三极管原理.ppt

分分类类按按频频率分有高率分有高频频管、低管、低频频管管按功率分有小、中、大功率管按功率分有小、中、大功率管按材料分有硅管、按材料分有硅管、锗锗管管按按结结构分有构分有NPNNPN型和型和PNPPNP型型1.国国产产三极管的命名方式三极管的命名方式3 D G 63 D G 6三三极极管管表表示示器器件件材材料料和和极极性性高高频频管管设设计计序序号号A：PNP锗锗材料材料B：NPN锗锗材料材料D：NPN硅材料硅材料C：PNP硅材料硅材料2.三极管的不同封装形式三极管的不同封装形式金属封装金属封装塑料封装塑料封装大功率管大功率管中功率管中功率管3.半半导导体三极管的体三极管的结结构示意构示意图图如下如下图图所示。它有两种所示。它有两种类类型型:NPN型和型和PNP型。型。两种两种类类型的三极管型的三极管发发射射结结(Je)集集电结电结(Jc)基极基极，用B或b表示（Base）发发射极射极，用E或e表示（Emitter）；集集电电极极，用C或c表示（Collector）。发发射区射区集集电电区区基区基区三极管符号三极管符号三极管的三极管的结结构构4.结结构特点：构特点：发发射区的射区的掺杂浓掺杂浓度最高；度最高；集集电电区区掺杂浓掺杂浓度低于度低于发发射区，且面射区，且面积积大；大；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓掺杂浓度最低。度最低。管芯管芯结结构剖面构剖面图图5.三极管的三极管的电电流分配与放大作用流分配与放大作用正常放大正常放大时时外加偏置外加偏置电压电压的要求的要求bc结结反偏反偏be结结正正偏偏问问：若：若为为PNP管，管，图图中中电电源极性如何？源极性如何？发发射射结应结应加正向加正向电压电压（正向偏置）（正向偏置）集集电结应电结应加反向加反向电压电压（反向偏置）（反向偏置）6.三极管内三极管内载载流子的流子的传输过传输过程程动动画画217.三极管内三极管内载载流子的流子的传输过传输过程程2.电电子在基区中的子在基区中的扩扩散与复合散与复合3.集集电电区收集区收集扩扩散散过过来的来的电电子子另外另外,基区集基区集电电区本身存在的少子，区本身存在的少子，在集在集电结电结上存在漂移运上存在漂移运动动，由此形成，由此形成电电流流ICBO三极管内有两种三极管内有两种载载流子参与流子参与导电导电，故称此种三极管，故称此种三极管为为双极型三极管，双极型三极管，记为记为BJT1.发发射区向基区注入射区向基区注入电电子子8.I IE E=I=IB BI IC C三极管三个三极管三个电电极极间间的分配关系的分配关系I IE E=I=IBNBNI ICNCNI IB B=I=IBNBNI ICBOCBOI IC C=I=ICNCNI ICBOCBO9.较较大的大的i iE E如如(1mA)VVO O=iC CR RL L(较较大大)i iC C(较较大大)如如(0.98mA)较较小小VVI I如如(20mV)三极管的放大作用三极管的放大作用正向正向时时PN结电结电流与流与电压电压成指成指数关系数关系VO iB=IB+iBiC=iE=IC+iCiE=IE+iE+-+_ecbRLVI电压电压放大倍数放大倍数三极管基区的三极管基区的电电流流传递传递作用作用10.三极管的放大作用三极管的放大作用,主要是主要是依靠它的依靠它的I IE E能通能通过过基区基区传输传输,然后然后顺顺利到达集利到达集电电极而极而实现实现的。故要保的。故要保证证此此传输传输,一方一方面要面要满满足内部条件足内部条件,即即发发射射区区掺杂浓掺杂浓度要度要远远大于基区大于基区掺掺杂浓杂浓度度,基区要薄基区要薄;另一方面另一方面要要满满足外部条件足外部条件,即即发发射射结结正偏正偏,集集电结电结要反偏要反偏。输输入入电电压压的的变变化化,是是通通过过其其改改变变输输入入电电流流,再再通通过过输输入入电电流流的的传传输输去去控控制制输输出出电电压压的的变变化化,所以是一种所以是一种电电流控制器件流控制器件。两个要点两个要点11.三极管在三极管在电电路中的路中的连连接方式接方式共基极共基极连连接接共集共集电电极极连连接接共共发发射极射极连连接接12.三极管的特性曲三极管的特性曲线线特性曲特性曲线线是是指各指各电电极之极之间间的的电压电压与与电电流流之之间间的的关系曲关系曲线线概概念念输输入特性曲入特性曲线线输输出特性曲出特性曲线线13.vCE=0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE)vCE=const(2)当集当集电结进电结进入反偏状入反偏状态时态时，vCB=vCE-vBE随着随着 vCE的增大而增大，的增大而增大，集集电结电结的反偏加的反偏加强强。由于基区的。由于基区的宽宽度度调调制效制效应应，基区，基区变变窄，基区复合窄，基区复合减少，同减少，同样样的的vBE下下 IB减小，特性曲减小，特性曲线线右移。