模電三極管論文

1、模擬電子技術(shù)論文 項(xiàng)目名稱： 三極管 學(xué) 院： 物理與電子信息學(xué)院 班 級(jí)： 2013級(jí)電信1班 學(xué)生姓名： 劉宇 學(xué) 號(hào)： 20130922103 1、 什么是三極管三極管，全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，也稱雙極型晶體管、晶體三極管，是一種電流控制電流的半導(dǎo)體器件·其作用是把微弱信號(hào)放大成輻值較大的電信號(hào)， 也用作無觸點(diǎn)開關(guān)。晶體三極管，是半導(dǎo)體基本元器件之一，具有電流放大作用，是電子電路的核心元件。三極管是在一塊半導(dǎo)體基片上制作兩個(gè)相距很近的PN結(jié)，兩個(gè)PN結(jié)把整塊半導(dǎo)體分成三部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種。2、 工作原理 當(dāng)發(fā)射極和集電極之

2、間的電壓處于在放大區(qū)內(nèi)時(shí)，較小的基極電流的變化引起集電極電流成比例的較大變化，這就是三極管最基本的作用電流放大作用，三極管其他的作用都是由此而來。 三極管是電流放大器件，有三個(gè)極，分別叫做集電極C，基極B，發(fā)射極E。分成NPN和PNP兩種。我們把從基極B流至發(fā)射極E的電流叫做基極電流Ib；把從集電極C流至發(fā)射極E的電流叫做集電極電流Ic。這兩個(gè)電流的方向都是流出發(fā)射極的，所以發(fā)射極E上就用了一個(gè)箭頭來表示電流的方向。三極管的放大作用就是：集電極電流受基極電流的控制（假設(shè)電源能夠提供給集電極足夠大的電流的話），并且基極電流很小的變化，會(huì)引起集電極電流很大的變化，且變化滿足一定的比例關(guān)系：集電極電

3、流的變化量是基極電流變化量的倍，即電流變化被放大了倍，所以我們把叫做三極管的放大倍數(shù)（一般遠(yuǎn)大于1，例如幾十，幾百）。如果我們將一個(gè)變化的小信號(hào)加到基極跟發(fā)射極之間，這就會(huì)引起基極電流Ib的變化，Ib的變化被放大后，導(dǎo)致了Ic很大的變化。如果集電極電流Ic是流過一個(gè)電阻R的，那么根據(jù)電壓計(jì)算公式U=R*I可以算得，這電阻上電壓就會(huì)發(fā)生很大的變化。我們將這個(gè)電阻上的電壓取出來，就得到了放大后的電壓信號(hào)了。3、 三極管的作用 3.1、三極管是電流控制元件，使用中從完成任務(wù)所起的作用講可分為：電流放大、電壓放大、功率放大、電子開關(guān)、恒流控制、溫度補(bǔ)償、溫度采樣、光電采樣.，使用中作用是很豐富的?？梢?/p>

4、根據(jù)電路的整體結(jié)構(gòu)、完成整個(gè)任務(wù)的步驟和三極管所處的任務(wù)環(huán)節(jié)，確定三極管的功能。 3.2、晶體三極管可以實(shí)現(xiàn)電流放大的作用三極管實(shí)現(xiàn)電流放大作用的原理是：三極管能用基極電流的變化來控制集電極電流的變化，基極電流變化很小，導(dǎo)致集電極電流發(fā)生很大的變化。這也是三極管非常重要的特性。我們把集電極電流變化量與基極電流變化量的比值用符號(hào)“”表示， 一般來說“”是一個(gè)定值，但有時(shí)Ib也可能會(huì)有所改變。晶體三極管有以下三種狀態(tài)：飽和狀態(tài)、截止?fàn)顟B(tài)和放大狀態(tài)。如果加在發(fā)射結(jié)的電壓比 PN結(jié)的導(dǎo)通電壓小，基極中無電流，集電極和發(fā)射極也都無電流，在電路中相當(dāng)于一個(gè)斷開的開關(guān)，三極管就不再有電流放大作用，即為三極管

5、的截止?fàn)顟B(tài)。放大狀態(tài)：如果加在發(fā)射結(jié)的電壓比 PN結(jié)的導(dǎo)通電壓大，并取值合適時(shí)，能達(dá)到管子的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，此時(shí)基極電流的較小變化導(dǎo)致了集電極電流的極大變化，體現(xiàn)了三極管具有很強(qiáng)的電流放大作用，可起到以較小電流控制較大電流，實(shí)現(xiàn)了三極管的電流放大，即為三極管的放大狀態(tài)。飽和狀態(tài)：如果三極管發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏，三極管進(jìn)入了飽和區(qū)，飽和壓降非常小，Ib控制不了 Ic，這時(shí)三極管就沒有了電流放大能力，即為三極管的飽和狀態(tài)。三極管在三個(gè)不同的工作狀態(tài)下，可實(shí)現(xiàn)三種不同的作用。它只有在電路中滿足放大狀態(tài)的條件才可以起到放大作用。 3.3、三極管在電路中作為開關(guān)使用的特性如果三極管工作在飽和狀

