第2章--半导体三极管及放大电路基础讲解优秀PPT.ppt
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1、第第2章章 半导体三极管半导体三极管 及放大电路基础及放大电路基础电子技术基础电子技术基础2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管2.2 2.2 场效应晶体管场效应晶体管2.3 2.3 基本沟通电压放大电路基本沟通电压放大电路2.4 2.4 分压式偏置放大电路分压式偏置放大电路2.5 2.5 多级放大电路多级放大电路2.6 2.6 射极跟随器射极跟随器2.7 2.7 功率放大电路功率放大电路2.8 2.8 放大电路中的负反馈放大电路中的负反馈书目书目2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管2.1.1 2.1.1 三极管的基本结构与类型三极管的基本结构与类型 三极管有三个区，分别叫做放射区、基三
2、极管有三个区，分别叫做放射区、基区和集电区。引出的三个电极相应叫做放射极、区和集电区。引出的三个电极相应叫做放射极、基极和集电极，分别记为基极和集电极，分别记为e e、b b、c c。两个。两个PNPN结结分别叫放射结分别叫放射结(放射区与基区交界处的放射区与基区交界处的PNPN结结)和和集电结集电结(集电区与基区交界处的集电区与基区交界处的PNPN结结)。下一页 返回2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管返回NPNNPN型型符号符号:-NNP发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极PNPPNP型型-PPN发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极上一页 下一页图图2-
3、1 2-1 三极管的结构与电路符号三极管的结构与电路符号2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管 图示是三极管结构的示意图，三极管的实际结构并不是对称的，所以三极管的放射极和集电极不能对调运用。下一页上一页返回BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大放射区：掺放射区：掺杂浓度较高杂浓度较高2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管2.1.2 2.1.2 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用下一页上一页返回共发射极接法共发射极接法c区区b区区e区区 晶体管在电路中工作时，为了正常地发挥其电流放大作用，必需给它的各电
4、极外加大小和极性合适的直流工作电压，即必需给放射结加正向电压(也叫正偏)，给集电结加反向电压(也叫反偏)。2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管返回ICmA AVVUCEUBERBIBUSCUSB CBERCmAIEI IE E=I=IC C+I+IB BI IE E I IC C I IB B 上一页 下一页图图2-3 2-3 共放射极放大电路共放射极放大电路2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管 通常晶体管在放大电路中的连接方式有三种通常晶体管在放大电路中的连接方式有三种,如图所示，它们如图所示，它们分别称为共基极接法、共放射极接法和共集电极接法。分别称为共基极接法、共放射极接法和共集
5、电极接法。下一页上一页返回(a)(a)共基极；共基极；(b)(b)共射极；共射极；(c)(c)共集电极共集电极 2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管下一页上一页返回 半导体三极管具有的电半导体三极管具有的电流放大功能，完全取决于三流放大功能，完全取决于三极管内部结构的特殊性及其极管内部结构的特殊性及其内部载流子的运动规律。图内部载流子的运动规律。图示是共放射极放大电路。示是共放射极放大电路。2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管2.1.3 2.1.3 半导体三极管的特性曲线半导体三极管的特性曲线 下一页上一页返回IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1V1.1.输入特
