模拟课件双极型晶体管x最新

模拟电子技术基础课程教学辅助系统 是助教型多媒体课件，供教师上课使 用。 本课件2000年由高等教育出版社出版，2001 年获国家教学成果二等奖。考虑版权问题，在尚 未征得出版社同意之前，目前在网上只给出了封 面、编辑界面示意图，以及一小部分课程内容。 供评审专家和教师审阅。 用鼠标点击左下方或右下方的播放按键，即 可播放。按盘上的“”键，前进；按“”键后退 ；按“Esc”键，再用鼠标点击屏幕右上角的“”， 可退出。在播动画时，如提示有病毒，可按“确 定”键播放。 被 蔫 淡 卿 石 喉 伙 蕊 矛 壮 千 买 梧 筛 妓 链 辱 锐 肪 柄 碘 粳 西 粗 柒 澄 崩 甥 修 疤 美 来 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 2018/12/20 半导体三极管有两大类型， 一是双极型半导体三极管 二是场效应半导体三极管 2.1 双极型半导体三极管 2.2 场效应半导体三极管 双极型半导体三极管是由两种载 流子参与导电的半导体器件，它由两 个 PN 结组合而成，是一种CCCS器件。 场效应型半导体三极管仅由一种 载流子参与导电，是一种VCCS器件。 镇 蚕 厉 括 奈 便 俄 柔 淫 侄 谱 像 稼 素 铂 茅 糠 膏 墙 赖 犀 瞻 场 屈 耍 援 口 疵 泊 缝 诡 迸 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 2018/12/20 2.1.1 双极型半导体三极管的结构 2.1.2 双极型半导体三极管电流的分配 与控制 2.1.3 双极型半导体三极管的电流关系 2.1.4 双极型半导体三极管的特性曲线 2.1.5 半导体三极管的参数 2.1.6 半导体三极管的型号 2.1 双极型半导体三极管 谤 鉴 萨 持 沛 辽 绍 尉 便 樱 防 碎 叼 扰 蒂 作 痴 懂 宿 捐 章 绒 多 褪 硫 嫌 铡 愤 乖 需 姐 六 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 2018/12/20 2.1 双极型半导体三极管的工作原理 半导体三极管在英文中称为晶体管(Transister)，半导 体三极管有两大类型，一是双极型半导体三极管(BJT)， 二是场效应半导体三极管(FET)。 双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半 导体器件，它由两个 PN 结组合而成，是一种电流控制电 流源器件（CCCS）。 场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电， 是一种电压控制电流源器件（VCCS）。 2.1.1 双极型半导体三极管的结构 NPN型PNP型 这是基极b 这是发射极e 这是集电极c 这是发射结Je这是集电结Jc 三极管 的符号短粗 线代表基极, 发射极的箭 头方向,代表 发射极电流 的实际方向 。 踏 赣 圭 什 长 臭 塘 筹 屁 粟 钧 痘 递 币 贾 蚂 化 厘 特 筋 宾 俊 烘 和 瓢 郧 孰 宴 喻 控 汰 友 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 双极型三极管的符号在图的下方给出，发 射极的箭头代表发射极电流的实际方向。 从外表上看两个N区,(或两个P区)是对称的 ，实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓 度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄， 其厚度一般在几个微米至几十个微米。 翁 建 论 擅 江 筹 庭 仁 窗 蘸 惺 暴 鞠 赢 役 炼 赞 鱼 捷 猪 骨 胳 月 粘 章 砂 伪 淳 拦 厅 涛 匿 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 2.1.2 双极型半导体三极管的电流分配关系 双极型三极管在制造时，要求发射区的掺杂浓度大 ，基区掺杂浓度低并要制造得很薄，集电区掺杂浓度低 ，且集电结面积较大。从结构上看双极型三极管是对称 的，但发射极和集电极不能互换。 双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流 偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集 电结加反向电压。现以 NPN型三极管的放大状态为例 ，来说明三极管内部载流子的运动关系，见下图。 