右移。vCE=0VvCE 1V(1)当当vCE=0V时时，相当于，相当于发发射射结结的正向伏安特性曲的正向伏安特性曲线线。1.输输入特性曲入特性曲线线 BJT的特性曲的特性曲线线（以共射极放大（以共射极放大电电路路为为例）例）输输入入电电流与流与输输入入电压间电压间的关系曲的关系曲线线当当 vCE1V以后，由于集以后，由于集电结电结的反偏的反偏电压电压可以在可以在单单位位时时间间内将所有到达集内将所有到达集电结边电结边上的上的载载流子拉到集流子拉到集电电极，故极，故iC不随不随vCE变变化，所以同化，所以同样样的的vBE下的下的 iB不不变变，特性曲，特性曲线线几几乎重叠。乎重叠。14.iC=f(vCE)iB=const2.2.输输出特性曲出特性曲线线 BJT的特性曲的特性曲线线输输出出电电流与流与输输出出电压间电压间的关系曲的关系曲线线+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE输输出特性曲出特性曲线线的三个区域的三个区域:饱饱和区：和区：的区域，的区域，发发射射结结正偏，集正偏，集电结电结正正偏。偏。iC明明显显受受vCE控制控制的区域，但不随的区域，但不随iB的增的增加而增大。在加而增大。在饱饱和区，和区，可近似可近似认为认为 vCE保持不保持不变变。对对于小功率硅管，于小功率硅管，一般一般vCES0.2V。放大区：放大区：此此时时，发发射射结结正正偏，集偏，集电结电结反偏。反偏。iC不随不随vCE变变化，但随化，但随iB的增大而的增大而线线性增大，且性增大，且截止区：截止区：iB=0的的输输出曲出曲线线以以下的区域。此下的区域。此时时，发发射射结结和集和集电结电结均反偏。均反偏。iC只有很只有很小的反向小的反向电电流。流。15.如何判断三极管的如何判断三极管的电电极、管型和材料极、管型和材料 发发射射结处结处于正向偏置，且于正向偏置，且对对于硅管于硅管|VBE|=0.7V，锗锗管管|VBE|=0.2V；集集电电结结处处于于反反向向偏偏置置，且且|VCB|1V；NPN管管集集电电极极电电位位比比发发射射极极电电位位高高，PNP管集管集电电极极电电位比位比发发射极射极电电位低。位低。当三极管在当三极管在电电路中路中处处于放大状于放大状态时态时16.例例题题一个一个BJTBJT在在电电路中路中处处于于正常放大正常放大状状态态，测测得得A A、B B和和C C三个管脚三个管脚对对地的直地的直流流电电位分位分别为别为6V6V，0.6V0.6V，1.3V1.3V。试试判判别别三个管三个管脚的极名、是硅管脚的极名、是硅管还还是是锗锗管？管？NPNNPN型型还还是是PNPPNP型型？集集电电极极管子管子为为NPN管管C基极，基极，B发发射极射极另一例另一例题题参参见见P30 2.2.2-117.三极管的参数是三极管的参数是用来表征管子性用来表征管子性能能优优劣适劣适应应范范围围的，是的，是选选管的依管的依据，共有以下三据，共有以下三大大类类参数。参数。电电流放大系数流放大系数极极间间反向反向电电流流极限参数极限参数18.电电流放大系数流放大系数交流交流电电流放大系数流放大系数 =D DIC/D DIB vCE=const=IC/IB|vCE=const直流直流电电流放大系数流放大系数 共共射射电电流流放放大大系系数数+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE19.电电流放大系数流放大系数直流直流电电流放大系数流放大系数=i iC C/i iE E=I=IC C/I/IE E共共基基电电流流放放大大系系数数交流交流电电流放大系数流放大系数20.与与间间的关系的关系21.(2)集集电电极极发发射极射极间间的反向的反向饱饱和和电电流流ICEO ICEO=（1+）ICBO 极极间间反向反向电电流流ICEO(1)集集电电极基极极基极间间反向反向饱饱和和电电流流ICBO 发发射极开射极开路路时时，集，集电结电结的反向的反向饱饱和和电电流。流。即即输输出特性曲出特性曲线线IB=0那条曲那条曲线线所所对应对应的的Y坐坐标标的数的数值值。ICEO也称也称为为集集电电极极发发射极射极间间穿透穿透电电流。流。22.极极限限参参数数集集电电极最大允极最大允许电许电流流I ICM集集电电极最大允极最大允许许功率功率损损耗耗P PCM 三极管正常工作三极管正常工作时时集集电电极所极所允允许许的最大工作的最大工作电电流流P PCM值值与与环环境境温温度度有有关关，温温度度愈愈高高，则则P PCM值值愈愈小小。当当超超过过此此值值时时，管管子子性性能能将将变变坏坏或或烧烧毁毁。23.反反向向击击穿穿电电压压V(BR)EBO：集集电电极开路极开路时时发发射极射极-基基极极间间的反向的反向击击穿穿电压电压。V(BR)CBO：发发射极开路射极开路时时集集电电极极-基基极极间间的反向的反向击击穿穿电压电压。