第8章-三极管版图讲解学习
【精选】三极管的结构和工作原理剖析PPT课件
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333
§2.2.4 三极管的模型
三极管的简化直流模型
BBB
CCC
BBB
CCC
BBB
IIBIBB
IICICC
CCC
00.07.7.V7VV
OOO.2..2V2VV
00.07.7.V7VV
ββIβII BBB
EEE ( (a()aa))
截止模型
EEE ( (b(b)b))
饱和模型
EEE ( (c()cc))
ic hfeib hoe vce
ic
ib rce vce
H参数的确定
• 一般用测试仪测出;
• rbe 与Q点有关,可用图 示仪测出。
一般也用公式估算 rbe
rbe= rb + (1+ ) re
其中对于低频小功率管 rb≈200
而
re
VT(mV) 26(mV) IEQ(mA) IEQ(mA)
三极管的小信号模型
将共射连接三
极管看成一双
端口网络
H
输入输出端口的 函数表达式
参
数
的
b
引
出
c
vBE f (iB,vCE)
iC f (iB,vCE)
e
对输入输出端口的两 函数表达式求微分
vBE f (iB,vCE) iC f (iB,vCE)
dvBE
vBE
iB
VCE
• diB
vBE vCE
型生产模式。
Cell一般以U字形或者C字形进行布局(见下图),这种形状使得流程的起讫点靠 近,减少了操作者从一个加工周期到下个加工周期之间需要走动的距离,便于取放 料。
Cell在英文中意思为 “细胞”“单元”
第8章三极管版图
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IC IB或IB,IE (1 IB)或(1 )IB
三极管制作工艺的的特点: ----保证三极管具有放大作用的内部条件。
➢发射区的掺杂浓度比基区和集电区高得多
➢基区很薄且掺杂浓度底
➢集电极结面积大
e
NPN型
N PN
bc
管芯结构剖面图
双极性晶体管工艺:横向工艺和纵向工艺
横向工艺:横向NPN版图迫使P区变大,因为需要满足接 触需要,这就降低你开关的速度。
IC
RB I B
RC
U BB
U CC
电位 关系
对NPN型:VC > VB > VE
三极管内部载流子的传输过程(以NPN共射极电路为例)
IC
发射区
N
(大量电子)
RC
发射结
扩散
IB
RB
输
入
U BB
回 路
输
P
出 回
路
U CC
N
Байду номын сангаас
正偏
IE
复合
基区
集电结 正偏
IB
漂移
IC
IE
集电区
说明:发射区大量电子在发射结的扩散运动形成IE,在基区的与空穴的复 合,形成基极电流IB,电子在集电结的漂移形成IC。三极管中电流的形成 主要是发射区电子的运动形成,当然在三极管中还有其他载流子的漂移
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基本IC单元版图设计 –双极性晶体管
纵向工艺: - 纵向npn晶体管的基极和集电极连接似乎很困难,但是因 器件各层的水平长度并不影响器件的速度,扩展水平长度是解 决问题的关键。 - 基区/发射区结的制备要比基区/集电区结的制备重要的多, 所以要使器件颠倒过来,最后制备发射区,因为先制备的层比 后制备的层要承受更多的扩散过程和应力作用。
三极管的工作原理详解,图文案例,立马教你搞懂
三极管的工作原理详解,图文案例,立马教你搞懂大家好,我是李工,希望大家多多支持我。
今天给大家讲一下三极管。
什么是三极管?三极管全称是“晶体三极管”,也被称作“晶体管”,是一种具有放大功能的半导体器件。
通常指本征半导体三极管,即BJT管。
典型的三极管由三层半导体材料,有助于连接到外部电路并承载电流的端子组成。
施加到晶体管的任何一对端子的电压或电流控制通过另一对端子的电流。
三极管实物图三极管有哪三极?•基极:用于激活晶体管。
(名字的来源,最早的点接触晶体管有两个点接触放置在基材上,而这种基材形成了底座连接。
)•集电极:三极管的正极。
(因为收集电荷载体)•发射极:三极管的负极。
