双极型三极管教学内容.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,双极型三极管,(BJT),又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。,(,Bipolar Junction Transistor,),三极管的外形如下图所示。,三极管有两种类型：,NPN,和,PNP,型。,主要以 NPN 型为例进行讨论。,1,1.3.1,晶体管的结构,常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。,(,a,)平面型(,NPN,),(,b,)合金型(,PNP,),N,e,c,N,P,b,二氧化硅,b,e,c,P,N,P,e 发射极，b基极，c 集电极。,2,平面型,(,NPN,),三极管制作工艺,在 N 型硅片,(,集电区,),氧化膜上刻一个窗口，将硼杂质进行扩散形成 P 型,(,基区,),，再在 P 型区上刻窗口，将磷杂质进行扩散形成N型的发射区。引出三个电极即可。,合金型三极管制作工艺：,在 N 型锗片,(,基区,),两边各置一个铟球，加温铟被熔化并与 N 型锗接触，冷却后形成两个 P 型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。,3,(,a,),NPN 型,e,c,b,符号,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,基极 b,发射极 e,N,N,P,4,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,发射极 e,基极 b,c,b,e,符号,N,N,P,P,N,(,b,),PNP 型,5,1.3.2,晶体管的电流放大原理,以 NPN 型晶体三极管为例讨论,c,N,N,P,e,b,b,e,c,表面看,晶体管若实现放大，必须从,晶体管内部结构,和,外部所加电源的极性,来保证。,不具备放大作用,6,晶体管内部结构要求：,N,N,P,e,b,c,N,N,N,P,P,P,1）,发射区高掺杂。,2）,基区做得很薄,。通常只有几微米到几十微米，而且,掺杂较少,。,3）,集电结面积大。,7,R,C,U,BB,U,CC,R,B,晶体管放大的外部条件,：外加电源的极性应使,发射结处于正向偏置,状态，而,集电结处于反向偏置,状态。,8,b,e,c,R,c,R,b,1.三极管中载流子运动过程,I,E,I,B,（1）发射,发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区,形成发射极电流,I,E,(,基区多子数目较少，空穴电流可忽略,),。,（2）复合和扩散,电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流,I,bn,，,复合掉的空穴由,U,BB,补充。,多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。,9,b,e,c,I,E,I,B,R,c,R,b,1.三极管中载流子运动过程,（3）收集,集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流,I,cn,。,其能量来自外接电源,U,CC,。,I,C,另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成,反向,饱和电流,，用,I,CBO,表示。,I,CBO,10,2.三极管的电流分配关系,I,C,=,I,CN,+,I,CBO,I,E,=,I,CN,+,I,BN,+,I,CBO,=,I,EN,+,I,EP,U,BB,U,CC,R,B,R,C,I,E,=,I,C,+,I,B,I,B,=,I,BN,+,I,PE,-,I,CBO,三个极的电流之间满足节点电流定律，即,11,3.晶体管电流放大系数,(1)直流电流放大系数,一般要求,I,CN,在,I,E,中占的比例,尽量大。而二者之比称,直流电流放大系数,，即,一般可达 0.95 0.99,为共基极直流放大系数,12,将(,1)式代入,I,E,=,I,C,+,I,B,得,其中：,称为共射极直流电流放大系数。,13,上式中的后一项常用,I,CEO,表示，,I,CEO,称穿透电流。,当,I,CEO,0 时的输入特性曲线,当,u,CE,0 时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。,u,CE,u,BE,，三极管处于放大状态。