三极管 教学.ppt

半导体三极管，又称为双极结型晶体管（BJT）,发射结,集电结,NPN型,PNP型,三极管的发射极的箭头方向，代表三极管工作在放大，饱和状态时，发射极电流（IE）的实际方向。,1.3.1概述,半导体三极管的分类：,按材料分：硅管、锗管,按功率分：小功率管1W,中功率管0.51W,按结构和材料共有4种组合,1.3.2半导体三极管的工作原理,半导体半导体三极管有共有四种工作状态：,三极管的电流放大条件内部：发射区高掺杂，基区很薄，集电结面积大外部：发射结正偏，集电结反偏,1.工作于放大状态的半导体三极管,发射结正偏,集电结反偏,外电场方向,e,b,c,三极管的电流放大条件内部：发射区高掺杂，基区很薄，集电结面积大外部：发射结正偏，集电结反偏,N,N,P,1、发射区的电子大量地扩散注入到基区，基区空穴的扩散可忽略。,e,b,c,IE,发射结正偏,集电结反偏,外电场方向,N,N,P,1、发射区的电子大量地扩散注入到基区，基区空穴的扩散可忽略。2、电子扩散的同时，在基区将与空穴相遇产生复合。由于基区空穴浓度低，且基区做得很薄，因此，复合的电子是极少数。3、绝大多数到基区的电子均能扩散到集电结处，并在集电结电场作用下到达集电区。4、因集电结反偏，集电区和基区中少子在结电场作用下漂移，形成很小的且与集电结的反偏压无关的反向饱和电流。,e,b,c,IE,IB,IC,发射结正偏,集电结反偏,外电场方向,N,N,P,ICBO,1、大量电子N2通过很薄的基极被集电极吸收，少量电子N1在基极与空穴复合。N2和N1的比例由三极管内部结构决定。在不考虑ICBO时：IC/IB=N2/N1=2、以上公式是右方电路满足发射结正偏、集电结反偏时得到的，一旦外界条件改变到不再满足这两个条件，则以上公式不再成立。,电流分配关系,电压分配关系,UBE正向导通:硅管大约0.7V锗管大约0.2V,UCE=UCC-IC*RcUCC-IB*Rc,三极管的放大原理归结为：内部机制：发射区高掺杂，基区很薄，集电结面积大外部条件：发射结正偏，集电结反偏载流子传输：发射区向基区提供载流子基区传送和控制载流子集电区收集载流子,很小的IB控制ICIC=IB,基极电流和集电极电流除直流分量外还有交流分量，且iC=iB。放大电路是在ui的作用下，改变iB，并通过iB控制直流电源供给集电极电流iC，使其产生相应的交流分量，并在足够大的RC上形成较大的电压降，就有了可供输出的经放大的交流电压uo。,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。,2.工作于截止状态的半导体三极管,放大状态时有：IC=IB+ICEOIB,UCE=UCC-IC*Rc,减小Rb，IB增大；IC增大，UCE减小集电结反偏电压减小。,3.工作于饱和状态的半导体三极管,饱和后，UCE0,IC=(UCC-UCES)/RcICUCC/Rc饱和条件：IBIC/IB(UCC-UCES)/RcUCC/(Rc）,三极管饱和时的管压降UCE被称作为三极管的饱和压降UCES,4.工作于倒置状态的半导体三极管,放大,倒置,由于内部结构原因，集电区掺杂的浓度低，正偏的集电区不能提供大量的电子发射，发射结也不能有效收集电子，所以倒置状态电流放大倍数很小，不采用。