《晶体三极管》课件.ppt
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1、第第 2 章晶体三极管章晶体三极管概述概述放大模式下晶体三极管的工作原理放大模式下晶体三极管的工作原理晶体三极管的其他工作模式晶体三极管的其他工作模式埃伯尔斯埃伯尔斯莫尔模型莫尔模型晶体三极管伏安特性曲线晶体三极管伏安特性曲线晶体三极管小信号电路模型晶体三极管小信号电路模型晶体三极管电路分析方法晶体三极管电路分析方法晶体三极管的应用原理晶体三极管的应用原理1 1三极管图片2 2概概 述述 三极管结构及电路符号三极管结构及电路符号发射极发射极 E基极基极 BPNN+集电极集电极 C发射极发射极 E基极基极 BNPP+集电极集电极 C发射结发射结集电结集电结第第 2 章晶体三极管章晶体三极管主要特
2、性:主要特性:在满足内部结构的基础上,与工作模式有关。在满足内部结构的基础上,与工作模式有关。BCENPNTBCEPNPT3 3 三极管三种工作模式三极管三种工作模式发射结发射结正正偏,集电结偏,集电结反反偏。偏。放大模式:放大模式:发射结发射结正正偏,集电结偏,集电结正正偏。偏。饱和模式:饱和模式:发射结发射结反反偏,集电结偏,集电结反反偏。偏。截止模式:截止模式:注意:注意:三极管具有三极管具有正向受控正向受控作用,除了满足内部结构特作用,除了满足内部结构特点外,还必须满足点外,还必须满足放大模式放大模式的外部工作条件。的外部工作条件。三极管内部结构特点三极管内部结构特点1)发射区高掺杂:
3、发射区高掺杂:以提供足够多的载流子。以提供足够多的载流子。2)基区很薄:基区很薄:以便于载流子通过。以便于载流子通过。3)集电结面积大:集电结面积大:以利于载流子的收集。以利于载流子的收集。第第 2 章晶体三极管章晶体三极管正向受控作用正向受控作用受控开关特性受控开关特性 4 4放大模式下三极管工作原理放大模式下三极管工作原理内部载流子传输过程内部载流子传输过程 PNN+-+-+V1V2R2R1IEnIEpIBBICnICBOIEIE=IEn+IEpICIC=ICn+ICBOIBIB=IEp+IBB-ICBO=IEp+(IEn-ICn)-ICBO=IE-IC第第 2 章晶体三极管章晶体三极管5
4、 5q 发射结正偏:发射结正偏:保证发射区向基区发射多子。保证发射区向基区发射多子。发射区掺杂浓度发射区掺杂浓度 基区掺杂浓度基区掺杂浓度:减少基区向发射:减少基区向发射区发射的多子,提高发射效率。区发射的多子,提高发射效率。q 基基区区的的作作用用:将将发发射射到到基基区区的的多多子子,自自发发射射结结传传输输到集电结边界。到集电结边界。基基区区很很薄薄:可可减减少少多多子子传传输输过过程程中中在在基基区区的的复复合合机机会,保证绝大部分载流子扩散到集电结边界。会,保证绝大部分载流子扩散到集电结边界。q 集集电电结结反反偏偏且且集集电电结结面面积积大大:保保证证扩扩散散到到集集电电结结边边界
5、界的载流子全部漂移到集电区,形成受控的集电极电流。的载流子全部漂移到集电区,形成受控的集电极电流。第第 2 章晶体三极管章晶体三极管只有发射区中的多子通过发射、复合和收集而将电流只有发射区中的多子通过发射、复合和收集而将电流IEn转化转化为为ICn,形成,形成正向受控正向受控作用;其他电流则为寄生电流。作用;其他电流则为寄生电流。6 6 三极管特性三极管特性具有正向受控作用具有正向受控作用即即三三极极管管输输出出的的集集电电极极电电流流 IC,主主要要受受正正向向发发射射结结电压电压 VBE 的控制,而与反向集电结电压的控制,而与反向集电结电压 VCE 近似无关。近似无关。注意:注意:NPN
