模拟电子线路模电二极管和三极管.ppt

电子线路 模拟电子技术基础 张3 30387190048seuzp 开头的话 告别了冰天雪地的严寒 回到花香鸟语的校园 电子世界无穷奥秘等待我们去探索 国家期盼开创性人才大量涌现 金城学子 以天下为己任 想国家之所急 努力掌握电子技术 为人民立新功 金城金城 金戈铁马 众志成城 一 课程性质 电类专业三大硬件技术基础课之一 电路理论 数字电路 模拟电路 考研专业课之一 在本课程中我们将学习1电子器件二极管器件的特性 管子晶体管参数 等效电路场效应管 熟悉 2 电子电路晶体管放大器电路组成放大电路场效应管放大器工作原理集成运算放大器性能特性功率放大器基本分析方法负反馈在放大电路中的应用工程计算方法比较电路 振荡电路放大器的频率响应 要求掌握 总结 管为路用以路为主管路结合 二 课程作用 Why 1 电子线路用在各行各业 航空电子 消费电子 医疗电子 例 压力温度测控系统 火电厂 炼钢炉 空调 热水器 设计硬件电路的基础 传感器 压力1 压力2 温度1 温度2 放大滤波叠加组合 数模转换电路 模数转换电路 计算机数据处理 驱动电路 驱动电路 驱动电路 驱动电路 传感器 传感器 传感器 执行机构 执行机构 执行机构 执行机构 放大滤波叠加组合 数模转换电路 模数转换电路 计算机数据处理 2 电子信息类与控制类专业的特长 就业缺口 缺乏硬件高级设计人才学生弱点 软件强硬件弱 成为硬件电路设计人才学好模电 数电 单片机 DSP等 初步具备 看 算 选 干 能力 1 本课程研究内容 各种半导体器件的性能 电路及应用 三 学什么 What 1 按处理信号 1 模拟 A 2 数字 D 2 按信号频率 1 高频2 中频3 低频 2 具体研究对象 系统 电路 器件 细化 细化 模拟信号与数字信号比较表 1 抓特点 1 规律性2 非线性3 工程性 基本电子电路组成具有规律性 半导体器件具有非线性 需进行线性等效 即近似或忽略次要因素 抓主要矛盾 3 勤于实践 重视理论联系实际进入硬 软件 EDA 实验室 参加电子竞赛 阅读相关杂志 进行电子小制作 2 抓 三基 基本概念 基本原理 基本分析方法 目标 精讲多练 能够设计中小型实用电路 四 怎么学 How 4 学会估算 例 I 20 1 0 9 10 5mA若把1K 10K 1K则I 20 2K 10mA仅差5 而采用一般电阻元件其误差有10 即1K的元件可能是1 1K 或900 怎样学好这门课 多思考 勤练习 很重要的专业技术基础课 有点难 一课不拉 凡缺课在下次课前及时补上 笔记本 记课堂内容教材中找不到的 参考书 好的解题方法 电子小制作 期末考试成绩70 平时成绩30 平时成绩 考试成绩 课堂成绩课堂成绩 基本答对者 10分 次 基本不会者 0分 旷课者 10分 扰乱秩序者 10分 考试成绩50 59 上报及格 鼓励抢答 参与竞争 上课时手机请拨到静音 参考书 1 现代电子技术基础 模拟部分 解题指南王成华邵杰编著北京航空航天大学出版社28 00元 2 有志于考研同学最好借到考研学校所用的相应教材和习题集 电子技术的水平是国家国力强弱标志之一 学习 改变命运学习 成就未来 第一章半导体器件基础 1 1半导体的基本知识 1 2半导体二极管 1 3半导体三极管 1 1半导体的基本知识 在物理学中 根据材料的导电能力 可以将它们划分导体 绝缘体和半导体 半导体材料的两个特性 1 温度升高或受到光照后 其导电能力会明显提高 热敏性 光敏性 2 在纯净的半导体材料中掺入微量杂质后 其导电能力会显著提高 掺杂特性 硅原子 锗原子 硅和锗最外层轨道上的四个电子称为价电子 常用的半导体材料是硅 Si 和锗 Ge 它们都是4价元素 1 1半导体的基本知识 本征半导体的共价键结构 束缚电子 在绝对温度T 00K时 所有的价电子都紧紧束缚在共价键中 不会成为自由电子 因此本征半导体的导电能力很弱 接近绝缘体 一 本征半导体 本征半导体 化学成分纯净的半导体晶体 1 1半导体的基本知识 这一现象称为本征激发 