双极型晶体管..ppt

1、双 极 型 晶 体 管,晶体管的结构和类型,晶体管的电流分配关系和放大作用,晶体管的特性曲线,晶体管的主要参数,温度对晶体管参数的影响,第三节,第四章,第三节 双极型晶体管,一、晶体管的结构和类型,晶体管,硅晶体管,锗晶体管,晶体管类型,NPN型,PNP型,第三节,双极型晶体管可简称为晶体管，或半导体三极管，用BJT（Bipolar Junction Transistor）来表示。,b,e,c,N,P,N,N型硅,SiO2绝缘层,b,c,e,N,N型锗,P,钢球,钢球,晶体管外形及结构示意图,NPN型硅管结构图,PNP型锗管结构图,外形示意图,3DG6,3AX31,第三节,三极管,三个区,二个

2、结,三根引线,集电区,基区,发射区,集电区，基区，发射区,集电结，发射结,集电极，基极，发射极,集电区,发射区,基区,集电结,发射结,集电结,发射结,c,b,e,c,b,e,集电极,基极,发射极,集电极,基极,发射极,PNP管,NPN管,晶体管的原理结构图和符号,第三节,特点,发射区掺杂浓度远大于集电区掺 杂浓度，集电区掺杂浓度大于基 区掺杂浓度,基区必须很薄，一般只有几微米,第三节,二、晶体管的电流分配关系和放大作用,晶体 管放 大作 用原 理,内部条件,外部条件,晶体管结构上的特点,晶体管的发射结加正向电压，集电结加反向电压。,P区接正,N区接负,第三节,晶体管电源接法,共基接法,共射接法

3、,在基极与发射极之间加正向电压，基极与集电极之间加正向电压，即以基极为公共端。,在基极与发射极之间加正向电压，集电极与发射极之间加一更大的正向电压，使uCEuBE，这样uBC0，即集电结反向偏置。这种接法以发射极为公共端。,第三节,（一）晶体管内部载流子的运动,载流子运动主要表现为发射区向基区注入电子，形成电流iEiEn.,1.发射区向基区注入电子的过程,2.电子在基区的扩散过程,注入的电子在扩散的过程中，极少数与基区的空穴复合形成iB，绝大部分扩散到集电结边界。,3.电子被集电级收集的过程,电子受到集电结上的电场吸引而迅速漂移过集电结，形成iCn,集电结反向偏置必然要使集电区与基区的少子漂移

4、，形成ICBO。,VCC,N,N,P,iE,iB,iC,第三节,Rc,(二）晶体管的电流分配关系,晶体管各极的电流构成,发射极电流 iE 大部分流入集电极形成 iCn 令 称为共射电流直流放大系数,VBB,VCC,Rb,iB,iC,iE,ICBO,iCn,iE,第三节,Rc,各极的电流分配关系,令,则,当 iB=0 时， iC=ICEO 称ICEO为穿透电流,如 ICEO0, 则,代表iB对iC的控制作用， 越大，控制作用越强。,即,iC iB,第三节,VBB,VCC,Rb,iB,iC,iE,ICBO,iCn,iE,（三）晶体管的放大作用,本质,电流控制作用，即iB对iC或iE对iC的控制作用

5、。,共发射极放大电路,输入信号,b,e,c,VBB,VCC,负载,iC,iB,+,-,uBE,基极电流iB是由发射结间电压uBE控制的。,在集电极回路中串接一个负载电阻，就可以在负载电阻两端得到相应的幅度较大的变化电压。,第三节,共基极放大电路,输入信号,iC,负载,VCC,VEE,+,-,b,e,c,uBE,iE,iC通过iE的控制作用而产生相应的变化,集电极回路中接入的负载电阻上，仍可得到较大的输出信号电压。,共基极,第三节,（四）关于PNP型晶体管,VBB,VCC,iC,b,c,e,VBB,iE,iC,iB,VCC,b,c,e,iE,iB,1.电源极性不同,2.电流方向不同,差别,NPN

6、型,PNP型,NPN型电流从集电极流向发射极,PNP型电流从发射极流向集电极,第三节,三、晶体管的特性曲线,晶体管有三个电流iC、iB、iE，,iB,iC,iE,b,c,e,-,uBE,+,-,-,+,+,uCE,uBC,NPN型晶体管的电压和电流参考方向,以及三个电压uCE、uBC、uBE，,它们之间的关系为：,第三节,晶体管特性曲线,可以由晶体管特性 图示仪直接描绘出来,可以逐步测量得到,测量NPN管共射特性曲线的电路图,第三节,（一）共射输入特性,测试,调节RW2，使uCE=0，然后通过调节RW1改变iB，,测出各个iB和对应的uBE,在uBE-iB坐标系画出一条输入特性曲线。,再调节R

7、W2使uCE固定为不同的值，可画出一族输入特性曲线。,3DG4的输入特性,20,uCE=0V,1V,5V,第三节,输入特性的特点,1. 当uCE=0时，输入特性曲线与二极管的正向伏安特性曲线形状类似。,2. uCE增加，曲线右移。,3. 继续增大uCE，曲线右移的距离很小。,常用uCE=1V的一条曲线来代表uCE1V的所有输入特性曲线,第三节,uCE增加，集电结加宽，基区变窄，载流子复合机会减少，基极电流减小。,PNP型锗晶体管和NPN型硅晶体管输入特性,比较,PNP型管，其电压极性、电流方向与NPN型管不同。正常工作时，PNP型管电流为正值；电压为负值。,锗管死区电压比硅管小， 硅管放大工作

