半导体三极管和场效应管

nullnull第二章 半 导 体 三极管 2.1 双极型半导体三极管 2.2单极型半导体三极管 2.3 半导体三极管电路的基本 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 2.4 半导体三极管的测试与应用 null2.1 双极型半导体三极管 图 2 - 1 几种半导体三极管的外形 null2.1.1 晶体三极管的工作原理 图 2 – 2 晶体三极管的结构示意图和符号 一、结构及符号null 无论是NPN型或是PNP型的三极管,它们均包含三个区: 发射区、基区和集电区, 并相应地引出三个电极：发射极（e)、基极(b)和集电极(c)。同时,在三个区的两两交界处, 形成两个PN结, 分别称为发射结和集电结。常用的半导体材料有硅和锗, 因此共有四种三极管类型。它们对应的 型号 pcr仪的中文说明书矿用离心泵型号大全阀门型号表示含义汽车蓄电池车型适配表汉川数控铣床 分别为：3A(锗PNP)、3B(锗NPN)、3C(硅PNP)、3D(硅NPN)四种系列。 null二、 三极管的三种连接方式 图 2 - 3 三极管的三种连接方式null三、 三极管的放大作用 1. 载流子的传输过程 发射。 (2) 扩散和复合。 (3) 收集。 图 2 – 4 三极管中载流子的传输过程null2. 电流分配 图 2 - 5 三极管电流分配 null 集电极电流ＩＣ由两部分组成：ＩＣｎ和ＩＣＢＯ, 前者是由发射区发射的电子被集电极收集后形成的, 后者是由集电区和基区的少数载流子漂移运动形成的,称为反向饱和电流。 于是有  ＩＣ＝ＩＣｎ＋ＩＣＢＯ (2 - 1)null 发射极电流ＩＥ也由两部分组成：ＩＥｎ和ＩＥｐ。ＩＥｎ为发射区发射的电子所形成的电流, ＩＥｐ是由基区向发射区扩散的空穴所形成的电流。因为发射区是重掺杂, 所以ＩＥｐ忽略不计, 即ＩＥ≈ＩＥｎ。ＩＥｎ又分成两部分, 主要部分是ＩＣｎ, 极少部分是ＩＢｎ。ＩＢｎ是电子在基区与空穴复合时所形成的电流, 基区空穴是由电源ＵＢＢ提供的,故它是基极电流的一部分。 基极电流ＩＢ是ＩＢｎ与ＩＣＢＯ之差： (2-2)(2-3)null 发射区注入的电子绝大多数能够到达集电极, 形成集电极电流, 即要求ＩＣｎ>>ＩＢｎ。  通常用共基极直流电流放大系数衡量上述关系, 用α来 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示, 其定义为 (2-4)一般三极管的α值为0.97～0.99。将(2-4)式代入(2-1)式, 可得 (2-5)null通常ＩＣ>>ＩCBO, 可将ＩＣＢＯ忽略, 由上式可得出 (2-6)三极管的三个极的电流满足节点电流定律, 即将此式代入(2 - 5)式得(2-7)null经过整理后得 令 β称为共发射极直流电流放大系数。当IC>>ICBO时, β又可写成(2-8)(2-9)null则其中ICEO称为穿透电流, 即 null表2 - 1 三极管电流关系的一组典型数据 null相应地, 将集电极电流与发射极电流的变化量之比, 定义为共基极交流电流放大系数, 即故null 显然β与β, α与α其意义是不同的, 但是在多数情况 下β≈β, α≈α。 例如, 从表2 - 1 知, 在ＩＢ＝００３mA附近, 设ＩＢ由００２mA变为００４mA, 可求得null2.1.2　三极管的特性曲线 图 2 – 6 三极管共发射极特性曲线测试电路 null1.输入特性 当ＵＣＥ不变时, 输入回路中的电流ＩＢ与电压ＵＢＥ之间的关系曲线称为输入特性, 即 图 2 - 7 三极管的输入特性 null 2.输出特性 当ＩＢ不变时, 输出回路中的电流ＩＣ与电压ＵＣＥ之间的关系曲线称为输出特性, 即图 2 - 8 三极管的输出特性 null (1) 截止区。 一般将ＩＢ≤０的区域称为截止区, 在图中为ＩＢ＝０的一条曲线的以下部分。此时ＩＣ也近似为零。由于各极电流都基本上等于零, 因而此时三极管没有放大作用。  其实ＩＢ＝０时, ＩＣ并不等于零, 而是等于穿透电流ICEO。 一般硅三极管的穿透电流小于１μA, 在特性曲线上无法表示出来。