V(BR)CEO：基极开路基极开路时时集集电电极极-发发射射极极间间的反向的反向击击穿穿电压电压24.安全工作区安全工作区由由I ICMCM、V V(BR)CEO(BR)CEO、及、及P PCMCM三个极限参数三个极限参数可画出三极管的安全工作区可画出三极管的安全工作区图图。25.三极管的三极管的简简化直流模型化直流模型截止模型截止模型饱饱和模型和模型放大模型放大模型26.建立小信号模型的意建立小信号模型的意义义建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大当放大电电路的路的输输入信号入信号电压电压很小很小时时，就可以把三，就可以把三极管小范极管小范围围内的特性曲内的特性曲线线近似地用直近似地用直线线来代替，从而来代替，从而可以把三极管可以把三极管这这个非个非线线性器件所性器件所组组成的成的电电路当作路当作线线性性电电路来路来处处理。理。由于三极管是非由于三极管是非线线性器件，性器件，这样这样就使得放大就使得放大电电路路的分析非常困的分析非常困难难。建立小信号模型，就是将非。建立小信号模型，就是将非线线性器件性器件做做线线性化性化处处理，从而理，从而简简化放大化放大电电路的分析和路的分析和设计设计。三极管的小信号模型三极管的小信号模型27.三极管的小信号模型三极管的小信号模型H参参数数的的引引出出将共射将共射连连接三接三极管看成一双极管看成一双端口网端口网络络输输入入输输出端口的出端口的函数表达式函数表达式ebc28.对输对输入入输输出端口的两出端口的两函数表达式求微分函数表达式求微分用相关符号取代上式用相关符号取代上式中的微分量后得中的微分量后得微分量用交流量微分量用交流量取代，偏微分量取代，偏微分量用用H参数取代参数取代29.H参参数数物物理理含含义义输输出端交流短路出端交流短路时时的的输输入入电电阻阻，即，即 rbe。输输入端交流开路入端交流开路时时的的反向反向电压传输电压传输系数，系数，即即 输输出端交流短路出端交流短路时时的的电电流放大系数流放大系数，即，即。输输入端交流开路入端交流开路时时的的输输出出电导电导，即，即1/rce。30.根据根据可得小信号模型可得小信号模型BJT的的H参数模型参数模型vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevcevBEvCEiBcebiCBJT双口网双口网络络H参数等效参数等效电电路路31.H参数等效参数等效电电路中需注意的几点路中需注意的几点h h参数小信号模型是用于交流分析参数小信号模型是用于交流分析的，不能用于直流分析。的，不能用于直流分析。h h参数是在某个静参数是在某个静态态工作点工作点测测得的，其数得的，其数值值与静与静态态工作点有关。工作点有关。h h参数中的参数中的电电流源和流源和电压电压源都是受控源，源都是受控源，其方向不能随意假定。其方向不能随意假定。32.hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即即 rbe=hie =hfe ur=hre rce=1/hoe一般采用一般采用习惯习惯符号符号则则BJT的的H参数模型参数模型为为 ur很小，一般很小，一般为为10-3 10-4，rce很大，很大，约为100k。故一故一般可忽略它般可忽略它们们的影响，得到的影响，得到简简化化电电路路 ib 是受控源是受控源，且，且为电为电流流控制控制电电流源流源(CCCS)。电电流方向与流方向与ib的方向是关的方向是关联联的。的。H参数参数简简化等效化等效电电路路 ibicvceibvbeuT vcerbercer33.H参数的确定参数的确定 一般用一般用测试仪测测试仪测出；出；rbe 与与Q点有关，可用点有关，可用图图示示仪测仪测出。出。一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe rbe=rb+(1+)re其中其中对对于低于低频频小功率管小功率管 rb200 则则 而而 (T=300K)34.跨跨导导gm衡量晶体管衡量晶体管输输出出电电流随流随输输入入电压电压变变化的物理量化的物理量概念：概念：对对于共射于共射电电路路ebc35.厄利厄利电压电压VA概念：概念：反映反映iCvCE曲曲线线在在线线性区内水平性区内水平程度（即斜率）的参数程度（即斜率）的参数 基区基区宽宽度度调调制效制效应应vCB vCE时时 集集电电结结空空间电间电荷荷层层厚度厚度 基区基区变变窄窄 基区复合基区复合减少减少 iC，输输出曲出曲线线向上向上倾倾斜斜36.本本节节重点重点u三极管的工作原理三极管的工作原理u三极管的特性曲三极管的特性曲线线u三极管的参数三极管的参数u三极管的小信号等效三极管的小信号等效电电路路37.作作 业业P261 P2.14P260 P2.12(1)(2)(4)38.