三极管及其电流放大作用

三极管及其电流放大作用第1页/共25页第一章半导体器件基础第二章基本放大电路第三章负反馈放大电路第四章正弦波振荡电路第五章差分放大电路第六章集成运算放大电路第七章功率放大电路第八章直流稳压电源第九章场效应管及其放大电路总目录第2页/共25页第一章

半导体器件基础第一节二极管及其简单应用1.1半导体基础知识

1.2PN结与二极管1.3二极管的简单应用1.4特殊二极管简介第二节三极管及其电流放大作用2.1三极管的结构特点2.2三极管的电流放大原理2.3三极管的特性曲线2.4三极管的特性参数2.5三极管的分类与型号命名法第3页/共25页第二节三极管及其电流放大作用2.1三极管的结构特点2.2三极管的电流放大原理2.3三极管的特性曲线2.4三极管的特性参数2.5三极管的分类与型号命名法第4页/共25页基区：极薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结2.1结构特点集电区：面积最大掺杂浓度低CEBCEBNPN型PNP型符号中的箭头方向表示发射极的电流方向！（Emitter）（Collector）（Base）第5页/共25页2.2三极管的电流放大原理(1)发射结必须“正向偏置”，以利于发射区电子的“发射”。(2)集电结必须“反向偏置”，以利于集电区对电子的“收集”。EBRBECBCNNPE①外加条件：第6页/共25页基区空穴与发射区来的电子复合形成基极电流IB。②三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIC发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。晶体管各极电流关系为：IE=IB+IC;IC＞＞IB；IC/IB=β从基区扩散来的电子被集电区收集而形成IC。IB第7页/共25页第8页/共25页结论

由于发射结处正偏，发射区的多数载流子自由电子将不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。1.发射区向基区扩散电子的过程

由于基区很薄，且多数载流子浓度又很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少一部分和基区的空穴相复合形成基极电流IB，剩下的绝大部分电子则都扩散到了集电结边缘。2.电子在基区的扩散和复合过程

集电结由于反偏，其电场力可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流IC。3.集电区收集电子的过程只要符合三极管发射区高掺杂、基区掺杂浓度很低，集电区的掺杂浓度介于发射区和基区之间，且基区做得很薄的内部条件，再加上晶体管的发射结正偏、集电结反偏的外部条件，三极管就具有了放大电流的能力。内部载流子运动过程：第9页/共25页各区的作用:集电区收集载流子：收集，形成集电极电流IC基区传送和控制载流子：复合，形成基极电流IB发射区向基区提供载流子：发射，形成发射极电流IE三极管具有电流放大作用：三极管各极电流分配关系：(1)发射区掺杂浓度很高(2)基区极薄，且掺杂浓度极低。(3)集电区体积较大且掺杂浓度较低。（1）发射结加正向电压即发射结正偏（2）集电结加反向电压即集电结反偏内因外因=IC/IBIE=IB+IC有关三极管的小结：第10页/共25页2.3

双极型三极管的特性曲线

所谓特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线，是三极管内部载流子运动的外部表现。从工程应用角度来看，外部特性更为重要。(1)输入特性曲线：IB=f(UBE,UCE)UCE=0VUBE

/VIB

/A0UCE=0VUBBUCCRC++RB令UBB从0开始增加IBIE=IBUBE令UCC为0UCE=0时的输入特性曲线UCE为0时实践上：第11页/共25页令UBB从0开始增加UCE=0.5VUCE=0VUBE

/VIB

/A0UBBUCCRC++RBIBICUBE改变UCCUCE=1VUCE=0.5VUCE=0.5V的特性曲线UCE=1VUCE=1V的特性曲线UCE>1V的特性曲线令：UCE2=0.5V,画出IB=f(UBE)的曲线；令：UCE4=2.0V,画出IB=f(UBE)的曲线；…………令：UCE3=1.0V,画出IB=f(UBE)的曲线；令：UCE1=0,画出IB=f(UBE)的曲线；第12页/共25页UBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIEUCEUCE/VIC

