《模擬電子技術-》課件1-4 半導體三極管

1圖幾種半導體三極管的外形§1.4半導體三極管(SemiconductorTransistor)2兩種類型:NPN和PNP1）結(jié)構(gòu)e(Emitter)：發(fā)射極b(Base）：基極c(Collector)：集電極發(fā)射結(jié)(Je)集電結(jié)(Jc)基區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)三極:三區(qū):兩節(jié):特點:b區(qū)薄

e區(qū)攙雜多

c區(qū)面積大e,b,cJe,Jc1.4.1三極管的結(jié)構(gòu)及類型3

結(jié)構(gòu)特點：?發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；?集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；?基區(qū)很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且摻雜濃度最低。集電區(qū)N發(fā)射區(qū)N基區(qū)Pebc集電結(jié)發(fā)射結(jié)集電極發(fā)射極基極NPNebcebc從外表上看兩個N區(qū),(或兩個P區(qū))是對稱的，實際上發(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?；鶇^(qū)要制造得很薄，其厚度一般在幾個微米至幾十個微米。42）符號NNP發(fā)射極E基極B集電極C發(fā)射結(jié)集電結(jié)—基區(qū)—發(fā)射區(qū)—集電區(qū)emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECB53）分類按材料分：硅管、鍺管按功率分：按結(jié)構(gòu)分：NPN、PNP按使用頻率分：低頻管、高頻管大功率管>1W中功率管0.5

1W小功率管<500mW6普通雙極型晶體管是由（）。一個PN結(jié)組成二個PN結(jié)組成三個PN結(jié)組成ABC提交單選題2分71）三極管放大的條件內(nèi)部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大外部條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏2）滿足放大條件的三種電路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共發(fā)射極共集電極共基極1.4.2三極管的放大原理8BECNNPEBRBECIE基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散IEp可忽略。IBn進入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復合，形成電流IBn

，多數(shù)擴散到集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電流IEn。3）三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程9BECNNPEBRBECIE集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。ICBOIC=ICn+ICBO

ICnIBnICn從基區(qū)擴散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進入集電結(jié)而被收集，形成ICn。載流子傳輸過程發(fā)射、復合、收集10IBBECNNPEBRBECIEICBOICnIBnIC載流子傳輸過程發(fā)射、復合、收集發(fā)射復合收集11IB=IBn-ICBO

IBnIE=ICn+IBn

IC+IBIC=ICn+ICBO

ICnIB=IBn-ICBO

IBnIE=ICn+IBn

IC+IBIC=ICn+ICBO

ICn各極電流關系12內(nèi)部載流子的傳輸過程發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子集電區(qū)：收集載流子基區(qū)：傳送和控制載流子（以NPN為例）載流子的傳輸過程13

以上看出，三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導電，故稱為雙極型三極管?；駼JT(BipolarJunctionTransistor)。

14

綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達集電極而實現(xiàn)的。實現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是：（1）內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。（2）外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。154)電流分配關系根據(jù)傳輸過程可知：晶體管三個電極上的電流與內(nèi)部載流子傳輸形成的電流之間有如下關系：IB=IBn

–

ICBOIC=ICn+ICBO

上式表明：在e結(jié)正偏、c結(jié)反偏的條件下，晶體管三個電極上的電流不是孤立的，它們能夠反映非平衡少子在基區(qū)擴散與復合的比例關系。這一比例關系主要由基區(qū)寬度、摻雜濃度等因素決定，管子做好后就基本確定了。反之，一旦知道了這個比例關系，就不難得到晶體管三個電極電流之間的關系，從而為定量分析晶體管電路提供方便。

16通常

IC>>ICBO

為電流放大系數(shù)，它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。一般

=0.90.991.共基極直流電流放大系數(shù)為了反映擴散到集電區(qū)的電流ICN與射極注入電流IEN的比例關系，定義共基極直流電流放大系數(shù)

：17IB=I

BN

ICBOIC=ICN+ICBO穿透電流ICEO=(1+

)ICBO（穿透電流）令2.共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)為了反映擴散到集電區(qū)的電流ICN與基區(qū)復合電流IBN之間的比例關系，定義共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)18IB=IBn-ICBO

