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    • 發(fā)布時間:2021-09-02 17:37:45
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    三極管BTJ和場效應(yīng)管FET知識介紹
    1 BJT
    BJT是Bipolar Junction Transistor的縮寫,也即是雙極性晶體管。從名字上看,BTJ就是有兩個PN結(jié)組成。BJT有兩種類型:NPN和PNP,其中NPN最常用,兩者的表示符號如下:
    BJT是電流控制器件,下文以NPN為例,介紹BJT的放大原理。
    三極管BTJ 場效應(yīng)管FET
    1.1 三極管的工作原理
    如下圖,我們可以把NPN看做是兩個背靠背的二極管相連。其中e區(qū)重?fù)诫s,b區(qū)很薄,集電結(jié)比發(fā)射結(jié)大。在放大狀態(tài)下,be正偏,e區(qū)的電子穿過發(fā)射結(jié)流向b區(qū)。由于b區(qū)很薄,只能接受一小部分電子,形成電流Ibn。另一大部分電子穿過b區(qū),直接到達(dá)發(fā)射結(jié),并在反偏電壓作用下到達(dá)c區(qū),形成電流Icn,Icn/Ibn=β,這個值很大,這就是三極管放大原理的精髓所在。
    三極管BTJ 場效應(yīng)管FET
    上文中最關(guān)鍵的一句話已經(jīng)加粗,可以這么來理解。集電結(jié)反偏時,電流很小,因為反偏電壓擴(kuò)大了“內(nèi)建電場”使PN結(jié)的活躍“多子”變少,反偏的PN結(jié)導(dǎo)通電阻很大,幾乎沒有電流,僅有的一部分也是“少子漂移”,這部分電流叫“漏電流”。從e區(qū)送過來的電子,正好彌補了集電結(jié)缺少“多子”的問題,這部分電子迅速穿過了集電結(jié),形成電流Icn。這可以理解為e區(qū)提供的電子,使發(fā)射結(jié)的漏電流急劇增大。
    所以說,NPN的集電結(jié)只需要一點點反偏電壓,甚至零偏,e區(qū)送過來的電子都可以迅速穿過發(fā)射結(jié)的內(nèi)建電場,因此Ib電流一定時,不管Uce電壓有多大,Ic的電流變化都很小。下圖是三極管的工作曲線,放大區(qū)的曲線正好說明了這種情況。
    三極管BTJ 場效應(yīng)管FET
    1.2 什么是放大區(qū)
    e結(jié)正偏,c結(jié)反偏,Ic=β*Ib,上文已經(jīng)詳細(xì)解釋了放大原理。放大區(qū)Ube肯定等于0.7V或0.3V,Uce大于0.7或0.3V。
    1.3 什么是截止區(qū)
    e結(jié)和c結(jié)都反偏,來自e區(qū)電子非常少,都是pA級別,但所有的都送到c結(jié),形成Icn。實際使用過程中,可以認(rèn)為Ib<0開始,三極管進(jìn)入截止區(qū)。這個截止主要是針對e結(jié)反偏截止來說的。
    1.4 什么是飽和區(qū)
    e結(jié)和c結(jié)都正偏,此時來自e區(qū)的電子,不太容易被c結(jié)吸收,導(dǎo)致這些電子只能從b極走,這種是進(jìn)入了飽和狀態(tài)。當(dāng)e結(jié)正偏c結(jié)零偏時,為臨界飽和,其實此時三極管仍在放大狀態(tài),c結(jié)還是吸收了來自e區(qū)的電子(因為零偏時還有內(nèi)建勢壘區(qū)),只是從此點以后,c結(jié)慢慢變?yōu)檎?,縱使Ib電流再大,e結(jié)也不會吸收更多的電流。因此在飽和狀態(tài)下,Ib增大1mA,Ie也跟著增大1mA,Ic保持不變,因為c結(jié)已經(jīng)達(dá)到了最大的電流吸收能力,不能在吸收了,飽和了。所以叫飽和區(qū)。
    在飽和區(qū),Ic/Ib<β,并且Uce肯定等于0.7或0.3V。
    注意Ube大于0.7V和Ubc大于0.7V的狀態(tài),是三極管的異常工作狀態(tài),管子會燒毀!
    2 FET
    FET是電壓控制型器件,輸入阻抗高,噪聲小,F(xiàn)ET分類如下:
    三極管BTJ 場效應(yīng)管FET
    2.1 J-FET
    N-FET,Ugs≥0,DS導(dǎo)通,Ugs足夠負(fù),DS關(guān)斷;
    三極管BTJ 場效應(yīng)管FET
    三極管BTJ 場效應(yīng)管FET
    2.2 MOSFET
    2.2.1 N/P溝道耗盡型
    三極管BTJ 場效應(yīng)管FET
    N溝:Ugs=某一負(fù)值,id=0;Ugs從某一負(fù)值增加時,id增大。
    2.2.2 N/P夠到增強(qiáng)型
    三極管BTJ 場效應(yīng)管FET
    N溝:Ugs正電壓越大,id越大;Ugs=0時,id=0;我們最常用的就是增強(qiáng)型的NMOS和PMOS。
    增強(qiáng)型NMOS的導(dǎo)通原理如下:
    三極管BTJ 場效應(yīng)管FET
    當(dāng)給GS施加正向電壓時,如右圖,在G下方的P襯底表面聚集較多的電子,同時也形成了一個耗盡區(qū)(紅色部分,勢壘區(qū)),耗盡區(qū)之上聚集了很多電子,形成了一個導(dǎo)電溝道(由于電子與P襯底的多子極性相反,因此這一層又叫反型層)。NMOS就是通過這個溝道導(dǎo)通的,正向電壓越大,溝道越寬,阻抗越小,通流能力越強(qiáng)。
    關(guān)于MOSFET的符號,記憶方法如下:
    三極管BTJ 場效應(yīng)管FET
    不管是NMOS還是PMOS,S和中間的線都是連在一起的,箭頭往內(nèi)的是NMOS,往外的是PMOS。寄生二極管的方向與箭頭方向順時針轉(zhuǎn)90度后相同。
    注意,MOS管道在滿足導(dǎo)通的條件下,電流的流向不僅限于D到S,還可以S到D,是沒有方向的。
    關(guān)于NMOS和PMOS的使用方法,見文章《原創(chuàng) PMOS做信號開關(guān)NMOS做電平轉(zhuǎn)換》。
    2.3 CMOS工藝的IO結(jié)構(gòu)
    三極管BTJ 場效應(yīng)管FET
    注意,這是一個推完輸出結(jié)構(gòu),由上面的PMOS+下面的NMOS組成。
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