三极管 教学ppt课件

半导体三极管 又称为双极结型晶体管 BJT 发射结 集电结 NPN型 PNP型 三极管的发射极的箭头方向 代表三极管工作在放大 饱和状态时 发射极电流 IE 的实际方向 1 3 1概述 半导体三极管的分类 按材料分 硅管 锗管 按功率分 小功率管 500mW 按结构分 NPN PNP 按使用频率分 低频管 高频管 大功率管 1W 中功率管0 5 1W 按结构和材料共有4种组合 1 3 2半导体三极管的工作原理 半导体半导体三极管有共有四种工作状态 三极管的电流放大条件内部 发射区高掺杂 基区很薄 集电结面积大外部 发射结正偏 集电结反偏 1 工作于放大状态的半导体三极管 发射结正偏 集电结反偏 外电场方向 e b c 三极管的电流放大条件内部 发射区高掺杂 基区很薄 集电结面积大外部 发射结正偏 集电结反偏 N N P 1 发射区的电子大量地扩散注入到基区 基区空穴的扩散可忽略 e b c IE 发射结正偏 集电结反偏 外电场方向 N N P 1 发射区的电子大量地扩散注入到基区 基区空穴的扩散可忽略 2 电子扩散的同时 在基区将与空穴相遇产生复合 由于基区空穴浓度低 且基区做得很薄 因此 复合的电子是极少数 3 绝大多数到基区的电子均能扩散到集电结处 并在集电结电场作用下到达集电区 4 因集电结反偏 集电区和基区中少子在结电场作用下漂移 形成很小的且与集电结的反偏压无关的反向饱和电流 e b c IE IB IC 发射结正偏 集电结反偏 外电场方向 N N P ICBO 1 大量电子N2通过很薄的基极被集电极吸收 少量电子N1在基极与空穴复合 N2和N1的比例由三极管内部结构决定 在不考虑ICBO时 IC IB N2 N1 2 以上公式是右方电路满足发射结正偏 集电结反偏时得到的 一旦外界条件改变到不再满足这两个条件 则以上公式不再成立 电流分配关系 电压分配关系 UBE正向导通 硅管大约0 7V锗管大约0 2V UCE UCC IC Rc UCC IB Rc 三极管的放大原理归结为 内部机制 发射区高掺杂 基区很薄 集电结面积大外部条件 发射结正偏 集电结反偏载流子传输 发射区向基区提供载流子基区传送和控制载流子集电区收集载流子 很小的IB控制ICIC IB 基极电流和集电极电流除直流分量外还有交流分量 且iC iB 放大电路是在ui的作用下 改变iB 并通过iB控制直流电源供给集电极电流iC 使其产生相应的交流分量 并在足够大的RC上形成较大的电压降 就有了可供输出的经放大的交流电压uo 由放大状态进入截止状态的临界情况是发射结电压为零 此时基区的反向电流分别流入发射极和集电极 2 工作于截止状态的半导体三极管 放大状态时有 IC IB ICEO IB UCE UCC IC Rc 减小Rb IB增大 IC增大 UCE减小集电结反偏电压减小 3 工作于饱和状态的半导体三极管 饱和后 UCE 0 IC UCC UCES RcIC UCC Rc饱和条件 IB IC IB UCC UCES Rc UCC Rc 三极管饱和时的管压降UCE被称作为三极管的饱和压降UCES 4 工作于倒置状态的半导体三极管 放大 倒置 由于内部结构原因 集电区掺杂的浓度低 正偏的集电区不能提供大量的电子发射 发射结也不能有效收集电子 所以倒置状态电流放大倍数很小 不采用 NPN型 PNP型 判断放大状态时的引脚 UC UB UE UC UB UE UBE正向导通 压降 硅管大约0 7V锗管大约0 2V 三极管状态判断小结 1 以电压判断三极管工作状态 PNP型 判断截止状态时的引脚 UC UE UB 三极管状态判断小结 对一般的NPN管电路 UC UCC UE 0V UB 0VUCE UCC对一般的PNP管电路 UC UCC UE 0V UB 0VUCE UCC NPN型 PNP型 判断饱和状态时的引脚 UC UB UE UC UB UE 三极管状态判断小结 UBE正向导通 硅管约0 7V 锗管大约0 2V饱和时三极管的管压被称作为UCES UCES范围 硅管约0 7V 0V 锗管约0 2V 0V 避免倒置状态 三极管状态判断小结 例1 放大电路如图所示 在圆圈中画出管子 并分别说明它们是硅管还是锗管 NPN UC UB UEPNP UE UB UC Si UBE 0 7VGe UBE 