,NPN型,PNP型,判断放大状态时的引脚,UCUBUE,UCUBUEPNP:UEUBUC,Si:UBE=0.7VGe:UBE=0.2V,1、无正向导通电压的处在截止状态,由引脚电压判断三极管管脚和工作状态,例1-5NPN:(3)2V,5V,1V,1V,2V,5V,例1-5NPN:(1)1V,0.3V,3V(2)0.3V,0.3V,1V(3)2V,5V,1VPNP:(1)-0.2V,0V,0V(2)-3V,-0.2V,0V(3)1V,1.2V,-2V,2、根据三个电位的集中程度判断是否饱和例1-5NPN:(1)1V,0.3V,3V(2)0.3V,0.3V,1V(3)2V,5V,1VPNP:(1)-0.2V,0V,0V(2)-3V,-0.2V,0V(3)1V,1.2V,-2V,由引脚电压判断三极管管脚和工作状态,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3、如果饱和则先判断基极，再判断集电极和发射极,由引脚电压判断三极管管脚和工作状态,1、无正向导通电压的处在截止状态,例1-5NPN:(2)0.3V,0.3V,1VPNP:(1)-0.2V,0V,0V,-0.2V,0V,-0.05V,1V,0.3V,0.35V,NPN:0.35V,0.3V,1V,PNP:-0.2V,0V,-0.05V,由引脚电压判断三极管管脚和工作状态,例1-5NPN:(1)1V,0.3V,3V(2)0.3V,0.3V,1V(3)2V,5V,1VPNP:(1)-0.2V,0V,0V(2)-3V,-0.2V,0V(3)1V,1.2V,-2V,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3、如果饱和则先判断基极，再判断集电极和发射极4、不饱和则看有没有两个电压差为正向导通电压,由引脚电压判断三极管管脚和工作状态,例1-5NPN:(1)1V,0.3V,3VBECPNP:(2)-3V,-0.2V,0VCBE(3)1V,1.2V,-2VBEC,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3、如果饱和则先判断基极，再判断集电极和发射极4、不饱和则看有没有两个电压差为正向导通电压5、有正向导通电压一般按放大状态去判断,讨论：P40题1-18，1-20,图1-33，1-36,三极管状态电流判断条件说明,放大、饱和,放大状态时：IC=(UCC-UCE)/RC=IBIC随着IB的增大而增大饱和状态时：IC=（UCC-UCES)/RCIC受外电路限制不再随IB变化。三极管饱和压降UCES硅UCES时，三极管处于放大状态（2）当0IBS，故三极管处在饱和状态,Ui=0V，发射结无正偏，故三极管截止,Ui=3V,1.3.3半导体三极管的基本组态和特性曲线,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；,BJT的三种组态,三极管共射输入特性曲线研究共射电路输入端IB和UBE的关系。一般来说，IB和UBE的关系就是一个PN结的特性曲线关系。UCE=0V时，三极管饱和，IB较大。UCE1V时，三极管放大状态，IB比饱和状态稍少，以后随着UCE增大，IB增大不明显。,uCE=0V,uCE1V,1.共发射极输入特性曲线,截止区：发射结反偏，集电结反偏。IB=0,uBEuBE。,2.共发射极输出特性曲线,放大区：发射结正偏，集电结反偏。uBE0且uCEuBE。IC=IB，0IB0，uCEuBE。ICIB。IBIBS,1.3.4半导体三极管的主要电参数,1.直流参数共射直流放大系数共基直流放大系数极间反向电流ICBO：发射极开路，集电结的反向饱和电流ICEO：基极开路，集电极与发射极间穿透电流2.交流参数共射交流放大系数共基交流放大系数,3.极限参数极间反向击穿电压U(BR)EBO，U(BR)CBO，U(BR)CEO最大集电极耗散功率PCM=iCuce最大集电极电流ICM，即使值明显减小的iC,例1-6某三极管的极限参数PCM=150mW，ICM=100mA，UBRCEO=30V。问：（1）若工作电压UCE=10V，求工作电流IC的最大值？（2）若工作电压UCE=1V，求IC的最大值？