三极管及场效应管原理讲解

三極管及場效應管原理講解大綱: 一三極管與場效應管的簡介二三極管與場效應管的工作原理三三極管與場效應管的區別四三極管與場效應管的實際應用一三極管與場效應管的簡介1.三機管的簡介半導体三極管又稱晶体三極管,簡稱晶體管.它是由三塊半導体組成,構成兩個PN結,即集電結和發射結,基結3個電極,分別是集電極,基極,發射極,如下圖所示:C CBBE EB為基極,C為集電極,E為發射極半導体三極管TRANSISTOR Test # Description1 h FE Forward-current transfer ratio2 V BE Base emitter voltage(see also Appendix F)3 I EBO Emitter to base cutoff current4 V CESAT Saturation voltage5 I CBO Collector to base cutoff current6 I CEO Collector to emiter cutoff currentI CER, with base to emiter loadI CEX, reverse bias,orI CES short(see also Appendix F)7 BV CEO Breakdown voltage,collector to emitter,BV CER with base to emiter load,BV CEX reverse bias,orBV CES short(see also Appendix F)8 BV CBO Breakdown voltage,collector to base9 BV EBO Breakdown voltage,emitter to base10 V BESAT Base emitter saturation voltage2 .場效應管簡介場效應管又稱金属-氧化物-半導体場效應管,也就是我們通常所說MOS(Metal Oxide Semiconductor )管.場效應管是一種由輸入信號電壓來控制其輸出電流大小的半導体場效應管,是電壓控制器件,輸入電阻非常高.場效應管分為:結型場效應管(JFET)和絕緣栅型場效應管(IGFET)兩大類.結型場效應管JEFT Test # Description1 VGSOFF Gate to source cutoff voltage.2 lDss Zero gate voltage drain current.3 BVDGO Drain to gate breakdown voltage.4 IGSS Gate reverse current.5 IDGO Drain to gate leakage.6 IDOFF Drain cut-off current.7 BVGSS Gate to source breakdown voltage.8 VDSON Drain to source on-state voltage.結型場效應管有N型和P型溝道兩種,電路符號如下d d 結型場效應管有三極:珊極源極N型s P型s 漏極結型場效應管有兩個PN結,在栅源極上加一定電壓,在場效應管內部會形成一個導電溝道,當d,s極間加上一定電壓時,電流就可以從溝道中流過,即通過源電壓來改變導電溝道電阻,實現對漏極電流的控制.結型場效應管的主要參數1.夾斷電壓U DS(off),當U DS等于某一個定值(10v),使Id等于某一個微小電流(如50uA)時,栅源極間所加的U GS即為夾斷電壓.U DS(off)一般為1~10V.2.飽和漏極電流I DS:當U GS=0時,場效應管發生預夾斷時的漏極電流.3.直流輸入電阻R GS.4.低頻跨導GM5.漏源擊穿電壓U(BR)DS6.栅源擊穿電壓U(BR)GS7.最大耗散功率P DM絕緣栅型場效應管是由金屬氧化物和半導体組成,故稱為MOSFET,簡稱MOS管,其工作原理類似於結型場效應管絕緣栅場效應管MOSFET Test # Description1 V GSTH Threshold voltag2 IDss Zero gate voltage drain current.lDSx with gate to Source reverse bias.3 BVDss Drain to Source breakdown voltage.4 VDSON Drain to Source on-state voltage.5 IGSSF Gate to Source leakage current forward.6 IGSSR Gate to Source leakage current reverse.7 VF Diode forward voltage.8 VGSF Gate to Source voltage (forward)required for specified In at specified Vos.(see SISQ Appendix F)9 VGSR Gate to Source voltage (reverse)required for specified ID at specified VDS.(see also Appendix F)10 VDSON On-state drain current11 VGSON On-state gate voltage符號和極性d iDiDg bs s(1)增強型NMOS (2)增強型PMOS gs sgBBg-+-+(3)耗盡型NMOS (4)耗盡型PMOS絕緣栅型場效應管主要參數1.漏源擊穿電壓BV DS2.最大漏極電流I DMSX3.閥值電壓V GS (開啟電壓)4.導通電阻R ON5.跨導(互導) (GM)6.最高工作瀕率7.導通時間TON和關斷時間二三極管與場效應管的工作原理1. 三極管的工作原理(1)NPN (2) PNPi b i Cv be v ce(3)輸入特性曲線 (4) 共發射極輸出特性曲線三極管的三種狀態: (1) 放大放大區發射結正偏,集電結反偏,E1>E2,即NPN型三極管Vc>Vb>Ve,PNP型三極管V c<V b<V e,三極管處于放大狀態.由于Ic=βIb,即Ic受Ib控制,而Ic的電流能量是由電源提供的,此時Ube=0.6~0.7V(NPN硅管)(2)截止Ib≦0的區域稱截止區,UBE<0.5V時,三極開始截止,為了截止可靠,常使UBE≦0,即發射結零偏或反偏(NPN管Vb≦Ve, PNP型三極管Vb≧Ve),截止時,集電結也反向偏置(NPN管Vb<Vc, PNP型三極管Vb>Vc).(3)飽和當VCE<VBE,即集電結正向偏置(Vb<Vc),發射結正向偏置(Vb>Ve)時,三極管處于飽和區.飽和壓降UCE(sat),小功率硅管UCE(sat)≒0.3V,鍺管UCE(sat)≒0.1V.1.主要參數(1)共發射極直流電流放大系數β,即Hfe, β=IC/IB(2)共發射極交流電流放大系數β. β=ΔIC/ΔIB(3)集電極,基極反向飽和電流ICBO(4)集電極,發射極反向飽和電流ICEO,即穿透電流(5)集電極最大允許功耗PCM(6)集電極最大允許電流ICM(7)集電極,基極反向擊穿電壓U(BR)CBO(8)發射極,基極反向擊穿電壓U(BR)CBO(9)集電極,發射極反向擊穿電壓U(BR)CBO2.場效應管的工作原理2.1結型場效應管场效应晶体三极管是由一种载流子导电的、用输入电压控制输出电流的半导体器件。

