[初三理化生]3三极管课件.ppt

1、3 3 三极管、场效应管及其电流源电路三极管、场效应管及其电流源电路3.1 晶体管晶体管三极管三极管3.2 场效应管场效应管3.3 电流源电路电流源电路3.1 晶体三极管3.1.1 晶体管的结构和符号3.1.2 晶体管电流的可控性3.1.3 晶体管的共射输入、输出特性3.1.4 温度对晶体管特性的影响3.1.5 主要参数3.1.6 复合管3.1.1 三极管的结构和符号三极管的结构和符号多子浓度高多子浓度高多子浓度很多子浓度很低，且很薄低，且很薄面积大面积大晶体管有三个极、三个区、两个晶体管有三个极、三个区、两个PN结。结。小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管为什么有孔？3.1.2

2、晶体管电流的可控性晶体管电流的可控性（集电结反偏），即（发射结正偏）可控的外部条件BECECBONBE0vvvVv1、电流可控是如何实现的？电流可控是如何实现的？从两个独立的理想二极管一个正偏，一个反偏。来理解.区面积最大发射区浓度最高，集电低基区很薄，且杂质浓度可控的内部条件2 2、晶体管内部载流子传输过程、晶体管内部载流子传输过程扩散运动形成发射极电流扩散运动形成发射极电流IE复合运动形成基极电流复合运动形成基极电流IB漂移运形成集电极电流漂移运形成集电极电流IC少数载少数载流子的流子的运动运动因发射区多子浓度高使大量因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区电子从发射区扩散到基区因基

3、区薄且多子浓度低，使极少因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合数扩散到基区的电子与空穴复合因集电区面积大，在外电场作用下大因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴基区空穴的扩散的扩散？BCBCii II直流电流直流电流放大系数放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？节点电流方程：节点电流方程：i iE Ei iB Bi iC C定义：定义：3、受控电流的数学表达：受控电流的数学表达：CBOCEOCEOBECEOBC)(1)1(;IIIii

4、Iii)1(;BEBCiiii受控电流：受控电流：考虑反向电流的影响：考虑反向电流的影响：集电结反向电流集电结反向电流穿透电流穿透电流4、三极管的开关作用、三极管的开关作用受控电流源受控电流源BCII3.1.3 晶体管的共射输入特性和输出特性晶体管的共射输入特性和输出特性CE)(BEBUufi 为什么为什么UCE增大曲线右移？增大曲线右移？对于小功率晶体管，对于小功率晶体管，UCE大于大于1V的一条输入特性曲线的一条输入特性曲线可以取代可以取代UCE大于大于1V的所有输入特性曲线。的所有输入特性曲线。为什么像为什么像PN结的伏安特性？结的伏安特性？为什么为什么UCE增大到一定值曲增大到一定值曲

5、线右移就不明显了？线右移就不明显了？1、输入特性、输入特性2 2、输出特性、输出特性B)(CECiufi 是常数吗？什么是理想三极管？什么情况下是常数吗？什么是理想三极管？什么情况下?对应于一个对应于一个IB就有一条就有一条iC随随uCE变化的曲线。变化的曲线。为什么为什么uCE较小时较小时iC随随uCE变变化很大？为什么进入放大状态化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？曲线几乎是横轴的平行线？饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区BiCi常量CEBCUii3、晶体管的三个工作区域、晶体管的三个工作区域 晶体管工作在放大状态时，输出回路电流晶体管工作在放大状态时，输出回路电流 iC几

6、乎仅仅决几乎仅仅决定于输入回路电流定于输入回路电流 iB；即可将输出回路等效为电流；即可将输出回路等效为电流 iB 控制控制的电流源的电流源iC。状态状态UBEICUCE截止截止UonICEOVCC放大放大 UoniB uBE饱和饱和 UoniB uBE3.1.4 温度对晶体管特性的影响温度对晶体管特性的影响BEBBBECEO )(uiiuIT不变时，即不变时3.1.5 BJT的主要参数的主要参数1.电流放大系数电流放大系数 (2)共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 =IC/IB vCE=const (1)共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IB