6、型管型管与与 PNP 型管型管工作原理相似,但由于它们工作原理相似,但由于它们形成电流的载流子性质不同,结果导致各极电流形成电流的载流子性质不同,结果导致各极电流方向相反,加在各极上的电压极性相反。方向相反,加在各极上的电压极性相反。V1NPP+PNN+V2V2V1+-+-+-+-+IEICIBIEICIB第第 2 章晶体三极管章晶体三极管7 7q 观察输入信号作用在哪个电极上,输出信号从哪个电观察输入信号作用在哪个电极上,输出信号从哪个电极取出,此外的另一个电极即为组态形式。极取出,此外的另一个电极即为组态形式。电流传输方程电流传输方程 三极管的三种连接方式三极管的三种连接方式三种组态三种组
7、态BCEBTICIEECBETICIBCEBCTIEIB(共发射极共发射极)(共基极共基极)(共集电极共集电极)q 放大电路的组态是针对交流信号而言的。放大电路的组态是针对交流信号而言的。第第 2 章晶体三极管章晶体三极管8 8 共基极直流电流传输方程共基极直流电流传输方程BCEBTICIE直流电流传输系数:直流电流传输系数:直流电流传输方程:直流电流传输方程:共发射极直流电流传输方程共发射极直流电流传输方程ECBETICIB直流电流传输方程:直流电流传输方程:第第 2 章晶体三极管章晶体三极管9 9 的物理含义:的物理含义:表示,受发射结电压控制的电流表示,受发射结电压控制的电流 成分成分I
8、B+ICBO,对集,对集电极正向受控电流电极正向受控电流 ICn=IC-ICBO的控制能力。的控制能力。若忽略若忽略 ICBO,则:,则:ECBETICIB 可见,可见,为共发射极电流放大系数。为共发射极电流放大系数。第第 2 章晶体三极管章晶体三极管1010 ICEO 的物理含义:的物理含义:ICEO 指基极开路时,集电指基极开路时,集电极直通到发射极的电流。极直通到发射极的电流。因为因为IB=0IEPICBOICnIEn+_VCENPN+CBEICEOIB=0 所以所以IEp+(IEn-ICn)=IE-ICn=ICBO因此因此第第 2 章晶体三极管章晶体三极管IB=IEp+IBB-ICBO
9、=IEp+(IEn-ICn)-ICBO=IE-IC1111三极管的正向受控作用,服从指数函数关系式:三极管的正向受控作用,服从指数函数关系式:放大模式下三极管的模型放大模式下三极管的模型 数学模型数学模型(指数模型指数模型)IS 指指发发射射结结反反向向饱饱和和电电流流 IEBS 转转化化到到集集电电极极上上的的电电流流值,它不同于二极管的反向饱和电流值,它不同于二极管的反向饱和电流 IS。式中式中第第 2 章晶体三极管章晶体三极管1212 放大模式直流简化电路模型放大模式直流简化电路模型ECBETICIB共发射极共发射极VBE(on)为发射结导通电压,工程上一般取:为发射结导通电压,工程上一
10、般取:硅管硅管 VBE(on)=0.7 V锗管锗管 VBE(on)=0.25 V第第 2 章晶体三极管章晶体三极管电路模型电路模型VBE+-ECBEICIBIB VCE+-直流简化电路模型直流简化电路模型VBE(on)ECBEICIBIB+-+-VCE1313v 三极管参数的温度特性三极管参数的温度特性q 温度每升高温度每升高 1 C,/增大增大 0.5%1%,即,即q 温度每升高温度每升高 1 C,VBE(on)减小减小(2 2.5)mV,即即q 温度每升高温度每升高 10 C,ICBO 增大一倍,即增大一倍,即第第 2 章晶体三极管章晶体三极管q /受受温度影响最大。温度影响最大。1414