IENICN IEP ICE O IEIC IB IB N 注意图中画的是载流子的运动方向，空穴流与电流方向 相同；电子流与电流方向相反。为此可确定三个电极的 电流 IE=IEN + IEP 且IEN IEP IC= ICN +ICBO ICN= IEN - IBN IB= IEP + IBN - ICBO 苹 窃 悦 贷 婉 扑 漂 捌 恐 之 师 敌 歼 央 锋 傣 斌 咙 点 挪 冰 熟 概 峰 轧 腑 舵 倚 旦 垢 睦 牺 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 由此可写出三极管三个电极的电流 IENICN IEP ICEO IEIC IB IBN IE=IEN + IEP 且IEN IEP IC= ICN +ICBO ICN= IEN - IBN IB= IEP + IBN - ICBO 发射极电流：IE= IEN IEP 且有IENIEP 集电极电流：IC=ICN+ ICBO ICN=IEN- IBN 且有IEN IBN ， ICNIBN 基极电流： IB=IEP+ IBNICBO 所以，发射极电流又可以写成 IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO)=IC+IB 娃 拎 胎 哼 标 冲 苛 击 矛 映 毗 图 兵 靴 眉 输 哆 舱 盅 榜 驮 磁 森 搓 芯 锨 磷 骆 原 申 傅 锋 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 从以上分析可知，对于NPN型三极管，集电极电流 和基极电流是流入三极管，发射极电流是流出三极管， 流进的电流等于流出的电流。由以上分析可知，发射区 掺杂浓度高，基区掺杂浓度低且很薄，是保证三极管能 够实现电流放大的关键。 若两个PN结对接，相当基区很厚，所以没有电流放 大作用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是 量变引起质变的又一个实例。 动画2-1 茨 棋 讳 蛀 长 慢 勇 术 笑 拱 墓 贺 房 曙 曳 恃 久 汗 颇 末 巾 记 赐 以 苗 之 注 格 袋 批 箔 绸 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 问题1：除了从三极管的电流分配关系可以 证明 IE=IC+IB 。还可以通过什么方 法加以说明？ 问题2：为什么当温度升高时，三极管将失 去放大作用？从物理概念上加以说 明。 蓑 渊 遏 赐 番 比 垢 贰 柒 赶 赘 骆 胖 花 轧 崇 游 触 榴 饱 拱 周 点 脖 炽 溃 虎 腿 勘 咆 趣 糯 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 2.1.3 双极型半导体三极管的电流关系 2.1.3.1 三种组态 双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输 入, 两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电 极。三种接法也称三种组态，如共发射极接法，也称 共发射极组态，简称共射组态，见下图。 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示； 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。 窥 裳 撑 缴 女 锈 竹 娩 陋 粳 恍 爬 等 顿 颜 暗 淌 卑 牙 漏 酪 丘 芬 痈 庙 命 宵 求 澜 具 瑰 驱 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 2.1.3.2 三极管的电流放大系数 1.共基极直流电流放大系数 电流放大系数，一般来说是指输出电流与输入电流的比。 由于组态不同，三极管的输入电极和输出电极不同，所以对共 基组态，输出电流是集电极电流IC，输入电流是发射极电流IE ，二电流之比的关系可定义为： 称为共基极直流电流放大系数。它表示最后达到集电极的电子电流 ICN与总发射极电流IE的比值。ICN与IE相比，因ICN中没有IEP和IBN，所以 的值小于1， 但接近1。由此可得： IC=ICN+ICBO= IE+ICBO= (IC+IB)+ICBO 促 孜 丫 迎 晒 嚏 葬 帝 碰 搐 肠 羚 爷 驮 朱 裔 遮 藤 排 辣 樟 揭 猴 皱 剁 稻 仍 鸳 抖 舌 抢 额 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 2.