102三极管.ppt

回顾与总结 二极管的伏安特性曲线可以分为几个区 其中整流二极管一般工作在什么区 稳压二极管工作在什么区 发光二极管工作在什么区 光电二极管工作在什么区 如何测量普通二极管的好坏 如何测量稳压二极管的好坏 如何测量发光二极管的好坏 如何测量光电二极管的好坏 设计二极管稳压电路要考虑哪些具体事项 第0章作业讨论 什么是电信号 为什么要将非电的物理量转换成相关的电信号 2 模拟信号与数字信号有什么区别 数字信号有什么优点 3 模拟电子系统由哪些部分组成 4 常见的模拟电路有哪些 第1章作业讨论 1自由电子导电和空穴导电的区别在哪里 2何谓杂质半导体 N型半导体中的多子是什么 少子是什么 3P型半导体中的空穴多于自由电子 是否意味着带正电 N型半导体是否带负电 4何谓死区电压 硅管和锗管死区电压的典型值各为多少 为何会出现死区电压 5 把一个1 5V的干电池直接正向联接到二极管的两端 会出现什么问题 6 二极管的伏安特性曲线上分为几个区 能否说明二极管工作在各个区时的电压 电流情况 7现有两只稳压管 它们的稳定电压分别为6V和8V 正向导通电压为0 7V 试问 1 若将它们串联相接 可得到几种稳压值 各为多少 2 若将它们并联相接 可得到几种稳压值 各为多少 8在右图所示电路中 发光二极管导通电压UD 1 5V 正向电流在5 15mA时才能正常工作 试问R的取值范围又是多少 1 4晶体三极管 1 晶体三极管的结构及类型 结构 三区 两结和三电极 分类 NPN型和PNP型 发射极e 发射结 集电结 基区 发射区 集电区 集电极c 基极b NPN型 PNP型 NPN型三极管图符号 e c b 注意 图中箭头方向为发射极电流的方向 PNP型三极管图符号 e c b 大功率低频三极管 中功率低频三极管 小功率高频三极管 常见的晶体三极管 2 三极管的电流放大作用 晶体管芯结构剖面图 e发射极 集电区N 基区P 发射区N b基极 c集电极 晶体管实现电流放大作用的内部结构条件 1 发射区掺杂浓度很高 以便有足够的载流子供 发射 2 基区很薄 且掺杂浓度极低 减少载流子在基区的复合机会 3 集电区体积较大 掺杂浓度界于发射极和基极之间 便于收集边缘载流子 可见 三极管并非是两个PN结的简单组合 因此 绝不能用两个二极管来代替 使用时也决不允许把发射极和集电极接反 晶体管实现电流放大作用的外部条件 1 发射结正向偏置 以利于发射区电子的扩散 扩散电子的少数与基区空穴复合 形成基极电流ib 多数继续向集电结边缘扩散 2 集电结反向偏置 以利于收集扩散到集电结边缘的多数扩散电子 收集到集电区的电子形成集电极电流ic IE IC IB 发射区向基区发射的电子数等于基区复合掉的电子与集电区收集的电子数之和 即 IE IB IC 三极管的集电极电流IC稍小于IE 但远大于IB IC与IB的比值在一定范围内基本保持不变 特别是基极电流有微小的变化时 集电极电流将发生较大的变化 例如 IB由40 A增加到50 A时 IC将从3 2mA增大到4mA 即 显然 双极型三极管具有电流放大能力 式中的 值称为三极管的电流放大倍数 不同型号 不同类型和用途的三极管 值的差异较大 大多数三极管的 值通常在几十至几百的范围 由此可得 微小的基极电流IB可以控制较大的集电极电流IC 故三极管属于电流控制器件 3 三极管的特性曲线 所谓特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线 是三极管内部载流子运动的外部表现 从工程应用角度来看 外部特性更为重要 1 输入特性曲线 以常用的共射极放大电路为例说明 UCE 0V 令UBB从0开始增加 令UCC为0 UCE 0时的输入特性曲线 UCE为0时 令UBB重新从0开始增加 增大UCC 让UCE 0 5V UCE 1V UCE 0 5V UCE 0 5V的特性曲线 继续增大UCC 让UCE 1V 令UBB重新从0开始增加 UCE 1V UCE 1V的特性曲线 继续增大UCC使UCE 1V以上的多个值 结果发现 之后的所有输入特性几乎都与UCE 1V的特性相同 曲线基本不再变化 与二极管的正向特性相似 UCE 1V的特性曲线 2 输出特性曲线 先把IB调到某一固定值保持不变 当IB不变时 输出回路中的电流IC与管子输出端电压UCE之间的关系曲线称为输出特性 然后调节UCC使UCE从0增大 观察毫安表中IC的变化并记录下来 根据记录可给出IC随UCE变化的伏安特性曲线 此曲线就是晶体管的输出特性曲线 IB 0 再调节IB1至另一稍小的固定值上保持不变 仍然调节UCC使UCE从0增大 继续观察毫安表中IC的变化并记录下来 根据电压 电流的记录值可绘出另一条IC随UCE变化的伏安特性曲线 