《ch双极型三极管》PPT课件.ppt

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1、第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路又称半导体又称半导体三极管、三极管、晶体管，或简称为三极管。晶体管，或简称为三极管。(Bipolar Junction Transistor 或或BJT)三极管的外形如下图所示。三极管的外形如下图所示。三三极极管管按按结结构构分分有有两两种种类类型型：NPN型型和和 PNP 型型。这这里主要以里主要以 NPN 型为例进行讨论。型为例进行讨论。图图 2.1三极管的外形和管脚排列三极管的外形和管脚排列2.1.1双极型三极管双极型三极管第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路一、三极管的结构一、三极管的结构国产的

2、三极管，目前最常见的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。国产的三极管，目前最常见的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。图图2.2三极管的结构三极管的结构(a)平面型平面型(NPN)(b)合金型合金型(PNP)NecNPb二氧化硅二氧化硅becPNPe 发发射射极极，b基基 极极，c 集电极。集电极。第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路图图 2.3 NPN 型型三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号ecb符号符号集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 eNNP第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管

3、及基本放大电路集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c发射极发射极 e基极基极 bcbe符号符号NNPPN图图 2.4 PNP 型型三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路以以 NPN 型三极管为例讨论型三极管为例讨论图图2.5三极管中的两个三极管中的两个 PN 结结cNNPebbec表面看表面看若要使三极若要使三极管实现放大，必管实现放大，必须由须由三极管的内三极管的内部结构部结构和和外部所外部所加电源的极性加电源的极性两两方面的条件方面的条件来保来保证。证。不不具具备备放大作用放大作用2.1

4、.2三极管的电流分配与放大原理三极管的电流分配与放大原理第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路三极管内部结构要求：三极管内部结构要求：NNPebcN N NP P P1.发射区高掺杂。发射区高掺杂。2.基基区区做做得得很很薄薄。通通常常只只有有几几微微米米到到几几十十微微米米，而而且且掺掺杂杂较较少少。三三极极管管放放大大的的外外部部条条件件：外外加加电电源源的的极极性性应应使使发发射射结处于正向偏置结处于正向偏置，而，而集电结处于反向偏置集电结处于反向偏置状态。状态。3.集电结面积大。集电结面积大。第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路be

5、cRcRb三极管中载流子运动过程三极管中载流子运动过程I EIB1.发发射射发发射射区区的的电电子子越越过过发发射射结结扩扩散散到到基基区区，基基区区的的空空穴穴扩扩散散到到发发射射区区形形成成发发射射极极电电流流 IE(基基区区多多子子数数目目较较少，空穴电流可忽略少，空穴电流可忽略)。2.复复合合和和扩扩散散电电子子到到达达基基区区，少少数数与与空空穴穴复复合合形形成成基基极极电电流流 Ibn，复复合合掉的空穴由掉的空穴由 VBB 补充补充。多多数数电电子子在在基基区区继继续续扩扩散，到达集电结的一侧。散，到达集电结的一侧。图图 2.6三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动第第2章章 半

6、导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路becI EI BRcRb三极管中载流子运动过程三极管中载流子运动过程3.收收集集集集电电结结反反偏偏，有有利利于于收收集集基基区区扩扩散散过过来来的的电子而形成集电极电流电子而形成集电极电流 Icn。其能量来自外接电源其能量来自外接电源 VCC。I C另另外外，集集电电区区和和基基区区的的少少子子在在外外电电场场VCC的的作作用用下下将将（被被吸吸引引过过来来）进进行行漂漂移移运运动动而而形形成成反反向向饱饱和和电电流流，用用ICBO表示表示。ICBO图图 2.7三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半

7、导体三极管及基本放大电路beceRcRbIEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBO ICn IE=ICn+IBn+ICEO 一一般般要要求求 ICn 在在 IE 中中占占的的比比例例尽尽量量大大。而而二二者者之之比比定定义义为为共共基基极极直流电流放大系数直流电流放大系数，即，即一般可达一般可达 0.95 0.99三极管的电流分配关系（动画）三极管的电流分配关系（动画）第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路三个极的电流之间满足节点电流定律，即三个极的电流之间满足节点电流定律，即IE=IC+IB定义共发射极直流电流放大倍数：定义共发射极直流电流放