7、IC/IB vCE=const 当当ICBO和和ICEO很小时，很小时，、，可以不，可以不加区分。加区分。2.极间反向电流极间反向电流(1)集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开发射极开路时，集电结的反向饱和电流。路时，集电结的反向饱和电流。(2)集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+）ICBO (1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM 3.极限参数极限参数(3)反向击穿电压反向击穿电压几个击穿电压有如下关系几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)C

8、EOV(BR)EBO4.温度对温度对BJT参数的影响参数的影响(1)温度对温度对ICBO的影响的影响温度每升高温度每升高10，ICBO约增加一倍。约增加一倍。(2)温度对温度对 的影响的影响温度每升高温度每升高1，值约增大值约增大0.5%1%。(3)温度对反向击穿电压温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响的影响温度升高时，温度升高时，V(BR)CBO和和V(BR)CEO都会有所提高。都会有所提高。3.1.6 复合管复合管复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。21)1)(1(211BE ii 不同类型的管子复合不同类型的管

9、子复合后，其类型决定于后，其类型决定于T1管。管。目的：增大目的：增大，减小前级驱动电流，改变管子的类型。，减小前级驱动电流，改变管子的类型。讨论一1、分别分析、分别分析uI=0V、5V时时T是工作在截止状态还是导通状态；是工作在截止状态还是导通状态；2、已知、已知T导通时的导通时的UBE0.7V，若当，若当uI=5V，则，则在什么范围内在什么范围内T处于放大状态，在什么范围内处于放大状态，在什么范围内T处于饱和状态？处于饱和状态？通过通过uBE是否大于是否大于Uon判断管子判断管子是否导通。是否导通。A431007.05bBEIBRUuimA4.2512cCCCmaxRVi56BCmaxii

10、临界饱和时的临界饱和时的讨论二由图示特性求出由图示特性求出PCM、ICM、U（BR）CEO、。CECCMuiP2.7iCCEBCUiiuCE=1V时的时的iC就是就是ICMU（BR）CEO3.2 3.2 场效应管场效应管FETFET3.2.1 场效应管分类和特点场效应管分类和特点3.2.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管MOS3.2.3 结型场效应管结型场效应管JFET3.2.4 FET主要参数主要参数P沟道沟道耗尽型耗尽型P沟道沟道P沟道沟道N沟道沟道增强型增强型N沟道沟道N沟道沟道（耗尽型）（耗尽型）FET场效应管场效应管JFET结型结型MOSFET绝缘栅型绝缘栅型耗尽型耗尽型：场效应管没有

11、加偏置电压时，就有导电沟道存在：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道1.场效应管的分类：场效应管的分类：3.2.1 场效应管分类和特点场效应管分类和特点3.2.2 绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管MOSSiO2绝缘层绝缘层衬底衬底耗尽层耗尽层空穴空穴高参杂高参杂1、ENMOS的结构与符号的结构与符号符号符号栅极栅极源极源极漏极漏极衬底衬底2、ENMOS的工作原理的工作原理在预夹断处：在预夹断处：vGDGD=vGSGS-vDS DS=V VT T在预夹断处：在预夹断处：vDSDS=vGSGS-V VT

12、T 栅栅-源电压对导电源电压对导电沟道宽度的控制作用沟道宽度的控制作用 漏漏-源电压对导电源电压对导电沟道宽度的影响作用沟道宽度的影响作用3、受控电流方程及受控电流方程及V-I 特性曲线特性曲线2)(TGSnDVKi v2TGS2Tn)1(VVKv21)(TGSDO VIv2TnDOVKI 是是vGSGS2 2V VT T时的时的iD D 1 1）饱和电流（恒流区）饱和电流（恒流区）Kn为电导常数，单位：为电导常数，单位：mA/VmA/V2 22）转移特性）转移特性3）输出特性）输出特性 为什么必须用转移特性描述为什么必须用转移特性描述VGS对对iD的控制作用？的控制作用？4、DNMOS的工作

13、原理及的工作原理及特性曲线特性曲线1 1）DNMOS DNMOS结构与符号结构与符号2）转移特性）转移特性3）输出特性）输出特性夹断夹断电压电压2PGSnD)(VKiv2PGS2Pn)1(VVKv2PGSDSS)1(VIv3.2.3 结型场效应管结型场效应管JFET1、结构结构 与符号与符号 符号符号导电导电沟道沟道源极源极栅极栅极漏极漏极结构示意图结构示意图 场效应管有三个极：源极（场效应管有三个极：源极（s）、栅极（）、栅极（g）、漏极（）、漏极（d），对应于晶），对应于晶体管的体管的e、b、c；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应；有三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，

