晶体管及放大电路基础-晶体管.ppt

2.1 晶体管晶体管晶体管又称半导体三极管晶体管又称半导体三极管晶体管是最重要的一种半导体器件之一，它的放晶体管是最重要的一种半导体器件之一，它的放大作用和开关作用，促使了电子技术的飞跃大作用和开关作用，促使了电子技术的飞跃2 晶体管及放大电路基础晶体管及放大电路基础晶体管图片晶体管图片2.1.1 晶体管的结构晶体管的结构1. . NPN型晶体管结构示意图和符号型晶体管结构示意图和符号(2) 根据使用的半导体材料分为根据使用的半导体材料分为: : 硅管和锗管硅管和锗管 (1) 根据结构分为根据结构分为: NPN型和型和PNP型型晶体管的主要类型晶体管的主要类型NNP发射区发射区集电区集电区基区基区发射极发射极E(e)集电极集电极C(c)发射结发射结JE集电结集电结JC基极基极B(b)NPN型型晶体管晶体管结构示意图结构示意图NPN型型晶体管晶体管符号符号B (b)E(e)TC(c)NNP发射区发射区集电区集电区基区基区发射极发射极E(e)集电极集电极C(c)发射结发射结JE集电结集电结JC基极基极B(b)2. PNP型晶体管结构示意图和符号型晶体管结构示意图和符号符号符号B (b)E(e)TC(c)E(e)发射区发射区集电区集电区基区基区PPNC(c)B(b)JEJC结构示意图结构示意图集电区集电区EBC发射区发射区基区基区(1) 发射区小，掺杂浓度高发射区小，掺杂浓度高。

3. 晶体晶体管的内部结构特点（具有放大作用的内部条件）管的内部结构特点（具有放大作用的内部条件）平面型晶平面型晶体管的结体管的结构示意图构示意图(2) 集电区面积大集电区面积大3) 基区掺杂浓度很低，且很薄基区掺杂浓度很低，且很薄集电区集电区EBC发射区发射区基区基区2.1.2 晶体管的工作原理（以晶体管的工作原理（以NPN型管为例）型管为例）依据两个依据两个PN结的偏置情况结的偏置情况放大状态放大状态饱和状态饱和状态截止状态截止状态倒置状态倒置状态晶体管的工作状态晶体管的工作状态1．．发射结正向偏置、集电结反向偏置发射结正向偏置、集电结反向偏置————放大状态放大状态 原理图原理图电路图电路图+ +––+ +–– (1) 电流关系电流关系a. 发射区向基区扩散电子发射区向基区扩散电子形成发射极电流形成发射极电流IE发射区向基区扩散电子发射区向基区扩散电子称扩散到基区的发射称扩散到基区的发射区多子为非平衡少子区多子为非平衡少子b. 基区向发射区扩散空穴基区向发射区扩散空穴基区向发射区扩散空穴基区向发射区扩散空穴发射区向基区扩散电子发射区向基区扩散电子形成空穴电流形成空穴电流因为发射区的掺杂浓度远大于基区浓度，因为发射区的掺杂浓度远大于基区浓度，空穴电流空穴电流可忽略不记。

可忽略不记基区向发射区扩散空穴基区向发射区扩散空穴发射区向基区扩散电子发射区向基区扩散电子c. 基区电子的扩散和复合基区电子的扩散和复合非平衡少子在非平衡少子在基区复合，形基区复合，形成基极电流成基极电流IBIB非平衡少子向非平衡少子向集电结扩散集电结扩散非平衡少子非平衡少子到达集电区到达集电区d. 集电区收集从发射区扩散过来的电子集电区收集从发射区扩散过来的电子形成发射极电流形成发射极电流ICICIB少子漂移形成反少子漂移形成反向饱和电流向饱和电流ICBOe. 集电区、基区少子相互漂移集电区、基区少子相互漂移集电区少子空集电区少子空穴向基区漂移穴向基区漂移ICBO基区少子电子向基区少子电子向集电区漂移集电区漂移ICIB晶体管的电流分配关系动画演示晶体管的电流分配关系动画演示发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路基极是两个回路的公共端，称这种接法为基极是两个回路的公共端，称这种接法为共基极接法共基极接法 输入回路输入回路输出回路输出回路定义定义称为共基极直流电流放大系数称为共基极直流电流放大系数 ICBOICIB各电极电流之间的关系各电极电流之间的关系 IE=IC+IB ICBOICIB晶体管共射极接法晶体管共射极接法原理图原理图电路图电路图IBICICBO定义定义为共射极直流电流为共射极直流电流放大系数放大系数IBICICBO当当UCE>UCB时时，集电结正偏，发射结反偏，晶体管，集电结正偏，发射结反偏，晶体管仍工作于放大状态。

仍工作于放大状态各电极电流之间的关系各电极电流之间的关系ICEO称为穿透电流称为穿透电流IBICICBO或或的关系的关系由由一般情况一般情况 如果如果 △△UBE >0，，那么那么△△IB >0，， △△IC >0 ，，△△IE >0 当输入回路电压当输入回路电压U 'BE =UBE+ +△△UBE那么那么I 'B =IB+ +△△IBI 'C =IC+ +△△ICI 'E =IE+ +△△IE 如果如果 △△UBE <0，，那么那么△△IB <0，， △△IC <0 ，，△△IE <0 IBICICBO为共基极交流电流放大系数为共基极交流电流放大系数 为共射极交流电流放大系数为共射极交流电流放大系数 定义定义α与与β的关系的关系一般可以认为一般可以认为uBE = ube + UBE(2) 放大原理放大原理设输入信号设输入信号ui=Uimsinωtωt V那么那么iB = ib + IBiC = ic + ICuCE = uce + UCEuce = –icRC其中其中UCE = VCC –ICRC放大电路放大电路TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iEa. 在在RC两端有一个较大的两端有一个较大的交流分量可供输出。

