二極管和三極管的結(jié)構(gòu)與基本性能

1、第一節(jié)三極管的結(jié)構(gòu)與基本性能、理想二極管的正向?qū)ㄌ匦远O管對(duì)電流具有單向?qū)ǖ奶匦?，硅材料二極管的正向?qū)娏髋c正向電壓之間的關(guān)系曲線如圖1.1.1所示。1=2,000Ig=1.4141=0-707Ii o.soo0.SS2V 0.7V 0.718V圖i.i.i理想二極管的正向?qū)ㄌ匦?一) 導(dǎo)通電壓與導(dǎo)通通電流之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系二極管在正向電壓為左右時(shí)微弱導(dǎo)通，左右時(shí)明顯導(dǎo)通。導(dǎo)通電壓與導(dǎo)通電流之間的變 化關(guān)系是，導(dǎo)通電壓每變化 9mV導(dǎo)通電流會(huì)變化二倍。(二) 二極管正向?qū)妷号c導(dǎo)通電流之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系(U)In Io 2 9mV(1.1.1)、(人 U0)或 In Io 2 18mV(1.

2、1.2)或 Un Uo 9mV 2log2(S)(1.1.3)10U0為二極管正向?qū)〞r(shí)的某靜態(tài)電壓，U為二極管在U0的基礎(chǔ)上變化后的電壓。Io為二極管加上正向?qū)妷?U0時(shí)的正向?qū)娏?，In為二極管與Un相對(duì)應(yīng)的正向?qū)?流。例如：某二極管的在導(dǎo)通電壓 U0=時(shí)，導(dǎo)通電流為lo=1mA求導(dǎo)通電壓分別變化到 4=、U2=、Lk=、Lk=時(shí)的導(dǎo)通電流Ini、In2、I n3、I n4。(Un Uo)解：根據(jù)In Io 2時(shí)n11mA(0.682V 0.7V)?29 mV0.5mAn21mA0.691V 0.7V(9 mV)、20.707mAn31mA(0.709V 0.7V )29mV1.

3、414mAn41mA(0.718V 0.7V ) 9mV)2 mA由此可見，只要知道二極管的某個(gè)導(dǎo)通電壓和相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通電流，就可以計(jì)算出二極管的正向?qū)ㄇ€上任何一點(diǎn)的參數(shù)。(三) 二極管的正向?qū)〞r(shí)的動(dòng)態(tài)電阻1、動(dòng)態(tài)電阻的概念動(dòng)態(tài)電阻rd的概念指的是電壓的變化量與對(duì)相應(yīng)的電流變化量之比。Urd I(1.1.4)二極管正向?qū)ㄖ?，既有?dǎo)通電壓的參數(shù)， 又有相應(yīng)的導(dǎo)通電流的參數(shù)，但正向?qū)娮鑵s不能簡單地等于導(dǎo)通電壓與導(dǎo)通電流之比。例如：假設(shè)二極管的正向?qū)妷?U0=、靜態(tài)電流Io=1mA如果認(rèn)為二極管正向?qū)娮?就等于導(dǎo)通電壓與導(dǎo)通電流之比的話，此時(shí)的電阻應(yīng)當(dāng)為U)/I o=1mA=7O

4、d。照此推論，當(dāng)導(dǎo)通電壓7=時(shí)，相應(yīng)的導(dǎo)通電流應(yīng)當(dāng)是I n=2mA而實(shí)際的結(jié)果是，當(dāng)正向?qū)妷篣n達(dá)到時(shí)(增 加18mV)，電流In就已經(jīng)增加到2mAfo由此可見，二極管正向?qū)ê笥袃煞N電阻：一是直流電阻，就是正向?qū)妷号c相對(duì)應(yīng)的正向?qū)娏髦取６莿?dòng)態(tài)電阻，就是二極管正向?qū)ㄇ€中某一點(diǎn)的電壓微變量與相應(yīng)的電流微變量之比，即該點(diǎn)斜率的倒數(shù)，見圖1.1.1中各Q點(diǎn)的不同斜率。2、二極管正向?qū)ê蟮膭?dòng)態(tài)電阻的粗略計(jì)算已知 Q點(diǎn) U)=、I o=1mA Q4點(diǎn) U4=、I 4=2mA則Q點(diǎn)的動(dòng)態(tài)電阻：qoUqoo.7o9V0.691V25.46I qo1.414mA0.707mAQ4點(diǎn)的動(dòng)態(tài)

5、電阻：dQ4U Q4o.727V0.709V12.73I Q42.828mA1.414mA3、二極管正向?qū)ê蟮膭?dòng)態(tài)電阻的微分計(jì)算由于二極管導(dǎo)通電壓與電流變化是非線性關(guān)系，所以上述計(jì)算不夠精確，若對(duì)(Un Uo)In Io2 吋 進(jìn)行微分，可以求得In的導(dǎo)數(shù):根據(jù)動(dòng)態(tài)電阻的定義，可知二極管動(dòng)態(tài)電阻rd ()為In的倒數(shù)，故有:In18mV(Un Uo)2( 18mV(1.1.5)InI空I o18mV(Un Uo)2 18mV而InIoJ仏Uo)，則2(U5，代入上式I 0d()Io1In 2 In18mV Io18mVIn 2 I.26( mV)In (mA)得 rd()26(mV)I (m