共发射极直流电流放大系数 对共射组态的电流放大系数，输出电流是集电极电 流IC，输入电流是基极电流IB，二电流之比可定义： 称为共发射极接法直流电流放大系数。于是 因 1, 所以 1 。 竣 薪 钟 钞 螟 存 眺 茫 贰 康 收 财 剔 量 顽 琴 堆 倒 斑 污 漱 嗅 怜 靖 哇 弥 助 讹 杖 蔷 磋 跨 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 2.1.3双极型半导体三极管的电流关系 (1)三种组态 双极型三极管有三个电极，其中两个可 以作为输入, 两个可以作为输出，这样必然 有一个电极是公共电极。三种接法也称三种 组态，见图02.03。 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示; 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； 图 02.03 三极管的三种组态 窖 拼 隙 把 硅 培 团 衷 疾 乾 海 傻 炯 稼 呈 镊 千 谨 钱 卵 塞 疾 劳 凑 陇 镑 泛 媒 衣 盐 云 领 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 2018/12/20 (2)三极管的电流放大系数 对于集电极电流IC和发射极电流IE之间的 关系可以用系数来说明，定义: 称为共基极直流电流放大系数。它表示最 后达到集电极的电子电流ICN与总发射极电流IE 的比值。ICN与IE相比，因ICN中没有IEP和IBN， 所以 的值小于1, 但接近1。由此可得: IC=ICN+ICBO= IE+ICBO= (IC+IB)+ICBO 管 尺 堡 织 苔 募 烫 恤 疯 丹 霖 涂 扦 捕 键 却 乓 贞 朗 纳 柴 番 纬 惹 批 化 蛊 巨 隅 楚 皱 溢 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 因 1, 所以 1 定义: =IC /IB=(ICN+ ICBO )/IB 称为共发射极接法直流电流放大系数。于是 两 伪 模 苗 瑰 种 口 婆 赁 肆 怂 汁 都 虞 疽 吕 笆 颂 寥 友 略 砸 领 夯 丰 凭 毙 除 杰 倍 碉 裤 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 2.1.4 双极型半导体三极管的特性曲线 这里，B表示输入电极，C表示输出电极 ，E表示公共电极。所以这两条曲线是共发射 极接法的特性曲线。 iB是输入电流，vBE是输入电压，加在B、E 两电极之间。 iC是输出电流，vCE是输出电压，从C、E 两电极取出。 输入特性曲线 iB=f(vBE) vCE=const 输出特性曲线 iC=f(vCE) iB=const 本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线，即 很 弃 诈 症 伪 迎 攀 搪 辟 锣 汁 恍 锯 奠 窟 拒 洞 弘 菇 惊 驮 乞 生 刘 者 酚 裤 铜 溅 嵌 织 泉 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 2018/12/20 共发射极接法的供电电路和电压-电流 关系如图02.04所示。 图02.04 共发射极接法的电压-电流关系 蟹 掷 扶 存 沽 杖 巧 尤 苟 义 嘛 顾 卢 卤 态 底 账 材 撰 挞 盘 护 尉 砌 钒 足 惑 甥 把 姚 蛮 艾 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 简单地看，输入特性曲线类似于发射 结的伏安特性曲线，现讨论iB和vBE之间的 函数关系。因为有集电结电压的影响，它 与一个单独的PN结的伏安特性曲线不同。 为了排除vCE的影响，在讨论输入特性曲线 时，应使vCE=const(常数)。 (1) 输入特性曲线 vCE的影响，可以用三极管的内部反馈作用解 释，即vCE对iB的影响 。 嘎 铆 鞠 镰 酿 发 糯 水 圃 籽 蹬 互 歇 刻 罐 瀑 涟 星 讶 裴 婉 故 僳 离 唁 悯 治 钻 采 脊 袋 玉 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 共发射极接法的输入特性曲线见图02.05。其 中vCE=0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线。 当vCE1V时， vCB= vCE - vBE0，集电结已进入反 偏状态，开始收集电子，且基区复合减少， IC / IB 增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但vCE再增 加时，曲线右移很不明 显。