实用模拟电子技术教程电子资料课件.pptx

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1、第一篇第一篇 常用半导体器件常用半导体器件 介绍常用半导体器件，包括晶体二极管、晶体三极管、场效应管和其介绍常用半导体器件，包括晶体二极管、晶体三极管、场效应管和其他半导体器件的结构、工作原理、分类、主要性能指标、国家标准规定的命他半导体器件的结构、工作原理、分类、主要性能指标、国家标准规定的命名方法以及主要应用名方法以及主要应用。第1页/共39页第第2 2章章 晶体三极管晶体三极管 学习要求：学习要求：掌掌握握三三极极管管的的结结构构和和分分类类；掌掌握握三三极极管管的的电电流流放放大大作作用用和和基基极极电电流流对对集集电电极极电电流流的的控控制制作作用用；掌掌握握三三极极管管的的电电流流

2、分分配配关关系系；掌掌握握三三极极管管电电流流放放大大倍倍数数、集集电电极极最最大大允允许许电电流流、集集电电极极最最大大允允许许功功率率耗耗；cece极极、cbcb极极和和bebe极极反反向向击击穿穿电电压压等等特特性性指指标标的的定定义义；掌掌握握三三极极管管输输出出特特性性曲曲线线三三个个区区域域的的划划分分；学学会会识识读三极管输出特性曲线；了解三极管的工作原理。读三极管输出特性曲线；了解三极管的工作原理。第一篇第一篇 常用半导体器件常用半导体器件第2页/共39页 2.1 2.1 晶体三极管的电流放大作用晶体三极管的电流放大作用 第第2章章 晶体三极管晶体三极管2.1.1 三极管的分类

3、、封装和产品外型1、三极管的结构和分类 三极管由管芯、引脚，外加封装而成。按其管芯结构的不同，可分为PNP型和NPN型，如下图所示。PNP型三极管 NPN型三极管 电路符号第3页/共39页 2.1.1 2.1.1 三极管的分类、封装和产品外型三极管的分类、封装和产品外型 2.1 2.1 晶体三极管的电流放大作用晶体三极管的电流放大作用1、三极管的结构和分类三极管结构上的特点：PNP型三极管 NPN型三极管 *有三个电极*包含2个PN结，因此也称 为双极型晶体管*分为PNP型和NPN型两大类第4页/共39页 2.1.1 2.1.1 三极管的分类、封装和产品外型三极管的分类、封装和产品外型 2.1

4、 2.1 晶体三极管的电流放大作用晶体三极管的电流放大作用2、三极管的命名 根据第一章所介绍的国标命名方法，上述四种类型三极管由其型号的前二位相区分：3A 表示该三极管为PNP型锗管；3B 表示该三极管为NPN型锗管；3C 表示该三极管为PNP型硅管；3D 表示该三极管为NPN型硅管。例如：3CG表示该三极管为PNP型高频小功率硅三极管 3AG表示该三极管为PNP型高频小功率锗三极管 第5页/共39页 2.1.1 2.1.1 三极管的分类、封装和产品外型三极管的分类、封装和产品外型 2.1 2.1 晶体三极管的电流放大作用晶体三极管的电流放大作用3、三极管的封装常见的几种封装：贴片封装第6页/

5、共39页 2.1.2 2.1.2 三极管的基本电流关系和电流放大作用三极管的基本电流关系和电流放大作用 2.1 2.1 晶体三极管的电流放大作用晶体三极管的电流放大作用用符号IB、IC、IE分别代表流过三极管基极、集电极和发射极的电流（图2-3），实验表明，这三个电流之间存在以下二个基本关系式：（1）式是电荷守恒定律的结果，稳定情况下，流入三极管的电流一定等于流出三极管的电流。（1）（2）（2）式则是实验得出的结果。式中常数称为三极管的共射电流放大倍数，其数值一般在几十到几百之间。第7页/共39页 2.1.2 2.1.2 三极管的基本电流关系和电流放大作用三极管的基本电流关系和电流放大作用 2

