《双极型晶体管》PPT课件.ppt

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1、（学时数：（学时数：10）2.12.1双极型晶体三极管双极型晶体三极管2.1.1 BJT的工作原理的工作原理 2.1.2 BJT的静态特性曲线的静态特性曲线 2.1.3 BJT主要参数主要参数 2.1.4 BJT小信号模型小信号模型2.22.2结型场效应管结型场效应管 2.2.1 JFET的结构和工作原理的结构和工作原理 2.2.2 JFET的特性曲线及参数的特性曲线及参数 2.2.3 JFET的小信号模型的小信号模型2.32.3金属氧化物半导体场效应管金属氧化物半导体场效应管2.3.1 N沟道增强型沟道增强型MOSFET工作原理工作原理 2.3.2 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOSFET工作原理

2、工作原理 2.3.3 MOSFET小信号模型小信号模型 2.3.4 场效应晶体管与双极型晶体管的比较场效应晶体管与双极型晶体管的比较2.1 双极型晶体三极管双极型晶体三极管BJT双极型三极管：双极型三极管：B Bipolaripolar J Junction unction T Transistorransistor只有一种极性的载流子参与导电只有一种极性的载流子参与导电.三三极极管管有两种极性的载流子参与导电有两种极性的载流子参与导电.单极型三极管单极型三极管(场效应管场效应管)：F Field ield E Effect ffect T Transistorransistor按工作频率分：

3、高频管、低频管按工作频率分：高频管、低频管按功率分：小、中、大功率管按功率分：小、中、大功率管按材料分：硅管、锗管按材料分：硅管、锗管按结构分：按结构分：NPN型、型、PNP型型BJT的类型：的类型：一、一、BJT的结构和工作原理的结构和工作原理二、二、BJT的静态特性曲线的静态特性曲线三、三、BJT的主要参数的主要参数四、四、BJT的交流小信号模型的交流小信号模型一、一、BJT的结构和工作原理的结构和工作原理1、什么叫电流放大？为什么、什么叫电流放大？为什么BJT具有电流放大作用？具有电流放大作用？2、如何构建外部电路使、如何构建外部电路使BJT实现电流放大的功能？实现电流放大的功能？4、B

4、JT有几种工作状态？如何判断电路中有几种工作状态？如何判断电路中BJT的工作状态？的工作状态？问题：问题：3、BJT处于放大状态时三个电极的电位关系和电流关系处于放大状态时三个电极的电位关系和电流关系是怎样的？如何判断管子的类型以及各管脚对应的电极？是怎样的？如何判断管子的类型以及各管脚对应的电极？BJT是由两个是由两个PN结构成的三端器件，结构成的三端器件，有两种有两种基本类型基本类型:NPN型和型和PNP型。型。+两者除了电源极性不同外，工作原理都是相同的，两者除了电源极性不同外，工作原理都是相同的，NPN管性能优管性能优于于PNP管，应用更广泛，故重点讨论管，应用更广泛，故重点讨论NPN

5、管。管。（一）（一）BJT的结构和符号的结构和符号基区基区发射区射区集集电区区发射射结集集电结发射极射极基极基极集集电极极注意区分两者的符号注意区分两者的符号箭箭头方向表示方向表示电流的流的实际方向方向 BJT结构特点：结构特点：（1 1）发射区高射区高掺杂；（2 2）基区很薄，一般在几微米至几十微米；且）基区很薄，一般在几微米至几十微米；且掺杂浓度很低；度很低；（3 3）集）集电区区掺杂浓度低于度低于发射区，且面射区，且面积大大.管芯管芯结构剖面构剖面图发射区射区基基区区集电集电区区+是是BJT具有具有电流放大作用的内部原因。流放大作用的内部原因。要使要使BJT实现放大功实现放大功能，还必须

6、构建外部能，还必须构建外部电路，给电路，给BJT加上适加上适当的直流偏置，让它当的直流偏置，让它处于放大状态。处于放大状态。（二）（二）BJT的三种基本的三种基本组态组态：共射极共射极组态，用用CE表示表示；共基极共基极组态，用用CB表示；表示；共集共集电极极组态，用用CC表示。表示。（三）（三）BJT的偏置方式与工作状态的偏置方式与工作状态工作工作状态状态PNPN结的偏置情况结的偏置情况各极的各极的电位关系电位关系放大放大 NPN：PNP：饱和饱和 NPN：PNP：截止截止 NPN：PNP：倒置倒置 NPN：PNP：EBCUUU EBCUUU ；CBUU EBUU ；CBUU ；CBUU E

