电路要点PPT课件

1、NNPcbeSiO2绝缘层绝缘层(b) NPN硅管结构图硅管结构图NcbePN型锗型锗铟球铟球铟球铟球(c) PNP锗管结构图锗管结构图晶体管的结构第1页/共48页按结构可分为：按结构可分为：NPN型和型和PNP型。型。集电极，用C表示集电区，掺杂浓度低基极，用B表示基区，薄发射区，掺杂浓度高发射结集电结，面积比发射结大发射极，用E表示 无论是NPN型或是PNP型的三极管,它们均包含三个区、三个电极和两个PN结。三个区: 发射区、基区和集电区, 并相应地引出三个电极：发射极（e)、基极(b)和集电极(c)。同时,在三个区的两两交界处, 形成两个PN结, 分别称为发射结和集电结。第2页/共48页

2、PNP型c集电极集电极b基极基极集电区集电区PN基区基区发射区发射区P集电结集电结发射结发射结e发射极发射极(a) PNP型型NPN型c集电极集电极b基极基极集电区集电区NP基区基区发射区发射区N集电结集电结发射结发射结e发射极发射极(b) NPN型型第3页/共48页发射极的箭头代表发射极电流的实际方向becbec NPN型与PNP型三极管的工作原理相似，只是使用时所加使用时所加电源的极性不同。电源的极性不同。 常用的半导体材料有硅和锗， 因此共有四种三极管类型。它们对应的型号分别为：3A(锗PNP)、3B(锗NPN)、3C(硅PNP)、3D(硅NPN)四种系列。 BECBEC三极管的符号三极

3、管的符号第4页/共48页2. 晶体管的电流分配关系和放大作用三极管放大的条件： 内部条件： (1)掺杂浓度：发射区集电区基区； (2)基区必须很薄。外部条件：发射结正偏，集电结反偏。第5页/共48页三极管的三种连接方式 三极管的连接方式共基极共发射极共集电极becIBIEIC 共基极beIBIEIC 共发射极cbeIBIEIC 共集电极c(c) 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。(b) 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；(a) 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；第6页/共48页 共射接法RbVBBVCCRciBiCbecNPNuBEuCEiEuBC+2. 晶体管

4、的电流分配关系和放大作用 第7页/共48页 晶体管内部载流子的运动 发射区向基区注入电子的过程 电子在基区中的复合与扩散过程 电子被集电极收集的过程 iBiCiEVCCVBBRbNPN(a) 载流子运动情况载流子运动情况iBiEniCnICBOiEiBRbVBBVCCiC(b)各极电流分配情况各极电流分配情况 晶体管中的电流晶体管中的电流iEniEpiBiCnICBO基区扩散来的空穴与基区的空穴复合反向漂移运动集电极电流集电极收集电流n集电结反向漂移电流BO发射结发射的电子En电子在基区与空穴复合时所形成的电流B发射极电流E基极电流B第8页/共48页 晶体管的电流分配关系CBOBBIii- -

5、= =CBOCnCIii+ += =CBEiii+ += =iBiEiCnICBOiEiBRbVBBVCCiC(b)各极电流分配情况各极电流分配情况Cni=bBi,iCn=bBi,令CnCCBOIii+=bCBOI+CBOI+Bib=Bi,+CBOIbCBOBBIii+ += =bCBOI+Bi（）第9页/共48页Ci =bCBOI+CBOI+BibCBCBO(1)Iiibb=+令：令：CEOCBO(1)IIb=+CBCEOiiIb=+ECBBCEO(1)iiiiIb=+=+CCEOBiIib-=由上可知：由上可知：iBiEiCnICBOiEiBRbVBBVCCiC(b)各极电流分配情况各极电

6、流分配情况第10页/共48页电流iC由两部分组成：一部分是ICEO，它是iB=0时流经集电极与发射极的电流，称为穿透电流。另一部分是 ，它表示iC中受基极电流iB控制的部分。Bib biBiEiCnICBOiEiBRbVBBVCCiC(b)各极电流分配情况各极电流分配情况CBCBO(1)Iiibb=+(3)晶体管放大作用的本质： iB对iC的控制作用。第11页/共48页 关于PNP型晶体管 PNP管与NPN管之间的差别： (1)电压极性不同。 (2)电流方向不同。 VBBVCCbceiBiCiE(a) NPN型型VBBVCCbceiBiCiE(b) PNP型型NPN型和PNP型晶体管电路的差别

