晶体三极管与场效应管.

晶体管与场效应管模拟电子技术基础晶体三极管晶体三极管也称为半导体三极管，简称三极管，由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为双极型晶体管简称BJT（BipolarJunctionTransistor）。BJT是一种电流控制电流的半导体器件。作用:把微弱信号放大成辐值较大的电信号，也用作无触点开关.晶体管促进并带来了“固态革命”，进而推动了全球范围内的半导体电子工业。三极管的常见外形90142N2202三极管的结构--NNP发射区集电区基区发射结集电结ECB发射极集电极基极NPN型PNP型--PPN发射区集电区基区发射结集电结ECB发射极集电极基极三极管的结构特点:（1）发射区的掺杂浓度＞＞集电区掺杂浓度。（2）基区要制造得很薄且浓度很低。ECB符号ECB符号BJT的构造(以NPN为例)N+PN-Si集电极CCollector基极BBase发射极EEmitter金属层N型硅片（衬底）对于NPN管，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成，发射区与基区之间形成的PN结称为发射结,而集电区与基区形成的PN结称为集电结,三条引线分别称为发射极E、基极B和集电极C。发射区：发射载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子强化练习1NPN型三极管ECB符号电路符号集电区集电结基区发射结发射区NN集电极C基极B发射极EP集电区的作用：收集载流子基区的作用：传送、控制载流子发射区的作用：发射载流子强化练习2PNP型三极管ECB符号电路符号集电区集电结基区发射结发射区PP集电极C基极B发射极EN集电区的杂质浓度：较低基区的厚度：非常薄发射区的杂质浓度：很高icie输入输出BJT的组态三极管在使用时，根据实际需要，可接成三种不同的组态。不管接成哪种组态，都有一对输入端和一对输出端；icib输入输出共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示;ieib输入输出共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。CECBCC三极管的放大作用是满足自身的内部结构特点的前提下，在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。内部结构BJT的结构特点外部条件发射结正偏，集电结反偏。BJT的电流放大条件UCEVCCRCICCEBUBEVBBRBIB输入回路输入回路公共端共发射极放大电路•发射区的掺杂浓度最高(N+)；•集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；•基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。共射极NPN放大电路CEBNNPRBVBBIBICVCCJCJE三极管在工作时必须加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结正偏：由VBB保证；必须使：UBE0硅管：UBE=UB-UE=0.7（V）锗管：UBE=UB-UE=0.3（V）集电结反偏：由VBB、VCC保证；UCB=VCC−UBE0，反偏；集电结电场很强。结论：对于正常工作的NPN管，必然有UCUBUE共射极PNP放大电路CEBPPNRBVBBIBICVCCJCJE三极管在工作时必须加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结正偏：由VBB保证；必须使：UBE0硅管：UBE=UB-UE=-0.7（V）锗管：UBE=UB-UE=-0.3（V）集电结反偏：由VBB、VCC保证；UCB=VCC−UBE0，反偏；集电结电场很强。VCC结论：对于正常工作的PNP管，必然有UCUBUEBJT的管脚与类型判别①中间电位对应管脚B；②NPN管中间电位靠近低电位UE;UB−UE≈0.7V为Si-NPN管;UB−UE≈0.3V为Ge-NPN管;③PNP管中间电位靠近高电位UE;UB−UE≈-0.7V为Si-PNP管;UB−UE≈-0.3V为Ge-PNP管;U1U2U3例题1在晶体管放大电路中，测得三极管的各个电极的电位如图所示。试判断各三极管的类型（即NPN管或PNP管，硅管或锗管），并区分B、E、C三个电极。U1U2U3U1=6V，U2=2V，U3=2.7V，因为U1U3U2，所以③为B极；又因为U3-U2=0.7V，所以该三极管为NPN硅管；且②为E极；①为C极。U1=4.3V，U2=2V，U3=5V因为U3U1U2，所以①为B极；又因为U1-U3=-0.7V，所以该三极管为PNP硅管；且②为C极；③为E极。U1=-5V，U2=-1.8V，U3=-1.5V因为U3U2U1，所以②为B极；又因为U1-U3=-0.3V，所以该三极管为PNP锗管；且①为C极；③为E极。共射极NPN放大电路CEBRBVBBIBICVCCJCJEIEN发射结正偏，发射区多数载流子电子不断向基区扩散，形成扩散电流IEN。基区多数载流子空穴不断向基区扩散，形成扩散电流IEP。IEPIE=IEN+IEP进入基区少数电子和空穴复合，以及进入发射区的空穴与电子复合而形成电流IBN和IBP，那么其它多数电子去哪里了？集电结反偏从发射区扩散来的电子作为基区的少子，在外电场的作用下，漂移进入集电区而被收集，形成电流ICN。ICN集电区少数载流子空穴形成漂移电流ICBO。ICBO=ICN+ICBO结论：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IBP共射极电路电流的放大UCEVCCRCICCEBUBEVBBRBIB共发射极放大电路对于一个特定的BJT，扩散到集电区的电流ICN和和基区复合电流IBP的比例关系是确定的，通常把这个比值称为BJT共射极电路的电流放大系数β。CNBPIICBIIβ通常在20～100之间，它反映了基极与集电极电流之间的分配关系，或者说IB对IC的控制能力。