7、BUU ；CBUU EBCUUU UBUE；PNP管各极的电位关系：管各极的电位关系：UCUBUBUE；PNP管各极的电位关系：管各极的电位关系：UCUBUE；2、发射结正向压降、发射结正向压降:|U UBEBE|=0.7=0.7（0.60.6）V V （硅管）（硅管）（硅管）（硅管）|U UBEBE|=0.3=0.3（0.20.2）V V（锗管）（锗管）（锗管）（锗管）7.5V3.9V3.2VBCENPN型硅管。型硅管。例题：测得放大电路中的某只晶体管三个例题：测得放大电路中的某只晶体管三个管脚的电位如图所示：试判断各个管脚对管脚的电位如图所示：试判断各个管脚对应的电极，晶体管的结构类型及材

8、料。应的电极，晶体管的结构类型及材料。可识别发射极（所剩者即为集电极）；并判断管子材料；可识别发射极（所剩者即为集电极）；并判断管子材料；可识别管子类型可识别管子类型（NPN/PNP）。）。bce RC ECEBRbIBICIE（四）放大偏置时（四）放大偏置时BJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程给给NPN型型BJT加适当的偏置加适当的偏置：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。bceRbEBRC ECbceRbEBRCECNPN1、发射区向基区注入大量电子、发射区向基区注入大量电子2、电子在基区的复合和继续扩散、电子在基区的复合和继续扩散IEnIEPIB1发射结发射结正偏正

9、偏因浓度差，发射区的大量电子经发射因浓度差，发射区的大量电子经发射结扩散注入基区，形成电子流结扩散注入基区，形成电子流基区空穴扩散注入发射区基区空穴扩散注入发射区从发射区扩散到基区的电子成为基区从发射区扩散到基区的电子成为基区的的非平衡少子非平衡少子，极少数电子与基区的，极少数电子与基区的空穴复合，形成复合电流空穴复合，形成复合电流绝大部分电子继续扩散到达集电结附近。绝大部分电子继续扩散到达集电结附近。IB1IEn集电结集电结反偏反偏3、集电区收集发射区扩散过来的电子、集电区收集发射区扩散过来的电子 ICBO在外电场作用下，由发射区扩散在集电在外电场作用下，由发射区扩散在集电结附近的非平衡少子

10、漂移到集电区结附近的非平衡少子漂移到集电区ICn基区的电子漂移到集电区基区的电子漂移到集电区集电区的空穴漂移到基区集电区的空穴漂移到基区ICnICBO（扩散）（扩散）IEP（漂移）（漂移）平衡少子平衡少子的漂移的漂移（五）放大偏置时（五）放大偏置时BJT各极电流的关系：各极电流的关系：IE=IEn+IEP IEn；IC=ICn+ICBO ICn；IB=IB1+IEP-ICBO1、各极电流的构成、各极电流的构成：2、各极电流之间的关系、各极电流之间的关系：IE=IC+IB；IE 与与 IC的关系的关系：对于给定的晶体管，对于给定的晶体管，集电极收集的电集电极收集的电子流是发射极发射的电子流的一部

11、分，子流是发射极发射的电子流的一部分，两者的比值在一定的电流范围内是一两者的比值在一定的电流范围内是一个常数，用个常数，用bceRbEBRCECNPNIEnIEPIB1ICnICBOIBIEIC（五）放大偏置时（五）放大偏置时BJT各极电流的关系：各极电流的关系：IE=IEn+IEP IEn；IC=ICn+ICBO ICn；IB=IB1+IEP-ICBO1、各极电流的构成、各极电流的构成：2、各极电流之间的关系、各极电流之间的关系：IE=IC+IB；IE 与与 IC的关系的关系：IC 与与 IB的关系的关系：定义：定义：共射直流电流放大倍数共射直流电流放大倍数说明：说明：BJT具有电流放大作用

12、；具有电流放大作用；IC受受IB控制，控制，BJT为为电流控制器件电流控制器件。基本上为常数，基本上为常数，因此放大偏置的因此放大偏置的BJT中中IE、IC和和 IB近似成近似成比例关系比例关系。练习：测得某放大电路中练习：测得某放大电路中BJT的两个电极的电流如下，请的两个电极的电流如下，请标出各管脚对应的电极，剩余电极的电流方向和大小。标出各管脚对应的电极，剩余电极的电流方向和大小。0.1mA4mA5mA5.1mABCE4.1mA0.1mACBEbce RC ECEBRbIBICIE1、发射结正偏电压、发射结正偏电压U UBEBE对各极电流的作用对各极电流的作用正向控制作用。正向控制作用。

13、发射极电流实际上是正偏发射结的正向电流：发射极电流实际上是正偏发射结的正向电流：（六）（六）BJT的结偏置电压与各极电流的关系的结偏置电压与各极电流的关系UBEUCB两者是指数关系。两者是指数关系。BJT各个电极的电流各个电极的电流IE、IC、IB与发射结正偏与发射结正偏电压电压U UBEBE都是都是指数关系指数关系。基区基区发射结发射结集电结集电结发发射射区区集集电电区区EBC2、集电结反偏电压、集电结反偏电压u uCBCB对各极电流的影响对各极电流的影响基区宽调效应。基区宽调效应。集电结宽度集电结宽度 基区有效宽度基区有效宽度 这种由集电结反偏电压变化引起基这种由集电结反偏电压变化引起基区

