第四晶体三极管修改.pptx

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1、 一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号小功率管中功率管大功率管为什么有孔？第1页/共41页1）三极管的结构）三极管的结构根据结构不同，三极管有两种类型：NPN 和 PNP 型。主要以 NPN 型为例进行讨论。图三极管的结构图三极管的结构(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NecNPb二氧化硅becPNPe 发射极，b基 极，c 集电极。第2页/共41页平面型(NPN)三极管制作工艺NcSiO2b硼杂质扩散e磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散PN在 N 型硅片(集电区)氧化膜上刻一个窗口，将硼杂质进行扩散形成 P 型(基区)，再在 P 型区上刻窗口，将磷杂质进行扩

2、散形成N型的发射区。引出三个电极即可。合金型三极管制作工艺：在 N 型锗片(基区)两边各置一个铟球，加温铟被熔化并与 N 型锗接触，冷却后形成两个 P 型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。第3页/共41页图图 三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号(a)NPN 型ecb符号集电区集电结基区发射结发射区集电极 c基极 b发射极 eNNP2）三极管的符号第4页/共41页集电区集电结基区发射结发射区集电极 c发射极 e基极 bcbe符号NNPPN图图 1.3.3三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号(b)PNP 型第5页/共41页以 NPN 型三极管为例讨论图三极管中的两个图三极管中

3、的两个 PN 结结cNNPebbec表面看三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。不具备放大作用二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理第6页/共41页三极管内部结构要求：NNPebcN N NP P P1.发射区高掺杂。2.基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。3.集电结面积大。第7页/共41页三极管中载流子运动过程1.发射发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区形成发射极电流 IE(基区多子数目较少，空穴电流可忽略)。2.复合和扩散电子到达基区

4、，少数与空穴复合形成基极电流 IBN，复合掉的空穴由 VBB 补充，形成基级电流IB。多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。图图 三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动第8页/共41页三极管中载流子运动过程3.收集集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流 ICN。另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流，用ICBO表示。图图 三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动 可见，在集电极VCC作用下形成集电极电流IC。由于三极管内有两种载流子由于三极管内有两种载流子(自自由电子和空穴由电子和空穴)参与导电，故称为双参与导电，故称为双极型三极管或极

5、型三极管或BJTBJT(Bipolar Junction Transistor)。第9页/共41页 三极管的三种组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；BJT的三种组态第10页/共41页三极管的电流分配关系IC=ICN+ICBO IE=ICN+IBN+IEN=IEN+IEP图图 三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动IB=IBN+IEP-ICBO三个极的电流之间满足节点电流定律，即IE=IC+IB第11页/共41页三极管的电流分配关系IC=ICN+ICBO IE

6、=ICN+IBN+IEN=IEN+IEP一般 ICN 在 IE 中占的比例大。而二者之比称直流电流放大系数，即一般可达 0.95 0.99图图 三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动IB=IBN+IEP-ICBO第12页/共41页整理可得:三极管的电流放大系数：一般 ICN 在 之比称为共射直流电流放大系数 。即上式中的后一项常用 ICEO 表示，ICEO 称穿透电流。当 ICEO IC 时，忽略 ICEO，则由上式可得共射直流电流放大系数 近似等于 IC 与 IB 之比。一般 值约为几十 几百。第13页/共41页将IE=IC+IB代入(1)式，得其中：共射直流电流放大系数。三极管的电流放大

7、系数：一般 ICN 在 IE 中占的比例大。而二者之比称为共基极直流电流放大系数，即一般可达 0.95 0.99第14页/共41页三极管的电流分配关系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 IE=IC+IB，IB IC 0 时的输入特性曲线当 UCE 0 时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。UCE UBE，集电结已进入反偏状态，开始

8、收集电子，基区复合减少，同样的UBE下 IB减小，特性曲线右移。*UCE UBE，三极管处于放大状态OIB/AUCE 1 时的输入特性具有实用意义。IBUCEICVCCRbVBBcebRCV+V+A+mAUBE*UCE 1 V，特性曲线重合。图图 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图图 三极管的输入特性三极管的输入特性第23页/共41页1）晶体管的共射输入特性）晶体管的共射输入特性CE)(BEBUufi=为什么UCE增大曲线右移？对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。为什么像PN结的伏安特性？为什么UCE增大到一定值曲线右

9、移就不明显了？1.输入特性第24页/共41页二、输出特性图图 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 154321划分三个区：截止区、放大区和饱和区。截止区放大区饱和区放大区1.截止区IB 0 的区域。两个结都处于反向偏置。IB=0 时，IC=ICEO。硅管约等于 1 A，锗管约为几十 几百微安。截止区截止区第25页/共41页2.放大区：条件：发射结正偏集电结反偏特点：iC 受 iB 的控制,而与uCE无关，各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平线，且等间隔。二、输出特性IC/mAUCE /V100 A8

