三极管特性曲线参数及场效应管PPT演示课件

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1、双极型半导体三极管的特性曲线 这里 B表示输入电极 C表示输出电极 E表示公共电极 所以这两条曲线是共发射极接法的特性曲线 iB是输入电流 vBE是输入电压 加在B E两电极之间 iC是输出电流 vCE是输出电压 从C E两电极取出 输入特性曲线 iB f vBE vCE const输出特性曲线 iC f vCE iB const 本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线 即 1 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 简单地看 输入特性曲线类似于发射结的伏安特性曲线 现讨论iB和vBE之间的函数关系 因为有集电结电压的影响 它与一个

2、单独的PN结的伏安特性曲线不同 为了排除vCE的影响 在讨论输入特性曲线时 应使vCE const 常数 1 输入特性曲线 vCE的影响 可以用三极管的内部反馈作用解释 即vCE对iB的影响 3 共发射极接法的输入特性曲线见图02 05 其中vCE 0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线 当vCE 1V时 vCB vCE vBE 0 集电结已进入反偏状态 开始收集电子 且基区复合减少 IC IB增大 特性曲线将向右稍微移动一些 但vCE再增加时 曲线右移很不明显 曲线的右移是三极管内部反馈所致 右移不明显说明内部反馈很小 输入特性曲线的分区 死区 非线性区图02 05共射接法输入特性曲线 线性

3、区 4 2 输出特性曲线 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 现以其中任何一条加以说明 当vCE 0V时 因集电极无收集作用 iC 0 当vCE稍增大时 发射结虽处于正向电压之下 但集电结反偏电压很小 如vCE 1VvBE 0 7VvCB vCE vBE 0 7V集电区收集电子的能力很弱 iC主要由vCE决定 图02 06共发射极接法输出特性曲线 5 当vCE增加到使集电结反偏电压较大时 如vCE 1VvBE 0 7V运动到集电结的电子基本上都可以被集电区收集 此后vCE再增加 电流也没有明显的增加 特性曲线进入与vCE轴基本平行的区域 这与输入特性

4、曲线随vCE增大而右移的图02 06共发射极接法输出特性曲线原因是一致的 动画2 2 6 输出特性曲线可以分为三个区域 饱和区 iC受vCE显著控制的区域 该区域内vCE的数值较小 一般vCE 0 7V 硅管 此时发射结正偏 集电结正偏或反偏电压很小 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 放大区 iC平行于vCE轴的区域 曲线基本平行等距 此时 发射结正偏 集电结反偏 电压大于0 7V左右 硅管 7 半导体三极管的参数 半导体三极管的参数分为三大类 直流参数交流参数极限参数 1 直流参数 直流电流放大系数1 共发射极直流电流放大系数 IC ICEO

5、IB IC IB vCE const 8 在放大区基本不变 在共发射极输出特性曲线上 通过垂直于X轴的直线 vCE const 来求取IC IB 如图02 07所示 在IC较小时和IC较大时 会有所减小 这一关系见图02 08 图02 08值与IC的关系 图02 07在输出特性曲线上决定 9 2 共基极直流电流放大系数 IC ICBO IE IC IE显然与之间有如下关系 IC IE IB 1 IB 1 10 极间反向电流1 集电极基极间反向饱和电流ICBOICBO的下标CB代表集电极和基极 O是Open的字头 代表第三个电极E开路 它相当于集电结的反向饱和电流 2 集电极发射极间的反向饱和电

6、流ICEOICEO和ICBO有如下关系ICEO 1 ICBO相当基极开路时 集电极和发射极间的反向饱和电流 即输出特性曲线IB 0那条曲线所对应的Y坐标的数值 如图02 09所示 11 图02 09ICEO在输出特性曲线上的位置 12 2 交流参数 交流电流放大系数1 共发射极交流电流放大系数 IC IB vCE const 在放大区 值基本不变 可在共射接法输出特性曲线上 通过垂直于X轴的直线求取 IC IB 或在图02 08上通过求某一点的斜率得到 具体方法如图02 10所示 图02 10在输出特性曲线上求 13 2 共基极交流电流放大系数 IC IE VCB const当ICBO和ICE

7、O很小时 可以不加区分 特征频率fT三极管的 值不仅与工作电流有关 而且与工作频率有关 由于结电容的影响 当信号频率增加时 三极管的 将会下降 当 下降到1时所对应的频率称为特征频率 用fT表示 14 3 极限参数 集电极最大允许电流ICM 如图02 08所示 当集电极电流增加时 就要下降 当 值下降到线性放大区 值的70 30 时 所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM 至于 值下降多少 不同型号的三极管 不同的厂家的规定有所差别 可见 当IC ICM时 并不表示三极管会损坏 图02 08值与IC的关系 15 集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗 PCM