14、宽度变化，从而影响各极电流的区宽度变化，从而影响各极电流的现象称为现象称为基区宽度调制效应基区宽度调制效应，简称，简称基区宽调效应基区宽调效应或或厄利（厄利（Early）效应）效应。空穴复合机会空穴复合机会 u uCBCB通过厄利效应对通过厄利效应对BJT电流的影响远不如电流的影响远不如u uBEBE对电流的正向控对电流的正向控制作用大，但它的存在使制作用大，但它的存在使BJT的电流受控关系复杂化，使之成的电流受控关系复杂化，使之成为所谓的为所谓的“双向受控元件双向受控元件”，由此带来分析的复杂化，并有可，由此带来分析的复杂化，并有可导致放大器因导致放大器因“内反馈内反馈”而性能变坏。而性能变

15、坏。3、共射、共射BJT的大信号方程的大信号方程考虑基区宽调效应，经修正后放大状态考虑基区宽调效应，经修正后放大状态BJT的大信号方程：的大信号方程：厄利电压厄利电压（七）（七）BJT的截止和饱和工作状态的截止和饱和工作状态1 1、截止状态：、截止状态：发射结和集电结都反偏发射结和集电结都反偏晶体管的电流只有反向饱和电流成分。晶体管的电流只有反向饱和电流成分。忽略反向饱和电流，则截止状态下的晶忽略反向饱和电流，则截止状态下的晶体管各极电流等于体管各极电流等于0，其等效模型为：，其等效模型为：cbe2 2、饱和状态：、饱和状态：发射结和集电结都正偏发射结和集电结都正偏 正偏正偏PN结的导通电压较

16、小，在大信结的导通电压较小，在大信号状态下可以忽略，其等效模型为：号状态下可以忽略，其等效模型为：cbe练习：测得晶体管无信号输入时，各个电极对练习：测得晶体管无信号输入时，各个电极对“地地”电压如下：电压如下：判断管子工作状态（判断管子工作状态（放大、截止、饱和、放大、截止、饱和、倒置倒置、损坏、损坏）0-2.7-3硅管硅管-30-0.3锗管锗管0.7-3.5 0硅管硅管1.11 1 1.3锗管锗管（a）发射结反偏，集电结反偏，发射结反偏，集电结反偏，截止状态。截止状态。（b）发射结正偏，集电结反偏，发射结正偏，集电结反偏，放大状态。放大状态。（c）发射结反偏，集电结正偏，发射结反偏，集电结

17、正偏，倒置状态。倒置状态。（d）发射结正偏，集电结正偏，发射结正偏，集电结正偏，饱和状态。饱和状态。-1.4-3.5-2.8硅管硅管1.31.5 1.2锗管锗管3.71.5 1.8锗管锗管12-0.7 2 2硅管硅管（e）发射结正偏，集电结反偏，发射结正偏，集电结反偏，放大状态。放大状态。（f）发射结正偏，集电结正偏，发射结正偏，集电结正偏，饱和状态。饱和状态。（g）发射结正偏，集电结反偏，发射结正偏，集电结反偏，放大状态。放大状态。（h）发射结正偏，发射结正偏，UBE 0.7V，损坏。损坏。练习：测得晶体管无信号输入时，各个电极对练习：测得晶体管无信号输入时，各个电极对“地地”电压如下：电压

18、如下：判断管子工作状态（判断管子工作状态（放大、截止、饱和、放大、截止、饱和、倒置倒置、损坏、损坏）iBuBE二、二、BJT的特性曲线的特性曲线（以共射（以共射BJT为例）为例）BJT输入端口和输出端口的伏安特性，输入端口和输出端口的伏安特性，是是BJT内部载流子运动的外部表现。内部载流子运动的外部表现。（一）输入特性曲线：（一）输入特性曲线：iB=f(uBE)uCE=常数常数UCE=1V10uBE不变，不变，uCE uCB iC,iB 处于放大状态的处于放大状态的BJT，uCE 1V，曲线特点：曲线特点：1、iB与与uBE近似为指数关系，与二极近似为指数关系，与二极 管正向特性相似。管正向特

19、性相似。2、uCE增大，曲线右移（增大，曲线右移（厄利效应厄利效应）。）。3、当当uCE 1V后，特性曲线基本重合。后，特性曲线基本重合。输入特性曲线就用输入特性曲线就用uCE 1V的曲线表示。的曲线表示。+-+-uBEuCEbceiCiEiBuCEiC（二）输出特性曲线：（二）输出特性曲线：iB=0 0饱饱和和区区BUCEO击穿区击穿区截止区截止区临界饱和线临界饱和线iB=IB5iB=IB4iB=IB3iB=IB2iB=IB1放大区放大区+-+-uBEuCEbceiCiEiB1、放大区：、放大区：(发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏)uCEuCB iB,iC。iB ，倾斜的程度会增