也称热激发 当温度升高或受到光的照射时 束缚电子能量增高 有的电子可以挣脱原子核的束缚 而参与导电 成为自由电子 自由电子 自由电子产生的同时 在其原来的共价键中就出现了一个空位 称为空穴 1 1半导体的基本知识 可见本征激发同时产生电子空穴对 外加能量越高 温度越高 产生的电子空穴对越多 与本征激发相反的现象 复合 在一定温度下 本征激发和复合同时进行 达到动态平衡 电子空穴对的浓度一定 电子空穴对 1 1半导体的基本知识 自由电子带负电荷逆电场运动电子流 空穴带正电荷顺电场运动空穴流 本征半导体的导电性取决于外加能量 温度变化 导电性变化 光照变化 导电性变化 导电机制 两种载流子 自由电子和空穴 空穴的运动 一个空穴运动是大量价电子集体运动的结果 1 1半导体的基本知识 二 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量杂质元素后的半导体称为杂质半导体 在本征半导体中掺入五价杂质元素 例如磷 砷等 称为N型半导体 1 N型半导体 1 1半导体的基本知识 N型半导体 多余电子 磷原子 硅原子 多数载流子 自由电子 少数载流子 空穴 施主离子 自由电子 电子空穴对 本征激发产生 1 1半导体的基本知识 在本征半导体中掺入三价杂质元素 如硼 镓等 空穴 硼原子 硅原子 多数载流子 空穴 少数载流子 自由电子 受主离子 空穴 电子空穴对 本征激发产生 2 P型半导体 1 1半导体的基本知识 杂质半导体的示意图 多子 电子 少子 空穴 多子 空穴 少子 电子 少子浓度 本征激发产生 与温度有关 多子浓度 掺杂产生 与掺杂浓度有关 与温度无关 1 1半导体的基本知识 因多子浓度差 形成内电场 多子的扩散 空间电荷区 阻止多子扩散 促使少子漂移 PN结合 空间电荷区 多子扩散电流 少子漂移电流 耗尽层 三 PN结及其单向导电性 1 PN结的形成 1 1半导体的基本知识 当扩散 漂移 1 1半导体的基本知识 2 PN结的单向导电性 1 加正向电压 正偏 电源正极接P区 负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反 外电场削弱内电场 耗尽层变窄 扩散运动 漂移运动 多子扩散形成正向电流IF 1 1半导体的基本知识 2 加反向电压 电源正极接N区 负极接P区 外电场的方向与内电场方向相同 外电场加强内电场 耗尽层变宽 漂移运动 扩散运动 少子漂移形成反向电流IR 在一定的温度下 由本征激发产生的少子浓度是一定的 故IR基本上与外加反压的大小无关 所以称为反向饱和电流 但IR与温度有关 1 1半导体的基本知识 归纳 PN结加正向电压时 外电场消弱内电场 耗尽层变窄 呈现低电阻 具有较大的正向扩散电流 PN结导通 PN结加反向电压时 外电场加强内电场 耗尽层变宽 呈现高电阻 具有很小的反向漂移电流 PN结截止 由此可以得出结论 PN结具有单向导电性 1 1半导体的基本知识 PN结三种状态当扩散 漂移 动态平衡 形成PN结 扩散运动到对方区域载流子越多 耗尽层越宽 电场强度越大 对扩散运动阻力越大 当外加正向电压 外电场削弱内电场 电场强度减小 扩散运动到对方区域载流子减少 耗尽层宽度减小 对扩散运动阻力减小 扩散大于漂移 导通 当外加反向电压 外电场加强内电场 电场强度增大 扩散运动到对方区域载流子增多 耗尽层宽度增大 对扩散运动阻力增大 扩散小于漂移 截止 半导体二极管的伏安特性曲线 式中IS为反向饱和电流 VD为二极管两端的电压降 VT kT q称为温度的电压当量 k为玻耳兹曼常数 q为电子电荷量 T为热力学温度 对于室温 相当T 300K 则有VT 26mV 第一象限的是正向伏安特性曲线 第三象限的是反向伏安特性曲线 1 正向特性 硅二极管的死区电压Vth 0 5 0 8V左右 锗二极管的死区电压Vth 0 2 0 3V左右 当0 V Vth时 正向电流为零 Vth称死区电压或开启电压 正向区分为两段 当V Vth时 开始出现正向电流 