此曲线较前面的稍低些 IB1 IB2 IB3 IB 0 如此不断重复上述过程 我们即可得到不同基极电流IB对应相应IC UCE数值的一组输出特性曲线 输出曲线开始部分很陡 说明IC随UCE的增加而急剧增大 当UCE增至一定数值时 一般小于1V 输出特性曲线变得平坦 表明IC基本上不再随UCE而变化 当IB一定时 从发射区扩散到基区的电子数大致一定 当UCE超过1V以后 这些电子的绝大部分被拉入集电区而形成集电极电流IC 之后即使UCE继续增大 集电极电流IC也不会再有明显的增加 具有恒流特性 当IB增大时 相应IC也增大 输出特性曲线上移 且IC增大的幅度比对应IB大得多 这一点正是晶体管的电流放大作用 从输出特性曲线可求出三极管的电流放大系数 取任意再两条特性曲线上的平坦段 读出其基极电流之差 再读出这两条曲线对应的集电极电流之差 IC 1 3mA IC 于是我们可得到三极管的电流放大倍数 IC IB 1 3 0 04 32 5 输出特性曲线上一般可分为三个区 饱和区 当发射结和集电结均为正向偏置时 三极管处于饱和状态 此时集电极电流IC与基极电流IB之间不再成比例关系 IB的变化对IC的影响很小 截止区 当基极电流IB等于0时 晶体管处于截止状态 实际上当发射结电压处在正向死区范围时 晶体管就已经截止 为让其可靠截止 常使UBE小于和等于零 放大区 晶体管工作在放大状态时 发射结正偏 集电结反偏 在放大区 集电极电流与基极电流之间成 倍的数量关系 即晶体管在放大区时具有电流放大作用 4 三极管的电流放大位数和极限参数 1 电流放大倍数 2 极限参数 集电极最大允许电流ICM 反向击穿电压U BR CEO UCC U BR CEO 基极开路 指基极开路时集电极与发射极间的反向击穿电压 使用中若超过此值 晶体管的集电结就会出现雪崩击穿 值的大小反映了晶体管的电流放大能力 IC ICM时 晶体管不一定烧损 但 值明显下降 集电极最大允许功耗PCM 晶体管上的功耗超过PCM 管子将损坏 安全区 温度对特性曲线的影响 1 温度升高 输入特性曲线向左移 温度每升高1 C UBE 2 2 5 mV 温度每升高10 C ICBO约增大1倍 2 温度升高 输出特性曲线向上移 T1 T2 温度每升高1 C 0 5 1 输出特性曲线间距增大 O 1 晶体管的发射极和集电极能否互换使用 为什么 2为什么晶体管基区掺杂质浓度小 而且还要做得很薄 3晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时 其电流放大系数是否也等于 答3 晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时 UCE UBE 集电结也处于正偏 这时内电场被大大削弱 因此极不利于集电区收集从发射区到达集电结边缘的电子 这种情况下 集电极电流IC与基极电流IB不再是 倍的关系 因此 晶体管的电流放大能力大大下降 答2 为了使发射区扩散电子的绝大多数无法在基区和空穴复合 由于基区掺杂深度很低且很薄 因此只能有极小一部分扩散电子与基区空穴相复合形成基极电流 剩余大部分扩散电子继续向集电结扩散 由于集成电结反偏 这些集结到集电结边缘的自由电子被集电极收集后形成集电极电流 学习与讨论 世界上第一只晶体管 WilliamShockley 改变世界的发明 晶体管原理图 记录片欣赏 从晶体管到集成电路 用万用表测试三极管好坏及极性的方法 一 用指针式万用表检测三极管的基极和管型 指针不动 说明管子反偏截止 因此为NPN型 先将万用表置于R lk欧姆档 将红表棒接假定的基极B 黑表棒分别与另两个极相接触 观测到指针不动 或近满偏 时 则假定的基极是正确的 且晶体管类型为NPN型 或PNP型 如果把红黑两表棒对调后 指针仍不动 或仍偏转 则说明管子已经老化 或已被击穿 损坏 这种检测方法依据的是什么 指针偏转 说明管子正向导通 因此为PNP型 PN结的单向导电性 若被测管为NPN三极管 让黑表棒接假定的集电极C 红表棒接假定的发射极E 两手分别捏住B C两极充当基极电阻RB 两手不能相接触 注意观察电表指针偏转的大小 之后 再将两检测极反过来假定 仍然注意观察电表指针偏转的大小 c b e 人体电阻 c b e 人体电阻 假定极正确 假定极错误 二 用万用表R 1k欧姆档判别发射极和集电极 偏转较大的假定极是正确的 偏转小的反映其放大能力下降 即集电极和发射极接反了 如果两次检测时电阻相差不大 则说明管子的性能较差 4 用万用表测量某些三极管的管压降得到下列几组数据 说明每个管子是NPN型还是PNP型 是硅管还是锗管 它们各工作在什么区域 UBE 0 7V UCE