11、PNN+V1V2R2R1晶体三极管的其他工作模式晶体三极管的其他工作模式饱和模式饱和模式(E 结正偏,结正偏,C 结正偏结正偏)-+IF FIF+-IR RIRIE=IF-RIRICIC=FIF-IRIE 结论:结论:三极管失去正向受控作用。三极管失去正向受控作用。第第 2 章晶体三极管章晶体三极管1515 饱和模式直流简化电路模型饱和模式直流简化电路模型ECBETICIB共发射极共发射极硅管硅管,一般取一般取VBE(sat)VBE(on)=0.7 VVBC(sat)VBC(on)=0.4 V电路模型电路模型VBE+-ECBEICIB+-VCE(sat)直流简化电路模型直流简化电路模型VBE(
12、sat)ECBEICIB+-+-VCE(sat)饱和导通电压与放大模式下的导通电压近似相等。饱和导通电压与放大模式下的导通电压近似相等。即三极管工作于饱和模式时,相当于开关闭合。即三极管工作于饱和模式时,相当于开关闭合。第第 2 章晶体三极管章晶体三极管若忽略饱和压降,三极管输出端近似短路。若忽略饱和压降,三极管输出端近似短路。通常,饱和压降通常,饱和压降 VCE(sat)硅管硅管 VCE(sat)0.3 V锗管锗管 VCE(sat)0.1 V1616截止模式截止模式(E 结反偏,结反偏,C 结反偏结反偏)若忽略反向饱和电流,三极管若忽略反向饱和电流,三极管 IB 0,IC 0。即三极管工作于
13、截止模式时,相当于开关断开。即三极管工作于截止模式时,相当于开关断开。ECBETICIB共发射极共发射极电路模型电路模型VBE+-ECBEICIB 截止模式直流简化电路模型截止模式直流简化电路模型直流简化电路模型直流简化电路模型ECBEIC 0IB 0第第 2 章晶体三极管章晶体三极管1717埃伯尔斯埃伯尔斯莫尔模型莫尔模型埃埃伯伯尔尔斯斯莫莫尔尔模模型型是是三三极极管管通通用用模模型型,它它适适用用于任何工作模式。于任何工作模式。IE=IF-RIRIC=FIF-IR其中其中ECBIEIF RIRIC FIFIRIB第第 2 章晶体三极管章晶体三极管1818晶体三极管伏安特性曲线晶体三极管伏安
14、特性曲线伏安特性曲线是三极管伏安特性曲线是三极管通用通用的曲线模型,它适用的曲线模型,它适用于于任何任何工作模式。工作模式。IB=f1E(VBE)VCE=常数常数IC=f2E(VCE)IB=常数常数共发射极共发射极输入特性:输入特性:输出特性:输出特性:+-TVCEIBVBEIC+-第第 2 章晶体三极管章晶体三极管1919三极管特性测试实验线路三极管特性测试实验线路ICmA AVVCEVBERBIBECEBVRcbce2020 输入特性曲线输入特性曲线VBE/VVCE=0IB/AVBE(on)0.3V10 VOV(BR)BEOIEBO+ICBOq VCE 一定:一定:类似二极管伏安特性。类似
15、二极管伏安特性。q VCE 增加:增加:正向特性曲线略右移。正向特性曲线略右移。由于由于 VCE=VCB+VBEWB WBEBC基区宽度调制效应基区宽度调制效应注:注:VCE 0.3 V 后,曲线移动可忽略不计。后,曲线移动可忽略不计。因此当因此当 VBE 一定时:一定时:VCEVCB 复合机会复合机会 IB 曲线右移。曲线右移。第第 2 章晶体三极管章晶体三极管2121 输出特性曲线输出特性曲线q 饱和区饱和区(VBE 0.7 V,VCE 0.3 V)IC/mAVCE/VOIB=40 A30 A20 A10 A0特点特点条件条件发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏VCE曲线略上翘曲线略上
