晶体管小结课件

《晶体管小结课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《晶体管小结课件（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、微电子技术专业,半导体器件,单元三 双极型晶体管 小结 讲授教师：马 颖,第 3 章,晶体管的直流特性,3.1 概述 掌握晶体管的基本结构及分类 熟悉晶体管杂质分布特点 熟悉晶体管载流子浓度分布特点 掌握晶体管的直流放大系数及特性曲线 3.2 平面晶体管的电流放大系数及影响电流放大系数的原因（略） 3.3 晶体管的反向电流 了解各反向电流的特点 3.4 晶体管的击穿电压 了解各击穿电压的特点 3.5 晶体管的基极电阻 了解基极电阻的危害，及其减小方法,一、晶体管的概述,简述晶体管的结构、基本形式,掌握晶体管2种基本形式的图形符号,晶体管按制作工艺和管芯结构形式分类,晶体管基区杂质分布的两种形式

2、,均匀分布（如合金管），称为均匀基区晶体管。均匀基区晶体管中，载流子在基区内的传输主要靠扩散进行，故又称为扩散型晶体管。 基区杂质是缓变的（如平面管），称为缓变基区晶体管。这类晶体管的基区往往以漂移运动为主。所以又称为漂移型晶体管。,一、晶体管的概述,晶体管的共基极直流放大系数=* 如何提高发射效率？ 如何提高基区输运系数？,直流电流放大系数表示放大电流的能力,等于输出电流与输入电流之比,提高*的主要措施是减薄基区宽度WB，使基区宽度远小于少子在基区的扩散长度LnB，即WB远小于LnB。,发射区杂质浓度比基区杂质浓度高得多,发射区杂质浓度比基区杂质浓度高得多,提高发射效率的方法是使发射区杂质浓

3、度比基区杂质浓度高得多,一、晶体管的概述,晶体管具有放大能力需具备哪些条件？,（1）发射区杂质浓度比基区杂质浓度高得多，即NE远大于NB，以保证发射效率1； （2）基区宽度WB远小于LnB，保证基区输运系数*1； （3）发射结必须正偏，使re很小；集电结反偏，使rc很大，rc远大于re。,晶体管的共基极与共发射极直流放大系数之间的关系,二、晶体管的反向电流,关于反向电流ICB0 与IEB0 的特点 锗晶体管的反向电流主要是反向扩散电流（少子电流） 硅晶体管的反向电流主要是势垒区的产生电流（多子电流） 引起反向电流过大的原因往往是表面漏电流太大。因此，在生产过程中，搞好表面清洁处理及工艺规范是减

4、小反向电流的关键。 ICEO= ,减小ICEO的方法：,要减小ICE0，必须减小ICB0。 电流放大系数不要追求过高。,BVEB0的大小由发射结的雪崩击穿电压决定， BVCB0的大小由集电结的雪崩击穿电压决定 BVCE0与BVCB0之间满足关系： 对于NPN的Si管，n=4，PNP的Ge管n=6 什么是负阻击穿现象？ 当VCE达到BVCE0时发生击穿，击穿 后电流上升，电压却反而降低。,三、晶体管的击穿电压,基极电阻对直流运用没有影响，对交流运用主要影响晶体管的功率特性和频率特性，设计时要减小基极电阻。 基极电阻的两种典型图形是：梳状和圆形晶体管的基极电阻。 减小基极电阻的途径,四、晶体管的基

5、极电阻,在不影响晶体管发射效率的情况下，尽可能提高基区杂质浓度，减小方块电阻RB； 尽可能减小宽长比； 发射极条尽可能多，即n大； 做好欧姆接触，减小欧姆电阻Rcon。,第 4 章,晶体管的频率特性与功率特性,4.1 晶体管的频率特性 （理解3个频率的概念、提高特征频率的途径，掌握交流的公式及特点） 4.2 高频等效电路 （理解3个参数及其特点） 4.3 高频功率增益和最高振荡频率 （理解最高功率增益、高频优值的概念、提高功率增益的途径） 4.4 晶体管的大电流特性 （熟悉三个效应的机理） 4.5 晶体管的最大耗散功率PCm和热阻RT （熟悉特点及分类） 4.6 功率晶体管的二次击穿和安全工作