并按指数规律增长 反向区也分两个区域 当VBR V 0时 反向电流很小 且基本不随反向电压的变化而变化 此时的反向电流也称反向饱和电流IS 当V VBR时 反向电流急剧增加 VBR称为反向击穿电压 2 反向特性 硅二极管的反向击穿特性比较硬 比较陡 反向饱和电流也很小 锗二极管的反向击穿特性比较软 过渡比较圆滑 反向饱和电流较大 若 VBR 7V时 主要是雪崩击穿 若 VBR 4V时 则主要是齐纳击穿 3 反向击穿特性 PN结的电容效应 1 势垒电容CB 由空间电荷区的离子薄层形成 当外加电压使PN结上压降发生变化时 离子薄层的厚度也相应地随之改变 这相当PN结中存储的电荷量也随之变化 犹如电容的充放电 2 扩散电容CD 当外加正向电压不同时 PN结两侧堆积的少子的数量及浓度梯度也不同 这就相当电容的充放电过程 电容效应在交流信号作用下才会明显表现出来 极间电容 结电容 1 1半导体的基本知识 PN结电容 PN结反偏时 CB CD 则Cj CB PN结总电容 Cj CB CD PN结正偏时 CD CB 则Cj CD 故 PN结正偏时 以CD为主 故 PN结反偏时 以CB为主 通常 CD 几十PF 几千PF 通常 CB 几PF 几十PF 1 2半导体二极管 二极管 PN结 管壳 引线 结构 符号 半导体二极管的型号 国家标准对半导体器件型号的命名举例如下 2AP9 1 2半导体二极管 1 2半导体二极管 部分二极管的外形 万用表简易测试二极管示意图 a 电阻小 b 电阻大 二极管的简易测试将万用表置于R 100或R 1k 挡 R 1挡电流太大 用R 10k 挡电压太高 都易损坏管子 二极管使用注意事项 二极管使用时 应注意以下事项 1 二极管应按照用途 参数及使用环境选择 2 使用二极管时 正 负极不可接反 通过二极管的电流 承受的反向电压及环境温度等都不应超过手册中所规定的极限值 3 更换二极管时 应用同类型或高一级的代替 4 二极管的引线弯曲处距离外壳端面应不小于2mm 以免造成引线折断或外壳破裂 一 半导体二极管的V A特性曲线 硅 0 5V锗 0 1V 1 正向特性 导通压降 2 反向特性 死区电压 实验曲线 硅 0 7V锗 0 3V 1 2半导体二极管 二 二极管的主要参数 1 最大整流电流IF 二极管长期连续工作时 允许通过的最大整流电流的平均值 2 反向击穿电压UBR 二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值 3 反向电流IR 在室温下 在规定的反向电压下的反向电流值 硅二极管的反向电流一般在纳安 nA 级 锗二极管在微安 A 级 1 2半导体二极管 4 动态电阻rd 反映了二极管正向特性曲线斜率的倒数 rd与工作电流的大小有关 二极管的模型 串联电压源模型 UD二极管的导通压降 硅管0 7V 锗管0 3V 理想二极管模型 正偏 反偏 1 2半导体二极管 小信号电路模型 为二极管增量结电阻 室温 PN结串联电阻 数值很小 Cj PN结结电容 由CD和CT两部分构成 注意 高频电路中 需考虑Cj影响 因高频工作时 Cj容抗很小 PN结单向导电性会因Cj的交流旁路作用而变差 简化分析法 即将电路中二极管用简化电路模型代替 利用所得到的简化电路进行分析 求解 将截止的二极管开路 导通的二极管用直流简化电路模型替代 然后分析求解 1 估算法 判断二极管是导通还是截止 假设电路中二极管全部开路 分析其两端的电位 理想二极管 若V 0 则管子导通 反之截止 实际二极管 若V VD on 管子导通 反之截止 当电路中存在多个二极管时 正偏电压最大的管子优先导通 其余管子需重新分析其工作状态 例 设二极管是理想的 求VAO值 图 a 假设D开路 则D两端电压 VD V1 V2 6 12 18 0V 解 故D截止 VAO 12V 图 b 假设D1 D2开路 则D两端电压 VD1 V2 0 9V 0V VD2 V2 V1 15V 0V 由于VD2 VD1 则D2优先导通 此时VD1 6V 0V 故D1截止 