7.2第二节 晶体 三极管.ppt

1 N型半导体 因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键 而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子 在N型半导体中自由电子导电为主 它主要由杂质5价P元素提供 空穴是少数载流子 2 P型半导体 因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时 缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴 在P型半导体中空穴导电为主 它主要由掺杂三价硼元素形成 自由电子是少数载流子 由热激发形成 PN结的单向导电性 当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位 称为加正向电压 简称正偏 反之称为加反向电压 简称反偏 1 PN结加正向电压时 PN结加正向电压时的导电情况 低电阻大的正向电流 PN结的单向导电性 当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位 称为加正向电压 简称正偏 反之称为加反向电压 简称反偏 2 PN结加反向电压时 PN结加反向电压时的导电情况 高电阻很小的反向漂移电流 PN结加正向电压时 呈现低电阻 具有较大的正向电流 PN结加反向电压时 呈现高电阻 具有很小的反向电流 由此可以得出结论 PN结具有单向导电性 半导体二极管的结构 将PN结封装在塑料 玻璃或金属外壳里 再从P区和N区分别焊出两根引线作正 负极 二极管的结构 a 外形图 b 符号 文字符号 VD 二极管的伏安特性 正向特性 反向特性 反向击穿特性 第二节晶体管 学习任务 了解晶体管的结构 参数 型号及种类 掌握晶体管的电流放大作用 理解晶体管的伏安特性曲线 一 晶体管的结构 发射极E 基极B 集电极C 发射结 集电结 基区 发射区 集电区 emitter base collector 结构示意图 晶体管是构成放大电路的核心元件 又称半导体三极管 晶体三极管 或简称晶体管 NPN型 PNP型 结构示意图及图形符号 发射极E 基极B 集电极C 一 晶体管的结构 PNP型和NPN型晶体管的工作原理相同 只是工作电压极性和电流流向相反 VT VT 常见晶体管的外形 一 晶体管的结构 二 晶体管的电流放大作用 1 电流放大作用的条件 晶体管具有电流放大作用 要想放大电流必须给晶体管加上合适的工作电压 即发射结正偏 集电结反偏 晶体管放大电路不论采用哪种管型和哪种电路形式 都要满足这个基本条件 三极管放大的外部条件 发射结正偏 集电结反偏 PNP发射结正偏VB VE集电结反偏VC VB 从电位的角度看 NPN发射结正偏VB VE集电结反偏VC VB 二 晶体管的电流放大作用 2 满足放大条件的三种电路 共发射极 共集电极 共基极 三极管有三个电极 其中两个可以作为输入 一个可以作为输出 这样必然有一个电极是公共电极 三种接法也称三种组态 共集电极接法 集电极作为公共电极 共基极接法 基极作为公共电极 共发射极接法 发射极作为公共电极 3 电流的分配及放大作用 IC V UCE UBE RP IB VCC VBB 实验线路 mA IE 若 UCE UBE 0 所以三极管的发射结处于正向偏置 集电结处于反向偏置 满足放大的外部条件 三极管电流放大作用的实验电路 其中三极管为NPN型 实验 改变RB 测量IB IC IE 3 电流的分配及放大作用 结论 1 三电极电流关系IE IB IC2 IC IB IC IE3 IC IB 3 电流的分配及放大作用 把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用 实质 用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化 3 电流的分配及放大作用 Ic与IB的比值称为晶体管的共发射极直流电流放大系数 用表示 即 例如 当IB 0 02mA时 Ic 1 14mA 则 1 直流电流放大系数 3 电流的分配及放大作用 从表还可以看出 当基极电流有很小的变化量 IB时 集电极电流有较大的变化量 Ic Ic与 IB的比值称为晶体管共发射极交流电流放大系数 用 表示 即 例如 当基极电流IB由0 01mA变化到0 02mA时 集电极电流Ic由0 56mA变化到1 14mA 则 2 交流电流放大系数 例 已知某种类型的晶体管 测试数据如下 试估算该晶体管的直流放大系数和交流放大系数 解 1 直流电流放大系数 2 交流电流放大系数 比较以上两例 可见 与数值近似相等 在工程计算中 可认为 综上所述 1 晶体管工作在放大状态的条件是发射结正偏 集电结反偏 2 放大作用的实质是微小的基极电流变化量 IB控制较大的集电极电流变化量 Ic 3 晶体管是一个电流控制器件 即通过基极电流 IB控制集电极电流Ic 结论 实验电路 三 晶体管的伏安特性曲线 三极管的特性曲线是用来反映三极管各级电压和电流之间相互关系的曲线 最常用的是共发射极接法时的输入特性曲线和输出特性曲线 发射极是输入回路 输出回路的公共端 共发射极电路 输入回路 输出回路 输入特性曲线 UCE 1V 工作电压 硅管UBE 0 6 0 7V 锗管UBE为0 3左右 死区电压 硅管0 5V 锗管0 2V 输入特性曲线应为一组曲线 但当UCE 1V 对应于硅管 时 各曲线是重合的 2 输出特性 输出特性曲线通常分三个工作区 1 截止区 IB 0以下区域为截止区 有IC 0 在截止区发射结处于反向偏置 集电结处于反向偏置 晶体管工作于截止状态 截止区 20 A 40 A 60 A 80 A 100 A 饱和区 2 饱和区 当UCE UBE时 晶体管工作于饱和状态 在饱和区 IB IC 发射结处于正向偏置 集电结也处于正偏 深度饱和时 硅管UCES 0 3V 锗管UCES 0 1V IB 0 20 A 放大区 3 放大区 在放大区有IC IB 也称为线性区 具有恒流特性 在放大区 发射结处于正向偏置 集电结处于反向偏置 晶体管工作于放大状态 1 曲线平直 说明IB固定时 Ic基本不变 即Ic不受UCE的影响 呈现恒流特性 2 IB增加 曲线上移 说明Ic只受IB控制 Ic的变化量比相应的IB的变化量大得多 即 IC IB 晶体管具有电流放大作用 3 曲线等距离 说明在放大区晶体管的电流放大系数几乎不变 由以上分析可知 晶体管不仅具有电流放大作用 而且还具有开关特性 当晶体管作放大器件使用时 工作在放大区 作开关器件使用时 工作在截止区和饱和区 3 放大区 四 晶体管的主要参数 分类及型号 1 电流放大系数有 直流电流放大系数 交流电流放大系数 当晶体管接成发射极电路时 表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数 晶体管的参数也是设计电路 选用晶体管的依据 注意 和 的含义不同 但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下 两者数值接近 常用晶体管的 值在20 200之间 2 集 射极反向截止电流 穿透电流 ICEO ICEO受温度的影响大 温度 ICEO 所以IC也相应增加 三极管的温度特性较差 3 集电极最大允许电流ICM 4 集 射极反向击穿电压U BR CEO 集电极电流IC上升会导致三极管的 值的下降 当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM 当集 射极之间的电压UCE超过一定的数值时