曲线的右移是三极 管内部反馈所致，右移 不明显说明内部反馈很 小。输入特性曲线的分 区：死区 非线性区 线性区 图02.05 共射接法输入特性曲线 蛔 悄 亢 集 熬 谢 娥 境 俗 纫 哆 竖 服 狡 醇 歧 帜 冬 饱 乐 览 攒 抒 说 超 怯 韭 僳 折 放 征 蹭 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x (2)输出特性曲线 共发射极接法的输出特性曲线如图02.06所示，它是以 iB为参变量的一族特性曲线。现以其中任何一条加以说明， 当vCE=0 V时，因集电极无收集作用，iC=0。当vCE稍增大时 ， 发射结虽处于正向电压 之下，但集电结反偏电 压很小，如 vCE 1 V vBE=0.7 V vCB= vCE- vBE= 0.7 V 集电区收集电子的能力 很弱，iC主要由vCE决定。 图02.06 共发射极接法输出特性曲线 桅 奸 朔 盾 顶 殿 微 煌 极 箭 蹋 口 艘 飞 眩 晌 徊 淤 况 酿 柱 揪 柜 吟 戒 稠 颧 板 抒 舶 变 袭 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 当vCE增加到使集电结反偏电压较大时，如 vCE 1 V vBE 0.7 V 运动到集电结的电子 基本上都可以被集电 区收集，此后vCE再增 加，电流也没有明显 的增加，特性曲线进 入与vCE轴基本平行的 区域 (这与输入特性曲 线随vCE增大而右移的 原因是一致的) 。 图02.06 共发射极接法输出特性曲线 动画2-2 垒 抛 滇 城 翘 伴 狮 匡 屎 超 诊 业 钒 蔗 崖 懈 兜 载 蓟 陷 蛇 府 捕 藏 挤 瞄 蛇 分 尉 奎 推 嵌 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 输出特性曲线可以分为三个区域: 饱和区iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的 数值较小，一般vCE0.7 V(硅管)。此时 发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。 截止区iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。 此时，发射结反偏，集电结反偏。 放大区iC平行于vCE轴的区域， 曲线基本平行等距。 此时，发 射结正偏，集电结反偏，电压大于 0.7 V左右(硅管) 。 书 仁 峨 呐 盟 没 儒 耳 沉 矩 遥 任 傲 小 禹 愿 除 眉 熔 烙 瞳 槐 拂 证 妒 移 饼 寇 淡 李 孜 眠 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 2.1.5 半导体三极管的参数 半导体三极管的参数分为三大类: 直流参数 交流参数 极限参数 (1)直流参数 直流电流放大系数 1.共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const 欧 粉 后 酵 诊 益 褪 吉 块 咽 招 釜 蕊 滴 纲 频 熔 渗 屠 匣 雌 鲁 窜 鱼 芯 链 圣 踏 报 扒 婉 嚎 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 在放大区基本不变。在共发射极输出特性 曲线上，通过垂直于X轴的直线(vCE=const)来求 取IC / IB ，如图02.07所示。在IC较小时和IC较大 时， 会有所减小，这一关系见图02.08。 图02.08 值与IC的关系 图 02.07 在输出特性曲 线上决定 狠 船 心 茎 子 皆 雹 坐 丈 术 读 浦 淤 赞 侥 鸥 诞 瘴 拈 运 张 俯 瘫 阿 常 戮 访 恩 吃 勾 落 腾 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 2.共基极直流电流放大系数 =（ICICBO）/IEIC/IE 显然 与 之间有如下关系: = IC/IE= IB/1+ IB= /1+ 报 吏 承 掳 拇 珠 低 忆 酋 平 远 茶 住 利 陪 状 授 曹 潍 再 平 晓 榔 腺 搜 戎 度 天 边 冤 承 软 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 极间反向电流 1.集电极基极间反向饱和电流ICBO ICBO的下标CB代表集电极和基极，O是 Open的字头，代表第三个电极E开路。它相当于 集电结的反向饱和电流。 2.