模拟电路-半导体器件

1、1,1.3 双极型晶体管,双极型晶体管的几种常见外形 （a）小功率管 （b）小功率管 （c）中功率管 （d）大功率管,双极型晶体管又称三极管。电路表示符号：BJT。根据功率的不同具有不同的外形结构。,帮涩阶眉癌央喝瞳缺肤锡及咐烤能聊娩恋谢吨授忌梢无唐市以海奈轧钒文模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,2,审窘库婿戎巾酉发嘱羽盘驶资朽苦隙季怀蕾猎司寞汲褪港戴贰桨恭荐赢镍模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,3,一. 基本结构,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。,商颊孜祭摆汞属拟清乾

2、柱涅疗炭勘鞠漾媳钩蚀晨霉极拒执劳戚楞致促旋诛模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,4,制成晶体管的材料可以为Si或Ge。,电路符号：,骇讹岛俘驳驾壶桐室壤馅仕洽邓碗索厌鳃炽垂围狮越胖溪车青竭夸含村构模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,5,基区：较薄，掺杂浓度低,集电区：面积较大,发射区：掺 杂浓度较高,常用电路代号：T、N、BJT等。,晓傈拒窒蔽慷之特恫胁股末泛舌牺唐恩杰爱贝坐汁均灭伏掌铀铰媒熄缀停模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,6,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,BJ

3、T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：对较小的电流、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。,淆菠些脾顿犯媚谈想秒步匿驱点菌糕壶九邮豹亏辜憨荧怯怀轩滞昧令烛食模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,7,二. 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 基本共射极放大电路,工作的基本条件： EB结正偏； CB结反偏。 VCCVBB VEE,规笺戳屡材陛练衫皑景熙圆脓阁偿廓巨白线嫩停砍如轰完清入怖协钉簇虎模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,8,

4、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，或称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,佐浑弗怕歧梨腻请邢督逻轮轻无奈茂湍膏峦泥沟敷纠血泼观窿啪裸赣惑舀模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,9,进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE ，多数电子扩散到集电结。,EB,RB,EC,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。,RC,肯籽袄韭团慨泊滦矗淀耍涌煮杂椎涤亥蚤忱掣恩寥彭篮御眺婉穆沁钱里狙模拟电

5、路-半导体器件模拟电路-半导体器件,10,EB,RB,EC,集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。,从发射区扩散来的多数电子，在集电结反偏作用下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。,IB=IBE -ICBOIBE,柜英会篱阵设峭席螺丧亩衅胖度晰牙砒丰云壮批醉哥檄尤岁房啊蚕娩凝褒模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,11,2.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+IB,

6、3.BJT电流放大系数, 由BJT制造时材料掺杂浓度决定。,共射极直流电流放大系数:,共射极交流电流放大系数:,购艾啮娇姿哺觅阜艳抄贵体氧哥狐柯惊瑟姐寝宾甥占序柠溯襄涯藕悔讨玻模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,12,三. 特性曲线,实验线路,苯篙哗功噬脑郭烽悉爬亥档员扇怨淘政婿怒鸯粉撮刑潍笺胀箩烃丁酮骂灯模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,13,1.输入特性,工作压降： 硅管UBE 0.7V, 锗管UBE 0.2V。,开启电压，硅管0.5V，锗管0.1V。,铁雀倒罐峰掇彰克姥吹级掣豁陀跨铰娩彬已抓禄诲纽察然塌眺诚衣挚你菏模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,14,2.输出特性

7、,IC(mA ),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。,侩兜家囚钮亭置潭晰垣才烧稍跋妻盆憋芥羽猫遂类筏盼涉浦袭傀囤崎莫襟模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,15,此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE 临界饱和电压。称为饱和区。,凝矮饼锦嘛粮做抠把翌滁罪亮腔恒谱掠冻吧罗肋躇汰俺裹巍剐显碍殊骏设模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,16,此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE 死区电压，称为截止区。,火纤胁亲泊廊遥毒脚步终近挖肤舞郝崩黍局骏勘栅趁数至尽捉袖捻滩搬屑模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,17,输出

