三極管課件完整版

半導(dǎo)體三極管三極管是組成各種電子電路的核心器件。通過一定的制造工藝，將兩個PN結(jié)結(jié)合在一起，使三極管具有放大作用。三極管的產(chǎn)生使PN結(jié)的應(yīng)用發(fā)生了質(zhì)的飛躍。三極管是應(yīng)用最廣泛的半導(dǎo)體器件，在電子電路中實現(xiàn)放大、振蕩、開關(guān)控制等功能。三極管結(jié)構(gòu)示意圖

NPN型ecb圖形符號集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極c基極b發(fā)射極eNNP三極管結(jié)構(gòu)及符號三極管分有NPN型和PNP型，雖然它們外形各異，品種繁多，但它們的共同特征相同：都有三個分區(qū)、兩個PN結(jié)和三個向外引出的電極。三極管的文字符號是VT集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極c發(fā)射極e基極b

cbe圖形符號NNPPN三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號PNP型晶體管芯結(jié)構(gòu)剖面圖e發(fā)射極集電區(qū)N基區(qū)P發(fā)射區(qū)Nb基極c集電極晶體管實現(xiàn)電流放大作用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件(1)發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高，以便有足夠的載流子供“發(fā)射”。(2)為減少載流子在基區(qū)的復(fù)合機會，基區(qū)做得很薄，一般為幾個微米，且摻雜濃度極低。(3)集電區(qū)體積較大，且為了順利收集邊緣載流子，摻雜濃度界于發(fā)射極和基極之間。

可見，三極管并非是兩個PN結(jié)的簡單組合，而是利用一定的摻雜工藝制作而成。因此，絕不能用兩個二極管來代替，使用時也決不允許把發(fā)射極和集電極接反。晶體管實現(xiàn)電流放大作用的外部條件NNPUBBRB＋－(1)發(fā)射結(jié)必須“正向偏置”，以利于發(fā)射區(qū)電子的擴散，擴散電流即發(fā)射極電流ie，擴散電子的少數(shù)與基區(qū)空穴復(fù)合，形成基極電流ib，多數(shù)繼續(xù)向集電結(jié)邊緣擴散。UCCRC＋－(2)集電結(jié)必須“反向偏置”，以利于收集擴散到集電結(jié)邊緣的多數(shù)擴散電子，收集到集電區(qū)的電子形成集電極電流ic。IEICIB

整個過程中，發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射的電子數(shù)等于基區(qū)復(fù)合掉的電子與集電區(qū)收集的電子數(shù)之和，即：IE=IB+IC

三極管的電流放大作用

三極管放大的條件

三極管實現(xiàn)電流放大的外部偏置條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。正向偏壓一般硅管為0.6-0.8V，鍺管為0.1-0.3V；反向電壓為幾伏至十幾伏。各電極電位之間的關(guān)系是：NPN型VC＞VB＞VE

PNP型VC＜VB＜VE

電流分配關(guān)系

NPN管放大實驗電路（共發(fā)射極）

電路中的三極管的偏置滿足發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)正偏，可使發(fā)射區(qū)的多子（自由電子）通過PN結(jié)注入到基區(qū)，以形成基極電流IB；集電結(jié)反偏，使集電極電位高于基極電位，于是在集電結(jié)上有一個較強的電場，把由發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的自由電子大部分拉到集電區(qū)，形成集電極電流IC。調(diào)節(jié)Rb，改變IB的大小，得出相應(yīng)的IC和IE的數(shù)據(jù)，如表所示。

電流放大實驗數(shù)據(jù)

IB(mA)

-0.004

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

IC(mA)

0.0040.01

1.09

2.08

3.07

4.06

5.05

IE(mA)0

0.01

1.10

2.10

3.10

4.105.10由表可得：三極管各電極電流分配關(guān)系是：

IE=IB+IC由于基極電流很小，因而IE≈IC。

通常稱為共射極直流電流放大系數(shù)，因而有：

通常稱為共射極交流電流放大系數(shù)。

由表2.1還可知：β≈電流放大系數(shù)

放大作用的實質(zhì)

由上述實驗結(jié)果可知，當(dāng)IB有一微小變化時，能引起IC較大的變化，這種現(xiàn)象稱為三極管的電流放大作用。

電流放大作用的實質(zhì)是通過改變基極電流IB的大小，達(dá)到控制IC的目的，而并不是真正把微小電流放大了，因此稱三極管為電流控制型器件。

例1

測得工作在放大狀態(tài)的三極管兩個電極的電流如圖2.4所示。（1）求另一個電極的電流，并在圖中標(biāo)出實際方向。（2）標(biāo)出e、b、c極，并判斷出該管是NPN型還是PNP型管。（3）估算其β值。

解：（1）圖2.4(a)中①、②管腳的電流均為流入，則③管腳的電流必為流出，且大小為0.1+4=4.1(mA)，如圖2.4(b)所示。（2）由于③管腳的電流最大，①管腳的電流最小，因此①管腳為b極，②管腳為c極，③管腳為e極。又由于③管腳的發(fā)射極電流為流出，故該管為NPN型管。（3）由于IB=0.1mA，IC=4mA，故：三極管的伏安特性曲線

