电工电子技术电子教案 半导体三极管

教学过程设计表授课班级授课时间课题名称§任务10半导体三极管课型理论课（√）实验课（）技能训练课（）习题课（）复习课（）其他（）签名及审批设计签名年月日审批签名年月日知识目标理解三极管的电流放大原理和实质，掌握其输入和输出特性。能力目标理解三极管的电流放大原理和实质，掌握其输入和输出特性。具备分析电子电路的基本能力。教学重点三极管的电流放大原理和实质教学难点三极管的电流放大原理和实质教学准备（含教学仪器设备、材料用具、参考书目、辅助教材等）1、教学仪器设备：多媒体电教室、电脑、THETDD-1、THWD-2型实训台2、参考书目：教学用书3、辅助教材：THETDD-1、THWD-2型实训指导书课外练习或作业安排

教学过程设计设计意图教学方法时间1、三极管的结构和分类了解三极管的结构和分类讲解102、三极管的伏安特性熟悉三极管的伏安特性讲解453、三极管的主要参数及判别掌握三极管的主要参数及判别方法。讲解254、小结复习回顾，加强知识点的理解记忆讨论、讲解10教学后记（本课题的教学体会、学生信息反馈及今后教学建议）注：1、本表以2学时为单位设计。每学期将教学设计表装订成册。教师教学笔记教学内容摘要补充资料§12.1半导体三极管三极管是一种具有电流放大作用的半导体器件，在电子线路中广泛应用。1、三极管的结构和分类（1）结构和分类三极管由两个PN结、三个区，并引出三个电极构成的。按三个区的组合形式，三极管可分为NPN型和PNP型两种，如图12-1所示。（a）NPN型（b）PNP型图12-1三极管的结构示意图和符号三极管内部的三个区分别称为集电区、基区和发射区，三个区中基区最薄，发射区掺杂浓度最高，集电区面积最大；与集电区相连接的PN结称为集电结，与发射区相连接的PN结称为发射结；由三个区引出的三个电极分别为集电极c，基极b和发射极e。按所用的半导体材料，三极管可分为硅管和锗管；按功率可分为大、中、小功率管；按频率特性可分为低频管和高频管等。（2）电流分配和放大作用三极管要实现电流放大作用，其条件是发射结正偏，集电结反偏。从电位的角度看，对于NPN型三极管，要满足VB>VE（发射结正偏），VC>VB（集电结反偏）；对于PNP型三级管则正好相反，即VB<VE（发射结正偏），VC<VB（集电结反偏）。下面以NPN型三极管为例讲解三极管内部载流子的运动和电流的形成过程。图12-2为NPN型三极管在满足电流放大作用条件（发射结正偏，集电结反偏）时，内部载流子的运动规律。发射结正偏，在外电场作用下，发射区因掺杂浓度高而产生的大量自由电子被发射到基区，形成发射极电流IE；这部分电子运动到基区以后，因基区较薄、掺杂浓度较低，只有很少一部分与基区中的空穴复合，形成基极电流IB；又因集电结反偏，在外电场的作用下，剩余的多数电子继续像集电极扩散，形成集电极电流IC。这就是在电流放大作用条件（发射结正偏，集电结反偏）下，NPN型三极管内部载流子的运动和电流的形成过程。图12-2NPN型三极管电流分配根据KCL定律，有IB+IC=IE如果发射结正偏电压增大，IB、IC、IE都相应增大。通过实验可以验证，改变发射结正偏电压时，IC、IB几乎按一定比例变化，其比值定义为，称为三极管的直流电流放大系数，一般为几十至上百。那么，三级管的三个电流之间存在如下关系：由上式可见，当IB有很小变化时，会导致IE和IC有较大变化，这就是三极管的电流放大作用。这种放大作用的实质就是以很小的基极电流IB控制较大的集电极电流IC。2、三极管的伏安特性三极管的伏安特性是指各电极间电压与电流的关系，，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。