IB微小的变化会引起IC较大的变化，故BJT称为电流控制器件。三极管的特性曲线三极管的特性曲线是指三极管各极上的电压、电流之间的关系曲线。它是三极管内部载流子运动的外部表现，所以也称为外部特性。根据实际需要，三极管可接成共基组态、共射组态或共集组态。不管接成哪种组态，都有一对输入端和一对输出端；因此，要完整地描述三极管的伏安特性，就必须选用两组表示不同端变量之间关系的特性曲线。其中一组表示以输出端电压为参变量时输入端电压和电流之间关系的曲线，称为输入特性曲线；另一组表示以输入端电流为参变量时输出端电压电流之间关系的曲线，称为输出特性曲线。输入特性曲线实验电路RCVCCRBVBBIBICIEUCEUBE++--以共发射极放大电路为例IB=f(UBE)UCE=常数0.60.40.70.8VUBE/50300250200150100AIB/0CEUUBE=1V输入回路输入回路UBE=10V共发射极输入特性曲线簇当UCE≥1V时，特性曲线右移的距离很小。通常将UCE=1V的特性曲线作为晶体管的输入特性曲线。0.5输入特性曲线的三个部分①死区0UBEUon=0.4V②非线性区UonUBE0.6V③线性区UBE0.6V输出特性曲线实验电路RCVCCRBVBBIBICIEUCEUBE++--IC=f(UCE)IB=常数放105542312015mAIC/0VUCE/IB=0IB=10μAIB=30μAIB=40μAIB=20μA区大截止区可将三极管输出特性分为四个区间，其中三个为工作区：饱和区截止区(Cutoffregion)RCVCCRBVBBICIEUCEUBE++--IB=0UCE(V)IC(mA)432102468IB5IB4IB3IB2iB=IB1iB=0IB=0曲线以下的区域。条件：发射结反偏UBE≤Uon集电结反偏因为IB=0所以IE=IC=ICEO（穿透电流）由于ICEO很小，此时UCE近似等于VCC，C与E之间相当于开关断开。饱和区(Saturationregion)UCE(V)IC(mA)432102468IB5IB4IB3IB2iB=IB1iB=0输出特性曲线靠近纵轴边UCE很小的区域。条件：发射结正偏，集电结正偏；即：UBE0，UBEUCE,UCUB。此时IB对IC失去了控制作用，IC≠βIB，管子处于饱和导通状态。饱和时的UCE记为UCES。相对于电源电压饱和时UCES很小，可以忽略。C与E之间相当于开关闭合。小功率硅管的UCES=0.3V小功率锗管的UCES=0.1V条件：发射结正偏，集电结反偏；即：UBE≧UON，UCESUCEVCC。特点：集电极电流与基极电流成正比。即：因此放大区又称为线性区、恒流区。在放大区UCE变化时，IC基本不变。这就是晶体管的恒流特性。特性曲线的均匀间隔反映了晶体管电流放大作用的能力，间隔大，即△IC大，因而放大能力（β）也大。放大区(Activeregion)UCE(V)IC(mA)432102468IB5IB4IB3IB2iB=IB1iB=0放大区CBIIBICI例题2测量到硅BJT管的三个电极对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态,并说明理由。8V3.7V3V1.9V1.2V8V3.7V3V8V3.7V3V5V5V1.2V1.5V1.9V1.2V（a）解答：（a）因为该管的管型为NPN硅管，UBE=UB-BE=0.7V0.6V，发射结正偏，且UCUB，集电结反偏；所以该三极管工作在放大状态。（b）（c）解答：（b）因为该管的管型为NPN硅管，UBE=UB-BE=0.2VUon，发射结反偏，且UCUB，集电结反偏；所以该三极管工作在截止状态。解答：（c）因为该管的管型为NPN硅管，UBE=UB-BE=0.7V0.6V，发射结正偏，且UBUC，集电结正偏；所以该三极管工作在饱和状态。1V练习测量到硅BJT管的三个电极对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态,并说明理由。8V3.7V3V3V2.3V8V3.7V3V8V3.7V3V12V5V12V0V-1.5V-2.2V（a）（b）（c）11.3V例题3RCVCCRBVBBICIEUCEUBE++--在下图所示电路中,如果VCC=15V;RC=5kΩ,在下列几种条件下,分别求UCE并分别说明晶体管工作在何种状态。①如果VBB=15V;RB=10kΩ,β=50②如果VBB=5V;RB=300kΩ,β=50③如果VBB=5V;RB=300kΩ,β=300④如果VBB=-1V;RB=10kΩ,β=50例题3①如果VBB=5V;RB=10kΩ,β=50解答：RCVCCRBVBBICIEUCEUBE++--50.70.43()10000BBBEBBVUImAR500.4321.5()CBIImAmax150.32.94()5000CCCESCCVUImAR因为ICICmax所以该三极管工作在饱和状态，UCE=UCES=0.3V②如果VBB=5V;RB=300kΩ,β=50解答：50.70.0143()300000BBBEBBVUImAR500.01430.716()CBIImA例题3因为ICICmax所以该三极管工作在放大状态，RCVCCRBVBBICIEUCEUBE++--3150.71610500011.42()CECCCCUVIRV③如果VBB=5V;RB=300kΩ,β=300解答：3000.01434.29()CBIImA50.70.0143()300000BBBEBBVUImAR因为ICICmax所以该三极管工作在饱和状态，UCE=UCES=0.3V例题3④如果VBB=-1V;RB=10kΩ,β=50解答：因为VBB=-1V，VBＥ０；发射结反偏；所以该三极管工作在截止状态。RCVCCRBVBBICIEUCEUBE++--由于IB=0,那么IC=0所以UCE=VCC-IC×RC=15V结论：要使三极管工作在放大状态，就必须合理的选择RB和β值。晶体管的主要参数电流放大系数极间反向电流极限参数反向击穿特性频率参数三极管的检测①测试的第一步是判断哪个管脚是基极。我们任取两个电极(如这两个电极为1、2)，用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度