三极管的结构和工作原理PPT课件.ppt

2 2 1三极管的结构和工作原理 分类 按频率分有高频管 低频管 按功率分有小 中 大功率管 按材料分有硅管 锗管 按结构分有NPN型和PNP型 1 国产三极管的命名方式 3DG6 三极管 表示器件材料和极性 高频管 设计序号 A PNP锗材料 B NPN锗材料 D NPN硅材料 C PNP硅材料 2 三极管的不同封装形式 金属封装 塑料封装 中功率管 3 半导体三极管的结构示意图如下图所示 它有两种类型 NPN型和PNP型 两种类型的三极管 发射结 Je 集电结 Jc 基极 用B或b表示 Base 发射极 用E或e表示 Emitter 集电极 用C或c表示 Collector 发射区 集电区 基区 三极管符号 三极管的结构 4 结构特点 发射区的掺杂浓度最高 集电区掺杂浓度低于发射区 且面积大 基区很薄 一般在几个微米至几十个微米 且掺杂浓度最低 管芯结构剖面图 5 三极管的电流分配与放大作用 正常放大时外加偏置电压的要求 be结正偏 问 若为PNP管 图中电源极性如何 6 三极管内载流子的传输过程 动画2 1 7 三极管内载流子的传输过程 2 电子在基区中的扩散与复合 3 集电区收集扩散过来的电子 另外 基区集电区本身存在的少子 在集电结上存在漂移运动 由此形成电流ICBO 三极管内有两种载流子参与导电 故称此种三极管为双极型三极管 记为BJT 8 IE IB IC 三极管三个电极间的分配关系 IE IBN ICN IB IBN ICBO IC ICN ICBO 9 三极管的放大作用 正向时PN结电流与电压成指数关系 电压放大倍数 三极管基区的电流传递作用 10 两个要点 11 2 2 2三极管的特性 三极管在电路中的连接方式 共基极连接 共集电极连接 共发射极连接 12 三极管的特性曲线 特性曲线是指各电极之间的电压与电流之间的关系曲线 概念 输入特性曲线 输出特性曲线 13 vCE 0V iB f vBE vCE const 2 当集电结进入反偏状态时 vCB vCE vBE随着vCE的增大而增大 集电结的反偏加强 由于基区的宽度调制效应 基区变窄 基区复合减少 同样的vBE下IB减小 特性曲线右移 1 当vCE 0V时 相当于发射结的正向伏安特性曲线 1 输入特性曲线 BJT的特性曲线 以共射极放大电路为例 输入电流与输入电压间的关系曲线 当vCE 1V以后 由于集电结的反偏电压可以在单位时间内将所有到达集电结边上的载流子拉到集电极 故iC不随vCE变化 所以同样的vBE下的iB不变 特性曲线几乎重叠 14 iC f vCE iB const 2 输出特性曲线 BJT的特性曲线 输出电流与输出电压间的关系曲线 15 如何判断三极管的电极 管型和材料 发射结处于正向偏置 且对于硅管 VBE 0 7V 锗管 VBE 0 2V 集电结处于反向偏置 且 VCB 1V NPN管集电极电位比发射极电位高 PNP管集电极电位比发射极电位低 当三极管在电路中处于放大状态时 16 例题 一个BJT在电路中处于正常放大状态 测得A B和C三个管脚对地的直流电位分别为6V 0 6V 1 3V 试判别三个管脚的极名 是硅管还是锗管 NPN型还是PNP型 集电极 管子为NPN管 C 基极 B 发射极 另一例题参见P302 2 2 1 17 2 2 3三极管的主要参数 三极管的参数是用来表征管子性能优劣适应范围的 是选管的依据 共有以下三大类参数 电流放大系数 极间反向电流 极限参数 18 电流放大系数 交流电流放大系数b b DIC DIB vCE const 共射电流放大系数 19 电流放大系数 iC iE 共基电流放大系数 交流电流放大系数 20 2020 1 8 21 22 2 集电极发射极间的反向饱和电流ICEOICEO 1 ICBO 极间反向电流 ICEO 1 集电极基极间反向饱和电流ICBO发射极开路时 集电结的反向饱和电流 23 极限参数 集电极最大允许电流ICM 集电极最大允许功率损耗PCM 三极管正常工作时集电极所允许的最大工作电流 PCM值与环境温度有关 温度愈高 则PCM值愈小 当超过此值时 管子性能将变坏或烧毁 24 反向击穿电压 25 安全工作区 由ICM V BR CEO 及PCM三个极限参数可画出三极管的安全工作区图 26 2 2 4三极管的模型 截止模型 饱和模型 放大模型 27 建立小信号模型的意义 建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时 就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替 从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理 由于三极管是非线性器件 这样就使得放大电路的分析非常困难 建立小信号模型 就是将非线性器件做线性化处理 从而简化放大电路的分析和设计 28 H参数的引出 将共射连接三极管看成一双端口网络 输入输出端口的函数表达式 29 对输入输出端口的两函数表达式求微分 用相关符号取代上式中的微分量后得 微分量用交流量取代 偏微分量用H参数取代 30 H参数物理含义 输出端交流短路时的输入电阻 即rbe 输入端交流开路时的反向电压传输系数 即 输出端交流短路时的电流放大系数 即 输入端交流开路时的输出电导 即1 rce 31 根据 可得小信号模型 BJT的H参数模型 H参数等效电路 32 H参数等效电路中需注意的几点 h参数小信号模型是用于交流分析的 不能用于直流分析 h参数是在某个静态工作点测得的 其数值与静态工作点有关 h参数中的电流源和电压源都是受控源 其方向不能随意假定 33 即rbe hie hfeur hrerce 1 hoe 一般采用习惯符号 则BJT的H参数模型为 ur很小 一般为10 3 10 4 rce很大 约为100k 故一般可忽略它们的影响 得到简化电路 ib是受控源 且为电流控制电流源 CCCS 电流方向与ib的方向是关联的 H参数简化等效电路 34 H参数的确定 一般用测试仪测出 rbe与Q点有关 可用图示仪测出 一般也用公式估算rbe rbe rb 1 re 其中对于低频小功率管rb 200 则 35 跨导gm 衡量晶体管输出电流随输入电压变化的物理量 概念 对于共射电路 36 厄利电压VA 概念 反映iC vCE曲线在线性区内水平程度 即斜率 的参数 基区宽度调制效应