晶体三极管.

模拟电子技术机电工程系杨景林PPT威海职业技术学院晶体三极管及其应用模块二模块二、晶体三极管及其应用晶体管之父威廉·肖克利,美国科学家、和巴丁、布拉顿三人共同获得1956年诺贝尔物理学奖2.1晶体管三极管的认知多子浓度高多子浓度很低，且很薄面积大晶体管有三个极、三个区、两个PN结。小功率管中功率管大功率管为什么有孔？一、半导体三极管的种类和作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.010.020.030.040.050.010.561.141.742.332.910.010.571.161.772.372.96晶体管电流测量数据mAAVVmAICECIBIERB+UBE+UCEEBCEB3DG100二、三极管的放大作用2、2熟悉晶体三极管的工作原理图2.3.三极管的结构平面型(NPN)NecNPb二氧化硅基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极一、晶体三极管结构简介集电结面积大NPN型晶体管PNP型晶体管CE发射区集电区基区集电结发射结NNP基极发射极集电极BCE发射区集电区基区P发射结P集电结N集电极发射极基极BNNCEBPCETBIBIEIC符号BECPPNETCBIBIEIC符号图2.3二、三极管的电流分配与放大作用（集电结反偏），即（发射结正偏）放大的条件BECECBonBE0uuuUu扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。少数载流子的运动因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴的扩散beceRcRb三极管的电流分配关系IEpICBOICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBOIE=ICn+IBn+IEp=IEn+IEp一般要求ICn在IE中占的比例尽量大。而二者之比称直流电流放大系数，即ECnII一般可达0.95~0.99•电流分配：IE＝IB＋ICIE－扩散运动形成的电流IB－复合运动形成的电流IC－漂移运动形成的电流CBOCEOBCBC)(1IIiiII穿透电流集电结反向电流直流电流放大系数交流电流放大系数为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？2.电流放大规律晶体管的共射电流放大系数1）定义：BCNII共射直流电流放大系数CEOBCBOBCIII)1(IIBCIIBEI)1(I2）定义：BCii共射交流电流放大系数容易证明：共基直流电流放大系数3）定义：ECNII共基直流电流放大系数CBOECIII14）定义：ECii共基交流电流放大系数容易证明：1或(14-13)三.1、输入特性曲线UCE1ViB(A)uBE(V)204060800.40.8UCE=0VUCE=0.5V0常数CE)(BEBUUfI死区电压硅管0.5V锗管0.1V工作压降硅管UBE0.6~0.7V锗管UBE0.2~0.3V2、输出特性图2.7三极管的输出特性曲线IC/mAUCE/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O510154321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。常数B)(CECIUfI截止区截止区回答问题？B)(CECIufiβ是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下?对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？饱和区放大区截止区BiCi常量CEBCUii晶体管的三个工作区域晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流iC几乎仅仅决定于输入回路的电流iB，即可将输出回路等效为电流iB控制的电流源iC。状态uBEiCuCE截止＜UonICEOVCC放大≥UonβiB≥uBE饱和≥Uon＜βiB≤uBE例:=50，USC=12VRB=70k，RC=6k当USB=-2V，2V，5V时，晶体管处于何种工作状态？解：当USB=-2V时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0，IC=0截止当USB=2V时：A71900.72BBESBBRUUI0.95mAA950*5019BCIIVRIUUCCSCCE695.0*612BECEUU放大当USB=5V时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBE3.1mA62*50BCIIVRIUUCCSCCE01.3*612BECEUU饱和A627500.7BImA2612maxCSCCRUIIC最大饱和电流一、晶体三极管的主要参数•直流参数：、、ICBO、ICEOc-e间击穿电压最大集电极电流最大集电极耗散功率，PCM＝iCuCE安全工作区•交流参数：β、α、fT（使β＝1的信号频率）•极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEOECII1ECii2.3掌握三极管的主要参数及其基本应用前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共射直流电流放大倍数：BCII___工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：BIIC1.电流放大倍数___例：UCE=6V时：IB=40A,IC=1.5mA；IB=60A,IC=2.3mA。5.3704.05.1___BCII4004.006.05.13.2BCII在以后的计算中，一般作近似处理：=2.集-基极反向截止电流ICBOAICBOICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。(14-23)BECNNPICBOICEO=(1+)ICBOIBEIBEICBO进入N区，形成IBE，即IBE=ICBO根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流IBE。