模擬電子半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)三極管ppt課件

1、 1.3 晶體三極管由于任務(wù)時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都由于任務(wù)時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，還被稱為雙極型晶體管參與運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，還被稱為雙極型晶體管Bipolar Junction Transistor,簡稱簡稱BJT。 BJT是由兩個(gè)是由兩個(gè)PN結(jié)組成的。結(jié)組成的。一一. BJT. BJT的構(gòu)造及類型的構(gòu)造及類型二晶體管的電流放大作用二晶體管的電流放大作用三三. . 晶體管共射的特性曲線晶體管共射的特性曲線四四. BJT. BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)五五. . 溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響一一.BJT.BJT的構(gòu)造及類型的構(gòu)造及類型NPN型PNP型

2、符號(hào)符號(hào): 三極管的構(gòu)造特點(diǎn)三極管的構(gòu)造特點(diǎn): :1 1發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。2 2基區(qū)要制造得很薄且濃度很低?；鶇^(qū)要制造得很薄且濃度很低。3 3集電區(qū)面積大集電區(qū)面積大-NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極-PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極ECBECB分分 類類按資料分：按資料分： 硅管、鍺管硅管、鍺管按功率分：按功率分： 小功率管小功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W二二 晶體管的電流放大作用晶體管的電流放大作用假設(shè)在放大任務(wù)形狀：假設(shè)在放大任務(wù)形狀：發(fā)射結(jié)正偏：發(fā)射結(jié)正偏：+UCE UBE

3、UCB集電結(jié)反偏：集電結(jié)反偏：由由VBB保證保證由由VCC、 VBB保保證證UCB=UCE - UBE 0NNPBBVCCVRbRCebc共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法c區(qū)區(qū)b區(qū)區(qū)e區(qū)區(qū) 三極管在任務(wù)時(shí)要加上適三極管在任務(wù)時(shí)要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷骸．?dāng)?shù)闹绷髌秒妷骸?BJT內(nèi)部的載流子傳輸過程內(nèi)部的載流子傳輸過程1由于發(fā)射結(jié)正偏，分散運(yùn)動(dòng)構(gòu)成發(fā)射極電流由于發(fā)射結(jié)正偏，分散運(yùn)動(dòng)構(gòu)成發(fā)射極電流IE 發(fā)射結(jié)正偏，有利于多子的分散；發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，大量自在電子分發(fā)射結(jié)正偏，有利于多子的分散；發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，大量自在電子分散到基區(qū)，構(gòu)成電流散到基區(qū)，構(gòu)成電流IEN。同時(shí)，基區(qū)的空穴也分散到發(fā)射區(qū)，構(gòu)成電

4、流。同時(shí)，基區(qū)的空穴也分散到發(fā)射區(qū)，構(gòu)成電流IEP，但由于發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃度比基區(qū)高得多普通高幾百倍，因此：，但由于發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃度比基區(qū)高得多普通高幾百倍，因此： IE= IEN IEP IEN2分散到基區(qū)的自在電子與空分散到基區(qū)的自在電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)構(gòu)成基極電流穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)構(gòu)成基極電流由于由于VBB的作用，復(fù)合運(yùn)的作用，復(fù)合運(yùn)動(dòng)將源源不斷地進(jìn)展，因此：動(dòng)將源源不斷地進(jìn)展，因此：BBNEPCBOIIII 另外，集電區(qū)與基區(qū)的少子另外，集電區(qū)與基區(qū)的少子也參與漂移運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成電流也參與漂移運(yùn)動(dòng)，構(gòu)成電流ICBO。3集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)構(gòu)成集電極電流集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)構(gòu)成集電極電流