6、区 （掌握二次击穿的概念及其两个机理，理解安全工作区图形中各线条、区域表示的含义）,一、晶体管的频率特性,当频率升高时，晶体管的结电容变大，使晶体管的放大能力下降。 请列出4个主要的高频参数 截止频率、特征频率 高频功率增益、最高振荡频率 f 称为共基极截止频率，反映了电流放大系数的幅值|随频率上升而下降的快慢。 f 表示共基极短路电流放大系数的幅值|下降到低频值0的 时的频率。或者说是|比低频0下降 3 dB时的频率。,一、晶体管的频率特性,f 称为共发射极截止频率表示共基极短路电流放大系数的幅值|下降到低频值0的 时的频率。或者说是|比低频0下降 3 dB时的频率。 f T称为特征频率表示

7、共射短路电流放大系数的幅值下降到|=1时的频率。是晶体管在共射运用中具有电流放大作用的频率极限。 几个频率参数间的关系 f m称为最高振荡频率，表示最佳功率增益GPm= 1 时的频率，是晶体管具有功率增益的频率极限。,频率增高，发射结电容分流电流iCTe增大，导致交流发射效率下降。 频率越高，基区扩散电容分流电流iCDe越大，基区输运系数*也随着频率的升高而下降。 频率越高，位移电流越大，使集电结空间电荷区输运系数d随着频率增高而下降。 高频时，共基极交流短路电流放大系数 =,一、晶体管的频率特性,交流放大系数 = ，说明是一个复数，其幅值随着频率的升高而下降，相位差随着频率的升高而增大。 截

8、止频率f= 。 e为发射极延迟时间 b对发射结处，基区侧扩散电容CDe的充电延迟时间。 c集电极延迟时间 d 为集电结空间电荷区延迟时间 m 为超相移因子（剩余相因子）。,一、晶体管的频率特性,交流放大系数 = ，说明是一个复数，其幅值随着频率的升高而下降，相位差随着频率的升高而增大。 截止频率f= 。 e0为载流子从发射极到集电极总的传输延迟时间 f与f的关系： 可以看出 。 说明：共射短路电流放大系数比共基短路电流放大系数下降更快。 因此，共基电路比共射电路频带更宽。,一、晶体管的频率特性,晶体管的特征频率fT= 。 提高特征频率的途径有哪些？,一、晶体管的频率特性,减小基区宽度 Wb ；

9、 缩小结面积A ； 适当降低集电区电阻率c ； 适当减小集电区厚度Wc ； 尽量减小延伸电极面积。,二、 晶体管高频等效电路,I1、V1 输入端的电流和电压，I2、V2 输出端的电流和电压 这四个参量中只有两个是独立变量。选用不同的自变量和因变量，可以得到晶体管的Y参数、h参数、Z参数方程。 Y参数是在短路状态下通过计算或测定的导纳参数，因此也称为短路导纳参数，该参数测量困难。 Z参数表示一端开路时，另一端电压与电流之比，因此也称为开路阻抗参数，该参数测量困难 h参数是混合参数，测量方便。 运用较多的是Y参数和h 参数等效电路,三、高频功率增益和最高振荡频率,功率增益表示晶体管对功率的放大能力

10、。等于输出功率和输入功率的比值。 最佳功率增益GPm指信号源所供给的最大功率与晶体管向负载输出的最大功率之比，即是输入输出阻抗各自匹配时的功率增益。 最高振荡频率是最佳功率增益GPm=1时的频率，它是晶体管真正具有功率放大能力的频率限制。 高频优值又称增益-带宽乘积，反映了晶体管的功率和频率性能，而且只与晶体管本身的参数有关。,三、高频功率增益和最高振荡频率,提高功率增益的途径,提高晶体管的特征频率； 适当提高基区杂质浓度，以减小基极电阻rb； 尽量缩小集电结和延伸电极面积，以减小势垒电容和延伸电极电容； 尽量减小发射极引线电感和其他寄生参数； 选用合适的管壳，以获得最佳高频优值。,四、晶体管

11、的大电流特性,集电极最大电流IcM指共发射极直流短路电流放大系数下降到其最大值M的一半时所对应的集电极电流 。 要提高晶体管的输出功率就必须提高集电极最大电流ICM。 提高工作电流的唯一方法是增加电流密度。 大电流工作时产生的三个效应。 基区电导调制效应 有效基区宽度扩展效应kirk（克而克）效应 发射极电流集边效应又称为基区电阻自偏压效应,四、晶体管的大电流特性,简述大电流工作时产生的三个效应的机理。 基区电导调制效应 有效基区宽度扩展效应 发射极电流集边效应,基区多子浓度增大导致基区电阻率下降，由此而产生基区电导率受注入电流调制的“基区电导调制效应”。,在大注入下，晶体管，特别是缓变基区晶

