電子線路課件12ppt課件

1、 半導(dǎo)體三極管有兩大類型， 一是雙極型半導(dǎo)體三極管三極管） 雙極型半導(dǎo)體三極管是由兩種載雙極型半導(dǎo)體三極管是由兩種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，它由兩流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，它由兩個(gè)個(gè) PN 結(jié)組合而成，是一種結(jié)組合而成，是一種CCCS器件。器件。 場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體三極管僅由一種場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體三極管僅由一種載流子參與導(dǎo)電，是一種載流子參與導(dǎo)電，是一種VCCS器件。器件。1.2 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管二是場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體三極管場(chǎng)效應(yīng)管)1.2.1 三極管的結(jié)構(gòu)及工作原理1.2.2 三極管的基本特性1.2.3 三極管的主要參數(shù)及電路模型1.2.1三極管的結(jié)構(gòu)及工作原理 雙極型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如

2、圖02.01所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。 圖 02.01 兩種極性的雙極型三極管e-b間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)(Je) c-b間的PN結(jié)稱為集電結(jié)(Jc) 中間部分稱為基區(qū)，連上電極稱為基極，用B或b表示Base）； 一側(cè)稱為發(fā)射區(qū)，電極稱為發(fā)射極，用E或e表示Emitter）； 另一側(cè)稱為集電區(qū)和集電極，用C或c表示Collector）。 雙極型三極管的符號(hào)在圖的下方給出，發(fā)射極的箭頭代表發(fā)射極電流的實(shí)際方向。 從外表上看兩個(gè)N區(qū),(或兩個(gè)P區(qū))是對(duì)稱的，實(shí)際上發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大，集電區(qū)摻雜濃度低，且集電結(jié)面積大。基區(qū)要制造得很薄，其厚度一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米。1. 三極管的電流

3、分配與控制 雙極型半導(dǎo)體三極管在工作時(shí)一定要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷骸?若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓。 現(xiàn)以現(xiàn)以 NPN型三型三極管的放大狀態(tài)為極管的放大狀態(tài)為例，來說明三極管例，來說明三極管內(nèi)部的電流關(guān)系，內(nèi)部的電流關(guān)系， 見圖見圖02.02。(動(dòng)畫動(dòng)畫2-1)圖 02.02 雙極型三極管的電流傳輸關(guān)系 發(fā)射結(jié)加正偏時(shí)，從發(fā)射區(qū)將有大量的電子向基區(qū)擴(kuò)散，形成的電流為IEN。與PN結(jié)中的情況相同。 從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，但其數(shù)量小，形成的電流為IEP。這是因?yàn)榘l(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)的摻雜濃度。 進(jìn)入基區(qū)的電子流因基區(qū)的空穴濃度低，被復(fù)合的機(jī)會(huì)較少。又因基區(qū)

4、很薄，在集電結(jié)反偏電壓的作用下，電子在基區(qū)停留的時(shí)間很短，很快就運(yùn)動(dòng)到了集電結(jié)的邊上，進(jìn)入集電結(jié)的結(jié)電場(chǎng)區(qū)域，被集電極所收集，形成集電極電流ICN。在基區(qū)被復(fù)合的電子形成的電流是 IBN。 另外因集電結(jié)反偏，使集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移電流ICBO。于是可得如下電流關(guān)系式: IE= IEN+ IEP 且有IENIEP IEN=ICN+ IBN 且有IEN IBN ，ICNIBN IC=ICN+ ICBO IB=IEP+ IBNICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO) IE =IC+IB 以上關(guān)系在圖02.02的動(dòng)畫中都給予了演示。由以

5、上分析可知，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，基區(qū)很薄，是保證三極管能夠?qū)崿F(xiàn)電流放大的關(guān)鍵。若兩個(gè)PN結(jié)對(duì)接，相當(dāng)基區(qū)很厚，所以沒有電流放大作用，基區(qū)從厚變薄，兩個(gè)PN結(jié)演變?yōu)槿龢O管，這是量變引起質(zhì)變的又一個(gè)實(shí)例。2. 三極管的電流關(guān)系 (1)三種組態(tài) 雙極型三極管有三個(gè)電極，其中兩個(gè)可以作為輸入, 兩個(gè)可以作為輸出，這樣必然有一個(gè)電極是公共電極。三種接法也稱三種組態(tài)，見圖02.03。 共集電極接法，集電極作為公共電極，用共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示表示; 共基極接法，基極作為公共電極，用共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。表示。共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用共發(fā)射極接法，發(fā)射極作

