1.3三极管.ppt

1、,1.3.1 晶体管的结构及类型,1.3.2 晶体管的电流放大作用,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,1.3晶体三极管,1.3.4 晶体管的主要参数,1.3.5 温度对晶体管的影响,1.3.6 光电三极管,晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的？ 它为什么可以用于放大？,解决的问题：,中功率管,大功率管,晶体三极管中有两种带有不同极性电荷的载流子参与导电，故称之为双极型晶体管（BJT）。,又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。,(Bipolar Junction Transistor),三极管外形图,三极管分类,半导体三极管的型号,第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅

2、NPN管,第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管,国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：,3DG110B,1.3.1晶体管的结构及类型,常用结构有硅平面管和锗合金管两种类型。,(a)平面型(NPN),(b)合金型(PNP),e 发射极 b基极 c 集电极,发射区,集电区,基区,基区,发射区,集电区,发射极 E,基极 B,集电极 C,发射结,集电结, 基区, 发射区, 集电区,emitter,base,collector,NPN 型,PNP 型,小窍门 箭头PN,三个极、三个区、两个PN结。,1.3.2晶体管的电流放大作用,以 NPN 型三极管为例讨

3、论,三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。,不具备 放大作用,三极管内部结构要求：,1. 发射区高掺杂。,2. 基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。,三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。,3. 集电结面积大。,一、晶体管内部载流子的运动,发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流 发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区形成发射极电流 IE (基区多子数目较少，空穴电流可忽略)。,2. 扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流 电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流 Ib

4、n，复合掉的空穴由 VBB 补充。,多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。,晶体管内部载流子的运动,3.集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流Ic 集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流 Icn。 其能量来自外接电源 VCC 。,另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流，用ICBO表示。,晶体管内部载流子的运动,二、晶体管的电流分配关系,IEp,ICBO,IE,IC,IB,IEn,IBn,ICn,IC = ICn + ICBO,IE= IEn+ IEp = ICn + IBn + IEp,IB=IEP+ IBNICBO =IBICBO,I

5、E =IC+IB,晶体管内部载流子的运动与外部电流,三、晶体管的共射电流放大系数,整理可得：,ICBO 称反向饱和电流,ICEO 称穿透电流,1、共射直流电流放大系数,2、共射交流电流放大系数,3、共基直流电流放大系数,4、共基交流电流放大系数,直流参数 与交流参数 、 的含义是不同的，但是，对于大多数三极管来说， 与 ， 与 的数值却差别不大，计算中，可不将它们严格区分。,或,5. 与的关系,IE = IC + IB,6. 实际应用,一、输入特性,输入 回路,输出 回路,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,(1),与二极管特性相似,导通电压 UBE(on),硅管： (0.6 0.8) V,锗管

6、： (0.2 0.3) V,取 0.7 V,取 0.2 V,对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。,二、输出特性,截止区：发射结电压小于开启电压，集电结反偏。 IB = 0 IC = ICEO 0 条件：两个结反偏,截止区,ICEO,2. 放大区：,放大区,截止区,条件： 发射结正偏 集电结反偏 特点： 水平、等间隔,ICEO,3. 饱和区：,uCE u BE,uCB = uCE u BE 0,条件：两个结正偏,特点：IC IB,临界饱和时： uCE = uBE,深度饱和时：,0.3 V (硅管),UCE(SAT)=,0.1 V (锗管),

7、放大区,截止区,饱 和 区,ICEO,晶体管的三个工作区域,晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源iC 。,1.3.4 晶体三极管的主要参数,三极管的参数分为三大类: 直流参数、交流参数、极限参数,一、直流参数,1.共发射极直流电流放大系数,=（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const,2.共基直流电流放大系数,3.集电极基极间反向饱和电流ICBO,集电极发射极间的反向饱和电流ICEO,ICEO=（1+ ）ICBO,二、交流参数,1.共发射极交流电流放大系数 =iC/iBUCE=const,2.

