模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第三次

1、一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號NPN型晶體管ecb符號符號集電區(qū)集電區(qū)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電極集電極 c基極基極 b發(fā)射極發(fā)射極 eNNPPNP型晶體管集電區(qū)集電區(qū)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電極集電極 c發(fā)射極發(fā)射極 e基極基極 bcbe符號符號NNPPN二、晶體管的放大原理三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：NNPebcN N NP P P1. 發(fā)射區(qū)高摻雜。發(fā)射區(qū)高摻雜。2. 基區(qū)做得很薄基區(qū)做得很薄。通常只有。通常只有幾微米到幾十微米，而且?guī)孜⒚椎綆资⒚?，而且摻雜較摻雜較少少。三極管放大的外部條件三極管放大的外部條件：外加電源的極性應使：外加電

2、源的極性應使發(fā)射發(fā)射結(jié)處于正向偏置結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。狀態(tài)。3. 集電結(jié)面積大。集電結(jié)面積大。 擴散運動形成發(fā)射極電流擴散運動形成發(fā)射極電流IE，復合運動形成基極電流，復合運動形成基極電流IB，漂移運動形成集電極電，漂移運動形成集電極電流流IC。 becRcRb晶體管內(nèi)部載流子的運動晶體管內(nèi)部載流子的運動I EIB1. 發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴散發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴散運動形成發(fā)射極電流運動形成發(fā)射極電流發(fā)射區(qū)的電子越過發(fā)射結(jié)擴散發(fā)射區(qū)的電子越過發(fā)射結(jié)擴散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴散到發(fā)到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴散到發(fā)射區(qū)射區(qū)形成發(fā)射極電流形成發(fā)射極電流 IE

3、 ( (基基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可忽略忽略) )。2. 擴散到基區(qū)的自由電子與擴散到基區(qū)的自由電子與空穴的復合運動形成基極空穴的復合運動形成基極電流電流電子到達基區(qū)，少數(shù)與空穴復電子到達基區(qū)，少數(shù)與空穴復合形成基極電流合形成基極電流 Ibn，復合掉的復合掉的空穴由空穴由 VBB 補充補充。多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴散，到達多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴散，到達集電結(jié)的一側(cè)。集電結(jié)的一側(cè)。晶體管內(nèi)部載流子的運動晶體管內(nèi)部載流子的運動becI EI BRcRb3.集電結(jié)加反向電壓，漂移集電結(jié)加反向電壓，漂移運動形成集電極電流運動形成集電極電流Ic 集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)集電結(jié)反偏

4、，有利于收集基區(qū)擴散過來的電子而形成集電極擴散過來的電子而形成集電極電流電流 Icn。其能量來自外接電源其能量來自外接電源 VCC 。I C另外，集電區(qū)和基區(qū)的少另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場的作用下將進子在外電場的作用下將進行漂移運動而形成行漂移運動而形成反向反向飽飽和電流和電流，用用ICBO表示表示。ICBO晶體管內(nèi)部載流子的運動晶體管內(nèi)部載流子的運動beceRcRb二、晶體管的電流分配關(guān)系二、晶體管的電流分配關(guān)系IEpICBOIEICIBIEnIBnICn圖圖1.3.4晶體管內(nèi)部載流子的運動與外部電流晶體管內(nèi)部載流子的運動與外部電流IE擴散運動形成的電流IB復合運動形成的電流IC漂移運

5、動形成的電流IEENEPCNBNEPCCNCBOBBNEPCBOBCBOECBIIIIIIIIIIIIIIIII三、晶體管的共射電流放大系數(shù)三、晶體管的共射電流放大系數(shù)CC B OBC B OC NBIIIIIICEOBCBOBC)1 ( IIIII整理可得：整理可得：ICBO 稱反向飽和電流稱反向飽和電流ICEO 稱穿透電流稱穿透電流1、共射直流電流放大系數(shù)、共射直流電流放大系數(shù)BCIIBEI1I）（VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法直流參數(shù)直流參數(shù) 與交流參數(shù)與交流參數(shù) 、 的含義是不同的，的含義是不同的，但是，對于大多數(shù)三極管來說，直流和交流的數(shù)值卻差但是

6、，對于大多數(shù)三極管來說，直流和交流的數(shù)值卻差別不大，計算中，可不將它們嚴格區(qū)分。別不大，計算中，可不將它們嚴格區(qū)分。 、2、共射交流電流放大系數(shù)、共射交流電流放大系數(shù)BCII 3、共基直流電流放大系數(shù)、共基直流電流放大系數(shù)ECnII CBOECBOCnCIIIII 11或或4、共基交流電流放大系數(shù)、共基交流電流放大系數(shù)ECii5. 的關(guān)系的關(guān)系ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基極接法共基極接法 共射共射BJT工作在正向作用區(qū)的工作在正向作用區(qū)的大信號大信號特性方程特性方程EbersMoll模型：（主要用于模型：（主要用于EDA計算）計算） 埃伯爾斯埃伯爾斯莫爾模型是三極管通用模型，它