6、.1 2.1 晶体三极管的电流放大作用晶体三极管的电流放大作用实验装置和结果VD1为发光二极管，通电后会发光，电流越大，发光越强。VCC为+5V电源，基极由2伏电池VBB提供，电位器RP用来调节基极电流的大小，A1为微安表、A2为毫安表，分别用来测量基极和集电极电流。第8页/共39页 2.1.2 2.1.2 三极管的基本电流关系和电流放大作用三极管的基本电流关系和电流放大作用 2.1 2.1 晶体三极管的电流放大作用晶体三极管的电流放大作用记录每一步的基极和集电极电流，所得数据如下表2所示。图2-4的直线就是根据这些数据画出来的。根据表2-1的数据可以看出，集电极电流与基极电流成正比，比例系数

7、即为三极管的电流放大倍数。从图中的数据还可以估算出实验用的这只三极管的电流放大倍数=125。10mA/80A=125第9页/共39页 2.1.2 2.1.2 三极管的基本电流关系和电流放大作用三极管的基本电流关系和电流放大作用 2.1 2.1 晶体三极管的电流放大作用晶体三极管的电流放大作用 三极管的电流放大作用也可以理解为基极电流对集电极电流的控制作用。当基极电流为零时，集电极电流也等于零，线路中的发光管不发光。加大基极电流，集电极电流也跟着加大，发光管发光并逐渐变亮。在整个过程中，基极电流从0到180A，只变化了180A，而集电极电流从0变化到22mA，集电极电流的变化比基极电流的变化大得

8、多。因此，可以说基极微小电流的变化控制了集电极大电流的变化。三极管的这种电流放大作用，是晶体管电路的基础。第10页/共39页 2.2.1 2.2.1 三极管的共射极特性曲线三极管的共射极特性曲线 2.2 2.2 三极管导电特性曲线和参数三极管导电特性曲线和参数三极管各极电压和电流的关系，这类关系称为三极管的伏安特性，也称三极管的特性曲线。何谓三极管特性曲线？三极管的特性曲线分为输入特性曲线和输出特性曲线 输入特性曲线：是输入回路中基极-发射极电压与基极电流之间的关系。输出特性曲线：是集电极电流和集电极-发射极电压之间的关系。输入回路输出回路第11页/共39页 2.2.1 2.2.1 三极管的共

9、射极特性曲线三极管的共射极特性曲线 2.2 2.2 三极管导电特性曲线和参数三极管导电特性曲线和参数典型的三极管输入特性曲线 三条曲线分别对应ce极短路、ce极间电压等于0.5V和ce极间电压大于等于1V时基极电流和be极电压之间的关系。第12页/共39页 2.2.1 2.2.1 三极管的共射极特性曲线三极管的共射极特性曲线 2.2 2.2 三极管导电特性曲线和参数三极管导电特性曲线和参数2、输出特性曲线截止区：是IB=0下面的区域，特征是输入端基极-发射极电压小于开启电压，基极电流等于零集电极的电流就是前面讨论过的集电极穿透电流。这个电流很小，在近似分析时忽略。饱和区：基极-发射极电压UBE

10、大于开启电压，而集电极-发射极电压UCEUBE所对应的区域称为饱和区。在饱和区，基极电流失去对集电极电流的控制作用。放大区：对应于UBE大于开启电压，UCE大于UBE的区域。基极电流变化时，集电极电流有很大的变化。但集电极电流几乎不随集电极-发射极电压变化。第13页/共39页 三极管的品种繁多，不同型号和规格的三极管彼此之间三极管的品种繁多，不同型号和规格的三极管彼此之间有有很大差异。很大差异。下面以实际的三极管输出特性曲线为例，说明下面以实际的三极管输出特性曲线为例，说明如如何识读三极管的输出特性曲线何识读三极管的输出特性曲线。2.2 2.2 三极管导电特性曲线和参数三极管导电特性曲线和参数

