第2章半导体三极管SemiconductorDiode

1、精品文档第2章半导体三极管(SemiconductorDiode)2.1双极型三极管教学要求：1 .掌握晶体三极管的工作原理；2 .理解晶体三极管的输入、输出特性曲线;3 .了解晶体三极管的主要参数。一、晶体三极管(SemiconductorTransistor)利用特殊工艺将两个PN结结合在一起就构成了双极型三极管。1 .结构和符号：结构特点：e区掺杂浓度最高，b区薄，掺杂浓度最底；c区面积最大。qC集电极Bo-基极NP【理三极管班构和符号(a)结构示意圉(tn管芯结构剖面图(c)电路符号分类：构成材料：硅管、错管结构：PNP、NPN使用频率：低频管、高频管功率：小功率管、中功率管、大功率管

2、2 .电流放大原理(1)放大条件内部条件：e区掺杂浓度最高，b区薄，掺杂浓度最底；c区面积最大。外部条件：发射结(e结)加正向偏置电压，集电结(c结)加反向偏置电压。电位条件：NPN型：Vc>Vb>Ve;PNP型：VcvVbvVe电压数值：UBE:硅0.5-0.8V,错0.1-0.3VUCB:几伏十几伏Uce：Uce=Ucb+Ube几伏十几伏（2）三极管内部（NPN型为例）1）发射区不断向基区注入多子（电子），形成发射极电流IE。2）向发射区扩散的基区多子（空穴）因数量小被忽略。这样，到达基区的电子多数向BC结方向扩散形成ICN。少数与空穴复合，形成IBN。基区空穴来源主要来自基极

3、电源提供（IB）和集电区少子漂移（ICBO）。即IBN?IB+ICBO,IB=IBNICBO3）集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流IC,IC=ICN+ICBO（4）三极管各极电流之间的分配关系IB=IBN-ICBOIc=Icn+ICBO当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即:,七=声Jr+（1£）Ateo-+ied穿透起鼐Fe=1c+Yc=AB1Je=(L+7)Zb二、晶体三极管的特性曲线1 .输入特性曲线：由输入回路可写出三极管的输入特性的函数式为iB=f（uBE）,UCE=常数。实测的某NPN型硅三极管的输入特性曲线如下图（b）

4、所示，由图可见曲线形状与二极管的伏安特性相类似，不过，它与Uce有关，Uce=1V的输入特性曲线比UCE=0V的曲线向右移动了一段距离，即UCE增大曲线向右移，但当UCE>1V后，曲线右移距离很小，可以近似认为与Uce=1V时的曲线重合，所以下图（b）中只画出两条曲线，在实际使用中，UCE总是大于1V的。由图可见，只有uBE大于°5V（该电压称为死区电压）后，iB才随UBE的增大迅速增大，正常工作时管压降UBE约为0.60.8V,通常取0.7V,称之为导通电压uBE（on）。对错管，死区电压约为0.1V,正常工作时管压降Ube的值约为0.20.3V,导通电压uBE（on）=0.

5、2V里l c rG3A I40-WCE = 3020-10；WBFQ2谕出叵略稹8材hJV/c/inA h50 rA放卫 主_区40 pA-30 pA20 pA/u = 10pA截止区NPN型三极管共发射极电路特性曲线(日)电路(b)输入特性曲线fc)输出特性曲线2 .输出特性曲线输出回路的输出特性方程为：ic=f(UCE),18=常数；晶体三极管的输出特性曲线分为截止、饱和和放大三个区，每区各有其特点：(1)截止区：IbW0,Ic=Iceo=0,此时两个PN结均反向偏置。(2)放大区：IC=3IB+ICEO，此时发射结正向偏置，集电结反向偏置，特性曲线比较平坦且等间距。Ic受IB控制，IB一

6、定时，Ic不随UCE而变化。(3)饱和区：uCE<uBEuCB=uCE-uBE<0,此时两个PN结均正向偏置，Ic1bIB,Ic不受IB控制,失去放大作用。曲线上升部分uCE很小,uCE= u BE时,达到临界饱和，深度饱和时，硅管UCE(SAT)=0.3V精品文档铸管Uce(sat)=0.1V。3.温度对特性曲线的影响(1)温度升高，输入特性曲线向左移。温度每升高约增大1倍。(2)温度升高，输出特性曲线向上移。温度每升高 三、晶体三极管的主要参数1, UBE 一(2 2.5) mV。温度每升高 10°C, ICBO1, b -(0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。精品

