第3章 半导体三极管及其基本放大电路.ppt
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1、第第3章章 半导体三极管及其基本放大半导体三极管及其基本放大电路电路3.1双极型半导体三极管双极型半导体三极管3.2三极管基本应用电路及其分析方法三极管基本应用电路及其分析方法*3.3单极型半导体三极管及其电路分析单极型半导体三极管及其电路分析小结小结3.1 双极型半导体三极管双极型半导体三极管3.1.1三极管的结构与分类三极管的结构与分类1.三极管的结构与电路符号三极管的结构与电路符号三极管的结构示意图如三极管的结构示意图如图图3-1(a)所示,它是由三层不同性质的半所示,它是由三层不同性质的半导体组合而成的。导体组合而成的。按半导体的组合方式不同,可将其分为按半导体的组合方式不同,可将其分
2、为NPN型管和型管和PNP型管。型管。三极管的电路符号如三极管的电路符号如图图3-1(b)所示,符号中的箭头方向表示发射所示,符号中的箭头方向表示发射结正向偏置时的电流方向。结正向偏置时的电流方向。2.三极管的分类三极管的分类(1)按其结构类型分为按其结构类型分为NPN管和管和PNP管。管。(2)按其制作材料分为硅管和锗管。按其制作材料分为硅管和锗管。(3)按工作频率分为高频管和低频管。按工作频率分为高频管和低频管。(4)按载流子的类型分为双极性半导体三极管和单极性半导体三按载流子的类型分为双极性半导体三极管和单极性半导体三极管。极管。下一页下一页3.1 双极型半导体三极管双极型半导体三极管3
3、.1.1三极管的结构与分类三极管的结构与分类3.三极管的外形结构三极管的外形结构常见三极管的外形结构如常见三极管的外形结构如图图3-2所示。所示。下一页下一页上一页上一页3.1 双极型半导体三极管双极型半导体三极管3.1.2三极管的电流分配与放大作用三极管的电流分配与放大作用1.三极管的工作状态及偏置方式三极管的工作状态及偏置方式三极管的工作状态由两个三极管的工作状态由两个PN结的偏置方式决定,如结的偏置方式决定,如表表3-1所所示。示。三极管实现放大作用的外部条件是发射结正向偏置,集电结三极管实现放大作用的外部条件是发射结正向偏置,集电结反向偏置。反向偏置。图图3-3(a)为为NPN管的偏置
4、电路,管的偏置电路,图图3-3(b)为为PNP管的偏置电路。管的偏置电路。2.三极管内部载流子的运动过程三极管内部载流子的运动过程(以以NPN管为例管为例)图图3-4为三极管内部载流子运动的示意图。为三极管内部载流子运动的示意图。(1)发射区向基区发射电子的过程。发射区向基区发射电子的过程。(2)电子在基区的扩散和复合过程。电子在基区的扩散和复合过程。(3)电子被集电区收集的过程。电子被集电区收集的过程。下一页下一页上一页上一页3.1 双极型半导体三极管双极型半导体三极管3.1.2三极管的电流分配与放大作用三极管的电流分配与放大作用3.放大状态下三极管各极电流之间的关系放大状态下三极管各极电流
5、之间的关系由图由图3-4不难得出不难得出:下一页下一页上一页上一页3.1 双极型半导体三极管双极型半导体三极管3.1.2三极管的电流分配与放大作用三极管的电流分配与放大作用4.三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用(1)综合载流子的运动规律,由于三极管的综合载流子的运动规律,由于三极管的ICBO较小,所以较小,所以电流分配关系可简写为电流分配关系可简写为(2)IC与与IB的比值基本保持不变,其大小由三极管的内部结的比值基本保持不变,其大小由三极管的内部结构决定。构决定。下一页下一页上一页上一页3.1 双极型半导体三极管双极型半导体三极管3.1.2三极管的电流分配与放大作用三极管的电流分配与放