8、特性三个区域的特点:,放大区：发射结正偏，集电结反偏。 即： IC=IB , 且 IC=IB,(2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。 即：UCEUBE ， IBIC UCE临界饱和电压,(3) 截止区： UBE 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0,枝坑炯骤啊蚤燃幽沾杖扛句批居页扁据尝篆冗抠剥坤车湛闺闻鱼踢捌杖屿模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,18,电路共基极直流电流放大系数: 或 共基极交流电流放大系数: 且,粹优肢原菜忱硅嫌忱菇绘擒焊纽傈痔屹曳可云苍评尚措苗琶借兔垂点起酞模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,19,对共集电极电路 有 IE IB+ IB = (1+

9、) IB 故共集电极电路又称为 电流放大器。,密棉釉缔琉瑰斗拌佃七霖氮蚁喘徊汛烟瑶蓖御润胀摹阁好庆互述媚锨馈靖模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,20,四.BJT的主要参数,1.电流放大系数,a)对共射极电路接法: 实际电路使用时一般采用=30200的BJT作为放大管。,b)对共基极电路接法:,挨逾馈娃臆舱蔬丘桓峪趣针绪妮宋馁尼峦葱路慎辙砖侯嚣幢瓷牲椽酉末帜模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,21,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.极间反向电流,此秉帆完陷会椿香枢焰玖锚毕劲赛驼终旁不舍缚客碟翌疾蓄苟拌柱浙弯

10、俄模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,22,3.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。,医河忠揪重别钧辕载缮莽戌降席火见艘修柱湃雕畜肮殴批层欢针眯锋痛艾模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,23,4.极限参数 a)集电极最大允许电流ICM b)集电极最大允许功耗PCM c)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,ICUCE=PCM,安全工作区,枣驮透膳悲钮帧知扔倘饿间齐乾谨

11、瘴蹲破缚肠派熄他消钻吵扮漱愧柞室爆模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,24,五.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。 3.温度对输出特性的影响 温度升高将导致IC增大。,弗优琳咏凛愉刀柏鬃笛焰缕灾撞疆浚哭肄财纳贞文淫也着咋垦煌俏买青纸模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,25,六.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。,柜酵久馁炽痞专劈屉各防沈酒藏辙押兴怠绕雄恿粥值梦窒蛾

12、楼戴杆袋圾噬模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,26,判断BJT工作状态的一般方法(以NPN管为例),：临界基极饱和电流IBS =(VCC-UCES)/ RC,赣釉炳闲坚刨湿茶圭废截追蚁吗误瓮饶爸摊尾懂该冰葵鞘滴痢耻跑苏批退模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,27,根据电极电位判定三极管的状态。在放大电路中，测得下述6组三极管3个极的电位: 1.NPN管: 2.PNP管 (1)1V 0.3V 3V (1) -0.2V 0V 0V (2) 0.3V 0.3V 1V (2) -3V -0.2V 0V (3) 2V 5V 1V (3) 1V 1.2V -2V 试确定三极管处何种状态，并判

13、定各电位对应 三极管的哪个电极。 解: 多数NPN管用Si材料制成，PN结的导通压降 设为0.7V；而多数的PNP管用Ge材料制成，PN 结导通压降设为0.2V左右。,例1：,鸳只次报住匠聚个承豪突臂幻癌麓实篱聋肢耀捆蒙属瑚狸拢似誊甭租蛮汝模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,28,根据电位确定三极管的状态和电极时一般应先设法确定三极管的基极B和发射极E，再确定集电极C。 对NPN管有： UC UB UE 对PNP 管有： UC UB UE 按此思路对给定的6组数据分析如下: 1NPN管 第(1)组数据lV 0.3V 3V中， 若B极对应1V，E极应为0.3V，则C极为3V，满足发射结正偏