图12-3为测量NPN型三极管特性曲线的共发射极放大电路。图12-3三极管伏安特性测试电路（1）输入特性输入特性是指在集射极电压UCE为常数时，基极电流IB与基射极电压UBE的关系曲线输入曲线本应是一簇曲线，对于不同的UCE，得到的输入特性曲线也略有不同，但实际上，当UCE≧1后，如果UBE保持不变，则注入基区的电子一定，而集电结所加的反向电压已经能把注入基区的绝大部分电子拉到集电区，从而使UCE再增加，IB也不再明显减少。所以通常只画出UCE≧1时的曲线来代表UCE为其他更高数值的特性如图12-4（a）所示。输入特性（b）输出特性图12-4三极管的伏安特性曲线输入特性曲线与二极管的正向特性相似，也有一段死区，只有UBE大于死区电压，才有电流IB，三极管才能工作在放大区。（2）输出特性输出特性是指在基极电流IB为常数时，集电极电流IC与集射极电压UCE的关系曲线输出特性曲线可分为三个区，也就是三极管的三种工作状态。放大区输出特性曲线近似于水平的部分称为放大区。三极管工作在放大区的条件是发射结正偏，集电结反偏。在放大区，当发射结UBE电压一定时，IB为定值，集电极电流IC仅由IB决定。2）截止区IB=0曲线以下的区域称为截止区。三极管处于截止区的条件是两个PN结均反偏，特点是IB=0，IC≈0，无放大作用。3）饱和区输出特性曲线迅速上升和弯曲部分之间的区域称为饱和区。三极管工作在饱和区的条件是两个PN结均正偏，特点是集电极和发射极之间的压降很小，UCE≤1，且IC不受IB控制，无放大作用。3、三极管的主要参数及判别（1）主要参数三极管的参数是选择和使用三极管的重要依据。电流放大系数β和β。β是三极管共射连接时的直流放大系数，且β=IC/IB；β是三极管共射连接时的交流放大系数，β=∆IC/∆IB。β和β在数值上相差很小，一般情况下可以替代使用。电流放大系数是衡量三极管电路放大能力的参数，但是β过大，热稳定性差，放大时β一般取80左右为宜。穿透电流ICEO。ICEO是当三极管基极开路，即IB=0时集电极与发射极之间的电流，它受温度的影响较大，一般较小，管子的温度稳定性越好。集电极最大允许电流ICM。集电极电流IC上升会导致三极管的β值的下降，当β值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。集电极最大允许功耗PCM。PCM是三极管集电结上允许的最大功率损耗。如果集电极耗散功率PC>PCM，将烧坏三极管。反向击穿电压U(BR)CEO。U(BR)CEO是三极管基极开路时，集射极之间的最大允许电压。当集射极之间的电压大于此值时，三极管将击穿损坏。三极管的判别判断基极b和三极管类型将万用表欧姆档置R×100或R×1k处，先假设三极管的某极为基极，并将黑表笔接在假设的基极上，再将红表笔先后接到其余两个电极上，如果两次测得的电阻值都很大（或都很小），而对换表笔后，测得的两个电阻值都很小（或都很大），则假设的基极是正确的，否则，需重新假定另一电极为基极，重复上述步骤，最多重复两次就可以找到真正的基极。当确定基极后，将黑表笔接基极，红表笔分别接其他两极，若测得的阻值都很小则为NPN型管；反之，则为PNP型管。判断集电极c和发射极e以NPN型管为例，把黑表笔接到假设的集电极上c上，红表笔接到假设的发射极e上，并用手捏住c和b，通过人体，相当于在c、b之间接入偏置电阻，测试方法如图12-5所示。读出表头所示c、e间的电阻值，然后将两表笔反接重测。若第一次电阻值比第二次小，说明假设成立，黑表笔所接为三极管的集电极c，红表笔所接为三极管的发射极e。图12-