102三極管.ppt

回顧與總結(jié) 二極管的伏安特性曲線可以分為幾個區(qū) 其中整流二極管一般工作在什么區(qū) 穩(wěn)壓二極管工作在什么區(qū) 發(fā)光二極管工作在什么區(qū) 光電二極管工作在什么區(qū) 如何測量普通二極管的好壞 如何測量穩(wěn)壓二極管的好壞 如何測量發(fā)光二極管的好壞 如何測量光電二極管的好壞 設(shè)計二極管穩(wěn)壓電路要考慮哪些具體事項 第0章作業(yè)討論 什么是電信號 為什么要將非電的物理量轉(zhuǎn)換成相關(guān)的電信號 2 模擬信號與數(shù)字信號有什么區(qū)別 數(shù)字信號有什么優(yōu)點 3 模擬電子系統(tǒng)由哪些部分組成 4 常見的模擬電路有哪些 第1章作業(yè)討論 1自由電子導(dǎo)電和空穴導(dǎo)電的區(qū)別在哪里 2何謂雜質(zhì)半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體中的多子是什么 少子是什么 3P型半導(dǎo)體中的空穴多于自由電子 是否意味著帶正電 N型半導(dǎo)體是否帶負電 4何謂死區(qū)電壓 硅管和鍺管死區(qū)電壓的典型值各為多少 為何會出現(xiàn)死區(qū)電壓 5 把一個1 5V的干電池直接正向聯(lián)接到二極管的兩端 會出現(xiàn)什么問題 6 二極管的伏安特性曲線上分為幾個區(qū) 能否說明二極管工作在各個區(qū)時的電壓 電流情況 7現(xiàn)有兩只穩(wěn)壓管 它們的穩(wěn)定電壓分別為6V和8V 正向?qū)妷簽? 7V 試問 1 若將它們串聯(lián)相接 可得到幾種穩(wěn)壓值 各為多少 2 若將它們并聯(lián)相接 可得到幾種穩(wěn)壓值 各為多少 8在右圖所示電路中 發(fā)光二極管導(dǎo)通電壓UD 1 5V 正向電流在5 15mA時才能正常工作 試問R的取值范圍又是多少 1 4晶體三極管 1 晶體三極管的結(jié)構(gòu)及類型 結(jié)構(gòu) 三區(qū) 兩結(jié)和三電極 分類 NPN型和PNP型 發(fā)射極e 發(fā)射結(jié) 集電結(jié) 基區(qū) 發(fā)射區(qū) 集電區(qū) 集電極c 基極b NPN型 PNP型 NPN型三極管圖符號 e c b 注意 圖中箭頭方向為發(fā)射極電流的方向 PNP型三極管圖符號 e c b 大功率低頻三極管 中功率低頻三極管 小功率高頻三極管 常見的晶體三極管 2 三極管的電流放大作用 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)N b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 基區(qū)很薄 且摻雜濃度極低 減少載流子在基區(qū)的復(fù)合機會 3 集電區(qū)體積較大 摻雜濃度界于發(fā)射極和基極之間 便于收集邊緣載流子 可見 三極管并非是兩個PN結(jié)的簡單組合 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 1 發(fā)射結(jié)正向偏置 以利于發(fā)射區(qū)電子的擴散 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 2 集電結(jié)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 IE IC IB 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 三極管的集電極電流IC稍小于IE 但遠大于IB IC與IB的比值在一定范圍內(nèi)基本保持不變 特別是基極電流有微小的變化時 集電極電流將發(fā)生較大的變化 例如 IB由40 A增加到50 A時 IC將從3 2mA增大到4mA 即 顯然 雙極型三極管具有電流放大能力 式中的 值稱為三極管的電流放大倍數(shù) 不同型號 不同類型和用途的三極管 值的差異較大 大多數(shù)三極管的 值通常在幾十至幾百的范圍 由此可得 微小的基極電流IB可以控制較大的集電極電流IC 故三極管屬于電流控制器件 3 三極管的特性曲線 所謂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 0V 令UBB從0開始增加 令UCC為0 UCE 0時的輸入特性曲線 UCE為0時 令UBB重新從0開始增加 增大UCC 讓UCE 0 5V UCE 1V UCE 0 5V UCE 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 1V UCE 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 與二極管的正向特性相似 UCE 1V的特性曲線 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 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 IB 0 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 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 IB1 IB2 IB3 IB 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 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) 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 IC 1 3mA IC 于是我們可得到三極管的電流放大倍數(shù) IC IB 1 3 0 04 32 5 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 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 4 三極管的電流放大位數(shù)和極限參數(shù) 1 電流放大倍數(shù) 2 極限參數(shù) 集電極最大允許電流ICM 反向擊穿電壓U BR CEO UCC U 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)雪崩擊穿 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 值明顯下降 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) 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 2 2 5 mV 溫度每升高10 C ICBO約增大1倍 2 溫度升高 輸出特性曲線向上移 T1 T2 溫度每升高1 C 0 5 1 輸出特性曲線間距增大 O 1 晶體管的發(fā)射極和集電極能否互換使用 為什么 2為什么晶體管基區(qū)摻雜質(zhì)濃度小 而且還要做得很薄 3晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時 其電流放大系數(shù)是否也等于 答3 晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時 UCE UBE 集電結(jié)也處于正偏 這時內(nèi)電場被大大削弱 因此極不利于集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)到達集電結(jié)邊緣的電子 這種情況下 集電極電流IC與基極電流IB不再是 倍的關(guān)系 因此 晶體管的電流放大能力大大下降 答2 為了使發(fā)射區(qū)擴散電子的絕大多數(shù)無法在基區(qū)和空穴復(fù)合 由于基區(qū)摻雜深度很低且很薄 因此只能有極小一部分擴散電子與基區(qū)空穴相復(fù)合形成基極電流 剩余大部分擴散電子繼續(xù)向集電結(jié)擴散 由于集成電結(jié)反偏 這些集結(jié)到集電結(jié)邊緣的自由電子被集電極收集后形成集電極電流 學(xué)習(xí)與討論 世界上第一只晶體管 WilliamShockley 改變世界的發(fā)明 晶體管原理圖 記錄片欣賞 從晶體管到集成電路 用萬用表測試三極管好壞及極性的方法 一 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 或已被擊穿 損壞 這種檢測方法依據(jù)的是什么 指針偏轉(zhuǎn) 說明管子正向?qū)?因此為PNP型 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?若被測管為NPN三極管 讓黑表棒接假定的集電極C 紅表棒接假定的發(fā)射極E 兩手分別捏住B C兩極充當(dāng)基極電阻RB 兩手不能相接觸 注意觀察電表指針偏轉(zhuǎn)的大小 之后 再將兩檢測極反過來假定 仍然注意觀察電表指針偏轉(zhuǎn)的大小 c b e 人體電阻 c b e 人體電阻 假定極正確 假定極錯誤 二 用萬用表R 1k歐姆檔判別發(fā)射極和集電極 偏轉(zhuǎn)較大的假定極是正確的 偏轉(zhuǎn)小的反映其放大能力下降 即集電極和發(fā)射極接反了 如果兩次檢測時電阻相差不大 則說明管子的性能較差 4 用萬用表測量某些三極管的管壓降得到下列幾組數(shù)據(jù) 說明每個管子是NPN型還是PNP型 是硅管還是鍺管 它們各工作在什么區(qū)域 UBE 0 7V UCE