(完整版)三極管的特性及其應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)40光敏電阻41.doc

1、江漢大學(xué)JiangHan UNIVERSITY畢業(yè)論文論文題目：學(xué)生姓名：學(xué)生學(xué)號(hào)：三極管的特性及其應(yīng)用錢 堃專業(yè)班級(jí)：2010 級(jí)光信息科學(xué)和技術(shù)學(xué)院名稱：指導(dǎo)老師：物理和信息工程學(xué)院蘭紅霞江漢大學(xué)畢業(yè)論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明： 所呈交的論文是本人在老師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出主要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體， 均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。學(xué)生簽名：錢堃日期：2014年4月25日畢業(yè)論文版權(quán)使用授權(quán)書本畢業(yè)論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用論文

2、的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版， 允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)湖南大學(xué)可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本論文。本論文屬于縮1、保密，在年解密后適用本授權(quán)書。2、不保密 。（請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄬?duì)應(yīng)方框內(nèi)打“”）學(xué)生簽名：錢堃日期： 2014年4月 25日指導(dǎo)教師簽名：蘭紅霞日期： 2014年4月 25日三極管的特性及其應(yīng)用摘要晶體管促進(jìn)并帶來了“固態(tài)革命”，進(jìn)而推動(dòng)了全球范圍內(nèi)的半導(dǎo)體電子工業(yè)。作為主要部件，它及的時(shí)候、普遍地首先在通訊工具方面得到應(yīng)用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由于晶體管徹底改變了電子線路

3、的結(jié)構(gòu)，集成電路以及大規(guī)模集成電路應(yīng)運(yùn)而生，這樣制造像高速電子計(jì)算機(jī)之類的高精密裝置即變成了現(xiàn)實(shí)。主要詞： 三極管；半導(dǎo)體；固態(tài)革命Characteristics and application of triodeAbstractTransistor improve and brought solid of revolution.And thenpromote the semiconductor electronics industryworldwide.Asthemainpart,itistimelyand generallyapplied inthefirstcommunicationto

4、ols. And a great economicbenefithasbeenproduced.Thetransistorrevolutionihaschanged thoroughlytheelectronicscircuit.Integrated circuit andlargescaleintegratedcircuitemerge as the times require.Manufactureof high precisiondevice such as high-speed electronic computers becomes a reality.Keywords:Triode

5、, semiconductor, solid of revolution目錄緒論 .第一章 .三極管的種類和結(jié)構(gòu).1.1三極管種類 .1.2三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu) .第三章 . 晶體管的制造工藝 .2.1擴(kuò)散型晶體管 .2.2合金型晶體管 .2.3平面型晶體管 .第三章 .三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng). .3.1工作區(qū)域 . .3.2內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律.第四章 . 三極管的模型 .4.1三極管的大信號(hào)模型.4.1.1大信號(hào)模型 .4.1.2分析方法 . .4.2三極管的小信號(hào)模型.4.2.1共射級(jí)電路 .4.2.2共基極電路 .4.2.3共集電極電路 .4.3三極管的頻率響應(yīng)電路模型（共射級(jí)電路為例）.

6、4.3.1密勒電容 .4.3.2三極管低頻電路分析.4.3.3三極管低頻電路分析.第五章 . 三極管的應(yīng)用 .5.1一般三極管的應(yīng)用 .5.1.1差分放大電路 .5.1.2功率放大器 .5.1.3穩(wěn)壓電路 .5.2特別三極管 .5.2.1光敏三極管 .5.2.2貼片三極管 .5.3三極管的特別用途 .5.3.1擴(kuò)流 .5.3.2代換 .5.3.3模擬 .結(jié)語 .參考文獻(xiàn).致謝 .緒 論（一）課題研究背景及意義晶體管是現(xiàn)代電子電路的核心元件，晶體管促進(jìn)并帶來了“固態(tài)革命”，進(jìn)而推動(dòng)了全球范圍內(nèi)的半導(dǎo)體電子工業(yè)。作為主要部件，它及的時(shí)候、普遍地首先在通訊工具方面得到應(yīng)用，并產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。由

