晶体管原理精品课件

1、晶体管原理1第1页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四一. 基本结构BECNNP基极发射极集电极NPN型PNP集电极基极发射极BCEPNP型 由两个掺杂浓度不同且背靠背排列的PN结组成，根据排列方式的不同可分为NPN型和PNP型两种,每个PN结所对应区域分别称为发射区、基区和集电区。2第2页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三极管制成晶体管的材料可以为Si或Ge。3第3页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四BECNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺

2、杂浓度较高4第4页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四BECNNP基极发射极集电极发射结集电结 BJT是非线性元件，其工作特性与其工作模式有关：当EB结和CB结均加正偏时,BJT处于饱和模式;当EB结加零偏或反偏、CB结加反偏时,BJT处于截止模式。当EB结加正偏, CB结加反偏时,BJT处于放大模式;BJT主要用途是对变化的电流、电压信号进行放大，饱和模式和截止模式主要用于数字电路中。5第5页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四二. 电流放大原理以NPN型BJT为例讨论，其结论同样适用于PNP型BJT，不同的是外加电压与前者相反。输入回路输出回路共射极放大

3、电路工作的基本条件：EB结正偏；CB结反偏。VCCVBB VEE6第6页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四BJT的放大作用可表现为：用较小的基极电流控制较大的集电极电流，或将较小的电压按比例放大为较大的电压。a)EB结加正偏,扩散运动形成IE。 b)扩散到基区的自由电子与空穴复合形成IB。c)CB结加反偏,漂移运动形成IC。1BJT内部载流子运动7第7页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四BECNNPEBRBECIE基区空穴向发射区的扩散可忽略。IBE进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE ，多数扩散到集电结。发射结正偏，发射区电子不断向基区

4、扩散，形成发射极电流IE。RC8第8页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四BECNNPEBRBECIE集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBOICEIBEICE从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。ICBO：发射极开路时集电结反向饱和电流 ICEO ：基极开路时集电极与发射极在VCC 反偏作用下的电流 ，称为穿透电流。分析时可忽略，但可反映BJT的质量。9第9页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四IB=IBE -ICBOIBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO

5、 ICEIBE10第10页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四2.电流分配关系忽略对极间电流影响较小的电子和空穴运动形成的电流，BJT中电流关系为： IE=IC+IB3.BJT电流放大系数共射极直流电流放大系数: IC / IB IE (1+ ) IB共射极交流电流放大系数: iC /iB ， 由BJT制造时材料掺杂浓度决定。11第11页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四三. 特性曲线 实验线路ICmAAVVUCEUBERBIBECEB输入回路输出回路RC12第12页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四1.输入特性工作压降： 硅管UBE0

6、.60.7V,锗管UBE0.20.4V。UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE=0VUCE =0.5V 死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。13第13页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四2.输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。14第14页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中UCEUB

7、E,集电结正偏，IBIC，UCE 0.3V称为饱和区。15第15页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UcEIC，UCE0.3V (3) 截止区： UBE 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 17第17页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四电路共基极直流电流放大系数: IC / IE IE=IC+IB= IC / IC / IB = /（1- ）= 或 = / (1+ ) 共基极交流电流放大系数: iC /I 且 18第18页

8、，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四对共集电极电路 有 IE IB+ IB = (1+ ) IB故共集电极电路又称为电流放大器或电压跟随器。19第19页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四四.BJT的主要参数1.电流放大系数 a)对共射极电路接法: IC / IBiC /iB 实际电路使用时一般采用=3080的BJT 作为放大管。 b)对共基极电路接法: IC / IEiC /iE 20第20页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四a) C-B极反向饱和电流ICBO硅管小于锗管，而且受温度影响较大。应用时选用ICBO较小的BJT。2.极间反向

