双极型半导体三极管.ppt

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1、2.1双极型半导体三极管双极型半导体三极管2.1.1 三极管的结构三极管的结构2.1.2 三极管的工作原理三极管的工作原理2.1.3 三极管的伏安特性三极管的伏安特性2.1.4 三极管的主要参数三极管的主要参数三极管概述三极管概述三极管概述三极管概述两种载流子（空穴和自由电子）参与导电。两种载流子（空穴和自由电子）参与导电。通常简称为三极管、晶体管通常简称为三极管、晶体管或或BJT（即（即 Bipolar Junction Transistor）。）。依靠一种载流子（多子）导电。依靠一种载流子（多子）导电。依靠电场效应工作，故通常称为场效应管，依靠电场效应工作，故通常称为场效应管，简称简称FE

2、T（即（即 Field Effect Transistor）。）。双极型三极管双极型三极管单极型三极管单极型三极管半半导导体体三三极极管管半导体三极管常见外形半导体三极管常见外形2.1.1 三极管的结构三极管的结构ECBNPN 型型结构特点结构特点发射区掺杂浓度很高发射区掺杂浓度很高基区薄且掺杂浓度很低基区薄且掺杂浓度很低集电结面积大集电结面积大+ECBPNP 型型2.1.2 三极管的工作原理三极管的工作原理三极管由两个三极管由两个PN结结构成。构成。根据根据PN结结偏置方式的不同，三极管有四种工作状偏置方式的不同，三极管有四种工作状态态：一、三极管的四种工作状一、三极管的四种工作状态态及其偏

3、置条件及其偏置条件当当发发射射结结正偏、集正偏、集电结电结反偏反偏时时，工作于放大状，工作于放大状态态；当当发发射射结结和集和集电结电结均正偏均正偏时时，工作于，工作于饱饱和状和状态态；当当发发射射结结和集和集电结电结均反偏均反偏时时，工作于截止状，工作于截止状态态。当当发发射射结结反偏、集反偏、集电结电结正偏正偏时时，工作于倒置状，工作于倒置状态态。实际实际常用的工作状常用的工作状态为态为前三种。前三种。1.偏置条件：偏置条件：发发射射结结正偏、集正偏、集电结电结反偏反偏共共发发射极放大射极放大电电路路 二、放大状态二、放大状态 发发射区向基区射区向基区发发射多子，射多子，其中其中极少部分在

4、基区复合形极少部分在基区复合形成成电电流流IBN，而而绝绝大部分被集大部分被集电电区收集形成区收集形成电电流流 ICN。IB=IBN ICBO IBN I C=ICN +ICBO ICN I C 和和 IB由由IE按一定按一定比例分配得到。比例分配得到。2.载流子运动规律与电流分配关系载流子运动规律与电流分配关系穿透电流穿透电流IE=IC+IB 通通常常用用 表表示示这这种种电电流流分分配配关关系系。称称为为共共发发射射极极直流电流放大系数，反映三极管的电流放大能力直流电流放大系数，反映三极管的电流放大能力。二、放大状态二、放大状态 续续 若若VBB有增量有增量VBB，则则UBE变为变为（UB

5、EUBE）；）；I E变变化化为为（I EIE）；根据分配比例，）；根据分配比例，IB、IC分分别变为别变为（IBIB）和（和（ICIC）。）。定定义义：3.电流放大的原理电流放大的原理称称为为共共发发射极交流射极交流电电流放大系数流放大系数二、放大状态二、放大状态 续续其其值值通通常常在在20200之之间间，因因此此输输出出电电流流信信号号IC远远大大于于输输入入电电流流信信号号IB，三三极极管管具有具有电电流放大作用。流放大作用。放大状放大状态态下，下，且且几乎为常数，一般不加区分。几乎为常数，一般不加区分。集电结正偏不利集电结正偏不利于集电区收集电子，于集电区收集电子，发射区扩散到基区的

