课题二 晶体管及光电器件
对应教材章节内容:,14.5 晶体管,14.6 光电器件,课题2:晶体管及光电器件,14.5 晶体管,14.5.1 BJT的结构简介,(1)基本结构及符号,基极,发射极,集电极,NPN型,B,E,C,符号：,NPN型三极管,PNP型三极管,基区：最薄，掺杂浓度最低,发射区：掺杂浓度最高,发射结,集电结,(2)结构特点：,集电区：面积最大,BJT结构,14.5.2 电流分配和放大原理,( 1 ) BJT的作用,结论:,2） IC IB ， IC IE,静态(直流)电流放大系数:,动态(交流)电流放大系数:,1）三电极电流关系 IE = IB + IC,3) 当IB=0(基极开路)时, IC=ICEO,很小接近于。,(2 ) 三极管放大的外部条件,发射结正偏、集电结反偏,PNP发射结正偏 VB<VE集电结反偏 VC<VB,从电位的角度看： NPN 发射结正偏 VB>VE集电结反偏 VC>VB,(3) 内部载流子传输过程（以NPN型为例）,IB= IBICBO,IE = IC+ IB,IE IEN,IC INC + ICBO,内部载流子传输动画,共集电极：集电极作为公共端，用CC表示；,共发射极：发射极作为公共端，用CE表示。,共基 极：基 极作为公共端，用CB表示。,(4) 三极管三种组态,发射极是输入回路、输出回路的公共端,共发射极电路,输入回路,输出回路,测量晶体管特性的实验线路,IC,UBB,mA,A,UCE,UBE,RB,IB,UCC,+,+,+,+,14.5.3 特性曲线,RC,(1) 输入特性,特点:非线性,死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。,正常工作时发射结电压： NPN型硅管 UBE 0.60.7VPNP型锗管 UBE 0.2 0.3V,输入特性曲线,(2) 输出特性,IB=0,20A,放大区,输出特性曲线通常分三个工作区：,(1) 放大区,放大区曲线基本平行部分条件：发射结正偏， 集电结反偏。特点： VCE较大 iC = iB,输出特性曲线,（2）截止区,条件：发射结:反偏（或正偏压小于Vth ） 集电结:反偏,饱和区,截止区,（3）饱和区,特点： iB iC UCE较小,深度饱和时，硅管UCES 0.3V，锗管UCES 0.1V。,条件：发射结:正偏 集电结:正偏（或零偏）,特点： iB = 0, iC =ICEO 0,ICEO,NPN、 PNP型三极管分别处于放大区时，其三个极电位有何关系？,思 考 题1,测量BJT三个电极对地电位如图所示， 试判断BJT的工作区域 ？,放大,截止,饱和,思 考 题2,晶体管三种工作状态的电压和电流,(a)放大,(b)截止,(c)饱和,晶体三极管,当晶体管饱和时， UCE 0，发射极与集电极之间如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管截止时，IC 0 ，发射极与集电极之间如同一个开关的断开，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大作用外，还有开关作用。,例：下图电路中，=25，当输入电压UI分别为3V，1V和-1V时，试问晶体管处于何种工作状态？,14.5.4 主要参数,1. 电流放大系数，,常用晶体管的 值在20 200之间。,只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。,共发射极交流电流放大系数, =IC/IBvCE=const,共发射极直流电流放大系数,注意：,2、 理想三极管（输出特性曲线平坦且各条曲线之间距离相等），可认为,2. 极间反向电流,(1)集-基极反向截止电流 ICBO,ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。 温度ICBO,(2)集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEO,ICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。,3. 极限参数：,(1) 集电极最大允许电流ICM,过流区,IC ICM时，管子性能将显著下降，甚至会损坏三极管。,集电极电流 IC上升会导致三极管的 值的下降，当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 ICM。,(2) 集电极最大允许损耗PCM,集电结上允许损耗功率最大值。 PCMICUCE,3. 极限参数：,(3) 反向击穿电压,U(BR)CEOb开路时c、e间的击穿电压,3. 极限参数：,ICUCE=PCM,安全工作区,由三个极限参数可画出三极管的安全工作区,例：设某三极管的极限参数：PCM=150mW， ICM=100mA， U（BR）CEO=30V，试问：（1）若它的工作电压UCE=10V,则工作电流IC最大不得超过多少？（2）若工作电压UCE=1V,则工作电流IC最大不得超过多少？（3）若工作电流IC=1mA,则工作电压UCE最大不得超过多少？,PCM=150mW， ICM=100mA， U（BR）CEO=30V，,解： （1） PCM=ICUCE=150mW，当UCE=10V时， IC=15mA，此即为IC允许的最大值。,PCM=150mW， ICM=100mA， U（BR）CEO=30V，,解： （2）当UCE=1V时， 仅从功率的 角度考虑，IC可达150mA，考虑到参数ICM，故IC=100mA即为此时允许的最大值。,PCM=150mW， ICM=100mA， U（BR）CEO=30V，,解： （3）当IC=1mA时， 仅从功率的 角度考虑，可有UCE=150V，考虑到参数U（BR）CEO ， UCE=30V，即为此时允许的最大值。,14.5.5 温度对晶体管参数的影响,2. 对UBE的影响：,3. 对的影响：,1. 对ICBO的影响：,1、BJT必须工作在安全工作区,2、要依使用要求： 小功率还是大功率，低频还是高频，值大小等要求,3、注意对应型号选用。,4、要特别注意温度对三极管的影响 。,14.5.6 三极管的选择及使用注意事项,14.6光电器件,概述,主要产品有硅光敏二极管、硅光敏三极管、红外发光二极管、光电开关、光电传感器、光电位移传感器。广泛用于计算机、编码器、计数器、测速表、红外遥控器、消防烟雾探头、伪钞鉴别、光电自动控制等仪器设备。,光电耦合，隔离作用；图像显示,工作电流为2mA-10mA （20mA）工作电压为1.5V -3V,发光二极管（正向电压）,常见有红、绿、黄三种颜色。主要用于显示,光电二极管（反向电压）,特点：抗干扰能力强，传输信息量大、传输损耗小且工作可靠。在信号传输和存储等环节中多用。,光电晶体管,光电晶体管用入射光照度E的强弱来控制集电极电流。当无光照时, 集电极电流 ICEO很小, 称为暗电流。当有光照时, 集电极电流称为光电流。一般约为零点几毫安到几毫安。 常用的光电晶体管有3AU, 3DU等系列。,(b) 输出特性曲线,(a) 符号,思考题,1、可否用两个二极管背靠背地相联以构成一个BJT？,2、BJT符号中的箭头方向代表什么？,3、能否将BJT的e、c两电极交换使用？,4、要使BJT具有放大作用，其内部条件和外部条件？Je和Jc的偏置电压应如何连接？,5、如何判断BJT 的三种组态？,6、有哪几个参数确定BJT的安全工作区,7、晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，其电流放大系数和在放大区时是否一样大？,8、有两个晶体管，甲三极管=250 ，ICBO=200nA,乙三极管=60 , ICBO=100nA 。如果其它参数一样，请问使用哪一只为好？,9、测得某一晶体管的 IB=10uA , IC=1mA ，能否确定它的电流放大系数？什么情况下可以，什么情况下不可以？,10、晶体管在工作时，基极引线万一断开，为什么有时会导致管子损坏？（通常在测试或安装晶体管时，要后接或先断开集电极）,第14章 二极管和晶体管,本章对你的期望：一、理解PN结的单向导电性，半导体三极管的电流 分配和电流放大作用；二、了解二极管、稳压管和三极管的基本构造、工 作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；三、会分析含有二极管的电路。,