7、于晶體管徹底改變了電子線路的結(jié)構(gòu)，集成電路以及大規(guī)模集成電路應(yīng)運(yùn)而生，這樣制造像高速電子計(jì)算機(jī)之類的高精密裝置即變成了現(xiàn)實(shí)。我們生活中所接觸的一些電子產(chǎn)品，例如：電視，手機(jī)，電腦里面都含有一些三極管，我們可以通過對(duì)三極管的研究，來弄清楚這些生活中接觸到得電子產(chǎn)品在電路組成上的一些特性，我們也可以通過對(duì)三極管的研究來了解如何避免錯(cuò)誤使用導(dǎo)致這些電子產(chǎn)品的損壞以及繼承前人的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合現(xiàn)在的科學(xué)技術(shù)來研究更加具有經(jīng)濟(jì)效益的三極管。（二）研究現(xiàn)狀我國(guó)是當(dāng)今世界最大的發(fā)展中國(guó)家，我國(guó)的三極管制作工藝已經(jīng)走在世界的領(lǐng)先水平。并且我國(guó)有制造三極管的種類的數(shù)量在世界上也是首屈一指的。只有把握的時(shí)候代的契機(jī)，才

8、能實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，三極管作為電子電路中的基本元器件，同的時(shí)候也涉及到很多有關(guān)半導(dǎo)體物理里面的知識(shí)。所以對(duì)于研究三極管的一些特性，以及三極管自身的一些應(yīng)用，也是很有必要的。（三）研究思路通過查閱收集相關(guān)的資料以及試驗(yàn)相結(jié)合，了解目前三極管的一些特性及其應(yīng)用的一些情況和三極管在現(xiàn)代社會(huì)中的發(fā)展現(xiàn)狀，對(duì)三極管的特性及其應(yīng)用再進(jìn)行一些分析。（四）研究方法1. 文獻(xiàn)資料法： 通過查閱和收集關(guān)于三極管應(yīng)用及發(fā)展相關(guān)的文獻(xiàn)材料。2. 進(jìn)行一些理論性的試驗(yàn)： 在物理試驗(yàn)室里面對(duì)測(cè)試三極管的一些特性3. 數(shù)理統(tǒng)計(jì)法：對(duì)獲得的材料進(jìn)行整理。第一章 . 三極管的種類和結(jié)構(gòu)三極管的結(jié)構(gòu)是由兩個(gè)結(jié)區(qū)和三個(gè)引腳所組成

9、：發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間構(gòu)成的PN 結(jié)被稱之為發(fā)射結(jié), 而集電區(qū)和基區(qū)構(gòu)成的PN結(jié)被稱之為集電結(jié), 三條引線分別被稱之為發(fā)射極e、基極b 和集電極。1.1 三極管的種類1. 按材質(zhì)分類 : Si 管、 Ge 管2. 按結(jié)構(gòu)分類 : NPN 、 PNP。3. 按功能分類 : 開關(guān)管、功率管 、達(dá)林頓管 、光敏管等 .4. 按功率分類：小功率管、中功率管、大功率管5. 按工作頻率分類：低頻管、高頻管、超頻管6. 按結(jié)構(gòu)工藝分類：合金管、平面管7. 按安裝方式分類 : 插件三極管、貼片三極管圖 1.1.1 晶體三極管由于在我們現(xiàn)實(shí)生活中，NPN三極管所使用的頻率大大的超過了 PNP三極管，所以，在本文中，

10、我們所探討的三極管類型主要是按照 NPN來研究的。后文所出現(xiàn)的三極管，如果沒有特別說明，均認(rèn)為是NPN型。1.2 三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)1. 三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1) 基區(qū)十分的薄，且摻雜濃度低；(2) 發(fā)射區(qū)摻雜濃度要比基區(qū)以及集電區(qū)高得多；(3) 集電結(jié)的結(jié)面積比發(fā)射結(jié)大。2三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖圖 1.2.1三極管的內(nèi)部機(jī)構(gòu)以及符號(hào)（左邊為NPN型，右邊衛(wèi)PNP型）第二章 . 晶體管的制造工藝2.1 擴(kuò)散型晶體管在高溫的P 型雜質(zhì)氣體中，而加熱N 型 Ge 或者 Si 的單晶片，從而使得單晶片的一面變成P 型，應(yīng)用此種方法制成的PN結(jié)。因?yàn)镻N結(jié)正向電壓的壓降比較小，所以應(yīng)用于大電流整流。最近一

