模拟电子半导体基础知识三极管ppt课件

1、 1.3 晶体三极管由于任务时，多数载流子和少数载流子都由于任务时，多数载流子和少数载流子都参与运转，因此，还被称为双极型晶体管参与运转，因此，还被称为双极型晶体管Bipolar Junction Transistor,简称简称BJT。 BJT是由两个是由两个PN结组成的。结组成的。一一. BJT. BJT的构造及类型的构造及类型二晶体管的电流放大作用二晶体管的电流放大作用三三. . 晶体管共射的特性曲线晶体管共射的特性曲线四四. BJT. BJT的主要参数的主要参数五五. . 温度对晶体管特性及参数的影响温度对晶体管特性及参数的影响一一.BJT.BJT的构造及类型的构造及类型NPN型PNP型

2、符号符号: 三极管的构造特点三极管的构造特点: :1 1发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。2 2基区要制造得很薄且浓度很低。基区要制造得很薄且浓度很低。3 3集电区面积大集电区面积大-NNP发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极-PPN发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极ECBECB分分 类类按资料分：按资料分： 硅管、锗管硅管、锗管按功率分：按功率分： 小功率管小功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W二二 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用假设在放大任务形状：假设在放大任务形状：发射结正偏：发射结正偏：+UCE UBE

3、UCB集电结反偏：集电结反偏：由由VBB保证保证由由VCC、 VBB保保证证UCB=UCE - UBE 0NNPBBVCCVRbRCebc共发射极接法共发射极接法c区区b区区e区区 三极管在任务时要加上适三极管在任务时要加上适当的直流偏置电压。当的直流偏置电压。1BJT内部的载流子传输过程内部的载流子传输过程1由于发射结正偏，分散运动构成发射极电流由于发射结正偏，分散运动构成发射极电流IE 发射结正偏，有利于多子的分散；发射区掺杂浓度高，大量自在电子分发射结正偏，有利于多子的分散；发射区掺杂浓度高，大量自在电子分散到基区，构成电流散到基区，构成电流IEN。同时，基区的空穴也分散到发射区，构成电

4、流。同时，基区的空穴也分散到发射区，构成电流IEP，但由于发射区的杂质浓度比基区高得多普通高几百倍，因此：，但由于发射区的杂质浓度比基区高得多普通高几百倍，因此： IE= IEN IEP IEN2分散到基区的自在电子与空分散到基区的自在电子与空穴的复合运动构成基极电流穴的复合运动构成基极电流由于由于VBB的作用，复合运的作用，复合运动将源源不断地进展，因此：动将源源不断地进展，因此：BBNEPCBOIIII 另外，集电区与基区的少子另外，集电区与基区的少子也参与漂移运动，构成电流也参与漂移运动，构成电流ICBO。3集电结加反向电压，漂移运动构成集电极电流集电结加反向电压，漂移运动构成集电极电流

5、IC 分散到基区的多数电子，在分散到基区的多数电子，在电场作用下漂移到集电区构成电电场作用下漂移到集电区构成电流流ICN 。因此：因此：CCNCBOIII2晶体管的电流分配关系晶体管的电流分配关系从外部看：从外部看： EENEPCNBNEPCCNCBOBBNEPCBOBCBOIIIIIIIIIIIIIIIECBIII3晶体管的共射电流放大系数晶体管的共射电流放大系数CNCCBOBBCBOIIIIIICCNCBOBBNEPCBOBCBOIIIIIIIII(1)CBCBOIIIBCEOII,:CEOI称为穿透电流 其物理意义是当基极开路时 在集电极电源作用下的集电极与发射极之间形成的电流,:CBO

6、I当发射极开路时 集电极反向饱和电流共射直流电共射直流电流放大系数流放大系数3晶体管的共射电流放大系数晶体管的共射电流放大系数CBCEOIIICBII1EBIICBii共射交流电共射交流电流放大系数流放大系数定义：定义：可以以为：可以以为：CNEII共基直流电流共基直流电流放大系数放大系数CECBOIII11或1CEii通常：通常：1,1,定义：定义：1uCE=0V时，相当于两个时，相当于两个PN结并联。结并联。三三. 晶体管共射的特性曲线晶体管共射的特性曲线1. 1. 输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE)iB=f(uBE) uCE=constuCE=const+i-uBE+-uBTC

7、E+Ci0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE 1VCEu3uCE 1V再添加时，曲线右移很不明显。再添加时，曲线右移很不明显。2当当uCE=1V时，时， 集电结已进入反偏形状，开场搜集电子，所以基区集电结已进入反偏形状，开场搜集电子，所以基区复合减少，复合减少， 在同一在同一uBE 电压下，电压下，iB 减小。特性曲线将向右略微挪动一减小。特性曲线将向右略微挪动一些。些。死区电压死区电压硅硅 0.5V锗锗 0.1V导通压降导通压降硅硅 0.7V锗锗 0.3V (2)输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const 1当当uCE=0 V时，因集电极无搜集作用，时