7、文档1 .电流放大系数(1)共发射极电流放大系数：3(3)为直流(交流)电流放大系数3=Ic/Ib(3=Aic/混)。(2)共基极电流放大系数：“=3/(1+3),a<1一般在0.98以上。2 .极间反向饱和电流：CB极间反向饱和电流ICBO,CE极间反向饱和电流ICEO。ICBO、ICEO均随温度的升高而增大。3 .极限参数：1cM:集电极最大允许电流，超过时b值明显降低；PCM:集电极最大允许功率损耗；U(附CEO：基极开路时C、E极间反向击穿电压；U(BR)CBO：发射极开路时C、B极间反向击穿电压。U(BR)EBO：集电极极开路时E、B极同反向击分电压；U(BR)CBO>U

8、(BR)CEO>U(BR)EBO圈脑精品文档精品文档2.3三极管电路的基本分析方法教学要求1 .掌握三极管电路的直流电路画法及分析方法;2 .掌握三极管电路的交流电路画法及分析方法;3 .熟悉三极管小信号等效电路的分析方法。一、概述三极管为非线型器件，对含有这些器件的电路进行分析时，可采用适当的近似方法，按线性电路来处理。利用叠加定理可对电路中的交、直流成分分别进行分析。直流分析（静态分析）：只研究在直流电源作用下，电路中各直流量的大小称为直流分析（或称为静态分析），由此而确定的各极直流电压和电流称为直流工作点（或称静态工作点）参量。交流分析（动态分析）：当外电路接入交流信号后，为了确定

9、叠加在静态工作点上的各交流量而进行的分析，称为交流分析（或称为动态分析）。方法：图解法：在输入、输出特性图上画交、直流负载线，求静态工作点“Q”，分析动态波形及失真等。微变等效电路法根据发射结导通压降估算“Q”。再用等效电路法分析计算小信号交流通路的电路动态参数。电量参数的表示：Bb,B表示主要符号，大写表示该电量是与时间无关的量（直流、平均值、有效值），小写表示该电量是随时间而变化的量（瞬时值）。b为下标符号，大写表示直流量或总电量（总最大值，总瞬时值）;小写表示交流分量。二、直流分析1 .图解分析法：在三极管的特性曲线上用作图的方法求得电路中各直流电流、电压量大小的方法，称为图解分析法。晶

10、体三极管电路如下图（a）所示，三极管的输入、输出特性曲线分别示于下图（b）、（c）中。(a)精品文档2 .工程近似分析法(a)电路c b)输入回路图解(c)输出回路图解由三极管输入特性可知，当日斑/Ef4时,小变化可引起后大变化.此时输入特性表现为恒压特性.与用图解法求得的结果相同中占沁=±±Z=o是115cq=%Q-100x0.02=2(mA)0回=%c-七为=52x1=3(V)三、交流分析1 .动态图解分析：三极管电路动态工作时的电流、电压、可利用三极管特性曲线，通过作图来求得。现通过例题来说明动态图解分析过程。例.三极管电路如下图(a)所示，交流电压u通过电容C加到三

11、极管的基极，设C对交流KJP2R信号的容抗为零；三极管采用硅管，其输入、输出特性曲线如下图b)所示。已知u=10sincot(mV),试用图解法求该电路各交流电压和电流值。解：(1)输入回路图解先令Ui=0,由图(a)可得IbC=(VBB-UBE(on)/Rb=(6V-0.7V)/176kQ=0.03mA=30pA由此可在图(b)的输入特性曲线上确定基极回路的静态工作点Q若三极管电路交流电路输入交流信号u,它在基极回路与直流电压UBeq相叠加，使得三极管RE极之间的电压Ube在原有直流电压UBeq的基础上，按u的变化规律而变化，即UBE=UBE(+Ui=UBE(+UmSinwt,其波形如图(b

