分析縱向晶體管與橫向晶體管原理及區(qū)別-KIA MOS管
信息來源:本站 日期:2021-07-30
晶體管(transistor)是一種固體半導(dǎo)體器件,具有檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號調(diào)制等多種功能。晶體管作為一種可變電流開關(guān),能夠基于輸入電壓控制輸出電流。
與普通機(jī)械開關(guān)(如Relay、switch)不同,晶體管利用電訊號來控制自身的開合,而且開關(guān)速度可以非???,實(shí)驗室中的切換速度可達(dá)100GHz以上。
晶體管主要分為兩大類:雙極性晶體管(BJT)和場效應(yīng)晶體管(FET)。
晶體管有三個極;雙極性晶體管的三個極,分別由N型跟P型組成發(fā)射極(Emitter)、基極(Base) 和集電極(Collector);場效應(yīng)晶體管的三個極,分別是源極(Source)、柵極(Gate)和漏極(Drain)。
晶體管因為有三種極性,所以也有三種的使用方式,分別是發(fā)射極接地(又稱共射放大、CE組態(tài))、基極接地(又稱共基放大、CB組態(tài))和集電極接地(又稱共集放大、CC組態(tài)、發(fā)射極隨耦器)。
同電子管相比,晶體管具有諸多優(yōu)越性:
1、構(gòu)件沒有消耗
無論多么優(yōu)良的電子管,都將因陰極原子的變化和慢性漏氣而逐漸劣化。由于技術(shù)上的原因,晶體管制作之初也存在同樣的問題。
隨著材料制作上的進(jìn)步以及多方面的改善,晶體管的壽命一般比電子管長100到1000倍,稱得起永久性器件的美名。
2、消耗電能極少
僅為電子管的十分之一或幾十分之一。它不像電子管那樣需要加熱燈絲以產(chǎn)生自由電子。一臺晶體管收音機(jī)只要幾節(jié)干電池就可以半年一年地聽下去,這對電子管收音機(jī)來說,是難以做到的。
3、不需預(yù)熱
一開機(jī)就工作。例如,晶體管收音機(jī)一開就響,晶體管電視機(jī)一開就很快出現(xiàn)畫面。電子管設(shè)備就做不到這一點(diǎn)。開機(jī)后,非得等一會兒才聽得到聲音,看得到畫面。顯然,在軍事、測量、記錄等方面,晶體管是非常有優(yōu)勢的。
4、結(jié)實(shí)可靠
比電子管可靠100倍,耐沖擊、耐振動,這都是電子管所無法比擬的。
另外,晶體管的體積只有電子管的十分之一到百分之一,放熱很少,可用于設(shè)計小型、復(fù)雜、可靠的電路。晶體管的制造工藝雖然精密,但工序簡便,有利于提高元器件的安裝密度。
在雙極型線性集成電路中NPN晶體管的用量最多,所以它的質(zhì)量對電路性能的影響最大。集成NPN晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2—69所示。
它是在P型襯底上擴(kuò)散高摻雜的N+型掩埋層,生長N型外延層,擴(kuò)散P型基區(qū)、N+型發(fā)射區(qū)和集電區(qū)而制成的。其中N+型掩埋層的作用是為了減小集電區(qū)的體電阻。
(1)縱向PNP管:
縱向PNP管也稱襯底管,由于結(jié)構(gòu)的關(guān)系,內(nèi)部的載流子沿著縱向運(yùn)動。
這種管子的特點(diǎn)是,管子的基區(qū)寬度WB可以準(zhǔn)確地控制,而且做得很薄。因此,縱向PNP管的β很大。超β管的β值在2000一5000(α=0.995-0.9998)。
是以P型襯底作為集電極,因此只有集成元器件之間采用PN結(jié)隔離槽的集成電路才能制作這種結(jié)構(gòu)的管子。由于這種結(jié)構(gòu)管子的載流子是沿著晶體管斷面的垂直方向運(yùn)動的,故稱為縱向PNP管。
這種管子的基區(qū)可準(zhǔn)確地控制使其很薄,因此它的電流放大系數(shù)較大。由于縱向PNP管的集電極必須接到電路中電位的最低點(diǎn),因而限制了它的應(yīng)用。在電路中它通常作為射極跟隨器使用。
(2)橫向PNP管:
這種結(jié)構(gòu)管子的載流子是沿著晶體管斷面的水平方向運(yùn)動的,故稱為橫向PNP管。
由于受工藝限制,基區(qū)寬度不可能很小,所以它的值相對較低,一般為十幾倍到二、三十倍。橫向PNP管的優(yōu)點(diǎn)是:
發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都有較高的反向擊穿電壓,所以它的發(fā)射結(jié)允許施加較高的反壓;另外它在電路中的連接方式不受任何限制,所以比縱向PNP管有更多的用途。它的缺點(diǎn)是結(jié)電容較大,特征頻率fT較低,一般為幾~幾十兆赫。
在集成電路設(shè)計中,往往把橫向PNP和縱向PNP管巧妙地接成復(fù)合組態(tài),構(gòu)成性能優(yōu)良的放大器。如鏡像電源、微電流源、有源負(fù)載、共基—共射、共基—共集放大器等。
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