/mA0IB4=80μAIB=0IB3=60μAIB2=40μAIB1=20μA调节UCC使UCE从0增大，观察毫安表中IC的变化。(2)输出特性曲线:IC=f(IB,UCE)也就是：令：IB1=20μA,画出IC=f(UCE)的曲线；令：IB3=60μA,画出IC=f(UCE)的曲线；…………令：IB2=40μA,画出IC=f(UCE)的曲线；令：IB1=0,画出IC=f(UCE)的曲线；第13页/共25页UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3输出特性曲线上一般可分为三个区：饱和区。当发射结和集电结均为正向偏置时，三极管处于饱和状态。此时集电极电流IC与基极电流IB之间不再成比例关系，IB的变化对IC的影响很小。截止区。当基极电流IB等于0时，晶体管处于截止状态。实际上当发射结电压处在正向死区范围时，晶体管就已经截止，为让其可靠截止，常使UBE小于和等于零。放大区晶体管工作在放大状态时，发射结正偏，集电结反偏。在放大区，集电极电流与基极电流之间成β倍的数量关系，即晶体管在放大区时具有电流放大作用。第14页/共25页(1)放大区

特点：

IC=IB

，也称为线性区

条件：发射结正偏、集电结反偏（2）截止区特点：IB

≤0，有

IC0条件：发射结反偏，集电结反偏条件：发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。（3）饱和区当UCEUBE时，晶体管处于饱和状态。当UCE=UBE时，晶体管处于临界饱和。UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3输出特性小结：放大区截止区饱和区特点：UCE=0.5-0.7v(硅)

UCE=0.1-0.3v(锗)第15页/共25页NPN、PNP三极管的比较NPNPNP

特点放大区VC>VB>VEVB=VE+0.7vVC<VB<VEVB=VE-0.7v

发射结正偏，集电结反偏iC=iE=iB截止区VB<VCVB<VEVB>VCVB>VE发射结反偏集电结反偏iC≈

iE≈

iB≈

0饱和区VB>VEVB>VCVBE为结电压VCE为饱和压降VB<VEVB<VCVBE为结电压VCE为饱和压降发射结正偏集电结正偏iC<iB饱和压降硅管：|VCES|≈0.3V锗管：|VCES|≈0.1V导通时结电压硅管：|VBE|≈0.7V锗管：|VBE|≈0.2V第16页/共25页

例题：测量得到三极管三个电极对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态。

放大截止饱和第17页/共25页6v（1）

放大参数：

Q2.4

双极型三极管的主要参数第18页/共25页①集电极-基极反向饱和电流ICBO小功率锗管:ICBO

约10μA，小功率硅管:ICBO小于1μA。（2）温度参数：vCCICBOvCCICEO极间反向电流大小取决于少数载流子的浓度,与温度密切相关。②集电极-发射极的反向饱和电流ICEO

也称穿透电流。

锗管：十～几百微安

硅管：几微安第19页/共25页①集电极最大允许电流ICM一般指β

下降到最大值的50%时的电流值。②集电极最大允许功耗PCM集电极功率损耗：PC

=IC

VCB当PC＞PCM

时，管子过热会烧毁。③反向击穿电压晶体管的两个PN结，在反向电压超过规定值时，会发生电击穿现象。过耗区UCE/VIC

/mA0IB=043211.52.3安

全

区（3）

极限参数：V(BR)CEO第20页/共25页安全工作区过耗区过流区过压区ICMV(BR)CEOPCM

线PCM=

ICUCE截止区饱和区第21页/共25页（4）频率参数：①共发射极截止频率fβ:随f的升高β降低至中频时的0.707所对应的频率值；②共基极截止频率fa:③特征频率fT:随f的升高β降低至β=1所对应的频率值；β00.707β01βffβfT第22页/共25页第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分用数字表示半导体器件有效电极数目用汉语拼音字母表示半导体器件的材料和极性用汉语拼音字母表示半导体器件的类型用数字表示序号用汉语拼音表示规格号2-二极管3-三极管二极管：A-N型锗材料B-P型锗材料C-N型硅材料D-P型硅材料三极管：A-PNP型锗材料B-NPN型锗材料C-PNP型硅材料D-NPN型硅材料P-普通管V-微波管W-稳压管C-参量管Z-整流管L-整流堆S-隧道管N-阻尼管U-光电器件K-开关管X-低频小功率管(f<3MHz,Pc<1W)G-高频小功率管（f>3MHz,Pc<1W)D-低频大功率管（f<3MHz,Pc>1W)A-高频大功率管（f>3MHz,Pc>1W)2.5

国产半导体器件型号命名方法第23页/共25页双极型三极管的参数参

数型

号

PCM

mW

ICM

mAVR

CBO

VVR

CEO

VVR

EBO

V

IC

BO

μA

f

T

MHz3A