模拟电子技术双极结型三极管及放大电路基础PPT学习教案.pptx
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1、会计学1模拟模拟(mn)电子技术双极结型三极管及放电子技术双极结型三极管及放大电路基础大电路基础第一页,共55页。4.1 半导体三极管半导体三极管BJT的结构的结构(jigu)简介简介放大状态放大状态(zhungti)下下BJT的工作原的工作原理理的的VI特性特性(txng)曲线曲线的主要参数的主要参数第1页/共55页第二页,共55页。在一块半导体基片上加工两个在一块半导体基片上加工两个PN结结,它们的物理性质它们的物理性质将发生质的变化将发生质的变化,可以制造成为可以制造成为(chngwi)三极管三极管,具有电流放大具有电流放大作用作用.双极型双极型三极管三极管第2页/共55页第三页,共55
2、页。半导体三极管半导体三极管n n外形(wi xn)第3页/共55页第四页,共55页。的结构的结构(jigu)简介简介(a)小功率管小功率管 (b)小功率管小功率管 (c)大功率管大功率管 (d)中功率管中功率管第4页/共55页第五页,共55页。结构结构结构结构(jigu)(jigu)简介简介简介简介1.1.三极管的构造核心:一块三极管的构造核心:一块三极管的构造核心:一块三极管的构造核心:一块(y kui)(y kui)有两个相有两个相有两个相有两个相互联系的互联系的互联系的互联系的PNPN结单晶;示意图如下结单晶;示意图如下结单晶;示意图如下结单晶;示意图如下第5页/共55页第六页,共55
3、页。结构结构结构结构(jigu)(jigu)简介简介简介简介1.1.NPN型型ecb符号符号集电集电区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(j j)b发射极发射极 eNNP第6页/共55页第七页,共55页。结构结构结构结构(jigu)(jigu)简介简介简介简介1.1.PNP型型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(j j)bcbe符号符号NNPPN第7页/共55页第八页,共55页。发射区的掺杂发射区的掺杂(chn z)浓浓度最高;度最高;集电区掺杂浓度集电区掺杂浓度(nngd)低于发射区,低于发射区
4、,且面积大;且面积大;基区很薄,一般基区很薄,一般(ybn)在几在几个微米至几十个微米,且掺个微米至几十个微米,且掺杂浓度最低。杂浓度最低。结构特点结构特点:内部条件内部条件放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理管芯结构剖面图管芯结构剖面图+第8页/共55页第九页,共55页。BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结基区很薄基区很薄(几微米几微米几十微米几十微米)发射区掺杂发射区掺杂(chn z)浓度最大浓度最大集电区的面积集电区的面积(min j)最大最大第9页/共55页第十页,共55页。NPNebc基区:较薄,基区:较薄,掺杂掺杂(chn z)浓度低浓度低
5、发射区:掺发射区:掺杂浓度杂浓度(nngd)较高较高集电区:集电区:面积面积(min j)较大较大基区:几微米基区:几微米几十微米几十微米发射区与集电区部对称发射区与集电区部对称使用中使用中e与与c不能对换。不能对换。第10页/共55页第十一页,共55页。结构结构(jigu)特特点:点:发射区的掺杂发射区的掺杂(chn z)浓度最高;浓度最高;集电区掺杂集电区掺杂(chn z)浓度低于发射区,且面积大;浓度低于发射区,且面积大;基区很薄,一般在几个微米至几十个微米,且掺杂浓基区很薄,一般在几个微米至几十个微米,且掺杂浓度最低。度最低。管芯结构剖面图管芯结构剖面图第11页/共55页第十二页,共5
