《广电和通信设备调试工技术》课件-20三极管

三极管第2章半导体三极管及其基本应用2.1晶体管的特性与参数2.1.1晶体管的工作原理2.1.2晶体管的伏安特性2.1.3晶体管的主要参数2.1.1晶体管的工作原理一、结构与符号NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECB分类按材料分硅管、锗管按结构分

NPN、PNP按使用频率分低频管、高频管按功率分小功率管<500mW中功率管0.5～1W大功率管>1W二、电流放大原理1.晶体管放大的条件内部条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电结面积大外部条件发射结正偏集电结反偏输入回路输出回路RCVCCiBIERB+UBE

+UCE

VBBCEBiC+

+

UCB+

IEIBIC发射结正偏集电结反偏UCB>0集电结反偏+-UBE>0发射结正偏2.晶体管的电流分配关系当管子制成后，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：以小电流（IB）控制大电流（IC）的作用，称为晶体管的电流放大作用。晶体管内部载流子的传输过程1)

发射区向基区注入多子电子，形成发射极电流

IE。ICN多数向BC结方向扩散形成ICN。IE少数与空穴复合，形成IBN。IBN基区空穴来源基极电源提供(IB)I

CBOIBIBN

IB+ICBO即：IB=IBN

–

ICBO3)

集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流ICICIC=ICN+ICBO2)电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略)集电区少子漂移(ICBO)考虑到集电结反向饱和电流ICBO的影响：IE=IC+IB穿透电流2.1.2晶体管的伏安特性一、输入特性曲线输入回路输出回路与二极管特性相似RCVCCiBIERB+uBE

+uCE

VBBCEBiC+

+

+

iBRB+uBE

VBB+

O特性基本重合(电流分配关系确定)特性右移(因集电结开始吸引电子)导通电压UBE(on)硅管：(0.6

0.8)V锗管：

(0.2

0.3)V取0.7V取0.2VVBB+

RB二、输出特性曲线iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O246843213.截止区：

IB

0

IC=ICEO

0条件：两个结反偏1.放大区：2.饱和区：uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0条件：两个结正偏特点：IC

IB临界饱和时：uCE

=uBE深度饱和时：0.3V(硅管)UCE(sat)=0.1V(锗管)放大区截止区饱和区条件：发射结正偏集电结反偏特点：水平、等间隔ICEO三、PNP晶体管的伏安特性曲线2.1.3晶体管的主要参数一、电流放大系数共发射极电流放大系数iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321—直流电流放大系数

—交流电流放大系数一般为几十

几百Q二、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。三、极限参数1.ICM

—集电极最大允许电流，超过时

值明显降低。U(BR)CBO

—发射极开路时C、B极间反向击穿电压。2.PCM—集电极最大允许功率损耗PC=iC

uCE。3.U(BR)CEO

—基极开路时C、E极间反向击穿电压。U(BR)EBO

—集电极极开路时E、B极间反向击穿电压。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBO

(讨论)已知:ICM=20mA,PCM

=100mW，U(BR)CEO=20V，当UCE

=

10V时，IC<

mA当UCE

=

1V，则IC<

mA当IC

=

2mA，则UCE<

V

102020iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作区四、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1

C，UBE

(22.5)mV。温度每升高10

C，ICBO

约增大1倍。2.温度升高，输出特性曲线向上移。OT1T2>iCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0温度每升高1

C，

(0.51)%。输出特性曲线间距增大。O2.2晶体管的基本应用2.2.1晶体管的直流电路2.2.2晶体管开关电路2.2.3晶体管放大电路2.2.1晶体管的直流电路一、工程近似分析法+–RBRC+uCE–+

uBE

+–VCCVBB6V6ViBiC178k

1k

=100二、图解分析法+–RBRC+uCE–+

uBE

+–VCCVBB6V6ViBiC输入直流负载线方程：uCE=VCC

iC

RCuBE=VBB

iBRB输出直流负载线方程：输入回路图解QuBE/ViB/

A静态工作点VBBVBB/RB178k

UBEQIBQ0.730输出回路图解uCE/ViC/mAVCCVCC/RCO1k

Q33UCEQOiB=30

AICQ1、发射结反偏或零偏，截止。2、发射结正偏，导通。集电结反偏，放大导通，iB↑、iC↑;集电结正偏，饱和导通，iB↑、iC近似不变。ICS称集电极饱和电流IBS称基极临界饱和电流UCES称饱和压降ICSUCESIBSiB>IBS饱和导通;iB≤IBS放大导通。晶体管工作状态的判断方法2.2.2晶体管开关电路UI=UIH晶体管饱和，C、E间等效为开关闭合