11、-2.2.2 2.2.2 特性曲线识读特性曲线识读(1)确定三极管的类型：使用正电源,为NPN型管 (2)确定放大区的范围：0.7VUCE8V，0ICUCE20V，0IC40mA(3)估算电流放大倍数：任选一点A1，读出对应的IC和IB值为IC=25mA，IB=150A，第16页/共39页 识读三极管的输出特性曲线识读三极管的输出特性曲线。2.2 2.2 三极管导电特性曲线和参数三极管导电特性曲线和参数-2.2.2 2.2.2 特性曲线识读特性曲线识读(4)观察电流放大倍数变化趋势：在集电极电流较小的区域（图的下部），曲线较稀疏，因此就较大。但是SS9012电流放大倍数的变化没有SS9018明

12、显。在集电极电流较大的区域（图的上部），曲线较密，因此就较小。第17页/共39页 识读三极管的输出特性曲线识读三极管的输出特性曲线。2.2 2.2 三极管导电特性曲线和参数三极管导电特性曲线和参数-2.2.2 2.2.2 特性曲线识读特性曲线识读(4)观察电流放大倍数变化趋势：右边是三极管9013的输出特性曲线，其曲线的分布较均匀，因此其电流放大倍数更接近常数。第18页/共39页动态电流放大倍数（或交流电流放大倍数）动态电流放大倍数（或交流电流放大倍数）2.2 2.2 三极管导电特性曲线和参数三极管导电特性曲线和参数-2.2.2 2.2.2 特性曲线识读特性曲线识读 以9018为例，从输出特性

13、曲线图计算其动态电流放大倍数 定义为基极电流增加iB所引起的集电极电流增加量iC与iB的比值 再选取一个和A相邻的B点，从B至A，基极电流的增量为iB=60A50A=10A，相应的集电极电流增量等于iC=5mA4mA=1mA 与直流放大倍数有相同的数值。第19页/共39页动态电流放大倍数（或交流电流放大倍数）动态电流放大倍数（或交流电流放大倍数）2.2 2.2 三极管导电特性曲线和参数三极管导电特性曲线和参数-2.2.2 2.2.2 特性曲线识读特性曲线识读 一般情况下，工作于放大区时，三极管的直流电流放大倍数和动态电流放大倍数差别不大，因此我们不再区分直流和交流电流放大倍数，统一用符号来表示

14、三极管的电流放大倍数。两者不再区分第20页/共39页 1 1、极极限限参参数数这这类类参参数数是是指指三三极极管管使使用用时时不不得得超超过过的的极极限限值值，超超过过这这些些极极限限时时，三三极极管管不不能能正正常常工作或永久性损坏。工作或永久性损坏。2.2 2.2 三极管导电特性曲线和参数三极管导电特性曲线和参数-2.2.3 2.2.3 三极管的主要特三极管的主要特性参数性参数（1）集电极最大允许电流ICM集电极电流IC增加时，三极管的电流放大倍数会减小，减小到额定值的三分之二时所对应的集电极电流，称为集电极最大允许电流ICM。（2）集电极最大允许耗散功率PCMPCM是指集电结允许的最大耗

15、散功率。超过这个数值时，会使结温过高而导致三极管性能变坏或烧毁。PCM1W的三极管称为大功率三极管，PCM0.5W的称为小功率管，介于两者之间的，则为中功率三极管。第21页/共39页（3 3）集电极）集电极-基极反向击穿电压基极反向击穿电压BUBUCBOCBO 2.2 2.2 三极管导电特性曲线和参数三极管导电特性曲线和参数-2.2.3 2.2.3 三极管的主要特三极管的主要特性参数性参数 BUCBO是发射极开路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。使用时，超过这一电压，集电极-基极间的PN结会被反向击穿。BUEBO是集电极开路时，发射极和基极之间的反向击穿电压。使用时，超过这一电压，发射极-基

