第4讲晶体三极管

1、第四讲 晶体三极管一、晶体管的结构和符号二、晶体管的放大原理三、晶体管的共射输入特性和输出特性四、温度对晶体管特性的影响五、主要参数一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号多子浓度高多子浓度高多子浓度很多子浓度很低，且很薄低，且很薄面积大面积大晶体管有三个极、三个区、两个晶体管有三个极、三个区、两个PN结。结。小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理（集电结反偏），即（发射结正偏）放大的条件BECECBonBE0uuuUu 扩散运动形成发射极电流扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极，复合运动形成基极电流电流IB，漂移运动形成集电极电流

2、，漂移运动形成集电极电流IC。少数载少数载流子的流子的运动运动因发射区多子浓度高使大量因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使极少因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合数扩散到基区的电子与空穴复合因集电区面积大，在外电场作用下大因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴基区空穴的扩散的扩散 电流分配：电流分配： I IE EI IB BI IC C I IE E扩散运动形成的电流扩散运动形成的电流 I IB B复合运动形成的电流复合运动形成的电流 I IC C漂移

3、运动形成的电流漂移运动形成的电流1ECiiBEBCBC)(1 IIiiII直流电流直流电流放大系数放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数共基交流放大系数穿透电流不计，动态电流iB不大的情况下三、晶体管的共射输入特性和输出特性三、晶体管的共射输入特性和输出特性CE)(BEBUufi 为什么为什么UCE增大曲线右移？增大曲线右移？ 对于小功率晶体管，对于小功率晶体管，UCE大于大于1V的一条输入特性曲线的一条输入特性曲线可以取代可以取代UCE大于大于1V的所有输入特性曲线。的所有输入特性曲线。为什么像为什么像PN结的伏安特性？结的伏安特性？为什么为什么UCE增大到一定值曲增大到一定值曲线右移就不

4、明显了？线右移就不明显了？1. 输入特性输入特性2. 输出特性输出特性B)(CECIufi 对应于一个对应于一个IB就有一条就有一条iC随随uCE变化的曲线。变化的曲线。 为什么为什么uCE较小时较小时iC随随uCE变变化很大？为什么进入放大状态化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？曲线几乎是横轴的平行线？饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区BiCi常量CEBCUii晶体管的三个工作区域晶体管的三个工作区域 晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅几乎仅仅决定于输入回路的电流决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流，即可

5、将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源控制的电流源iC 。状态状态uBEiCuCE截止截止UonICEOVCC放大放大 UoniB uBE饱和饱和 UoniB uBE四、温度对晶体管特性的影响四、温度对晶体管特性的影响 BEBBBECBO )(uiiuIT不变时不变时，即，即不变时不变时 五、主要参数 直流参数直流参数： 、 、ICBO、 ICEOc-e间反向击穿电压间反向击穿电压最大集电最大集电极电流极电流最大集电极耗散功最大集电极耗散功率，率，PCMiCuCE安全工作区安全工作区 交流参数：交流参数：、fT（使1的信号频率） 极限参数极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO、 U（BR

6、）CBO、 U（BR）EBOECII1ECiiU（BR）CBO U（BR）CEO U（BR）EBO讨论一1. 分别分析分别分析uI=0V、5V时时T是工作在截止状态还是导通状态；是工作在截止状态还是导通状态；2. 已知已知T导通时的导通时的UBE0.7V，若，若uI=5V，则，则在什么范围内在什么范围内T处于放大状态处于放大状态?在什么范围内在什么范围内T处于饱和状态？处于饱和状态？讨论 通过通过uBE是否大于是否大于Uon判断管子判断管子是否导通。是否导通。A43mA)1007 . 05(bBEIBRUuimA26. 2mA)57 . 012(7 . 0cCCCmaxRVi6 .52BCma

7、xii临界饱和时的临界饱和时的大于52.6处于饱和，小于则处于放大。一、场效应管一、场效应管（以（以N沟道为例）沟道为例） 场效应管有三个极：源极（场效应管有三个极：源极（s）、栅极（）、栅极（g）、漏极（）、漏极（d），），对应于晶体管的对应于晶体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。可变电阻区，对应于晶体管的截止区、放大区、饱和区。1. 结型场效应管结型场效应管导电导电沟道沟道源极源极栅极栅极漏极漏极符号符号结构示意图结构示意图栅栅- -源电压对导电沟道宽度的控制作用源电压对导电沟道宽度的控制作用

