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分析纵向晶体管与横向晶体管原理及区别-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2021-07-30 

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分析纵向晶体管与横向晶体管原理及区别-KIA MOS管


晶体管简介

晶体管(transistor)是一种固体半导体器件,具有检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制等多种功能。晶体管作为一种可变电流开关,能够基于输入电压控制输出电流。


与普通机械开关(如Relay、switch)不同,晶体管利用电讯号来控制自身的开合,而且开关速度可以非常快,实验室中的切换速度可达100GHz以上。


晶体管主要分为两大类:双极性晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET)。


晶体管有三个极;双极性晶体管的三个极,分别由N型跟P型组成发射极(Emitter)、基极(Base) 和集电极(Collector);场效应晶体管的三个极,分别是源极(Source)、栅极(Gate)和漏极(Drain)。


晶体管因为有三种极性,所以也有三种的使用方式,分别是发射极接地(又称共射放大、CE组态)、基极接地(又称共基放大、CB组态)和集电极接地(又称共集放大、CC组态、发射极随耦器)。


纵向晶体管 横向晶体管


晶体管的优越性

同电子管相比,晶体管具有诸多优越性:


1、构件没有消耗

无论多么优良的电子管,都将因阴极原子的变化和慢性漏气而逐渐劣化。由于技术上的原因,晶体管制作之初也存在同样的问题。


随着材料制作上的进步以及多方面的改善,晶体管的寿命一般比电子管长100到1000倍,称得起永久性器件的美名。


2、消耗电能极少

仅为电子管的十分之一或几十分之一。它不像电子管那样需要加热灯丝以产生自由电子。一台晶体管收音机只要几节干电池就可以半年一年地听下去,这对电子管收音机来说,是难以做到的。


3、不需预热

一开机就工作。例如,晶体管收音机一开就响,晶体管电视机一开就很快出现画面。电子管设备就做不到这一点。开机后,非得等一会儿才听得到声音,看得到画面。显然,在军事、测量、记录等方面,晶体管是非常有优势的。


4、结实可靠

比电子管可靠100倍,耐冲击、耐振动,这都是电子管所无法比拟的。


另外,晶体管的体积只有电子管的十分之一到百分之一,放热很少,可用于设计小型、复杂、可靠的电路。晶体管的制造工艺虽然精密,但工序简便,有利于提高元器件的安装密度。


集成NPN晶体管

在双极型线性集成电路中NPN晶体管的用量最多,所以它的质量对电路性能的影响最大。集成NPN晶体管的结构示意图如图2—69所示。


它是在P型衬底上扩散高掺杂的N+型掩埋层,生长N型外延层,扩散P型基区、N+型发射区和集电区而制成的。其中N+型掩埋层的作用是为了减小集电区的体电阻。


纵向晶体管 横向晶体管


纵向晶体管与横向晶体管原理、区别

(1)纵向PNP管:

纵向PNP管也称衬底管,由于结构的关系,内部的载流子沿着纵向运动。


这种管子的特点是,管子的基区宽度WB可以准确地控制,而且做得很薄。因此,纵向PNP管的β很大。超β管的β值在2000一5000(α=0.995-0.9998)。


是以P型衬底作为集电极,因此只有集成元器件之间采用PN结隔离槽的集成电路才能制作这种结构的管子。由于这种结构管子的载流子是沿着晶体管断面的垂直方向运动的,故称为纵向PNP管。


这种管子的基区可准确地控制使其很薄,因此它的电流放大系数较大。由于纵向PNP管的集电极必须接到电路中电位的最低点,因而限制了它的应用。在电路中它通常作为射极跟随器使用。


纵向晶体管 横向晶体管


(2)横向PNP管:

这种结构管子的载流子是沿着晶体管断面的水平方向运动的,故称为横向PNP管。


由于受工艺限制,基区宽度不可能很小,所以它的值相对较低,一般为十几倍到二、三十倍。横向PNP管的优点是:


发射结和集电结都有较高的反向击穿电压,所以它的发射结允许施加较高的反压;另外它在电路中的连接方式不受任何限制,所以比纵向PNP管有更多的用途。它的缺点是结电容较大,特征频率fT较低,一般为几~几十兆赫。


在集成电路设计中,往往把横向PNP和纵向PNP管巧妙地接成复合组态,构成性能优良的放大器。如镜像电源、微电流源、有源负载、共基—共射、共基—共集放大器等。



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