5、IC 分散到基區(qū)的多數(shù)電子，在分散到基區(qū)的多數(shù)電子，在電場作用下漂移到集電區(qū)構(gòu)成電電場作用下漂移到集電區(qū)構(gòu)成電流流ICN 。因此：因此：CCNCBOIII2晶體管的電流分配關(guān)系晶體管的電流分配關(guān)系從外部看：從外部看： EENEPCNBNEPCCNCBOBBNEPCBOBCBOIIIIIIIIIIIIIIIECBIII3晶體管的共射電流放大系數(shù)晶體管的共射電流放大系數(shù)CNCCBOBBCBOIIIIIICCNCBOBBNEPCBOBCBOIIIIIIIII(1)CBCBOIIIBCEOII,:CEOI稱為穿透電流 其物理意義是當(dāng)基極開路時(shí) 在集電極電源作用下的集電極與發(fā)射極之間形成的電流,:CBO

6、I當(dāng)發(fā)射極開路時(shí) 集電極反向飽和電流共射直流電共射直流電流放大系數(shù)流放大系數(shù)3晶體管的共射電流放大系數(shù)晶體管的共射電流放大系數(shù)CBCEOIIICBII1EBIICBii共射交流電共射交流電流放大系數(shù)流放大系數(shù)定義：定義：可以以為：可以以為：CNEII共基直流電流共基直流電流放大系數(shù)放大系數(shù)CECBOIII11或1CEii通常：通常：1,1,定義：定義：1uCE=0V時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)。結(jié)并聯(lián)。三三. 晶體管共射的特性曲線晶體管共射的特性曲線1. 1. 輸入特性曲線輸入特性曲線 iB=f(uBE)iB=f(uBE) uCE=constuCE=const+i-uBE+-uBTC

7、E+Ci0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE 1VCEu3uCE 1V再添加時(shí)，曲線右移很不明顯。再添加時(shí)，曲線右移很不明顯。2當(dāng)當(dāng)uCE=1V時(shí)，時(shí)， 集電結(jié)已進(jìn)入反偏形狀，開場搜集電子，所以基區(qū)集電結(jié)已進(jìn)入反偏形狀，開場搜集電子，所以基區(qū)復(fù)合減少，復(fù)合減少， 在同一在同一uBE 電壓下，電壓下，iB 減小。特性曲線將向右略微挪動(dòng)一減小。特性曲線將向右略微挪動(dòng)一些。些。死區(qū)電壓死區(qū)電壓硅硅 0.5V鍺鍺 0.1V導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降硅硅 0.7V鍺鍺 0.3V (2)輸出特性曲線 iC=f(uCE) iB=const 1當(dāng)當(dāng)uCE=0 V時(shí)，因集電極無搜集作用，時(shí)

8、，因集電極無搜集作用，iC=0。2 uCE Ic 。 3 當(dāng)當(dāng)uCE 1V后，后，搜集電子的才干足夠強(qiáng)。搜集電子的才干足夠強(qiáng)。這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極搜集，構(gòu)子都被集電極搜集，構(gòu)成成iC。所以。所以u(píng)CE再添加，再添加，iC根本堅(jiān)持不變。根本堅(jiān)持不變。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲線。其他值的曲線。 iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB現(xiàn)以現(xiàn)以iB=60uA一條加以闡明。一條加以闡明。飽和區(qū)飽和區(qū)iC受受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE0.7 V。 此時(shí)發(fā)射結(jié)正

9、偏，集電結(jié)也正偏。此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。截止區(qū)截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的的曲線的下方。下方。 此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)放大區(qū) 曲線根本平行曲線根本平行等等 距。距。 此時(shí)，此時(shí)，發(fā)發(fā) 射結(jié)正偏，射結(jié)正偏，集電集電 結(jié)反偏。結(jié)反偏。 CBCBIIIIiCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域: : 該區(qū)中該區(qū)中iC幾乎僅僅決幾乎僅僅決議于議于iB ，而與，而與