6、5页。2023/5/26 BJT BJT BJT BJT的结构的结构的结构的结构(jigu)(jigu)(jigu)(jigu)总结总结总结总结两种类型两种类型两种类型两种类型(lixng):NPN(lixng):NPN和和和和PNPPNP结构结构(jigu)e(Emitter):发射极b(Base):基极c(Collector):集电极发射结发射结(Je)集电结集电结(Jc)基区基区发射区发射区集电区集电区三极三极:三区三区:两节两节:特点:b区薄 e区搀杂多 c区面积大e,b,cJe,Jc第12页/共55页第十三页,共55页。双结型三极管双结型三极管双结型三极管双结型三极管BJTBJT结构
7、结构结构结构(jigu)(jigu)NPNeb ce b c集电区N发射区N基区Pebc集电集电结结发射结集电极发射极基极P e b NP cPNP电路(dinl)符号N e b PN cNPN电路(dinl)符号第13页/共55页第十四页,共55页。外部外部(wib)条件条件n n发射结正偏,形成反射区的多子扩散发射结正偏,形成反射区的多子扩散发射结正偏,形成反射区的多子扩散发射结正偏,形成反射区的多子扩散n n集电结反偏,集电区收集从反射区扩散集电结边缘载流子,对于集电区集电结反偏,集电区收集从反射区扩散集电结边缘载流子,对于集电区集电结反偏,集电区收集从反射区扩散集电结边缘载流子,对于集
8、电区集电结反偏,集电区收集从反射区扩散集电结边缘载流子,对于集电区来讲属于少子的性质,来讲属于少子的性质,来讲属于少子的性质,来讲属于少子的性质,“少子少子少子少子”在反偏电压下飘移在反偏电压下飘移在反偏电压下飘移在反偏电压下飘移(pio y)(pio y)到集电区或到集电区或到集电区或到集电区或者讲被收集到集电区。者讲被收集到集电区。者讲被收集到集电区。者讲被收集到集电区。放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程三极管内有两种载流子三极管内有两种载流子(自由电子和空穴自由电子和空穴)都参与导电,故称为双极型三极管都参与导电,故称为双极型三极管BJT。第14页/共5
9、5页第十五页,共55页。外部外部(wib)条件:条件:n n发射结正偏,集电结反发射结正偏,集电结反偏偏IE=IB+IC载流子运动载流子运动载流子运动载流子运动(yndng)(yndng)的动画演示的动画演示的动画演示的动画演示只有同时满足上述内部条件和外部只有同时满足上述内部条件和外部(wib)条件下才能实现电流放条件下才能实现电流放大大电流放大作用电流放大作用第15页/共55页第十六页,共55页。电流电流电流电流(dinli)(dinli)(dinli)(dinli)分配关系分配关系分配关系分配关系n n基极基极基极基极(j j)(j j)(j j)(j j)电流传输系数电流传输系数电流传
10、输系数电流传输系数:n n集电极电流放大系数集电极电流放大系数集电极电流放大系数集电极电流放大系数:n n 和和 与管子的结构尺寸和掺杂浓度有与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关。一般关。一般 =0.9 0.99,1。是所加信号频率的函数,信号频率高是所加信号频率的函数,信号频率高到一定程度时,到一定程度时,不但数值下降,且产不但数值下降,且产生相移,使生相移,使 数值下降到数值下降到1的信号频率称的信号频率称为特征频率为特征频率fT。动画演示动画演示(ynsh):第16页/共55页第十七页,共55页。共基极放大共基极放大(fngd)电路电路3.放大放大(fngd)作用作用若若 vI=20mV电压电
11、压(diny)放大倍数放大倍数使使 iE=-1 mA,则则 iC=iE =-0.98 mA,vO=-iC RL=0.98 V,当 =0.98 时,时,第17页/共55页第十八页,共55页。两个条件两个条件(1)内部)内部(nib)条件:发射区杂质条件:发射区杂质浓度远大于基区杂浓度远大于基区杂质浓度,且基区很质浓度,且基区很薄。薄。(2)外部条件:)外部条件:发射结正向偏置,发射结正向偏置,集电结反向偏置。集电结反向偏置。思考思考思考思考1 1:可否用两个二极管相连构成一个三极管?:可否用两个二极管相连构成一个三极管?:可否用两个二极管相连构成一个三极管?:可否用两个二极管相连构成一个三极管?