VAO V1 6V 2 画输出信号波形方法 根据输入信号大小 判断二极管的导通与截止 找出vO与vI关系 画输出信号波形 例 设二极管是理想的 vi 6sin t V 试画vO波形 解 vi 2V时 D导通 则vO vi vi 2V时 D截止 则vO 2V 由此可画出vO的波形 二极管电路的近似计算 例 串联电压源模型 测量值9 32mA 相对误差 理想二极管模型 相对误差 0 7V 1 2半导体二极管 例 二极管构成的限幅电路如图所示 R 1k UREF 2V 输入信号为ui 1 若ui为4V的直流信号 分别采用理想二极管模型 理想二极管串联电压源模型计算电流I和输出电压uo 解 1 采用理想模型分析 0V 4V 2V 1 2半导体二极管 采用理想二极管串联电压源模型分析 0V 4V 2V 1 2半导体二极管 2 如果ui为幅度 4V的交流三角波 分别采用理想二极管模型和理想二极管串联电压源模型分析电路并画出相应的输出电压波形 解 采用理想二极管模型分析 2V 1 2半导体二极管 采用理想二极管串联电压源模型分析 2V 1 2半导体二极管 解题思路二极管在外加正偏电压电压时导通 外加反偏电压时截止 正偏时硅管导通压降为0 6 0 8v 锗管导通压降为0 2 0 3v 理想情况分析时正向导通压降为0 相当于短路 反偏时由于反向电流很小 理想情况下认为截止电阻无穷大 相当于开路 解题思路分析二极管在电路中工作状态的基本方法为 开路法 即 先假设二极管所在支路断开 然后计算二极管阳极与阴极的电位差 若该电位差使二极管正偏且大于二极管导通压降 该二极管导通 其两端电压为二极管导通压降 若该电位差使二极管反偏或虽正偏但小于导通压降 该二极管截止 例 已知US1 6V us2 0 2sin3140tV R 1k 二极管为硅管 求流过二极管的电流iD 解 1 求ID 2 求id 3 求iD 2 限幅电路 Vi VR时 二极管导通 vo vi 红色为输入信号 蓝色为输出信号 Vi VR时 二极管截止 vo VR 例 理想二极管电路中vi Vmsin tV 求输出波形v0 解 例 二极管限幅电路 已知电路的输入波形为vi 二极管的VD为0 6伏 试画出其输出波形 解 Vi 3 6V时 二极管导通 vo 3 6V Vi 3 6V时 二极管截止 vo Vi 例 电路如图所示 设二极管为理想的 若Vi 6sin t v E 3V 试画出输出VO的波形 正半周 D1 D3导通D2 D4截止 负半周D2 D4导通D1 D3截止 例 求整流电路的输出波形 解 例 理想二极管电路中vi Vmsin tV 求输出波形v0 Vi V1时 D1导通 D2截止 Vo V1 Vi V2时 D2导通 D1截止 Vo V2 V2 Vi V1时 D1 D2均截止 Vo Vi 由此 电路实现双向限幅功能 其中 V1为上限幅电平 V2为下限幅电平 例 画出理想二极管电路的传输特性 Vo VI 解 VI 25V D1 D2均截止 VI 25V D1导通 D2截止 VI 137 5V D1 D2均导通 VO 25V VO 100V 137 5 例 画出理想二极管电路的传输特性 Vo VI 当VI 0时D1导通D2截止 当VI 0时D1截止D2导通 例 判别二极管是导通还是截止 9V 1V 2 5V 12 5V 14V 1V 截止 截止 解 导通 例 已知二极管D的正向导通管压降VD 0 6V C为隔直电容 vi t 为小信号交流信号源 试求二极管的静态工作电流IDQ 以及二极管的直流导通电阻R直 求在室温300K时 D的小信号交流等效电阻r交 解 利用二极管的单向导电性可作为电子开关 0V0V 导通导通 导通截止 截止导通 截止截止 0V5V 5V0V 5V5V 0V 0V 0V 5V 例 求vI1和vI2不同值组合时的v0值 二极管为理想模型 解 3 开关电路 解题思路如果电路中存在两个以上二极管 由于每个二极管开路时的电位差不等 以正向电压较大者优先导通 其两端电压为二极管导通压降 然后再用开路法判断其余二极管工作状态 