第2章半导体三极管SemiconductorDiode.docx

精品文档第2章半导体三极管(SemiconductorDiode)2.1双极型三极管教学要求：1 .掌握晶体三极管的工作原理；2 .理解晶体三极管的输入、输出特性曲线;3 .了解晶体三极管的主要参数一、晶体三极管(SemiconductorTransistor)利用特殊工艺将两个PN结结合在一起就构成了双极型三极管1 .结构和符号：结构特点：e区掺杂浓度最高，b区薄，掺杂浓度最底；c区面积最大qC集电极Bo-基极NP【理三极管班构和符号(a)结构示意圉(tn管芯结构剖面图(c)电路符号分类：构成材料：硅管、错管结构：PNP、NPN使用频率：低频管、高频管功率：小功率管、中功率管、大功率管2 .电流放大原理(1)放大条件内部条件：e区掺杂浓度最高，b区薄，掺杂浓度最底；c区面积最大外部条件：发射结(e结)加正向偏置电压，集电结(c结)加反向偏置电压电位条件：NPN型：Vc>Vb>Ve;PNP型：VcvVbvVe电压数值：UBE:硅0.5-0.8V,错0.1-0.3VUCB:几伏十几伏Uce：Uce=Ucb+Ube几伏十几伏（2）三极管内部（NPN型为例）1）发射区不断向基区注入多子（电子），形成发射极电流IE。

2）向发射区扩散的基区多子（空穴）因数量小被忽略这样，到达基区的电子多数向BC结方向扩散形成ICN少数与空穴复合，形成IBN基区空穴来源主要来自基极电源提供（IB）和集电区少子漂移（ICBO）即IBN?IB+ICBO,IB=IBNICBO3）集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流IC,IC=ICN+ICBO（4）三极管各极电流之间的分配关系IB=IBN-ICBOIc=Icn+ICBO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:,七=声Jr+（1♦£）Ateo-+『ied穿透起鼐Fe=1c+Y[c=A『B1Je=(L+7)Zb二、晶体三极管的特性曲线1 .输入特性曲线：由输入回路可写出三极管的输入特性的函数式为iB=f（uBE）,UCE=常数实测的某NPN型硅三极管的输入特性曲线如下图（b）所示，由图可见曲线形状与二极管的伏安特性相类似，不过，它与Uce有关，Uce=1V的输入特性曲线比UCE=0V的曲线向右移动了一段距离，即UCE增大曲线向右移，但当UCE>1V后，曲线右移距离很小，可以近似认为与Uce=1V时的曲线重合，所以下图（b）中只画出两条曲线，在实际使用中，UCE总是大于1V的。

由图可见，只有uBE大于°5V（该电压称为死区电压）后，iB才随UBE的增大迅速增大，正常工作时管压降UBE约为0.6〜0.8V,通常取0.7V,称之为导通电压uBE（on）对错管，死区电压约为0.1V,正常工作时管压降Ube的值约为0.2〜0.3V,导通电压uBE（on）=0.2V里l c rG3A I40-WCE = 3020-10；WBFQ2谕出叵略稹8材hJV/c/inA h50 rA放卫 主_区40 pA-30 pA—20 pA /u = 10pA截止区NPN型三极管共发射极电路特性曲线(日)电路(b)输入特性曲线fc)输出特性曲线2 .输出特性曲线输出回路的输出特性方程为：ic=f(UCE),18=常数；晶体三极管的输出特性曲线分为截止、饱和和放大三个区，每区各有其特点：(1)截止区：IbW0,Ic=Iceo=0,此时两个PN结均反向偏置2)放大区：IC=3IB+ICEO，此时发射结正向偏置，集电结反向偏置，特性曲线比较平坦且等间距Ic受IB控制，IB一定时，Ic不随UCE而变化3)饱和区：uCE

曲线上升部分uCE很小,uCE= u BE时,达到临界饱和，深度饱和时，硅管UCE(SAT)=0.3V精品文档铸管Uce(sat)=0.1V3.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约增大1倍2)温度升高，输出特性曲线向上移温度每升高 三、晶体三极管的主要参数1℃, UBE 一(2 ~ 2.5) mV温度每升高 10°C, ICBO1℃, b -(0.5 ~1)%输出特性曲线间距增大精品文档1 .电流放大系数(1)共发射极电流放大系数：3(3)为直流(交流)电流放大系数3=Ic/Ib(3=Aic/混)2)共基极电流放大系数：“=3/(1+3),a<1一般在0.98以上2 .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ICEOICBO、ICEO均随温度的升高而增大3 .极限参数：1cM:集电极最大允许电流，超过时b值明显降低；PCM:集电极最大允许功率损耗；U(附CEO：基极开路时C、E极间反向击穿电压；U(BR)CBO：发射极开路时C、B极间反向击穿电压U(BR)EBO：集电极极开路时E、B极同反向击分电压；U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBO圈脑］精品文档精品文档2.3三极管电路的基本分析方法教学要求1 .掌握三极管电路的直流电路画法及分析方法;2 .掌握三极管电路的交流电路画法及分析方法;3 .熟悉三极管小信号等效电路的分析方法。

