优秀、实用的PPT课件：三极管.ppt

1 3半导体三极管 1 3 1三极管的结构及符号半导体三极管又称晶体三极管 下称三极管 一般简称晶体管 或双极型晶体管 它是通过一定的制作工艺 将两个PN结结合在一起的器件 两个PN结相互作用 使三极管成为一个具有控制电流作用的半导体器件 三极管可以用来放大微弱的信号和作为无触点开关 三极管从结构上来讲分为两类 NPN型三极管和PNP型三极管 图1 26所示为三极管的结构示意图和符号 图1 26三极管的结构示意图和符号 符号中发射极上的箭头方向 表示发射结正偏时电流的流向 三极管制作时 通常它们的基区做得很薄 几微米到几十微米 且掺杂浓度低 发射区的杂质浓度则比较高 集电区的面积则比发射区做得大 这是三极管实现电流放大的内部条件 三极管可以是由半导体硅材料制成 称为硅三极管 也可以由锗材料制成 称为锗三极管 三极管从应用的角度讲 种类很多 根据工作频率分为高频管 低频管和开关管 根据工作功率分为大功率管 中功率管和小功率管 常见的三极管外形如图1 27所示 图1 27常见的三极管外形 1 3 2三极管的电流分配原则及放大作用要实现三极管的电流放大作用 首先要给三极管各电极加上正确的电压 三极管实现放大的外部条件是 其发射结必须加正向电压 正偏 而集电结必须加反向电压 反偏 1 实验结论为了了解三极管的电流分配原则及其放大原理 首先做一个实验 实验电路如图1 28所示 在电路中 要给三极管的发射结加正向电压 集电结加反向电压 保证三极管能起到放大作用 改变可变电阻Rb的值 则基极电流IB 集电极电流IC和发射极电流IE都发生变化 电流的方向如图中所示 图1 28三极管电流放大的实验电路 由实验及测量结果可以得出以下结论 1 实验数据中的每一列数据均满足关系 IE IC IB 此结果符合基尔霍夫电流定律 2 每一列数据都有IC IB 而且有IC与IB的比值近似相等 大约等于50 3 对表1 4中任两列数据求IC和IB变化量的比值 结果仍然近似相等 约等于50 4 从表1 4中可知 当IB 0 基极开路 时 集电极电流的值很小 称此电流为三极管的穿透电流ICEO 穿透电流ICEO越小越好 2 三极管实现电流分配的原理上述实验结论可以用载流子在三极管内部的运动规律来解释 图1 29为三极管内部载流子的传输与电流分配示意图 图1 29三极管内部载流子的传输与电流分配示意图 1 发射区向基区发射自由电子 形成发射极电流IE 2 自由电子在基区与空穴复合 形成基极电流IB 3 集电区收集从发射区扩散过来的自由电子 形成集电极电流IC 3 结论 1 要使三极管具有放大作用 发射结必须正向偏置 而集电结必须反向偏置 2 一般有 1 通常认为 3 三极管的电流分配及放大关系式为 IE IC IBIC IB 1 3 3三极管的特性曲线及主要参数1 三极管的特性曲线三极管的特性曲线是指三极管的各电极电压与电流之间的关系曲线 它反映出三极管的特性 它可以用专用的图示仪进行显示 也可通过实验测量得到 以NPN型硅三极管为例 其常用的特性曲线有以下两种 1 输入特性曲线它是指一定集电极和发射极电压UCE下 三极管的基极电流IB与发射结电压UBE之间的关系曲线 实验测得三极管的输入特性曲线如图1 30所示 图1 30三极管的输入特性曲线 2 输出特性曲线它是指一定基极电流IB下 三极管的集电极电流IC与集电结电压UCE之间的关系曲线 实验测得三极管的输出特性曲线如图1 31所示 图1 31三极管的输出特性曲线 一般把三极管的输出特性分为3个工作区域 下面分别介绍 截止区三极管工作在截止状态时 具有以下几个特点 a 发射结和集电结均反向偏置 b 若不计穿透电流ICEO 有IB IC近似为0 c 三极管的集电极和发射极之间电阻很大 三极管相当于一个开关断开 放大区图1 31中 输出特性曲线近似平坦的区域称为放大区 三极管工作在放大状态时 具有以下特点 a 三极管的发射结正向偏置 集电结反向偏置 b 基极电流IB微小的变化会引起集电极电流IC较大的变化 有电流关系式 IC IB c 对NPN型的三极管 有电位关系 UC UB UE d 对NPN型硅三极管 有发射结电压UBE 0 7V 对NPN型锗三极管 有UBE 0 2V 饱和区三极管工作在饱和状态时具有如下特点 a 三极管的发射结和集电结均正向偏置 b 三极管的电流放大能力下降 通常有IC IB c UCE的值很小 称此时的电压UCE为三极管的饱和压降 用UCES表示 一般硅三极管的UCES约为0 3V 锗三极管的UCES约为0 1V d 三极管的集电极和发射极近似短接 三极管类似于一个开关导通 三极管作为开关使用时 通常工作在截止和饱和导通状态 作为放大元件使用时 一般要工作在放大状态 2 三极管的主要参数三极管的参数有很多 如电流放大系数 反向电流 耗散功率 集电极最大电流 最大反向电压等 这些参数可以通过查半导体手册来得到 三极管的参数是正确选定三极管的重要依据 下面介绍三极管的几个主要参数 1 共发射极电流放大系数 和 它是指从基极输入信号 从集电极输出信号 此种接法 共发射极 下的电流放大系数 2 极间反向电流 集电极基极间的反向饱和电流ICBO 集电极发射极间的穿透电流ICEO 3 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 反向击穿电压 图1 32三极管的安全工作区 3 温度对三极管特性的影响同二极管一样 三极管也是一种对温度十分敏感的器件 随温度的变化 三极管的性能参数也会改变 图1 33和图1 34所示为三极管的特性曲线受温度的影响情况 图1 33温度对三极管输入特性的影响 图1 34温度对三极管输出特性的影响 1 3 4三极管的检测1 已知型号和管脚排列的三极管 判断其性能的好坏 1 测量极间电阻 2 三极管穿透电流ICEO大小的判断 3 电流放大系数 的估计 2 判别三极管的管脚 1 判定基极和管型 结论 黑 固定 NPN的 b 极 如果出现以下情况 结论 红 固定 PNP的 b 极 2 判定集电极c和发射极e 若是NPN型 阻值小 指针摆动幅度大 的一次 黑表笔碰是 C极 另外的是E极 若是PNP型 若是NPN型 阻值小 指针摆动幅度大 的一次 红表笔碰是 C极 另外的是E极 图1 35判别三极管c e电极的原理图 黑 红 1 3 5特殊三极管1 光电三极管光电三极管又叫光敏三极管 是一种相当于在三极管的基极和集电极之间接入一只光电二极管的三极管 光电二极管的电流相当于三极管的基极电流 从结构上讲 此类管子基区面积比发射区面积大很多 光照面积大 光电灵敏度比较高 因为具有电流放大作用 在集电极可以输出很大的光电流 光电三极管有塑封 金属封装 顶部为玻璃镜窗口 陶瓷 树脂等多种封装结构 引脚分为两脚型和三脚型 一般两个管脚的光电三极管 管脚分别为集电极和发射极 而光窗口则为基极 图1 36所示为光电三极管的等效电路 符号和外形 图1 36光电三极管的符号 等效电路和外形 2 光耦合器光耦合器是把发光二极管和光电三极管组合在一起的光 电转换器件 图1 37所示为光耦合器的一般符号 图1 37