第3講 半導(dǎo)體三極管和場(chǎng)效應(yīng)管

1、模 擬 電 子 技 術(shù)一、一、 三極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和分三極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和分類類二、二、 三極管的電流分配和放大作用三極管的電流分配和放大作用三、三、 三極管的特性曲線三極管的特性曲線四、四、 三極管的三極管的主要參數(shù)主要參數(shù)五、五、 三極管的選擇要點(diǎn)三極管的選擇要點(diǎn)六、六、 應(yīng)用電路舉例應(yīng)用電路舉例模 擬 電 子 技 術(shù)一、結(jié)構(gòu)、符號(hào)和分類一、結(jié)構(gòu)、符號(hào)和分類NNP發(fā)射極發(fā)射極 E基極基極 B集電極集電極 C發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié) 基區(qū)基區(qū) 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū) 集電區(qū)集電區(qū)emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型ECBECB特點(diǎn)特點(diǎn)：三區(qū)、三極、二結(jié)三區(qū)、三極

2、、二結(jié)。模 擬 電 子 技 術(shù)分類分類：按材料分：按材料分： 硅管、鍺管硅管、鍺管按功率分：按功率分： 小功率管小功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W模 擬 電 子 技 術(shù)雙極性晶體管的常見(jiàn)外形圖如圖雙極性晶體管的常見(jiàn)外形圖如圖 圖圖2.3.2 三極管外形圖三極管外形圖模 擬 電 子 技 術(shù)二、放大條件、電路及電流分配二、放大條件、電路及電流分配1. 三極管放大的條件三極管放大的條件內(nèi)部?jī)?nèi)部條件條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大集電結(jié)面積大外部外部條件條件發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏2. 滿足放大條件的三種電路滿足放大條件

3、的三種電路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共發(fā)射極共發(fā)射極共集電極共集電極共基極共基極即：對(duì)于即：對(duì)于NPN管，管， VC VB VE；對(duì)于；對(duì)于PNP管，管， VE VB VC。模 擬 電 子 技 術(shù)I IE E = = I IC C + + I IB BBCIIBE )1 (II3. 三極管的電流分配關(guān)系三極管的電流分配關(guān)系BCII共射電流放大倍數(shù)共射電流放大倍數(shù)，表征三極管的電，表征三極管的電流放大能力，一般為流放大能力，一般為20200之間之間.模 擬 電 子 技 術(shù)三、三、 三極管的特性曲線三極管的特性曲線一、輸入特性一、輸入特性輸入輸入回路回路輸出輸出回路回路常數(shù)常數(shù) C

4、E)(BEBuufi0CE u與二極管特性相似與二極管特性相似模 擬 電 子 技 術(shù)BEuBiO0CE uV 1CE u0CE uV 1CE u特性基本特性基本重合重合( (電流分配關(guān)系確定電流分配關(guān)系確定) )特性右移特性右移( (因集電結(jié)開(kāi)始吸引電子因集電結(jié)開(kāi)始吸引電子) )導(dǎo)通電壓導(dǎo)通電壓 UBE( (on) )硅管：硅管： (0.6 0.8) V鍺管：鍺管： (0.2 0.3) V取取 0.7 V取取 0.3 V模 擬 電 子 技 術(shù)二、輸出特性二、輸出特性常數(shù)常數(shù) B)(CECiufiiC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4

5、3211. 截止區(qū)：截止區(qū)： IB 0 IC = ICEO 0條件：條件：兩個(gè)結(jié)反偏兩個(gè)結(jié)反偏截止區(qū)截止區(qū)ICEO模 擬 電 子 技 術(shù)iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43212. 放大區(qū)：放大區(qū)：CEOBCIII 放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)條件：條件： 發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏特點(diǎn)：特點(diǎn)： 水平、等間隔水平、等間隔ICEO模 擬 電 子 技 術(shù)iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43213. 飽和區(qū)：飽和區(qū)：uCE u BEuCB = uCE u B

6、E 0條件：條件：兩個(gè)結(jié)正偏兩個(gè)結(jié)正偏特點(diǎn)：特點(diǎn)：IC IB臨界飽和時(shí)：臨界飽和時(shí)： uCE = uBE深度飽和時(shí)：深度飽和時(shí)：0.3 V ( (硅管硅管) )UCE( (SAT) )= =0.1 V ( (鍺管鍺管) )放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)ICEO模 擬 電 子 技 術(shù)三、溫度對(duì)特性曲線的影響三、溫度對(duì)特性曲線的影響1. 溫度升高，輸入特性曲線溫度升高，輸入特性曲線向左移。向左移。溫度每升高溫度每升高 1 C，UBE (2 2.5) mV。溫度每升高溫度每升高 10 C，ICBO 約增大約增大 1 倍。倍。BEuBiOT2 T1模 擬 電 子 技 術(shù)2. 溫度升高，輸出特性曲

