三极管的结构及工作原理课件

5.21

三极管的结构与符号随着电子技术在汽车上的应用和发展，在汽车上采用的电子装置也越来越多，而这些装置又广泛采用半导体三极管组成放大电路和开关电路。这些电子电路的核心元件就是三极管本章主要介绍三极管的特点、基本放大电路、多级放大电路。三极管是组成各种电子电路的核心器件。通过一定的制造工艺，将两个PN结结合在一起，是三极管具有放大作用。三极管的产生使PN结的应用发生了质的飞跃。联系生活想一想学习目标：认识三极管的外形以及符号学习重点：掌握三极管符号的写法学习难点：三极管按结构的分类ooo5.21半导体三极管5.21

三极管的基本结构类型和符号晶体管分有NPN型和PNP型，虽然它们外形各异，品种繁多，但它们的共同特征相同：都有三个分区、两个PN结和三个向外引出的电极：注意：图中箭头方向为发射极电流的方向。常见的三极管三极管的类型按照材料不同分为：锗管和硅管按内部基本结构的不同分为：NPN型和PNPoo型，目前我国生产的硅管多为NPN型，锗管多为PNP型。按工作效率可分为：高频管和低频管o按用途不同分为：普通放大管和开关管o按功率不同分为：小功率管和大功率管。o1．三极管按结构分为_

和

两种类型，均具有两个PN结，即______和______。ooo2.三极管按照制造材料不同分为______和______。3.请画出两种三极管的符号。课后思考：汽车上哪里用到了三极管？o5.22

三极管使用常识由于三极管管脚排列有很多形式，在使用前应查阅晶体管器件手册或相关资料核对管脚排列。如果有些管子管脚排列不清楚，可以用万用表来判断三极管的管脚排列，切不可主观臆断，更不可凭经验，要避免装错返工。o三极管型号命名三极管的种类很多，其型号的命名方法各个国家也不尽相同，一般由五部分组成。部分

三极管的命名见下表。大功率低频三极管中功率低频三极管小功率高频三极管ccebbNPN型三极管图符号PNP型三极管图符号e注意：图中箭头方向为发射极电流的方向。5.23

三极管的电流分配关系及放大作用c集电极b基极e发射极晶体管实现电流放大作用的内部结构条件(1)发射区掺杂浓度很高，以便有足够的载流子供“发射”。(2)为减少载流子在基区的复合机会，基区做得很薄，一般为几个微米，且掺杂浓度极低。集电区N晶体管芯结构剖面图(3)集电区体积较大，且为了顺利收集边缘载流子，掺杂浓度界于发射极和基极之间。可见，三极管并非是两个PN

结的简单组合，而是利用一定的掺杂工艺制作而成。因此，绝不能用两个二极管来代替，使用时也决不允许把发射极和集电极接反。晶体管实现电流放大作用的外部条件(1)发射结必须“正向偏置”，以利于发射区电子的扩散，扩散电流即发射极电流i

，扩散电子的少数与基区空穴复合，形e成基极电流i

，多数继续向集电结边缘扩散。b(2)集电结必须“反向偏置”，以利于收集扩散到集电结边的多数扩散电子，收集到集电区的电子形成集电极电流i

。c整个过程中，IE发射区向基区发射的电子数等于基区复合掉的电子与集电区收集的电子数之和，I＋

CNPN－RCURB＋－U即：CCBBIBE

B

CI

=I

+I1.发射区向基区扩散电子的过程由于发射结处正偏，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I

。E2.电子在基区的扩散和复合过程由于基区很薄，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I

，剩B下的绝大部分电子则都扩散到了集电结边缘。3.集电区收集电子的过程集电结由于反偏，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I

。C结论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。三极管的集电极电流I

稍小于I

，但远大于I

，I

与I

的C比值在一定范围内基本保持不变。特别是基极电流有微小EBCB的变化时，集电极电流将发生较大的变化。例如，I

由40BμA增加到50μA时，I

将从3.2mA增大到4mA，即：C显然，双极型三极管具有电流放大能力。式中的β值称为三极管的电流放大倍数。不同型号、不同类型和用途的三极管，β值的差异较大，大多数三极管的β值通常在几十至几百的范围。由此可得：微小的基极电流I

可以控制较大的集电极电流BI

，故双极型三极管属于电流控制器件。C5.24双极型三极管的特性曲线所谓伏安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U

