中職中專電子線路ppt課件
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第 2 章 晶體三極管和場效晶體管,本章學(xué)習(xí)目標(biāo),2.1 晶體三極管,2.2 場效晶體管,本章小結(jié),1,本章學(xué)習(xí)目標(biāo),理解晶體管的結(jié)構(gòu)和分類,熟悉其外形、圖形符號。掌握三極管電流分配關(guān)系。,掌握三極管的輸入特性、輸出特性及三種工作狀態(tài),了解其主要參數(shù)。,掌握用萬用表對三極管進行測試的方法。,了解場效晶體管的類型及工作原理,熟悉其圖形符號,理解其轉(zhuǎn)移特性和輸出特性,了解其使用的注意事項。,2,2.1 晶體三極管,2.1.1 三極管的結(jié)構(gòu)、分類和符號,2.1.2 三極管的工作電壓和基本連接方式,2.1.3 三極管內(nèi)電流的分配和放大作用,2.1.4 三極管的輸入和輸出特性,2.1.5 三極管主要參數(shù),2.1.6 三極管的簡單測試,3,2.1 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(nèi)有兩種載流子參與導(dǎo)電。,4,2.1.1 三極管的結(jié)構(gòu)、分類和符號,一、晶體三極管的基本結(jié)構(gòu),1.三極管的外形,特點:有三個電極,故稱三極管。,2.三極管的結(jié)構(gòu),三極管的結(jié)構(gòu)圖,特點:,有三個區(qū) —— 發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū);,兩個 PN 結(jié) —— 發(fā)射結(jié)(BE 結(jié))、集電結(jié)(BC 結(jié));,三個電極 —— 發(fā)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(fā)射區(qū)摻雜濃度較大;基區(qū)很薄且摻雜最少;集電區(qū)比發(fā)射區(qū)體積大且摻雜少。,二、晶體三極管的符號,三極管符號,箭頭:表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時的電流方向。 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(nèi)部結(jié)構(gòu)分:有 NPN 型和 PNP 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(guān)管; 按半導(dǎo)體材料分:有鍺管和硅管等等。,2.國產(chǎn)三極管命名法:見《電子線路》(陳其純主編)P261 附錄。,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(guān)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。,三極管工作在放大狀態(tài)的外部條件是:發(fā)射結(jié)加正向電壓,集電結(jié)加反向電壓。,三極管電源的接法,三極管電源的接法,二、晶體三極管在電路中的基本連接方式,有三種基本連接方式:共發(fā)射極、共基極和共集電極接法。最常用的是共發(fā)射極接法。,三極管在電路中的三種基本連接方式,2.1.3 三極管內(nèi)電流的分配和放大作用,一、電流分配關(guān)系,測量電路如圖,調(diào)節(jié)電位器,測得發(fā)射極電流、基極電流和集電極電流的對應(yīng)數(shù)據(jù)如表所示。,因 IB 很小,則 IC ? IE,IE = IC + IB,由表可見,三極管中電流分配關(guān)系如下:,說明:,1.IE = 0 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(guān)。,2. IB = 0 時,IC = IE = ICEO 。,ICEO 稱為集電極——發(fā)射極反向電流,又叫 穿透電流,見圖 (b)。,ICEO 越小,三極管溫度穩(wěn)定性越好。硅管的溫度穩(wěn)定性比鍺管好。,ICBO 與 ICEO示意圖,二、晶體三極管的電流放大作用,當(dāng)基極電流 IB 由 0.01 mA 變到 0.02 mA 時,集電極電流 IC 由 0.56 mA 變到 1.14 mA 。上面兩個變化量之比為,這說明,當(dāng) IB 有一微小變化時,就能引起 IC 較大的變化,這種現(xiàn)象稱為三極管的電流放大作用。比值用符號 ? 來表示,稱為共發(fā)射極交流電流放大系數(shù),簡稱“交流 ? ” ,即,結(jié)論:,1.三極管的電流放大作用——基極電流 IB 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(shù) ? ——表示三極管放大交流電流的能力,4.通常 , ,所以可表示為,考慮 ICEO ,則,3.