7、線溫度升高，輸出特性曲線向上移。向上移。iCuCE T1iB = 0T2 iB = 0iB = 0溫度每升高溫度每升高 1 C， (0.5 1)%。輸出特性曲線間距增大。輸出特性曲線間距增大。O模 擬 電 子 技 術(shù)四、四、 三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)（一）電流放大系數(shù)（一）電流放大系數(shù)1. 共發(fā)射極電流放大系數(shù)共發(fā)射極電流放大系數(shù)iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321 直流電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù)BCCBOBCBOCBNCNIIIIIIII 交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù) BiiC一般為幾十一般為幾十 幾百幾百Q(mào)

8、82A1030A1045. 263 80108 . 0A1010A10)65. 145. 2(63 是是共射直流共射直流電流放大系數(shù)，電流放大系數(shù)，它也只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸它也只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無(wú)關(guān)。和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無(wú)關(guān)。 一般一般 1 模 擬 電 子 技 術(shù)iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43212. 共基極電流放大系數(shù)共基極電流放大系數(shù) 11BCCECIIIII 1 一般在一般在 0.98 以上。以上。 Q988. 018080 二、極間反向飽和電流二、極間反向飽和電流CB 極極間反向飽和電

9、流間反向飽和電流 ICBO，CE 極極間反向飽和電流間反向飽和電流 ICEO，又叫穿透電流。，又叫穿透電流。模 擬 電 子 技 術(shù)三、極限參數(shù)三、極限參數(shù)1. ICM 集電極最大允許電流，超過(guò)時(shí)集電極最大允許電流，超過(guò)時(shí) 值明顯降低。值明顯降低。2. PCM 集電極最大允許功率損耗集電極最大允許功率損耗PC = iC uCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 區(qū)區(qū)模 擬 電 子 技 術(shù)U( (BR) )CBO 發(fā)射極開(kāi)路時(shí)發(fā)射極開(kāi)路時(shí) C、B 極極間反向擊穿電壓。間反向擊穿電壓。3. U( (BR) )CEO 基極開(kāi)路時(shí)基極開(kāi)路時(shí) C、E 極極間反向擊穿電壓

10、。間反向擊穿電壓。U( (BR) )EBO 集電極極開(kāi)路時(shí)集電極極開(kāi)路時(shí) E、B 極極間反向擊穿電壓。間反向擊穿電壓。U( (BR) )CBO U( (BR) )CEO U( (BR) )EBO模 擬 電 子 技 術(shù)思考題思考題 1. 既然既然BJT具有兩個(gè)具有兩個(gè)PN結(jié)，可否用兩個(gè)二極管相聯(lián)以構(gòu)結(jié)，可否用兩個(gè)二極管相聯(lián)以構(gòu)成一只成一只BJT，試說(shuō)明其理由。，試說(shuō)明其理由。 2. 能否將能否將BJT的的e、c兩個(gè)電極交換使用，為什么？?jī)蓚€(gè)電極交換使用，為什么？ 3. 為什么說(shuō)為什么說(shuō)BJT是電流控制型器件？是電流控制型器件？例例 題題 例例2.3.1 圖圖2.3.1 所示各晶所示各晶體管處于放

11、大工作狀態(tài)，體管處于放大工作狀態(tài)，已知各電極直流電位。試已知各電極直流電位。試確定晶體管的類型（確定晶體管的類型（NPN /PNP、硅、硅/鍺），并說(shuō)明鍺），并說(shuō)明x、y、z 代表的電極。代表的電極。 x y z Vy=12V Vx=6.7V Vz=6V (a) (b) x y z Vy=-6V Vx=-12V Vz=-6.3V 圖圖2.3.1模 擬 電 子 技 術(shù)提示：提示： （1）晶體管工作于放大狀態(tài)的條件：）晶體管工作于放大狀態(tài)的條件：NPN管：管：VC VBVE，PNP管：管：VEVBVC；（；（2）導(dǎo)通電壓：硅管）導(dǎo)通電壓：硅管|VBE|= 0.60.7V，硅管，硅管|VBE|= 0

12、.20.3V，。為為基基極極，為為發(fā)發(fā)射射極極，為為集集電電極極鍺鍺管管，為為按按照照同同樣樣方方法法，可可判判斷斷硅硅管管。，故故該該管管為為于于是是且且該該管管為為硅硅管管為為集集電電極極，為為發(fā)發(fā)射射極極而而又又為為基基極極解解：bzeycxPNPbNPNVVVcyezVVVVVVVbxVVVaebcyxzxzxy)(,7 .03 .5,7 .0)( x y z Vy=12V Vx=6.7V Vz=6V (a) (b) x y z Vy=-6V Vx=-12V Vz=-6.3V 圖圖2.3.1模 擬 電 子 技 術(shù)例例2.3.2 已知已知NPN型硅管型硅管T1 T4 各電極的直流電位如表