一般情况下 电路中有多个二极管时 对于阴极连在一起的电路 只有阳极电位最高的处于导通状态 对于阳极连在一起的二极管 只有阴极电位最低的可能导通 当稳压二极管工作在反向击穿状态下 工作电流IZ在Izmax和Izmin之间变化时 其两端电压近似为常数 稳定电压 四 稳压二极管 稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管 正向同二极管 反偏电压 UZ反向击穿 UZ 1 2半导体二极管 稳压二极管在工作时应反接 并串入一只电阻 电阻起限流作用 保护稳压管 其次是当输入电压或负载电流变化时 通过该电阻上电压降的变化 取出误差信号以调节稳压管的工作电流 从而起到稳压作用 稳压管的稳压过程 RL Io IR Vo IZ IR Vo 分析思路 电压变化时 稳压管电流变化与负载电阻电流变化相反 且远远大于电阻上电流变化 使输出电压稳定 稳压管电路分析思路稳压管的工作是利用二极管在反偏电压较高而使二极管击穿时 在一定的工作电流限制下 二极管两端电压几乎不变 其电压值即为稳压管的稳定电压Uz 而稳压管如果外加正偏电压时 仍处于导通状态 特点 正向特性与普通二极相同 反向击穿特性较陡 反向击穿电压几 几十V 在允许范围内为电击穿 稳压二极管的主要参数 1 稳定电压UZ 2 动态电阻rZ 在规定的稳压管反向工作电流IZ下 所对应的反向工作电压 rZ U IrZ愈小 反映稳压管的击穿特性愈陡 3 最小稳定工作电流IZmin 保证稳压管击穿所对应的电流 若IZ IZmin则不能稳压 4 最大稳定工作电流IZmax 超过Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏 1 2半导体二极管 5 稳定电压温度系数 VZ 温度的变化将使VZ改变 在稳压管中当 UZ 7V时 VZ具有正温度系数 反向击穿是雪崩击穿 当 UZ 4V时 VZ具有负温度系数 反向击穿是齐纳击穿 当4V UZ 7V时 稳压管可以获得接近零的温度系数 这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用 三 使用注意事项 1 稳压时必须反向偏置 2 必须串接限流电阻 以保证IZ I IZM 3 反向击穿电压较普通二极管小 几 几十V 串联使用时稳压值为各管稳压值之和 不能并联使用 以免因电流分配不均引起过载使管子损坏 例 已知UZ1 8V UZ2 6V ui 12sin tV 画uO波形 解 ui正半波 DZ1反偏 DZ2正偏当ui UZ1 UF2 8 7V时 DZ1反向击穿 DZ2正向导通 ui负半波 DZ1正偏 DZ2反偏当 ui UF1 UZ2 6 7V时 DZ2反向击穿 DZ1正向导通 例 图中 已知稳压二极管的 时 求Uo 稳压二极管的正向导通压降 当 解当 反向击穿稳压 正向导通 同理 例 电路如图所示 其中DZ1的稳定电压为8V DZ2的稳定电压为10V 它们的正向压降为0 7V 则输出电压为 A 18VB 2VC 8 7VD 10 7V C 例 已知 Vz的Uz 10V Pz 1W Izmin 2mA R 100 RL 250 试求ui允许变化的范围 解 Vz管允许的最大电流为 ui最大值Uimax应满足 即 解得 而ui得最小值Uimin应满足 即 解得 故 例 右图是一个为汽车收音机提供UL 9V电压的等效电路 稳压电路的输入电压来自汽车电瓶 电瓶电压在11到13 6V之间变化 收音机的电流介于0 关掉 到100mA 最大音量 之间 确定稳压管的最大功耗和电阻R的值 解 当收音机关闭时 稳压管上有最大电流 而当收音机音量最大时 稳压管上有最小电流 无论属于哪种情况 稳压管都必须处于稳压状态 即在选择稳压管时 要保证两种情况下稳压管上的电流都满足稳压的要求 当电源电压最小 而收音机处于最大音量时 稳压管上的电流最小 因此有 当电源电压最大 而收音机关闭时 稳压管上的电流最大 因此有 作为设计的最低要求 