锗三极管的穿透电流约几十至几百微安。  当发射结反向偏置时, 发射区不再向基区注入电子, 则三极管处于截止状态。所以, 在截止区, 三极管的两个结均处于反向偏置状态。对ＮＰＮ三极管, ＵＢＥ＜０, ＵBC＜０。 null (2) 放大区。 此时发射结正向运用, 集电结反向运用。 在曲线上是比较平坦的部分, 表示当ＩＢ一定时, ＩＣ的值基本上不随ＵCE而变化。在这个区域内,当基极电流发生微小的变化量ΔＩＢ时, 相应的集电极电流将产生较大的变化量ΔＩＣ, 此时二者的关系为 ΔＩＣ＝βΔＩＢ 该式体现了三极管的电流放大作用。  对于ＮＰＮ三极管, 工作在放大区时ＵＢＥ≥０.７V, 而ＵＢＣ＜０。  null (3) 饱和区。 曲线靠近纵轴附近, 各条输出特性曲线的上升部分属于饱和区。 在这个区域, 不同ＩＢ值的各条特性曲线几乎重叠在一起, 即当ＵＣＥ较小时, 管子的集电极电流ＩＣ基本上不随基极电流ＩＢ而变化, 这种现象称为饱和。此时三极管失去了放大作用, ＩＣ＝βＩＢ或ΔＩＣ＝βΔＩＢ关系不成立。  一般认为ＵCE＝ＵNE, 即ＵCB＝０时, 三极管处于临界饱和状态, 当ＵCE＜ＵBE时称为过饱和。三极管饱和时的管压降用ＵCES表示。在深度饱和时, 小功率管管压降通常小于０.３V。 三极管工作在饱和区时, 发射结和集电结都处于正向偏置状态。对NPN三极管,ＵＢＥ＞０, ＵＢＣ＞０。 null2.1.3 三极管的主要参数 (1) 共发射极交流电流放大系数β。β体现共射极接法之下的电流放大作用。 (2) 共发射极直流电流放大系数β。 由式(2 -10)得null (3) 共基极交流电流放大系数α。α体现共基极接法下的电流放大作用。  (4) 共基极直流电流放大系数α。在忽略反向饱和电流ＩＣＢＯ时, null2. 极间反向电流 图 2 - 9 三极管极间反向电流的测量 null3极限参数 (1) 集电极最大允许电流ＩＣＭ。 图 2 - 10 β与IC关系曲线 null (2) 集电极最大允许功率损耗ＰＣＭ。当三极管工作时, 管子两端电压为ＵＣＥ, 集电极电流为ＩＣ, 因此集电极损耗的功率为图 2 - 11 三极管的安全工作区null 4. 反向击穿电压 ＢＵCBO——发射极开路时, 集电极-基极间的反向击穿电压。 ＢＵCEO——基极开路时, 集电极-发射极间的反向击穿电压。 ＢＵCER——基射极间接有电阻Ｒ时, 集电极-发射极间的反向 击穿电压。  ＢＵCES——基射极间短路时, 集电极-发射极间的反向击穿电压。 ＢＵEBO——集电极开路时, 发射极-基极间的反向击穿电压, 此 电压一般较小, 仅有几伏左右。  上述电压一般存在如下关系： null2.2 单极型半导体三极管 　　场效应管（简称FET）是利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流的，所以又称之为电压控制型器件。它工作时只有一种载流子（多数载流子）参与导电，故也叫单极型半导体三极管。因它具有很高的输入电阻，能满足高内阻信号源对放大电路的要求，所以是较理想的前置输入级器件。它还具有热稳定性好、功耗低、噪声低、制造工艺简单、便于集成等优点，因而得到了广泛的应用。 根据结构不同，场效应管可以分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（IGFET）或称MOS型场效应管两大类。根据场效应管制造工艺和材料的不同，又可分为N型沟道场效应管和P型沟道场效应管。null2.2.1　 MOS场效应管　　这种场效应管是由金属（Metal）,氧化物（Oxide）和半导体（Semiconductor）组成的，故称MOS管。MOS管可分为N沟道和P沟道两种。按照工作方式不同可以分为增强型和耗尽型两类。　一、增强型Ｎ沟道绝缘栅场效应管 1、结构和符号 图2 - 12是N沟道增强型MOS管的示意图。MOS管以一块掺杂浓度较低的P型硅片做衬底，在衬底上通过扩散工艺形成两个高掺杂的N型区，并引出两个极作为源极S和漏极D；在P型硅表面制作一层很薄的二氧化硅（SiO2）绝缘层，在二氧化硅表面再喷上一层金属铝，引出栅极G。