第2章--半导体三极管及其基本应用分解优秀PPT.ppt
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1、半导体三极管及其基本应用半导体三极管及其基本应用第第 2 章章2.1晶体管的特性与参数晶体管的特性与参数2.2晶体管的基本应用晶体管的基本应用2.3场效应管及其基本应用场效应管及其基本应用2.4晶体管基本应用电路的测试晶体管基本应用电路的测试第第2 2章章 小结小结半导体三极管及其基本应用半导体三极管及其基本应用第第 2 章章2.1晶体管的特性与参数晶体管的特性与参数2.1.1 晶体管的工作原理晶体管的工作原理2.1.2 晶体管的伏安特性晶体管的伏安特性2.1.3 晶体管的主要参数晶体管的主要参数第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基本应用2.1.1 晶体管的工作原理晶体管的
2、工作原理一、结构、符号和分类一、结构、符号和分类NNP放射极放射极 E基极基极 B集电极集电极 C放射结放射结集电结集电结 基区基区 放射区放射区 集电区集电区emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型分类:分类:按材料分:按材料分:硅管、锗管硅管、锗管按结构分:按结构分:NPN、PNP按运用频率分:按运用频率分:低频管、高频管低频管、高频管按功率分:按功率分:小功率管小功率管 1 WECBECB二、电流放大原理二、电流放大原理1.晶体管放大的条件晶体管放大的条件内部内部条件条件放射区掺杂浓度高放射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低集电结面积大集
3、电结面积大外部外部条件条件放射结正偏放射结正偏集电结反偏集电结反偏2.满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共放射极共放射极共集电极共集电极共基极共基极实现电路实现电路uiuoRBRCuouiRCRE第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基本应用3.晶体管内部载流子的传输过程晶体管内部载流子的传输过程1)放射区向基区注入多子电子,放射区向基区注入多子电子,形成放射极电流形成放射极电流 IE。I CN多数向多数向 BC 结方向扩散形成结方向扩散形成 ICN。IE少数与空穴复合,形成少数与空穴复合,形成 IBN。I BN基区空基区空穴
4、来源穴来源基极电源供应基极电源供应(IB)集电区少子漂移集电区少子漂移(ICBO)I CBOIBIBN IB+ICBO即:即:IB=IBN ICBO 3)集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流 ICICI C=ICN +ICBO 2)电子到达基区后电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽视基区空穴运动因浓度低而忽视)三极管内载流子运动三极管内载流子运动第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基本应用4.晶体管的电流安排关系晶体管的电流安排关系当当管管子子制制成成后后,放放射射区区载载流流子子浓浓度度、基基区区宽宽度度、集集电结面积等确定,
5、故电流的比例关系确定,即:电结面积等确定,故电流的比例关系确定,即:IB=I BN ICBO IC=ICN +ICBOIE=IC+IB穿透电流穿透电流第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基本应用2.1.2 晶体管的伏安特性晶体管的伏安特性一、输入特性一、输入特性输入输入回路回路输出输出回路回路与二极管特性相像与二极管特性相像RCVCCiBIERB+uBE+uCE VBBCEBiC+iBRB+uBE VBB+O特性基本重合特性基本重合(电流安排关系确定电流安排关系确定)特性右移特性右移(因集电结起先吸引电子因集电结起先吸引电子)导通电压导通电压 UBE(on)硅管:硅管:(0.
6、6 0.8)V锗管:锗管:(0.2 0.3)V取取 0.7 V取取 0.2 VVBB+RB第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基本应用二、输出特性二、输出特性iC/mAuCE/V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 43211.截止区:截止区:IB 0 IC=ICEO 0条件:条件:两个结反偏两个结反偏2.放大区:放大区:3.饱和区:饱和区:uCE u BEuCB=uCE u BE 0条件:条件:两个结正偏两个结正偏特点:特点:IC IB临界饱和时:临界饱和时:uCE=uBE深度饱和时:深度饱和时:0.3 V(硅管硅管)UCE(SAT)=0.1
7、V(锗管锗管)放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区条件:放射结正偏条件:放射结正偏 集电结反偏集电结反偏特点:水平、等间隔特点:水平、等间隔ICEO输输 出出 特特 性性第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基本应用三、温度对特性曲线的影响三、温度对特性曲线的影响1.温度上升,输入特性曲线向左移。温度上升,输入特性曲线向左移。温度每上升温度每上升 1C,UBE (2 2.5)mV。温度每上升温度每上升 10C,ICBO 约增大约增大 1 倍。倍。2.温度上升,输出特性曲线向上移。温度上升,输出特性曲线向上移。OT1T2 iCuCE T1iB=0T2 iB=0iB=0温度每上升温
8、度每上升 1C,(0.5 1)%。输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。O第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基本应用2.1.3 晶体管的主要参数晶体管的主要参数一、电流放大系数一、电流放大系数1.共放射极电流放大系数共放射极电流放大系数iC/mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB=0O 2 4 6 8 4321 直流电流放大系数直流电流放大系数 沟通电流放大系数沟通电流放大系数一般为几十一般为几十 几百几百2.共基极电流放大系数共基极电流放大系数 1 一般在一般在 0.98 以上。以上。Q二、极间反向饱和电流二、极间反向饱和电流CB 极极间反向饱