可以设稳压管的最小电流是最大电流的1 10 即Izmin 0 1Izmax 可得 将Izmax 300mA代入上式得 稳压管的最大功耗为 W 可确定稳压管的型号和电阻的阻值 从而设计出所需的稳压本例题的主要目的是提供一个设计稳压电路的方案 根据计算结果电路 变容二极管 符号 工作条件 反向偏置 特性 特点 反偏时 势垒电容随外加电压升高而降低 可作为压控可变电容 电容量较小 几十 几百pF 最大与最小电容比为5 1 用途 高频电路中自动调谐 调频 调相等 光电器件 一 光电 光敏 二极管 1 符号和特性 工作条件 反向偏置 2 结构和工作原理 玻璃透镜 管芯 管壳 电极引线 无光照时 暗电流小 反向电阻高达几十兆欧 光照时 产生光生载流子从而形成光电流 光电流随光照强弱变化 反向电阻降为几千欧 几十千欧 二 发光二极管LED LightEmittingDiode 1 符号和特性 工作条件 正向偏置 一般工作电流几十mA 导通电压 1 2 V 2 主要参数 电学参数 IFM U BR IR 光学参数 峰值波长 P 亮度L 光通量 发光类型 可见光 红 黄 绿 不可见光 红外光 符号 特性 材料 砷化镓 磷化镓等 显示类型 普通LED 七段LED 点阵LED 3 特点 体积小 发光均匀稳定 亮度较高 响应快 寿命长工作电压低 1 5 3V 工作电流小 10 30mA 4 应用 显示 光电传输系统 与光电管构成光电耦合器件 发射电路 接收电路 光缆 5 驱动电路 直流驱动电路 交流驱动电路 限流电阻的选择 1 设定工作电压 如2V LED正向电压1 2 5V 2 设定工作电流 如10mA 10 30mA 3 根据欧姆定律求电阻 R UC UF IF R要选择标称值 普通二极管 稳压管限流电阻的选择也参照此法 练习 1 判断二极管工作状态的方法 2 PN结加反向电压时 空间电荷区将 变宽 3 已知稳压管的稳压值VZ 6V 稳定电流的最小值IZmin 5mA 图示电路中 VO1为伏 VO2为伏 6V 5V 4 电路如图 a b 所示 稳压管的稳定电压UZ 3V R的取值合适 vi的波形如图 c 所示 试分别画出vO1和vO2的波形 c 5 当PN结外加正向电压时 扩散电流 漂移电流 耗尽层会变 当外加反向电压时 扩散电流 漂移电流 耗尽层会变 大于窄小于宽 1 3半导体三极管 半导体三极管 也叫晶体三极管 由于工作时 多数载流子和少数载流子都参与运行 因此 还被称为双极型晶体管 BipolarJunctionTransistor 简称BJT BJT是由两个PN结组成的 一 BJT的结构 NPN型 PNP型 符号 三极管的结构特点 1 发射区的掺杂浓度 集电区掺杂浓度 2 基区要制造得很薄且浓度很低 1 3半导体三极管 二 BJT的内部工作原理 NPN管 若在放大工作状态 发射结正偏 UCE UBE 集电结反偏 由VBB Rb保证 由VCC RC保证 1 外部条件三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压 0V 0 7V 0 7V 1 3半导体三极管 2 BJT内部的载流子传输过程 1 因为发射结正偏 所以发射区向基区注入电子 形成了扩散电流IEN 发射极电流IE IEN 2 发射区的电子注入基区后 少部分遇到的空穴复合掉 形成IBN 基极电流IB IBN 大部分到达了集电区的边缘 1 3半导体三极管 另外 集电结区的少子形成漂移电流ICBO 3 因为集电结反偏 收集扩散到集电区边缘的电子 形成电流ICN 1 3半导体三极管 3 电流分配关系 IE IC IB 定义 1 IC与IE之间的关系 所以 其值的大小约为0 9 0 99 三个电极上的电流关系 1 3半导体三极管 2 IC与IB之间的关系 联立以下两式 得 所以 得 令 1 3半导体三极管 1 4 3三极管的特性曲线 共发射极接法 1 输入特性曲线iB f uBE uCE const 1 3半导体三极管 VCE 0V 类似二极管伏安特性 VCE增加 