模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第4版） 課件 【ch02】晶體三極管基礎(chǔ)

第二章模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4版)晶體三極管基礎(chǔ)“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材01雙極型晶體三極管雙極型晶體三極管BJT的工作原理1.BJT結(jié)構(gòu)BJT的發(fā)射極與集電極不能交換使用，這是因為BJT并非對稱結(jié)構(gòu)。除了集電結(jié)面積比發(fā)射結(jié)面積大以外，BJT的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還具有以下兩個重要特點：①發(fā)射區(qū)雜質(zhì)密度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)密度。②基區(qū)非常薄(0.1μm到幾微米)。這兩個特點是BJT能夠放大信號的內(nèi)部條件。雙極型晶體三極管BJT的工作原理雙極型晶體三極管BJT的工作原理2.BJT的三種基本組態(tài)BJT是三端器件，在接入工程電路的具體應(yīng)用中，往往將其中的某一個電極作為輸入端，另一個電極作為輸出端，第三個電極作為輸入、輸出端口的公共端，即將其作為雙口器件來使用(二極管是單口器件)。雙極型晶體三極管BJT的工作原理3.BJT偏置方式及電流分配關(guān)系與二極管類似，晶體三極管各電極上所加的直流電壓或直流電流稱為偏置，偏置方式不同，晶體三極管的工作狀態(tài)將不相同。雙極型晶體三極管BJT的工作原理4.BJT偏置電壓與電流的關(guān)系雙極型晶體三極管BJT的靜態(tài)特性曲線1.共射輸入特性曲線共射輸入特性曲線是指BJT在共射組態(tài)下，輸入端口的直流電流與電壓的伏安特性曲線族。雙極型晶體三極管BJT的靜態(tài)特性曲線2.共射輸出特性曲線共射輸出特性曲線是以輸入端口電流iB為參變量，反映了輸出端集電極電流iC隨輸出端口集-射電壓uCE變化的特性曲線。雙極型晶體三極管BJT的靜態(tài)特性曲線3.溫度對BJT特性曲線的影響當(dāng)溫度增加時，共射輸入特性曲線會左移，左移量約為2~2.5mV/℃。這一特性與PN結(jié)正向伏安曲線的溫度特性相似。雙極型晶體三極管BJT主要參數(shù)BJT的特性除了可以用它的特性曲線表示以外，還可以用它的相關(guān)參數(shù)來反映。選管是電子電路設(shè)計的重要步驟，利用BJT的有關(guān)參數(shù)可以合理地選出符合電路技術(shù)要求的管子來。雙極型晶體三極管BJT主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)雙極型晶體三極管BJT主要參數(shù)2.極間反向電流集電結(jié)反向飽和電流是少數(shù)載流子在集電結(jié)反向偏置電壓作用下產(chǎn)生的漂移電流。雙極型晶體三極管BJT主要參數(shù)3.極限參數(shù)雙極型晶體三極管BJT主要參數(shù)4.BJT的頻率參數(shù)雙極型晶體三極管BJT小信號模型圖2-14所示為NPN管共射組態(tài)的放大電路，圖中u,是待放大的信號電壓，稱為輸入信號源電壓。RC稱為集電極電阻，該電阻不可缺少，因為R。能將集電極回路中的信號電流轉(zhuǎn)化成放大以后的信號電壓。雙極型晶體三極管BJT小信號模型雙極型晶體三極管BJT小信號模型123BJT的共射混合π型等效電路及參數(shù)BJT的H參數(shù)等效電路混合π型等效電路和H參數(shù)等效電路的關(guān)系02結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理1.JFET的結(jié)構(gòu)JFET是利用半導(dǎo)體內(nèi)的電場效應(yīng)進(jìn)行工作的，也稱為體內(nèi)場效應(yīng)器件。結(jié)型場效應(yīng)管JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理2.JFET的工作原理結(jié)型場效應(yīng)管JFET的特性曲線及參數(shù)1.輸出特性(1)可變電阻區(qū);(2)恒流區(qū);(3)擊穿區(qū);(4)全夾斷區(qū);結(jié)型場效應(yīng)管JFET的特性曲線及參數(shù)2.轉(zhuǎn)移特性結(jié)型場效應(yīng)管JFET的特性曲線及參數(shù)3.主要參數(shù)結(jié)型場效應(yīng)管JFET的小信號模型當(dāng)JFET工作在高頻段時，必須考慮極間電容的影響，這時JFET高頻電路的模型如圖2-41所示。03金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)的輸入電阻一般可達(dá)10?~10°Ω,這個電阻從本質(zhì)上來說是PN結(jié)的反向電阻，由于PN結(jié)在反向偏置時總會有一定量的反向電流存在，這就限制了輸入電阻的進(jìn)一步提高。金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管N溝道增強(qiáng)型MOSFET工作原理在分立元件的電路中，襯底電極一般與源極相連。1.結(jié)構(gòu)2.工作原理金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管N溝道增強(qiáng)型MOSFET工作原理3.特性曲線與特性方程金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管N溝道耗盡型MOSFET工作原理1.結(jié)構(gòu)和工作原理N溝道耗盡型MOSFET的結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型相同，但制造N溝道耗盡型MOSFET時，在柵極下面的二氧化硅氧化層中摻入了大量正離子，如圖2-50(a)所示。金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管N溝道耗盡型MOSFET工作原理金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管N溝道耗盡型MOSFET工作原理2.特性曲線與特性方程N(yùn)溝道耗盡型MOSFET的特性曲線如圖2-51所示。由轉(zhuǎn)移特性曲線可以看出，這種管子的柵源電壓可取正值也可取負(fù)值。輸出特性曲線也分為四個區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊穿區(qū)和截止區(qū)，各個工作區(qū)的偏置條件見表2-3。金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管N溝道耗盡型MOSFET工作原理金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管1.MOSFET的三種基本組態(tài)MOSFET在接入工程電路的具體應(yīng)用中與BJT類似，也有三種基本組態(tài)：①以柵極做輸入端，漏極做輸出端的共源(CS)組態(tài)；②以柵極做輸入端，源極做輸出端的共漏(CD)組態(tài)；③以源極做輸入端，漏極做輸出端的共柵(CG)組態(tài)。MOSFET小信號模型金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管2.背柵控制特性在集成電路中，為使各MOSFET管之間相互隔離，NMOSFET的襯底要接電路的最低電位，PMOSFET的襯底要接電路的最高電位，因此襯底和源極之間的電壓uBC往往不等于零。MOSFET小信號模型金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管3.亞閾區(qū)導(dǎo)電特性MOSFET小信號模型金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管MOSFET小信號模型4.MOSFET的等效電容金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管MOSFET小信號模型5.MOSFET交流小信號等效模型當(dāng)MOSFET在直流偏置作用下工作于飽和區(qū)時，其交流小信號等效模型如圖2-56所示。金屬-氧化物-半導(dǎo)