6、性输入特性输入特性是指在三极管集电极输入特性是指在三极管集电极与放射极之间的电压与放射极之间的电压UCEUCE为确定值时，为确定值时，基极电流基极电流IBIB同基极与放射极之间的电同基极与放射极之间的电压压UBEUBE的关系，即的关系，即 2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管2.输出特性 输出特性是指在基极电流为确定值时，三极管集电极电流IC同集电极与放射极之间的电压UCE的关系。即 在不同的IB下，可得出不同的曲线所以二极管的输出特性曲线是一组曲线，下一页上一页返回IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A2.1 2.1 半导体三极管半
7、导体三极管通常把晶体管的输出特性曲线分为通常把晶体管的输出特性曲线分为放大区放大区、截止区截止区和和饱饱和区和区3 3个工作区，如个工作区，如图图2-42-4所示。所示。(1)(1)放大区。输出特性曲线近于水平的部分是放大区。放大区。输出特性曲线近于水平的部分是放大区。(2)(2)截止区。截止区。I IB B=0=0这条曲线及以下的区域称为截止区。这条曲线及以下的区域称为截止区。(3)(3)饱和区。靠近纵坐标特性曲线的上升和弯曲部分所饱和区。靠近纵坐标特性曲线的上升和弯曲部分所对应的区域称为饱和区。对应的区域称为饱和区。下一页上一页返回2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管返回IC(mA )
8、1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A当当UCE大于确定的数值大于确定的数值时，时，IC只与只与IB有关，有关，IC=IB,且且 IC=IB。此区域称为线性放。此区域称为线性放大区。大区。此区域中此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。上一页 下一页晶体三极管的输出特性曲线晶体三极管的输出特性曲线2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管3.3.三极管的主要参数三极管的主要参数 (1)1)电流放大系数电流放大系数 下一页上一页返回2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管(2)集射极反向截止电流ICEO 它是
9、指基极开路(IB0)时，集电结处于反向偏置和放射结处于正向偏置时的集电极电流。又因为它似乎是从集电极干脆穿透三极管而到达放射极的，所以又称为穿透电流。这个电流应越小越好。(3)集电极最大允许电流ICM 当集电极电流超过确定值时，三极管的值就要下降，ICM就是表示当值下降到正常值的23时的集电极电流。下一页上一页返回2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管(4 4)集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率P PCMCM 可在三极管的输出特性曲线上作出可在三极管的输出特性曲线上作出P PCMCM曲线，它是一条曲线，它是一条双曲线。双曲线。上一页返回2 21 14 4 晶体三极管的引脚判别及性能
10、测试晶体三极管的引脚判别及性能测试一、晶体三极管的引脚判别一、晶体三极管的引脚判别 1 1基极的判别基极的判别 将将万万用用表表欧欧姆姆档档拨拨到到RlkRlk档档，用用黑黑表表笔笔接接三三极极管管的的某某一一极极，再再用用红红表表笔笔分分别别去去接接触触另另外外两两个个电电极极。若若测测得得一一个个阻阻值值大大，一一个个阻阻值值小小，就就将将黑黑表表笔笔换换接接一一个个电电极极再再测测，直直到到出出现现测测得得的的两两个个阻阻值值都都很很小小 (或或都都很很大大)；然然后后将将红红、黑黑表表笔笔调调换换，重重复复上上述述测测试试，若若阻阻值值恰恰好好相相反反，都都很很大大(或或都都很很小小)
11、，这这时时红红表表笔笔所所接接电电极极，就就是三极管的基极，而且是是三极管的基极，而且是NPNNPN型管型管 (或或PNPPNP型管型管)。2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管返回下一页 2 2集电极、放射极的判别集电极、放射极的判别 假假如如被被测测管管子子为为NPNNPN型型锗锗管管。用用万万用用表表RlkRlk档档测测除除基基极极以以外外的的另另两两个个电电极极，得得到到一一个个阻阻值值，再再将将红红、黑黑表表笔笔对对调调测测一一次次，又又得得到到一一个个阻阻值值；在在阻阻值值较较小小的的那那一一次次中中，红红表表笔笔所所接接电电极极就就是是放放射射极极，黑黑表表笔笔接接的的就就是是