9、电流 b) C-E极反向饱和电流ICEOB极开路时，C-E极间的穿透电流有ICEO=(1+) ICBO21第21页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四3.特征频率fT BJT工作在交流状态下，由于结电容的作用，信号频率增大使下降并产生相移，使下降为1时的信号频率称为特征频率fT 。应尽量选用fT较高的BJT。22第22页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四4.极限参数a)集电极最大允许电流ICMb)集电极最大允许功耗PCMc)极间反向击穿电压 UCBO:大小可从几十至 上千伏。 UCEO:与ICEO相关， UCEO UCBO。 UEBO:大小从1/1010V

10、ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区23第23页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四五.温度对BJT特性的影响1.温度对ICBO的影响 温度每升高10时, ICBO约增加一倍。2.温度对输入特性的影响 温度升高，输入特性曲 线将左移。2.温度对输出特性的影响 温度升高将导致IC增大。24第24页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四六.光电三极管 利用光照强度来控制集电极电流大小，可等效为一只光电二极管与一只BJT连接组成，引出线为集电极和发射极，目前应用较多。25第25页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四例： =5

11、0， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时，晶体管分别工作于哪个工作区？当USB = -2V时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0 ， IC=0IC最大饱和电流：（忽略BJT饱和压降）Q位于截止区 26第26页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时，晶体管分别工作于哪个工作区？IC ICmax (=2mA) ， Q位于放大区。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB =2V时：27第27页，共63

12、页，2022年，5月20日，1点41分，星期四USB =5V时:例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时，晶体管分别工作于哪个工作区？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于饱和区，此时IC 和IB 已不是 倍的关系。28第28页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四判断BJT工作状态的一般方法(以NPN管为例) 状 态 方 法截止放大饱和发射结反偏或零偏正偏正偏集电极反偏反偏正偏或零偏极电压UBEUonUBEUon(硅管Uon =0.7V 锗管Uon =0.4V)(临界饱和压降UCES硅管UCES =

13、0.5V锗管UCES=0.2V )UCEUBEUCEUBE(UCES UC 0IBS*极电流IC0 IB IB极电流IE0(1+ )IB(1+ )IB:临界饱和电流IBS =(VCC-UCES)/ RC29第29页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四作业： P676915、16、18*、1930第30页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管JFETJoint-Field-Effect-Transistor绝缘栅型场效应管MOSMetal-Oxide-Semiconductor场效应

14、管有两种:1-4 场效应管31第31页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四N基底:N型半导体PP两边是P区G(栅极)S源极D漏极一、结构1-4.1 结型场效应管:导电沟道drain electroden.漏极gridn.栅极sourcen.源极32第32页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四NPPG(栅极)S源极D漏极N沟道结型场效应管DGSDGS33第33页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四PNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管DGSDGS34第34页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四二、工作原理（以P沟道为

15、例）UDS=0V时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。35第35页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时NNUGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。36第36页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四PGSDUDSUGSNNUDS=0时UGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS 0V，漏极电流ID=0A。ID夹断电压Pinch off voltage 37第37页，共

16、63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四PGSDUDSUGSUGS0、UGDVP时耗尽区的形状NN越靠近漏端，PN结反压越大ID38第38页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四PGSDUDSUGSUGSVp且UDS较大时UGDVP时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。ID39第39页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四GSDUDSUGSUGSVp UGD=VP时NN漏端的沟道被夹断，称为预夹断。UDS增大则被夹断区向下延伸。ID40第40页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四GSDUDSUGSUGS0时UGS足够

17、大时（UGSVT）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。感应出电子VT称为阈值电压52第52页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。PNNGSDUDSUGS53第53页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四PNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。54第54页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS 继续增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD

18、=VT 时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。55第55页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四三、增强型N沟道MOS管的特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT56第56页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四输出特性曲线IDU DS0UGS057第57页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。转移特性曲线0IDUGSVT58第58页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四输出特性曲线IDU DS0UGS=0UGS059第59页，共63页，2022年，5月20日，1点41分，星期四单结晶体管和可控硅单结晶体管由一个PN结构成的负阻器件可控硅又称晶闸管, 由三个PN结构成的大功率可控整流器件, 请自学60第60页，共63页，202