模電三極管論文

1、模擬電子技術(shù)論文 項目名稱： 三極管 學 院： 物理與電子信息學院 班 級： 2013級電信1班 學生姓名： 劉宇 學 號： 20130922103 1、 什么是三極管三極管，全稱應為半導體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種電流控制電流的半導體器件·其作用是把微弱信號放大成輻值較大的電信號， 也用作無觸點開關(guān)。晶體三極管，是半導體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結(jié)，兩個PN結(jié)把整塊半導體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。2、 工作原理 當發(fā)射極和集電極之

2、間的電壓處于在放大區(qū)內(nèi)時，較小的基極電流的變化引起集電極電流成比例的較大變化，這就是三極管最基本的作用電流放大作用，三極管其他的作用都是由此而來。 三極管是電流放大器件，有三個極，分別叫做集電極C，基極B，發(fā)射極E。分成NPN和PNP兩種。我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib；把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流Ic。這兩個電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極E上就用了一個箭頭來表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電極電流受基極電流的控制（假設電源能夠提供給集電極足夠大的電流的話），并且基極電流很小的變化，會引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關(guān)系：集電極電

3、流的變化量是基極電流變化量的倍，即電流變化被放大了倍，所以我們把叫做三極管的放大倍數(shù)（一般遠大于1，例如幾十，幾百）。如果我們將一個變化的小信號加到基極跟發(fā)射極之間，這就會引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個電阻R的，那么根據(jù)電壓計算公式U=R*I可以算得，這電阻上電壓就會發(fā)生很大的變化。我們將這個電阻上的電壓取出來，就得到了放大后的電壓信號了。3、 三極管的作用 3.1、三極管是電流控制元件，使用中從完成任務所起的作用講可分為：電流放大、電壓放大、功率放大、電子開關(guān)、恒流控制、溫度補償、溫度采樣、光電采樣.，使用中作用是很豐富的。可以

4、根據(jù)電路的整體結(jié)構(gòu)、完成整個任務的步驟和三極管所處的任務環(huán)節(jié)，確定三極管的功能。 3.2、晶體三極管可以實現(xiàn)電流放大的作用三極管實現(xiàn)電流放大作用的原理是：三極管能用基極電流的變化來控制集電極電流的變化，基極電流變化很小，導致集電極電流發(fā)生很大的變化。這也是三極管非常重要的特性。我們把集電極電流變化量與基極電流變化量的比值用符號“”表示， 一般來說“”是一個定值，但有時Ib也可能會有所改變。晶體三極管有以下三種狀態(tài)：飽和狀態(tài)、截止狀態(tài)和放大狀態(tài)。如果加在發(fā)射結(jié)的電壓比 PN結(jié)的導通電壓小，基極中無電流，集電極和發(fā)射極也都無電流，在電路中相當于一個斷開的開關(guān)，三極管就不再有電流放大作用，即為三極管

5、的截止狀態(tài)。放大狀態(tài)：如果加在發(fā)射結(jié)的電壓比 PN結(jié)的導通電壓大，并取值合適時，能達到管子的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，此時基極電流的較小變化導致了集電極電流的極大變化，體現(xiàn)了三極管具有很強的電流放大作用，可起到以較小電流控制較大電流，實現(xiàn)了三極管的電流放大，即為三極管的放大狀態(tài)。飽和狀態(tài)：如果三極管發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏，三極管進入了飽和區(qū)，飽和壓降非常小，Ib控制不了 Ic，這時三極管就沒有了電流放大能力，即為三極管的飽和狀態(tài)。三極管在三個不同的工作狀態(tài)下，可實現(xiàn)三種不同的作用。它只有在電路中滿足放大狀態(tài)的條件才可以起到放大作用。 3.3、三極管在電路中作為開關(guān)使用的特性如果三極管工作在飽和狀

6、態(tài)或截止狀態(tài)，它就起不了放大作用。三極管若處于飽和狀態(tài)如同開關(guān)接通，若處于截止狀態(tài)則如同開關(guān)斷開，即為三極管的開關(guān)特性。4、 發(fā)展歷史 1947年12月23日，美國新澤西州墨累山的貝爾實驗室里，3位科學家巴丁博士、布菜頓博士和肖克萊博士在緊張而又有條不紊地做著實驗。他們在導體電路中正在進行用半導體晶體把聲音信號放大的實驗。3位科學家驚奇地發(fā)現(xiàn)，在他們發(fā)明的器件中通過的一部分微量電流，竟然可以控制另一部分流過的大得多的電流，因而產(chǎn)生了放大效應。這個器件，就是在科技史上具有劃時代意義的成果晶體管。這位科學家因此共同榮獲了1956年諾貝爾物理學獎。晶體管促進并帶來了“固態(tài)革命”，進而推動了全球范圍內(nèi)

