三极管讲义

2.1.1三极管的结构、分类和符号一、晶体三极管的基本结构1．三极管的外形特点：有三个电极，故称三极管。图1.3.2(b)三极管结构示意图和符号NPN型ecb符号集电区集电结基区发射结发射区集电极c基极b发射极eNNP第四版童诗白2集电区集电结基区发射结发射区集电极c发射极e基极bcbe符号NNPPN图1.3.2©三极管结构示意图和符号(b)PNP型第四版童诗白32．三极管的结构三极管的结构图特点：有三个区——发射区、基区、集电区；两个PN结——发射结(BE结)、集电结(BC结)；三个电极——发射极e(E)、基极b(B)和集电极c(C)；两种类型——PNP型管和NPN型管。工艺要求：发射区掺杂浓度较大；基区很薄且掺杂最少；集电区比发射区体积大且掺杂少。二、晶体三极管的符号三极管符号箭头：表示发射结加正向电压时的电流方向。文字符号：V三、晶体三极管的分类1．三极管有多种分类方法。按内部结构分：有NPN型和PNP型管；按工作频率分：有低频和高频管；按功率分：有小功率和大功率管；按用途分：有普通管和开关管；按半导体材料分：有锗管和硅管等等。2．国产三极管命名法：见《电子线路》（陈其纯主编）P261附录。例如：3DG表示高频小功率NPN型硅三极管；3CG表示高频小功率PNP型硅三极管；3AK表示PNP型开关锗三极管等。2.1.2三极管的工作电压和基本连接方式一、晶体三极管的工作电压三极管的基本作用是放大电信号。三极管工作在放大状态的外部条件是：发射结加正向电压，集电结加反向电压。三极管电源的接法三极管电源的接法V为三极管GC为集电极电源GB为基极电源，又称偏置电源Rb为基极电阻Rc为集电极电阻。二、晶体三极管在电路中的基本连接方式有三种基本连接方式：共发射极、共基极和共集电极接法。最常用的是共发射极接法。三极管在电路中的三种基本连接方式2.1.3三极管内电流的分配和放大作用一、电流分配关系测量电路如图调节电位器，测得发射极电流、基极电流和集电极电流的对应数据如表所示。因IB很小，则ICIEIE=IC+IB由表可见，三极管中电流分配关系如下：IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.161.772.372.96说明：1．IE=0时，IC=-IB=ICBO。ICBO称为集电极——基极反向饱和电流，见图2.1.7(a)。一般ICBO很小，与温度有关。2．IB=0时，IC=IE=ICEO。ICEO称为集电极——发射极反向电流，又叫穿透电流，见图(b)。ICEO越小，三极管温度稳定性越好。硅管的温度稳定性比锗管好。ICBO与ICEO示意图二、晶体三极管的电流放大作用当基极电流IB由0.01mA变到0.02mA时，集电极电流IC由0.56mA变到1.14mA。上面两个变化量之比为58mA01.0mA58.0BCII这说明，当IB有一微小变化时，就能引起IC较大的变化，这种现象称为三极管的电流放大作用。比值用符号来表示，称为共发射极交流电流放大系数，简称“交流”，即BCII结论：1．三极管的电流放大作用——基极电流IB微小的变化，引起集电极电流IC较大变化。BCII2．交流电流放大系数——表示三极管放大交流电流的能力4．通常，，所以可表示为BCIIBCII考虑ICEO，则CEOBCIIIBCII3．直流电流放大系数——表示三极管放大直流电流的能力2.1.4三极管的输入和输出特性一、共发射极输入特性曲线集射极之间的电压VCE一定时，发射结电压VBE与基极电流IB之间的关系曲线。共发射极输入特性曲线由图可见：1．当VCE≥2V时，特性曲线基本重合。2．当VBE很小时，IB等于零，三极管处于截止状态。共发射极输入特性曲线4．三极管导通后，VBE基本不变。硅管约为0.7V，锗管约为0.3V，称为三极管的导通电压。5．VBE与IB成非线性关系。3．当VBE大于门槛电压(硅管约0.5V，锗管约0.2V)时，IB逐渐增大，三极管开始导通。二、晶体三极管的输出特性曲线基极电流一定时，集、射极之间的电压与集电极电流的关系曲线。动画晶体三极管的输出特性曲线输出特性曲线可分为三个工作区:1．截止区条件：发射结反偏或两端电压为零。特点：IB=0，IC=ICEO。2．饱和区条件：发射结和集电结均为正偏。特点：VCE=VCES。VCES称为饱和管压降，小功率硅管约0.3V，锗管约为0.1V。3．放大区条件：发射结正偏，集电结反偏。特点：IC受IB控制，即IC=IB。在放大状态，当IB一定时，IC不随VCE变化，即放大状态的三极管具有恒流特性。