直流電流放大系數(shù) —— 表示三極管放大直流電流的能力,2.1.4 三極管的輸入和輸出特性,一、共發(fā)射極輸入特性曲線,集射極之間的電壓 VCE 一定時,發(fā)射結(jié)電壓 VBE 與基極電流 IB 之間的關(guān)系曲線。,共發(fā)射極輸入特性曲線,由圖可見:,1.當(dāng)V CE ≥ 2 V 時,特性曲線基本重合。,2.當(dāng) VBE 很小時,IB 等于零,三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。,共發(fā)射極輸入特性曲線,4.三極管導(dǎo)通后,VBE 基本不變。硅管約為 0.7 V ,鍺管 約為 0.3 V ,稱為三極管的導(dǎo)通電壓。,5.VBE 與 IB 成非線性關(guān)系。,3.當(dāng) 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(dǎo)通。,二、晶體三極管的輸出特性曲線,基極電流一定時,集、射極之間的電壓與集電極電流的關(guān)系曲線。,動畫 晶體三極管的輸出特性曲線,輸出特性曲線可分為三個工作區(qū):,1.截止區(qū),條件:發(fā)射結(jié)反偏或兩端電壓為零。 特點: IB = 0,IC = ICEO 。,2.飽和區(qū),條件:發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏。 特點:VCE = VCES。,VCES 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(qū),條件:發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏。 特點: IC 受 IB 控制 ,即 ?IC = ??IB 。,在放大狀態(tài),當(dāng) IB 一定時,IC 不隨 VCE 變化,即放大狀態(tài)的三極管具有恒流特性。,2.1.5 三極管主要參數(shù),三極管的參數(shù)是表征管子的性能和適用范圍的參考數(shù)據(jù)。,一、共發(fā)射極電流放大系數(shù),1.直流放大系數(shù),2.交流放大系數(shù) ?,電流放大系數(shù)一般在 10 ~ 100 之間。太小,放大能力弱,太大易使管子性能不穩(wěn)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(fā)射極反向飽和電流 ICEO。,ICEO = ( 1 + ? ) ICBO,反向飽和電流隨溫度增加而增加,是管子工作狀態(tài)不穩(wěn)定的主要因素。因此,常把它作為判斷管子性能的重要依據(jù)。硅管反向飽和電流遠(yuǎn)小于鍺管,在溫度變化范圍大的工作環(huán)境應(yīng)選用硅管。,三、極限參數(shù),1.集電極最大允許電流 ICM,三極管工作時,當(dāng)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功率 PCM,當(dāng)管子集電結(jié)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(fā)射極間反向擊穿電壓 V(BR)CEO,管子基極開路時,集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓。當(dāng)電壓越過此值時,管子將發(fā)生電擊穿,若電擊穿導(dǎo)致熱擊穿會損壞管子。,2.1.6 三極管的簡單測試,判別硅管和鍺管的測試電路,一、硅管或鍺管的判別,二、估計比較 ? 的大小,NPN 管估測電路如圖所示。,估測 ? 的電路,萬用表設(shè)置在 R ? 1 k 擋,測量并比較開關(guān) S 斷開和接通時的電阻值。前后兩個讀數(shù)相差越大,說明管子的 ? 越高,即電流放大能力越大。,估測 PNP 管時,將萬用表兩只表筆對換位置。,三、估測 ICEO,NPN 管估測電路如圖所示。所測阻值越大,說明管子的 ICEO 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(diào),方法同前。,I CEO 的估測,四、NPN 管型和 PNP 管型的判斷,基極 b 的判斷,將萬用表設(shè)置在 R ? 1 k 或 R ? 100 k 擋,用黑表筆和任一管腳相接(假設(shè)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(a)所示。如果按上述方法測得的結(jié)果均為高阻值,則黑表筆所連接的是 PNP 管的基極。如圖 (b)所示。,五、e、b、c 三個管腳的判斷,估測 ? 的電路,如圖所示,首先確定三極管的基極和管型,然后采用估測 ? 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(fā)射極)接入電路,記下電阻表的擺動幅度,然后再把兩個待定電極對調(diào)一下接入電路,并記下電阻表的擺動幅度。,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(fā)射極 e。