,*,特性右移,(因集电结开始吸引电子),O,i,B,/,A,u,CE,1 时的输入特性具有实用意义。,i,B,U,CE,i,C,U,CC,R,B,U,BB,c,e,b,R,C,V,+,V,+,A,+,+,mA,U,BE,*,u,CE,1 V，特性曲线重合。,19,2、输出特性,划分三个区：截止区、放大区和饱和区。,(1)截止区,i,B,0 的区域。,两个结都处于反向偏置。,i,B,=0,时，,i,C,=,I,CEO,。,硅管约等于 1,A，锗管约为几十 几百微安。,20,(2)放大区：,条件：,发射结正偏,集电结反偏,特点,：,各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平线，且等间隔。,集电极电流和基极电流体现放大作用，即,对 NPN 管,u,BE,0，,u,BC,0,u,BC,0。,特点,：,i,C,基本上不随,i,B,而变化，在饱和区三极管失去放大作用。,i,C,i,B,。,当,u,CE,=,u,BE,，即,u,CB,=0 时，称,临界饱和,，,u,CE,u,BE,时称为,过饱和,。,饱和管压降,U,CES,0.4 V,(,硅管,),，,U,CES,0.2 V,(锗管),2、输出特性,22,1.3.4,晶体管的主要参数,三极管的连接方式,I,C,I,E,+,C,2,+,C,1,U,EE,R,e,U,CC,R,c,(,b,),共基极接法,U,CC,R,b,+,U,BB,C,1,T,I,C,I,B,C,2,R,c,+,(,a,),共发射极接法,23,(2)共射直流电流放大系数,忽略穿透电流,I,CEO,时，,(1)共基直流电流放大系数,忽略反向饱和电流,I,CBO,时，,1、直流参数,是表征管子在直流电压作用下的参数。有以下几个：,24,(3)集电极和基极之间的反向饱和电流,I,CBO,(4)集电极和发射极之间的反向饱和电流,I,CEO,(,a,),I,CBO,测量电路,(,b,),I,CEO,测量电路,I,CBO,c,e,b,A,I,CEO,A,c,e,b,小功率锗管,I,CBO,约为几微安；硅管的,I,CBO,小，有的为纳安数量级。,当 b 开路时，c 和 e 之间的电流。,值愈大，则该管的,I,CEO,也愈大。,25,(1)共射电流放大系数,(1)共基电流放大系数,和,这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：,2.交流参数,交流参数是交流条件下起作用的参数，它反映三极管对动态信号的性能指标。,26,3、极限参数,(1)集电极最大允许电流,I,CM,当,i,C,过大时，三极管的,值要减小。在,i,C,=,I,CM,时，,值下降到额定值的三分之二。,(2)集电极最大允许耗散功率,P,CM,过,损,耗,区,安,全,工,作,区,将,i,C,与,u,CE,乘积等于规定的,P,CM,值各点连接起来，可得一条双曲线。,i,C,u,CE,P,CM,为过损耗区,i,C,u,CE,O,P,CM,=,i,C,u,CE,安,全,工,作,区,安,全,工,作,区,过,损,耗,区,过,损,耗,区,27,(3)极间反向击穿电压,外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压。,U,(BR)CEO,：基极开路时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。,U,(BR)CBO,：发射极开路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。,安全工作区,同时要受,P,CM,、,I,CM,和,U,(BR)CEO,限制。,过电压,i,C,U,(BR)CEO,u,CE,O,过,损,耗,区,安,全,工,作,区,I,CM,过流区,28,1.3.5PNP,型三极管,放大原理与 NPN 型基本相同，但为了保证发射结正偏，集电结反偏，外加电源的极性与 NPN 正好相反。,(,a,),NPN 型,U,CC,U,BB,R,C,R,b,N,N,P,+,+,u,o,u,i,(,b,),PNP 型,U,CC,U,BB,R,C,R,b,+,+,u,o,u,i,29,PNP 三极管电流和电压实际方向。,U,CE,U,BE,+,+,I,E,I,B,I,C,e,b,C,U,CE,U,BE,(,+,),(),I,E,I,B,I,C,e,b,c,(,+,),(),PNP 三极管各极电流和电压的规定正方向。,PNP 三极管中各极电流实际方向与规定正方向一致。,电压,(,U,BE,、,U,CE,),实际方向与规定正方向相反。计算中,U,BE,、,U,CE,为负值；输入与输出特性曲线横轴为,(,-,U,BE,),、,(,-,U,CE,),。,30,31,