13、各電極的直流電位如表2.3.1所所示，試確定各晶體管的工作狀態(tài)。示，試確定各晶體管的工作狀態(tài)。晶體管晶體管T1T2T3T4VB/V0.71-10VE/V00.3-1.70VC/V50.7015工作狀態(tài)工作狀態(tài)提示：提示： NPN管（管（1）放大狀態(tài)：）放大狀態(tài)：VBE Von, VCE VBE; （2）飽和狀態(tài)：飽和狀態(tài)： VBE Von, VCE VBE; （3）截止?fàn)顟B(tài)：）截止?fàn)顟B(tài)： VBE Von表表2.3.1放大放大飽和飽和放大放大 截止截止模 擬 電 子 技 術(shù)當(dāng)當(dāng) UCE = 10 V 時(shí)，時(shí)，IC mA當(dāng)當(dāng) UCE = 1 V，則，則 IC mA當(dāng)當(dāng) IC = 2 mA，則，則

14、UCE 107 MOSFET：RGS = 109 1015IDSSuGS /ViD /mAO模 擬 電 子 技 術(shù)4. 低頻跨導(dǎo)低頻跨導(dǎo) gm 常數(shù)常數(shù) DSGSDmUuig反映了反映了uGS 對(duì)對(duì) iD 的控制能力，的控制能力，單位單位 S( (西門(mén)子西門(mén)子) )。一般為幾。一般為幾毫西毫西 ( (mS) )uGS /ViD /mAQO模 擬 電 子 技 術(shù)四、場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較四、場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較 場(chǎng)效應(yīng)管的漏極場(chǎng)效應(yīng)管的漏極d 、柵極、柵極g和源極和源極s分別對(duì)應(yīng)晶體管分別對(duì)應(yīng)晶體管的集電極的集電極c、基極、基極b和發(fā)射極和發(fā)射極e，其作用類似。，其作用類似。 場(chǎng)效應(yīng)管以場(chǎng)效應(yīng)

15、管以柵柵-源電壓控制漏極電流源電壓控制漏極電流，是，是電壓控制電壓控制型器件型器件，且只有，且只有多子參與導(dǎo)電多子參與導(dǎo)電，是，是單極性晶體管單極性晶體管；三極管；三極管以基極電流控制集電極電流，是以基極電流控制集電極電流，是電流控制型器件電流控制型器件，晶體管，晶體管內(nèi)內(nèi)既有多子又有少子參與導(dǎo)電既有多子又有少子參與導(dǎo)電，是，是雙極性晶體管雙極性晶體管。 場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻遠(yuǎn)大于晶體管的輸入電阻場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻遠(yuǎn)大于晶體管的輸入電阻，其，其溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、噪聲系數(shù)小。溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、噪聲系數(shù)小。 場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極可以互換場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極可以互換，而互換后特性變

16、，而互換后特性變化不大；晶體管的集電極和發(fā)射極互換后特性相差很大，化不大；晶體管的集電極和發(fā)射極互換后特性相差很大，只有在特殊情況下才互換使用。但要注意的是，場(chǎng)效應(yīng)管只有在特殊情況下才互換使用。但要注意的是，場(chǎng)效應(yīng)管的某些產(chǎn)品在出廠時(shí)，已將襯底和源極連接在一起，此時(shí)，的某些產(chǎn)品在出廠時(shí)，已將襯底和源極連接在一起，此時(shí)，漏極和源極不可以互換使用。漏極和源極不可以互換使用。模 擬 電 子 技 術(shù) 場(chǎng)效應(yīng)管的場(chǎng)效應(yīng)管的種類多種類多，柵，柵-源電壓可正、可負(fù)，使用源電壓可正、可負(fù)，使用更靈活。更靈活。 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管集成工藝更簡(jiǎn)單、功耗小、工作電源電壓集成工藝更簡(jiǎn)單、功耗小、工作電源電壓范圍寬范圍寬

17、，使之更多地應(yīng)用于，使之更多地應(yīng)用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中。中。 一般情況下，由晶體管構(gòu)成的放大電路一般情況下，由晶體管構(gòu)成的放大電路具有更高的具有更高的電壓放大倍數(shù)和輸出功率電壓放大倍數(shù)和輸出功率。思考題思考題(1) 場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào)中的箭頭方向表示什么？場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào)中的箭頭方向表示什么？(2) 為什么為什么FET的輸入電阻比的輸入電阻比BJT的高得多？為什么的高得多？為什么MOSFET比比JFET的輸入電阻高？的輸入電阻高？(3) 場(chǎng)效應(yīng)管正常放大時(shí)，導(dǎo)電溝道處于什么狀態(tài)？場(chǎng)效應(yīng)管正常放大時(shí)，導(dǎo)電溝道處于什么狀態(tài)？(4) 使用使用MOS管應(yīng)注意些什么？管應(yīng)注意些什么？模 擬 電 子 技 術(shù)例例 題題 例例1.4.1 已知各場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線如圖已知各場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線如圖1.4.10 所所示。試分析各管子的類型。示。試分析各管子的類型。 -3V vDS/V VGS=0V -1V -1V -2V 1V VGS=0V iD/mA -2V iD/mA -2V -1V VGS=-4V -3V vDS/V vDS/V iD/mA (a) (b) (c) 圖圖1.4.10 例例1.4.1圖圖模 擬 電 子 技 術(shù)解解: (a) iD0（或（或vDS0），則該管為），則該管為N溝道；溝道； vGS 0，故為，故為JFET（耗盡型）。（耗盡型）。 (b