7、的半導體電子工業(yè)。作為主要部件，它及時、普遍地首先在通訊工具方面得到應用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。由于晶體管徹底改變了電子線路的結(jié)構(gòu)，集成電路以及大規(guī)模集成電路應運而生，這樣制造像高速電子計算機之類的高精密裝置就變成了現(xiàn)實。5、 主要參數(shù)工作電壓/電流用這個參數(shù)可以指定該管的電壓電流使用范圍.特征頻率fT:當f= fT時,三極管完全失去電流放大功能.如果工作頻率大于fT,電路將不正常工作.hFE電流放大倍數(shù).VCEO集電極發(fā)射極反向擊穿電壓,表示臨界飽和時的飽和電壓.PCM最大允許耗散功率.封裝形式指定該管的外觀形狀,如果其它參數(shù)都正確，封裝不同將導致組件無法在電路板上實現(xiàn).6、 特性曲線 三

8、極管的特性曲線是用來表示各個電極間電壓和電流之間的相互關(guān)系的，它反映出三極管的性能，是分析放大電路的重要依據(jù)。特性曲線可由實驗測得，也可在晶體管圖示儀上直觀地顯示出來。6.1、輸入特性曲線晶體管的輸入特性曲線表示了VCE為參考變量時，IB和VBE的關(guān)系。圖1是三極管的輸入特性曲線，由圖可見，輸入特性有以下幾個特點：(1) 輸入特性也有一個“死區(qū)”。在“死區(qū)”內(nèi)，VBE雖已大于零，但IB幾乎仍為零。當VBE大于某一值后，IB才隨VBE增加而明顯增大。和二極管一樣，硅晶體管的死區(qū)電壓VT（或稱為門檻電壓）約為0.5V，發(fā)射結(jié)導通電壓VBE =（0.60.7）V；鍺晶體管的死區(qū)電壓VT約為0.2V，

9、導通電壓約（0.20.3）V。若為PNP型晶體管，則發(fā)射結(jié)導通電壓VBE分別為(-0.6 -0.7)V和(-0.2 -0.3)V。（2）一般情況下，當VCE >1V以后，輸入特性幾乎與VCE=1V時的特性重合，因為VCE >1V后，IB無明顯改變了。晶體管工作在放大狀態(tài)時，VCE總是大于1V的（集電結(jié)反偏），因此常用VCE1V的一條曲線來代表所有輸入特性曲線。6.2、輸出特性曲線晶體管的輸出特性曲線表示以IB為參考變量時，IC和VCE的關(guān)系，即:圖2是三極管的輸出特性曲線，當IB改變時，可得一組曲線族，由圖可見，輸出特性曲線可分放大、截止和飽和三個區(qū)域。 （1） 截止區(qū) ：IB =

10、 0的特性曲線以下區(qū)域稱為截止區(qū)。在這個區(qū)域中，集電結(jié)處于反偏，VBE0發(fā)射結(jié)反偏或零偏，即VC>VEVB。電流IC很小，（等于反向穿透電流ICEO）工作在截止區(qū)時，晶體管在電路中猶如一個斷開的開關(guān)。（2） 飽和區(qū) ：特性曲線靠近縱軸的區(qū)域是飽和區(qū)。當VCE<VBE時，發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均處于正偏，即VB>VC>VE。在飽和區(qū)IB增大，IC幾乎不再增大，三極管失去放大作用。規(guī)定VCE=VBE時的狀態(tài)稱為臨界飽和狀態(tài)，用VCES表示，此時集電極臨界飽和電流：七、放大原理7.1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子電源Ub經(jīng)過電阻Rb加在發(fā)射結(jié)上，發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子(自由電子）不斷地越過發(fā)射結(jié)進入基區(qū)，形成發(fā)射極電流Ie。同時基區(qū)多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴散，但由于多數(shù)載流子濃度遠低于發(fā)射區(qū)載流子濃度，可以不考慮這個電流，因此可以認為發(fā)射結(jié)主要是電子流。7.2、基區(qū)中電子的擴散與復合電子進入基區(qū)后，先在靠近發(fā)射結(jié)的附近密集，漸漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促使電子流在基區(qū)中向集電結(jié)擴散，被集電結(jié)電場拉入集電區(qū)形成集電極電流Ic。也有很小一部分電子（因為基區(qū)很薄）與基區(qū)的空穴復合，擴散的電子