1、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 CBB E EB為基極,C 為集電極,E 為發射極 半導体三極管TRANSISTOR Test # Description1 hFE Forward-current transfer ratio2 VBE Base emitter voltage(see
2、 also Appendix F)3 IEBO Emitter to base cutoff current 4 VCESAT Saturation voltage5 ICBO Collector to base cutoff current6 ICEO Collector to emiter cutoff currentICER, with base to emiter loadICEX, reverse bias,orICES short(see also Appendix F)7 BVCEO Breakdown voltage,collector to emitter,BVCER wit
3、h base to emiter load,BVCEX reverse bias,orBVCES short(see also Appendix F)8 BVCBO Breakdown voltage,collector to base9 BVEBO Breakdown voltage,emitter to base10 VBESAT 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
4、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 BV
5、GSS 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g g 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 UDS(off),當 UDS等于某一個定值(10v),使 Id等于某一個微小電流(如 50u
6、A)時, 栅源極間所加的 UGS即為夾斷電壓. UDS(off)一般為 110V.2.飽和漏極電流 IDS:當 UGS=0時,場效應管發生預夾斷時的漏極電流.3.直流輸入電阻 RGS.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 PDM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 VGSTH Threshold voltag2 IDss Zero gate voltage drain current.lDSx
7、 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
8、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 iD iDg b s s(1)增強型 NMOS (2)增強型 PMOS iD iDg (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
9、BVDS2.最大漏極電流 IDMSX3.閥值電壓 VGS (開啟電壓) 4.導通電阻 RON5.跨導(互導) (GM) 6.最高工作瀕率s sg BBbg-_-+-+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) PNP ib iCvbe vce (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,E1E2,即 NPN 型三極管VcVbVe,PNP型三極管 VcVc).(3)飽和當 VCEVe)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
10、 UCE(sat)0.1V.1.主要參數(1)共發射極直流電流放大系數 ,即 Hfe, =IC/IB(2)共發射極交流電流放大系數 . =IC/IB(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
11、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 iD。 iD 的大小受 VGS 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栅源电压 VGS对 iD的控制作用当 VGS0 时，PN 结反偏，耗尽层变厚，沟道变窄，沟道电阻变大，I D 减小；VGS 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， ID 0。这时所对应的栅源电压
12、VGS 称为夹断电压 VP。漏源电压 VDS对 iD的影响在栅源间加电压 VGSV P，漏源间加电压 VDS。则因漏端耗尽层所受的反偏电压为 VGD=VGS-VDS， 比源端耗尽层所受的反偏电压 VGS 大,( 如: VGS=-2V, VDS =3V, VP=-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 VDS 对沟道的影响是不均匀的，使沟道呈楔形。当 VDS 增加到使 VGD=VGS-VDS =VP 时，在紧靠漏极处出现预夹断点，伏安特性曲线 输出特性曲线恒流区：(又称饱和区或放大区)特点:(1) 受控性： 输入电压
13、vGS 控制输出电流(2)恒流性：输出电流 iD 基本上不受输出电压 vDS 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 vGS 为定值时,i D 是 vDS 的线性函数，管子的漏源间呈现CVDSGfi)(VPGSPGSD为线性电阻，且其阻值受 vGS 控制。（2）管压降 vDS 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 VGSVP VDSVGS - VP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VGSVP击穿区当漏源电压增大到VDS=V (BR) DS时，漏端
14、PN 结发生雪崩击穿，使 iD 剧增的区域。其值一般为（20 50）V 之间。由于VGD=VGS-VDS, 故 vGS 越负，对应的 VP 就越小。管子不能在击穿区工作。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；CVGSDDSfi)(msgdvvi QSQGSD/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。3. 晶体管的输入电阻较低，一般 102104W；场效应管的输入电阻高，可达 1091014W三極管 場效應管结构与分类NPN 型PNP 型结型 N 沟道 P
15、沟道绝缘栅 增强型 N 沟道 P 沟道耗尽型 N 沟道 P 沟道载流子 多子扩散少子漂移 多子漂移输入量 电流输入 电压输入控制 电流控制电流源 电压控制电流源噪声 较大 较小温度特性 受温度影响较大 较小，且有零温度系数点输入电阻 几十到几千欧姆 几兆欧姆以上静电影响 不受静电影响 易受静电影响集成工艺 不易大规模集成 适宜大规模,超大规模集成四四 三機管構成門電路三機管構成門電路OUTIN NOT+5VVCCGNDU3A74HCT141 2147GNDOUTGNDIN_Y BCE123+5V1212五 相關電路相關電路 實實 例例機種名稱: LUXEMBURG 不良現象: 80 NO DI
16、SPLAY(沒有 Vcore;14.318 不振,ICS 不工作) 分析思路: 根據以上的不良現象,我們首要做的就是判斷出問題點來,依據 intel 主板的工作原理,ICS正常工作前,其 16 腳(VTT_PWRGD*PD)會通過 Q5C1.R5C8 對 VCCP 逕行采樣偵測,看其是否 ok(如圖 1),如 VCCP OK,Q5C1 的基極為 1.0V,Q5C1 導通,A#電位為 LOW,ICS 開始工作,因為沒有 VCCP,A#點的電位拉不到 LOW,所以 ICS 不工作.由此可以判斷出問題點不在 ICS 這裡,其只是被動停止工作 看 VCCP 這邊,量測其電路所有 MOS 管都 OK,但
17、 ADP3418K 的 3 腳(如圖 2a) (VREG_ILIMIT)電位為高電平 (3.3V),沒有拉低,查看其上一級輸入電路,它是經過一個 220K的電阻 R1F31 直接連到 U1F1 的 15 腳(如圖 2b),更換 U1F1 仍無電壓發出,量測其上一級輸入信號,發現 U1F1 的 11 腳(VTT_PWRGD)( 圖 2b)的輸入電壓為 LOW,其是偵測 V_FSB_VTT 是否正常工作. 量 V_FSB_VTT 的轉換電路(圖 3),發現 V_FSB_VTT 的電壓偏低(0.7V), 查看所有的工作管都 OK,量測所有的工作電壓發現,組合輸出電路的前一級比較器控制芯片的反向輸入端的輸入電位與 OK 板相比,有明顯的偏高(1.2V),更換 U5C1,Q4C1,V_FSB_VTT 仍為LOW(0.7V). U5C1 的 6 腳是采樣輸入端,用來監控 V_FSB_VTT 的輸出值.使其始終保持在 1.2V 左右,它是經過 R5D6,R5D9(如圖 4)兩個采樣電阻,直接連到 Q4C1 的輸出端,行成一個反潰網鑼,來保持 V_FSB_VTT 的工作穩定.量測兩采樣電阻,發現 R5D6 的阻值嚴重偏小( 0),換之,所有電壓正常.