6、態(tài)或截止?fàn)顟B(tài)，它就起不了放大作用。三極管若處于飽和狀態(tài)如同開關(guān)接通，若處于截止?fàn)顟B(tài)則如同開關(guān)斷開，即為三極管的開關(guān)特性。4、 發(fā)展歷史 1947年12月23日，美國新澤西州墨累山的貝爾實(shí)驗(yàn)室里，3位科學(xué)家巴丁博士、布菜頓博士和肖克萊博士在緊張而又有條不紊地做著實(shí)驗(yàn)。他們?cè)趯?dǎo)體電路中正在進(jìn)行用半導(dǎo)體晶體把聲音信號(hào)放大的實(shí)驗(yàn)。3位科學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn)，在他們發(fā)明的器件中通過的一部分微量電流，竟然可以控制另一部分流過的大得多的電流，因而產(chǎn)生了放大效應(yīng)。這個(gè)器件，就是在科技史上具有劃時(shí)代意義的成果晶體管。這位科學(xué)家因此共同榮獲了1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。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)

7、的半導(dǎo)體電子工業(yè)。作為主要部件，它及時(shí)、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)之類的高精密裝置就變成了現(xiàn)實(shí)。5、 主要參數(shù)工作電壓/電流用這個(gè)參數(shù)可以指定該管的電壓電流使用范圍.特征頻率fT:當(dāng)f= fT時(shí),三極管完全失去電流放大功能.如果工作頻率大于fT,電路將不正常工作.hFE電流放大倍數(shù).VCEO集電極發(fā)射極反向擊穿電壓,表示臨界飽和時(shí)的飽和電壓.PCM最大允許耗散功率.封裝形式指定該管的外觀形狀,如果其它參數(shù)都正確，封裝不同將導(dǎo)致組件無法在電路板上實(shí)現(xiàn).6、 特性曲線 三

8、極管的特性曲線是用來表示各個(gè)電極間電壓和電流之間的相互關(guān)系的，它反映出三極管的性能，是分析放大電路的重要依據(jù)。特性曲線可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，也可在晶體管圖示儀上直觀地顯示出來。6.1、輸入特性曲線晶體管的輸入特性曲線表示了VCE為參考變量時(shí)，IB和VBE的關(guān)系。圖1是三極管的輸入特性曲線，由圖可見，輸入特性有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1) 輸入特性也有一個(gè)“死區(qū)”。在“死區(qū)”內(nèi)，VBE雖已大于零，但I(xiàn)B幾乎仍為零。當(dāng)VBE大于某一值后，IB才隨VBE增加而明顯增大。和二極管一樣，硅晶體管的死區(qū)電壓VT（或稱為門檻電壓）約為0.5V，發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓VBE =（0.60.7）V；鍺晶體管的死區(qū)電壓VT約為0.2V，

9、導(dǎo)通電壓約（0.20.3）V。若為PNP型晶體管，則發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓VBE分別為(-0.6 -0.7)V和(-0.2 -0.3)V。（2）一般情況下，當(dāng)VCE >1V以后，輸入特性幾乎與VCE=1V時(shí)的特性重合，因?yàn)閂CE >1V后，IB無明顯改變了。晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，VCE總是大于1V的（集電結(jié)反偏），因此常用VCE1V的一條曲線來代表所有輸入特性曲線。6.2、輸出特性曲線晶體管的輸出特性曲線表示以IB為參考變量時(shí)，IC和VCE的關(guān)系，即:圖2是三極管的輸出特性曲線，當(dāng)IB改變時(shí)，可得一組曲線族，由圖可見，輸出特性曲線可分放大、截止和飽和三個(gè)區(qū)域。 （1） 截止區(qū) ：IB =

10、 0的特性曲線以下區(qū)域稱為截止區(qū)。在這個(gè)區(qū)域中，集電結(jié)處于反偏，VBE0發(fā)射結(jié)反偏或零偏，即VC>VEVB。電流IC很小，（等于反向穿透電流ICEO）工作在截止區(qū)時(shí)，晶體管在電路中猶如一個(gè)斷開的開關(guān)。（2） 飽和區(qū) ：特性曲線靠近縱軸的區(qū)域是飽和區(qū)。當(dāng)VCE<VBE時(shí)，發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均處于正偏，即VB>VC>VE。在飽和區(qū)IB增大，IC幾乎不再增大，三極管失去放大作用。規(guī)定VCE=VBE時(shí)的狀態(tài)稱為臨界飽和狀態(tài)，用VCES表示，此時(shí)集電極臨界飽和電流：七、放大原理7.1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子電源Ub經(jīng)過電阻Rb加在發(fā)射結(jié)上，發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子(自由電子）不斷地越過發(fā)射結(jié)進(jìn)入基區(qū)，形成發(fā)射極電流Ie。同時(shí)基區(qū)多數(shù)載流子也向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散，但由于多數(shù)載流子濃度遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū)載流子濃度，可以不考慮這個(gè)電流，因此可以認(rèn)為發(fā)射結(jié)主要是電子流。7.2、基區(qū)中電子的擴(kuò)散與復(fù)合電子進(jìn)入基區(qū)后，先在靠近發(fā)射結(jié)的附近密集，漸漸形成電子濃度差，在濃度差的作用下，促使電子流在基區(qū)中向集電結(jié)擴(kuò)散，被集電結(jié)電場(chǎng)拉入集電區(qū)形成集電極電流Ic。也有很小一部分電子（因?yàn)榛鶇^(qū)很薄）與基區(qū)的空穴復(fù)合，擴(kuò)散的電子