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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。,2,3,一. 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。,4,制成晶体管的材料可以为Si或Ge。,电路符号：,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。,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
2、偏时,BJT处于饱和模式; 当EB结加零偏或反偏、CB结加反偏时,BJT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。,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,8,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
3、；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,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,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
4、 -ICBOIBE,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,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:,12,三. 特性曲线,实验线路,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。,14,2.输出特性,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。,15,此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE 临界饱和电压。称为
5、饱和区。,16,此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEICUCE临界饱和电压,(3) 截止区： UBE 死区电压， IB=0 ，IC=ICEO 0,18,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,19,对共集电极电路有 IE IB+ IB= (1+ ) IB 故共集电极电路又称为 电流放大器。,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:,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,2
6、2,3.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。,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 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，集电结反偏，故三极管T处于放大状态。第(2)组数据0.3V 0.3
7、V 1V中，可考虑各电极对应的电位如下：,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。,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
8、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管按同样的思路讨论PNP型管3组数据,其结果如下:,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,I
9、C最大饱和电流：,BJT位于截止区,32,IC ICmax (=1.95mA) ，BJT位于放大区。,当USB =2V时：,33,当USB =5V时:,BJT 位于饱和区，此时IC 和IB 已不是 倍的关系。,34,作业： P6769,15、16、19,35,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-Effect-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,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
10、,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,37,N沟道结型场效应管,38,P沟道结型场效应管,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。,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。,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
11、电压 Pinch off voltage,42,UGS0、UGDVP时耗尽区的形状,越靠近漏端，PN结反压越大,ID,43,UGSVp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,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,45,UGS0时,感应出电子,VT称为阈值电压,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。,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。,59,UDS增加，UGD=VT 时，靠近D端的沟道
12、被夹断，称为予夹断。,60,三、增强型N沟道MOS管的特性曲线,转移特性曲线,61,输出特性曲线,UGS0,62,四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线,耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。,转移特性曲线,63,输出特性曲线,UGS=0,UGS0,64,单结晶体管和可控硅,单结晶体管由一个PN结构成的负阻器件 可控硅又称晶闸管, 由三个PN结构成的大功率可控整流器件,请自学,65,集成电路简介,集成电路是采用一定的制造工艺,将晶体管,场效应管, 电阻,电容等许多元件组成的具有完整功能的电路制作在同一块硅片上,并加以封装所构成的半导体器件. 集成电路的制造工艺有: 氧化,光刻,掩模,扩散,外延,蒸铝等 集成电路中最基本的元件是PN结.利用PN结可制作电阻,电容,二极管,三极管,场效应管( 电感不行).各PN结之间必须绝缘隔离.,