6、A)(1.1.6)故：Q)點(diǎn)的電阻rdQ0(26 mVI Qo(mA)26mV1mA26Q點(diǎn)的電阻rdQ4(26mVlQ4(mA)26mV2 mA134、二極管正向?qū)▌?dòng)態(tài)電阻的粗略計(jì)算法與微分計(jì)算法之比較從兩種計(jì)算法的數(shù)據(jù)區(qū)別可以看出， 粗略計(jì)算法比微分計(jì)算法所得的二極管正向?qū)▌?dòng)態(tài)電阻值要略小一些，這是因?yàn)榇致杂?jì)算法所取的電壓和電流的變量較大，二極管正向?qū)▌?dòng)態(tài)電阻的非線性不能被忽略，從而導(dǎo)致計(jì)算數(shù)據(jù)不夠精確。粗略計(jì)算法有著廣泛的通用性，適用于所有動(dòng)態(tài)電阻的計(jì)算。微分計(jì)算法的公式）26（mV）僅適用于普通二極管的正向?qū)ㄌ匦?，不適用于其它動(dòng)態(tài)電阻的計(jì)算。I （mA）二極管正向?qū)ê蟮膭?dòng)態(tài)電

7、阻隨導(dǎo)通電流的不同而不同，導(dǎo)通電流越大，電阻越低。即二極管正向?qū)ê蟮膭?dòng)態(tài)電阻與導(dǎo)通電流成反比。（四）失真問題從圖1.1.1中的電壓波形U1、U2與電流波形il、i 2之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系可以看出，如果二極管在某個(gè)正向?qū)妷旱幕A(chǔ)上以正弦規(guī)律發(fā)生波動(dòng)，所引起電流波動(dòng)的波形卻出現(xiàn)了失真， 這是由于二極管的正向?qū)妷号c正向?qū)娏髦g的非線性關(guān)系所致。正向?qū)妷旱牟▌?dòng)幅度越大，這種非線性就越嚴(yán)重。相反，正向?qū)妷旱牟▌?dòng)幅度越小，這種非線性也就越小，當(dāng)正向?qū)妷旱牟▌?dòng)幅度小到一定程度，正向?qū)娏鞯倪@種非線性也就小得可以忽略不計(jì)。（五）本章節(jié)所述二極管導(dǎo)通特性的應(yīng)用范圍不同類型的二極管在導(dǎo)通特性

8、方面有著很大差異，本章節(jié)所述的二極管導(dǎo)通特性專門用于描述硅材料普通三極管的極間導(dǎo)通特性。二、理想三極管的基本特性（一）三極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)標(biāo)識(shí)基極HNPl發(fā)射極呂基極b PNP型發(fā)射極呂(b)圖1.1.2 三極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)標(biāo)識(shí)如果用儀表進(jìn)行對(duì)三極管各極之間的導(dǎo)通方向進(jìn)行測(cè)量,npf型三極管和pnp型三極管各極之間的電流導(dǎo)通關(guān)系，分別等同如圖1.1.2(a)和圖中的二極管結(jié)構(gòu)，但三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管連接的相應(yīng)結(jié)構(gòu)卻有著本質(zhì)的不同。i Ic=Ib(二) 理想硅材料三極管各極之間電流的系數(shù)關(guān)系圖1.1.3理想三極管各極之間電流的系數(shù)關(guān)系1、三極管的基極與發(fā)射極之間導(dǎo)通特性普通硅材料三極管的基

9、極與發(fā)射極之間，具有如圖1.1.1所示普通硅材料二極管的特性。2、集電極電流與基極電流之間的關(guān)系如圖1.1.3所示，NPNS三極管在加上一個(gè)基極電流 Ib的情況下，若在集電極c和發(fā)射極e 之間加上大于零的正向電壓 Uce(E2)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)集電極電流lc,此時(shí)的集電極電流lc就會(huì) 是基極電流I b的B倍：l Cl B(1.1.7)B值是三極管所特有的電流放大倍數(shù)，每個(gè)三極管的B值都不一樣，不同三極管B值的范圍大約在50400之間。3、集電極電流與集電極電壓之間的關(guān)系三極管集電極電流的大小與集電極電壓的大小無關(guān)，只要集電極電壓大于零，即使集電極電壓大小發(fā)生變化， 也不會(huì)使集電極電流發(fā)生變化，體現(xiàn)出集電極電流受基極電流的B倍所控制的恒流源的性質(zhì)。4、發(fā)射極電流與集電極電流、基極電流之間的關(guān)系發(fā)射極電流等于基極電流與集電極電流之和:1 E 1 B 1 C 1 B1 B (1)1 B(1.1.8)5、集電極電流與發(fā)射極電流之間的關(guān)系由于基極電流IB只有集電極電流IC的1/ 3,所以發(fā)射極電流IE與集電極電流I $艮接近，通常情況下，我們視集電極電流等于發(fā)射極電流：(1.1.9)(三) 三極管集電極與發(fā)射極之間的動(dòng)態(tài)電阻三極管的集電極與發(fā)射極之間的電阻，有直流電阻和動(dòng)態(tài)電阻兩個(gè)不同的概念。1、三極管集電極的直流電阻三極管的集電極與發(fā)射極之間的直流