雙極性晶體三極管

雙極性晶體三極管第1頁/共32頁2、三極管的電路符號(hào)PNP三極管NPN三極管CEBiCiBiECEBiCiBiE3、三極管的電流放大作用要使三極管具有放大作用，基本條件是發(fā)射結(jié)加正向電壓（正偏），集電結(jié)加反向電壓（反偏）。第2頁/共32頁電流放大原理BECNNPEBRBEc發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。IE基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略。IBE進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。第3頁/共32頁BECNNPEBRBEcIE集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。ICBO從基區(qū)擴(kuò)散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE。IC=ICE+ICBOICEIBEICE第4頁/共32頁IB=IBE-ICBOIBEIBBECNNPEBRBEcIEICBOICEIC=ICE+ICBOICEIBE第5頁/共32頁ICE與IBE之比稱為電流放大倍數(shù)表明基極電流對(duì)集電極電流具有控制作用。這就是三極管的電流放大作用。注意：這個(gè)放大作用是指一個(gè)小電流控制一個(gè)大電流的作用。而不是能量的放大。能量是不能放大的。從這個(gè)意義上看：三極管是個(gè)電流放大元件第6頁/共32頁P(yáng)NP管的分析同NPN管相同。使用時(shí)注意各極極性和電流方向：NPN三極管CEBiCiBiEUBE+-+-UCE-+PNP三極管CEBiCiBiE+-+-UEBUEC+-第7頁/共32頁為了保證受控載流子流的傳輸，制造晶體三極管時(shí)應(yīng)滿足兩個(gè)條件：a>

發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)的摻雜濃度。b>

基區(qū)寬度應(yīng)很小，以保證IE中被復(fù)合的成份少，大部分能到達(dá)集電極，成為可控的集電極電流。三極管產(chǎn)生放大作用的條件：1、內(nèi)部條件：2、外部條件：a>發(fā)射結(jié)加正向電壓（正偏）b>集電結(jié)加反向電壓（反偏）NPN管：UC>UB>UEPNP管：UC<UB<UE第8頁/共32頁4、晶體管的三種連接方式晶體管有三個(gè)極（發(fā)射極、基極、集電極），兩個(gè)端口（輸入、輸出）。因此有一個(gè)極是輸入、輸出共用的。以NPN管為例，說明三種連接方式。a>共發(fā)射極連接CEBiCiBiEEb>共基極連接EBCBiEiBiCiEiCiBBCECc>共集電極連接注意：箭頭表示電流的真實(shí)方向第9頁/共32頁輸入特性曲線：因?yàn)榫w管有一對(duì)輸入端和一對(duì)輸出端，因此，要完整地描述晶體管的伏安特性，就必須用兩組表示不同端電壓、電流之間關(guān)系的特性曲線來表示。以共發(fā)射極為例來具體分析。輸入特性曲線是指當(dāng)集—射極之間的電壓UCE為某一常數(shù)時(shí)，輸入回路中的基極電流IB與加在基—射極間的電壓UBE之間的關(guān)系曲線。5、晶體三極管的特性曲線晶體管的特性曲線是用來表示各極電壓和電流之間相互關(guān)系，反映的是晶體管的性能。IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。工作壓降：硅管UBE0.6~0.7V,鍺管UBE0.2~0.3V。第10頁/共32頁輸出特性曲線0uCEiCNPNiB=0iB3iB2iB1iB3>iB2>iB1>0從輸出特性上，可將三極管分為三個(gè)工作區(qū)（工作狀態(tài)）：截止(Cutoff)、飽和(Saturation)、放大(Active)。截止飽和放大集電極電流受基極電流控制，所以晶體三極管又稱為電流控制器件輸出特性曲線是指當(dāng)基極電流IB為常數(shù)時(shí)，輸出電路中集電極電流IC與集—射極間的電壓UCE之間的關(guān)系曲線。第11頁/共32頁輸出特性曲線IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。第12頁/共32頁IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IB>IC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。第13頁/共32頁IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。第14頁/共32頁1）截止區(qū)0uCEiCiB=0iB3iB2iB1iB3>iB2>iB1>0截止飽和放大IB=0曲線以下的區(qū)域。條件：發(fā)射結(jié)零偏或反偏集電結(jié)反偏RCUCCTRBUBBIBICIEIB=0,IC=IE=ICEO

(穿透電流)