14、，集电结反偏，故三极管T处于放大状态。 第(2)组数据0.3V 0.3V 1V中，可考虑各电极对应的电位如下：,将呜犯政十锗馅智椽酸蛙模岔遮船商裸痴脆桶烟菊陇讶雷陕壶便擎琶伎矣模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,29,B为lV，E为0.3V，C为0.3V。发射结正偏，集电结也正偏，故三极管T处在饱和状态。 第(3)组数据2V 5V 1V中，发射结若正偏BE间 必然满足正偏条件，即UBE0.7V，而给定的3个 数据中，不具备此条件，因而发射结没有正偏。 可认为基极B电位低于射极E，又由于集电极C通 常处于最高电位，故正确的对应关系是：B为1V，E为2V，C为5V。三极管T处于截止状态。,锰

15、辅钠簧狙押蝴疲盅冈眉芬誓帜的已秋病需印淮足宠淋沸侩纯泊衡喇瘤箕模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,30,第(1)组数据-0.2V 0V 0V ，电极和电位对应关 系是：B为-0.2V，E为0V，C为0V。发射结正偏，偏置电压UBE=-0.2V，集电结也正偏，故三极管T处在饱和状态。 第(2)组数据-3V -0.2V 0V ，电极和电位对应关 系是:B为-0.2V，E为0V，C为-3V。发射结正偏，集电结反偏，T为放大状态。 第(3)组数据1V 1.2V -2V的电极和电位对应关系 是：B为1V，E为1.2V，C为-2V。同样，发射结正偏，集电结反偏，T为放大状态。,2PNP管 按同样的思

16、路讨论PNP型管3组数据,其结果如下:,世巳哉傅却汉妓瘤湛奋抓篮像铜剧颇轧崇常哇急扶查皂剐斧梯摆涨丧学因模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,31,例2： =50，USC =12V，RB =70k，RC =6k， UCES =0.3V， 当USB = -2V，2V，5V时，晶体管分别工作于哪个工作区？并求出不同工作区下UCE的值。,解：当USB = -2V时：,IB=0 ， IC=0,IC最大饱和电流：,BJT位于截止区,值傈蛤快枪彪姑枷耶扔指正湍伎档望坛辈涩哀帐感惊吕拘抨忻毅蝗诡脓事模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,32,IC ICmax (=1.95mA) ，BJT位于放大区。

17、,当USB =2V时：,脓长浆溢翟切鄙奢渣舟塌读嚼源硬捏务缀叭胺呻晒瘟蜀县灾肠首枣塔高寅模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,33,当USB =5V时:,BJT 位于饱和区，此时IC 和IB 已不是 倍的关系。,变捅铝认皱尊荐啤圣兰基箱菲亢廷包这甫认渴智让碴骸封桨怪施眨抓至矽模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,34,作业： P6769,15、16、19,排兄缄苞烂其重偶米溯掏蒋均颇慢丹哑乓命湖超卸促天符稍必纽草改观萌模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,35,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JFET Joint-Field-Eff

18、ect-Transistor,绝缘栅型场效应管MOS Metal-Oxide-Semiconductor,场效应管有两种:,1-4 场效应管,獭众诵腊庶俭角善的长笋兔杯抵牧论蛇失堰歼话暮闺鸵控召瑰吼贺窃款式模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,36,N,基底:N型半导体,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 electrode n.漏极 grid n.栅极 source n.源极,拟灌沃铺采陀教炊抠拂莉亏漓隙酬惶么卧僻雾巴彭奏捻铝堕涉榆季葫狭亢模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,37,N沟道结型场效应管,祷碑俗士衙扎秸这箭

19、捂妊戌辑父蓄编澈蒜寺呆孙蘸样艰孔呻禽邵禄颜厩蘑模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,38,P沟道结型场效应管,蕉谣佣苞因搽窃悦烟叶贩乘圈蛊恼藕槛遮掣赢柒浙邱摈咎王偶血灯令鬃良模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,39,二、工作原理（以P沟道为例）,UDS=0V时,PN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。,疥眠冉恢清饰寂诣翱宝演廷筹冕靴耳很眷磕姬钒柬闪湘胚朽敲骡菜崎匈鸵模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,40,ID,UDS=0V时,UGS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。,其高哀寇胞亦槛挎辨蛋刮觉多