正向特性曲线略右移 由于VCE VCB VBE WB 注 VCE 1V后 曲线移动可忽略不计 因此当VBE一定时 VCE VCB 复合机会 IB 曲线右移 2 输出特性曲线iC f uCE iB const 1 当uCE 0V时 因集电极无收集作用 iC 0 2 uCE Ic 3 当uCE 1V后 收集电子的能力足够强 这时 发射到基区的电子都被集电极收集 形成iC 所以uCE再增加 iC基本保持不变 同理 可作出iB 其他值的曲线 现以iB 60uA一条加以说明 1 3半导体三极管 输出特性曲线 饱和区 VBE 0 7V VCE 0 3V 特点 条件 发射结正偏 集电结正偏 IC不受IB控制 而受VCE影响 VCE略增 IC显著增加 输出特性曲线可划分为四个区域 饱和区 放大区 截止区 击穿区 放大区 VBE 0 7V VCE 0 3V 特点 条件 说明 在考虑三极管基区宽度调制效应时 电流IC的 修正方程 基宽WB越小 调制效应对IC影响越大 则 VA 越小 考虑上述因素 IB等量增加时 输出曲线不再等间隔平行上移 截止区 VBE 0 5V VCE 0 3V 特点 条件 发射结反偏 集电结反偏 IC 0 IB 0 严格说 截止区应是IE 0即IB ICBO以下的区域 因为IB在0 ICBO时 仍满足 击穿区 特点 VCE增大到一定值时 集电结反向击穿 IC急剧增大 集电结反向击穿电压 随IB的增大而减小 注意 IB 0时 击穿电压为V BR CEO IE 0时 击穿电压为V BR CBO V BR CBO V BR CEO 三极管安全工作区 最大允许集电极电流ICM 若IC ICM 造成 反向击穿电压V BR CEO 若VCE V BR CEO 管子击穿 VCE V BR CEO 最大允许集电极耗散功率PCM PC ICVCE 若PC PCM 烧管 PC PCM IC ICM 饱和区 iC受uCE显著控制的区域 该区域内uCE 0 7V 此时发射结正偏 集电结也正偏 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 曲线基本平行等距 此时 发射结正偏 集电结反偏 该区中有 饱和区 放大区 截止区 小结 输出特性曲线可以分为三个区域 1 3半导体三极管 四 BJT的主要参数 2 共基极电流放大系数 一般取20 100之间 2 3 1 5 1 共发射极电流放大系数 1 电流放大系数 1 3半导体三极管 观察输入信号作用在那个电极上 输出信号从那个电极取出 其中共用的电极即为组态形式 三极管的三种连接方式 三种组态 共发射极 共基极 共集电极 放大电路的组态是针对交流信号而言的 共基极直流电流传输方程 直流电流传输系数 直流电流传输方程 共发射极直流电流传输方程 直流电流传输方程 其中 若忽略ICBO 则 2 集电极发射极间的穿透电流ICEO基极开路时 集电极到发射极间的电流 穿透电流 其大小与温度有关 1 集电极基极间反向饱和电流ICBO发射极开路时 在其集电结上加反向电压 得到反向电流 它实际上就是一个PN结的反向电流 其大小与温度有关 锗管 ICBO为微安数量级 硅管 ICBO为纳安数量级 2 极间反向电流 1 3半导体三极管 三极管参数的温度特性 温度每升高1 C 增大 0 5 1 即 温度每升高1 C VBE on 减小 2 2 5 mV 即 温度每升高10 C ICBO增大一倍 即 3 极限参数 1 集电极最大允许电流ICM 2 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 PC ICUCE PCM Ic增加时 要下降 当 值下降到线性放大区 值的70 时 所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM 1 3半导体三极管 3 反向击穿电压 U BR EBO 集电极开路时 发射极与基极之间允许的最大反向电压 其值一般几伏 十几伏 U BR CBO 发射极开路时 