1、精選優質文檔-傾情為你奉上第2章 晶體三極管和場效應管教學重點1掌握晶體三極管的結構、工作電壓、基本連接方式和電流分配關系。2熟練掌握晶體三極管的放大作用；共發射極電路的輸入、輸出特性曲線；主要參數及溫度對參數的影響。3了解MOS管的工作原理、特性曲線和主要參數。教學難點1晶體三極管的放大作用2輸入、輸出特性曲線及主要參數學時分配序 號內 容學 時12.1晶體三極管422.2場效應管43本章小結與習題4本章總課時82.1 晶體三極管晶體三極管：是一種利用輸入電流控制輸出電流的電流控制型器件。特點：管內有兩種載流子參與導電。圖2.1.1 三極管外形2.1.1 三極管的結構、分類和符號一、晶體三極

2、管的基本結構1三極管的外形：如圖2.1.1所示。2特點：有三個電極，故稱三極管。3三極管的結構：如圖2.1.2所示。圖2.1.2 三極管的結構圖晶體三極管有三個區發射區、基區、集電區；兩個PN結發射結(BE結)、集電結(BC結)；三個電極發射極e(E)、基極b(B)和集電極c(C)；兩種類型PNP型管和NPN型管。工藝要求：發射區摻雜濃度較大；基區很薄且摻雜最少；集電區比發射區體積大且摻雜少。二、晶體三極管的符號晶體三極管的符號如圖2.1.3所示。箭頭：表示發射結加正向電壓時的電流方向。圖2.1.3 三極管符號文字符號：V三、晶體三極管的分類1三極管有多種分類方法。按內部結構分：有NPN型和P

3、NP型管；按工作頻率分：有低頻和高頻管；按功率分：有小功率和大功率管；按用途分：有普通管和開關管；按半導體材料分：有鍺管和硅管等等。2國產三極管命名法：見電子線路P249附錄二。例如：3DG表示高頻小功率NPN型硅三極管；3CG表示高頻小功率PNP型硅三極管；3AK表示PNP型開關鍺三極管等。2.1.2 三極管的工作電壓和基本連接方式一、晶體三極管的工作電壓三極管的基本作用是放大電信號；工作在放大狀態的外部條件是發射結加正向電壓，集電結加反向電壓。圖2.1.4 三極管電源的接法如圖2.1.4所示：V為三極管，GC為集電極電源，GB為基極電源，又稱偏置電源，Rb為基極電阻，Rc為集電極電阻。二、

4、晶體三極管在電路中的基本連接方式如圖2.1.5所示，晶體三極管有三種基本連接方式：共發射極、共基極和共集電極接法。最常用的是共發射極接法。圖2.1.5 三極管在電路中的三種基本聯接方式2.1.3 三極管內電流的分配和放大作用圖2.1.6 三極管三個電流的測量一、電流分配關系測量電路如圖2.1.6所示：調節電位器，測得發射極電流、基極電流和集電極電流的對應數據如表2.1.1所示。表2.1.1IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.161.772.372.96由表2.1.1可

5、見，三極管中電流分配關系如下： (2.1.1)因IB很小，則 IC » IE (2.1.2)說明：圖2.1.7 ICBO和ICEO示意圖1時，IC = - IB = ICBO。ICBO稱為集電極基極反向飽和電流，見圖2.1.7(a)。一般ICBO很小，與溫度有關。2時，。ICEO稱為集電極發射極反向電流，又叫穿透電流，見圖2.1.7(b)。ICEO越小，三極管溫度穩定性越好。硅管的溫度穩定性比鍺管好。二、晶體三極管的電流放大作用由表2.1.1得出結論：1三極管有電流放大作用基極電流微小的變化，引起集電極電流IC較大變化。2交流電流放大系數 b表示三極管放大交流電流的能力 (2.1.3

6、)3直流電流放大系數表示三極管放大直流電流的能力 (2.1.4)4通常，所以可表示為 (2.1.5)考慮ICEO，則 (2.1.6)2.1.4 三極管的輸入和輸出特性圖2.1.9 共發射極輸入特性曲線一、共發射極輸入特性曲線輸入特性曲線：集射極之間的電壓VCE一定時，發射結電壓VBE與基極電流IB之間的關系曲線，如圖2.1.9所示。由圖可見：1當VCE ³ 2 V時，特性曲線基本重合。2當VBE很小時，IB等于零，三極管處于截止狀態；3當VBE大于門檻電壓(硅管約0.5 V，鍺管約0.2 V)時，IB逐漸增大，三極管開始導通。4三極管導通后，VBE基本不變。硅管約為0.7 V，鍺管約

7、為0.3 V，稱為三極管的導通電壓。5VBE與IB成非線性關系。二、晶體三極管的輸出特性曲線圖2.1.10 三極管的輸出特性曲線輸出特性曲線：基極電流一定時，集、射極之間的電壓與集電極電流的關系曲線，如圖2.1.10所示。由圖可見：輸出特性曲線可分為三個工作區。1截止區條件：發射結反偏或兩端電壓為零。特點：。2飽和區條件：發射結和集電結均為正偏。特點：。稱為飽和管壓降，小功率硅管約0.3 V，鍺管約為0.1 V。3放大區條件：發射結正偏，集電結反偏。特點：受控制，即。在放大狀態，當IB一定時，IC不隨VCE變化，即放大狀態的三極管具有恒流特性。2.1.5 三極管主要參數三極管的參數是表征管子的

