电子基础三极管

晶体三极管老式的三极管现在的三极管分类：按材料分：硅管、锗管按功率分：小功率管500mW按结构分：NPN、PNP按使用频率分：低频管、高频管大功率管1W中功率管0.51W2.1.1三极管的结构类型与符号发射结集电结基极发射极集电极晶体三极管是由两个PN结组成的发射区基区集电区半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。2.1.2三极管的电流分配关系和放大作用共集电极接法：集电极作为公共端；共基极接法：基极作为公共端。共发射极接法：发射极作为公共端；各极电流之间的关系式CEOBCIII：共发射极电流放大系数。BEII)1(IE=IC+IB1IB/uA020406080100IC/mA0.0050.992.083.174.265.40IE/mA0.0051.0012.123.234.345.50计算结果表明，微小的基极电流变化，可以控制比之大数十倍的集电极电流，这就是三极管的电流放大作用。通过了解三极管内部载流子的运动，可以解释晶体管的电流放大原理。2.1.3三极管的特性曲线iB是输入电流，uBE是加在B、E两极间的输入电压。一、输入特性曲线—iB=f(uBE)vCE=常数共发射极接法的输入特性曲线其中vCE=0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线，当vCE≥1V时，特性曲线将向右稍微移动一些。但vCE再增加时，曲线右移很不明显。导通电压锗管0.1~0.3V硅管0.6~0.8V二、输出特性曲线—iC=f(vCE)iB=常数iC是输出电流，vCE是输出电压。⑴放大区：发射结正偏、集电结反偏⑵截止区：IB=0以下的区域。⑶饱和区：发射结和集电结均为正偏。IC随着VCE的变化而迅速变化。工程上以VCE=0.3伏作为放大区和饱和区的分界线。VCE大于0.7V左右(硅管)。发射结和集电结均为反偏。例：测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。放大截止饱和-+正偏反偏-++-正偏反偏+-放大VcVbVe放大VcVbVe发射结和集电结均为反偏。发射结和集电结均为正偏。例：测得VB=4.5V、VE=3.8V、VC=8V，试判断三极管的工作状态。放大2.1.4半导体三极管的参数①共射直流电流放大系数=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBuCE=常数一.电流放大系数②共射交流电流放大系数=IC/IBuCE=常数2.极间电流1.集电极基极间反向饱和电流ICBO。ICBO的下标CB代表集电极和基极，O是Open的字头，代表第三个电极E开路。它相当于集电结的反向饱和电流。2.集电极发射极间的反向饱和电流ICEOICEO和ICBO有如下关系ICEO=（1+）ICBO相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应的Y坐标的数值。①集电极最大允许电流ICM三极管集电极最大允许电流ICM。当IC＞ICM时，管子性能将显著下降，甚至会损坏三极管。②集电极最大允许功率损耗PCM集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PCM=ICVCB≈ICVCE，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用VCE取代VCB。3.极限参数③反向击穿电压V(BR)EBO——集电极开路时发射结的击穿电压。下标BR代表击穿之意，是Breakdown的字头，CB代表集电极和基极，O代表第三个电极E开路。VCCV(BR)EBO由PCM、ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。输出特性曲线上的过损耗区和击穿区5.温度对晶体管参数的影响①温度对ICBO的影响：是少数载流子形成，与PN结的反向饱和电流一样，受温度影响很大。②温度对的影响：温度升高时随之增大。③温度对发射结电压UBE的影响：温度升高，UBE减小。4.特征频率fT三极管的值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的将会下降。当下降到1时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。半导体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下:3DG110B第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、C硅PNP管、D硅NPN管第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管材料器件的种类同种器件型号的序号同一型号中的不同规格三极管三极管的工作原理发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电流为IEN。从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为IEP。（这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。）进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快就运动到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流ICN。在基区被复合的电子形成的电流是IBN。另外因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流ICBO。很小的基极电流IB，就可以控制较大的集电极电流IC，从而实现了放大作用。2.2放大电路的基本组成基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本组态放大电路。共发射极、共集电极、共基极(1)放大倍数输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数,通常它们都是按正弦量定义的。