晶体管与场效应管的研究.docx

模拟电子技术研究论文晶体管与场效应管的研究学 院：电子信息工程学院专 业：通信工程学 号：122X170姓 名：陈睿哲指导教师：白双2014年6月目录摘要 01...结构类型 02... 、工作原理 05…三、特性比较 07...四、适用领域 08...五、参考文献 11...【摘要】 :本文通过综合比较晶体管与场效应管，分别分析晶体 管与场效应管的结构，类型以及它们的工作原理，并对两者的特性进 行比较通过比较晶体管和场效应管的特性，分析两者各自适用的场 厶口 O【关键字】 :场效应管 双极型晶体管 结构 原理 适用场 合一. 结构类型1. 双极型晶体管1.1结构双极型晶体管是一种电流控制器件，由两个背靠背PN结构成的具有电流放大作用的晶体三极管起源于1948年发明的点接触晶体 三极管,50年代初发展成结型三极管即现在所称的双极型晶体管双极型晶体管有两种基本结构：PNP型和NPN型在这3层半导体 中，中间一层称基区，外侧两层分别称发射区和集电区当基区注入 少量电流时，在发射区和集电区之间就会形成较大的电流，这就是晶 体管的放大效应1.2类型双极型晶体管有两种基本类型;PNP型（图A闲NPN型图B ）, 由两个背靠背的PN结组成。

在这三层半导体中，中间一层叫基因B）, 左右两层分别叫发射区（E ）和集电区（C \发射区和基区间形成发 射结，集电区和基区间形成集电结晶体管按功率耗散能力大小可分为小功率管、中功率管、大功率 管按工作频率的高低可分为低频管、高频管、微波管按制造工艺 又可分为合金管、合金扩散管、台式管、外延平面管合金管的基区宽度和结电容都较大，频率性能差，一般仅用于低频 电路合金扩散管的基区由扩散形成，基区较薄，基区杂质分布所形成的 内建场能加速少数载流子渡越，因此它的频率特性较好，可用于高频 范围外延平面管的基区和发射区都可用扩散或离子注入工艺形成，基 区宽度可精确控制到0.1微米采用电子束曝光、干法腐蚀等新工艺 可获得亚微米的管芯图形线条因此，它的工作频率可从超高频一直 延伸到微滤X波段外延平面管加上掺金工艺可制成超高速开关管和各种高速集成电路（如ECL电路2、场效应管1.1结构在两个高掺杂的P区中间，夹着一层低掺杂的N区（N区一般 很薄），形成了两个PN结在N区的两端各做一个欧姆接触电极, 在两个P区上也做上欧姆电极，并把这两P区连起来，就构成了一个场效应管如下图所示栅极集电极cj 義鬲道I1気源极s _发射极EN沟道结型场效应管结构示意图1.2类型场效应管主要分结型场效应管和绝缘栅型场效应管。

绝缘栅型场效应管的衬底（B ）与源极（S ）连在一起，它的三 个极分别为栅极（G 乂漏极（D ）和源极（S 晶体管分NPN和 PNP管，它的三个极分别为基极（b X集电极（c X发射极（e b 场效应管的G、D、S极与晶体管的b、c、e极有相似的功能绝缘栅型效应管和结型场效应管的区别在于它们的导电机构和 电流控制原理根本不同，结型管是利用耗尽区的宽度变化来改变导电 沟道的宽窄以便控制漏极电流，绝缘栅型场效应管则是用半导体表面 的电场效应、电感应电荷的多少去改变导电沟道来控制电流它们性 质的差异使结型场效应管往往运用在功放输入级，绝缘栅型场效应管 则用在输出级按沟道材料型和绝缘栅型各分N沟道和P沟道两种按导电方{N沟道 P沟道式又分为耗尽型与增强型上图所示即为N沟道结型场效应管的结 构示意图下图为分类示意图场效应管(FET)绝缘栅场效应管(MOS)增强型耗尽型f :鸞 Ip构道结型场效应管 JN沟道(JFET) Ip 沟道二. 工作原理K双极型晶体管1.1 NPN管的工作原理发射结加正偏，集电结反偏1.2 PNP管的工作原理发射结加正偏，集电结反偏【E =厶+厶 An = /bd+/cd?E = ^En + ?Ep Ic = A：n + ?CBO，B =^Bn^~ZEp—^CBO/e = /b+?c?Ep 二厶p+厶p【E = Alp + Zed【C = A?p + A:bo 厶=^Bp +【En —ZcBO发射区向基区提供载流子，基区传送和控制载流子，集电区收集 载流子。