11、段的時(shí)候間內(nèi)，使用大電流整流器的主流已由Si 合金型轉(zhuǎn)移到Si 擴(kuò)散型。2.2 合金型晶體管在 N 型 Ge 或 Si 的單晶片上，通過合金銦、鋁等金屬的方法制作PN結(jié)而構(gòu)成的。正向電壓的壓降小，適于大電流整流。因?yàn)槠銹N結(jié)反向的時(shí)候靜電容量大，所以不適于高頻檢波和高頻整流。2.3 平面型晶體管在半導(dǎo)體單晶片（主要地是N 型 Si 單晶片）上，擴(kuò)散P 型雜質(zhì)，利用 Si 片表面氧化膜的屏蔽作用，在 N 型 Si 單晶片上僅選擇性地?cái)U(kuò)散一部分而構(gòu)成的PN 結(jié)。因?yàn)榇?，不需要為調(diào)整PN結(jié)面積的藥品腐蝕作用。由于半導(dǎo)體表面被制作得平整，所以得名。并且，PN 結(jié)合的表面，因?yàn)楸谎趸じ采w，所以公認(rèn)為是

12、穩(wěn)定性好和壽命長(zhǎng)的類型。最初，對(duì)于被使用的半導(dǎo)體材料是采用外延法構(gòu)成的，所以又把平面型稱為外延平面型。對(duì)平面型二極管而言，似乎使用于大電流整流用的型號(hào)很少，而作小電流開關(guān)用的型號(hào)則很多。第三章 .三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)3.1 工作區(qū)域三個(gè)工作區(qū)域分別為：截止區(qū)，放大區(qū)，飽和區(qū)1截止區(qū)：三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓Ube 小于 0.6 0.7V 的導(dǎo)通電壓，發(fā)射結(jié)沒有導(dǎo)通集電結(jié)處于反向偏置，沒有放大作用。2放大區(qū)：三極管的發(fā)射極加正向電壓（Ge 管約為Si管約為0.7V ），集電極加反向電壓導(dǎo)通后，IbIc ， Ic 和 Ib 近似于線性關(guān)系，在基極加上一個(gè)小信號(hào)0.3V ，控制電流，引起

13、集電極大的信號(hào)電流輸出。3飽和區(qū)：當(dāng)三極管的集電結(jié)電流IC 增大到一定程度的時(shí)候，再增大Ib ， Ic也不會(huì)增大，超出了放大區(qū)，進(jìn)入了飽和區(qū)。飽和的時(shí)候，Ic 最大，集電極和發(fā)射之間的內(nèi)阻最小，電壓Uce 只有0.1V0.3V ， UceILmax2. 擊穿電壓的選取當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)10%的時(shí)候，穩(wěn)壓電路輸入電壓UI 到最大值UImax，同的時(shí)候輸出電壓又最低的時(shí)候，調(diào)整管承受的管壓降最大，所以要求調(diào)整管擊穿電壓：U（ BR） CEO UImax-UOmin3. 功率 PCM的選取調(diào)整管可能承受的最大集電極功耗：PCmax=UCEmax ICmax=（ UImax-UOmin） ICmax其中

14、UImax 是考慮到電網(wǎng)電壓波動(dòng)10%的時(shí)候，穩(wěn)壓電路輸入電壓的最大值，UOmin 是輸出電壓的最小額定值。所以要求：PCM (UImax- UOmin)Ilmax5.2 特別三極管5.2.1光敏三極管一）光敏三極管和普通三極管的差異：光敏三極管和普通三極管相比起來，也有電流放大作用，區(qū)別只是它的集電極電流不只是受基極電路和電流控制，同的時(shí)候也受光輻射的控制。二）光敏三極管的優(yōu)越性：當(dāng)具有光敏特性的PN結(jié)受光輻射的時(shí)候，構(gòu)成光電流，由此產(chǎn)生的光生電流會(huì)由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中可以得到一個(gè)放大了相當(dāng)于 倍的信號(hào)電流。 由不同材料制成的光敏三極管是具有不同的光譜特性，和光敏二極管相比，