16、极间的PN结会被反向击穿。（5）集电极-发射极反向击穿电压BUCEOBUCEO是基极开路时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。使用时，超过这一电压，集电极和发射极间反向的PN结击穿。如果上述击穿后的电流没有受到限制，都将导致三极管永久性损坏。（4）发射极-基极反向击穿电压BUEBO第22页/共39页 2 2、电流放大倍数、电流放大倍数 2.2 2.2 三极管导电特性曲线和参数三极管导电特性曲线和参数-2.2.3 2.2.3 三极管的主要特三极管的主要特性参数性参数直流电流放大倍数定义为：交流电流放大倍数定义为：忽略穿透电流ICEO，且三极管输出特性曲线为平行等距线时两者相等，在今后的分析中，将

17、忽略两者差异，认为：第23页/共39页 3 3、集电极、集电极-发射极穿透电流发射极穿透电流I ICEOCEO 2.2 2.2 三极管导电特性曲线和参数三极管导电特性曲线和参数-2.2.3 2.2.3 三极管的主要特三极管的主要特性参数性参数基极开路情况下，从集电极穿透基区流到发射极的电流。温度对参数、UBE及ICBO的影响最大。：温度每升高1，值大约增加(0.51)%；UBE：温度每升高1，发射结电压降UBE将下降22.5mV；ICBO：温度每升高10，ICBO将增加一倍。发射极开路、集电极加反向电压时流过集电结的反向电流。ICEO和ICBO之间的关系是ICEO=ICBO+ICBO=（1+）

18、ICBO，ICBO很小，对于硅管，ICBO为nA的数量级，对于锗管，ICBO为A级，但对温度的变化十分敏感。因此，环境温度变化较大的情况，应选用硅管。4、集电结反向饱和电流ICBO5、温度对三极管参数的影响第24页/共39页 2.3 2.3 常用三极管简介常用三极管简介-2.3.1 2.3.1 三极管的分类三极管的分类 分为PNP型和NPN型三极管 分为低频三极管和高频三极管，低频管一般工作于3MHz以下的电路中 硅三极管、锗三极管 按制造材料分类：按工作频率分类：按结构工艺分类：按照允许耗散的功率分类：分为小功率、中功率和大功率三极管 第25页/共39页 2.3 2.3 常用三极管简介常用三

19、极管简介-2.3.1 2.3.1 三极管的分类三极管的分类 三极管型号命名-国内外命名规定第26页/共39页 2.3 2.3 常用三极管简介常用三极管简介-2.3.2 2.3.2 常用三极管简介常用三极管简介常用的国产和国外三极管的型号、主要参数如表所示。第27页/共39页 2.4 2.4 三极管的简单应用三极管的简单应用 尿湿报警电路:婴儿尿尿以后需及时更换尿布，以免长期刺激皮肤，为此需要及时知道尿湿情况。利用三极管基极电流对集电极电流的控制作用，可以组成一个简单的报警电路，能在尿湿后立即通过发声、发光报警。电路结构第28页/共39页 2.4 2.4 三极管的简单应用三极管的简单应用 工作原

20、理:尿布干燥时，两片电极板K1、K2之间的电阻趋于无穷大，电极间没有电流通过，基极电流为零，因此三极管集电极电流等于零，发光管不发光，蜂鸣器不发声。婴儿尿尿后，湿尿布是电的良导体，电极板K1、K2短路导通，于是电池VBB经电阻R向基极注入微小的电流，基极电流经三极管的放大，集电极的电流是基极的倍，被放大了的电流足以驱动发光管发光，驱动蜂鸣器发声 VCC为直流电源，VT为三极管，K1、K2为两片电极板，VD1为发光二极管，F为蜂鸣器 第29页/共39页 2.5 2.5 三极管电流分配关系理论分析三极管电流分配关系理论分析前面我们讨论三极管外部特性时，已经分析了三极管的电流分配关系，它由以下几个公

