与数字电路—三极管7BJT电流分配关系•发射区多子电子向基区扩散形成电流IEN–在基区被复合的电子形成电流IBN–余下电子向集电区漂移形成电流ICN•基区多子空穴向发射区扩散形成电流IEP•集电结两侧少子形成漂移电流ICBO2020/2/10模拟与数字电路—三极管8一般ICBO,ICEO很小，所以有BJT电流分配关系(续)CBOECαIIICEOBCβIIICBOCEOβ1II）（EPEPENENCNα-1αβαIIIII故忽略，且因为，，设得：BECβαIIIBEβ1II）（，α、β：电流放大系数，与管子结构尺寸和掺杂浓度有关，α1(接近1,一般在0.98以上)，β12020/2/10模拟与数字电路—三极管9BJT连接方式•有三种连接方式，又称为三种组态•无论何种方式，要使BJT有放大作用，都必须保证：发射结正偏，集电结反偏共基极共发射极共集电极2020/2/10模拟与数字电路—三极管10BJT共射特性曲线─输入特性•类似于PN结的正向特性•vCE增大，特性曲线右移–保持vBE不变，vCE从零逐渐增大，集电结从正偏进入反偏，集电极收集电子，基区复合减少，IB减小•当vCE≥1V时，特性曲线几乎重合在一起，即vCE对输入特性几乎无影响iB=f(vBE)vCE=常数iBiC+–vBEvCE+–2020/2/10模拟与数字电路—三极管11iB=0BJT共射特性曲线─输出特性•截止区–发射结和集电结均为反偏–iB≈0，iC≈0•饱和区–发射结和集电结均为正偏–iC随vCE增大而增大–iC＜βiB•放大区–发射结正偏，集电结反偏–iC与vCE几乎无关–iC=βiBiC=f(vCE)iB=常数截止区放大区饱和区vCEiCOiB1iB2iB3iBiC+–vBEvCE+–2020/2/10模拟与数字电路—三极管12示例—判断BJT工作区域•根据测得的BJT三个电极对地电位，判断其工作区域发射结正偏集电结反偏放大发射结正偏集电结正偏饱和发射结反偏集电结反偏截止2020/2/10模拟与数字电路—三极管13BJT主要性能参数•直流电流放大系数•交流电流放大倍数=IC/IB在放大区相当大范围内:=IC/IB2020/2/10模拟与数字电路—三极管14BJT主要性能参数(续)•集电极最大允许电流ICM•集电极最大允许功耗PCMPCM=VCE*IC•反向击穿电压–V(BR)CEO：基极开路时，集电极和发射极间的击穿电压2020/2/10模拟与数字电路—三极管15场效应三极管•FieldEffectTransistor，FET，简称场效应管•利用输入电压产生的电场效应，控制输出电流，是一种电压控制电流型器件•由于起导电作用的是一种极性的多数载流子，又称单极型晶体管•具有输入阻抗高、功耗低、噪声低、热稳定好、工艺简单、易于大规模集成等特点•按结构分类：MOS型(MOSFET)和结型(JFET)2020/2/10模拟与数字电路—三极管16•按导电沟道类型分为MOSFET结构和符号•又称MOS管(Metal-Oxside-SemiconductorFET)增强型NMOS管剖面图N沟道:增强型、耗尽型gsdBgsdBgsdBgsdBP沟道:增强型、耗尽型2020/2/10模拟与数字电路—三极管17增强型NMOS管工作原理•VGSVT(开启电压)–d、s间没有形成导电沟道，即使施加电压，也无电流产生–称为夹断区或截止区•VGSVT–d、s间形成导电沟道，施加电压后，将有电流产生–VGS增大，导电沟道增厚，电阻率减小–称为可变电阻区2020/2/10模拟与数字电路—三极管18•在导电沟道形成后，保持VGS不变•增加VDS，ID随之增加–在VDS作用下，导电沟道呈锥形分布–当VGD=VT时，沟道出现预夹断•继续增加VDS，夹断区延长，但ID不随之增加–称为恒流区或饱和区增强型NMOS管工作原理(续)2020/2/10模拟与数字电路—三极管19增强型NMOS管特性曲线vgsgsdid+–vds+–id=f(vgs)vds=常数id=f(vds)vgs=常数转移特性曲线输出特性曲线2020/2/10模拟与数字电路—三极管20耗尽型NMOS管•在管子制造过程中，在栅极下方的绝缘层中掺入大量的金属正离子，从而预置了导电沟道–在正/负栅源电压下均可工作管芯剖面图电路符号gsdB2020/2/10模拟与数字电路—三极管21BJT与场效应管比较BJT（双极型）场效应管（单极型）导电特点多子和少子都参与导电只有一种多子导电控制方式电压/电流控制电流电压控制电流类型PNP、NPNN沟道、P沟道、增强型、耗尽型C、E一般不可倒置使用D、S一般可倒置使用输入电阻小很大噪声较大较小热稳定性差好抗辐射性差强制造工艺较复杂，不易大规模集成简单，易于大规模集成2020/2/10模拟与数字电路—三极管22TheEnd