12、)中所示。根据Ube的变化规律，便可在输入特性曲线上画出对应的近波形,如图缶)中所示,由于输入电压幅值很小，输入特性曲线的动态工作范围很小，可将这一段曲线电、Qz看作是一段直线，这样由正弦信号5产生的基极交流电流如同相地按正弦规律变化，因此%=旧+尢=如由图(b)可读出其瞬时值在20如(1%之间变动，ib的幅度bm=10区解它与明而成正比例。j/mA a(b)三极管电路交流图解分析(2)输出回路的图解根据Vcc及Rc值可在上图(b)所示输出特性曲线中作出直流负载线NM,它与iB=TBIbq=30的输出特性曲线相交于Q点，Q点便是集电极回路的直流工作点。由图可知，其对应的IcQ=3mA、Uceq

13、=3V。随着基极电流的变化，负载线MN与输出特性曲线簇的交点也随之变化。按基极电流iB在不同时间的数值，找出相应的输出特性曲线及其与负载线MN的交点，便可画出集电极电流ic和C、E极间电压Uce的波形，如上图(b)中、所示，由图可知，输出电流ic和输出电压uce都在原来静态直流的基础上叠加了一交流量。由于输出特性曲线间距近似相等，故ic与ib成正比，因此，有ic=IcQ+ic=IcQ+IcmSin电tUCE=UcEQ+Uce=UCEQ+UcemSin(0-180),式中，Uce="icRc,Ucem=IcmRc。由上图(b)可读出ic的瞬时值在24mA之间变动，ic的幅度Icm=1m

14、A;而uce的瞬时值在24V之间变动，Uce的幅度Ucem=1Vo可见，Ucem>Um,电路实现了交流电压放大作用。此外，可看出Uce波形与U波形的相位相差180°(即反相关系)。2.小信号等效电路分析法(微变等效)输入信号过小时，用图解法进行交流分析误差较大，通常采用微变等效电路来分析。(1)晶体三极管电路小信号等效电路分析方法晶体三极管H(Hybrid)参数小信号电路模型等效依据：交流信号很小时，三极管的动态参数呈线性变化，此时，三极管各极交流电压、电流的关系近似为线性关系。晶体三极管谤数小信号电路模型(白)三极管双口网络(tJ)H参数简化电路模型be(hie)三极管输出端

15、交流短路时的输入电阻。其值与三极管的静态工作点Q有关。rbb三极管基区体电阻。对于低频小功率管rbb约为200Q。输入端口：从输入端看进去，相当于电阻rbe。=-=&+口=2000+(1+川国CE=C输出端口：从输出端看进去，相当于一个受ib控制的电流源。卜=耻，3相当于H参数模型中的Hfe晶体三极管电路的交流分析分析步骤：A.分析直流电路，求出“Q”点上各直流电压和电流，计算r.be,B.画出电路的交流通路，并在交流通路上把三极管画成H参数模型。C.利用叠加定理分析计算“Q”点上各极的交流量。(2)场效应管电路小信号等效电路分析法场效应管也是非线性器件，对交流小信号进行放大时也可等效

16、为一个线性电路。其等效电路如图所示,场效应管的栅、源之间的输入电阻工酸很大，视为开路，故图中用虚线表不小输入端.从输入端口看进去，相当于电阻京式B).输出端.从输出端口看进去，相当于受控制的电流源。工d二昂nLfgs2.4三极管的测试与应用教学要求1 .悉晶体三极管的外形及引脚识别方法；2 .用万用表检测半导体三极管性能的方法；3 .握三极管应用电路的测试方法。一、三极管使用的基本知识（一）外型及引脚排列常见三极管的外型及管雌E列（二）晶体三极管的检测方法1 .用万用表检测晶体三极管的方法基极判别：将万用表置于RX1K挡，用红黑表笔搭接三极管的任意两管脚，如测得阻值大于几百千将红黑表笔对调，文睇测得阻值仍然很大，则剩下的管脚引线必是基板。类型判别红表笔接基板，黑表笔接另外任一引脚，如果阻值大于几百千欧，为FNP管；阻值小于几千欧，为PNP管.。集电极判别基极连接一大电阻，红、黑表等分别连接基极以夕卜的两极，文睇万用表指针偏转较大，则与黑表笔相连的极为集电极；如果万用表指针偏转较小，则与红表笔相连的极为集电极。2 .使用指针式万用表应注意的事项：R'1k挡进行测量；红表笔是（表内）负极，黑表笔是（表内）正极。测量时手不要接触引脚。3.数字万用表的使用接用电阻挡的AH挡，分别测量判断两个结的好坏；插入三极管挡（hFE）,测量b值或判断管型及管脚。注意事项：（1）