雙極性二極管課件

1.4雙極型晶體管1.4.1晶體管的結(jié)構(gòu)及類型1.4.2晶體管的電流放大作用1.4.3晶體管的共射特性曲線1.4.4晶體管的主要參數(shù)1.4.5溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響*1.4.6光電三極管1.4雙極型晶體管半導(dǎo)體三極管在英文中稱為晶體管(Transistor)。半導(dǎo)體三極管有兩大類型，一類是雙極型，另一類是單極型。本節(jié)介紹雙極型晶體管。1.4.1結(jié)構(gòu)及類型發(fā)射結(jié)

集電結(jié)基極發(fā)射極

集電極1.結(jié)構(gòu)及電路符號(hào)雙極型晶體管是由兩個(gè)PN結(jié)組成的。發(fā)射區(qū)基區(qū)

集電區(qū)2.雙極型晶體管的外形頻率：高頻管、低頻管功率：材料：小、中、大功率管硅管、鍺管類型：NPN型、PNP型電路符號(hào)

兩種類型的三極管1.4.2晶體管的電流放大作用

半導(dǎo)體三極管與半導(dǎo)體二極管的最大不同之處,就是具有電流放大作用。

實(shí)現(xiàn)電流放大所需的外部條件是：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。對(duì)NPN管，各極電壓必須滿足VC>VB>VE；對(duì)PNP管，各極電壓必須滿足VE>VB>VC。1.晶體管的電流分配關(guān)系

在放大狀態(tài)下，管中載流子的傳輸過(guò)程如圖1-37所示。圖中空心箭頭方向表示電流方向，實(shí)線箭頭方向是載流子運(yùn)動(dòng)方向。圖1-37晶體管中載流子的傳輸過(guò)程由以上分析可知：①半導(dǎo)體三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導(dǎo)電，故稱為雙極型三極管或BJT（BipolarJunctionTransistor）。②發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏是實(shí)現(xiàn)電流放大所需的外部條件。IE=IC+IB。對(duì)于PNP管,三個(gè)電極產(chǎn)生的電流方向正好和NPN管相反。③發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，基區(qū)摻雜濃度低且很薄，是保證三極管能夠?qū)崿F(xiàn)電流放大的關(guān)鍵（IE>>IB，IC>>IB）。若將兩個(gè)PN結(jié)對(duì)接，相當(dāng)于基區(qū)很厚，將沒(méi)有電流放大作用。解:①由于V13=2.5-1.8=0.7V,故1、3腳為發(fā)射結(jié)。則2腳為C極、硅管,又V2>V1>V3,C極電位最高,故為NPN,且1為B極,3為E極。

②由于V23=-0.2V,故2、3腳間為發(fā)射結(jié)。1腳為C極、鍺管,因V1<V2<V3,故為PNP,2為B極,3為E極。

③由于V12=0.2V,故1、2腳為發(fā)射結(jié)，3腳為C極,鍺管,又V1<V2<V3,故為NPN。2為B極,3為E極。

由此可以看到，半導(dǎo)體三極管的IB有一個(gè)很小的變化，相應(yīng)的集電極電流IC將發(fā)生較大的變化，這說(shuō)明半導(dǎo)體三極管具有電流放大作用。

1.4.3晶體管的共射特性曲線

iB=f(uBE)

uCE=const.

(2)當(dāng)uCE≥1V時(shí)，uCB=uCE-uBE>0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開(kāi)始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的uBE下iB減小，特性曲線右移。

(1)當(dāng)uCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。1.輸入特性曲線（以共射極放大電路為例）共射極連接(1)飽和區(qū)：iC明顯受uCE控制的區(qū)域。該區(qū)域內(nèi)，一般uCE＜0.7V(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。iC=f(uCE)

iB=const.2.輸出特性曲線輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域:(3)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)，uBE小于死區(qū)電壓。(2)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?！纠?-10】測(cè)得某硅管各極對(duì)地電壓如下,試判斷其工作在什么區(qū)域? ①VC=6V、VB=0.7V、VE=0V； ②VC=6V、VB=4V、VE=3.8V； ③VC=6V、VB=6.4V、VE=5.7V。

解：根據(jù)半導(dǎo)體三極管的輸出特性，比較各管的VCE、VBE電壓情況， ①VC>VB>VE,且VBE=0.7V，故該管工作在放大區(qū)域； ②VC>VB>VE，但VBE=0.2V小于硅管的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓，故該管工作在截止區(qū)域； ③VBE=0.7V，VCE=0.3V<1V，故該管工作在飽和區(qū)域。1.4.4主要參數(shù)晶體管的參數(shù)分為直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù)三大類。1直流參數(shù)(1)直流電流放大系數(shù)①共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)

②共基極直流電流放大系數(shù)(2)極間反向電流①集-基間反向飽和電流ICBO②集-射間反向飽和電流ICEOICEO和ICBO有如下關(guān)系：

(3)頻率參數(shù)頻率參數(shù)反映三極管的放大能力與頻率的關(guān)系。三極管的放大能力一般由電流放大系數(shù)來(lái)體現(xiàn)，實(shí)際上晶體管內(nèi)部的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均含有一定的結(jié)電容，它們都影響晶體管的頻率特性，當(dāng)工作頻率超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，三極管的電流放大系數(shù)要下降。1）共基截止頻率fα

在共基極電路中，電流放大系數(shù)α值下降到低頻(1000Hz)值的

時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率，稱為α截止頻率，用fα表示。fα反映了晶體管共基極運(yùn)用時(shí)的頻率限制。2）共射截止頻率fβ 在共發(fā)射極電路中，β值下降到低頻(1000Hz)值的

時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率為β截止頻率，記作fβ。3）特征頻率

fT

晶體管的

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)頻率增加時(shí)，晶體管的

將會(huì)下降。當(dāng)

下降到1時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率稱為特征頻率，用

fT表示。（3）集電極最大允許損耗功率PCM

集電極電流通過(guò)集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗，PCM=ICUCE，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。管子工作時(shí)，集電結(jié)功耗PC<PCM，否則使集電結(jié)溫升過(guò)高而燒壞。

由于晶體管的電流放大系數(shù)β值與工作電流有關(guān)，工作電流太大，β就下降，使晶體管的性能下降，也使放大的信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重失真。一般定義當(dāng)β值下降為最大值的2/3時(shí)的iC值為ICM。（2）集電極最大允許電流ICM

由最大集電極功率損耗PCM、ICM和擊穿電壓U(BR)CEO，在輸出特性曲線上就可以確定晶體管的安全工作區(qū)，如圖1-41所示。晶體管工作時(shí)必須保證工作在安全區(qū)內(nèi)，并留有一定的余量，防止損壞管子。圖1-41晶體管的安全工作區(qū)*1.4.6光電器件1.光電三極管光電三極管也稱光敏三極管，在原理上類似于晶體管，只是它的集電結(jié)為光敏二極管結(jié)構(gòu)，其主要作用是完成光電轉(zhuǎn)換。它將照射的光信號(hào)變成電信號(hào)的同時(shí)，還放大了信號(hào)電流，用光的強(qiáng)度來(lái)控制集電極電流的大小，因此具有更高的靈敏度。（a）電路符號(hào)(b)等效電路2．光電耦合器

光電耦合器是將發(fā)光二極管和光敏元件（光敏電阻、光電二極管、光電三極管、光電池等）組裝在一起而形成的二端口器件，其電路符號(hào)如圖1-45所示。它的工