8、，因集电极无搜集作用，iC=0。2 uCE Ic 。 3 当当uCE 1V后，后，搜集电子的才干足够强。搜集电子的才干足够强。这时，发射到基区的电这时，发射到基区的电子都被集电极搜集，构子都被集电极搜集，构成成iC。所以。所以uCE再添加，再添加，iC根本坚持不变。根本坚持不变。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲线。其他值的曲线。 iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB现以现以iB=60uA一条加以阐明。一条加以阐明。饱和区饱和区iC受受uCE显著控制的区域，该区域内显著控制的区域，该区域内uCE0.7 V。 此时发射结正

9、偏，集电结也正偏。此时发射结正偏，集电结也正偏。截止区截止区iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的的曲线的下方。下方。 此时，发射结反偏，集电结反偏。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区放大区 曲线根本平行曲线根本平行等等 距。距。 此时，此时，发发 射结正偏，射结正偏，集电集电 结反偏。结反偏。 CBCBIIIIiCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区输出特性曲线可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域: : 该区中该区中iC几乎仅仅决几乎仅仅决议于议于iB ，而与，而与

10、uCE无关无关。四四. BJT的主要参数的主要参数2 2共基直流电流放大系数：共基直流电流放大系数： BCII CEII1 1共射直流电流放大系数：共射直流电流放大系数：1. 直流参数直流参数CNCCBOBBCBOIIIIII3 3极间反射电流：极间反射电流： ,:CEOI称为穿透电流 其物理意义是当基极开路时 在集电极电源作用下的集电极与发射极之间形成的电流,:CBOI当发射极开路时 集电极反向饱和电流四四. BJT的主要参数的主要参数2共基交流电流放大系数：共基交流电流放大系数： BCii ECii iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI =10

11、0uACBI=60uAi普通取普通取20200之间之间2.31.538A60mA3 . 2BCII40A40)-(60mA)5 . 13 . 2(BCii1共射交流电流放大系数：共射交流电流放大系数：2. 交流参数交流参数3特征频率：特征频率： 使共射电流放大系数的数值下降到使共射电流放大系数的数值下降到1的信号频率称为特征频率的信号频率称为特征频率fT 3. 3. 极限参数极限参数2最大集电极电流最大集电极电流ICM1最大集电极耗散功率最大集电极耗散功率PCM 集电极电流经过集电结时所产生的功耗，集电极电流经过集电结时所产生的功耗， PC= iCuCE BICEui(V)IBC=100uAB

12、=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM PCMIc添加时，添加时， 要下降。使要下降。使值值明显下降的集电极电流即为明显下降的集电极电流即为ICM。对小功率管，定义当对小功率管，定义当Uce=1V时，时，由由PCM= iCuCE 得出的得出的iC即为即为ICM 3极间反向击穿电压极间反向击穿电压 UBRCBO发射极开路时，集电极与基极之间允许的最发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反向电压。其值普通为几十伏上千伏。大反向电压。其值普通为几十伏上千伏。 UBRCEO基极开路时，集电极与发射极之间允许的基极开路时，集电极与发射极之间允许的最大反向电压。其值小于

13、最大反向电压。其值小于UBRCBO 在实践运用时，还有在实践运用时，还有UBRCER、UBRCES、 UBRCES等击穿电压。等击穿电压。 -(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU 晶体管的某一电极开路时，另外两个电极间所允许加的最高反射电晶体管的某一电极开路时，另外两个电极间所允许加的最高反射电压称为极间反向击穿电压，超越此值时，管子会发生击穿景象。压称为极间反向击穿电压，超越此值时，管子会发生击穿景象。 UBREBO集电极开路时，发射极与基极之间允许的最集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大反向电压。其值普通为大反向电压。其值普通为1伏以下几伏。伏以下几伏。三极管的选用原那么三

14、极管的选用原那么1、当直流电源电压对地为正值时，选用NPN型管子，当直流电源电压对地为负值时，选用PNP型管子，2、在同型号的管子中，应选用反向电流小的，温度稳定性好； 管子的值普通选几十到100， 值太大的管子性能不稳定。3、假设要求反向电流小，任务温度高，那么应选硅管；假设要求导通电压低时，那么应选锗管。6、必需使管子任务在平安区。为此： 在任务电压高时，选高反压管；在需求大电流时，选ICM大的管子；在需求输出大功率时，选PCM大的管子，并保证散热条件。4、音频放大电路，应选低频管；宽频带放大电路，应选高频管或超高频管；组成数字电路，应选开关管；5、反向电压要小于击穿电压； 半导体三极管的

15、型号第二位：第二位：A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管、管、 C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低频小功率管、低频小功率管、D低频大功率管、低频大功率管、 G高频小功率管、高频小功率管、A高频大功率管、高频大功率管、K开关管开关管用字母表示资料用字母表示资料用字母表示器件的种类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用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管国家规范对半导体器件型号的命名举例如下：国家规范对半导体器件型号的命名举例如下：3DG110B五、温度对晶体管特性及参数的影响五、温度对晶体管特性及参数