8、沟道最宽沟道最宽沟道变窄沟道变窄沟道消失沟道消失称为夹断称为夹断 uGS可以控制导电沟道的宽度。为什么可以控制导电沟道的宽度。为什么g-s必必须加负电压？须加负电压？UGS（off）漏漏- -源电压对漏极电流的影响源电压对漏极电流的影响uGSUGS（off）且不变，且不变，VDD增大，增大，iD增大增大。预夹断预夹断uGDUGS（off）VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，的电阻，iD几乎不变，进入恒流区，几乎不变，进入恒流区，iD几乎仅仅决定于几乎仅仅决定于uGS。场效应管工作在恒流区的条件是什么？场效应管工作在恒流区的条件是什么？uGDUGS （off）u

9、GDuGSUGS（off）且且uGDUGS（off）。2GS(off)GSDSSD)1 (UuIi在恒流区时对于工作于可变电阻区的场效应管，不同的对于工作于可变电阻区的场效应管，不同的UDS，转移特性曲线差别很大转移特性曲线差别很大。常量GS)(DSDUufig-s电压控电压控制制d-s的等的等效电阻效电阻输出特性输出特性常量DSGSDmUuig预夹断轨迹，预夹断轨迹，uGDUGS（off）可可变变电电阻阻区区恒恒流流区区iD几乎仅决几乎仅决定于定于uGS击击穿穿区区夹断区（截止区）夹断区（截止区）夹断电压夹断电压IDSSiD 不同型号的管子不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。将不

10、同。低频跨导：低频跨导：2. 绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管(gs、gd间采用间采用SiO2绝缘）绝缘） uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。区相接时，形成导电沟道。增强型管增强型管SiO2绝缘层绝缘层衬底衬底耗尽层耗尽层空穴空穴高掺杂高掺杂反型层反型层大到一定大到一定值才开启值才开启UDS=0增强型增强型MOS管管uDS对对iD的影响的影响 用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N沟道增强型沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？管工作在恒流

11、区的条件是什么？ iD随随uDS的增大而的增大而增大，导电沟道沿增大，导电沟道沿源漏方向变窄，可源漏方向变窄，可变电阻区变电阻区 uGDUGS（th）,预夹断预夹断 iD几乎仅仅受控几乎仅仅受控于于uGS，恒流区，恒流区刚出现夹断刚出现夹断uDS的增大几乎全部用的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻来克服夹断区的电阻uDS增大增大 uGD减小减小耗尽型耗尽型MOS管管 耗尽型耗尽型MOS管在管在 uGS0、 uGS 0、 uGS 0时均可导时均可导通，由于通，由于SiO2绝缘层的存在，在绝缘层的存在，在uGS0时仍保持时仍保持g-s间电阻间电阻非常大的特点。非常大的特点。加正离子加正离子小到一定小

12、到一定值才夹断值才夹断uGS=0时就存在时就存在导电沟道导电沟道1)增强型增强型MOS管管2)耗尽型耗尽型MOS管管开启开启电压电压夹断夹断电压电压DGS(th)GSDO2GS(th)GSDOD2) 1(iUuIUuIi时的为式中在恒流区时，2GS(off)GSDSSD)1 (UuIi在恒流区时3. 场效应管的分类场效应管的分类工作在恒流区时工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性间的电压极性)0(P)0(N)00(P)00(N)00(P)00(NDSGSDSGSDSGSDSGSDSGSDSGS极性任意，沟道极性任意，沟道耗尽型，沟道，沟道增强型绝缘栅型，沟道，沟道结型场效应管uuuuuuuuuuuu场效应管的参数场效应管的参数直流参数：开启电压UGS(th)、夹断电压UGS(off)、饱和漏极电流IDSS、直流输入电阻交流参数：低频跨导低频跨导gm，表示UGS对ID的控制强弱。极间电容极限参数：最大漏极电流、击穿电压、最大耗散功率场效