从参与导电的载流子来划分，它有自由电子导电的N沟道器件和空穴导电的P沟道器件。

N沟道场效应管工作时,在栅极与源极之间加负电压,栅极与沟道之间的PN结为反偏。

在漏极,源极之间加一定正电压,使N沟道中的多数载流子(电子)由源极向漏极漂移,形成i D。

i D的大小受V GS的控制。

P 沟道场效应管工作时,极性相反,沟道中的多子为空穴。

2.2 絕緣栅型場效應管 N 溝道絕緣栅型場效應管①栅源电压V GS 对i D 的控制作用当V GS ＜0时，PN 结反偏，耗尽层变厚，沟道变窄，沟道电阻变大，I D 减小；V GS 更负，沟道更窄，I D 更小；直至沟道被耗尽层全部覆盖，沟道被夹断， I D ≈0。

这时所对应的栅源电压V GS 称为夹断电压V P 。

②漏源电压V DS 对i D 的影响在栅源间加电压V GS ＞V P ，漏源间加电压V DS 。

则因漏端耗尽层所受的反偏电压为V GD =V GS -V DS ，比源端耗尽层所受的反偏电压V GS 大,(如:V GS =-2V , V DS =3V , V P =-9V ,则漏端耗尽层受反偏电压为-5V ，源端耗尽层受反偏电压为-2V),使靠近漏端的耗尽层比源端厚，沟道比源端窄，故V DS 对沟道的影响是不均匀的，使沟道呈楔形。

当V DS 增加到使V GD =V GS -V DS =V P 时，在紧靠漏极处出现预夹断点，伏安特性曲线① 输出特性曲线恒流区：(又称饱和区或放大区)CVDS D GSV f i ==)(特点:(1)受控性： 输入电压v GS 控制输出电流(2)恒流性：输出电流i D 基本上不受输出电压v DS 的影响。

用途:可做放大器和恒流源。

条件:(1)源端沟道未夹断(2)源端沟道予夹断可变电阻区特点:(1)当v GS 为定值时,i D 是v DS 的线性函数，管子的漏源间呈现为线性电阻，且其阻值受v GS 控制。

（2）管压降v DS 很小。

用途：做压控线性电阻和无触点的、闭合状态的电子开关。

条件：源端与漏端沟道都不夹断∣V GS ∣<∣V P ∣∣V DS ∣<∣V GS - V P ∣夹断区用途：做无触点的、接通状态的电子开关。

条件：整个沟道都夹断∣V GS ∣≥∣V P ∣ 击穿区V VPGS<V V VPGS DS-<当漏源电压增大到∣V DS ∣=∣V (BR ) DS ∣时，漏端PN 结发生雪崩击穿，使i D 剧增的区域。

其值一般为（20— 50）V 之间。

由于V GD =V GS -V DS, 故v GS 越负，对应的V P 就越小。

管子不能在击穿区工作。

②转移特性曲线二 三極管與場效應管的區別1. 晶体管是电流控制元件；场效应管是电压控制元件。

2. 晶体管参与导电的是电子—空穴，因此称其为双极型器件；场效应管是电压控制元件，参与导电的只有一种载流子，因此称其为单级型器件。