7、適用于任莫爾模型是三極管通用模型，它適用于任何工作模式。何工作模式。IE= IF- - RIRIC= FIF - -IR) 1e (TBEEBSFVVII) 1e (TBCCBSRVVII 其中其中ECBIEIF RIRIC FIFIRIB式中：式中： F表示共基極正向電流傳輸系數(shù)；表示共基極正向電流傳輸系數(shù)； R表示共基極反向電流傳輸系數(shù)；表示共基極反向電流傳輸系數(shù)； 1(1)111(1)BETBCTVERVEBSBFRVVCFCBSIIeIIIe二極管的伏安特性三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性uCE = 0VuBE /V iB=f(uBE) UCE=const(2) 當當uCE1V時，時

8、， uCB= uCE - - uBE0，集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收，集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收 集電子，基區(qū)復合減少，在同樣的集電子，基區(qū)復合減少，在同樣的uBE下下 IB減小，特性曲線右移。減小，特性曲線右移。(1) 當當uCE=0V時，相當于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。時，相當于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。1. 輸入特性曲線輸入特性曲線uCE = 0VuCE 1VuBE /V+-bce共射極放大電路UBBUCCuBEiCiB+-uCEiC=f(uCE) IB=const2 2、輸出特性曲線、輸出特性曲線+-bce共射極放大電路UBBUCCuBEiCiB+-uCE輸出特性曲線的三個區(qū)域輸出特

9、性曲線的三個區(qū)域:放大區(qū)：放大區(qū)： 條件：條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏結(jié)反偏 特點特點：iC的大小不受的大小不受uCE的的影響，只受影響，只受 IB的控制。的控制。 如何根據(jù)曲線獲得如何根據(jù)曲線獲得 值值輸出特性曲線的三個區(qū)域輸出特性曲線的三個區(qū)域:截止區(qū)：截止區(qū)： 條件：條件：發(fā)射結(jié)反偏（不導發(fā)射結(jié)反偏（不導通），集電結(jié)反偏通），集電結(jié)反偏 特點特點： iC 電流趨近于電流趨近于0。 等效模型等效模型：相當于開關(guān)斷相當于開關(guān)斷開開輸出特性曲線的三個區(qū)域輸出特性曲線的三個區(qū)域:飽和區(qū)：飽和區(qū)： 條件：條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏結(jié)正偏 特點特點： iB 、iC

10、大到一定數(shù)大到一定數(shù)值后三極管進入該區(qū)域，值后三極管進入該區(qū)域，UCE電壓的數(shù)值較小電壓的數(shù)值較小。 等效模型等效模型討論 為什么UCE 增大曲線右移？ 為什么UCE增大到一定值曲線右移就不明顯了？ 為什么uCE 較小時iC 隨uCE 變化很大？為什么進入放大狀態(tài)曲線幾乎是橫軸的平行線？三極管的參數(shù)分為三大類三極管的參數(shù)分為三大類: 直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)1 1、直流參數(shù)、直流參數(shù)1.1.共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)=（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const四、晶體管的主要參數(shù)2.共基直流電流放大系數(shù)共基直流電流放大系數(shù)EC

11、II3.集電極基極間反向飽和電流集電極基極間反向飽和電流ICBO集電極發(fā)射極間的反向飽和電流集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEOICEO=（1+ ）ICBO2 2、交流參數(shù)、交流參數(shù)1.共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) = iC/ iB UCE=const2. 共基極交流電流放大系數(shù)共基極交流電流放大系數(shù) = iC/ iE UCB=const3.特征頻率特征頻率 fT 值下降到值下降到1 1的信號頻率的信號頻率1.最大集電極耗散功率最大集電極耗散功率PCM PCM= iCuCE 3、 極限參數(shù)極限參數(shù)2.最大集電極電流最大集電極電流ICM3. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 UCBO

12、發(fā)射極開路時的集電結(jié)反發(fā)射極開路時的集電結(jié)反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 U EBO集電極開路時發(fā)射結(jié)的反集電極開路時發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 UCEO基極開路時集電極和發(fā)射基極開路時集電極和發(fā)射 極間的擊穿電壓。極間的擊穿電壓。幾個擊穿電壓有如下關(guān)系幾個擊穿電壓有如下關(guān)系 U UCBOUCEOUEBO 由由PCM、 ICM和和UCEO在輸出特性曲線上可以確在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。 輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū)輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū) PCM= iCuCE U (BR) CEOUCE/V五溫度對晶體管特性及參數(shù)的影