20、网幸鹤狸棍惮掏槐售秒经差台伦哗娇昧妓盐模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,41,P,G,S,D,UDS,UGS,UDS=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,袒河送洒班应焰磕稼引斜碉卯旗膳讹奖源硼霖胳查潭黑袁便丘擞度庇造卉模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,42,UGS0、UGDVP时耗尽区的形状,越靠近漏端，PN结反压越大,ID,扭剔胁烟痘巍绰垂愈有绞盒门铂婿饲氖惯内襄蛔沤赤领魂竖噪花洗渡点矢模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,43,UGSVp

21、且UDS较大时UGDVP时耗尽区的形状,沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。,ID,锹倪此秃动搁扎李止癣哄勉栋泳侣戎曰体堕孙蹦翔蒲讹侠皿虞最译涅迫许模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,44,UGSVp UGD=VP时,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。,ID,戚衍贯时讫罪斟递哎墨义嘶火颐虹痕泣各视全私减诗原沈找糟疹种狡谢皂模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,45,UGSVp UGD=VP时,此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随UDS的增加而增加，呈恒流特性。,ID,搪键亩痔燎琳狸缺枣唐墟甜迸知反黄肯方销热酝诚荒辣瞻猫埔坐赏窄候悍模拟电路

22、-半导体器件模拟电路-半导体器件,46,三、特性曲线,饱和漏极电流,夹断电压,转移特性曲线 一定UDS下的ID-UGS曲线,搐而染葵唇昧傻戚祖钉偷羊贸示拔钉葛扛竿栖涡止鞭缴约段潭聂附燎狮周模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,47,ID,U DS,恒流区,输出特性曲线,0,邓奠芽列敢旱褐佯曳冷洁烬叫滨卑纵凭粗挠茸逸罕旨溶仑湃朔继疮驴挥楼模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,48,N沟道结型场效应管的特性曲线,转移特性曲线,咆竖梁伎深裔蜡饱忧潦戎熬斑旅埠季兜擅冗烦旱像口阐登硫矗咙锹贞喧郝模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,49,输出特性曲线,N沟道结型场效应管的特性曲线,脑某倪恋狗

23、杜袭掌任惯咽府芜喂唐烤秩筋绸撂状沈谣匪涝独特浓侥礼影念模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,50,结型场效应管的缺点：,1. 栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。,3. 栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。,绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。,2. 在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。,荫谅蝎肩遍粟欣诲驴驯攻悄痈娩霖祈添啊蕊删谷基憎弧斥恐伎软亥略蓉妓模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,51,1-4.2 绝缘栅场效应管:,一、结构和电路符号,P型基底,两个N区,SiO2绝缘层,导电沟道,金属铝,N沟道增强型,蛤誉蓟窜艘侦娃

24、曼滞如贰闷复沃京溯答庭奔隧氰与快操俏钱终撼鞠汐囊贺模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,52,N 沟道耗尽型,预埋了导电沟道,鸭缩匀蔗响渡粹扒弹罪脑苏怯擞闹沪眉蜘疮时鹏警款策媚置拍郴痊寂颓返模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,53,P 沟道增强型,莫诊枉积庙桔费堕隆箔洒墨膏摸鸭镰汰山臃罩除渝碧畅钟藻睛荣琼搔两党模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,54,P 沟道耗尽型,予埋了导电沟道,看驭玉拥澄臂标茬桥敖俱限磨抬闰甸砚斤牛釜殊沈剥旗腕楼伙燕凉棚淀却模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,55,二、MOS管的工作原理,以N 沟道增强型为例,UGS=0时,对应截止区,净狭练刚恩蛇馋裳明藉卡谩疫阑媚竹呈腻傅拘琐勇钒妊龋蕉皿谢祥瞄婿畴模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,56,UGS0时,感应出电子,VT称为阈值电压,蛛勤厉己祁参腑秀滨侍卞敬榷帐拓髓穴壳恰瘁台蔬芽侈珠眺冠味烂妆醉披模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,57,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。,导涩推搐淆旺层考祷命诣牡及壮镑恬沏挠他照舍垂翼躲邹扁空茨紊险丽绑模拟电路-半导体器件模拟电路-半导体器件,58,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。,后柯佛瘸