(因为发射电荷载流子)三极管的分类三极管的应用十分广泛,种类繁多,分类方式也多种多样。
根据结构•NPN型三极管•PNP型三极管根据功率•小功率三极管•中功率三极管•大功率三极管根据工作频率•低频三极管•高频三极管根据封装形式•金属封装型•塑料封装型根据PN结材料锗三极管硅三极管除此之外,还有一些专用或特殊三极管三极管的工作原理这里主要讲一下PNP和NPN。
PNPPNP是一种BJT,其中一种n型材料被引入或放置在两种p型材料之间。
在这样的配置中,设备将控制电流的流动。
PNP晶体管由2个串联的晶体二极管组成。
二极管的右侧和左侧分别称为集电极-基极二极管和发射极-基极二极管。
NPNNPN中有一种 p 型材料存在于两种 n 型材料之间。
NPN晶体管基本上用于将弱信号放大为强信号。
在 NPN 晶体管中,电子从发射极区移动到集电极区,从而在晶体管中形成电流。
这种晶体管在电路中被广泛使用。
PNP和NPN 符号图三极管的3种工作状态分别是截止状态、放大状态、饱和状态。
接下来分享我在微信公众号看到的一种通俗易懂的讲法:三极管工作原理-截止状态三极管的截止状态,这应该是比较好理解的,当三极管的发射结反偏,集电结反偏时,三极管就会进入截止状态。
这就相当于一个关紧了的水龙头,水龙头里的水是流不出来的。
三极管基本放大电路ppt课件
(a)原理电路
(b)实物图
精品课件
发射极单管放大电路各组成元件的作用
精品课件
电路中各电流、电压的符号规定
电路中既包含输入信号所产生的交流量,又包含直流电源所产生 的直流量。为了区分不同分量,通常做了以下规定
精品课件
放大电路原理图的画法
1.直流通路和交流通路 【直流通路】指静态时放大电路直流电流通过的路径。 画直流通路原则 :将电容视为开路。
确定出静态工作点Q。
以单管共射放大电路为例,其直流通路如右下图所示。设电路参数VCC、 Rb、RC和三极管放大倍数β已知,忽略三极管的UBEQ(硅管UBEQ≈0.7V,锗 管UBEQ≈0.3V),可以推导得:
IBQVCC UBEQ VCC
Rb
Rb
ICQ=βIBQ
UCEQ = VCC-ICQ RC
由上述公式求得的IB、 IC和UCE值即是静态工作点Q。
Ro=Ron
精品课件
多级放大电路的耦合方式
多级放大电路中每个单管放大电路称为“级”,级与级之间的连接 方式叫耦合。下表为三种常用耦合方式的比较。
精品课件
本章小结
1.三极管由两个PN结构成,按结构分为NPN和PNP两类。三极管的集电极 电流受基极电流的控制,所以三极管是一种电流控制器件。在满足发 射结正偏、集电结反偏的条件下,具有电流放大的作用。三极管的输 出特性曲线可分成截止区、饱和区、放大区。
所以,分压式偏置放大电路具有自动调整功能,当ICQ要增加时,电路 不让其增加;当ICQ要减小时,电路不让其减小;从而迫使ICQ稳定。所以 该电路具有稳定静态工作点的作用。B>>UBEQ
精品课件
C C V Q Q C E I I T V ec RR QEB Q B U I 2 1 b b R R Q B U 21 II
三极管放大电路的组成ppt课件
ui
uo
的作用;
◇ 输出回路应保证放大后
共射极基本放大电路
的电流信号能转换成负载需要的电压形式;
◇ 不允许被传输小信号放大后出现失真。
3. 电压、电流符号的规定
直流分量:
大写字母、大写下标,
IB、 IC、IE、UBE、UCE
C1 +
+VCC
RB
RC +C2
V
交流分量:
ui
uo
小写字母、小写下标,
ib、ic、ie、ube、uce 有效值 Ib、Ic、Ie、Ube、Uce
基极偏置电阻 RB:
提供合适的基极偏置电流; 集电极电阻 RC:
共射极基本放大电路
将集电极电流的变化转化为集电极电压的变化;
耦合电容C1、C2: 隔直流、耦合交流。
2. 组成原则
+VCC
◇ 三极管必须发射结正偏,
集电结反偏;
C1
◇ 输入回路应使输入信号 +
RB
RC +C2
V
耦合到三极管的输入电 路,以保证其以小控大
特性曲线上的一个点, 称为静态工作点 Q, ICQ
Q
记作 IBQ、 ICQ ( IEQ ) 、
UBEQ、UCEQ。
O
UCEQ
UCE
必需设置合适的静态工作点,否则输出必然失真!