6、大作用(3)放大作用。放大作用。要使三极管工作在放大状态,必须具备两个条件:一是必须要使三极管工作在放大状态,必须具备两个条件:一是必须以正确的连接方式将三极管接入输入输出回路;二是必须外以正确的连接方式将三极管接入输入输出回路;二是必须外加正确的直流偏置电压,即发射结正向偏置、集电结反向偏加正确的直流偏置电压,即发射结正向偏置、集电结反向偏置。置。下一页下一页上一页上一页3.1 双极型半导体三极管双极型半导体三极管3.1.3三极管的特性曲线及主要参数三极管的特性曲线及主要参数测试电路如图测试电路如图3-5所示。所示。1.输入特性曲线输入特性曲线共发射极输入特性曲线是指以共发射极输入特性曲线是
7、指以集电极与发射极输出电压集电极与发射极输出电压UCE为为参变量,输入电流参变量,输入电流IB与输入电压与输入电压UBE之间的关系曲线,即之间的关系曲线,即1)UCE=0时的输入特性时的输入特性(图图3-6中曲线中曲线)2)UCE1V时的输入特性时的输入特性(图图3-6中曲线中曲线)2.输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线是指当三极管基极电流输出特性曲线是指当三极管基极电流IB为常数时,集电极电为常数时,集电极电流入流入IC与集电极、发射极间电压与集电极、发射极间电压UCE之间之间的关系,即的关系,即下一页下一页上一页上一页3.1 双极型半导体三极管双极型半导体三极管3.1.3三极管的特性曲线
8、及主要参数三极管的特性曲线及主要参数输出特性曲线如输出特性曲线如图图3-7所示。所示。(1)放大区放大区:指指曲线上曲线上IIB 0和和UCE1V之间的之间的部分,此时部分,此时发射结正偏、集电结反偏,三极管处于放大状态。发射结正偏、集电结反偏,三极管处于放大状态。(2)截止区截止区:指曲线上指曲线上I B 0的区域,此时发射结反偏,三极的区域,此时发射结反偏,三极管为截止状态管为截止状态,IC很小很小,集电极与发射极间相当于开路,三,集电极与发射极间相当于开路,三极管相当于断开的开关。极管相当于断开的开关。(3)饱和区饱和区:指曲线上指曲线上UCEUBE的区域,此时的区域,此时IC与与I B
9、无对应关无对应关系,集电极与发射极均系,集电极与发射极均处于正向偏置,集电极与发射极之间处于正向偏置,集电极与发射极之间的压降称为饱和电压,用的压降称为饱和电压,用UCES表示表示。下一页下一页上一页上一页3.1 双极型半导体三极管双极型半导体三极管3.1.4三极管的主要参数三极管的主要参数1.电流放大系数电流放大系数2.极间反向截止电流极间反向截止电流1)集电极集电极-基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBO1)集电极集电极-发射极反向饱和电流发射极反向饱和电流ICEO下一页下一页上一页上一页3.1 双极型半导体三极管双极型半导体三极管3.1.4三极管三极管的主要参数的主要参数3.极限参数极
10、限参数1)集电极集电极最大允许电流最大允许电流ICM2)反向击穿电压反向击穿电压U(BR)CEO3)集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM根据给定的根据给定的PCM值可以作出一条值可以作出一条PCM曲线如曲线如图图3-8所示,由所示,由PCM、ICM和和U(BR)CEO包围的区域为三极管安全工作区。包围的区域为三极管安全工作区。下一页下一页上一页上一页3.1 双极型半导体三极管双极型半导体三极管3.1.5温度对三极管的特性与参数的影响温度对三极管的特性与参数的影响1.温度温度对对UBE的影响的影响 三极管的输入特性曲线与二极管的正向特性曲线相似,温度三极管的输入特性曲线与二极管的正向特性曲
11、线相似,温度升高,曲线左移,如升高,曲线左移,如图图3-9所示。所示。2.温度对温度对ICBO的影响的影响三极管输出特性曲线随温度升高将向上移动,如图三极管输出特性曲线随温度升高将向上移动,如图3-10所所示。示。3.温度对温度对的影响的影响 温度升高,输出特性各条曲线之间的间隔增大,从而温度升高,输出特性各条曲线之间的间隔增大,从而值增值增大,如大,如图图3-10所所示。示。下一页下一页上一页上一页3.1 双极型半导体三极管双极型半导体三极管3.1.6三极管的判别及其手册的查阅方法三极管的判别及其手册的查阅方法1.三极管型号的意义三极管型号的意义三极管的型号三极管的型号一般由五大部分组成如一
