三极管及MOS管的讲解课件

※双极性晶体三极管

※场效应半导体三极管（场效应管FET）

第3章、三極管及MOS管的講解3.1双极性晶体三极管3.3.1晶体管的结构晶体管的结构示意图如图02.01所示。它有两种类型：NPN型和PNP型。中间部分称为基区，相连电极称为基极，用B或b表示（Base）；一侧称为发射区，相连电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）；另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。E-B间的PN结称为发射结，C-B间的PN结称为集电结。双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。从外表上看两个N区(或两个P区)是对称的，实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米。1、晶体管中载流子的移动双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。现以NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系，见图02.02。图02.02双极型三极管的电流传输关系2、晶体管电路中的电流方式(1)三种组态双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见图02.03。共发射极接法，发射极作为公共电极；共集电极接法，集电极作为公共电极；共基极接法，基极作为公共电极。

1)共射接法中的电流传输方程式通过改变IB可控制IC的变化。IC≈

IE＝

(IC＋IB)＝

IC＋

IB（1－

）IC≈

IBIC≈

IB＝

IB控制系数（传输系数）

≈IC／IB

称为直流共射集-基电流比或直流电流放大倍数。3.3.2共射接法晶体管的特性曲线共发射极接法的供电电路和电压-电流关系如图02.04所示。图02.04共发射极接法的电压-电流关系2、输出特性曲线输出特性曲线——IC＝f（UCE）共发射极接法的输出特性曲线如图02.06所示，它是以IB为参变量的一族特性曲线。输出特性曲线可以分为三个区域。现以其中任何一条加以说明，当UCE=0V时，因集电极无收集作用，IC=0。当UCE微微增大时，发射结虽处于正向电压之下，但集电结反偏电压（UCB=UCE—UBE）很小，收集电子的能力很弱，IC主要由UCE决定，此区域称为饱和区。当UCE增加到使集电结反偏电压较大时，运动到集电结的电子基本上都可以被集电区收集，此后UCE再增加，电流也没有明显的增加，特性曲线进入与UCE轴基本平行的区域(这与输入特性曲线随UCE增大而右移的原因是一致的)，此区域称为放大区。图02.06共发射极接法输出特性曲线（1）截止区——IC接近零的区域，相当IB=0的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。（2）放大区——IC平行于UCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。实际上，大约在UCE>1V和IB>0的区域是输出特性曲线族上的放大区。此区为放大电路中晶体管应处的工作区域。在放大区中，根据每条曲线对应的IB和IC值，就可估算

＝IC／IB；另外，根据两条曲线所对应的变化值△IB和△IC，可以估算出晶体管的另一重要参数，即交流共射集-基电流比或交流电流放大倍数，表示为

β＝△IC／△IB3.3.5晶体管的类型、型号及选用原则1、类型与型号国家标准对半导体器件型号的命名方法及符号规定见教材表1-1所示。命名举例如下：

3DG110B用字母表示同一型号中的不同规格

用数字表示同种器件型号的序号

用字母表示器件的种类

用字母表示材料

三极管第二位：A表示锗PNP管、B表示锗NPN管、C表示硅PNP管、D表示硅NPN管第三位：X表示低频小功率管、D表示低频大功率管、G表示高频小功率管、A表示高频小功率管、K表示开关管。2、选用原则1）在同一型号的管子中，应选反向电流小的，这样的管子温度稳定性能较好。值不宜选得过高，否则管子性能不稳定。2）若要求管子的反向电流小，工作温度高，则应选硅管；而当要求导通电压较低时，则应选锗管。3）若要求工作频率高，必须选用高频管或超高频管；若用于开关电路，则应选用开关管。4）必须使管子工作在安全区：注意PCM、ICM、U(BR)CEO值

3.3.2场效应半导体三极管（场效应FET）半导体三极管有两大类型，一是双极型半导体三极管

二是场效应半导体三极管双极型半导体三极管是由两种载流子（故称双极性器件）参与导电的半导体器件，它由两个PN结组合而成，是一种CCCS器件。场效应型半导体三极管仅由一种载流子（故又称单极性器件）参与导电，是一种VCCS器件。场效应管从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。从场效应管的结构来划分，它有结型场效应管JFET(JunctiontypeFieldEffectTransister)和绝缘栅型场效应三极管IGFET(InsulatedGateFieldEffectTransister)之分。IGFET也称金属-氧化物-半导体三极管MOSFET（MetalOxideSemicon-ductorFET）。场效应管的具体分类：结型场效应管（JFET）绝缘栅型场效应管（IGFET）同理,可构成P沟道结型场效应管,如图02.20所示。图形符号中，箭头方向是指P＋N结的正偏方向。图02.19N沟道结型场效应管的结构图02.20P沟道结型场效应管的结构结型场效应管的工作原理

（1）栅源电压对沟道的控制作用（2）漏源电压对沟道的控制作用3.3.4绝缘栅场效应管结型场效应管的直流输入电阻（栅源间的电阻）是反偏PN结的电阻，由于存在饱和反向电流，故输入电阻不可能达到很高，一般只能达到107Ω以上。要求更高，则需采用绝缘栅场效应管。MOS管分耗尽型和增强型两大类，而每一类中又有N沟道和P沟道之分。耗尽型是指在UGS=0时，管内已建立沟道，加上漏源电压UDS，便会产生漏极电流ID。以后，加上适当极性的UGS，ID逐渐减小（耗尽）。增强型是指在UGS=0时，管内无沟道，加上漏源电压UDS，不会产生漏极电流ID。只有当UGS具有一定极性且达到一定数值之后，管子内才会产生导电沟道（增强）。

(a)结构示意图(b)转移特性曲线图02.17N沟道耗尽型MOSFET的结构和转移特性曲线、P沟道耗尽型MOSFETP沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。伏安特性曲线场效应三极管的特性曲线类型比较多，根据导电沟道的不同以及是增强型还是耗尽型可有四种转移特性曲线和输出特性曲线，其电压和电流方向也有所不同。有关曲线绘于图02.18之中。适宜大规模和超大规模集成不易大规模集成集成工艺易受静电影响不受静电影响静电影响较小，并有零温度系数点受温度影响较大温度特性较小较大噪声电压控