6、為公共電極，用CE表示；表示；圖 02.03 三極管的三種組態(tài)(2)三極管的電流放大系數(shù) 對(duì)于集電極電流IC和發(fā)射極電流IE之間的關(guān)系可以用系數(shù)來說明，定義: ECN/ II11CBOBCIII 稱為共基極直流電流放大系數(shù)。它表示最稱為共基極直流電流放大系數(shù)。它表示最后達(dá)到集電極的電子電流后達(dá)到集電極的電子電流ICN與總發(fā)射極電流與總發(fā)射極電流IE的比值。的比值。ICN與與IE相比，因相比，因ICN中沒有中沒有IEP和和IBN，所以，所以 的值小于的值小于1, 但接近但接近1。由此可。由此可得得:IC=ICN+ICBO= IE+ICBO= (IC+IB)+ICBOBCBOBBC1)11(III

7、IIBB1)1(II1因 1, 所以 1定義定義: =IC /IB=(ICN+ ICBO )/IB稱為共發(fā)射極接法直流電流放大系數(shù)。于是稱為共發(fā)射極接法直流電流放大系數(shù)。于是1.2.2 三極管的基本特性 這里，B表示輸入電極，C表示輸出電極，E表示公共電極。所以這兩條曲線是共發(fā)射極接法的特性曲線。 iB是輸入電流，uBE是輸入電壓，加在B、E兩電極之間。 iC是輸出電流，uCE是輸出電壓，從C、E 兩電極取出。 輸入特性曲線 iB=f(uBE) uCE=const 輸出特性曲線 iC=f(uCE) iB=const本節(jié)介紹共發(fā)射極接法三極管的特性曲線，即 共發(fā)射極接法的供電電路和電壓-電流關(guān)系

8、如圖02.04所示。圖02.04 共發(fā)射極接法的電壓-電流關(guān)系 簡單地看，輸入特性曲線類似于發(fā)射結(jié)的伏安特性曲線，現(xiàn)討論iB和uBE之間的函數(shù)關(guān)系。因?yàn)橛屑娊Y(jié)電壓的影響，它與一個(gè)單獨(dú)的PN結(jié)的伏安特性曲線不同。 為了排除uCE的影響，在討論輸入特性曲線時(shí)，應(yīng)使uCE=const(常數(shù))。1. 輸入特性曲線 uCE的影響，可以用三極管的內(nèi)部反的影響，可以用三極管的內(nèi)部反饋?zhàn)饔媒忉?，即饋?zhàn)饔媒忉?，即uCE對(duì)對(duì)iB的影響的影響 。 共發(fā)射極接法的輸入特性曲線見圖02.05。其中uCE=0V的那一條相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向特性曲線。當(dāng)uCE1V時(shí)，uCB= uCE - uBE0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始

9、收集電子，且基區(qū)復(fù)合減少， IC / IB 增大，特性曲線將向右稍微移動(dòng)一些。但uCE再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。曲線的右移是三極管內(nèi)部反饋所致，右移不明顯說明內(nèi)部反饋很小。輸入特性曲線的分區(qū)：死區(qū) 非線性區(qū) 圖02.05 共射接法輸入特性曲線 線性區(qū) 2.輸出特性曲線 共發(fā)射極接法的輸出特性曲線如圖02.06所示，它是以iB為參變量的一族特性曲線?，F(xiàn)以其中任何一條加以說明，當(dāng)uCE=0 V時(shí)，因集電極無收集作用，iC=0。當(dāng)uCE稍增大時(shí)，發(fā)射結(jié)雖處于正向電壓之下，但集電結(jié)反偏電壓很小，如 uCE 1 V uBE=0.7 V uCB= uCE- uBE= 0.7 V集電區(qū)收集電子的能力很弱，