7、第12页/共48页3. 晶体管的特性曲线 晶体管特性曲线是表示晶体管各极间电压和电流之间的关系曲线。bceiBiEiCuBCuCEuBE+-+-+- NPN型晶体管的电压和电流参考方向l iC+iB=iE uCE =uBEuBC l通常是以发射极为公共端，画出iC、iB，uCE和uBE四个量的关系曲线，称为共射极特性曲线。 第13页/共48页AVVmAiBiCVBBRW1RbRW2VCCuCE+uBE-+-测量NPN管共射特性曲线的电路图第14页/共48页 共射输入特性 uCE为一固定值时，iB和uBE之间的关系曲线称为共射输入特性，即CEuBEBufi)(= =iB(mA)uBE(V)0.2

8、0.40.60.80.020.040.060.080uCE = 0V1V5V3DG4的输入特性20第15页/共48页输入特性有以下几个特点： 当uCE=0时，输入特性曲线与二极管的正向伏安特性曲线形状类似。ARW1VBBbecVuBE+-iBuCE =0时的晶体管第16页/共48页 uCE增加，特性曲线右移。 uCE的大小影响基区内集电结边界电子的分布。 uCE1V以后，特性曲线几乎重合。 uCE1V以后，基区中集电结边界处的电子浓度很低 与二极管的伏安特性相似 uBEUr 时，iB =0； Ur =0.5V (Si) Ur =0.1V (Ge) 正常工作时 uBE=0.7V (Si) uBE

9、= 0.2V (Ge)iB(mA)uBE(V)0.2 0.40.6 0.80.020.040.060.080uC E = 0V1V5V3DG4的输入特性20第17页/共48页cebuBEiBiCiEuCE+_+_ PNP型晶体管的电压电流参考方向 电压极性、电流方向与NPN型管不同。PNP管的参考方向-uBE(V)iB(mA)00.10.20.30.40.040.080.120.16uCE = 0V-6V3AX1的输入特性第18页/共48页 共射输出特性 iB为固定值时，iC和uCE之间的关系曲线称为共射输出特性，即BiCECufi| )(= =(a)3AX1的输出特性iC(mA)-uCE(V

10、)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放大区截止区饱和区204682026810 12晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200 . 4 mA0.6mA0.8mA1.0mA放大区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性510 15 20 25 30 3550第19页/共48页 共射输出特性 截止区: 指iB0，iCICEO的工作区域。在这个区域中，电流iC很小，基本不导通，故称为截止区。工作在截止区时，晶体管基本失去放大作用。(a)3AX1的输出特性iC(mA)-uCE(V)i

11、B = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区204682026810 12晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200 . 4 mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性510 15 20 25 30 3550第20页/共48页实际上，三极管在iB=0时并没有完全截止。为使三极管真正截止，必须给发射结加反向偏压，使发射区不再向基区注入载流子。(a)3AX1的输出特性iC(mA)-uCE(V

12、)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区204682026810 12晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200 . 4 mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性510 15 20 25 30 3550第21页/共48页 饱和区: 指输出特性中iC上升部分与纵轴之间的区域。饱和区特性曲线的特点是固定iB不变时，iC随uCE的增加而迅速增大。(a)3AX1的输出特性iC(mA)-uCE(V)iB

13、 = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区204682026810 12晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200 . 4 mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性510 15 20 25 30 3550第22页/共48页饱和区是对应于uCE较小（uCE U r ，uBC0)。CEuCESUl饱和时的 值称为饱和压降 BECEuu= =rBEBCUuu = = , 0l当 时 （ ），

14、称为临界饱和。第23页/共48页 放大区: 输出特性上在饱和区和截止区之间的区域为放大区。在这个区域里，iB0，uCEuBE，即发射结是正向偏置，集电结是反向偏置。(a)3AX1的输出特性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放大区截止区饱和区204682026810 12晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200 . 4 mA0.6mA0.8mA1.0mA放大区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性510 15 20 25 30 3550第24页/共

15、48页放大区的特点：iB固定，uCE增加iC略有增加。uCE固定，iB变化iC变化很大，iB对iC的强烈控制作用(a)3AX1的输出特性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放大区截止区饱和区204682026810 12晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200 . 4 mA0.6mA0.8mA1.0mA放大区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性510 15 20 25 30 3550第25页/共48页4. 晶体管的主要参数晶体管的参数是用来表示晶

16、体管的各种性能指标。 电流放大系数BCEOCiIi - -= =b bb共射直流电流放大系数 它表示集电极电压uCE一定时，集电极电流和基极电流之间的关系如果iCICEO则BCii b b第26页/共48页 电流放大系数 A点对应的iC=6mA，iB=40AuCE(V)iC(mA)051015483.368.81216A20406080iB =100A3DG6的输出特性15004. 06BC=iib第27页/共48页 电流放大系数 晶体管3AX3有较大的穿透电流ICEO5504. 08 . 03= =- -= =- -= =BCEOCiIib b0.823468-uCE(V)iC(mA)iB=