集电结反偏有ICBO3.集-射极反向截止电流ICEO(穿透电流)ICEO受温度影响很大。ICEO越大三极管的温度特性越差。（1.）集电极和基极之间的反向饱和电流ICBO（2.）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。CBOCEO)1(II值愈大，则该管的ICEO也愈大。反向饱和电流的测量电路4.集电极最大电流ICM集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。5.集-射极反向击穿电压当集---射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。6.集电极最大允许功耗PCM•集电极电流IC流过三极管，所发出的焦耳热为：PC=ICUCE•必定导致结温上升，所以PC有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区7、特征频率•共射截止频率fβ---频率升高β下降，下降到β0的0.707倍时的频率称为共射截止频率，也叫β的截止频率。•β下降到等于1时的频率为特征频率fT。•即fT＝βf或β＝fT／f•fT表示高频三极管的高频放大特性。•参看教材P52页图2011。温度对晶体管特性及参数的影响1.温度对ICBO的影响温度每升高100C,ICBO增加约一倍。2.温度对输入特性的影响3.温度对输出特性的影响图例图例二、三极管的基本应用-放大电路放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真——放大的前提判断电路能否放大的基本出发点VCC至少一路直流电源供电输入输出参考点-+RB放大元件，工作在放大区。iC=iB-+uiuo+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-共发射极放大电路的组成(15-31)集电极电源，为电路提供能量，并保证集电结反偏。-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-集电极电源：一般为几伏到几十伏-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。集电极电阻：一般为几千欧到几十千欧作用：使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。基极电源与基极电阻-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-基极电阻：一般为几十千欧到几百千欧-+uiuoRB+UCCEBRCC1C2TRses+-RL+-作用：隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。耦合电容：常为电解电容，有极性。大小为几F到几十F+--+-+uiuo+UCCRCC1C2TRses+-RL+-RBRBEB可以省去电路改进：采用单电源供电设置静态工作点的必要性输出电压必然失真！设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点几乎影响着所有的动态参数！为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？静态分析放大电路的组成原则•静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。•动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。•对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。1）由放大电路的直流通路确定静态工作点bceIBQICQUCEQ图bBEQCCBQRUVI硅管UBEQ=(0.6~0.8)V锗管UBEQ=(0.1~0.2)VICQIBQUCEQ=VCC–ICQRC等效电路法•半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。直流模型：适于Q点的分析理想二极管利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。cCQCEQBQCQbBEQBBBQRIVUIIRUVICC－＝输入回路等效为恒压源输出回路等效为电流控制的电流源2）由图解法求静态工作点Q在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法求解放大电路的工作情况。一、图解法的过程(一)图解分析静态1.先用估算的方法计算输入回路IBQ、UBEQ。2.用图解法确定输出回路静态值方法：根据uCE=VCCiCRc式确定两个特殊点cCCCCECCCEC00RViuVui时，当时，当图解法应实测特性曲线bBBBBERiVucCCCCERiVu输入回路负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线1.静态分析：图解二元方程ui=0→uBE=UBE，uCE=UCE，uo=0？uCE=UCC－iCRCui0→uBE=UBE+ui，uCE=UCE+uo，uo0uitOUBEIBICuBEtOiBtOiCtOuCEtOUCEuotO（3）动态分析若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，且两者相位相差18002）用微变等效电路发进行动态分析图2.15(a)输入回路工作情况0.680.72uBEiBtQ000.7t6040200uBE/ViB/µAuBE/ViBUBErbe的近似估算公式rbb：基区体电阻。reb：基射之间结电阻。　　欧姆，可忽略。只有几：发射区体电阻，一般erEQEQbe26IIUrTEQbbBBEbe26)1(ddIriur低频、小功率管rbb约为300。UT：温度电压当量。cbeiBiCiEbbrbererebEQTbb'eb'bb'bbebe)1(IUrrrIUr查阅手册基区体电阻发射结电阻发射区体电阻数值小可忽略利用PN结的电流方程可求得由IEQ算出在输入特性曲线上，Q点越高，rbe