（3）若工作电流IC=1mA，求工作电压UCE最大值？解：三极管的三个极限参数在使用中均不能超过。（1）因为PCM=ICUCE=150mW，当UCE=10V时，IC=15mA即为此时所允许的最大值。（2）当UCE=10V时，仅从功率的角度考虑，工作电流可达IC=150mA。但考虑极限参数，故IC=100mA即为此时所允许的最大值。（3）当IC=1mA时，仅从功率的角度考虑，可有UCE=150V。但考虑到UBRCEO参数，故UCE=30V即为此时所允许的最大值。,1.3半导体三极管结构放大、饱和、截止的三种工作状态电流放大原理三种组态共射组态的输入和输出特性曲线工作状态的判定,思考习题18、20,第1章半导体器件1.1半导体器件的基础知识1.2半导体二极管1.3半导体三极管1.4场效应管,场效应晶体三极管简称场效应管（FET）：场效应管分为：结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（IGFET）。是一种通过改变半导体内的电场实现电流控制作用的半导体器件。它除了具有与双极型晶体管相同的体积小、重量轻、寿命长等特点外，还具有输入阻抗高（1071015）、噪声低、温度稳定好、抗辐射能力强、工艺简单等优点，特别适用于制造大规模和超大规模集成电路。,1.4场效应管,场效应管和双极型晶体管的重要区别是：双极型晶体管是通过基极或发射极电流实现对集电极电流的控制，参与导电的有两种载流子即多数载流子和少数载流子所以叫做“电流控制型”器件或“双极型”器件。而场效应管是靠电场效应控制漏极电流的，所以输入端只需电压，且参与导电的只有一种载流子即多数载流子，因此场效应管也叫“电压控制型”器件或“单极型”器件。,1.4.1结型场效应管,1.结构,三个电极源极和漏极形成沟道栅极控制沟道导通符号中的箭头方向表示什么？,图1-41N沟道结型场效应管,图1-42P沟道结型场效应管,N,2.工作原理,漏极和源极接通UDS=0UGS使PN结反偏UGS=0随着UGS绝对值逐渐增加：沟道由宽逐渐变窄，最后夹断。,Ugs对导电沟道的影响,P,P,N,2.工作原理,UGS使PN结反偏漏、源极加固定电压UDSUGS=0随着UGS绝对值逐渐增加：沟道由宽逐渐变窄，最后夹断。,Ugs对导电沟道的影响,UDS=10V,IDSS,ID,UGS(off),转移特性曲线,P,P,2.工作原理,特点（电路与三极管对比）：UGS使JFET栅极与沟道间的PN结反偏，因此iG0，输入电阻很高。FET用输入电压（利用电场效应）控制漏极电流，是电压控制电流器件。沟道中仅一种类型的多子参与导电，受温度影响小。所以场效应管也称为单极型三极管。,UDS=10V,IDSS,UGS(off),转移特性曲线,3.特性曲线,2.转移特性,1.输出特性,饱和漏极电流,夹断电压VP,恒流放大区,可变电阻区,截止区,击穿区,与三极管对比：1、各特性曲线反映的内容2、公式反映的实质3、输出特性曲线的几个区间,绝缘栅场效应管的栅极处于绝缘状态，利用半导体表面的电场效应来控制漏极电流，输入电阻可高达1015。绝缘栅场效应管也有N沟道和P沟道之分，而且每一类又可分为耗尽型和增强型两种。,1.4.2绝缘栅场效应管,耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道,转移特性曲线,耗尽型,增强型,P沟道,耗尽型,P沟道,P沟道,（耗尽型）,场效应管：,栅极g（基极b），漏极d（集电极c），源极s（发射极e）,1.4.3场效应管的主要参数,1.直流参数（1）夹断电压Up（2）饱和漏极电流IDSS（3）开启电压UT（4）直流输入电阻RGS,uGS,iD,0,2.交流参数（1）低频跨导gm（2）极间电容,Up,IDSS,UT,耗尽型,增强型,