16、的影响 由于半导体资料的热敏性，晶体管的参数几乎都与温度有关。1、温度对ICBO的影响 由于ICBO是集电结加反向电压时平衡少子的漂移运动构成的，所以，当温度升高时，热运动加剧，使更多的价电子有足够的能量挣脱共价键的束缚，从而使少子浓度明显增大。因此，参与漂移运动的少子数目增多，从外部看就是ICBO增大。 可以证明，温度每升高10，ICBO添加约一倍。反之，当温度降低时ICBO减小。 由于硅管的ICBO比锗管小得多，所以从绝对数值上看，硅管比锗管受温度的影响要小得多。2、温度对输入特性的影响 与二极管伏安特性相类似，当温度升高时，正向特性将左移，反之将右移，如下图。当温度升高当温度升高1时，时

17、，uBE大约降低大约降低22.5mV，即具有负的温度，即具有负的温度系数，换一角度说，假设系数，换一角度说，假设uBE不变，那么当温度升高时不变，那么当温度升高时 iB将增将增大，反之大，反之iB减小。减小。 3、温度对输出特性的影响 下 图为一只晶体管在温度变化时输出特性变化的表示图。从以上分析可知，温度升高时，由于从以上分析可知，温度升高时，由于ICBO、增大，且输增大，且输入特性左移，所以导致集电极电流增大。入特性左移，所以导致集电极电流增大。实线所示为20时的特性曲线，虚线所示为60时的特性曲线。阐明温度升高时增大。例例1、 由电极电位断定三极管的形状由电极电位断定三极管的形状 在放大

18、电路中，测得下述在放大电路中，测得下述6组三极管组三极管3个极的电位：个极的电位： 1NPN管：管： 1 1V 0.3V 3V 2 0.3V 0.3V 1V 3 2V 5V 1V 2 PNP管：管：1 -0.2V 0V 0V 2 -3V -02V 0V 3 1V 1.2V -2V 试确定三极管处何种形状，并断定各试确定三极管处何种形状，并断定各电位对应三极管的哪个电极。电位对应三极管的哪个电极。 多数多数NPN管用管用Si资料制成，资料制成，PN结的导通压降普通设为结的导通压降普通设为0.7V；而多数的而多数的PNP管用管用Ge资料制成，资料制成，PN结导通压降普通为结导通压降普通为0.2V左

19、右。左右。 根据电位确定三极管的形状和电极时普通应先设法确定三极根据电位确定三极管的形状和电极时普通应先设法确定三极管的基极管的基极B和发射极和发射极E，再确定集电极，再确定集电极C。按此思绪对给定的。按此思绪对给定的6组数据分析如下。组数据分析如下。 1NPN管1 1V 0.3V 3V 假设基极B对应1V，射极E应为0.3V，那么集电极C为3V，满足发射结正偏，集电结反偏，故三极管T处于放大形状。 解：解：2 0.3V 0.3V 1V 可思索各电极对应的电位如下：基极B为1V，射极E为0.3V，集电极C为0.3V。发射结正偏，集电结也正偏，故三极管T处在饱和形状。3 2V 5V 1V 发射结

20、假设正偏BE间必然满足正偏条件，即UBE=0.7V，而给定的3个数据中，不具备此条件，因此发射结没有正偏。可以为基极B电位低于射极E，又由于集电极C通常处于最高电位，故正确的对应关系是：B极为1V，E极为2V，C极为5V。三极管T处在截止形状。2PNP管 l - 0 .2V 0V 0V 电极和电位对应关系是：B极为-0.2V，E极为0V，C极为0V。发射结正偏，偏置电压UBE=-0.2V，集电结也正偏，故三极管T处在饱和形状。 2 -3V -0.2V 0V 电极和电位对应关系是； B极为-0.2V， E极为 0V， C极为- 3V。发射结正偏，集电结反偏，T为放大形状。3 1V 1.2V -2

21、V 电极和电位对应关系是：B极为1V，E极为1.2V，C极为-2V。同样，发射结正偏，集电结反偏，T为放大形状。 三极管的选用原那么三极管的选用原那么1、当直流电源电压对地为正值时，选用NPN型管子，当直流电源电压对地为负值时，选用PNP型管子，2、在同型号的管子中，应选用反向电流小的，温度稳定性好； 管子的值普通选几十到100， 值太大的管子性能不稳定。3、假设要求反向电流小，任务温度高，那么应选硅管；假设要求导通电压低时，那么应选锗管。6、必需使管子任务在平安区。为此： 在任务电压高时，选高反压管；在需求大电流时，选ICM大的管子；在需求输出大功率时，选PCM大的管子，并保证散热条件。4、音频放大电路，应选低频管；宽频带放大电路，应选高频管或超高频管；组成数字电路，应选开关管；5、反向电压要小于击穿电压； 例例2、在一个单管放大电路中，电源、在一个单管放大电路中，电源电压为电压为 30 V，知三虽然子的参数如下，知三虽然子的参数如下表所示，请选用一虽然子，并简述理表所示，请选用一虽然子，并简述理由。由。 T1管虽然管虽然ICBO很小，即温度稳定性好，但很小，即温度稳定性好，但很小，放大很小，放大才干差，所以不宜选用。才干差，所以不宜选用。 T3管虽然管虽然ICBO较小且较小且 较大，但因任务电源电压为较