14、对应于三极管的截止区、放大区和饱和区。于三极管的截止区、放大区和饱和区。2 2、DNJFET DNJFET的工作原理的工作原理在预夹断处：在预夹断处：vGDGD=vGSGS-vDS DS=V VP P在预夹断处：在预夹断处：vDSDS=vGSGS-V VP P3 3、受控电流方程受控电流方程)0()1(GSP2PGSDSSDvvVVIiA.转移特性转移特性 4 4、V V-I I 特性曲线特性曲线2pGSnD)(VKiv2PGS2Pn)1(VVKv2pGSDSS)1(VIv2PnDSSVKI 是是vGSGS0 0时的时的iD D Kn为电导常数，单位：为电导常数，单位：mA/VmA/V2 2常

15、量GS)(DSDUufig-s电压控电压控制制d-s的等的等效电阻效电阻B.输出特性输出特性常量DSGSDmUuig预夹断轨迹，预夹断轨迹，uGDUGS（off）可可变变电电阻阻区区恒恒流流区区iD几乎仅决几乎仅决定于定于uGS击击穿穿区区夹断区（截止区）夹断区（截止区）夹断电压夹断电压IDSSiD 不同型号的管子不同型号的管子UGS（off）、IDSS将不同。将不同。低频跨导：低频跨导：讨论一讨论一 在合适的外加电压下，每只管子的电流都有合适在合适的外加电压下，每只管子的电流都有合适的通路，才能组成复合管。的通路，才能组成复合管。判断下列各图是否能组成复合管判断下列各图是否能组成复合管3.2

16、.4 FET的主要参数的主要参数一、直流参数一、直流参数1 1、开启电压开启电压V VT T （增强型参数）（增强型参数）2 2、夹断电压夹断电压V VP P （耗尽型参数）（耗尽型参数）3 3、饱和漏电流饱和漏电流I IDSSDSS （耗尽型参数）（耗尽型参数）4 4、直流输入电阻直流输入电阻R RGSGS （10109 910101515 ）二、交流参数二、交流参数 GSDDSdsVir v1 1、输出电阻输出电阻r rdsds 三、极限参数三、极限参数 1 1、最大漏极电流最大漏极电流I IDMDM 2 2、最大耗散功率最大耗散功率P PDMDM 3 3、最大漏源电压最大漏源电压V V（

17、BRBR）DSDS 4 4、最大栅源电压最大栅源电压V V（BRBR）GSGS DS GSDmVigv二、交流参数二、交流参数 2 2、低频互导低频互导g gm m )(2TGSnVK v2TGSnD)(VKiv)(2PGSnVKv2PGSnD)(VKiv3.3 电流源电路电流源电路 3.3.1 BJT电流源电路电流源电路3.3.2 FET电流源电流源1、镜像电流源镜像电流源2、微电流源微电流源3、组合电流源、组合电流源1、JFET电流源电流源2、MOSFET镜像电流源镜像电流源3、MOSFET多路电流源多路电流源3.3.1 BJT电流源电路电流源电路1 1、镜象电流源、镜象电流源T0 和和

18、T1 特性完全相同。特性完全相同。B0B1BE0BE1IIVV，CCB10B0C2IIIIIIRRII C 2时，则若基准电流基准电流RVVIR)(BECCRII2CCC0C1III即即01，ICEO0ICEO1 代表符号代表符号eBE1BE0RVVE1C1OIII1EB4BE1EECCREFRVVVVI 3、多路电流源、多路电流源2 2、微电流源微电流源设三个集电区的面积设三个集电区的面积分别为分别为S0、S1、S2，则则02C0C201C0C1SSIISSII，3.3.2 FET电流源电路电流源电路DSSOII 2 2、镜象电流源、镜象电流源1 1、JFET JFET电流源电流源RVVVIIIGSSSDDREFD2O3、多路电流源、多路电流源REF1122D2/ILWLWI REF1133D3/ILWLWI REF1144D4/ILWLWI 2T0GS0n0D0REF)(VVKII