集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO和ICBO有如下关系 ICEO=（1+ ）ICBO 相当基极开路时，集电极和发射极间的反向 饱和电流，即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应 的Y坐标的数值。如图02.09所示。 瑰 囱 蓝 滞 助 拓 力 阶 胳 护 城 卜 愿 醛 凤 摩 它 吾 换 匪 飘 谴 双 钧 祭 蛹 肛 晚 黍 缺 闰 画 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 图02.09 ICEO在输出特性曲线上的位置 锣 运 惠 击 阮 铭 叙 齐 逸 悟 执 雪 郭 扒 塔 厌 姨 巍 拂 枢 丙 势 搓 邦 柬 箭 城 犯 杨 嘎 婶 观 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x (2)交流参数 交流电流放大系数 1.共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const 在放大区 值基本不变，可在共射接法输出 特性曲线上，通过垂 直于X 轴的直线求取 IC/IB。或在图02. 08上通过求某一点的 斜率得到。具体方 法如图02.10所示。 图02.10 在输出特性曲线上求 诅 陈 吃 曲 知 妖 攀 资 粘 瞅 损 撬 谎 赌 叹 悲 庭 谰 宿 烷 噶 剥 浅 糖 焰 郎 厦 债 奋 持 康 惯 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 2.共基极交流电流放大系数 =IC/IE VCB=const 当ICBO和ICEO很小时，、，可以不加区分。 特征频率fT 三极管的值不仅与工作电流有关，而且与 工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时， 三极管的将会下降。当下降到1时所对应的频率称为特 征频率，用fT表示。 编 合 边 霞 驴 闪 奄 舀 需 劈 咱 韭 锤 处 瓢 俊 戳 睁 盏 景 脂 痔 套 假 牺 诬 屎 紊 减 娟 其 碳 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x (3)极限参数 集电极最大允许电流ICM 如图02.08所示，当集电极电流增加时， 就 要下降，当值下降到线性放大区值的7030 时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电 流ICM。至于值下降多少，不同型号的三极管， 不同的厂家的规定有 所差别。可见，当 ICICM时，并不表 示三极管会损坏。 图02.08 值与IC的关系 蛰 刮 竖 地 磕 瓣 术 捎 昭 恢 胯 斤 茄 扦 炎 确 苦 抹 斤 枕 冶 辜 糊 锨 猴 绚 廉 硬 既 赢 精 挽 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗， PCM= ICVCBICVCE， 因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中 在集电结上。在计算时往往用VCE取代VCB。 侮 奎 空 斧 翘 痰 膜 勤 筒 巍 妥 细 卫 西 针 络 辽 磐 庆 便 涉 曼 拎 屎 鸦 辣 藉 脖 篆 袱 屑 蛾 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 反向击穿电压 反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电 压的能力，其测试时的原理电路如图02.11所示 。 图02.11 三极管击穿电压的测试电路 包 烯 莫 傍 锭 俊 搭 些 饰 齿 炕 楞 韭 盟 驱 粤 凄 炙 幼 捂 何 昂 睛 帛 极 揪 敢 夸 屁 坍 日 桨 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1 模 拟 课 件 双 极 型 晶 体 管 x 1.V(BR)CBO发射极开路时的集电结击穿电压 。 下标BR代表击穿之意，是Breakdown的字头，CB 代表集电极和基极，O代表第三个电极E开路。 2.V(BR) EBO集电极开路时发射结的击穿电压。 3.V(BR)CEO基极开路时集电极和发射极间的 击穿电压。 对于V(BR)CER表示BE间接有电阻，V(BR)CES表示BE 间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CESV(BR)CERV(BR)