,測 PNP 管時,只要把圖 示電路中紅、黑表筆對調(diào)位置,仍照上述方法測試。,2.2 場效晶體管,2.2.1 結(jié)型場效晶體管,2.2.2 絕緣柵場效晶體管,2.2.3 場效晶體管的主要參數(shù)和特點,工程應(yīng)用,29,2.2 場效晶體管,場效晶體管:是利用輸入電壓產(chǎn)生的電場效應(yīng)控制輸出電流的電壓控制型器件。,特點:管子內(nèi)部只有一種載流子參與導(dǎo)電,稱為單極型晶體三極管。,2.2.1 結(jié)型場效晶體管,N 溝道結(jié)型場效晶體管,P 溝道結(jié)型場效晶體管,一、結(jié)構(gòu)和符號,N 溝道結(jié)型場效晶體管的結(jié)構(gòu)、符號如圖所示;P 溝道結(jié)型場效晶體管如圖所示。,特點:由兩個 PN 結(jié)和一個導(dǎo)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(jié)加反向電壓。,二、工作原理,,,以 N 溝道結(jié)型場效晶體管為例,原理電路如圖所示。,動畫 結(jié)型場效晶體管結(jié)構(gòu),工作原理如下:,VDS 0; VGS 0 。在漏源電壓 VDS 不變條件下,改變柵源電壓 VGS ,通過 PN 結(jié)的變化,控制溝道寬窄,即溝道電阻的大小,從而控制漏極電流 ID。,結(jié)論:,1.結(jié)型場效晶體管是一個電壓控制電流的電壓控制型器件。,2.所以輸入電阻很大。一般可達 107 ~ 108 ?。,三、結(jié)型場效晶體管的特性曲線和跨導(dǎo),1.轉(zhuǎn)移特性曲線,結(jié)型場效晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線,反映柵源電壓 VGS 對漏極電流 ID 的控制作用。如圖所示,若漏源電壓一定:,當(dāng)柵源電壓 VGS = 0 時,漏極電流 ID = IDSS ,IDSS 稱為飽和漏極電流;,當(dāng)柵源電壓 VGS 向負(fù)值方向變化時,漏極電流 ID 逐漸減?。?當(dāng)柵源電壓 VGS = VP 時,漏極電流 ID = 0,VP 稱為夾斷電壓。,2.輸出特性曲線,結(jié)型場效晶體管的輸出特性曲線,,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(guān)系。如圖所示。,(1)可調(diào)電阻區(qū)(圖中Ⅰ區(qū)),VGS 不變時,ID 隨 VDS 作線性變化,漏源間呈現(xiàn)電阻性。,柵源電壓 VGS 越負(fù),輸出特性越陡,漏源間的電阻越大。,結(jié)論:在Ⅰ區(qū)中,場效晶體管可看作一個受柵源電壓控制的可變電阻。,(2)飽和區(qū)(圖中Ⅱ區(qū)),結(jié)型場效晶體管的輸出特性曲線,,VDS 一定時,VGS 的少量變化引起 ID 較大變化,即 ID 受 VGS 控制。,當(dāng) VGS 不變時,ID 不隨 VDS 變化,基本上維持恒定,即 ID 對 VDS 呈飽和狀態(tài)。,結(jié)論:在Ⅱ區(qū)中,場效晶體管具有線性放大作用。,(3)擊穿區(qū)(圖中 Ⅲ 區(qū)),當(dāng) VDS 增至一定數(shù)值后,ID 劇增,出現(xiàn)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(qū)域。,3.跨導(dǎo)(gm),反映在線性放大區(qū) ?VGS 對 ID 的控制能力。單位為 μA/V。,,2.2.2 絕緣柵場效晶體管,絕緣柵場效晶體管是一種柵極與源極、漏極之間有絕緣層的場效晶體管,簡稱 MOS 管。,特點:輸入電阻高,噪聲小。,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(jié)構(gòu)和工作原理,N 溝道增強型絕緣柵場效晶體管,1. N 溝道增強型絕緣柵場效晶體管,工作原理如圖所示:,(1)當(dāng) VGS = 0 ,在漏、源極間加一正向電壓 VDS 時,漏源極之間的電流 ID = 0 。,(2)當(dāng) VGS 0 ,在絕緣層和襯底之間感應(yīng)出一個反型層,使漏極和源極之間產(chǎn)生導(dǎo)電溝道。在漏、源極間加一正向電壓 VDS 時,將產(chǎn)生電流 ID 。,開啟電壓 VT :增強型 MOS 管開始形成反型層的柵源電壓。,N 溝道增強型絕緣柵場效晶體管工作原理,N 溝道增強型絕緣柵場效晶體管工作原理,(3)在 VDS 0 時:,若 VGS VT ,反型層消失,無導(dǎo)電溝道,ID = 0 ;,若 VGS VT ,出現(xiàn)反型層(即導(dǎo)電溝道) ,D、S 之間有電流 ID 流過;,若 VGS 逐漸增大,導(dǎo)電溝道變寬,ID 也隨之逐漸增大,即 VGS 控制 ID 的變化。,2.N 溝道耗盡型絕緣柵場效晶體管,夾斷電壓:使 ID = 0 時的柵源電壓。,結(jié)構(gòu)及符號如圖所示。,特點:管子本身已形成導(dǎo)電溝道。