8、大倍数：第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路表一：一组三极管电流关系典型数据表一：一组三极管电流关系典型数据IB/mA 0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05IC/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91 IE/mA 0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.961.任何一列电流关系符合任何一列电流关系符合 IE=IC+IB，IB IC 0 时的输入特性曲线时的输入特性曲线当当 UCE 0 时时，这这个个电电压压有有利利于于将将发发射射区区扩扩散散到到基基区区的的电子收集到集电极。电子收集

9、到集电极。UCE UBE，三极管处于放大状态。三极管处于放大状态。*特性右移特性右移(因集电因集电结开始吸引电子结开始吸引电子)OIB/AUCE 1 时的时的输入特性具有实用意义。输入特性具有实用意义。IBUCEICVCCRbVBBcebRCV+V+A+mAUBE*UCE 1 V，特特性曲线重合。性曲线重合。三极管共射特性曲线测试电路三极管共射特性曲线测试电路三极管的输入特性三极管的输入特性第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路NPN 三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线IC/mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 15432

10、1划划分分三三个个区区：截截止止区区、放大区和饱和区。放大区和饱和区。截止区截止区放放大大区区饱饱和和区区放放大大区区1.截截止止区区IB 0 的的区域。区域。两两个个结结都都处处于于反反向向偏偏置。置。IB=0 时时，IC=ICEO。硅硅管管约约等等于于 1 A，锗锗管管约为几十约为几十 几百微安。几百微安。截止区截止区截止区截止区二、输出特性二、输出特性第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路2.放大区：放大区：条件：条件：发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏特特点点：各各条条输输出出特特性性曲曲线线比比较较平平坦坦，近近似似为为水水平平线线，且等间隔。且等间隔

11、。二、输出特性二、输出特性IC/mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321放放大大区区集集电电极极电电流流和和基基极极电电流流体现放大作用，即体现放大作用，即放放大大区区放放大大区区对对 NPN 管管 UBE 0，UBC 0 UBC 0。特特点点：IC 基基本本上上不不随随 IB 而而变变化化，在在饱饱和和区区三三极极管管失失去放大作用。去放大作用。I C IB。当当 UCE=UBE，即即 UCB=0 时时，称称临临界界饱饱和和，UCE UBE时称为时称为过饱和过饱和。饱和管压降饱和管压降 UCES 0.4 V(硅管硅管)，UCES 0.2 V(

12、锗管锗管)饱饱和和区区饱饱和和区区饱饱和和区区第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路一、电流放大系数一、电流放大系数三极管的主要参数三极管的主要参数ICIE+C2+C1VEEReVCCRc(b)共基极接法共基极接法VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+(a)共发射极接法共发射极接法（表征管子放大作用的参数）（表征管子放大作用的参数）1.共射电流放大系数共射电流放大系数 第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路二、极间反向电流二、极间反向电流1.集电极和基极之间的反向饱和电流集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO2.集电极和发射极之间的反向

13、饱和电流集电极和发射极之间的反向饱和电流 ICEO(a)ICBO测量电测量电路路(b)ICEO测量电测量电路路ICBOceb AICEO Aceb 小小功功率率锗锗管管 ICBO 约约为为几几微微安安；硅硅管管的的 ICBO 小小，有有的的为为纳纳安数量级。安数量级。当当 b 开路时，开路时，c 和和 e 之间的电流。之间的电流。值值愈大，则该管的愈大，则该管的 ICEO 也愈大。也愈大。右图右图:反向饱和电流的测量电路反向饱和电流的测量电路第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路 因为因为ICBO 和和ICEO 都是由少数载流子的运都是由少数载流子的运动形成的动形成的

14、,所以对温度比较敏感所以对温度比较敏感.当温度升高时当温度升高时 ICBO 和和ICEO 都将急剧地增大都将急剧地增大.选用三极管时选用三极管时,要求三极管的反向饱和电流要求三极管的反向饱和电流ICBO 和和穿透电流穿透电流ICEO 尽可能小些尽可能小些,这两个参数的这两个参数的值愈小值愈小,表明三极管的质量愈好表明三极管的质量愈好.第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路三、三、极限参数极限参数1.集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM 当当 IC 过过大大时时，三三极极管管的的 值值要要减减小小。在在 IC=ICM 时时，值下降到额定值的三分之二。值下降到额定