交流分量可供输出uce = – icRCuCE = uce + UCE由由可知可知ui →ib→ic→icRcb. 交流信号的传递过程为交流信号的传递过程为TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iE2．．发射结正向偏置、集电结正向偏置发射结正向偏置、集电结正向偏置————饱和状态饱和状态 (2) IC   b bIB，，IB失去了对失去了对IC的的 控制1) UCE≤UBE，，集电结正向偏集电结正向偏饱和状态的特点饱和状态的特点(3) 集电极饱和电压降集电极饱和电压降UCES较小，小功率硅管为较小，小功率硅管为 0.3~ ~0.5V (5) UCE对对IC的影响大，的影响大，当当UCE增大，增大，IC将随之增加将随之增加4) 饱和时集电极电流饱和时集电极电流(2) IC=ICBO3．．发射结反向偏置、集电结反向偏置发射结反向偏置、集电结反向偏置————截止状态截止状态截止状态的特点截止状态的特点(1) 发射结反偏发射结反偏(3) IB=－－ICBO4．．发射结反向偏置、集电结正向偏置发射结反向偏置、集电结正向偏置————倒置状态倒置状态(1) 集电区扩散到基区的多子较少集电区扩散到基区的多子较少倒置状态的特点倒置状态的特点(2) 发射区收集基区的非平衡少数载流子的能力小发射区收集基区的非平衡少数载流子的能力小(3) 管子的管子的电流放大系数很小电流放大系数很小2.1.3 晶体管共射极接法的伏安特性曲线晶体管共射极接法的伏安特性曲线 1．．共射极输入特性共射极输入特性 共射极输入特性共射极输入特性三极管共射极接法三极管共射极接法uCE=0VuCE≥1V(1) 输入特性是非线性的，输入特性是非线性的， 有死区。

有死区 (2) 当当uBE不变，不变，uCE从零增大从零增大 时，时，iB将将减小输入特性的特点输入特性的特点(3) 当当uCE≥1V，输入特性曲线几乎重合在一起，，输入特性曲线几乎重合在一起， 即即uCE对输入特性几乎无影响对输入特性几乎无影响 uCE=0VuCE≥1V2．．共射极输出特性共射极输出特性 输出特性曲线输出特性曲线饱和区饱和区截止区截止区放大区放大区iB=20μA0406080100246801234iC/ mA uCE/ V 各区的特点各区的特点(1) 饱和区饱和区a. UCE≤UBEb. IC＜＜βIBc. UCE增大增大，， IC 增大增大饱和区饱和区iB=20μA0406080100246801234iC/ mA uCE/ V (3) 截止区截止区a. IB≈0b. IC≈0(2) 放大区放大区a. UCE>UBEb. IC=βIBc. IC与与UCE无关无关饱和区饱和区放大区放大区iB=20μA0406080100246801234iC/ mA uCE/ V NPN管与管与PNP管的区别管的区别iB、、uBE、、iC、、 iE 、、uCE的极性二者相反。

的极性二者相反NPN管电路管电路PNP管电路管电路硅管与锗管的主要区别硅管与锗管的主要区别(3) 锗管的锗管的ICBO比硅管大比硅管大(1) 死区电压约为死区电压约为硅管硅管0 0.5 V锗管锗管0.1 V(2) 导通压降导通压降| |uBE| |约为约为锗管锗管0.3V硅管硅管0 0.7 V2.1.4 晶体管的主要电参数晶体管的主要电参数1. 直流参数直流参数(3) 集电极集电极————基极间反向饱和电流基极间反向饱和电流ICBO (1) 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数(2) 共射极直流电流放大系数共射极直流电流放大系数(4) 集电极集电极————发射极间反向饱和电流发射极间反向饱和电流ICEO 2. 交流参数交流参数 (1) 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数α ββ值与值与iC的的关系曲线关系曲线(2) 共射极交流电流放大系数共射极交流电流放大系数β iCOβ3. 极限参数极限参数(4) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM(1) 集电极开路时发射极集电极开路时发射极————基极间反向击穿基极间反向击穿 电压电压U(BR)EBO (2) 发射极开路时集电极发射极开路时集电极————基极间反向击穿基极间反向击穿 电压电压U(BR)EBO (3) 基极开路时集电极基极开路时集电极————发射极间反向击穿发射极间反向击穿 电压电压U(BR)EBO 不安全区不安全区iCuCEOU (BR)CEOICM安全区安全区(5) 集电极最大允许功率耗散集电极最大允许功率耗散PCM晶体管的安全工作区晶体管的安全工作区等功耗线等功耗线PC=PCM =uCE×iC2.1.5 温度对管子参数的影响温度对管子参数的影响 1．．对对β的影响的影响2．．对对ICBO的影响的影响3．对．对UBE的影响的影响 4．．温度升高，管子的死区电压降低。

温度升高，管子的死区电压降低 思思 考考 题题2. .如何用万用表判别晶体管的类型和电极？如何用万用表判别晶体管的类型和电极？3. 晶体管能够放大的内部和外部条件各是什么？晶体管能够放大的内部和外部条件各是什么？1. 晶体管的发射极和集电极是否可以调换使用？晶体管的发射极和集电极是否可以调换使用？4. 晶体管工作在饱和区时，其电流放大系数是否与晶体管工作在饱和区时，其电流放大系数是否与其工作在放大区时相同？其工作在放大区时相同？。