0 2V 1 无正向导通电压的处在截止状态 由引脚电压判断三极管管脚和工作状态 例1 5NPN 3 2V 5V 1V 1V 2V 5V 例1 5NPN 1 1V 0 3V 3V 2 0 3V 0 3V 1V 3 2V 5V 1VPNP 1 0 2V 0V 0V 2 3V 0 2V 0V 3 1V 1 2V 2V 2 根据三个电位的集中程度判断是否饱和例1 5NPN 1 1V 0 3V 3V 2 0 3V 0 3V 1V 3 2V 5V 1VPNP 1 0 2V 0V 0V 2 3V 0 2V 0V 3 1V 1 2V 2V 由引脚电压判断三极管管脚和工作状态 1 无正向导通电压的处在截止状态 2 根据三个电位的集中程度判断是否饱和3 如果饱和则先判断基极 再判断集电极和发射极 由引脚电压判断三极管管脚和工作状态 1 无正向导通电压的处在截止状态 例1 5NPN 2 0 3V 0 3V 1VPNP 1 0 2V 0V 0V 0 2V 0V 0 05V 1V 0 3V 0 35V NPN 0 35V 0 3V 1V PNP 0 2V 0V 0 05V 由引脚电压判断三极管管脚和工作状态 例1 5NPN 1 1V 0 3V 3V 2 0 3V 0 3V 1V 3 2V 5V 1VPNP 1 0 2V 0V 0V 2 3V 0 2V 0V 3 1V 1 2V 2V 1 无正向导通电压的处在截止状态2 根据三个电位的集中程度判断是否饱和3 如果饱和则先判断基极 再判断集电极和发射极4 不饱和则看有没有两个电压差为正向导通电压 由引脚电压判断三极管管脚和工作状态 例1 5NPN 1 1V 0 3V 3VBECPNP 2 3V 0 2V 0VCBE 3 1V 1 2V 2VBEC 1 无正向导通电压的处在截止状态2 根据三个电位的集中程度判断是否饱和3 如果饱和则先判断基极 再判断集电极和发射极4 不饱和则看有没有两个电压差为正向导通电压5 有正向导通电压一般按放大状态去判断 讨论 P40题1 18 1 20 图1 33 1 36 三极管状态电流判断条件说明 放大 饱和 放大状态时 IC UCC UCE RC IBIC随着IB的增大而增大饱和状态时 IC UCC UCES RCIC受外电路限制不再随IB变化 三极管饱和压降UCES硅 0 7V 锗 0 2V所以临界饱和基极电流 IBS UCC UCES RC UCC RC 图1 35 截止 放大状态时UBE IB为正 IC IB截止状态时UBE IB 0 为负 IC 0实际UBE小于导通电压即脱离放大状态 即IB 0 UBE 0为截止状态 三极管饱和时的管压降UCE被称作为三极管的饱和压降UCES 此时 UCES对硅管为0 7 对锗管为0 2 1 当IB IC均已知时 1 当IB IC 时 三极管处于放大状态 2 当IB IC 时 三极管处于饱和状态 3 当IB IC 0时 三极管处于放大状态2 当只有IB已知时 1 当0IBS时 三极管处于饱和状态3 当只有IC已知时 1 当UCE UCC ICRC UCES时 三极管处于放大状态 2 当0 UCE UCES时 三极管处于饱和状态 硅0 7V锗0 2V 三极管状态电流判断条件说明 Ucc Rc c b e Ubb Re UCE 射极无电阻时 UCE UCC ICRC 射极有电阻时 UCE UCC ICRC IERE UCC IC RC RE 则此时的IBS UCC UCES RC RE UCC RC RE 三极管状态电流判断条件说明 思考 射极加上电阻后的IBS变化吗 如变化如何变化 例2 NPN型接法如下 UBE 0 7V 分析电路中三极管处于何种工作状态 a Rb 100k Rc 2k 40 Ucc 5V 因为IB IBS 所以三极管处在放大状态 例2 NPN型接法如下 UBE 0 7V 分析电路中三极管处于何种工作状态 b Rb 20k Rc 2k 100 Ucc 5V 因为IB IBS 所以三极管处在饱和状态 例2 NPN型接法如下 UBE 0 7V 分析电路中三极管处于何种工作状态 c Rb 30k Rc 2 5k 35 Ucc 5V Ui 0V或3V Ui 3V IB IBS 故三极管处在饱和状态 Ui 0V 发射结无正偏 故三极管截止 Ui 3V 1 3 3半导体三极管的基本组态和特性曲线 