第一章2-三极管分解.ppt

1,1.4双极型晶体三极管（BJT）,思考的问题：双极型晶体三极管是通过什么方式来控制电流的？为什么晶体三极管可用于放大？,三极管是一种由2个PN结背靠背构成的器件。双极型晶体三极管（BJT）是一个电流控制的电流源，可通过一个结上的电流（电压）来控制流过另一个结的电流。,2,1.4.1半导体三极管的结构,按结构可分为：NPN型和PNP型。结构示意图(NPN)如下：,集电极，C或c（Collector）,集电区,基极，B或b示（Base）,基区,发射极，E或e（Emitter）,发射区,发射结(Je),集电结(Jc),3,双极型三极管的符号；发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。,4,管芯结构剖面图,结构特点：,发射区(E)的掺杂浓度最高；集电区(C)掺杂浓度低于发射区(E)，且面积大；基区(B)很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。,5,1.4.2三极管的工作原理,一、共基极接法时BJT内部载流子的传输过程1、发射区向基区注入电子2、电子在基区的扩散与复合3、集电区收集电子4、电流分配关系二、共发射极接法时BJT的电流控制关系,6,一、共基极接法时BJT内部载流子的传输过程,双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，,共射极,共基极,共集电极,7,要使三极管有放大作用，必须：发射结加正向电压，集电结加反向电压。,1、发射区向基区注入电子发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成电流IEN。,BJT的工作原理,共基接法,8,3、集电区收集电子因基区很薄，基区的电子在集电结反偏电压的作用下，很快就运动到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流ICN。,2、电子在基区的扩散与复合基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小（发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度），形成的电流为IEP。进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。在基区被复合的电子形成的电流是IBN。,9,另外因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流ICBO。,这部分电流决定于少数载流子浓度，称反向饱和电流。ICBO的数值很小对三极管的放大没有贡献，而且受温度影响很大，容易使管子工作不稳定，所以在制造过程中要尽量设法减少ICBO。,10,载流子传输过程演示,11,4、电流分配关系发射区注入基区的电子，一部分与空穴复合，绝大部分扩散并被集电区收集。管子制成后，复合所占的比例为定值，大小为0.990.995。,共基电流传输系数，定义为：,联立上式，可得：,IE的改变控制IC的变化，故BJT为电流控制器件,12,5.三极管的放大作用,Ui=20mvIElmAIC=IE当=0.98时，IC098mAUOICRL098mAlK0.98V,13,三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电区而实现的,14,为了保证这一个传输过程，一方面要满足内部条件：要求发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区厚度要很小；另一方面要满足外部条件：发射结要正向偏置、集电结要反向偏置。,15,二、共发射极接法时BJT的电流控制关系,为保证BJT发射结正偏，集电结反偏，有UCEUBE0。BJT内部载流子运动规律同共基接法。,IE=IC+IB,可得：,定义,共发射极电流放大系数，其值一般为几十至几百。,16,定义,基极开路（IB=0）时的集电极电流，称C-E间的反向饱和电流或穿透电流。,较小可忽略,IB的改变控制了IC的变化，体现了三极管的电流控制作用。,17,体现BJT电流放大作用。,UI,iB=IB+iB,iC=iB=IC+iC,UO=iCRL,BJT的放大作用,18,设0.98，当Ui变化20mV时，能引起基极电流的变化IB=20A，=49,ICIB=4920A=0.98mAUC=-ICRL=-0.981K=-0.98V,19,从三极管的输入电流控制输出电流这一点看来，这两种电路的基本区别是：共射极电路以基极电流IB作为输入控制电流,20,3、共射极的电流放大系数为10，ICIB。不仅具有有电流放大能力，还具备电压放大能力，且输入iB控制电流小,消耗功率小。,结论：1、共射极和共基极的接法不同。但它们放大信号的物理本质是相同的。,2、共基极的电流放大系数为1V以后的输入特性曲线变化不大。,输入特性曲线,27,(2)输出特性曲线,输出特性曲线iC=f(uCE)iB=const,28,输出特性曲线可以分为三个区域:,饱和区iC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE的数值较小，一般uCE0.7V(硅管)。此时发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。,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iC平行于UCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏，uCE电压大于0.7V左右(硅管)。