,N 溝道耗盡型絕緣柵場效晶體管,N 溝道耗盡型絕緣柵場效晶體管,工作原理:在 VDS 0 時,,當(dāng) VGS = 0 導(dǎo)電溝道有電流 ID;,當(dāng) VGS 0 并逐漸增大時,溝道變寬,使 ID 增大;,當(dāng) VGS 0 逐漸增大此負(fù)電壓時,溝道變窄,使 ID 減小 。實現(xiàn) VGS 對 ID 的控制作用。,夾斷電壓 VP : 是指使 ID = 0 時的柵源電壓 VGS。,二、絕緣柵場效晶體管的特性曲線和跨導(dǎo),以 N 溝道 MOS 管為例。,1.轉(zhuǎn)移特性曲線,N 溝道 MOS 管的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖所示。,N 溝道 MOS 管轉(zhuǎn)移特性曲線,增強型: 當(dāng) VGS = 0 時, ID = 0;當(dāng) VGS VT 時,ID 0 。,耗盡型: 當(dāng) VGS = 0 時, ID ? 0 ; 當(dāng) VGS 為負(fù)電壓時 ID 減??; 當(dāng) VGS = VPS 時, ID = 0 。,2.輸出特性曲線,3.跨導(dǎo),可調(diào)電阻區(qū),飽和區(qū),擊穿區(qū),三個區(qū)的含義與結(jié)型管輸出特性曲線三個區(qū)相同。,N 溝道 MOS 管輸出特性曲線,,三、絕緣柵場效晶體管的圖形符號,MOS 管的圖形符號,2.2.3 場效晶體管的主要參數(shù)和特點,一、主要參數(shù),1.直流參數(shù),(1)開啟電壓 VT,在 VDS 為定值的條件下,增強型場效晶體管開始導(dǎo)通(ID 達到某一定值,如 10 ?A)時,所需加 VGS 的值。,(2)夾斷電壓 VP,在VDS 為定值的條件下,耗盡型場效晶體管 ID 減小到近于零時 VGS 的值。,(3)飽和漏極電流 IDSS,耗盡型場效晶體管工作在飽和區(qū)且 VGS = 0 時,所對應(yīng)的漏極電流。,(4)直流輸入電阻 RGS,柵源電壓 VGS 與對應(yīng)的柵極電流 IG 之比。,場效晶體管輸入電阻很高,結(jié)型管一般在 107 ? 以 上;絕緣柵管則更高,一般在 109 ? 以上。,2.交流參數(shù),(1)跨導(dǎo) gm,VDS 一定時,漏極電流變化量 ?ID 和引起這個變化的柵源電壓變化量 ?VDS 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,場效晶體管三個電極之間的等效電容 CGS、CGD、CDS,一般為幾個皮法,結(jié)電容小的管子,高頻性能好。,3.極限參數(shù),(1)漏極最大允許耗散功率 PDM,ID 與 VDS 的乘積不應(yīng)超過的極限值。,(2)漏極擊穿電壓 V(BR) DS,漏極電流 ID 開始劇增時所加的漏源間的電壓。,二、場效晶體管的特點,場效晶體管與普通三極管比較表,工程應(yīng)用——場效晶體管使用常識,結(jié)形場效晶體管的柵源電壓必須使 PN 結(jié)反偏,不能接反。因結(jié)型場效晶體管的源極及漏極通常制成對稱的,所以原極和漏極可以調(diào)換使用。,絕緣柵場效晶體管中,有的產(chǎn)品將徹底引出(有四個管腳),此時源極和漏極可以互換使用,但有的產(chǎn)品在制造時已把源極和襯底連接在一起,這種管子源極和漏極就不能調(diào)換使用。,絕緣柵場效晶體管由于輸入電阻很高,如果在管腳開路狀態(tài)下保存 ,會使管子還未使用時就已擊穿或性能下降。因此,無論管子使用與否,都應(yīng)將三個電極短路或用鋁箔包好。結(jié)型場效晶體管可以在開路狀態(tài)下保存。,本章小結(jié),晶體三極管是一種電流控制器件,具有電流放大作用;使用時有三種基本連接方式,最常用的是共發(fā)射極接法;有三種工作狀態(tài),即截止、飽和和放大狀態(tài);三個電極的電流關(guān)系是,在放大狀態(tài)時; ? 值表示電流放大能力的大?。籌CBO、ICEO 反映了管子溫度穩(wěn)定性;三極管有 NPN型和PNP型兩大基本類型。,場效晶體管是一種電壓控制器件,用柵極電壓來控制漏極電流;具有高輸入電阻和低噪聲的特點;表征管子性能的有轉(zhuǎn)移特性曲線、輸出特性曲線和跨導(dǎo);它有結(jié)型場效晶體管和絕緣柵場效晶體管兩大類,每類又有 P 溝道、N溝道的區(qū)別;絕緣柵場效晶體管另有增強型和耗盡型兩種。,52,本章重點,掌握晶體三極管的結(jié)構(gòu)、工作電壓、基本連接方式和電流分配關(guān)系。,熟練掌握晶體三極管的放大作用;共發(fā)射極電路的輸入、輸出特性曲線;主要參數(shù)及溫度對參數(shù)的影響。,了解 MOS 管的工作原理、特性曲線和主要參數(shù)。,53,本章難點,晶體三極管的放大作用。,輸入、輸出特性曲線及主要參數(shù)。,54,學(xué)時分配,55,- 1.請仔細(xì)閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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