三、放大电路的工作原理
2. 动态工作情况
当放大电路有交流 输入信号时,即ui ≠ 0, 电路中的电压、电流都 将随输入信号作相应变
二、放大电路的组成
集电极电阻
直流供电电源
基极偏置电阻
耦合电容 C1
+
ui
+VCC
第8章三极管版图
偏置电路及静态工作点
偏置电路
为了使三极管正常工作在放大状态,需要为其设置合适的偏置电路。偏置电路的 主要作用是为三极管的基极提供稳定的直流电压,使其工作在合适的静态工作点 。
静态工作点
静态工作点是指三极管在没有输入信号时的工作状态。在这个状态下,三极管的 基极电流、发射极电流和集电极电流都保持在一个稳定的值。静态工作点的设置 对于三极管的放大性能和稳定性至关重要。
防静电措施
在版图设计中考虑防静电措施,如增加接地引脚、设置静电放电通 路等,以避免静电对三极管的损害。
05
三极管版图仿真与验证
仿真工具介绍及使用方法
仿真工具介绍
目前常用的三极管版图仿真工具有 Cadence、Synopsys和Mentor等公 司的EDA软件,这些软件提供了全面 的电路设计和仿真功能,支持多种工 艺库和器件模型。
电流放大原理
电流放大倍数(β值)
三极管具有电流放大功能,即当基极电流发生变化时,集电极电流会按照一定比例放大。这个比例被 称为三极管的电流放大倍数,用β值表示。
电流放大原理
当基极电流增大时,发射极向基极提供的电子流也相应增大,导致集电极电流增大。由于集电极面积 较大,可以收集更多的电子,因此集电极电流的变化幅度大于基极电流的变化幅度,实现了电流的放 大。
传感器接口电路设计案例
传感器信号放大
信号调理电路
利用三极管构成的放大电路,对传感器输 出的微弱信号进行放大。
采用三极管构成信号调理电路,对放大后 的传感器信号进行进一步的处理和转换。
输出驱动电路
电源与接地处理
利用三极管作为输出驱动电路,将处理后 的传感器信号转换为适合后续电路处理的 信号形式。
在传感器接口电路中,同样需要注意电源 和接地的布局,以降低电源噪声对传感器 信号的影响。
三极管工作原理(详解)ppt课件
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6
三极管的三种放大电路
当晶体管被用作放大器使用时,其中两个电极用作信号 (待放大信号) 的输入端子;两个电极作为信号 (放大后的 信号) 的输出端子。 那么,晶体管三个电极中,必须有一 个电极既是信号的输入端子,又同时是信号的输出端子, 这个电极称为输入信号和输出信号的公共电极。
按晶体管公共电极的不同选择,晶体管放大电路有 三种:共基极电路 ( Common base circuit)、共射极电 路(Common emitter circuit) 和 共集极电路(Common collector circuit),如下图示。
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三极管的三种放大电路
由于共射极电路放大电路的电流增益和电压增益均较其 它两种放大电路为大,故多用作讯号放大使用。
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电路组成 习惯画法
共射极基本放大电路
习惯画法
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共射放大电路的工作原理
1.简单的工作原理
Vi=0
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Vi=Vsint
26
共射放大电路的工作原理
2.静态
输入信号为零(vi= 0 或 ii= 0)时,放大电 路的工作状态,也称直流工作状态。
电路处于静态时,三极管三个电极的电压、电
a)基极加上足够的顺向偏压使IB足够大 b)C-E间视同导通状态
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三极管的结构及工作原理解读ppt课件
2
1
T
1
3
1
T
2
1
3
(a)
(b)
唐东自动化教研室
电子技术基础 主编 吴利斌
例2图所示的电路中,晶体管均为硅管,β=30,试分析各晶体管的