电压放大倍数io/VVAv电流放大倍数io/IIAi功率放大倍数iiooio//IVIVPPAp(2)输入电阻Ri输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，Ri大放大电路从信号源吸取的电流小，反之则大。iiiIVR(3)输出电阻Ro输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。0,.o.ooSL=VRIVR注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。2.3共射基本放大电路2.3.1共射放大电路的组成三极管T起放大作用。偏置电路VCC、Rb提供电源，并使三极管工作在线性区。耦合电容C1、C2输入耦合电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。负载电阻RC、RL将变化的集电极电流转换为电压输出。2.3.2静态分析静态:时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。0iv放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路。动态:时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。0iv直流电源和耦合电容对交流相当于短路直流通路和交流通路(a)直流通路直流通路能通过直流的通路。交流通路能通过交流的电路通路。(b)交流通路一、静态工作状态的计算分析法bCCRVRVVIbBECCBIB、IC和VCE这些量代表的工作状态称为静态工作点，用Q表示。在测试基本放大电路时，往往测量三个电极对地的电位VB、VE和VC即可确定三极管的静态工作状态。1.根据直流通路对放大电路的静态进行计算BCIβIcCCCCERIVV2.静态工作状态的图解分析法2.由直流负载线VCE=VCC－ICRCVCC、VCC/Rc3.得到Q点的参数IB、IC和VCE。1.在输出特性曲线上确定两个特殊点,即可画出直流负载线。2.3.4动态分析一、图解法分析（1）交流负载线1.从B点通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率为-1/R'L。2.R'L=RL∥Rc，是交流负载电阻。3.交流负载线是有交流输入信号时Q点的运动轨迹。4.交流负载线与直流负载线相交Q点。通过图解分析，可得如下结论：1.vivBEiBiCvCE|-vo|2.vo与vi相位相反；3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；4.可以确定最大不失真输出幅度。(2)交流工作状态的图解分析二、微变等效电路法(1)模型的建立1.三极管可以用一个模型来代替。2.对于低频模型可以不考虑结电容的影响。3.小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也具有线性同样的含义。h参数模型cerebiebevhihvceoebfecvhihi（2)模型中的主要参数rbe交流输入电阻iB——输出电流源表示三极管的电流放大作用Ebb'be/mV26)1(Irr①hie为输入电阻，即rbe。②hre为电压反馈系数，即μr。③hfe为电流放大系数，即。④hoe为输出电导，即1/rce。(3)模型简化μr反映三极管内部的电压反馈，因数量很小，一般可以忽略。1/rce与电流源并联时，分流极小，可作开路处理。三、动态性能指标的计算(1)小信号等效电路(2)电压放大倍数beib/rVIbcII'LcoRIVLcL//='RRRbeLbebLbbebLcioVrRrIRIrIRIVVA(3)输入电阻TTiIVRRibebrRR//i(4)输出电阻0SVTToIVRCoRRRo①波形的失真饱和失真截止失真由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。(1)最大不失真输出幅度注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。四、放大电路其他性能指标的介绍②放大电路的最大不失真输出幅度放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；2.要有合适的交流负载线。(2)通频带BW00HL7.02)()(AAfAfA相应的频率fL称为下限频率，fH称为上限频率。放大电路的增益A(f)是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数都要下降。当A(f)下降到中频电压放大倍数A0的1/时，即22.4工作点稳定的电路I1分压式偏置VBI1=(5~10)IBVB=(3~5)VCCbbbBVRRRV212，或1')1(ebBEBBRRVVI21'//bbbRRRbCII)(eCCCCCERRIVVIB(1)确定工作点:Q,eBeBEBECRVRVVIICBIIIe+Ve-VB+VBE-BEBBECBVIVVII不变因稳定过程CI不变因BVBEVBIEVBI(2)电压增益'LboRIVLcL//='RRRebebLbioVRrIRIVVA)1(eebeRIrIVbiebeRrI)1(bebeLRrR)1(工作点稳定，增益下降。beLbebLbbebLcioVrRrIRIrIRIVVA解决这个矛盾的方法是加电容Ce。(3)输入电阻TTiIVRRi21b//bbRRRbRIbRTIIIbebebTRrRV111ebebRrR1//输入电阻提高了，相当于增加了一个(1+β)Re的电阻。(4)输出电阻RooRCToIVR0eCbSbebRIIRrI由KVL：bSSRRR//CeSbeebIRRrRI0cebCeCbTrIIRIIVeSbeeceCToRRrRrIVR1CooRRR//输出电阻提高了，即提高了电路的恒流特性。解：例1：求电路的静态参数（IB、IC、VCE)，及动态参数（AV、Ri、Ro)。根据直流通路求静态参数VVRRRVCCbbbB75.3212VRRIVVeCCCCCE5.7)23(5.11