=0时的输CE入特性曲线以常用的共射极放大电路为例说明（

U

为常数时，I

和U

之间的关系）I

/ABCEBBEU

为0时CE令U

从0BB开始增加RCIU

=0VBCE令U+CC为0URUBECCB+I

=IE

BUBBU

/V0BE让U

=0.5V让U

=1VIB

/ACECE令U

重BB新从0开始增加U

=0.5V的特性

曲线CEU

=1V的特性曲线ICECRCUU

==01.5VVIBCECE+U

>1V的CE特性曲线UURBCCBE+UBB继续增增大UU

/V大U0BECCCC继续增大U

使U

=1V以上的多个值，结果发现：之后CCCE的所有输入特性几乎都与U

=1V的特性相同，曲线基本不CE再变化。实用中三极管的U

值一般都超过1V，所以其输入特性通CE常采用U

=1V时的曲线。从特性曲线可看出，双极型三极CE管的输入特性与二极管的正向特性非常相似。(2)

输出特性曲线当I

不变时，输出回路中的电流I

与管子输出端电压UB之间的关系曲线称为输出特性。CCE根据记录可给出I

随U

变化的CCEI伏安特性曲线，此曲线就是晶体管的输出特性曲线。先把I

调到某一固定值保持不变。BCmARCA

IIC

/mAUBCE+IBRBUBEUCC+IUEBB然后调节U

使U

从0增CCCE大，观察毫安表中I

的变CU

/V化并记录下来。0CE再调节I

至I当U

增至一定数值时(一般小于1V)，B1CEC另一稍小的固定值上保持不变。输出特性曲线变得平坦，表明I

基本mAC上不再随U

而变化。CERCIC

/mAA

IBUCEIB+URBIB1BEUCC+IUEIB2BBIB3仍然调节U

使U

从0增CCCEIB=0U

/V大，继续观察毫安表中I的变化并记录下来。0CEC根据电压、电流的记录值可绘出另一条I

随U

变化的伏安特性输出曲线开始部分很陡，说明I

随U

的增C曲线，此曲线较前面的稍低些。CEC加而急剧增大。CE如此不断重复上述过程，我们即可得到不同基极电流IB对应相应I

、U

数值的一组输出特性曲线。CCEIC

/mA当I

一定时，从发射区扩散到基区BIB=100A80A43的电子数大致一定。当

超过1V以U后，这些电子的绝大部分被拉入集CE电区而形成集电极电流I

。之后即60A2.32

ΔI1.51C使U

继续增大，集电极电流I

也不40AΔI

=40ACE会再有明显的增加，具有恒流特性。CCB20AIB=0U

/V0CE当I

增大时，相应I

也增大，输出特性曲线上移，

且I

增大的BCC幅度比对应I

大得多。这一点正是晶体管的电流放大作用。B从输出特性曲线可求出三极管的电流放大系数β。取任意再两条特性曲线上的平坦段，读出其基极电流之差；再读出这两条曲线对应的集电极电流之差ΔI

=1.3mA；C于是我们可得到三极管的电流放大倍数：β=ΔI

/ΔI

=1.3÷0.04=32.5CB输出特性曲线上一般可分为三个区：I

/mAC饱和区。当发射结和集电结均为正向偏置I

=100A4B时，三极管处于饱和状态。此时集电极电

管子深度饱和时，硅管的VCE约为0.3V，锗管约为0.1V,80A流I

与基极电流I

之3由于深度饱和时VCE约等于0，晶体管在电路中犹如一CB放间不再成比例关系，I

的变化对I

的影响个闭合的开关。60A40A20A2.32大B很小。C区1.51截止区。当基极电流I

等于0时，晶体IB=0BU

/V0管处于截止状态。实际上当发射结电CE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。此时压U处在小正于向U死区规范定：CEBE,围时，晶体管就已，为让其可U

=U

时，为临近饱和状态，CE经截B止E用U

（0.3或0.1）表示，此时靠截止，常使UCES小于和等于零。BE集电极临近饱和电流是ICmARCA

IB+URBBEUCC+IUEBB例1:

用直流电压表测得放大电路中晶体管T

各电极的对地1电位分别为V

=

+10V，V

=

0V，V

=

+0.7V，如图（a）所123示,

T

管各电极电位V

=

+0V，V

=

-0.3V，V

=

-5V，如图（2123b）所示，试判断T

和T

各是何类型、何材料的管子，x、y、12z各是何电极？2TT2311311(a)(b)解：

工作在放大区的NPN型晶体管应满足V

>V

>

V

，PNP型晶体管应满足CBEV

<V

<

V

，因此分析时,先找出三电极的最高或最低电位，确定为集电极,而电位CBE差为导通电压的就是发射极和基极。根据发射极和基极的电位差值判断管子的材质。V1=+10V，V2=0V，V3=+0.7VV1=+0V，V2=-0.3V，V3=-5V（1）