工作状态。 解: (1)因为基极偏置电源+6V大于管子的导通电压,
故管子的发射结正偏,管子导通,基极电流:
+6V 5K IB
+10V 1K IC
-2V 5K IB
IC
10 0.3
+2V
9.7mIBA
5K
1K IC
因为IC ICS ,所以饱和
(a)
(b)
(c)
(2)因为基极偏置电源-2V小于管子的导通电压,管
子的发射结反偏,管子截止,所以管子工作在截止区。
(3)因为基极偏置电源++21V0V大于管子的导通电压+,10故V管
+10
子的发射结正偏,管子导通基极电流::
UCC
继续增
增大大UUCCCC 0
U特U特C性EC性=E曲0=曲.15线VV线的的 UCE>1V的 特性曲线
UBE /V
继续增大UCC使UCE=1V以上的多个值,结果发现:之后 的所有输入特性几乎都与UCE=1V的特性相同,曲线基本不 再变化。
实用中三极管的UCE值一般都超过1V,所以其输入特性通 常采用UCE=1V时的曲线。从特性曲线可看出,双极型三极 管的输入特性与二极管的正向特性非常相似。
电区而形成集电极电流IC 。之后即 使UCE继续增大,集电极电流IC也不 会再有明显的增加,具有恒流特性。
0
IB=0 UCE / V
集成电路第8章I0.ppt
流Ih。
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第二节 输入保护电路
其中条件(2)的推导如下
设外界干扰引起的触发电流IAG 使Q1的EB结正偏电压大于≥0.7V。
此时Q1导通,若 IC1流过Rw产生的压降大于0.7V,就能使Q2也导
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第二节 输入保护电路
二、输入保护电路 2、上图所示可以很好保护NMOS管栅极,但是对PMOS管栅极保 护作用较差。若把二极管接在VDD和输入端之间,则对PMOS管 栅极保护作用好而对NMOS栅极保护差。 因此,CMOS IC中一般都采用双二极管保护电路,用两个二极管 和一个电阻构成的保护电路。
一旦发生闩锁效应,CMOS电路的电源和地之间就处于近似 短路的状态,这势必破坏电路的正常工作。此时只有将电源关 断,然后重新接通,电路才可能恢复正常工作。如果这种电流不 加限制,最终将使整个电路烧毁。
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第二节 输入保护电路
CMOS电路版图中的闩锁效应
产生闩锁效应的基本条件有三个: (1)外界因素使两个寄生三极管的EB结处于大于等于0.7的正向
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1
第一节 输入缓冲器
要通过输入缓冲器转换成合格的CMOS逻辑电平,再送到其他电
路的输入端。可以通过一个专门设计的CMOS反相器实现电平转
换,它的逻辑阈值设计在输入高、低电平范围之间,即
Vit
VIH min
VILmax 2
1.4V
若 VDD 5V VTN VTP 0.8V ,则要求输入级反相器的比例因子
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《三极管基本知识》PPT课件
三极管是电子电路中的重要元件,广泛应用于放大、开关、振荡等电路中。随 着电子技术的发展,三极管的应用领域不断扩大,对电子工程师的要求也越来 越高。
课程内容和结构
课程内容
本课程将介绍三极管的基本原理、结构、特性、参数以及应用等方面的知识。
课程结构
本课程将按照“由浅入深、循序渐进”的原则,先介绍三极管的基本概念和原理,然后逐步深入讲解三极管的特 性和应用。具体内容包括:三极管的基本原理、结构和分类;三极管的放大原理和特性;三极管的参数和选型; 三极管的应用电路和实例等。
输入特性曲线
输入特性曲线表示三极管在放 大状态下,基极电流(Ib)与 基极-发射极电压(Vbe)之
间的关系。
输入特性曲线与二极管的伏 安特性曲线类似,呈指数关
系。
当Vbe较小时,Ib几乎为零, 当Vbe超过一定值后,Ib随 Vbe的增大而迅速增大。
输出特性曲线
输出特性曲线表示三极管在放大状态下,集电极电流 (Ic)与集电极-发射极电压(Vce)之间的关系。