8、时uBE约为0.60.8V，而锗管uBE约为 -0.2V-0.3V。,3AX1输入特性,3DG4输入特性,第三节,（二）共射输出特性,测试,3AX1输出特性,3DG4输出 特性,第三节,iB0 ； i CICEO,集电结正向偏置,放大区,发射结正偏，集电结反偏。,晶体管的三个区,放大区,截止区,晶体管完全截止，必须给发射结加反向电压。,饱和区,uCEuCES 饱和压降,iC只随iB的变化而变化，表现了iB对iC的控制作用。,第三节,四、晶体管的主要参数,表示晶体管的各种性能的指标,评价晶体管的优劣和选用晶体管的依据,设计计算和调整晶体管电路时不可缺少的根据,参数作用,第三节,晶体管的主要参数,

9、电流放大系数,极间反向电流,极限参数,频率参数,第三节,（一）电流放大系数,1.共射直流电流放大系数,2.共射交流短路电流放大系数,电流放大系数,3.共基直流电流放大系数 和共基交流放大系数,第三节,如图求A点的,1.共射直流电流放大系数,表示静态（无输入信号）时的电流放大系数。即集电极电压UCE一定时，集电极电流和基极电流之间的关系。,A点对应的iC=6mA; iB=40A,则,3DG6的输出特性,硅管的ICEO0,第三节,如图所示求B点,B,-uCE(V),iC(mA),0,4,8,12,16,20,2,4,6,8,iB=0,0.02mA,0.04,0.06,0.08,0.10,0.12,

10、3AX3的输出特性,B点对应的 iC=3mA iB=0.04mA ICEO=0.8mA,所以,第三节,2.共射交流电流放大系数,表示动态（有输入信号）时的电流放大系数。即集电极电流的变化量与相应的基极电流变化量之比。,3DG6的输出特性,C点 iC=8.8mA ; iB=60A,D点 iC=3.3mA; iB=20A,第三节,如图求A点的,A,如图所示求B点,B,3AX3的输出特性,所以,第三节,F点 iC=4mA ; iB=60A,G点 iC=2mA; iB=20A,对晶体管放大系数的说明,在常用工作范围内,一般均用表示,变大,晶体管工作在放大区,表示对电流的放大作用,晶体管工作在饱和区,变

11、大,即间距变大,第三节,不同iB时的输出特性曲线几乎重合。,使用时，只适用于指定工作点附近，特性曲线较为均匀的范围。,3.共基直流电流放大系数 和共基交流放大系数,根据晶体管电流的分配关系,第三节,（二）极间反向电流,1.集电极-基极反向饱和电流ICBO,ICBO是指发射极开路，集电极与基极之间加反向电压时产生的电流，也就是集电结的反向饱和电流。,ICBO是少子形成的，随温度升高而指数上升。,硅管的ICBO比锗管的小得多；大功率的ICBO值较大。,ICBO的测量,NPN管,PNP管,ICBO越小越好。,第三节,2.穿透电流ICEO,ICEO是基极开路，集电极与发射极间加反向电压时的集电极电流。

12、,根据晶体管的电流分配关系可知,ICEO的测量,NPN管,PNP管,第三节,所以，ICEO 也受温度影响而改变。,（三）极限参数,(1)集电极最大允许耗散功率PCM,(2)反向击穿电压,（3）集电极最大允许电流ICM,极限参数,第三节,（1）集电极最大允许耗散功率PCM,若温度升高会引起PCM值下降,第三节,晶体管电流iC与电压uCE 的乘积称为集电极耗散功率PC，即,工作时，管子的PC值必须小于集电极最大耗散功率PCM。,在输出特性的坐标系上画出,的曲线，称为集电极最大功率损耗线。,（2）反向击穿电压,发射极开路时，集电极-基极间的反向击穿电压U(BR)CBO 。,极间允许加的最高反向电压。

13、,集电极开路时，发射极-基极间的反向击穿电压U(BR)EBO 。,基极开路时，集电极-发射极间的反向击穿电压U(BR)CEO 。,高,低,中,第三节,（3）集电极最大允许电流ICM,使用时，若iCICM，晶体管的值就要显著下降，甚至可能损坏。,3DG4的安全工作区,安全工作区,工作在放大区,第三节,（四）频率参数,用来评价晶体管高频放大性能, 的频率特性,0 表示低频时的值,是下降到0的0.707倍时的频率,2.特征频率,1.共射极截止频率,时,第三节,（一）温度对ICBO的影响,（二）温度对的影响,（三）温度对uBE的影响,五、温度对晶体管参数的影响,对输出 特性的 影响,对输入 特性的 影

14、响,第三节,（一）温度对ICBO的影响,ICBO是少子形成的电流，随T而增加。,输出特性曲线向上平移,（二）温度对的影响,温度升高时，随之增大。,体现在输出特性曲线的间隔距离增大,温度对输出特性曲线的影响,第三节,（三）温度对uBE的影响,温度对输入特性曲线的影响,温度升高，曲线向左移， 即当iB一定时，uBE下降。,温度每升高1， uBE约减小1.8mV2.5mV。,T,uBE,ICBO,iC,第三节,本节知识要点,一、晶体管的放大作用,晶体管放大作用主要依靠它的发射极电流能通过基极传输，然后到达集电极实现的。为保证这个传输过程，必须满足两个条件。,内部条件：基区很薄；发射区杂质浓度远远大于基区杂质浓度。 2. 外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。,晶体管具有确定的电流分配关系。如输入电流iB（或iE）确定，输出电流iC就确定。表征晶体管电流控制作用的参数为电流放大系数和。,二、晶体管电流分配关系,记住公式：,第三节,三、晶体管特性曲线,1. 输入