12、思考思考思考思考2 2:可否将:可否将:可否将:可否将e e和和和和c c交换使用交换使用交换使用交换使用思考思考思考思考3 3:外部:外部:外部:外部(wib)(wib)条件对条件对条件对条件对PNPPNP管和管和管和管和NPNNPN管各如何实现?管各如何实现?管各如何实现?管各如何实现?综上所述,三极管的放大综上所述,三极管的放大(fngd)作用,是依靠它作用,是依靠它的发射极电流能够通过基区传输,然后到达集电极而实现的发射极电流能够通过基区传输,然后到达集电极而实现的。的。IE=IB+ICIC=IBIC=IE一组公式一组公式小结小结ecbNPNcbeNPP第18页/共55页第十九页,共5
13、5页。三极管的三种工作三极管的三种工作(gngzu)状态状态饱和状态饱和状态放大放大(fngd)状态状态截止截止(jizh)状态状态发射结正向偏置,集电结反向偏置发射结正向偏置,集电结反向偏置发射结正向偏置,集电结正向偏置发射结正向偏置,集电结正向偏置发射结反向偏置或者发射结正偏压低于死区电压,发射结反向偏置或者发射结正偏压低于死区电压,集电结反向偏置集电结反向偏置第19页/共55页第二十页,共55页。的的V-I 特性特性(txng)曲线曲线 iB=f(vBE)vCE=const(2)当当vCE1V时,时,vCB=vCE-vBE0,集电结已进入反偏状态,开始收,集电结已进入反偏状态,开始收 集
14、电子,基区复合减少,同样集电子,基区复合减少,同样(tngyng)的的vBE下下 IB减小,特性曲线右移。减小,特性曲线右移。(1)当当vCE=0V时,相当于发射结的正向伏安特性时,相当于发射结的正向伏安特性(txng)曲线。曲线。1.输入特性曲线输入特性曲线(以共射极放大电路为例)(以共射极放大电路为例)共射极连接共射极连接工作在放大状态的条件:vCE1V动画演示动画演示第20页/共55页第二十一页,共55页。饱和区:特征饱和区:特征IC明显受明显受VCE控控制该区域内,一般制该区域内,一般VCE1V(硅管硅管)。即处于。即处于(chy)发射结正偏,发射结正偏,集电结正偏或反偏电压很小。集电
15、结正偏或反偏电压很小。截止区:特征截止区:特征IC接近零接近零该区域相当该区域相当IB=0的曲线的曲线(qxin)下方。下方。此时,发射结反偏或正偏电压很小,集此时,发射结反偏或正偏电压很小,集电结反偏。电结反偏。放大区:特征放大区:特征IC平行于平行于VCE轴轴该区域内,曲线该区域内,曲线(qxin)基本平基本平行等距。此时,发射结正偏,集行等距。此时,发射结正偏,集电结反偏。电结反偏。2.2.输出特性曲线输出特性曲线的的V-I 特性曲线特性曲线iC=f(vCE)iB=const动画演示动画演示第21页/共55页第二十二页,共55页。共射极连接共射极连接放大放大放大放大(fngd)(fngd
16、):发射结正偏,集电结反偏:发射结正偏,集电结反偏:发射结正偏,集电结反偏:发射结正偏,集电结反偏饱和饱和饱和饱和(boh)(boh):发射结正偏,集电结正偏:发射结正偏,集电结正偏:发射结正偏,集电结正偏:发射结正偏,集电结正偏截止截止截止截止(jizh)(jizh):发射结反偏,集电结反偏:发射结反偏,集电结反偏:发射结反偏,集电结反偏:发射结反偏,集电结反偏倒置:发射结反偏,集电结正偏倒置:发射结反偏,集电结正偏倒置:发射结反偏,集电结正偏倒置:发射结反偏,集电结正偏临界饱和(虚线)临界饱和(虚线)临界饱和(虚线)临界饱和(虚线)第22页/共55页第二十三页,共55页。练习:测量某硅练习
17、:测量某硅BJT各电极对地的电压值如下,试判别各电极对地的电压值如下,试判别(pnbi)管子工作在什么区域。管子工作在什么区域。(1)VC6V VB0.7V VE0VVBE0.7V VCB5.3V 放大(fngd)区域(2)VC6V VB2V VE1.3VVBE0.7V VCB4V 放大(fngd)区域(3)VC6V VB6V VE5.4VVBE0.6V VCB0V 饱和区域饱和区域(3)VC6V VB6V VE5.4VVBE0.4V VCB2V 截止区域截止区域(4)VC6V VB4V VE3.6V(5)VC3.6V VB4V VE3.4VVBE0.6V VCB-0.4V 饱和区域饱和区域
18、第23页/共55页第二十四页,共55页。NpN对于对于对于对于(duy)(duy)共基极共基极共基极共基极放大:发射结正偏,集电结反偏放大:发射结正偏,集电结反偏放大:发射结正偏,集电结反偏放大:发射结正偏,集电结反偏IE=IB+IC恒流源第24页/共55页第二十五页,共55页。三极管的三种工作三极管的三种工作(gngzu)状状态态饱和状态饱和状态放大放大(fngd)状态状态截止截止(jizh)状态状态发射结正向偏置,集电结反向偏置发射结正向偏置,集电结反向偏置发射结正向偏置,集电结正向偏置发射结正向偏置,集电结正向偏置发射结反向偏置或者发射结正偏压低于死区电压,发射结反向偏置或者发射结正偏压
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