工业控制领域
三极管在工业控制电路中也有 着广泛的应用,如电机控制、
温度控制等。
消费电子领域
音响、电视、冰箱等消费电子 产品中也需要使用三极管进行
信号放大或电路控制。
03
三极管结构与工作原理
三极管内部结构
掺杂浓度
发射区掺杂浓度最高,基区很薄且 掺杂浓度最低,集电区掺杂浓度较 高。
PN结
三极管内部包含两个PN结,分别 是发射结和集电结。
三极管主要参数
01
02
03
电流放大系数
表示三极管对电流的放大 能力,是判断三极管放大 性能的重要参数。
极间反向电流
包括集电极-基极反向饱和 电流和集电极-发射极反向 饱和电流,反映了三极管 的截止性能。
《三极管教学》课件
三极管概述三极管工作原理三极管基本应用三极管特性参数三极管的选择与使用
三极管概述
01
总结词
三极管是一种电子元件,由三个半导体区域组成,具有放大和开关电流的功能。
详细描述
三极管是电子学中非常重要的基本元件之一,由三个半导体区域组成,分别是基极(base)、集电极(collector)和发射极(emitter)。这三个区域在结构上有所不同,从而使得三极管具有了放大和开关电流的功能。
详细描述
பைடு நூலகம்
总结词
三极管的符号通常由三个电极的图形和字母组成,用于表示三极管的类型和功能。
要点一
要点二
详细描述
在电路图中,三极管的符号通常由三个电极的图形和字母组成。其中,字母B表示基极,E表示发射极,C表示集电极。根据三极管的类型和功能,这些符号会有所不同。例如,NPN型硅三极管的电路符号中,基极是箭头朝里的三角形,集电极是箭头朝外的三角形,发射极是竖线;PNP型硅三极管的电路符号中,基极是箭头朝外的三角形,集电极是箭头朝里的三角形,发射极是竖线。这些符号能够帮助我们理解和分析电路的工作原理。
根据结构和材料的不同,三极管可以分为双极型和场效应型两大类。
总结词
双极型三极管是由半导体材料制成的,其工作原理基于电子和空穴两种载流子的运动。常见的双极型三极管有硅三极管和锗三极管。场效应型三极管则是由金属-氧化物-半导体结构制成的,其工作原理基于电场对载流子的调控。常见的场效应型三极管有NMOS和PMOS两种。
考虑三极管工作时产生的热量,合理设计散热措施,保证管子工作在安全温度范围内。
散热设计
在某些应用中,需要将多个三极管配对使用,以获得更好的性能。
配对使用
三极管 教学 ppt课件
(2)当IB>IBS时,三极管处于饱和状态
3、当只有IC已知时:
(1)当UCE=UCC-ICRC>UCES时,三极管处于放大状态
(2)当0<UCE≤UCES时,三极管处于饱和状态
ppt课件
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三极管状态电流判断条件说明
思考:射极加上电阻后的IBS变化吗?如变化如何变化?
射极无电阻时:
Rb Ubb
c b UCE
2. 工作于截止状态的半导体三极管
工作状态
放大 截止 饱和 倒置
发射结电压
正向 反向 正向 反向
集电结电压
反向 反向 正向 正向
• 由放大状态进入截止状态 的临界情况是发射结电压 为零,此时基区的反向电 流分别流入发射极和集电 极。
ppt课件
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3. 工作于饱和状态的半导体三极管
工作状态
放大 截止 饱和 倒置
+VCC
例1-5 NPN: (3)2V, 5V, 1V
5V
1V NPN 2V
ppt课件
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由引脚电压判断三极管管脚和工作状态
工作状态
放大 截止 饱和
发射结电压
正向 反向 正向
集电结电压
反向 反向 正向
1、无正向导通电压的处在截止状态 2、根据三个电位的集中程度判断是否饱和 例1-5 NPN: (1) 1V,0.3V,3V (2) 0.3V,0.3V,1V (3)2V,5V,1V
3、如果饱和则先判断基极,再判断集电极和发射极 例1-5 NPN:(2) 0.3V,0.3V,1V PNP: (1) -0.2V,0V,0V
NPN: 0.35V,0.3V,1V
+VCC PNP: -0.2V,0V,-0.05V