IBnIE=ICn+IBn=IC+IBIC=ICn+ICBO

ICn

與b的關系19相應地,將集電極電流與發(fā)射極電流的變化量之比,定義為共基極交流電流放大系數(shù),即故3.交流電流的放大系數(shù)

當三極管的基極電流IB有一個微小的變化時，相應的集電極電流產(chǎn)生了較大的變化，這就說明了三極管的電流放大作用。我們定義這兩個變化電流之比為共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)。

與b的關系20

顯然β與β,α與α其意義是不同的,但是在多數(shù)情況下β≈β,α≈α。例如,從18頁表1－3知,在ＩＢ＝0.0３mA附近,設ＩＢ由０.０２mA變?yōu)椋?０４mA,可求得：21工作在放大狀態(tài)的晶體管，各極的電位應滿足（）。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均反偏發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均正偏ABCD提交單選題2分225）三極管的特性曲線輸入回路輸出回路三極管特性曲線用來描述三極管外部各極電流與電壓的關系。了解晶體管特性曲線是進行三極管電路分析的基礎。三極管有3個電極,它的特性要比二極管復雜,有輸入特性和輸出特性之分。下面將討論應用最廣泛的共發(fā)射極接法的輸入特性曲線和輸出特性曲線。23（1）輸入特性

當ＵＣＥ不變時,輸入回路中的電流ＩＢ與電壓ＵＢＥ之間的關系曲線稱為輸入特性,即：UCE=0時,IB-UBE曲線和普通二極管的特性相似UCE≥1V，b、e間加正電壓，此時集電極電位比基極高，集電結(jié)為反向偏置，阻擋層變寬，基區(qū)變窄，基區(qū)電子復合減少，故基極電流IB下降。與UCE＝0V時相比，在相同條件下（UBE

），IB要小得多。結(jié)果輸入特性曲線將右移。但UCE大到一定值后,UBE不變,集電結(jié)的反向電壓已將注入到基區(qū)的電子基本上收集到集電極,再增加UCE,IB基本不變,

故曲線重合。24輸入特性曲線的三個部分①死區(qū)

②非線性區(qū)③線性區(qū)

導通電壓UBE(on)硅管：(0.6

0.8)V鍺管：

(0.2

0.3)V取0.7V取0.2V25（2）輸出特性iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321ICEO

當ＩＢ不變時,輸出回路中的電流ＩＣ與電壓ＵＣＥ之間的關系曲線稱為輸出特性,即:

固定一個IB值，得一條輸出特性曲線，改變IB值，可得到一簇輸出特性曲線。26IC(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)。截止區(qū)：

IB

0

IC=ICEO

0條件：兩個結(jié)反偏27IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足IC=

IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。當UCE大于一定的數(shù)值時，IC只與IB有關，而與

UCE

無關。IC=

IB。2.放大區(qū)：條件：

發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏特點：

水平、等間隔28iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O246843213.飽和區(qū)：uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0條件：兩個結(jié)正偏特點：IC

IB臨界飽和時：

uCE

=uBE深度飽和時：0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(鍺管)放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)ICEO此區(qū)域中UCE

UBE,集電結(jié)正偏，IB>IC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。29輸出特性三個區(qū)域的特點:放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即：IC=IB,且

IC

=

IB(2)飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。即：UCE

UBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止區(qū)：

UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO

0

306)溫度對特性曲線的影響1)溫度升高，輸入特性曲線向左移。溫度每升高1

C，UBE

(22.5)mV。溫度每升高10

C，ICBO

約增大1倍。OT2>T1312)溫度升高，輸出特性曲線向上移。iCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0溫度每升高1

C，

(0.51)%。輸出特性曲線間距增大。OIC

＝

IB32晶體管處于飽和狀態(tài)時，集電結(jié)和發(fā)射結(jié)的偏置情況為（）。發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均反偏發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均正偏ABC提交單選題2分33在放大電路中的晶體管，其電位最高的一個電極是（）PNP管的集電極PNP管的發(fā)射極NPN管的集電極NPN管的發(fā)射極ABCD提交多選題2分341.4.3晶體三極管的主要參數(shù)1)電流放大系數(shù)(1)共發(fā)射極電流放大系數(shù)iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321—直流電流放大系數(shù)