20、大。倾斜的程度会增大。iC iB特性曲线平坦，近似为直线。特性曲线平坦，近似为直线。特性曲线间隔均匀，特性曲线间隔均匀，iC 随随iB 近似的近似的成正比例变化。成正比例变化。由于厄利效应，特性曲线由于厄利效应，特性曲线随随uCE的增大略向上倾斜。的增大略向上倾斜。iC=f(uCE)iB=常数常数2、截止区：、截止区：发射结电压小于开启电压发射结电压小于开启电压而集电结反偏。而集电结反偏。iB=0；iC ICEO各极电流近似为各极电流近似为0，没有放大作用。，没有放大作用。uCEiC饱饱和和区区BUCEO击穿区击穿区截止区截止区临界饱和线临界饱和线iB=IB5iB=IB4iB=IB3iB=IB

21、2iB=IB1放大区放大区3、饱和区：、饱和区：（uCE uBE,发射结和集电结都正偏）发射结和集电结都正偏）临界饱和临界饱和：集电结零偏，集电结零偏，uCE=uBE或或uCB=0临界饱和时，仍有临界饱和时，仍有iC iB。进入饱和区后，进入饱和区后，iC随随uCE的减小而明显下降。的减小而明显下降。uCE减小使减小使集电结反偏电压减小，收集电子的能力下降，集电结反偏电压减小，收集电子的能力下降，所以集电极电流变小。所以集电极电流变小。各曲线几乎重合，各曲线几乎重合，iC不再不再 随随iB 成比例地变化成比例地变化:iC T1T1T ，（0.5%1%)/CT ICBO iC，输出特性输出特性曲

22、线上移曲线上移 三、三、BJT的主要特性参数的主要特性参数1、电流增益（电流放大倍数）：、电流增益（电流放大倍数）：共射直流电共射直流电 流放大倍数流放大倍数共基直流电共基直流电 流放大倍数流放大倍数共射交流电共射交流电 流放大倍数流放大倍数共基交流电共基交流电 流放大倍数流放大倍数一般在电流不是很大的情况，可以认为：一般在电流不是很大的情况，可以认为：今后不再区分直流还是交流，统一用今后不再区分直流还是交流，统一用 和和 表示。表示。2、极间反向电流：、极间反向电流：（1）集电结反向饱和电流）集电结反向饱和电流 ICBO：（2）集电极穿透电流）集电极穿透电流ICEO：IBICIB=-ICBO

23、，IC=ICBOICEO=（1+1+）ICBO (P34)与单个与单个PN结的反向饱和电流一样。结的反向饱和电流一样。ICBO的值很小，但受温度影响很大，易使的值很小，但受温度影响很大，易使管子工作不稳定，应尽量减小。管子工作不稳定，应尽量减小。此电流从集电区穿越基区流至发射区，故叫此电流从集电区穿越基区流至发射区，故叫穿透电流，它不是单纯的穿透电流，它不是单纯的PN结反向电流。结反向电流。ICBO和和ICEO都是衡量都是衡量BJT温度稳定温度稳定性的重要参数，因性的重要参数，因ICEO大，容易测量，大，容易测量，所以常把所以常把ICEO作为判断管子质量的重作为判断管子质量的重要依据。要依据。

24、ICBO和和ICEO越小，说明其质量越好。越小，说明其质量越好。集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICmax使使BJT的的值值明明显显减小的集减小的集电电极极电电流。流。集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCmax管子的功率损耗为：管子的功率损耗为：反向击穿电压：反向击穿电压：BUCBO：发射极开路时集电极基极间的反向击穿电压。：发射极开路时集电极基极间的反向击穿电压。+-+-uBEuCEbceiCiEiBPCmaxpC的平均值不允许超过的极限值。的平均值不允许超过的极限值。集电极功率损耗集电极功率损耗BUCEO：基极开路基极开路时时集集电电极极发发射极射极间间的反向的反向击击穿穿电压电压。BUEBO：集电极开路时发射极基极间的反向击穿电压。：集电极开路时发射极基极间的反向击穿电压。BUBUEBOEBOBUBUCEO CEO 0iC=iBiC=ICS iBUCES=0.3VC,E间等效电阻间等效电阻很大很大可变可变很小很小+-+-uBEuCEbceiCiEiBBJT的低频混合的低频混合 参数等效电路。参数等效电路。b bbCbereeCbcrbcrccrcegmubecerbbube+-rbeb bbrcecerbbe rbegmube低频低频+ube-