所謂伏安特性曲線是指各極電壓與電流之間的關(guān)系曲線，是三極管內(nèi)部載流子運動的外部表現(xiàn)。從工程應(yīng)用角度來看，外部特性更為重要。(1)輸入特性曲線以常用的共射極放大電路為例說明（UCE為常數(shù)時，IB和UBE之間的關(guān)系）UCE=0VUBE

/VIB

/A0UCE=0VUBBUCCRC++RB令UBB從0開始增加IBIE=IBUBE令UCC為0UCE=0時的輸入特性曲線UCE為0時UCE=0.5VUCE=0VUBE

/VIB

/A0UBBUCCRC++RB令UBB重新從0開始增加IBICUBE增大UCC讓UCE=0.5VUCE=1VUCE=0.5VUCE=0.5V的特性曲線繼續(xù)增大UCC讓UCE=1V令UBB重新從0開始增加UCE=1VUCE=1V的特性曲線

繼續(xù)增大UCC使UCE=1V以上的多個值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：之后的所有輸入特性幾乎都與UCE=1V的特性相同，曲線基本不再變化。

實用中三極管的UCE值一般都超過1V，所以其輸入特性通常采用UCE=1V時的曲線。從特性曲線可看出，雙極型三極管的輸入特性與二極管的正向特性非常相似。UCE>1V的特性曲線

由輸入特性曲線可以看出：曲線是非線性的，也存在一段死區(qū)，當(dāng)外加UBE電壓小于死區(qū)電壓時，三極管不能導(dǎo)通，處于截止?fàn)顟B(tài)。三極管正常工作時，UBE變化不大，對于硅管，UBE約為0.7V左右，鍺管的約為0.3V左右。(2)輸出特性曲線先把IB調(diào)到某一固定值保持不變。

當(dāng)IB不變時，輸出回路中的電流IC與管子輸出端電壓UCE之間的關(guān)系曲線稱為輸出特性。然后調(diào)節(jié)UCC使UCE從0增大，觀察毫安表中IC的變化并記錄下來。UCEUBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE

根據(jù)記錄可給出IC隨UCE變化的伏安特性曲線，此曲線就是晶體管的輸出特性曲線。IBUCE/VIC

/mA0UBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE再調(diào)節(jié)IB1至另一稍小的固定值上保持不變。仍然調(diào)節(jié)UCC使UCE從0增大，繼續(xù)觀察毫安表中IC的變化并記錄下來。UCE

根據(jù)電壓、電流的記錄值可繪出另一條IC隨UCE變化的伏安特性曲線，此曲線較前面的稍低些。UCE/VIC

/mA0IBIB1IB2IB3IB=0

如此不斷重復(fù)上述過程，我們即可得到不同基極電流IB對應(yīng)相應(yīng)IC、UCE數(shù)值的一組輸出特性曲線。輸出曲線開始部分很陡，說明IC隨UCE的增加而急劇增大。當(dāng)UCE增至一定數(shù)值時(一般小于1V)，輸出特性曲線變得平坦，表明IC基本上不再隨UCE而變化。

當(dāng)IB一定時，從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的電子數(shù)大致一定。當(dāng)UCE超過1V以后，這些電子的絕大部分被拉入集電區(qū)而形成集電極電流IC

。之后即使UCE繼續(xù)增大，集電極電流IC也不會再有明顯的增加，具有恒流特性。UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3

當(dāng)IB增大時，相應(yīng)IC也增大，輸出特性曲線上移，且IC增大的幅度比對應(yīng)IB大得多。這一點正是晶體管的電流放大作用。從輸出特性曲線可求出三極管的電流放大系數(shù)β。ΔIB=40A取任意再兩條特性曲線上的平坦段，讀出其基極電流之差；再讀出這兩條曲線對應(yīng)的集電極電流之差ΔIC=1.3mA；ΔIC于是我們可得到三極管的電流放大倍數(shù)：

β=ΔIC/ΔIB=1.3÷0.04=32.5UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3輸出特性曲線上一般可分為三個區(qū)：飽和區(qū)。當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正向偏置時，三極管處于飽和狀態(tài)。此時集電極電流IC與基極電流IB之間不再成比例關(guān)系，IB的變化對IC的影響很小。截止區(qū)。當(dāng)基極電流IB等于0時，晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)。實際上當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓處在正向死區(qū)范圍時，晶體管就已經(jīng)截止，為讓其可靠截止，常使UBE小于和等于零。放大區(qū)

晶體管工作在放大狀態(tài)時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。在放大區(qū)，集電極電流與基極電流之間成β倍的數(shù)量關(guān)系，即晶體管在放大區(qū)時具有電流放大作用。此時UCE小于UBE,規(guī)定：UCE=UBE時，為臨近飽和狀態(tài)，用UCES（0.3或0.1）表示，此時集電極臨近飽和電流是