6、发射区扩散到基区的电子中将有较多的在电子中将有较多的在基区复合形成基区复合形成IB，IC不不像放大状态时那样按像放大状态时那样按比例得到，比例得到，将失去电将失去电流放大能力。流放大能力。1.偏置条件：偏置条件：发发射射结结和集和集电结电结均正偏均正偏二、饱和状态二、饱和状态2.工作原理工作原理二、饱和状态二、饱和状态 续续 饱饱和和压压降降用用UCES 表示，表示，对对NPN型型硅管硅管 UCES C、E之之间压间压降很小降很小 等效等效为为开关合上开关合上三极管不具有放大作用三极管不具有放大作用3.工作特点工作特点三、截止状态三、截止状态1.偏置条件：偏置条件：发发射射结结和集和集电结电结

7、均反偏均反偏 IB 0、IC 0、IE 0，三极管不具有放大作用，三极管不具有放大作用，集射极集射极间间等效等效为为开关断开开关断开2.工作特点：工作特点：n 三极管主要作用：放大三极管主要作用：放大 实现实现放大的条件：内部条件：放大的条件：内部条件：发发射区高射区高掺杂掺杂，基区很薄且，基区很薄且 低低掺杂掺杂，集，集电结电结面面积较积较大。大。外部条件：外部条件：发发射射结结正偏，正偏，集集电结电结反偏。反偏。放大原理：放大原理：发发射区向基区射区向基区发发射多子，其中的极少部分在基区射多子，其中的极少部分在基区 复合形成复合形成电电流流IB，而，而绝绝大部分被集大部分被集电电区收集形成

8、区收集形成 电电流流IC，电电流分配关系流分配关系为为IC IB。很大，因此很大，因此 当当I IB B有微小的有微小的变变化化I IB B 时时，I IC C相相应应地就有地就有较较大的大的 变变化化I IC C=I IB B ，从而，从而实现实现了了电电流放大作用。流放大作用。*小结n 三极管常用工作状三极管常用工作状态态：放大、：放大、饱饱和、截止。和、截止。工作于哪种状工作于哪种状态态由由发发射射结结和集和集电结电结的偏置的偏置 方式决定。只有在放大状方式决定。只有在放大状态态才有放大作用，才有放大作用，饱饱和和时时C、E之之间间近似近似为为开关合上，截止开关合上，截止时时 C、E之之

9、间间近似近似为为开关开关断开。断开。NPN硅管的硅管的典型输入特性曲线典型输入特性曲线2.1.3 三极管的伏安特性三极管的伏安特性一、输入特性一、输入特性iCRCVCCiBIERB+uBE+uCE VBBCEB+当当uCE 1V时，时，输入特性曲线基本重合。输入特性曲线基本重合。导通电压导通电压 UBE(on)硅管：硅管：(0.6 0.8)V锗管：锗管：(0.2 0.3)V取取 0.7 V取取 0.2 VNPN硅管的硅管的典型输出特性曲线典型输出特性曲线二、输出特性二、输出特性n 饱和区特点：饱和区特点：靠近纵轴，靠近纵轴，I C基本不受基本不受IB控制，而控制，而 随着随着UCE 减小迅速减

10、小。减小迅速减小。UCES：NPN硅管硅管，NPN锗锗管管iCRCVCCiBIERB+uBE+uCE VBBCEB+n 放大区特点：放大区特点：特性曲特性曲线线几乎与横几乎与横轴轴平行平行且且间间隔均匀。隔均匀。因此因此具有恒流具有恒流输输出和出和电电流流线线性放大特点。性放大特点。IC=IB二、输出特性二、输出特性iCRCVCCiBIERB+uBE+uCE VBBCEB+NPN管的管的典型输出特性曲线典型输出特性曲线n 截止区特点：截止区特点：靠近横轴，靠近横轴，IB 0的区域，的区域，IC 0 二、输出特性二、输出特性iCRCVCCiBIERB+uBE+uCE VBBCEB+由由IB=0