2.1.5三极管主要参数三极管的参数是表征管子的性能和适用范围的参考数据。一、共发射极电流放大系数1．直流放大系数2．交流放大系数电流放大系数一般在10~100之间。太小，放大能力弱，太大易使管子性能不稳定。一般取30~80为宜。二、极间反向饱和电流1．集电极——基极反向饱和电流ICBO。2．集电极——发射极反向饱和电流ICEO。ICEO=(1+)ICBO反向饱和电流随温度增加而增加，是管子工作状态不稳定的主要因素。因此，常把它作为判断管子性能的重要依据。硅管反向饱和电流远小于锗管，在温度变化范围大的工作环境应选用硅管。三、极限参数1．集电极最大允许电流ICM三极管工作时，当集电极电流超过ICM时，管子性能将显著下降，并有可能烧坏管子。2．集电极最大允许耗散功率PCM当管子集电结两端电压与通过电流的乘积超过此值时，管子性能变坏或烧毁。3．集电极——发射极间反向击穿电压V(BR)CEO管子基极开路时，集电极和发射极之间的最大允许电压。当电压越过此值时，管子将发生电击穿，若电击穿导致热击穿会损坏管子。2.1.6三极管的简单测试判别硅管和锗管的测试电路一、硅管或锗管的判别当V=0.1~0.3V时为锗管。当V=0.6~0.7V时，为硅管二、估计比较的大小NPN管估测电路如图所示。估测的电路万用表设置在R1k挡，测量并比较开关S断开和接通时的电阻值。前后两个读数相差越大，说明管子的越高，即电流放大能力越大。估测PNP管时，将万用表两只表笔对换位置。三、估测ICEONPN管估测电路如图所示。所测阻值越大，说明管子的ICEO越小。若阻值无穷大，三极管开路；若阻值为零，三极管短路。测PNP型管时，红、黑表笔对调，方法同前。ICEO的估测四、NPN管型和PNP管型的判断基极b的判断将万用表设置在R1k或R100k挡，用黑表笔和任一管脚相接(假设它是基极b)，红表笔分别和另外两个管脚相接，如果测得两个阻值都很小，则黑表笔所连接的就是基极，而且是NPN型的管子。如图(a)所示。如果按上述方法测得的结果均为高阻值，则黑表笔所连接的是PNP管的基极。如图(b)所示。五、e、b、c三个管脚的判断估测的电路如图所示，首先确定三极管的基极和管型，然后采用估测值的方法判断c、e极。方法是先假定一个待定电极为集电极(另一个假定为发射极)接入电路，记下电阻表的摆动幅度，然后再把两个待定电极对调一下接入电路，并记下电阻表的摆动幅度。摆动幅度大的一次，黑表笔所连接的管脚是集电极c，红表笔所连接的管脚为发射极e。测PNP管时，只要把图示电路中红、黑表笔对调位置，仍照上述方法测试。三极管工作状态的判断[例1]：测量某NPN型BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？（1）VC＝6VVB＝0.7VVE＝0V（2）VC＝6VVB＝4VVE＝3.6V（3）VC＝3.6VVB＝4VVE＝3.4V解：原则：正偏反偏反偏集电结正偏正偏反偏发射结饱和放大截止对NPN管而言，放大时VC＞VB＞VE对PNP管而言，放大时VC＜VB＜VE（1）放大区（2）截止区（3）饱和区第四版童诗白27[例2]某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。IA＝-2mA,IB＝-0.04mA,IC＝+2.04mA,试判断管脚、管型。解：电流判断法。电流的正方向和KCL。IE=IB+ICABCIAIBICC为发射极B为基极A为集电极。管型为NPN管。管脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。第四版童诗白28例[3]：测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位U1、U2、U3分别为：（1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V（2）U1=3V、U2=2.8V、U3=12V（3）U1=6V、U2=11.3V、U3=12V（4）U1=6V、U2=11.8V、U3=12V判断它们是NPN型还是PNP型？是硅管还是锗管？并确定e、b、c。（1）U1b、U2e、U3cNPN硅（2）U1b、U2e、U3cNPN锗（3）U1c、U2b、U3ePNP硅（4）U1c、U2b、U3ePNP锗原则：先求UBE，若等于0.6-0.7V，为硅管；若等于0.2-0.3V，为锗管。发射结正偏，集电结反偏。NPN管UBE＞0，UBC＜0，即UC＞UB＞UE。PNP管UBE＜0，UBC＜0，即UC＜UB＜UE。解：第四版童诗白29