9、和电流间反向饱和电流 ICBO,CE 极极间反向饱和电流间反向饱和电流 ICEO。第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基本应用三、极限参数三、极限参数1.ICM 集电极最大允许电流,超过时集电极最大允许电流,超过时 值明显降低。值明显降低。U(BR)CBO 放射极开路时放射极开路时 C、B 极间反向击穿电压。极间反向击穿电压。2.PCM 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PC=iC uCE。3.U(BR)CEO 基极开路时基极开路时 C、E 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。U(BR)EBO 集电极极开路时集电极极开路时 E、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压
10、。U(BR)CBO U(BR)CEO U(BR)EBO(探讨)已知:ICM=20 mA,PCM=100 mW,U(BR)CEO =20 V,当 UCE=10 V 时,IC mA当 UCE=1 V,则 IC mA当 IC=2 mA,则 UCE IBS饱和导通;iB IBS放大导通。第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基本应用图(a)所示硅晶体管电路中,=50,输入电压为一方波,如图(b)所示,试画出输出电压波形。第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基本应用n uI=0 时,三极管放射结零偏截止,n iC 0,故uO 5V。n 当uI=3.6V时,设三极管饱和,
11、则 uO=UCES 0.3V 可见当uI=3.6V时,iBIBS,三极管的确牢靠饱和,因此uO 0.3V。uO 波形如图(c)所示。而实际基极电流 第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基本应用2.2.3 晶体管基本放大电路及其分析方法晶体管基本放大电路及其分析方法一、晶体管放大电路的工作原理一、晶体管放大电路的工作原理+iBiCRBVCCVBBRCC1ui+uCE+178KuBEC26V6V+uoVCC 集电极直流电源集电极直流电源 使集电结反偏使集电结反偏C1、C2 耦合电容耦合电容 隔直流、通沟通隔直流、通沟通RC 集电极直流负载电阻集电极直流负载电阻 将将 IC UC,
12、使电流放大使电流放大 电压放大电压放大VBB 基极直流偏置电源,基极直流偏置电源,RB 基极偏置电阻基极偏置电阻 使放射使放射结结正偏,供正偏,供应应合适合适的基极的基极电电流流第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基本应用1.静态工作状态静态工作状态ui=0uBE=UBEQiB=IBQiC=ICQuCE=UCEQIBQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtICQUCEQ2.动态工作波形动态工作波形ui=UimsintuBE=UBEQ+UimsintiB=IBQ+IbmsintiC=ICQ+IcmsintuCE=UCEQ-IcmRcsintuo=-IcmRcsint
13、=-Uomsint 硅管,硅管,ui=10 sin t(mV),RB=178 k,RC=1 k,VCC=VBB=6 V,图解分析各电压、电流值。,图解分析各电压、电流值。解解 令令 ui=0,求静态电流,求静态电流 IBQuBE/ViB/AO0.7 V30QuiOt tuBE/VO tiBIBQ(沟通负载线沟通负载线)uCE/ViC/mA41O23iB=10 A20304050505Q6直流负载线直流负载线Q Q 6O tiCICQUCEQOt tuCE/VUcemibicuceRL+iBiCRBVCCVBBRCC1ui+uCE+uBE 第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基
14、本应用二、图解分析法二、图解分析法当当 ui=0 uBE=UBEQ iB=IBQ iC=ICQ uCE=UCEQ 当当 ui=Uim sin t ib=Ibmsin t ic=Icmsin t uce=Ucem sin t uo=uceiB =IBQ +Ibmsin tiC =ICQ +Icmsin tuCE=UCEQ Ucem sin t =UCEQ+Ucem sin(180 t)uBE/ViB/A0.7 V30Quit tuBE/VtiBIBQ(交流负载线交流负载线)uCE/ViC/mA4123iB=10 A20304050605Q6直流负载线直流负载线Q Q 6tiCICQUCEQ Qt
15、 tuCE/VUcemibicuceOOOOOO第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基本应用放大电路的非线性失真问题放大电路的非线性失真问题因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围,从而引起非线性失真。了晶体管特性曲线上的线性范围,从而引起非线性失真。1.“Q”过低引起截止失真过低引起截止失真NPN 管:管:顶部顶部失真为截止失真。失真为截止失真。PNP 管:管:底部底部失真为截止失真。失真为截止失真。不发生截止失真的条件:不发生截止失真的条件:IBQ Ibm。OQibOttOuBE/Vi
16、BuBE/ViBui uCEiCict OOiCOtuCEQuce沟通负载线沟通负载线第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基本应用2.“Q”过高引起饱和失真过高引起饱和失真ICS集电极临界集电极临界饱和电流饱和电流NPN 管:管:底部底部失真为饱和失真。失真为饱和失真。PNP 管:管:顶部顶部失真为饱和失真。失真为饱和失真。IBS 基极临界饱和电流。基极临界饱和电流。不发生饱和失真的条件:不发生饱和失真的条件:IBQ+I bm IBSuCEiCt OOiCO tuCEQ第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基本应用选择工作点的原则:选择工作点的原则:当当 ui
17、 较较小小时时,为为削削减减功功耗耗和和噪噪声声,“Q”可可设设得低一些;得低一些;为提高电压放大倍数,为提高电压放大倍数,“Q”可以设得高一些;可以设得高一些;为为获获得得最最大大输输出出,“Q”可可设设在在沟沟通通负负载载线线中中点。点。第第 2 章半导体三极管及其基本应用章半导体三极管及其基本应用三、小信号等效分析法三、小信号等效分析法(微变等效微变等效)晶体管电路晶体管电路可当成双口可当成双口网络来分析网络来分析1、晶体管晶体管 H(Hybrid)参数小信号电路模型参数小信号电路模型从输入端口看进去,相当于电阻从输入端口看进去,相当于电阻 rberbe Hie从输出端口看进去为一个受从
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