16、翘具有正向受控作用具有正向受控作用满足满足 IC=IB+ICEO说明说明IC/mAVCE/VOVA上翘程度上翘程度取决于厄尔利电压取决于厄尔利电压 VA上翘原因上翘原因基区宽度调制效应基区宽度调制效应(VCE IC 略略)第第 2 章晶体三极管章晶体三极管2323在考虑三极管基区宽度调制效应时,电流在考虑三极管基区宽度调制效应时,电流 IC 的修正方程的修正方程基宽基宽 WB 越小越小调制效应对调制效应对 IC 影响越大影响越大则则 VA 越小。越小。与与 IC 的关系:的关系:ICO 在在 IC 一定范围内一定范围内 近似为常数。近似为常数。IC 过小过小使使 IB 造成造成 。IC 过大过
17、大发射效率发射效率 造成造成 。考虑上述因素,考虑上述因素,IB 等量增加时,等量增加时,ICVCEO输出曲线不再等间隔平行上移。输出曲线不再等间隔平行上移。第第 2 章晶体三极管章晶体三极管2424q 截止区截止区(VBE 0.5 V,VCE 0.3 V)IC/mAVCE/VOIB=40 A30 A20 A10 A0特点:特点:条件:条件:发射结反偏,集电结反偏。发射结反偏,集电结反偏。IC 0,IB 0近似为近似为 IB 0 以下区域以下区域 严格说,截止区应是严格说,截止区应是 IE=0 即即 IB=-ICBO 以下的区域。以下的区域。因为因为 IB 在在 0 -ICBO 时,仍满足时,
18、仍满足第第 2 章晶体三极管章晶体三极管2525q 击穿区击穿区特点:特点:VCE 增大到一定值时,集电结反向击穿,增大到一定值时,集电结反向击穿,IC 急剧增大。急剧增大。V(BR)CEO集电结反向击穿电压,随集电结反向击穿电压,随 IB 的增大而减小。的增大而减小。注意:注意:IB=0 时,击穿电压为时,击穿电压为 V(BR)CEOIE=0 时,击穿电压为时,击穿电压为 V(BR)CBOV(BR)CBO V(BR)CEOIC/mAVCE/VOIB=40 A30 A20 A10 A0IB=-ICBO(IE=0)V(BR)CBO第第 2 章晶体三极管章晶体三极管2626q 三极管安全工作区三极
19、管安全工作区ICVCEOV(BR)CEOICMPCM 最大允许集电极电流最大允许集电极电流 ICM(若若 IC ICM 造成造成 )反向击穿电压反向击穿电压 V(BR)CEO(若若 VCE V(BR)CEO 管子击穿管子击穿)VCE PCM 烧管烧管)PC PCM 要求要求IC ICM 第第 2 章晶体三极管章晶体三极管2727放放大大电电路路小小信信号号作作用用时时,在在静静态态工工作作点点附附近近的的小小范范围围内内,特特性性曲曲线线的的非非线线性性可可忽忽略略不不计计,近近似似用用一一段段直直线线来来代代替替,从从而而获获得得一一线线性性化化的的电电路路模模型型,即即小小信信号号(或微变
20、或微变)电路模型。电路模型。晶体三极管小信号电路模型晶体三极管小信号电路模型三三极极管管作作为为四四端端网网络络,选选择择不不同同的的自自变变量量,可可以以形形成成多多种种电电路路模模型型。最最常常用用的的是是混混合合 型型小小信信号号电电路路模型。模型。第第 2 章晶体三极管章晶体三极管2828 混合混合型电路模型的引出型电路模型的引出基区体电阻基区体电阻发射结电阻与电容发射结电阻与电容集电结电阻与电容集电结电阻与电容反映三极管正向受反映三极管正向受控作用的电流源控作用的电流源由基区宽度调制效由基区宽度调制效应引起的输出电阻应引起的输出电阻ibicbcerbb rb ecb ecb crb
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