8、性能和適用范圍的參考數據。一、共發射極電流放大系數1直流放大系數。2交流放大系數。電流放大系數一般在10 100之間。太小，放大能力弱，太大易使管子性能不穩定。一般取30 80為宜。二、極間反向飽和電流1集電極基極反向飽和電流ICBO。2集電極發射極反向飽和電流ICEO。 (2.1.7)反向飽和電流隨溫度增加而增加，是管子工作狀態不穩定的主要因素。因此，常把它作為判斷管子性能的重要依據。硅管反向飽和電流遠小于鍺管，在溫度變化范圍大的工作環境應選用硅管。三、極限參數1. 集電極最大允許電流ICM三極管工作時，當集電極電流超過ICM時，管子性能將顯著下降，并有可能燒壞管子。2. 集電極最大允許耗散

9、功率PCM當管子集電結兩端電壓與通過電流的乘積超過此值時，管子性能變壞或燒毀。3. 集電極發射極間反向擊穿電壓V(BR)CEO管子基極開路時，集電極和發射極之間的最大允許電壓。當電壓越過此值時，管子將發生電壓擊穿，若電擊穿導致熱擊穿會損壞管子。2.1.6 三極管的簡單測試一、硅管或鍺管的判別判別電路如圖2.1.11所示。當V = 0.6 0.7 V時，為硅管；當V = 0.1 0.3V時，為鍺管。 圖2.1.11 判別硅管和鍺管的測試電路 圖2.1.12 估測 b 的電路二、估計比較 b 的大小NPN管估測電路如圖2.1.12所示。萬用表設置在擋，測量并比較開關S斷開和接通時的電阻值。前后兩個

10、讀數相差越大，說明管子的 b 越高，即電流放大能力越大。圖2.1.13 的估測估測PNP管時，將萬用表兩只表筆對換位置。三、估測ICEONPN管估測電路如圖2.1.13所示。所測阻值越大，說明管子的越小。若阻值無窮大，三極管開路；若阻值為零，三極管短路。測PNP型管時，紅、黑表筆對調，方法同前。四、NPN管型和PNP管型的判斷圖2.1.14 基極b的判斷將萬用表設置在R ´ 1 kW 或R ´ 100 W 擋，用黑表筆和任一管腳相接(假設它是基極b)，紅表筆分別和另外兩個管腳相接，如果測得兩個阻值都很小，則黑表筆所連接的就是基極，而且是NPN型的管子。如圖2.1.14(a)

11、所示。如果按上述方法測得的結果均為高阻值，則黑表筆所連接的是PNP管的基極。如圖2.1.14(b)所示。五、e、b、c三個管腳的判斷首先確定三極管的基極和管型，然后采用估測 b 值的方法判斷c、e極。方法是先假定一個待定電極為集電極(另一個假定為發射極)接入電路，記下歐姆表的擺動幅度，然后再把兩個待定電極對調一下接入電路，并記下歐姆表的擺動幅度。擺動幅度大的一次，黑表筆所連接的管腳是集電極c，紅表筆所連接的管腳為發射極e，如圖2.1.12所示。測PNP管時，只要把圖2.1.12電路中紅、黑表筆對調位置，仍照上述方法測試。2.2 場效應管場效應管：是利用輸入電壓產生的電場效應控制輸出電流的電壓控

12、制型器件。特點：管子內部只有一種載流子參與導電，稱為單極型晶體三極管。2.2.1 結型場效應管一、結構和符號N溝道結型場效應管的結構、符號如圖2.2.1所示；P溝道結型場效應管如圖2.2.2所示。特點：由兩個PN結和一個導電溝道所組成。三個電極分別為源極S、漏極D和柵極G。漏極和源極具有互換性。工作條件：兩個PN結加反向電壓。 圖2.2.1 .N溝道結型場效應管 圖2.2.2 P溝道結型場效應管二、工作原理以N溝道結型場效應管為例，原理電路如圖2.2.3所示。工作原理如下：圖2.2.3 N溝道結型場效應管的工作原理；。在漏源電壓不變條件下，改變柵源電壓，通過PN結的變化，控制溝道寬窄，即溝道電

13、阻的大小，從而控制漏極電流。結論：1 結型場效應管是一個電壓控制電流的電壓控制型器件。2 輸入電阻很大。一般可達107 108 W。三、結型場效應管的特性曲線和跨導1轉移特性曲線反映柵源電壓對漏極電流的控制作用。如圖2.2.5所示，若漏源電壓一定：當柵源電壓時，漏極電流，稱為飽和漏極電流；當柵源電壓向負值方向變化時，漏極電流逐漸減小；當柵源電壓時，漏極電流，稱為夾斷電壓。 圖2.2.5 結型場效應管的轉移特性曲線 圖2.2.6 結型場效應管的輸出特性曲線2輸出特性曲線表示在柵源電壓一定條件下，漏極電流與漏源電壓之間的關系。如圖2.2.6所示。(1) 可調電阻區(圖中區)不變時，隨作線性變化，漏