12、般由五大部分组成如3AX31A、3DG12B、3CG14G等。等。2.三极管手册的查阅方法三极管手册的查阅方法1)三极管手册的基本内容三极管手册的基本内容(1)三极管的型号。三极管的型号。(2)电参数符号说明。电参数符号说明。(3)主要用途。主要用途。(4)主要参数。主要参数。2)三极管手册的查阅方法三极管手册的查阅方法(1)已知三极管的型号查阅其性能参数和使用范围。已知三极管的型号查阅其性能参数和使用范围。(2)根据使用要求选择三极管。根据使用要求选择三极管。下一页下一页上一页上一页3.1 双极型半导体三极管双极型半导体三极管3.1.6三极管的判别及其手册的查阅方法三极管的判别及其手册的查阅
13、方法3.判别三极管的管型和管脚判别三极管的管型和管脚(1)根据三极管外壳上的型号,初判其类型。根据三极管外壳上的型号,初判其类型。(2)根据三极管的外形特点,初判其管脚。根据三极管的外形特点,初判其管脚。(3)用万用表判别三极管的管脚及管型。用万用表判别三极管的管脚及管型。基极的判别,如基极的判别,如图图3-11所示。所示。集电极和发射极的判别。具体测试方法如集电极和发射极的判别。具体测试方法如图图3-12所示。所示。根据硅管的发射结正向压降大于锗管的正向压降的特点,根据硅管的发射结正向压降大于锗管的正向压降的特点,来判断其材料。如来判断其材料。如图图3-13所示。所示。下一页下一页上一页上一
14、页3.1 双极型半导体三极管双极型半导体三极管3.1.6三极管的判别及其手册的查阅方法三极管的判别及其手册的查阅方法4.三极管的质量粗判及代换方法三极管的质量粗判及代换方法1)判别三极管的质量好坏判别三极管的质量好坏用指针式万用表测一般三极管,可将三极管看成两个用指针式万用表测一般三极管,可将三极管看成两个“首首首首”相连或相连或“尾尾尾尾”相连的二极管来看待,若相连的二极管来看待,若“首首”为正极为正极“尾尾”为负极,则前者为为负极,则前者为PNP型,后者为型,后者为NPN型。型。2)三极管的代换方法三极管的代换方法(1)更换时,尽量更换相同型号的三极管。更换时,尽量更换相同型号的三极管。(
15、2)无相同型号更换时,新换三极管的极限参数应等于或大于原无相同型号更换时,新换三极管的极限参数应等于或大于原三极管的极限参数。三极管的极限参数。(3)性能好的三极管可代替性能差的三极管。性能好的三极管可代替性能差的三极管。(4)在集电极耗散功率允许的情况下,可用高频管代替低频管。在集电极耗散功率允许的情况下,可用高频管代替低频管。(5)开关三极管可代替普通三极管。开关三极管可代替普通三极管。上一页上一页返返 回回3.2 三极管基本应用电路及其分析三极管基本应用电路及其分析方法方法3.2.1三极管基本放大电路的组成三极管基本放大电路的组成三极管基本放大电路可由正弦波三极管基本放大电路可由正弦波信
16、号源信号源US、晶体三极管、晶体三极管V、输出负载输出负载RL及电源偏置电路及电源偏置电路(UBB、Rb、UCC、RC)组成,如组成,如图图3-14所示。所示。(1)图图3-14中晶体三极管采用中晶体三极管采用NPN型硅管,具有电流放大型硅管,具有电流放大作用,使作用,使IC=IB。(2)图图3-14中基极电阻中基极电阻Rb又称偏流电阻,它和电源又称偏流电阻,它和电源UBB一一起给基极提供一个合适的基极直流起给基极提供一个合适的基极直流IBB,使晶体管能工作在特,使晶体管能工作在特性曲线的线性部分性曲线的线性部分。(3)图图3-14中中RC为集电极负载电阻。为集电极负载电阻。(4)图图3-14
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