在图（a）中，3与2的电压为0.7V，可确定为硅管，因为V

>V

>

V

,，所以1为集电极，2为发射极，3为基极，满132足V

>V

>

V

,的关系，管子为NPN型。CBE（2）在图（b）中，1与2的电压为0.3V，可确定为锗管，又因V

<V

<

V

,，所以3为集电极，1为发射极，2为基极，满足321V

<V

<

V

的关系，管子为PNP型。CBE23TT231111(a)(b)例2图所示的电路中，晶体管均为硅管,β=30，试分析各晶体管的工作状态。解:

（1）因为基极偏置电源+6V大于管子的导通电压，故管子的发射结正偏，管子导通,基极电流：+10V1K+10V1K+10V1KICICIC-2V

5K

IB+2V

5K

IB+6V

5K

IB(a)(b)(c)+10V1K+10V1K+10VIC-2V

5KIC+2V

5KIB1KIC+6V

5K

IBIB(a)(b)(c)（2）因为基极偏置电源-2V小于管子的导通电压，管子的发射结反偏，管子截止，所以管子工作在截止区。(3)因为基极偏置电源+2V大于管子的导通电压，故管子的发射结正偏,管子导通基极电流:：+10V+10V+10V1K1KIC-2V

5KIC+2V

5KIB1KIC+6V

5K

IBIB(a)(b)(c)5.25

三极管的主要参数Β值的大小反映了晶体管的电流放大能力。1.电流放大倍数2.极限参数I

>I

时，晶体管不一定烧①集电极最大允许电流ICM②反向击穿电压U(BR)CEOCCM损，但β值明显下降。③集电极最大允许功耗PCMIC

/mA指基极开路时集电极与发射极间的反向击穿电压。基极开路4晶体管上的功耗超过P

，管UcCC3CM子将损坏。b2.3

安U2(BR)

CEO使用中若超过全区e1.51此值,晶体管的集电结就会出现击穿。IB=0U

/V0CE3.极间电流集集电电极极-发发射射极极反反向向饱饱和和电电流流I

（穿穿透透电电流流）oCCEO-I指基极开路时，集电极与发射极之间加一定反向电压时的集电极电流。该值越小越好。.

集电极反向饱和电流I

,是少数载流子运动CBO的结果，其值越小越好。4.温度对晶体管参数的影响晶体管的发射极和集电极是不能互换使用的。因为发射区和集电区的掺杂质浓度差别较大，如果把两个极互换使用，则严重影响晶体管的电流放大能力，甚至造成放大能力丧失。晶体管的发射极和集电极能否互换使用？为什么?学习与讨论晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，其电流放大系数是否也等于β？为什么晶体管基区掺杂质浓度小？而且还要做得很薄？晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，U

<U

，CEBE为了使发射区扩散电子的绝大多数无法在基区和空穴复合，由于基区掺杂深度很低且很薄，因此只能有极小一部分扩散电子与基区空穴相复合形成基极电流，剩余大部分扩散电子继续向集电结扩散，由于集成电结反偏，这些集结到集电结边缘的自由电子被集电极收集后形成集电极电流。集电结也处于正偏，这时内电场被大大削弱，因此极不利于集电区收集从发射区到达集电结边缘的电子，这种情况下，集电极电流I

与基C极电流I

不再是β倍的关系，B因此，晶体管的电流放大能力大大下降。5.26

用万用表测试三极管好坏及极性的方法用万用表欧姆档检查二极管是否存在单向导电性？并判别其极性。正向导通电反向阻断时电阻很大，指针基本不动。阻很小。指针偏转大。选择万用表R×1k

的欧姆档，其中黑表棒作为电源正极，红表棒作为电源负极，根据二极管正向导通、反向阻断的单向导电性将表棒对调一次即可测出其极性及好坏。如何判断二级管的正负极呢？用万用表测试三极管好坏及极性的方法用指针式万用表检测三极管的基极和管型：先将万用表置于R×lk

欧姆档，将红表棒接假定的基极B，黑表棒分别与另两个极相接触，观测到指针不动(或近满偏)时，则假定的基极是正确的;且晶体管类型为NPN型（或PNP型）。指针偏转，说明管PN结的指针不动，说明管子正向导通，因此子反偏截止，因此单向导电性为PNP型。为NPN型。想一想，这种检测方法依据