17、00.02mA0.040.060.080.10.140.18B0 3AX3的输出特性第28页/共48页 表示集电极负载短路（即uCE保持不变）的条件下，集电极电流的变化量与相应的基极电流变化量之比，即常数=CEBCuiib大表示只要基极电流很小的变化，就可以控制产生集电极电流大的变化，即电流放大作用好。bb 共射交流短路电流放大系数第29页/共48页值的求法：b在A点附近找两个uCE相同的点C和D13804. 05 . 5= = = = =BCiib b所以对应于C点，iC=8.8mA，B=60A；对应于D点，iC=3.3mA，iB=20A，iC =8.8-3.3=5.5mA，iB=60-20

18、=40A，uCE(V)iC(mA)051015483.368.81216CDA20406080iB =100A3DG6的输出特性b 共射交流短路电流放大系数第30页/共48页用同样办法可以求出3AX3工作在B点的 值。 b找出F点和G点，对应于F点，iC=3.9mA，iB=0.06mA；对应于G点，iC=1.8mA，iB=0.02mA；于是iC=3.9-1.8=2.lmA， iB=0.06-0.02=0.04mA，b所以 =2.1/0.04=52.5-uCE(V)iC(mA)iB=00.02mA0.040.060.080.10.140.18FBG0 3AX3的输出特性0.823468b 共射交

19、流短路电流放大系数第31页/共48页 定义ECii= 根据晶体管的电流分配关系，可以得到下列换算关系 -=-=+=+=bbbbbb1111，共基直流电流放大系数 和共基交流电流放大系数ECECBOCiiiIi - -= = 第32页/共48页 极间反向电流 集电极-基极反向饱和电流ICBO ICBO是指发射极开路，集电极与基极之间加反向电压时产生的电流，也就是集电结的反向饱和电流。可用下图电路测出。AICBO(b) PNP管管VAICBO(a) NPN管管VICBO的测量的测量第33页/共48页 反向电压大小改变时，ICBO的数值可能稍有改变。 ICBO是少数载流子电流，受温度影响很大，ICB

20、O越小越好。 硅管的ICBO比锗管的小得多，要求在温度变化范围宽的环境下工作时，应选用硅管；大功率管的ICBO值较大，使用时应予以注意。第34页/共48页 穿透电流ICEO ICEO是基极开路，集电极与发射极间加反向电压时的集电极电流。由于这个电流由集电极穿过基区流到发射极，故称为穿透电流。测量ICEO的电路如图所示。AbceICEO(a) NPN管AbceICEO(b) PNP管ICEO的测量第35页/共48页 穿透电流ICEO 由图可见，ICEO不单纯是一个PN结的反向电流CBOCEOII)1(b b+ += =b所以， 大的三极管的温度稳定性较差AbceICEO(a) NPN管AbceI

21、CEO(b) PNP管ICEO的测量第36页/共48页 极限参数 集电极最大允许耗散功率PCMl 晶体管电流iC与电压uCE的乘积称为集电极耗散功率PC =iCuCE，这个功率将导致集电结发热，温度升高。l 因此，定出了集电极最大允许耗散功率PCM，工作时管子消耗的平均功率PC必须小于PCM。第37页/共48页 集电极最大允许耗散功率PCM 可以在输出特性的坐标上画出PCM=iCuCE的曲线称为集电极最大功率损耗线。 例如，3DG4的PCM=300mW， 根据iCuCE=300mW，可以计算出功率损耗线上的点：uCE=5V时iC=60mA； uC E=l0V时iC=30mA；uC E=l5V时

22、，iC=20mA；uCE=20V时，iC=l5mA；uCE=30V时，iC=l0mA；uCE=40V时，iCE=7.5mA等等。 在输出特性坐标上找出这些点，并将它们连成一条曲线即为最大功率损耗线，如图所示。第38页/共48页 曲线的左下方均满足此之此PCU(BR)CEOU(BR)EBO。第40页/共48页 集电极最大允许电流ICM 集电极电流如果超过ICM，晶体管的放大性能就要下降甚至可能损坏。 PCM、U(BR)CEO和ICM三个极限参数，决定了晶体管的安全工作区。 频率参数 用来评价晶体管高频放大性能的参数。第41页/共48页 共发射极截止频率bfn晶体管共射短路电流放大系数 随信号频率升高而下降，如图所示。 bb下降到低频时的0.707倍时f 的值bfffT104105106107108101001000100.7070f的频率特性的频率特性 特征频率fT n 下降到等于1时的频率称为特征频率fT。 bn通常高频晶体管都用fT来表征它的高频放大特性。b bff T