15、值的三分之二。2.集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率 PCM过过损损耗耗区区安安全全 工工 作作 区区 将将 IC 与与 UCE 乘乘积积等等于于规规定定的的 PCM 值值各各点点连连接接起起来来，可得一条双曲线。可得一条双曲线。ICUCE PCM 为过损耗区为过损耗区ICUCEOPCM=ICUCE安安全全 工工 作作 区区安安全全 工工 作作 区区过过损损耗耗区区过过损损耗耗区区三极管的安全工作区三极管的安全工作区第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路3.极间反向击穿电压极间反向击穿电压外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压。外加在三极管各电极之间的最大

16、允许反向电压。U(BR)CEO：基基 极极 开开 路路 时时，集集电电极极和和发发射射极极之之间间的的反反向击穿电压。向击穿电压。U(BR)CBO：发发射射极极开开路路时时，集集电电极极和和基基极极之之间间的的反向击穿电压。反向击穿电压。安安全全工工作作区区同同时时要要受受 PCM、ICM 和和U(BR)CEO限制。限制。过过电电压压ICU(BR)CEOUCEO过过损损耗耗区区安安全全 工工 作作 区区ICM过流区过流区三极管的安全工作区三极管的安全工作区第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路*三极管的选用原则三极管的选用原则1.1.必须保证三极管工作在安全区必须保证

17、三极管工作在安全区.2.2.当输入信号频率高时当输入信号频率高时,应选用高频管或超高频管应选用高频管或超高频管;若若用于开关电路用于开关电路,应选用开关管应选用开关管.3.3.当要求反向电流小当要求反向电流小,且能工作在温度变化大的环境且能工作在温度变化大的环境中中,应选硅管应选硅管;要求导通电压低时要求导通电压低时,可选锗管可选锗管.4.4.对于同型号的管子对于同型号的管子,优先选用反向电流小的优先选用反向电流小的,且且值值也不宜过大也不宜过大,一般以几十至一百左右为宜一般以几十至一百左右为宜.第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路国家标准对半导体三极管的命名如下国

18、家标准对半导体三极管的命名如下:3 D G 110 B 第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管材料材料器件的种类器件的种类三极管三极管半导体三极管的型号第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路*复合三极管（达林顿管）复合三极管（达林顿管）复合管是由两个或两个以上的三极管按照一定的复合管是由两个或两个以上的三极管按照一定的连接方式组成的等效三极管连接方式组成的等效三极管,又称为达林顿管。其电又称为达林顿管。其电流放大系数及输入阻抗都比较大。流放大系数及输入阻抗都比较大

19、。达林顿管分为普通达林顿管和大功率达林顿管，主达林顿管分为普通达林顿管和大功率达林顿管，主要用于音频功率放大、电源稳压、大电流驱动、开关控要用于音频功率放大、电源稳压、大电流驱动、开关控制等电路。制等电路。第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路四种常用的复合管结构第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路 （1 1）复复合合管管的的类类型型与与组组成成复复合合管管的的第第一一只只三三极管的类型相同。极管的类型相同。（2 2）复复合合管管的的电电流流放放大大系系数数近近似似为为组组成成该该复合管的各三极管电流放大系数的乘积。复合管的各三极管电流放大

20、系数的乘积。即：即：1 12 2 (3)(3)后管的后管的b b、e e不能接在前管的不能接在前管的c c、e e之间。之间。2.2.复合管的特点复合管的特点第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路 已知型号和管脚排列的三极管，判断其性能的好坏,可按如下的方法进行:（1）测量极间电阻（2）三极管穿透电流ICEO大小的判断（3）电流放大系数的估计*三极管的检测三极管的检测1.1.中、小功率三极管的检测中、小功率三极管的检测第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路2.检测判别电极（1）判定基极和管型（2）判定集电极c和发射极e3.好坏的判别 如果如果 一个三极管用上述判别电极方法判断不出其一个三极管用上述判别电极方法判断不出其电极电极,表明三极管已损坏表明三极管已损坏.第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路判别三极管c、e电极的原理图第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路作业P46No.1(1)(4)；预习实验一；预习实验一；