一、概述三极管为非线型器件，对含有这些器件的电路进行分析时，可采用适当的近似方法，按线性电路来处理利用叠加定理可对电路中的交、直流成分分别进行分析直流分析（静态分析）：只研究在直流电源作用下，电路中各直流量的大小称为直流分析（或称为静态分析），由此而确定的各极直流电压和电流称为直流工作点（或称静态工作点）参量交流分析（动态分析）：当外电路接入交流信号后，为了确定叠加在静态工作点上的各交流量而进行的分析，称为交流分析（或称为动态分析）方法：图解法：在输入、输出特性图上画交、直流负载线，求静态工作点“Q”，分析动态波形及失真等微变等效电路法根据发射结导通压降估算“Q”再用等效电路法分析计算小信号交流通路的电路动态参数电量参数的表示：Bb,B表示主要符号，大写表示该电量是与时间无关的量（直流、平均值、有效值），小写表示该电量是随时间而变化的量（瞬时值）b为下标符号，大写表示直流量或总电量（总最大值，总瞬时值）;小写表示交流分量二、直流分析1 .图解分析法：在三极管的特性曲线上用作图的方法求得电路中各直流电流、电压量大小的方法，称为图解分析法晶体三极管电路如下图（a）所示，三极管的输入、输出特性曲线分别示于下图（b）、（c）中。

a)精品文档2 .工程近似分析法(a)电路c b)输入回路图解(c)输出回路图解由三极管输入特性可知，当日斑＞/Ef4时,小变化可引起后大变化.此时输入特性表现为恒压特性.与用图解法求得的结果相同『中占沁=±±Z=o是115『cq=%Q-100x0.02=2(mA)0回=%c-七为=5—2x1=3(V)三、交流分析1 .动态图解分析：三极管电路动态工作时的电流、电压、可利用三极管特性曲线，通过作图来求得现通过例题来说明动态图解分析过程例.三极管电路如下图(a)所示，交流电压u通过电容C加到三极管的基极，设C对交流KJP2R信号的容抗为零；三极管采用硅管，其输入、输出特性曲线如下图b)所示已知u=10sincot(mV),试用图解法求该电路各交流电压和电流值解：(1)输入回路图解先令Ui=0,由图(a)可得IbC=(VBB-UBE(on))/Rb=(6V-0.7V)/176kQ=0.03mA=30pA由此可在图(b)的输入特性曲线上确定基极回路的静态工作点Q若⑷三极管电路交流电路输入交流信号u,它在基极回路与直流电压UBeq相叠加，使得三极管RE极之间的电压Ube在原有直流电压UBeq的基础上，按u的变化规律而变化，即UBE=UBE(+Ui=UBE(+UmSinwt,其波形如图(b)中①所示。

根据Ube的变化规律，便可在输入特性曲线上画出对应的近波形,如图缶)中②所示,由于输入电压幅值很小，输入特性曲线的动态工作范围很小，可将这一段曲线电、Qz看作是一段直线，这样由正弦信号5产生的基极交流电流如同相地按正弦规律变化，因此■%=旧+尢=如由图(b)可读出其瞬时值在20~如(1%之间变动，ib的幅度［bm=10区解它与明而成正比例j/mA a(b)三极管电路交流图解分析(2)输出回路的图解根据Vcc及Rc值可在上图(b)所示输出特性曲线中作出直流负载线NM,它与iB=TBIbq=30的输出特性曲线相交于Q点，Q点便是集电极回路的直流工作点由图可知，其对应的IcQ=3mA、Uceq=3V随着基极电流的变化，负载线MN与输出特性曲线簇的交点也随之变化按基极电流iB在不同时间的数值，找出相应的输出特性曲线及其与负载线MN的交点，便可画出集电极电流ic和C、E极间电压Uce的波形，如上图(b)中③、④所示，由图可知，输出电流ic和输出电压uce都在原来静态直流的基础上叠加了一交流量由于输出特性曲线间距近似相等，故ic与ib成正比，因此，有ic=IcQ+ic=IcQ+IcmSin电tUCE=UcEQ+Uce=UCEQ+UcemSin(0-180),式中，Uce="icRc,Ucem=IcmRc。

由上图(b)可读出ic的瞬时值在2〜4mA之间变动，ic的幅度Icm=1mA;而uce的瞬时值在2〜4V之间变动，Uce的幅度Ucem=1Vo可见，Ucem>Um,电路实现了交流电压放大作用此外，可看出Uce波形与U波形的相位相差180°(即反相关系)2.小信号等效电路分析法(微变等效)输入信号过小时，用图解法进行交流分析误差较大，通常采用微变等效电路来分析1)晶体三极管电路小信号等效电路分析方法晶体三极管H(Hybrid)参数小信号电路模型等效依据：交流信号很小时，三极管的动态参数呈线性变化，此时，三极管各极交流电压、电流的关系近似为线性关系晶体三极管谤数小信号电路模型(白)三极管双口网络(tJ)H参数简化电路模型「be(hie)——三极管输出端交流短路时的输入电阻其值与三极管的静态工作点Q有关rbb——三极管基区体电阻对于低频小功率管rbb约为200Q输入端口：从输入端看进去，相当于电阻rbe口=2000+(1+川国CE=C输出端口：从输出端看进去，相当于一个受ib控制的电流源卜=耻，3相当于H参数模型中的Hfe晶体三极管电路的交流分析分析步骤：A.分析直流电路，求出“Q”点上各直流电压和电流，计算r.be,B.画出电路的交流通路，并在交流通路上把三极管画成H参数模型。

C.利用叠加定理分析计算“Q”点上各极的交流量2)场效应管电路小信号等效电路分析法场效应管也是非线性器件，对交流小信号进行放大时也可等效为一个线性电路其等效电路如图所示,场效应管的栅、源之间的输入电阻工酸很大，视为开路，故图中用虚线表不小输入端.从输入端口看进去，相当于电阻京式B).输出端.从输出端口看进去，相当于受控制的电流源工d二昂nLfgs2.4三极管的测试与应用教学要求1 .悉晶体三极管的外形及引脚识别方法；2 .用万用表检测半导体三极管性能的方法；。