8、ICVCB ICVCE 因发射结正偏 呈低阻 所以功耗主要集中在集电结上 在计算时往往用VCE取代VCB 16 反向击穿电压 反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力 其测试时的原理电路如图02 11所示 图02 11三极管击穿电压的测试电路 17 1 V BR CBO 发射极开路时的集电结击穿电压 下标BR代表击穿之意 是Breakdown的字头 CB代表集电极和基极 O代表第三个电极E开路 2 V BR EBO 集电极开路时发射结的击穿电压 3 V BR CEO 基极开路时集电极和发射极间的击穿电压 对于V BR CER表示BE间接有电阻 V BR CES表示BE间是短路的 几个击穿

9、电压在大小上有如下关系V BR CBO V BR CES V BR CER V BR CEO V BR EBO 18 由PCM ICM和V BR CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区 过电流区和击穿区 见图02 12 图02 12输出特性曲线上的过损耗区和击穿区 19 半导体三极管的型号 国家标准对半导体三极管的命名如下 3DG110B 第二位 A锗PNP管 B锗NPN管 C硅PNP管 D硅NPN管 第三位 X低频小功率管 D低频大功率管 G高频小功率管 A高频大功率管 K开关管 用字母表示材料 用字母表示器件的种类 用数字表示同种器件型号的序号 用字母表示同一型号中的不同规格 三极管 20

10、 表02 01双极型三极管的参数 注 为f 21 1 4 1结型场效应三极管 1 结型场效应三极管的结构 图02 19结型场效应三极管的结构 22 2 结型场效应三极管的工作原理 现以N沟道为例说明其工作原理 栅源电压对沟道的控制作用 漏源电压对沟道的控制作用 VGD VGS VDS 23 a 漏极输出特性曲线 b 转移特性曲线图02 22N沟道结型场效应三极管的特性曲线 3 结型场效应三极管的特性曲线 24 2020 5 23 1 4 2绝缘栅场效应三极管的工作原理 绝缘栅型场效应三极管MOSFET MetalOxideSemiconductorFET 分为增强型 N沟道 P沟道耗尽型 N沟

11、道 P沟道 25 1 N沟道增强型MOSFET 结构 26 0 VGS VGS th 工作原理1 栅源电压VGS的控制作用 当VGS 0V时 漏源之间相当两个背靠背的二极管 在D S之间加上电压不会在D S间形成电流 27 VGS对漏极电流的控制关系可用ID f VGS VDS const这一曲线描述 称为转移特性曲线 见图02 14 进一步增加VGS 当VGS VGS th 时 VGS th 称为开启电压 形成反型层 随着VGS的继续增加 ID将不断增加 在VGS 0V时ID 0 只有当VGS VGS th 后才会出现漏极电流 这种MOS管称为增强型MOS管 28 图02 14VGS对漏极电

12、流的控制特性 转移特性曲线 转移特性曲线的斜率gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用 gm的量纲为mA V 所以gm也称为跨导 跨导的定义式如下gm ID VGS VDS const 单位mS ID f VGS VDS const 29 当VDS为0或较小时相当VGD VGS th 沟道呈斜线分布 当VDS增加到使VGD VGS th 时 预夹断 当VDS增加到VGD VGS th 时 ID基本趋于不变 当VGS VGS th 且固定为某一值时 VDS对ID的影响 即ID f VDS VGS const这一关系曲线如图02 16所示 这一曲线称为漏极输出特性曲线 2 漏源电压VDS对漏极

13、电流ID的控制作用 30 2020 5 23 图02 16漏极输出特性曲线 ID f VDS VGS const 31 1 VDS 0 VGS 0 ID不等于零 2 VGS 0时 ID 3 VGS 0时 ID 2 N沟道耗尽型MOSFET 图N沟道耗尽型MOSFET的结构 32 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 2 N沟道耗尽型MOSFET 33 3 P沟道耗尽型MOSFET P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 34 图02 1

14、8各类场效应三极管的特性曲线 绝缘栅场效应管 N沟道增强型 P沟道增强型 伏安特性曲线 35 绝缘栅场效应管 N沟道耗尽型 P沟道耗尽型 36 结型场效应管 N沟道耗尽型 P沟道耗尽型 37 2 2 4场效应三极管的参数和型号 1 场效应三极管的参数 开启电压VGS th 或VT 开启电压是MOS增强型管的参数 栅源电压小于开启电压的绝对值 场效应管不能导通 夹断电压VGS off 或VP 夹断电压是耗尽型FET的参数 当VGS VGS off 时 漏极电流为零 饱和漏极电流IDSS耗尽型场效应三极管 当VGS 0时所对应的漏极电流 38 输入电阻RGS场效应三极管的栅源输入电阻的典型值 对于结型场效应三极管 反偏时RGS约大于107 对于绝缘栅型场效应三极管 RGS约是109 1015 低频跨导gm低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用 这一点与电子管的控制作用相似 gm可以在转移特性曲线上求取 单位是mS 毫西门子 最大漏极功耗PDM最大漏极功耗可由PDM VDSID决定 与双极型三极管的PCM相当 39