,29,此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。,30,此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBEVBVE，PNP型有VCVBVE。可见基极电位总是居中，据此可确定基极。2）硅管|VBE|=0.60.8V，锗管|VBE|=0.20.4V，则与基极电位相差此值的电极为发射极，并可判断是硅管还是锗管。3）余下一电极为集电极。4）集电极电位为最高的是NPN型管，集电极电位为最低的是PNP型管。,36,（a）（b）（c）（d）,（e）（f）（g）（h）,例2：测得电路中三极管3个电极的电位如图所示。问哪些管子工作于放大状态，哪些处于截止、饱和、倒置状态，哪些已损坏？,37,（a）（b）（c）（d）,（a）发射结、集电结均反偏，管子截止。,（b）发射结反偏、集电结正偏，管子倒置。,（c）发射结正偏、集电结反偏，管子放大。,（d）发射结、集电结均正偏，管子饱和。,38,（e）发射结正偏、集电结反偏，管子放大。,（f）发射结正偏、集电结反偏，管子放大。,（g）发射结、集电结均正偏，管子饱和。,（h）发射结正向压降2.7V，管子损坏。,（e）（f）（g）（h）,39,1.4.4.三极管的其它形式,1）复合三极管,12,复合管的类型取决于T1管,40,2）光电三极管和光电耦合器,将光信号转变为电流信号，且可将光电流放大倍。,光电三极管,光电耦合器,实现电-光-电的传输和转换。,41,半导体三极管的参数分为三大类:直流参数交流参数极限参数1、直流参数(1)直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数,1.4.5半导体三极管的参数,42,43,共基极直流电流放大系数显然与之间有如下关系:,44,（2）极间反向电流集电极-基极间反向饱和电流ICBOICBO的下标CB代表集电极和基极，O是Open的字头，代表第三个电极E开路。它相当于集电结的反向饱和电流。,集电极-发射极间的反向饱和电流ICEOICEO和ICBO有如下关系ICEO=（1+）ICBO,45,图ICEO在输出特性曲线上的位置,46,2、交流参数（1）交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数=IC/IBUCE=const,在输出特性曲线上求,47,共基极交流电流放大系数=IC/IEUCB=const,（2）特征频率fT三极管的值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的将会下降。当下降到1时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。,一般认为,48,3、极限参数(1)集电极最大允许电流ICM,当集电极电流增加时，就要下降，当值下降到线性放大区值的7030时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。至于值下降多少，不同型号的三极管，不同的厂家的规定有所差别。可见，当ICICM时，并不表示三极管会损坏。,49,(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=iCuCBiCuCE，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用uCE取代uCB。,50,(3)反向击穿电压,51,U(BR)CBO发射极开路时的集电结击穿电压。下标BR代表击穿之意，是Breakdown的字头，CB代表集电极和基极，O代表第三个电极E开路。,U(BR)EBO集电极开路时发射结的击穿电压。,U(BR)CEO基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。对于U(BR)CER表示BE间接有电阻，U(BR)CES表示BE间是短路的。几个电压在大小上有如下关系:U(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERU(BR)CEOU(BR)EBO,52,由PCM、ICM和U(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区，见图。输出特性曲线上的过损耗区和击穿区,53,1.4.6三极管的判别及手册的查阅方法,要准确地了解一只三极管类型、性能与参数,可用专门的测量仪器进行测试。,但一般粗略判别三极管的类型和管脚,可直接通过三极管的型号简单判断,也可利用万用表测量方法判断。,54,国家标准对半导体三极管的命名如下:3DG110B,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,用字母表示材料,用字母表示器件的种类,用数字表示同种器件型号的序号,用字母表示同一型号中的不同规格,三极管,1三极管型号的意义,55,2三极管手册的查阅方法(1)三极管手册的基本内容;三极管的型号；电参数符号说明;主要用途;主要参数。(2)三极管手册的查阅方法已知三极管的型号查阅其性能参数和使用范围。根据使用要求选择三极管。,56,3判别三极管的管型和管脚（1）根据三极管外壳上的型号,初判其类型（2）根据三极管的外形特点,初判其管脚,57,(3)用万用表判别三极管的管脚基极的判别,集电极和发射极的判别：？具体参见电子技术实验与课程设计P25,三颠倒，找基极PN结，定管型,58,4三极管的代换原则与方法,如果发现电路中的三极管已损坏,更换时一般应遵循下列原则:（1）更换时,尽量更换相同型号的三极管。（2）无相同型号更换时,新换三极管的极限参数应等于或大于原三极管的极限参数