这种场效应管栅极、源极、漏极之间都是绝缘的，所以称之为绝缘栅场效应管。null图　2-12 MOS管的结构及其图形符号　　绝缘栅场效应管的图形符号如图2-12（b）、(c)所示，箭头方向表示沟道类型，箭头指向管内表示为N沟道MOS管(图(b))，否则为P沟道MOS管(图(c))。null 2）工作原理 图2-13是N沟道增强型MOS管的工作原理示意图，图2-13（b）是相应的电路图。工作时栅源之间加正向电源电压UGS，漏源之间加正向电源电压UDS,并且源极与衬底连接,衬底是电路中最低的电位点。 当UGS=0时，漏极与源极之间没有原始的导电沟道，漏极电流ID=0。这是因为当UGS=0时，漏极和衬底以及源极之间形成了两个反向串联的PN结，当UDS加正向电压时，漏极与衬底之间PN结反向偏置的缘故。 null 图2-13 N沟道增强型MOS管工作原理 (a)示意图； (b)电路图null 当UGS>0时，栅极与衬底之间产生了一个垂直于半导体表面、由栅极G指向衬底的电场。这个电场的作用是排斥P型衬底中的空穴而吸引电子到表面层，当UGS增大到一定程度时，绝缘体和P型衬底的交界面附近积累了较多的电子，形成了N型薄层，称为N型反型层。反型层使漏极与源极之间成为一条由电子构成的导电沟道，当加上漏源电压UGS之后，就会有电流ID流过沟道。通常将刚刚出现漏极电流ID时所对应的栅源电压称为开启电压，用UGS(th)表示。null 当UGS>UGS(th)时，UGS增大、电场增强、沟道变宽、沟道电阻减小、ID增大；反之，UGS减小，沟道变窄，沟道电阻增大，ID减小。所以改变UGS的大小，就可以控制沟道电阻的大小，从而达到控制电流ID的大小，随着UGS的增强，导电性能也跟着增强，故称之为增强型。 必须强调，这种管子当UGS0时，垂直电场增强，导电沟道变宽，电流ID增大。 当UGS<0时，垂直电场减弱，导电沟道变窄，电流ID减小。 当UGS=U GS(th)时，导电沟道全夹断，ID=0。 null 图2-17 N沟道耗尽型MOS管特性 （a）输出特性曲线; b）转移特性曲线null2.2.2　 结型场效应管 1. 工作原理 现以N沟道结型场效应管为例讨论外加电场是如何来控制场效应管的电流的。 如图2-18所示，场效应管工作时它的两个PN结始终要加反向电压。对于N沟道，各极间的外加电压变为UGS≤0，漏源之间加正向电压，即UDS＞0。 当G、S两极间电压UGS改变时，沟道两侧耗尽层的宽度也随着改变，由于沟道宽度的变化，导致沟道电阻值的改变，从而实现了利用电压UGS控制电流ID的目的。null图2-18 结型场效应管的工作原理null 1）UGS对导电沟道的影响 当UGS＝０时，场效应管两侧的PN结均处于零偏置，形成两个耗尽层,如图2－19（ａ）所示。此时耗尽层最薄，导电沟道最宽，沟道电阻最小。 当|UGS|值增大时，栅源之间反偏电压增大，PN结的耗尽层增宽，如图2－19（b）所示。导致导电沟道变窄，沟道电阻增大。   当|UGS|值增大到使两侧耗尽层相遇时，导电沟道全部夹断，如图2－19（c）所示。沟道电阻趋于无穷大。对应的栅源电压UGS称为场效应管的夹断电压， 用UGS(off)来表示。 null 图2－19 UGS对导电沟道的影响 （a）导电沟道最宽;（b）导电沟道变窄;（c）导电沟道夹断null 2）UDS对导电沟道的影响 设栅源电压UGS=0,当UDS=0时，ID=0，沟道均匀，如图2－19（a）所示。 当UDS增加时，漏极电流ID从零开始增加，ID流过导电沟道时，沿着沟道产生电压降，使沟道各点电位不再相等，沟道不再均匀。靠近源极端的耗尽层最窄，沟道最宽;靠近漏极端的电位最高，且与栅极电位差最大，因而耗尽层最宽，沟道最窄。由图2－18可知，UDS的主要作用是形成漏极电流ID。null 3）UDS和UGS对沟道电阻和漏极电流的影响 设在漏源间加有电压UDS，当UGS变化时，沟道中的电流ID将随沟道电阻的变化而变化。 当UGS=0时，沟道电阻最小，电流ID最大。当|UGS|值增大时，耗尽层变宽，沟道变窄，沟道电阻变大，电流ID减小，直至沟道被耗尽层夹断，ID=0。 当0