管子深度飽和時，硅管的VCE約為0.3V，鍺管約為0.1V,由于深度飽和時VCE約等于0，晶體管在電路中猶如一個閉合的開關(guān)。3.三極管的三個工作區(qū)

(1)三極管輸出特性曲線中，IB=0的輸出特性曲線以下，橫軸以上的區(qū)域稱為截止區(qū)。其特點是：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為反偏，各電極電流很小，相當(dāng)于一個斷開的開關(guān)。(2)輸出特性曲線中，截止區(qū)以上平坦段組成的區(qū)域稱為放大區(qū)。其特點是：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。此時IC受控于IB；同時IC與UCE基本無關(guān)，可近似看成恒流。此區(qū)內(nèi)三極管具有電流放大作用。(3)輸出特性曲線中，UCE≤UBE的區(qū)域，即曲線的上升段組成的區(qū)域稱為飽和區(qū)。飽和區(qū)的特點是：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏。飽和時的UCE稱為飽和壓降，用UCES表示，UCES很小，一般約為0.3V。工作在此區(qū)的三極管相當(dāng)于一個閉合的開關(guān)，沒有電流放大作用。

例2.2

若測得放大電路中工作在放大狀態(tài)的三個三極管的三個電極對地電位U1、U2、U3分別為下述數(shù)值，試判斷它們是硅管還是鍺管？是NPN型還是PNP型？并確定c、b、e極。

(1)U1=2.5VU2=6VU3=1.8V(2)U1=-6VU2=-3VU3=-2.7V(3)U1=-1.7VU2=-2VU3

=0V

解：

(1)由于U13=U1-U3=0.7V，故該管為硅管，且1、3管腳中一個是e極，一個是b極，則2腳為c極。又因為2腳電位最高，故該管為NPN型，從而得出1腳為b極，3腳為e極。

(2)由于∣U23∣=0.3V，故該管為鍺管，且2、3管腳中一個是e極，一個是b極，則1腳為c極。又因為1腳電位最低，故該管為PNP型，從而得出2腳為b極，3腳為e極。

(3)由于∣U12∣=0.3V，故該管為鍺管，且1、2管腳中一個是e極，一個是b極，則3腳為c極。又因為，3腳電位最高，故該管為NPN型，從而得出1腳為b極，2腳為e極。

三極管的主要參數(shù)1.電流放大倍數(shù)2.極限參數(shù)①集電極最大允許電流ICMUCE/VIC

/mA0IB=043211.52.3②反向擊穿電壓U(BR)CEOcebUCCU(BR)CEO基極開路

指基極開路時集電極與發(fā)射極間的反向擊穿電壓。使用中若超過此值,晶體管的集電結(jié)就會出現(xiàn)擊穿。Β值的大小反映了晶體管的電流放大能力。IC>ICM時，晶體管不一定燒損，但β值明顯下降。③集電極最大允許功耗PCM晶體管上的功耗超過PCM，管子將損壞。安

全

區(qū)3.極間電流集電極-發(fā)射極反向飽和電流ICEO（穿透電流）指基極開路時，集電極與發(fā)射極之間加一定反向電壓時的集電極電流。該值越小越好。.集電極反向飽和電流ICBO,是少數(shù)載流子運動的結(jié)果，其值越小越好。國產(chǎn)三極管的命名方式3DG6三極管表示器件材料和極性高頻管設(shè)計序號A：PNP鍺材料B：NPN鍺材料D：NPN硅材料C：PNP硅材料分類按頻率分有高頻管、低頻管按功率分有小、中、大功率管按材料分有硅管、鍺管按結(jié)構(gòu)分有NPN型和PNP型用萬用表測試二極管好壞及極性的方法用萬用表歐姆檔檢查二極管是否存在單向?qū)щ娦?？并判別其極性。正向?qū)娮韬苄?。指針偏轉(zhuǎn)大。反向阻斷時電阻很大，指針基本不動。

選擇萬用表R×1k的歐姆檔，其中黑表棒作為電源正極，紅表棒作為電源負(fù)極，根據(jù)二極管正向?qū)ā⒎聪蜃钄嗟膯蜗驅(qū)щ娦詫⒈戆魧φ{(diào)一次即可測出其極性及好壞。如何判斷二級管的正負(fù)極呢？用萬用表測試三極管好壞及極性的方法

用指針式萬用表檢測三極管的基極和管型：指針不動，說明管子反偏截止，因此為NPN型。

先將萬用表置于R×lk

歐姆檔，將紅表棒接假定的基極B，黑表棒分別與另兩個極相接觸，觀測到指針不動(或近滿偏)時，則假定的基極是正確的;且晶體管類型為NPN型（或PNP型）。如果把紅黑兩表棒對調(diào)后，指針仍不動(或仍偏轉(zhuǎn))，則說明管子已經(jīng)老化(或已被擊