12、集集电电极极。若若为为PNPPNP型型锗锗管管，红红表表笔笔接接的的电电极极为为集集电电极极，黑黑表表笔笔接接的的电电极极为为放放射射极极。对对于于NPNNPN型型硅硅管管，可可在在基基极极与与黑黑表表笔笔之之间间接接一一个个l00kl00k的的电电阻阻，用用上上述述同同样样方方法法，测测除除基基极极外外的的两两个个电电极极间间的的电电阻阻，其其申申阻阻值值较较小小的的一一次次黑黑表表笔笔所所接接为为集集电电极，红表笔所接为放射极。极，红表笔所接为放射极。2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管返回上一页 下一页二、用万用表粗测晶体三极管性能二、用万用表粗测晶体三极管性能 1 1晶体三极管极间
13、电阻的测量晶体三极管极间电阻的测量 通通过过测测量量三三极极管管极极间间电电阻阻的的大大小小，可可推推断断管管子子质质量量的的优优劣劣。测测量量时时，要要留留意意量量程程的的选选择择。测测量量小小功功率率管管时时，应应当当用用RlkRlk或或Rl00Rl00档档。测测量量大大功功率率锗锗管管时时，则则要要用用RlRl或或R10R10档档。对对于于质质量量良良好好的的中中、小小功功率率三三极极管管，基基极极与与集集电电极极、基基极极与与放放射射极极正正向向电电阻阻一一般般为为几几百百欧欧到到几几千千欧欧，其其余余的的极极间间电电阻阻都都很很高，约为几百千欧。硅管要比锗管的极间电阻高。高，约为几百
14、千欧。硅管要比锗管的极间电阻高。2 2晶体三极管穿透电流的估测晶体三极管穿透电流的估测 对对于于PNPPNP管管，红红表表笔笔接接集集电电极极，黑黑表表笔笔接接放放射射极极，用用RlkRlk档档测测的的阻阻值值应应在在50k50k以以上上，此此值值越越大大，说说明明管管子子的的穿穿透透电电流流越越小小，管管子子性性能能优优良良；若若阻阻值值小小于于25k25k，则则该该管管不不宜宜选选用用。对对于于NPNNPN管管，应应将将红红、黑黑表表笔笔对对调调测测其其电电阻阻，阻阻值值应应比比PNPPNP管管大大很很多多，一一般般应在几百千欧。应在几百千欧。3 3电流放大系数电流放大系数值的估测值的估测
15、 电电流流放放大大系系数数值值估估测测如如图图2-8c2-8c所所示示，将将万万用用表表拨拨到到RlkRlk档档。对对于于NPNNPN型型管管，红红表表笔笔接接放放射射极极，黑黑表表笔笔接接集集电电极极，测测出出两两极极之之间间电电阻阻，登登记记阻阻值值，然然后后在在基基极极与与集集电电极极之之间间接接入入一一个个100k100k电电阻阻。此此时时的的阻阻值值比比不不接接电电阻阻时时要要小小。两两次次测测得得的的电电阻阻值值相相差差越越大大，则则说说明明值值越越大大，放放大大实实力力越越好好；若若差差值值很很小小，说说明明管管子子的的放放大大实实力力很很小小。对对于于PNPPNP三三极极管管，
16、测测量量时时只只要要将将红红、黑黑表表笔笔对对调调即即可可，其其他他方方法法完完全全一样。一样。2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管下一页 返回上一页2.1 2.1 半导体三极管半导体三极管用万用表测三极管用万用表测三极管2.2 2.2 场效应晶体管场效应晶体管 结型场效应管结型场效应管 1.1.结型场效应管的结构、符号结型场效应管的结构、符号和分类和分类 N N沟道结型场效应管是在同一块沟道结型场效应管是在同一块N N型硅型硅片的两侧分别制作了掺杂浓度较高的片的两侧分别制作了掺杂浓度较高的P P型区，形成两个对称的型区，形成两个对称的PNPN结，将两个结，将两个P P区的引出线连在一起作
17、为一个电极，称区的引出线连在一起作为一个电极，称为为栅极栅极(G)(G)，在，在N N型硅片两端各引出一个型硅片两端各引出一个电极，分别称为电极，分别称为源极源极(s)(s)和和漏极漏极(D)(D)结型结型场效应管可分为场效应管可分为N N沟道沟道结型场效应管和结型场效应管和P P沟道沟道结型场效应管。结型场效应管。动画 结型场效应管的结构下一页 返回栅极(a)N沟道 (b)P沟道 2.2 2.2 场效应晶体管场效应晶体管 2.结型场效应管的工作原理 N沟道和P沟道结型场效应管的工作原理完全相同，只是偏置电压的极性和载流子的类型不同而已(犹如三极管的NPN和PNP)。下面以N沟道结型场效应管为
18、例来分析其工作原理。动画 结型场效应管的工作原理下一页上一页返回2.2 2.2 场效应晶体管场效应晶体管 结型场效应管的漏极电流结型场效应管的漏极电流iDiD受受UGSUGS和和UDSUDS的双重限制。这的双重限制。这种电压的限制作用，是场效应管具有放大作用的基础。在种电压的限制作用，是场效应管具有放大作用的基础。在D D、S S极间加上电压极间加上电压UDSUDS，则源极和漏极之间形成电流，则源极和漏极之间形成电流iDiD，通过，通过变更栅极和源极的反向电压变更栅极和源极的反向电压UGSUGS，就可以变更两个，就可以变更两个PNPN结阻挡结阻挡层层(耗尽层耗尽层)的宽度，这样就变更了沟道电阻