13、響五溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響1、溫度對、溫度對ICBO的影響的影響溫度每升高溫度每升高100C ， ICBO增加約一倍。增加約一倍。反之，當溫度降低時反之，當溫度降低時ICBO減少。減少。硅管的硅管的ICBO比鍺管的小得多。比鍺管的小得多。2、溫度對輸入特性的影響、溫度對輸入特性的影響溫度升高時正向特性左移，溫度升高時正向特性左移，反之右移反之右移60402000.4 0.8I / mAU / V溫度對輸入特性的影響溫度對輸入特性的影響2006003、溫度對輸出特性的影響、溫度對輸出特性的影響溫度升高將導致溫度升高將導致 IC 增大增大iCuCEOiB200600溫度對輸出特性的影響溫度對

14、輸出特性的影響二極管伏安特性曲線反映的特征T（）在電流不變情況下管壓降u反向飽和電流IS，U(BR) T（）正向特性左移，反向特性下移六光電三極管六光電三極管1、等效電路、符號、等效電路、符號2、光電三極管的輸出特性曲線、光電三極管的輸出特性曲線ceceiCuCEO圖圖1.3.11光電三極管的輸出特性光電三極管的輸出特性E1E2E3E4E0光電二極管例例1某放大電路中某放大電路中BJT三個電極的電流如圖所示。三個電極的電流如圖所示。 IA-2mA,IB-0.04mA,IC+2.04mA,試判斷管腳、管型。試判斷管腳、管型。解：電流判斷法。解：電流判斷法。電流的正方向和電流的正方向和KCL。IE

15、=IB+ ICABC IAIBICC為發(fā)射極為發(fā)射極B為基極為基極A為集電極。為集電極。管型為管型為NPN管。管。原則：先求原則：先求UBE，若等于，若等于0.6-0.7V，為硅管；若等于，為硅管；若等于0.2-0.3V，為鍺管。，為鍺管。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 NPN管管UBE0， UBC0，即即。 PNP管管UBE0， UBC0，即即。復習復習1.BJT放大電路三個放大電路三個 電流關(guān)系電流關(guān)系 ？IE =IC+IBBCIIBEI1I）（2.BJT的輸入、輸出特性曲線？的輸入、輸出特性曲線？uCE = 0VuCE 1VuBE /V3.BJT工作狀態(tài)如何判斷？工作狀

16、態(tài)如何判斷？七晶閘管七晶閘管1、結(jié)構(gòu)和等效模型、結(jié)構(gòu)和等效模型圖圖 1.5.5晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號晶閘管的結(jié)構(gòu)和符號CCC陽極陽極陰極陰極控制極控制極2、工作原理、工作原理圖圖 1.5.61. 控制極不加電壓，無論在陽極與陰控制極不加電壓，無論在陽極與陰極之間加正向或反向電壓，晶閘管都不導極之間加正向或反向電壓，晶閘管都不導通。通。稱為阻斷稱為阻斷2. 控制極與陰極間加正向電壓，陽極控制極與陰極間加正向電壓，陽極與陰極之間加正向電壓，晶閘管與陰極之間加正向電壓，晶閘管導通導通。PNPIG1 2IG1IG圖圖 1.5.5CNPNCC結(jié)論：結(jié)論：晶閘管由阻斷變?yōu)榫чl管由阻斷變?yōu)閷ǖ臈l件是在陽極和陰

17、極之間導通的條件是在陽極和陰極之間加正向電壓時，再在控制極加一個正的觸發(fā)脈沖；加正向電壓時，再在控制極加一個正的觸發(fā)脈沖；晶閘管由導通變?yōu)榫чl管由導通變?yōu)樽钄嗟臈l件是減小陽極電流阻斷的條件是減小陽極電流 IA ，或改變或改變A-C電壓極性的方法實現(xiàn)。電壓極性的方法實現(xiàn)。晶閘管導通后，管壓降很小，約為晶閘管導通后，管壓降很小，約為 0.61.2 V 左右。左右。3、晶閘管的伏安特性、晶閘管的伏安特性1. 伏安特性伏安特性OUAKIAUBOABCIHIG= 0正向阻斷特性正向阻斷特性：當：當 IG= 0 ，而，而陽極電壓不超過一定值時，管子陽極電壓不超過一定值時，管子處于阻斷狀態(tài)。處于阻斷狀態(tài)。UBO 正向轉(zhuǎn)折電壓正向轉(zhuǎn)折電壓正向?qū)ㄌ匦哉驅(qū)ㄌ匦裕汗茏訉В汗茏訉ê?，伏安特性與二極管的通后，伏安特性與二極管的正向特性相似。正向特性相似。IH 維持電流維持電流當控制極電流當控制極電流 IG 0 時，時， 使晶閘管由阻斷變?yōu)閷ㄋ咕чl管由阻斷變?yōu)閷ㄋ璧年?/p>