10、uCE無關(guān)無關(guān)。四四. BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)2 2共基直流電流放大系數(shù)：共基直流電流放大系數(shù)： BCII CEII1 1共射直流電流放大系數(shù)：共射直流電流放大系數(shù)：1. 直流參數(shù)直流參數(shù)CNCCBOBBCBOIIIIII3 3極間反射電流：極間反射電流： ,:CEOI稱為穿透電流 其物理意義是當(dāng)基極開路時(shí) 在集電極電源作用下的集電極與發(fā)射極之間形成的電流,:CBOI當(dāng)發(fā)射極開路時(shí) 集電極反向飽和電流四四. BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)2共基交流電流放大系數(shù)：共基交流電流放大系數(shù)： BCii ECii iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI =10

11、0uACBI=60uAi普通取普通取20200之間之間2.31.538A60mA3 . 2BCII40A40)-(60mA)5 . 13 . 2(BCii1共射交流電流放大系數(shù)：共射交流電流放大系數(shù)：2. 交流參數(shù)交流參數(shù)3特征頻率：特征頻率： 使共射電流放大系數(shù)的數(shù)值下降到使共射電流放大系數(shù)的數(shù)值下降到1的信號(hào)頻率稱為特征頻率的信號(hào)頻率稱為特征頻率fT 3. 3. 極限參數(shù)極限參數(shù)2最大集電極電流最大集電極電流ICM1最大集電極耗散功率最大集電極耗散功率PCM 集電極電流經(jīng)過集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗，集電極電流經(jīng)過集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗， PC= iCuCE BICEui(V)IBC=100uAB

12、=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCM PCMIc添加時(shí)，添加時(shí)， 要下降。使要下降。使值值明顯下降的集電極電流即為明顯下降的集電極電流即為ICM。對(duì)小功率管，定義當(dāng)對(duì)小功率管，定義當(dāng)Uce=1V時(shí)，時(shí)，由由PCM= iCuCE 得出的得出的iC即為即為ICM 3極間反向擊穿電壓極間反向擊穿電壓 UBRCBO發(fā)射極開路時(shí)，集電極與基極之間允許的最發(fā)射極開路時(shí)，集電極與基極之間允許的最大反向電壓。其值普通為幾十伏上千伏。大反向電壓。其值普通為幾十伏上千伏。 UBRCEO基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間允許的基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓。其值小于

13、最大反向電壓。其值小于UBRCBO 在實(shí)踐運(yùn)用時(shí)，還有在實(shí)踐運(yùn)用時(shí)，還有UBRCER、UBRCES、 UBRCES等擊穿電壓。等擊穿電壓。 -(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU 晶體管的某一電極開路時(shí)，另外兩個(gè)電極間所允許加的最高反射電晶體管的某一電極開路時(shí)，另外兩個(gè)電極間所允許加的最高反射電壓稱為極間反向擊穿電壓，超越此值時(shí)，管子會(huì)發(fā)生擊穿景象。壓稱為極間反向擊穿電壓，超越此值時(shí)，管子會(huì)發(fā)生擊穿景象。 UBREBO集電極開路時(shí)，發(fā)射極與基極之間允許的最集電極開路時(shí)，發(fā)射極與基極之間允許的最大反向電壓。其值普通為大反向電壓。其值普通為1伏以下幾伏。伏以下幾伏。三極管的選用原那么三

14、極管的選用原那么1、當(dāng)直流電源電壓對(duì)地為正值時(shí)，選用NPN型管子，當(dāng)直流電源電壓對(duì)地為負(fù)值時(shí)，選用PNP型管子，2、在同型號(hào)的管子中，應(yīng)選用反向電流小的，溫度穩(wěn)定性好； 管子的值普通選幾十到100， 值太大的管子性能不穩(wěn)定。3、假設(shè)要求反向電流小，任務(wù)溫度高，那么應(yīng)選硅管；假設(shè)要求導(dǎo)通電壓低時(shí)，那么應(yīng)選鍺管。6、必需使管子任務(wù)在平安區(qū)。為此： 在任務(wù)電壓高時(shí)，選高反壓管；在需求大電流時(shí)，選ICM大的管子；在需求輸出大功率時(shí)，選PCM大的管子，并保證散熱條件。4、音頻放大電路，應(yīng)選低頻管；寬頻帶放大電路，應(yīng)選高頻管或超高頻管；組成數(shù)字電路，應(yīng)選開關(guān)管；5、反向電壓要小于擊穿電壓； 半導(dǎo)體三極管的