19、，因此就变更的宽度，这样就变更了沟道电阻，因此就变更了漏极电流了漏极电流iDiD。下一页上一页返回2.2 2.2 场效应晶体管场效应晶体管 3.3.结型场效应管的特性曲线结型场效应管的特性曲线(以以N N沟通结型场效应管为例沟通结型场效应管为例)(1)(1)转移特性曲线。转移特性曲线。下一页上一页返回 依据这个函数关系可得依据这个函数关系可得出它的特性曲线如图所示。出它的特性曲线如图所示。2.2 2.2 场效应晶体管场效应晶体管返回上一页 下一页 (2)(2)输出特性曲线。输出特性曲线。与三极管类似，输出特与三极管类似，输出特性曲线也为一簇曲线，如图性曲线也为一簇曲线，如图所示。所示。可变电阻
20、区可变电阻区(相当于三极相当于三极管的饱和区管的饱和区)恒流区恒流区(也称饱和区也称饱和区)()(相相当于三极管的放大区当于三极管的放大区)夹断区夹断区(相当于三极管的相当于三极管的截止区截止区)2.2 2.2 场效应晶体管场效应晶体管 2.2.2 2.2.2 绝缘栅型场效应管（绝缘栅型场效应管（MOSMOS管）管）1.N 1.N沟道增加型（沟道增加型（MOSFETMOSFET）的结构。）的结构。N N沟道增加型沟道增加型MOSFETMOSFET是在一块低掺是在一块低掺杂的杂的P P型硅片上生成一层型硅片上生成一层SiO2SiO2薄膜绝缘薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂层，然后用光刻工
21、艺扩散两个高掺杂的的N N型区，并引出两个电极，分别是漏型区，并引出两个电极，分别是漏极极D D和源极和源极S S。在源极和漏极之间的绝。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极缘层上镀一层金属铝作为栅极G G。P P型型硅片称为衬底，用字母硅片称为衬底，用字母B B表示。表示。下一页上一页返回动画动画 绝缘栅场效应管结构绝缘栅场效应管结构2.2 2.2 场效应晶体管场效应晶体管 上一页返回下一页 2.2.工作原理工作原理 栅源电压栅源电压uGSuGS的限制的限制作用作用-s二氧化硅P衬底底gDSu+Nd+bNuGSiD2.2 2.2 场效应晶体管场效应晶体管 上一页返回漏源电压漏源电压
22、uDS对漏极对漏极电流电流id的限制作用的限制作用 下一页动画动画 绝缘栅场效应管工作绝缘栅场效应管工作原理原理-二氧化硅NisDNub+DSduP P衬底衬底GSg2.2 2.2 场效应晶体管场效应晶体管 上一页返回3 3.特性曲线特性曲线 转移特性曲线转移特性曲线：iD=f(uGS)uDS=const(a)(a)转移特性曲线转移特性曲线 (b)(b)输出特性曲线输出特性曲线2.2 2.2 场效应晶体管场效应晶体管 上一页返回 输出特性曲线：输出特性曲线：i iD D=f f(u uDSDS)u uGSGS=const=const（a a）可变电阻区可变电阻区（预夹断前）。（预夹断前）。（b
23、 b）恒流区恒流区也称饱和区（预夹也称饱和区（预夹断后）。断后）。（c c）夹断区夹断区（截止区）。（截止区）。可变电阻区可变电阻区恒流区恒流区截止区截止区i(V)(mA)DDSuGS=6Vuu=5VGS=4VuGSu=3VGS下一页2.3 2.3 基本沟通电压放大电路基本沟通电压放大电路 2.3.1 2.3.1 共射基本放大电路的组成共射基本放大电路的组成下一页 返回图所示是一个典型的共射基图所示是一个典型的共射基本放大电路。电路中各元件的本放大电路。电路中各元件的作用如下所述：作用如下所述：(1)(1)三极管三极管T T。它是放大电。它是放大电路的核心器件，具有放大电流路的核心器件，具有放
24、大电流的作用的作用(2)(2)基极偏流电阻基极偏流电阻RBRB。其。其作用是向三极管的基极供应合作用是向三极管的基极供应合适的偏置电流，并使放射结正适的偏置电流，并使放射结正向偏置。向偏置。2.3 2.3 基本沟通电压放大电路基本沟通电压放大电路 (3)集电极负载电阻RC。RC的作用是把三极管的电流放大转换为电压放大。(4)直流电源VCC。VCC的正极RC经接三极管集电极，负极接放射极。VCC有两个作用，一是通过RB和RC使三极管放射结正偏、集电结反偏，使三极管工作在放大区；二是给放大电路供应能源。(5)电容C1和C2。它们起“隔直通交”的作用，避开放大电路的输入端与信号源之间，输出端与负载之
25、间直流重量的相互影响。下一页上一页返回2.3 2.3 基本沟通电压放大电路基本沟通电压放大电路 2.3.2 2.3.2 共射基本放大电路的基本分析方法共射基本放大电路的基本分析方法 1.1.静态分析静态分析 画出放大电路的直流通路画出放大电路的直流通路 下一页 返回上一页+V开路开路开路开路-uTR2LBoCRCu1+R+CC-.ic2.3 2.3 基本沟通电压放大电路基本沟通电压放大电路 下一页 返回上一页画画直流通路直流通路：+TRBRCCVcICQ=IBQ2.3 2.3 基本沟通电压放大电路基本沟通电压放大电路 例例2-1：用估算法计算静态工作点。：用估算法计算静态工作点。已知：已知：V
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