UI=0V，晶体管截止，C、E间等效为开关断开例2.2.3图（a）所示硅晶体管电路中，β=50，输入电压为一方波，如图(b)所示，试画出输出电压波形。uI=0时，三极管发射结零偏截止，

iC

0,

故uO

5V。

当uI=3.6V时，设三极管饱和，则uO=UCES

0.3V

可见当uI=3.6V时，iB>IBS，三极管确实可靠饱和，因此uO

0.3V。uO波形如图（c）所示。而实际基极电流解：2.2.3晶体管放大电路1.放大电路的组成+

–

iBiCRBVCCVBBRCC1ui+

–

+

–

+uCE

+

178KΩuBE–C26V6V+○○–uoVCC集电极直流电源•

使集电结反偏•隔直流、通交流RC

集电极直流负载电阻VBB基极直流偏置电源，RB

基极偏置电阻•

使发射结正偏，提供合适的基极电流C1、C2

耦合电容•将

IC

UC

，使电流放大

电压放大一、放大电路的工作原理2.静态工作状态与直流通路当放大器接通直流电源，而输入信号为零时，其工作状态称为静态，这时电路中电压、电流只有直流量：UBEQ、IBQ、ICQ、UCEQUBEQ、IBQ、ICQ、UCEQ直流通路静态工作点IBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQUCEQUBEQuBEOt3.动态工作波形有输入信号时放大电路工作状态称动态ui=UimsinωtuBE=UBEQ+UimsinωtiB=IBQ+IbmsinωtiC=ICQ+IcmsinωtuCE=UCEQ-IcmRcsinωtuo=-IcmRcsinωt=-Uomsinωt二、放大电路的图解分析例2.2.4

硅管，ui

=10sint(mV)，RB=178k，RC=1k，VCC=VBB=6V，图解分析各电压、电流值。[解]令ui=0，求静态电流IBQuBE/ViB/

AO0.7V30QuiOtuBE/VOtiBIBQ(交流负载线)uCE/ViC/mA41O23iB=10

A20304050505Q6直流负载线Q

Q

6OtiCICQUCEQOtuCE/VUcemibicuceRL+–

iBiCRBVCCVBBRCC1ui+–

+

–

+uCE

+uBE–

1.图解分析举例当ui=0

uBE=UBEQ

iB=IBQ

iC=ICQ

uCE=UCEQ

当ui=Uimsintib=Ibmsintic=Icmsint

uce=–Ucemsint

uo=uceiB=

IBQ

+IbmsintiC=

ICQ

+IcmsintuCE=

UCEQ

–

Ucemsin

t=

UCEQ

+Ucemsin

(180°–

t)uBE/ViB/

A0.7V30QuituBE/VtiBIBQ(交流负载线)uCE/ViC/mA4123iB=10

A20304050605Q6直流负载线Q

Q

6tiCICQUCEQtuCE/VUcemibicuceOOOOOO2.放大电路的截止和饱和失真因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。1.“Q”过低引起截止失真NPN管：顶部失真为截止失真。PNP管：底部失真为截止失真。不发生截止失真的条件：IBQ>Ibm。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBuiuCEiCictOOiCOtuCEQuce交流负载线2.“Q”过高引起饱和失真ICS集电极临界饱和电流NPN管：

底部失真为饱和失真。PNP管：顶部失真为饱和失真。IBS—基极临界饱和电流。不发生饱和失真的条件：IBQ+Ibm

IBSuCEiCtOOiCO

tuCEQ三、放大电路的小信号等效电路分析晶体管电路可当成双口网络来分析1、晶体管H参数小信号电路模型从输入端口看进去，相当于电阻rberbe

—Hie从输出端口看进去为一个受

ib

控制的