15、型號(hào)第二位：第二位：A鍺鍺PNP管、管、B鍺鍺NPN管、管、 C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低頻小功率管、低頻小功率管、D低頻大功率管、低頻大功率管、 G高頻小功率管、高頻小功率管、A高頻大功率管、高頻大功率管、K開關(guān)管開關(guān)管用字母表示資料用字母表示資料用字母表示器件的種類用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào)用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào)用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格三極管三極管國家規(guī)范對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：國家規(guī)范對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：3DG110B五、溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響五、溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)

16、的影響 由于半導(dǎo)體資料的熱敏性，晶體管的參數(shù)幾乎都與溫度有關(guān)。1、溫度對(duì)ICBO的影響 由于ICBO是集電結(jié)加反向電壓時(shí)平衡少子的漂移運(yùn)動(dòng)構(gòu)成的，所以，當(dāng)溫度升高時(shí)，熱運(yùn)動(dòng)加劇，使更多的價(jià)電子有足夠的能量掙脫共價(jià)鍵的束縛，從而使少子濃度明顯增大。因此，參與漂移運(yùn)動(dòng)的少子數(shù)目增多，從外部看就是ICBO增大。 可以證明，溫度每升高10，ICBO添加約一倍。反之，當(dāng)溫度降低時(shí)ICBO減小。 由于硅管的ICBO比鍺管小得多，所以從絕對(duì)數(shù)值上看，硅管比鍺管受溫度的影響要小得多。2、溫度對(duì)輸入特性的影響 與二極管伏安特性相類似，當(dāng)溫度升高時(shí)，正向特性將左移，反之將右移，如下圖。當(dāng)溫度升高當(dāng)溫度升高1時(shí)，時(shí)

17、，uBE大約降低大約降低22.5mV，即具有負(fù)的溫度，即具有負(fù)的溫度系數(shù)，換一角度說，假設(shè)系數(shù)，換一角度說，假設(shè)uBE不變，那么當(dāng)溫度升高時(shí)不變，那么當(dāng)溫度升高時(shí) iB將增將增大，反之大，反之iB減小。減小。 3、溫度對(duì)輸出特性的影響 下 圖為一只晶體管在溫度變化時(shí)輸出特性變化的表示圖。從以上分析可知，溫度升高時(shí)，由于從以上分析可知，溫度升高時(shí)，由于ICBO、增大，且輸增大，且輸入特性左移，所以導(dǎo)致集電極電流增大。入特性左移，所以導(dǎo)致集電極電流增大。實(shí)線所示為20時(shí)的特性曲線，虛線所示為60時(shí)的特性曲線。闡明溫度升高時(shí)增大。例例1、 由電極電位斷定三極管的形狀由電極電位斷定三極管的形狀 在放大

18、電路中，測(cè)得下述在放大電路中，測(cè)得下述6組三極管組三極管3個(gè)極的電位：個(gè)極的電位： 1NPN管：管： 1 1V 0.3V 3V 2 0.3V 0.3V 1V 3 2V 5V 1V 2 PNP管：管：1 -0.2V 0V 0V 2 -3V -02V 0V 3 1V 1.2V -2V 試確定三極管處何種形狀，并斷定各試確定三極管處何種形狀，并斷定各電位對(duì)應(yīng)三極管的哪個(gè)電極。電位對(duì)應(yīng)三極管的哪個(gè)電極。 多數(shù)多數(shù)NPN管用管用Si資料制成，資料制成，PN結(jié)的導(dǎo)通壓降普通設(shè)為結(jié)的導(dǎo)通壓降普通設(shè)為0.7V；而多數(shù)的而多數(shù)的PNP管用管用Ge資料制成，資料制成，PN結(jié)導(dǎo)通壓降普通為結(jié)導(dǎo)通壓降普通為0.2V左