8、 共基极交流电流放大系数 =iC/iE UCB=const,3.特征频率 fT,值下降到1的信号频率,三、极限参数,1. ICM 集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。,2. PCM 集电极最大允许功率损耗,PC = iC uCE。,U(BR)CBO 发射极开路时 C、B 极间反向击穿电压。,3. U(BR)CEO 基极开路时 C、E 极间反向击穿电压。,U(BR)EBO 集电极极开路时 E、B 极间反向击穿电压。,已知: ICM = 20 mA, PCM = 100 mW，U(BR)CEO = 20 V， 当 UCE = 10 V 时，IC mA 当 UCE = 1 V，则 IC mA 当

9、 IC = 2 mA，则 UCE V,10,20,20,几个击穿电压有如下关系 UCBOUCEOUEBO,1. 温度升高，输入特性曲线向左移。,温度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。,温度每升高 10C，ICBO 约增大 1 倍。,T2 T1,1.3.5温度对晶体管特性及参数的影响,2. 温度升高，输出特性曲线向上移。,温度每升高 1C， (0.5 1)%。,输出特性曲线间距增大。,O,（1）根据三极管正常放大的工作条件，工作在放大区的三极管，三个电极的电位有如下关系：,(2) 不同材料的三极管，正常工作在放大区时，发射结的 压降不同。,硅管：,锗管：,补充：检验三极管时应具备的一些

10、基本知识,例1,解,故为SI管,故为NPN型管,最低,例2：测量某NPN型SI BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？ （1） VC 6V VB 0.7V VE 0V （2） VC 6V VB 4V VE 3.6V （3） VC 3.6V VB 4V VE 3.4V,对NPN管而言，放大时VC VB VE 对PNP管而言，放大时VC VB VE,（1）放大区 （2）截止区 （3）饱和区,解,例3某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。 IA-2mA,IB-0.04mA,IC+2.04mA,试判断管脚、管型。,电流判断法。 电流的正方向和KCL。IE=IB+ IC,A,B,C

11、,IA,IB,IC,C为发射极 B为基极 A为集电极。 管型为NPN管。,管脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。,解,例4课本 例1.3.2,在一个单管放大电路中，电源电压为30V， 已知三只管子的参数如下所示，请选用一 只管子并说明理由。,例5：测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位U1、U2、U3分别为： （1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V （2）U1=3V、U2=2.8V、U3=12V （3）U1=6V、U2=11.3V、U3=12V （4）U1=6V、U2=11.8V、U3=12V 判断它们是NPN型还是PNP型？是硅管还是锗管？并确定e、b、c。,（1）U1

12、b、U2 e、U3 c NPN 硅 （2）U1 b、U2 e、U3 c NPN 锗 （3）U1 c、U2 b、U3 e PNP 硅 （4）U1 c、U2 b、U3 e PNP 锗,原则：先求UBE，若等于0.6-0.7V，为硅管；若等于0.2-0.3V，为锗管。发射结正偏，集电结反偏。 NPN管UBE0， UBC0，即UC UB UE 。 PNP管UBE0， UBC0，即UC UB UE 。,解：,1.3.6光电三极管,依照光照的强度来控制集电极电流的大小。 一、等效电路、符号,二、光电三极管的输出特性曲线,1. 形式与结构,NPN,PNP,三区、三极、两结,2. 特点,基极电流控制集电极电流

13、并实现放大,晶体三极管 小结,放 大 条 件,内因：发射区载流子浓度高、 基区薄、集电区面积大,外因：发射结正偏、集电结反偏,3. 电流关系,IE = IC + IB,IC = IB + ICEO,IE = (1 + ) IB + ICEO,IE = IC + IB,IC = IB,IE = (1 + ) IB,4. 特性,死区电压(Uth)：,0.5 V (硅管),0.1 V (锗管),工作电压(UBE(on) ) ：,0.6 0.8 V 取 0.7 V (硅管),0.2 0.3 V 取 0.3 V (锗管),饱 和 区,截止区,放大区,饱 和 区,截止区,放大区特点：,1)iB 决定 iC,2)曲线水平表示恒流,3)曲线间隔表示受控,5. 参数,特性参数,电流放大倍数, = /(1 ), = /(1 + ),极间反向电流,ICBO,ICEO,极限参数,ICM,PCM,U(BR)CEO,ICM,U(BR)CEO,PCM,安 全 工 作 区,= (1 + ) ICBO,6、晶体管电路的基本问题和分析方法,三种工作状态,放大,I C = IB,发射结正偏 集电结反偏,饱和,I C IB,两个结正偏,ICS