集电极与基极之间允许的最大反向电压 其值一般为几十伏 几百伏 U BR CEO 基极开路时 集电极与发射极之间允许的最大反向电压 在实际使用时 还有U BR CER U BR CES等击穿电压 BJT有两个PN结 其反向击穿电压有以下几种 1 3半导体三极管 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半导体三极管 1 3半导体三极管 部分三极管的外形 三极管基极的测试 NPN Rbe小 Rbc小 三极管集电极 发射极的判别 基极开路 Rce大 Iceo小基极接电阻 Rce小 大 PNP NPN 判断硅管和锗管的电路 一般常温下 锗管正向压降为0 2 0 3V 硅管的正向压降为0 6 0 7V 由电压表的测量读数大小确定是硅管还是锗管 1 4三极管的模型及分析方法 UD 0 7V UCES 0 3V iB 0iC 0 一 三极管的模型 1 3半导体三极管 直流模型 1 3半导体三极管 2 晶体管工作状态分析 通过分析电路的直流电流关系来判断晶体管是放大 饱和还是截止状态 工程近似法 估算法 即利用直流通路 计算静态工作点 直流通路是指输入信号为零 耦合及旁路电容开路时对应的电路 分析步骤 确定三极管工作模式 用相应简化电路模型替代三极管 分析电路直流工作点 只要VBE 0 5V 结反偏 截止模式 假定放大模式 估算VCE 若V E 0 3V 放大模式 若V E 0 3V 饱和模式 例 测量三极管三个电极对地电位 试判断三极管的工作状态 放大Vc Vb Ve 放大Vc Vb Ve 发射结和集电结均为反偏 发射结和集电结均为正偏 例 测得VB 4 5V VE 3 8V VC 8V 试判断三极管的工作状态 放大 例已知VBE on 0 7V VCE sat 0 3V 30 试判断三极管工作状态 并计算VC 解 假设T工作在放大模式 因为VCEQ 0 3V 所以三极管工作在放大模式 VC VCEQ 4 41V 例若将上例电路中的电阻RB改为10k 试重新判断三极管工作状态 并计算VC 解 假设T工作在放大模式 因为VCEQ 0 3V 所以三极管工作在饱和模式 例已知VBE on 0 7V VCE sat 0 3V 30 试判断三极管工作状态 并计算VC 解 所以三极管工作在截止模式 VBE on 三极管电极判别分析思路工作在放大电路中的三极管应满足发射结正偏 集电结反偏的条件 1 由PN结正偏特性可知 正偏时PN结电压不会太大 一般硅管的 UBE 0 5 0 7V 锗管的 UBE 0 1 0 3V 所以首先找出电位差在0 1 0 7V的两个电极 且其必定为发射极和基极 余下的一个电位差较大者必为集电极 硅管锗管亦可定下 三极管电极判别分析思路2 由集电极必须反偏特性可知 若集电极电位最高 则该管必为NPN型三极管 发射极电位必定最低 若集电极电位最低 则该管必为PNP型三极管 发射极电位必定最高 由此可确定发射极 而电位值处于中间者必定为基极 三极管状态分析思路三极管工作于不同区域 具有不同的偏置特性 放大区 发射结正偏 集电结反偏 饱和区 发射结正偏 集电结正偏或零偏 截止区 发射极反偏或正偏小于开启电压 集电结反偏 三极管状态分析思路三极管在发射结正偏时 可能工作在放大区和饱和区 如何界定 截止区 IB 0 IC IE 0 UCE VCC放大区 IC IB UCE VCC ICRCIB IC UCE IB IC UCE 当UCE降到UCES 0 3V IC到达最大值 ICS VCC UCES RC IB增大 IC不再随之增大 进入饱和区 IBS ICS 三极管状态分析思路三极管在发射结正偏时 可能工作在放大区和饱和区 如何界定 取决于基极电流是否超过基极临界饱和电流IBS 若IB IBS 则三极管工作于饱和区 若IB IBS 则三极管工作于放大区 且IC IB 若三极管发射结反偏或零偏 则该管一定工作在截止区 1 温度升高 在本征半导体中自由电子数增多 而空穴数目不变 X 2 某三极管三个电极的电位分别为 VA 1