19、右。左右。 根據(jù)電位確定三極管的形狀和電極時(shí)普通應(yīng)先設(shè)法確定三極根據(jù)電位確定三極管的形狀和電極時(shí)普通應(yīng)先設(shè)法確定三極管的基極管的基極B和發(fā)射極和發(fā)射極E，再確定集電極，再確定集電極C。按此思緒對(duì)給定的。按此思緒對(duì)給定的6組數(shù)據(jù)分析如下。組數(shù)據(jù)分析如下。 1NPN管1 1V 0.3V 3V 假設(shè)基極B對(duì)應(yīng)1V，射極E應(yīng)為0.3V，那么集電極C為3V，滿足發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，故三極管T處于放大形狀。 解：解：2 0.3V 0.3V 1V 可思索各電極對(duì)應(yīng)的電位如下：基極B為1V，射極E為0.3V，集電極C為0.3V。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏，故三極管T處在飽和形狀。3 2V 5V 1V 發(fā)射結(jié)

20、假設(shè)正偏BE間必然滿足正偏條件，即UBE=0.7V，而給定的3個(gè)數(shù)據(jù)中，不具備此條件，因此發(fā)射結(jié)沒有正偏。可以為基極B電位低于射極E，又由于集電極C通常處于最高電位，故正確的對(duì)應(yīng)關(guān)系是：B極為1V，E極為2V，C極為5V。三極管T處在截止形狀。2PNP管 l - 0 .2V 0V 0V 電極和電位對(duì)應(yīng)關(guān)系是：B極為-0.2V，E極為0V，C極為0V。發(fā)射結(jié)正偏，偏置電壓UBE=-0.2V，集電結(jié)也正偏，故三極管T處在飽和形狀。 2 -3V -0.2V 0V 電極和電位對(duì)應(yīng)關(guān)系是； B極為-0.2V， E極為 0V， C極為- 3V。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，T為放大形狀。3 1V 1.2V -2

21、V 電極和電位對(duì)應(yīng)關(guān)系是：B極為1V，E極為1.2V，C極為-2V。同樣，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，T為放大形狀。 三極管的選用原那么三極管的選用原那么1、當(dāng)直流電源電壓對(duì)地為正值時(shí)，選用NPN型管子，當(dāng)直流電源電壓對(duì)地為負(fù)值時(shí)，選用PNP型管子，2、在同型號(hào)的管子中，應(yīng)選用反向電流小的，溫度穩(wěn)定性好； 管子的值普通選幾十到100， 值太大的管子性能不穩(wěn)定。3、假設(shè)要求反向電流小，任務(wù)溫度高，那么應(yīng)選硅管；假設(shè)要求導(dǎo)通電壓低時(shí)，那么應(yīng)選鍺管。6、必需使管子任務(wù)在平安區(qū)。為此： 在任務(wù)電壓高時(shí)，選高反壓管；在需求大電流時(shí)，選ICM大的管子；在需求輸出大功率時(shí)，選PCM大的管子，并保證散熱條件。4、音頻放大電路，應(yīng)選低頻管；寬頻帶放大電路，應(yīng)選高頻管或超高頻管；組成數(shù)字電路，應(yīng)選開關(guān)管；5、反向電壓要小于擊穿電壓； 例例2、在一個(gè)單管放大電路中，電源、在一個(gè)單管放大電路中，電源電壓為電壓為 30 V，知三雖然子的參數(shù)如下，知三雖然子的參數(shù)如下表所示，請(qǐng)選用一雖然子，并簡述理表所示，請(qǐng)選用一雖然子，并簡述理由。由。 T1管雖然管雖然ICBO很小，即溫度穩(wěn)定性好，但很小，即溫度穩(wěn)定性好，但很小，放大很小，放大才干差，所以不宜選用。才干差，所以不宜選用。 T3管雖然管雖然ICBO較小且較小且 較大，但因任務(wù)電源電壓為較