21、式描述：第一个式子说明三个极电流之间的关系，发射极电流等于基极电流和集电极电流之和。第二个描述三极管的电流放大作用，集电极电流是基极电流的倍；第三个式子说明ce极之间的穿透电流ICEO是集电结反向饱和电流ICBO的（1+）倍。下面，我们从微观的角度分析、推导后两个关系式。第30页/共39页 2.5 2.5 三极管电流分配关系理论分析三极管电流分配关系理论分析-2.5.1 2.5.1 各电极电流的形各电极电流的形成成 1、发射极电流的形成发射结正向偏置，发射区的多数载流子电子不断通过发射结进入基区，同时从电源负极得到电子补充，因而形成发射极电流，这一由多数载流子形成的发射极电流用符号IEN表示。

22、除此之外，基区的空穴向发射极扩散，也形成发射极电流，这部分电流用IEP表示发射极电流IE等于两者之和：（1）第31页/共39页 2.5 2.5 三极管电流分配关系理论分析三极管电流分配关系理论分析-2.5.1 2.5.1 各电极电流的形各电极电流的形成成 2、集电极电流的形成 来自发射极的电子流很少一部分与基区的空穴复合形成基极电流的一部分。多数电子很快就达到集电结的边界，在电场的作用下进入集电区，形成集电极电流，这一部分集电极电流用符号ICN表示。集电极反向偏置的情况下，集电区的少数载流子空穴能顺利地通过集电结进入基区，这些少数载流子的运动形成的集电极电流用符号ICBO表示。集电极总电流IC

23、等于两者之和：（2）第32页/共39页 2.5 2.5 三极管电流分配关系理论分析三极管电流分配关系理论分析-2.5.1 2.5.1 各电极电流的形各电极电流的形成成 3、基极电流的形成 发射极电子流进入基区后一部分与基区的空穴复合形成电流，该电流的方向是由基极电源流向基区，用符号IBN表示 基区的空穴向发射区扩散形成的电流，该电流的方向也是由基极电源流向基极，用符号IBP表示 集电极少数载流子空穴向基区移动的电流，正电荷空穴从集电极进入基区后流向基极电源，因此形成负电流ICBO（3）上述三个电流之和即为基极电流IB：第33页/共39页 2.5 2.5 三极管电流分配关系理论分析三极管电流分配

24、关系理论分析-2.5.1 2.5.1 各电极电流的形各电极电流的形成成 1、发射极电流：2、集电极电流：3、基极电流：（3）（1）（2）通过上面的分析，得到各极电流表达式如下：第34页/共39页2.5.2 2.5.2 三极管为什么会有电流放大作用？三极管为什么会有电流放大作用？发射极流出的电子有多大比例形成基极电流，多大比例形成集电极电流，完全决定于发射区、基区的载流子浓度、基区的宽度和集电极面积。三极管制造出来以后，发射极电流IE和集电极ICN的比例关系也就确定了，用 表示ICN和IBN的比值，则这一 称为共基极直流电流放大倍数。由于基区空穴浓度低，又做得很薄，加上集电极面积较大，来自发射区

25、的电子经过基区时只有很少一部分与其中的空穴符合，大部分都直接到达集电极形成集电极电流ICN，因此 接近于1（4）第35页/共39页 2.5.2 2.5.2 三极管为什么会有电流放大作用？三极管为什么会有电流放大作用？1、发射极电流：2、集电极电流：3、基极电流：（3）（1）（2）将（4）式代入集电极电流的表达式（2）：（4）4、前面所得：将代入：令：忽略ICBO 说明电流放大作用第36页/共39页 2.5.3 2.5.3 穿透电流和集电结反向饱和电流的关系穿透电流和集电结反向饱和电流的关系 可求得：在基极开路的情况下（IB=0）测得的集电极电流（也等于发射极电流）称为穿透电流，用ICEO表示。根据前面得到的公式：上式给出了穿透电流和集电结反向饱和电流之间的关系。表明集电结的反向饱和电流ICBO注入基区，和由基极电源注入基极电流一样，也被放大了倍。何谓穿透电流？第37页/共39页第第2章讲授到此结束章讲授到此结束 谢谢大家！谢谢大家！第38页/共39页感谢您的观看。第39页/共39页