15、具有很大的光電流放大作用，即很高的靈敏度。三）光敏三極管的作用：1. 測(cè)量光的亮度：例如安裝一個(gè)控制電路，當(dāng)太陽升起的時(shí)候，由于亮度達(dá)到一定程度的時(shí)候，所有日光燈管當(dāng)無法正常啟動(dòng)，這即要利用到光敏三極管。2. 光電隔離：光敏三極管也起到傳輸信號(hào)的作用，光電隔離器以光為媒介傳輸電信號(hào)。他對(duì)于輸入和輸出信號(hào)具有優(yōu)良的隔離性。而且其還能夠完成電 - 光 - 電的轉(zhuǎn)換。3.非接觸測(cè)量轉(zhuǎn)速：轉(zhuǎn)矩傳感器在旋轉(zhuǎn)軸上需要安裝著60 條齒縫的測(cè)速輪， 在傳感器的外殼上安裝一只由發(fā)光二極管以及光敏三極管所組成的槽型光電開關(guān)架，測(cè)速輪的每一個(gè)齒將發(fā)光二極管的光線所遮擋住的時(shí)候，光敏三極管即可以輸出一個(gè)高電平，當(dāng)光線

16、經(jīng)過齒縫而射到光敏管的窗口的時(shí)候，光敏管即給輸出一個(gè)低電平，旋轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈可得到60 個(gè)脈沖，由此，每秒鐘檢測(cè)到的脈沖數(shù)恰好等于每分鐘的轉(zhuǎn)速值。5.2.2貼片三極管作用：貼片三極管的基本作用是放大，它也可以把微弱的電信號(hào)變成一定強(qiáng)度的信號(hào)，并且這種轉(zhuǎn)化是遵循能量守恒的。而且貼片三極管在非放大區(qū)工作的時(shí)候還可以當(dāng)做開關(guān)來使用。5.3 三極管的特別用途5.3.1擴(kuò)流把一只小功率可控Si 和一只大功率三極管組合，即可得到一只大功率可控Si ，其最大輸出電流由大功率三極管的特性決定。圖 5.3.1擴(kuò)流方法5.3.2代換兩只三極管串聯(lián)可直接替代調(diào)光臺(tái)燈中的雙向觸發(fā)二極管；三極管可替代8V 左右的穩(wěn)壓管。

17、三極管可替代30V 左右的穩(wěn)壓管。以上應(yīng)用的時(shí)候，三極管的基極均不使用。5.3.3模擬用三極管夠成的電路還可以模擬其它元器件。大功率可變電阻價(jià)貴難覓，用下圖中電路可作模擬品，調(diào)節(jié)510 電阻的阻值，即可調(diào)節(jié)三極管C、 E 兩極之間的阻抗，此阻抗變化即可代替可變電阻使用。圖 5.3.2模擬方法結(jié)語二極管本已是 一項(xiàng)嶄新 的發(fā)明 , 但是在二極 管的燈 絲和 板極之間巧妙地加入了一個(gè)柵板，從而發(fā)明了第一只真空三極管然而這一小小的改動(dòng)，竟然帶來了意想不到的結(jié)果集檢波、放大和振蕩三種功能于一體, 這個(gè)發(fā)明絕對(duì)是電子工業(yè)真正的誕生起點(diǎn)，推動(dòng)了“固態(tài)革命” ，同的時(shí)候也是推動(dòng)了無線電電子學(xué)的蓬勃發(fā)展，從電話放大器、海上和空中通訊外，也廣泛滲透到家庭娛樂領(lǐng)域。三極管的發(fā)明對(duì)于整個(gè)人類來說，影響都是極其的深遠(yuǎn)的。參考文獻(xiàn)1，模擬電路分析計(jì)算和應(yīng)用設(shè)計(jì)-張浩風(fēng)編著-化學(xué)工業(yè)出版社 2012 20113，電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第五版）-康華光主編-高等教育出版社8，晶體管電路設(shè)計(jì)-鈴木雅臣10, 數(shù)字電路 -（日）伊藤恭史-科學(xué)出版社1997致 謝光陰飛逝， 回顧在江漢大學(xué)物理和信息工程學(xué)院走過的4 年大學(xué)歷程，感激之情油然而生。首先我要感謝我們的班主任周優(yōu)化老師，雖然在 4 年的大學(xué)生活見面不多，但是對(duì)我們的大學(xué)生活