11、曲线曲线可读得可读得 IC=ICEO 的值的值工程上，通常将工程上，通常将UCE 作作为为NPN型型硅管放大硅管放大和和饱饱和的分界和的分界线线，即即认为认为：当当UCE 时时NPN型型硅管工作于硅管工作于饱饱和状和状态态，当，当UCE 时则时则工作于放大状工作于放大状态态。讨论：怎样区分是讨论：怎样区分是放大放大导导通通还还是是饱饱和和导导通？通？*讨论：讨论：为何放大区的为何放大区的输出曲线输出曲线略向上略向上倾倾斜？斜？由于由于uCEuCBuBE而而uBE基本不基本不变变，因此当因此当uCE增大增大时时，uCB随之随之增加，使集增加，使集电结变宽电结变宽，基区，基区宽宽度减小，基区内度减

12、小，基区内载载流子的复合流子的复合机会减小，若要机会减小，若要维维持相同的持相同的iB，就要求，就要求发发射区射区发发射更多的多子到射更多的多子到基区，因此基区，因此iC会增大，会增大，这这种种现现象称象称为为基区基区宽宽度度调调制效制效应应。iCRCVCCiBIERB+uBE+uCE VBBCEB+讨论：讨论：NPN和和PNP管共射极电路及其伏安特性有何异同？管共射极电路及其伏安特性有何异同？NPN硅管硅管PNP锗锗管管电电源极性相反源极性相反电电流方向相反流方向相反但都要但都要满满足：足：发发射射结结正偏，正偏，集集电结电结反偏。反偏。NPN和和PNP管共射极电路及其伏安特性有何异同？管共

13、射极电路及其伏安特性有何异同？NPN硅管硅管PNP锗锗管管 已知某放大器中三极管电极电位分别为已知某放大器中三极管电极电位分别为U1，U2，U3=12V，试确定，试确定B、E、C极，并判断是极，并判断是NPN型还是型还是PNP型管，是硅管还是锗管。型管，是硅管还是锗管。解：解：由于由于 U2U1 UB UE PNP 管管UC UB U(BR)CEO U(BR)EBO例：例：已知已知:ICM=20 mA,PCM=100 mW，U(BR)CEO =20 V，则，则 UCE=10 V 时，时，IC 应应 mA UCE=1 V时，时，IC应应 mAIC=2 mA时，时，UCE应应 V 102020解解

14、:(1)*例例某某BJT的输出特性曲线如图所示，试求：（的输出特性曲线如图所示，试求：（1）ICM、PCM、U（BR）CEO和和UA值；（值；（2）计算）计算Q1(6V,2mA)处的处的 。UA称称为为厄厄尔尔利利电压电压 解续解续:(2)*例例某某BJT的输出特性曲线如图所示，试求：（的输出特性曲线如图所示，试求：（1）ICM、PCM、U（BR）CEO和和UA值；（值；（2）计算）计算Q1(6V,2mA)处的处的 。在在Q1处处，3mA-2mA=1mA，因此，因此2.1复习要点复习要点1.三极管三种工作状态的偏置条件与工作特点。三极管三种工作状态的偏置条件与工作特点。1.了解三极管结构，理解其工作原理及电流放大作用。了解三极管结构，理解其工作原理及电流放大作用。2.掌握三极管的电路符号、伏安特性、主要参数掌握三极管的电路符号、伏安特性、主要参数,3.掌握三种工作状态的偏置条件与工作特点。掌握三种工作状态的偏置条件与工作特点。3.了解三极管电路三种组态的概念。了解三极管电路三种组态的概念。主要要求：主要要求：重点：重点：2.通通过过多多练习练习，掌握三种工作状，掌握三种工作状态态的判的判别别，并初步，并初步 掌握三极管的掌握三极管的选选用。用。作业：作业：