在晶体管中，窄的基区将发射结和集电结紧密地联系在一起 从而把正偏下发射结的正向电流几呼全部地传输到反偏的集电结回 路中去这是晶体管能实现放大功能的关键所在所以三极管在工作 时一定要加上适当的直流偏置电压才能起放大作用2、场效应管场效应管工作原理用一句话说，就是“漏极•源极间流经沟道的Id , 用以栅极与沟道间的PN结形成的反偏的栅极电压控制1/更正确地 说，I流经通路的宽度，即沟道截面积，它是由PN结反偏的变化， 产生耗尽层扩展变化控制的缘故在VGS二0的非饱和区域，表示的 过渡层的扩展因为不很大，根据漏极-源极间所加VDS的电场，源极 区域的某些电子被漏极拉去，即从漏极向源极有电流I从门极 向漏极扩展的过度层将沟道的一部分构成堵塞型，I将这种状 态称为夹断这意味着过渡层将沟道的一部分阻挡，并不是电流被切 断在过渡层由于没有电子、空穴的自由移动，在理想状态下几乎具 有绝缘特性，通常电流也难流动但是此时漏极•源极间的电场，实 际上是两个过渡层接触漏极与门极下部附近，由于漂移电场拉去的高 速电子通过过渡层因漂移电场的强度几乎不变产生Id的饱和现象 其次，VGS向负的方向变化，让VGS二VGS ( off ),此时过渡层大致 成为覆盖全区域的状态。

而且VDS的电场大部分加到过渡层上，将电子拉向漂移方向的电场，只有靠近源极的很短部分，这更使电流不能流通O三. 特性比较1. 三极管放大电路性能比较1. K共射放大电路电压增益较大，电流增益较大，输入电阻中等，输岀电阻中等, 频响特性较差，反相放大1.2、 共集放大电路电压增益较小，电流增益较大，输入电阻高，输出电阻低，频响 特性较好，正相放大1.3. 共基放大电路电压增益较大，电流增益较小，输入电阻小，输出电阻大，频响特性好，正相放大2、场效应管放大电路性能比较1.1. 共源放大电路电压增益较大，输入电阻大，输出电阻大，反相放大1.2, 共漏放大电路电压增益较小，输入电阻大，输出电阻小，正相放大1.3、 共栅放大电路电压增益较大，输入电阻小，输出电阻大，正相放大3、场效应管与双极性晶休管的比$场效应管是电压控制器件，栅极基本不取电流，而晶体管是电流 控制器件，基极必须取一定的电流因此，在信号源额定电流极小的 情况，应选用场效应管场效应管是多子导电，而晶体管的两种载流子均参与导电由于 少子的浓度对温度、辐射等外界条件很敏感，因此，对于环境变化较 大的场合，采用场效应管比较合适场效应管除了和晶体管一样可作为放大器件及可控开关外，还可 作压控可变线性电阻使用。

场效应管的源极和漏极在结构上是对称的，可以互换使用，耗尽 型MOS管的栅——源电压可正可负因此，使用场效应管比晶体管 灵活K三极管在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管在信 号源电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应用三极管场效应管靠多子导电，管中运动的只是一种极性的载流子；三极 管既用多子，又利用少子而多子浓度不易受外因的影响双极型晶体管体积小、重量轻、耗电少、寿命长、可靠性高、已 逐步取代电子管双极型晶体管已广泛用于广播、电视、通信、雷达、 电子计算机、自动控制装置、电子仪器、家用电器等各个领域双极型微波低噪声管广泛用于雷达接收机、地面移动通信设备、 航空电台、微波接力通信和遥控遥测设备高速开关晶体管用于高速计算机的逻辑运算单元高压大功率台式双极型功率管是电视机行扫描电路和电源电路的关键器件在超低频通信、医用电子仪器中大量使用超低频低噪声 晶体管双极型微波功率晶体管用于相控阵远程预警雷达、微波通信发射机、通信卫星和气象卫星的发射部件中下图为常见的双极性晶体三极管常见双极性晶体管2、场效应管场效应管的噪声系数很小，在低噪声放大电路的输入级及要求信 噪比较高的电路中要选用场效应管。

场效应管能在很小电流和很低电压的条件下工作，而且它的制造工艺简单，可以很方便地把很多场效应管集成在一块硅片上同时场 效应管且具有耗电少，热稳定性好，工作电源电压范围宽等优点，因 而被广泛用于大规模和超大规模集成电路中三极管导通电阻大，场效应管导通电阻小，只有几百毫欧姆，在 现在的用电器件上，一般都用场效应管做开关来用，他的效率是比较 咼的场效应管只有多子参与导电；三极管有多子和少子两种载流子参 与导电，而少子浓度受温度、辐射等因素影响较大，因而场效应管比 晶体管的温度稳定性好、抗辐射能力强在环境条件（温度等）变化 很大的情况下应选用场效应管3.两者应用原理及特点场效应管的源极s、栅极g、漏极d分别对应于三极管的发射极 e、基极b、集电极c ,它们的作用相似场效应管是电压控制电流器件，由VGS控制I其放大系数一 般较小，因此场效应管的放大能力较差；三极管是电流控制电流器件, 由爲（或Ie ）控制Ic场效应管栅极几乎不取电流；而三极管工作时基极总要吸取一定的电流因此场效应管的栅极输入电阻比三极管的输入电阻高场效应管在源极金属与衬底连在一起时，源极和漏极可以互换使 用，且特性变化不大；而三极管的集电极与发射极互换使用时，其特 性差异很大，P值将减小很多。

五.参考文献⑴华成英，模拟电子技术基础（第四版）[M].高等教育出版社，2007 , 3[2]百度百科 [3]李金平，路勇，延凤平•模拟集成电路基础[M]•北京:北方交通大学出版社,2003.。