10、iC主要由uCE決定。 圖02.06 共發(fā)射極接法輸出特性曲線 當(dāng)uCE增加到使集電結(jié)反偏電壓較大時(shí)，如 uCE 1 V uBE 0.7 V運(yùn)動(dòng)到集電結(jié)的電子基本上都可以被集電區(qū)收集，此后uCE再增加，電流也沒有明顯的增加，特性曲線進(jìn)入與uCE軸基本平行的區(qū)域 (這與輸入特性曲線隨uCE增大而右移的 圖02.06 共發(fā)射極接法輸出特性曲線原因是一致的) 。（動(dòng)畫2-2） 輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域:飽和區(qū)iC受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE的 數(shù)值較小，一般uCE0.7 V(硅管)。此時(shí) 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時(shí)，發(fā)射

11、結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)iC平行于uCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。 此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，電壓大于0.7 V左右(硅管) 。3.三極管的開關(guān)特性 (1)開關(guān)作用 截止?fàn)顟B(tài) IB0，IC0，UCEVCCCCCCCESCCCSRVRUVICCCCSBSRVIIBSBIi ICICS，VCEUCES0 飽和狀態(tài)(2)三極管的開關(guān)時(shí)間 延遲時(shí)間延遲時(shí)間td 從從+uB2的加入至集電極電流上的加入至集電極電流上升到升到0.1ICS所需的時(shí)間所需的時(shí)間 上升時(shí)間上升時(shí)間tr 集電極電集電極電流從流從0.1ICS上升到上升到0.9ICS所需的時(shí)間所需的時(shí)間 存儲(chǔ)時(shí)間存儲(chǔ)時(shí)間ts 從輸入端從輸入端

12、電壓降至電壓降至- uB1 到集電到集電極電流降至極電流降至0.1ICS所需所需的時(shí)間的時(shí)間 下降時(shí)間下降時(shí)間tf 集電極電集電極電流從流從0.9ICS下降到下降到0.1ICS所需的時(shí)間所需的時(shí)間 td, tr就是指基區(qū)電荷建立的時(shí)間就是指基區(qū)電荷建立的時(shí)間,常用開通時(shí)間常用開通時(shí)間ton= td+tr來表示三極管來表示三極管從截止到飽和所需的時(shí)間；而從截止到飽和所需的時(shí)間；而ts, tf是是指基區(qū)存儲(chǔ)電荷消散所需的時(shí)間，常用指基區(qū)存儲(chǔ)電荷消散所需的時(shí)間，常用關(guān)閉時(shí)間關(guān)閉時(shí)間toff= ts+tf表示三極管從飽和表示三極管從飽和到截止所需的時(shí)間。開通時(shí)間到截止所需的時(shí)間。開通時(shí)間ton與關(guān)與關(guān)

13、閉時(shí)間閉時(shí)間toff也總稱為三極管的開關(guān)時(shí)間也總稱為三極管的開關(guān)時(shí)間,它限制三極管的開關(guān)運(yùn)用速度，不同的它限制三極管的開關(guān)運(yùn)用速度，不同的管子開關(guān)時(shí)間各不相同，一般開關(guān)三極管子開關(guān)時(shí)間各不相同，一般開關(guān)三極管的開關(guān)時(shí)間在幾十到幾百納秒管的開關(guān)時(shí)間在幾十到幾百納秒1.2.3 三極管的主要參數(shù)及電路模型 半導(dǎo)體三極管的參數(shù)分為三大類: 直流參數(shù) 交流參數(shù) 極限參數(shù) (1)直流參數(shù) 直流電流放大系數(shù) a.共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) constuBCBCEOCCEIIIII/ )(1.主要參數(shù) 在放大區(qū)基本不變。在共發(fā)射極輸出特性曲線上，通過垂直于X軸的直線(uCE=const)來求取IC / IB ，

14、如圖02.07所示。在IC較小時(shí)和IC較大時(shí)， 會(huì)有所減小，這一關(guān)系見圖02.08。圖02.08 值與IC的關(guān)系圖 02.07 在輸出特性曲線上決定 b.共基極直流電流放大系數(shù) =（ICICBO）/IEIC/IE 顯然 與 之間有如下關(guān)系: = IC/IE= IB/1+ IB= /1+ 極間反向電流 a.集電極基極間反向飽和電流ICBO ICBO的下標(biāo)CB代表集電極和基極，O是Open的字頭，代表第三個(gè)電極E開路。它相當(dāng)于集電結(jié)的反向飽和電流。 b.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ICEO ICEO和和ICBO有如下關(guān)系有如下關(guān)系 ICEO=（1+ ）ICBO 相當(dāng)基極