14、源間呈現電阻性；柵源電壓越負，輸出特性越陡，漏源間的電阻越大。結論：在區中，場效應管可看作一個受柵源電壓控制的可變電阻。(2) 飽和區(圖中區)一定時，的少量變化引起較大變化，即受控制。當不變時，不隨變化，基本上維持恒定值，即對呈飽和狀態。結論：在區中，場效應管具有線性放大作用。(3) 擊穿區(圖中區)當增至一定數值后，劇增，出現電擊穿。如果對此不加限制，將損壞管子。因此，管子不允許工作在這個區域。3跨導(gm)反映在線性放大區對的控制能力。單位是 mA/V。 (2.2.1)2.2.2 絕緣柵場效應管絕緣柵場效應管是一種柵極與源極、漏極之間有絕緣層的場效應管，簡稱MOS管。特點：輸入電阻高，噪

15、聲小。分類：有P溝道和N溝道兩種類型；每種類型又分為增強型和耗盡型兩種。一、結構和工作原理1N溝道增強型絕緣柵場效應管N溝道增強型絕緣柵場效應管的結構及符號如圖2.2.7所示。 圖2.2.7 N溝道增強型絕緣柵場效應管 圖2.2.8 N溝道增強型絕緣柵場效應管工作原理N溝道增強型絕緣柵場效應管的工作原理如圖2.2.8所示。(1) 當，在漏、源極間加一正向電壓時，漏源極之間的電流。(2) 當，在絕緣層和襯底之間感應出一個反型層，使漏極和源極之間產生導電溝道。在漏、源極間加一正向電壓時，將產生電流ID。開啟電壓：增強型MOS管開始形成反型層的柵源電壓。(3) 在時若，反型層消失，無導電溝道，；若，

16、出現反型層即導電溝道，D、S之間有電流流過；若逐漸增大，導電溝道變寬，也隨之逐漸增大，即控制的變化。2N溝道耗盡型絕緣柵場效應管N溝道耗盡型絕緣柵場效應管圖2.2.9 N溝道耗盡型絕緣柵場效應管結構及符號如圖2.2.9所示。特點：管子本身已形成導電溝道。工作原理：在時，若，導電溝道有電流；當，并逐漸增大時，導致溝道變寬，使ID增大；當，并逐漸增大此負電壓，導致溝道變窄，使減小。實現對的控制。夾斷電壓：使時的柵源電壓。二、絕緣柵場效應管的特性曲線和跨導以N溝道MOS管為例。1轉移特性曲線N溝道MOS管的轉移特性曲線如圖2.2.10所示。增強型：當時，；當時，。耗盡型：當時，；當為負電壓時減小；當

17、時，。 圖2.2.10 N溝道MOS管轉移特性曲線 圖2.2.11 N溝道MOS管輸出特性圖2.2.12 MOS管的圖形符號2輸出特性曲線N溝道MOS管輸出特性曲線如圖2.2.11所示。有三個區：可調電阻區(區)、飽和區(區)和擊穿區(區)。其含義與結型管輸出特性曲線三個區相同。3跨導三、絕緣柵場效應管的圖形符號符號如圖2.2.12所示。N、P溝道的區別在于圖中箭頭的指向相反。2.2.3 場效應管的主要參數和特點一、主要參數1直流參數(1) 開啟電壓VT在為定值的條件下，增強型場效應管開始導通(達到某一定值，如10 mA)時，所需加的值。(2) 夾斷電壓VP在為定值的條件下，耗盡型場效應管減小

18、到近于零時的值。(3) 飽和漏極電流耗盡型場效應管工作在飽和區且時，所對應的漏極電流。(4) 直流輸入電阻柵源電壓與對應的柵極電流之比。場效應管輸入電阻很高，結型管一般在107 W 以上；絕緣柵管則更高，一般在109 W 以上。3 交流參數(1) 跨導一定時，漏極電流變化量和引起這個變化的柵源電壓變化量之比。它表示了柵源電壓對漏極電流的控制能力。(2) 極間電容場效應管三個電極之間的等效電容CGS、CGD、CDS。一般為幾個皮法，結電容小的管子，高頻性能好。4極限參數(1) 漏極最大允許耗散功率與的乘積不應超過的極限值。(2) 漏極擊穿電壓漏極電流開始劇增時所加的漏源間的電壓。二、場效應管的特點特點列于表2.2.1中，供比較參考。表2.2.1 場效應管與普通三極管比較表項目器件名稱晶體三極管場效應管極型特點雙極型單極型控制方式電流控制電壓控制類型PNP型、NPN型N溝道、P溝道放大參數b = 50 200gm =1000 5000 A/V輸入電阻102104 W1071015 W噪聲較大較小熱穩定性差