10、0A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321放大区集电极电流和基极电流体现放大作用，即放大区放大区对 NPN 管 UBE 0，UBC 0 UBC 0。特点：IC 基本上不随 IB 而变化，在饱和区三极管失去放大作用。I C IB。当 UCE=UBE，即 UCB=0 时，称临界饱和，UCE UBE时称为过饱和。饱和管压降 UCES 0.4 V(硅管)，UCES 0.2 V(锗管)饱和区饱和区饱和区第27页/共41页四、四、三极管的主要参数三极管的主要参数 直流参数：、ICBO、ICEO1.共射直流电流放大系数忽略穿透电流 ICEO 时，2.共基直流电流放大系数忽略反向饱和电流

11、ICBO 时，第28页/共41页3.集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO4.集电极和发射极之间的反向饱和电流 ICEO(a)ICBO测量电路(b)ICEO测量电路ICBOceb AICEO Aceb 小功率锗管 ICBO 约为几微安；硅管的 ICBO 小，有的为纳安数量级。当 b 开路时，c 和 e 之间的电流。值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。图图 反向饱和电流的测量电路反向饱和电流的测量电路第29页/共41页 交流参数：、fT（使1的信号频率）1.共射电流放大系数 2.共基电流放大系数 和 这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：第30页/共41页3.特征频率 由于晶体管中的PN

12、结结电容的存在，晶体管的交流电流放大系数是所加信号的函数。频率高到一定程度，集电极电流与基极电流之比不但数值下降，而且产生相移。使共射极电留放大系数的数值下降到1的信号频率称为特征频率第31页/共41页1.集电极最大允许电流 ICM 当 IC 过大时，三极管的 值要减小。在 IC=ICM 时，值下降到额定值的三分之二。2.集电极最大允许耗散功率 PCM过损耗区安全 工 作 区 将 IC 与 UCE 乘积等于规定的 PCM 值各点连接起来，可得一条双曲线。ICUCE PCM 为过损耗区ICUCEOPCM=ICUCE安全 工 作 区安全 工 作 区过损耗区过损耗区图图 三极管的安全工作区三极管的安

13、全工作区 极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO第32页/共41页3.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。U(BR)CEO：基极开路时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。U(BR)CBO：发射极开路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。安全工作区同时要受 PCM、ICM 和U(BR)CEO限制。过电压ICU(BR)CEOUCEO过损耗区安全 工 作 区ICM过流区图图 三极管的安全工作区三极管的安全工作区第33页/共41页(1)温度对温度对ICBO的影响的影响温度每升高温度每升高10，ICBO约增加一倍。约增加一倍。(2)温度对温度对 的影响的影响温度每升高温度每升高1

14、，值约增大值约增大0.5%1%。(3)温度对反向击穿电压温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响的影响温度升高时，温度升高时，V(BR)CBO和和V(BR)CEO都会有所提高。都会有所提高。2.温度对晶体管特性曲线的影响温度对晶体管特性曲线的影响1.温度对晶体管参数的影响温度对晶体管参数的影响end五、温度对晶体管特性的影响五、温度对晶体管特性的影响第34页/共41页2.温度对晶体管特性曲线的影响温度对晶体管特性曲线的影响1）温度对输入特性曲线的影响五、温度对晶体管特性的影响五、温度对晶体管特性的影响第35页/共41页2）温度对输出特性曲线的影响五、温度对晶体管特性的影响五、

15、温度对晶体管特性的影响第36页/共41页PNP 型三极管型三极管放大原理与 NPN 型基本相同，但为了保证发射结正偏，集电结反偏，外加电源的极性与 NPN 正好相反。图图 三极管外加电源的极性三极管外加电源的极性(a)NPN 型VCCVBBRCRb N NP+uoui(b)PNP 型VCCVBBRCRb+uoui第37页/共41页 PNP 三极管电流和电压实际方向。UCEUBE+IEIBICebCUCEUBE(+)()IEIBICebC(+)()PNP 三极管各极电流和电压的规定正方向。PNP 三极管中各极电流实际方向与规定正方向一致。电压(UBE、UCE)实际方向与规定正方向相反。计算中UBE、UCE 为负值；输入与输出特性曲线横轴为(UBE)、(UCE)。第38页/共41页讨论一讨论一1.分别分析uI=0V、5V时T是工作在截止状态还是导通状态；2.已知T导通时的UBE0.7V，若uI=5V，则在什么范围内T处于放大状态?在什么范围内T处于饱和状态？通过uBE是否大于Uon判断管子是否导通。临界饱和时的第39页/共41页讨论二讨论二由图示特性求出PCM、ICM、U（BR）CEO、。CECCMuiP=2.7iCCEBCUii =uCE=1V时的iC就是ICMU（BR）CEO第40页/共41页感谢您的观看！第41页/共41页