15、開路時(shí)，集電極和發(fā)射極間的反向相當(dāng)基極開路時(shí)，集電極和發(fā)射極間的反向飽和電流，即輸出特性曲線飽和電流，即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對(duì)應(yīng)那條曲線所對(duì)應(yīng)的的Y坐標(biāo)的數(shù)值。如圖坐標(biāo)的數(shù)值。如圖02.09所示。所示。 圖圖02.09 ICEO在輸出特性曲線上的在輸出特性曲線上的位置位置(2)(2)交流參數(shù)交流參數(shù)交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù) a. a.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/IC/IBIBuCE=constuCE=const 在放大區(qū) 值基本不變，可在共射接法輸出特性曲線上，通過垂直于X 軸的直線求取IC/IB。或在圖02.08上通過求某一點(diǎn)的斜率得到。具

16、體方法如圖02.10所示。 圖圖02.10 在輸出特性曲線上求在輸出特性曲線上求 b.共基極交流電流放大系數(shù) =IC/IE UCB=const當(dāng)ICBO和ICEO很小時(shí)，、，可以不加區(qū)分。 特征頻率特征頻率fT 三極管的三極管的值不僅與工作電流有關(guān)，而且與值不僅與工作電流有關(guān)，而且與工作頻率有關(guān)。由于結(jié)電容的影響，當(dāng)信號(hào)頻率工作頻率有關(guān)。由于結(jié)電容的影響，當(dāng)信號(hào)頻率增加時(shí)，三極管的增加時(shí)，三極管的將會(huì)下降。當(dāng)將會(huì)下降。當(dāng)下降到下降到1時(shí)所時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率稱為特征頻率，用對(duì)應(yīng)的頻率稱為特征頻率，用fT表示。表示。 (3)極限參數(shù) 集電極最大允許電流ICM 如圖02.08所示，當(dāng)集電極電流增加時(shí)，

17、就要下降，當(dāng)值下降到線性放大區(qū)值的7030時(shí)，所對(duì)應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。至于值下降多少，不同型號(hào)的三極管，不同的廠家的規(guī)定有所差別?？梢?，當(dāng)ICICM時(shí)，并不表示三極管會(huì)損壞。 圖02.08 值與IC的關(guān)系集電極最大允許功率損耗PCM 集電極電流通過集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗， PCM= ICUCBICUCE， 因發(fā)射結(jié)正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集電結(jié)上。在計(jì)算時(shí)往往用UCE取代UCB。 反向擊穿電壓 反向擊穿電壓表示三極管電極間承受反向電壓的能力，其測(cè)試時(shí)的原理電路如圖02.11所示。圖02.11 三極管擊穿電壓的測(cè)試電路 a.U(BR)CBO發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)擊穿電

18、壓。下標(biāo)BR代表擊穿之意，是Breakdown的字頭，CB代表集電極和基極，O代表第三個(gè)電極E開路。 b.U(BR) EBO集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的擊穿電壓。 c.U(BR)CEO基極開路時(shí)集電極和發(fā)射極間的 擊穿電壓。 對(duì)于U(BR)CER表示BE間接有電阻，U(BR)CES表示BE間是短路的。幾個(gè)擊穿電壓在大小上有如下關(guān)系 U(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERU(BR)CEOU(BR) EBO 由PCM、 ICM和U(BR)CEO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)，見圖02.12。圖02.12 輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū)三極管的物理結(jié)構(gòu)如圖所示。三極管的物理結(jié)構(gòu)如圖所示。雙極型三極管 物理模型2.電路模型rbe- re歸算到基極回路的電阻 -發(fā)射結(jié)電容，也用C這一符號(hào)Cbe-集電結(jié)電阻rbc -集電結(jié)電容，也用C這一符號(hào) Cbc rbb -基區(qū)的體電阻，b是假想的基區(qū)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)。 - 發(fā)射結(jié)電阻 re混合型微變等效電路物理模型簡化：忽略rbc 、 rce（3參數(shù)計(jì)算)mA(ImV26)1 (rrrrEbe bbbbe據(jù)e bbebbEe brrr)