医学电子学基础半导体三极管.ppt

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1、第二节半导体三极管,(1-2),一. 基本结构,三层半导体, 两个PN结。,基极,发射极,集电极,NPN型,PNP型,(1-3),基区：最薄，掺杂浓度最低,发射区：掺杂浓度最高,结构特点：,集电区：面积最大,二. 图形符号,NPN型三极管,PNP型三极管,(1-4),三.电流放大原理(以NPN管为例),若:UCUBUE, :直流电流放大系数,:交流电流放大系数,三极管处在放大状态时,二者的数值近似相等。因此,在以后的计算中,一般取：, ,三极管具有放大电流作用的外部条件是:,电流变化量,发射结正偏, 集电结反偏。, e 结正偏,c 结反偏,则电路特点：IE = IC IB,(1-5),三极管内

2、部载流子的运动规律,因发射结正偏，发射区电子向基区扩散，从EB、EC“”补充电子，形成IE,进入P 区的电子少部分与基区的空穴复合，被EB “+”吸引，形成IB,因PN结反偏，C旁边的电子漂移进入集电区而被EC “+”收集，形成IC,多数扩散到集电结旁边。,三极管具有放大电流作用的内部条件是：,基区的厚度及其掺杂浓度。,(1-6),四.开关特性,(以NPN管共e 极为例),(1)当UBUCUE , e 结正偏,c 结正偏则电路特点：UCE 0, ICEC/RC , 且IBIC 无电流放大作用, 称为饱和状态这时三极管CE端相当于接通。原因:两个PN结均导通。(2)当UCUEUB ,e结反偏,c

3、结反偏:则电路特点：IB 0 , IC0 , UCE EC 无电流放大作用, 称为截止状态这时三极管CE端相当于断开。原因:两个PN结均截止 。,(1-7),硅管UBE0.60.7 V 锗管UBE 0.20.3V放大状态,死区电压：硅管0.5V锗管0.2V,放大状态时:UBE越大, IB越大,五.特性曲线1、输入特性(IB UBE/UCE=constant)当UCE 1V时：,一旦硅管UBE0.7 V, 锗管UBE 0.3VIB越大, UBE不变饱和状态,UBE死区电压: IB 0 , IC0 截止状态,(1-8),2、输出特性(IC UCE/IB=constant),ICEO,3、三极管的放

4、大状态与开关特性的判断三极管可工作在三个区域：饱和区、截止状区、放大区,饱和区,截止区,放大区,(1-9),特点: UCE 0, ICEC/RC , 且IBIC,(1)饱和区:,UCE UBE区域 , 发射结e 正偏 , 集电结c正偏。,这时三极管CE端相当于:一个接通的开关。如何判断是否饱和？方法1:UB UC UE 方法2: IBICS则三极管可靠饱和其中:ICS为UCE0的IC本图中： ICS=EC/RC,(1-10),(2) 截止区：,UBE0,IB 0区域,发射e结反偏,集电c结反偏,特点:UBE 0 , IB0, IC0, UCEEC,这时三极管C 、 E端相当于:一个断开的开关。

5、如何判断是否截止？方法1: UBE 0 方法2: UC UE UB则三极管可靠截止,(1-11),(3) 放大区：,特点： IC=IB , 且 IC = IB ，,UCEECIC RC,IC=IB区域，发射结e正偏，集电结c反偏,(1-12),判断是否放大的方法：方法1:先判断是否截止？再判断是否饱和？若既不是截止，也不是饱和，那就是放大。 方法2: UC UB UE,特点： IC=IB , 且 IC = IB ，UCEECIC RC,注意：分析PNP管时，须将所有的电压电流方向、大于小于号方向反过来。,这时三极管C 、 E端相当于:一个受电流控制的恒流源。,(1-13),(4.) 过损耗区(

6、晶体管不能工作的区域) UCEICPCM的区域,过损耗区：UCEICPCM,(1-14),直流电流放大倍数：,交流电流放大倍数：,例：UCE=6V时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。,在以后的计算中，一般作近似处理： ,六、主要参数1. 电流放大倍数,(1-15),2.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,3.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。,注意：ICEO=(1+)ICBO,

7、(1-16),4.集电极最大电流ICM 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 。5.集-射极反向击穿电压 当集-射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO 。6. 集电极最大允许功耗PCM 若集电极电流通过集电结时所产生的功耗PC=ICVCE 过大，温升过高会烧坏三极管。所以要求： PC =IC VCEPCM,(1-17),由三个极限参数可画出三极管的安全工作区,ICVCE=PCM,安全工作区,(1-18),例1： =50， USC =12V， RB =70k，

8、RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？,当USB =-2V时：,此时： IB=0 ， IC=0,IC最大饱和电流：,Q位于截止区,(1-19),例2： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？,此时： IC0.95mA。Q位于放大区。,USB =2V时：,IB500.0190.95mA,ICmax2mA,(1-20),USB =5V时:,例3： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？,此时：ICICmax2mA。 IC 和IB 已不是 倍的关系。Q 位于饱和区。,IB500.0613.05mA, ICmax2mA,