共集电极接法 集电极作为公共电极 用CC表示 共基极接法 基极作为公共电极 用CB表示 共发射极接法 发射极作为公共电极 用CE表示 BJT的三种组态 三极管共射输入特性曲线研究共射电路输入端IB和UBE的关系 一般来说 IB和UBE的关系就是一个PN结的特性曲线关系 UCE 0V时 三极管饱和 IB较大 UCE 1V时 三极管放大状态 IB比饱和状态稍少 以后随着UCE增大 IB增大不明显 uCE 0V uCE 1V 1 共发射极输入特性曲线 截止区 发射结反偏 集电结反偏 IB 0 uBEuBE 2 共发射极输出特性曲线 放大区 发射结正偏 集电结反偏 uBE 0且uCE uBE IC IB 0 IB IBS 饱和区 发射结正偏 集电结正偏 uBE 0 uCE uBE IC IB IB IBS 1 3 4半导体三极管的主要电参数 1 直流参数共射直流放大系数共基直流放大系数极间反向电流ICBO 发射极开路 集电结的反向饱和电流ICEO 基极开路 集电极与发射极间穿透电流2 交流参数共射交流放大系数共基交流放大系数 3 极限参数极间反向击穿电压U BR EBO U BR CBO U BR CEO最大集电极耗散功率PCM iCuce最大集电极电流ICM 即使 值明显减小的iC 例1 6某三极管的极限参数PCM 150mW ICM 100mA UBRCEO 30V 问 1 若工作电压UCE 10V 求工作电流IC的最大值 2 若工作电压UCE 1V 求IC的最大值 3 若工作电流IC 1mA 求工作电压UCE最大值 解 三极管的三个极限参数在使用中均不能超过 1 因为PCM ICUCE 150mW 当UCE 10V时 IC 15mA即为此时所允许的最大值 2 当UCE 10V时 仅从功率的角度考虑 工作电流可达IC 150mA 但考虑极限参数 故IC 100mA即为此时所允许的最大值 3 当IC 1mA时 仅从功率的角度考虑 可有UCE 150V 但考虑到UBRCEO参数 故UCE 30V即为此时所允许的最大值 1 3半导体三极管结构放大 饱和 截止的三种工作状态电流放大原理三种组态共射组态的输入和输出特性曲线工作状态的判定 思考习题18 20 第1章半导体器件1 1半导体器件的基础知识1 2半导体二极管1 3半导体三极管1 4场效应管 场效应晶体三极管简称场效应管 FET 场效应管分为 结型场效应管 JFET 和绝缘栅型场效应管 IGFET 是一种通过改变半导体内的电场实现电流控制作用的半导体器件 它除了具有与双极型晶体管相同的体积小 重量轻 寿命长等特点外 还具有输入阻抗高 107 1015 噪声低 温度稳定好 抗辐射能力强 工艺简单等优点 特别适用于制造大规模和超大规模集成电路 1 4场效应管 场效应管和双极型晶体管的重要区别是 双极型晶体管是通过基极或发射极电流实现对集电极电流的控制 参与导电的有两种载流子即多数载流子和少数载流子所以叫做 电流控制型 器件或 双极型 器件 而场效应管是靠电场效应控制漏极电流的 所以输入端只需电压 且参与导电的只有一种载流子即多数载流子 因此场效应管也叫 电压控制型 器件或 单极型 器件 1 4 1结型场效应管 1 结构 三个电极源极和漏极形成沟道栅极控制沟道导通符号中的箭头方向表示什么 图1 41N沟道结型场效应管 图1 42P沟道结型场效应管 N 2 工作原理 漏极和源极接通UDS 0UGS使PN结反偏UGS 0随着UGS绝对值逐渐增加 沟道由宽逐渐变窄 最后夹断 Ugs对导电沟道的影响 P P N 2 工作原理 UGS使PN结反偏漏 源极加固定电压UDSUGS 0随着UGS绝对值逐渐增加 沟道由宽逐渐变窄 最后夹断 Ugs对导电沟道的影响 UDS 10V IDSS ID UGS off 转移特性曲线 P P 2 工作原理 特点 电路与三极管对比 UGS使JFET栅极与沟道间的PN结反偏 因此iG 0 输入电阻很高 FET用输入电压 利用电场效应 控制漏极电流 是电压控制电流器件 沟道中仅一种类型的多子参与导电 受温度影响小 所以场效应管也称为单极型三极管 UDS 10V IDSS UGS off 转移特性曲线 3 特性曲线 2 转移特性 1 输出特性 饱和漏极电流 夹断电压VP 恒流放大区 可变电阻区 截止区 击穿区 与三极管对比 1 各特性