—交流電流放大系數(shù)一般為幾十

幾百Q(mào)35iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321(2)共基極電流放大系數(shù)

1一般在0.98以上。

Q

當ICBO和ICEO很小時，≈

、≈

，可以不加區(qū)分。

(3)共基極交流電流放大系數(shù)α36ICBO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。

(2)集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO

ICEO=（1+）ICBO

2).極間反向電流ICEO (1)集電極基極間反向飽和電流ICBO

發(fā)射極開路時，集電結(jié)的反向飽和電流。

即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對應的Y坐標的數(shù)值。ICEO也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流。ICEO=(1+

)ICBO（穿透電流）37(3)反向擊穿電壓

V(BR)CBO——發(fā)射極開路時的集電結(jié)反 向擊穿電壓。

V(BR)EBO——集電極開路時發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。

V(BR)CEO——基極開路時集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。幾個擊穿電壓有如下關系

V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO384)極限參數(shù)(1).ICM

—集電極最大允許電流，超過時

值明顯降低。(2).PCM—集電極最大允許功率損耗PC=iC

uCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作區(qū)39

由PCM、ICM和V(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)。

輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū)40PNP型和NPN型晶體管，其發(fā)射區(qū)和集電區(qū)均為同類型半導體（N型或P型）。所以在實際使用中發(fā)射極與集電極（）?？梢哉{(diào)換使用不可以調(diào)換使用NPN型可以調(diào)換使用，PNP型則不可以調(diào)換使用PNP型可以調(diào)換使用，NPN型則不可以調(diào)換使用ABCD提交單選題2分411.4.4半導體三極管的測試與應用1)外型及引腳排列EBCEBCEBCBEC422)萬用表檢測晶體三極管的方法1.根據(jù)外觀判斷極性3.用萬用表電阻擋測量三極管的好壞PN結(jié)正偏時電阻值較小(幾千歐以下)反偏時電阻值較大(幾百千歐以上)指針式萬用表在R1k擋進行測量紅表筆是(表內(nèi))負極,黑表筆是(表內(nèi))正極注意事項:測量時手不要接觸引腳1kBEC1kBEC2.插入三極管擋(hFE)，測量

值或判斷管型及管腳43三、晶體三極管的選用1.根據(jù)電路工作要求選擇高、低頻管2.根據(jù)電路工作要求選擇PCM、ICM

、U(BR)CEO

應保證：3.一般三極管的

值在40~100之間為好,9013、9014等低噪聲、高

的管子不受此限制…..4.穿透電流ICEO越小越好，硅管比鍺管的小數(shù)字萬用表1.可直接用電阻擋的PN結(jié)擋分別測量判斷兩個結(jié)的好壞注意事項:紅表筆是(表內(nèi))正極,黑表筆是(表內(nèi))負極NPN和PNP管分別按EBC排列插入不同的孔需要準確測量

值時，應先進行校正2.插入三極管擋(hFE)，測量

值或判斷管型及管腳PC>PCｍ

ICM>ＩCｍ

U（BR）CEO>ＶCＣ44測得電路中工作在放大區(qū)的某晶體管三個極的電位分別為0V、-0.7V和-4.7V，則該管為（）。NPN型鍺管PNP型鍺管NPN型硅管PNP型硅管ABCD提交單選題2分45測得電路某晶體管三個極的電位分別為0V、1.0V和0.7V，則該管能是（）工作在飽和狀態(tài)的PNP鍺三極管工作在放大狀態(tài)的PNP鍺三極管工作在放大狀態(tài)的NPN硅三極管工作在飽和狀態(tài)的NPN硅三極管ABCD提交多選題2分請從一下選項中選出正確答案在填空處只填答案標號a、b、c……1、雙極性晶體管用來放大時，應使發(fā)射結(jié)處于

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