ICEO受溫度影響很大,溫度升高,

ICEO增大。由于ICEO很小，此時(shí)UCE近似等于ECC，C與E之間相當(dāng)與斷路。2）飽和區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。飽和電壓記為UCES，硅管UCES=0.3~0.5V鍺管UCES=0.1~0.2V。C與E之間相當(dāng)于短路。第15頁/共32頁3）放大區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正偏；集電結(jié)反偏。晶體管具有放大作用。特點(diǎn)：①當(dāng)IB有很小的變化時(shí)，IC變化很大。②UCE變化時(shí)，IC基本不變。對(duì)于三極管的輸出特性，以下三點(diǎn)應(yīng)有深刻認(rèn)識(shí)：ⅰ☆三極管工作在放大區(qū)時(shí)，改變IB的大小，IC的大小會(huì)隨之改變。因此，改變IC的唯一途徑就是改變IB，而這正是IB對(duì)IC的控制作用。ⅲ☆三極管電流放大作用能力的大小，反映在輸出特性曲線平坦部分間隔的大小上。間隔大，即△IC大，因而放大能力（即）也大。ⅱ☆三極管具有恒流特性。在放大區(qū)時(shí)，增大UCE，IC不會(huì)明顯增加，這就是三極管的恒流特性。第16頁/共32頁6、三極管的作用1）用作放大元件2）用作開關(guān)元件。——工作在放大區(qū)，構(gòu)成放大電路——工作在截至區(qū)、飽和區(qū)，構(gòu)成數(shù)字電路等第17頁/共32頁例判斷圖中晶體管的工作狀態(tài)。解：（a）∵是NPN管，

UC＞UB＞UE∴工作在放大狀態(tài)。（b）∵是PNP管，

UE＞UB＞UC∴工作在放大狀態(tài)。（c）∵是NPN管，

UE＞UB，UC＞UB,發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均反偏∴工作在截止?fàn)顟B(tài)。第18頁/共32頁6、晶體管的主要參數(shù)共射直流電流放大倍數(shù)：1）電流放大倍數(shù)和工作于動(dòng)態(tài)的三極管，真正的信號(hào)是疊加在直流上的交流信號(hào)?；鶚O電流的變化量為IB，相應(yīng)的集電極電流變化為IC，則交流電流放大倍數(shù)為：第19頁/共32頁

和含義不同，但在輸出特性放大區(qū)內(nèi)，曲線接近于平行等距:所以今后在使用時(shí)，一般用代替，而不將二者分開。由于制造工藝的分散性，同一型號(hào)的晶體管，值也有很大差別。常用的晶體管的值一般在20~100之間。第20頁/共32頁例：UCE=6V時(shí)：IB=40A,IC=1.5mA；IB=60A,IC=2.3mA。在以后的計(jì)算中，一般作近似處理：=第21頁/共32頁2）集-基極反向截止電流ICBOAICBOICBO是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。

通常希望ICBO越小越好。在溫度穩(wěn)定性方面，硅管比鍺管好。第22頁/共32頁3）集-射極反向截止電流ICEOAICEO第23頁/共32頁BECNNPICBOICEO=ICBO+ICBO

IBEIBEICBO進(jìn)入N區(qū)，形成IBE。根據(jù)放大關(guān)系，由于IBE的存在，必有電流

IBE。集電結(jié)反偏有ICBO第24頁/共32頁4）集電極最大電流ICM集電極電流IC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng)值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為ICM。所以集電極電流應(yīng)為：IC=IB+ICEO而ICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。第25頁/共32頁5）集-射極反向擊穿電壓手冊(cè)上給出的數(shù)值是25C、基極開路時(shí)的擊穿電壓U(BR)CEO。是指當(dāng)基極開路時(shí)，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓。集—射極之間電壓超過U(BR)CEO時(shí)，集電極電流會(huì)大幅度上升，此時(shí)，三極管被擊穿而損壞。第26頁/共32頁6）集電極最大允許功耗PCM集電極電流IC流過三極管，所發(fā)出的功率為：PC=ICUCEPCPCM兩個(gè)結(jié)上消耗的功率分別等于通過結(jié)的電流乘以加在結(jié)上的電壓，一般集電結(jié)上消耗的功率比發(fā)射結(jié)大得多，用PCM表示，這個(gè)功率將導(dǎo)致集電結(jié)發(fā)熱，結(jié)溫上升，當(dāng)結(jié)溫超過最高工作溫度時(shí)，管子性能下降，甚至被燒壞。因此集電結(jié)的最高工作溫度決定了三極管的最大集電極耗散功率。第27頁/共32頁ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)由U(BR)CEO、PCM、ICM共同確定三極管的安全工作區(qū)，如圖所示。第28頁/共32頁第29頁/共32頁第30頁/共32頁6、半導(dǎo)體三極管的主要參數(shù)（1）電流放大系數(shù)(a)直流(靜態(tài))(hFE)(b)交流(動(dòng)態(tài))(hfe)和含義不同，但在輸出特性放大區(qū)內(nèi)，曲線接近于平行等距，所以今后在使用時(shí)，一般