12、体管的有效基区宽度将随注入电流的增加而扩展 。,晶体管工作在大电流状态时，较大的基极电流流过基极电阻，将在基区中产生较大的横向压降，使发射结的正向偏置电压从边缘到中心逐渐减小，发射极电流密度则由中心到边缘逐渐增大，由此产生发射极电流集边效应。,四、晶体管的大电流特性,发射极电流集边效应由基区电阻的不均匀所导致。 发射极条宽越宽，距离发射极中心越远，则基区横向压降越大，发射极电流集边效应就越明显。 工作电流越大，基区横向压降也越大，发射极电流集边效应也就越明显。 防止发射极电流集边效应产生的方法是尽量缩小发射极宽度。,五、晶体管的最大耗散功率和热阻,晶体管的功率主要耗散在集电结上。 热阻表示晶体

13、管散热能力的大小，等于任意两点间的温差与其热流之比。 热阻分为稳态热阻（直流工作状态下的热阻RT）和瞬态热阻（在开关和脉冲电路中，随时间变化的晶体管的热阻 RTs )。 提高晶体管最大耗散功率的主要措施有哪些？,尽量降低晶体管的热阻RT； 选用最高结温Tjm高的材料； 尽量降低使用时的环境温度Ta。,六、功率晶体管的二次击穿和安全工作区,二次击穿的概念 两种二次击穿的机理 晶体管的安全工作区的概念,器件承受的电压突然降低，电流继续增大，器件由高压小电流状态突然跃入低压大电流状态的一种现象。,热型又称热不稳定型，是局部温度升高和电流集中往复循环的结果。热型二次击穿的触发时间较长属于慢速型。 电流

14、型又称雪崩注入型由雪崩注入引起，是快速型的二次击穿。,晶体管能安全可靠地工作，并具有较长寿命的工作范围。由最大集电极电流ICM，极限电压BVCE0，最大功耗线和二次击穿临界线PsB所限定的区域。,六、功率晶体管的二次击穿和安全工作区,图中实线为最大功耗线，由最大耗散功率PCm、 热阻 、 最高结温和环境温度决定。 图中虚线是二次击穿临界线 区为功率耗散过荷区 区为热型二次击穿区 区为雪崩注入二次击穿区 区为雪崩击穿区 区为电流过荷区,在、两区内，若采取限流措施，均不会造成晶体管永久失效。,第 5 章,晶体管的开关特性,5.1 二极管的开关作用和反向恢复时间 5.2 开关晶体管的静态特性 （会通

15、过计算判断晶体管的开关工作类型） 5.3 晶体管开关的动态特性 （掌握四个动态过程及其时间）,一、二极管的开关作用和反向恢复时间,双极型器件与场效应晶体管的导电机理有何不同？ 晶体管的开关特性包括哪些？ 储存时间ts和下降时间tf之和称为P-N结的关断时间，又称反向恢复时间。 要保持良好的开关作用，脉冲持续时间要比二极管反向恢复时间长得多，也就意味着脉冲的重复频率不能太高。,双极型器件是一种电子与空穴皆参与导电过程的半导体器件。 场效应晶体管是只由一种载流子参与传导的半导体器件。,晶体管处于开态和关态时端电流电压间的静态特性； 在开态和关态之间转换时，电流电压随时间变化的瞬态特性。,二、开关晶体管的静态特性,晶体管各工作区的结电压偏置情况如何？,晶体管工作在放大区的开关电路，称为非饱和开关。这种工作模式，一般用在高速开关电路中。 将晶体管导通后，工作在饱和区的开关电路，称为 饱和 开关，此类开关接近于理想开关。,二、开关晶体管的静态特性,饱和开关电路和非饱和开关电路的比较 根据下图中的基区非平衡载流子（少子）浓度分布判断晶体管的工作区域。,二、开关晶体管的静态特性,图示电路，用硅晶体管做为开关管使用接入电路中，已知其，VBB，VCC，RL，RB，输入正脉冲信号幅值VI等参数; 试判断晶体管的工作状态如何？ 试判断该电路为饱和开关电路还是非