三極管及其基本放大電路

1、第二章：三極管及其基本放大電路第二章：三極管及其基本放大電路考綱要求1.理解三極管的基本構造、電流放大作用、伏安特性和主要參數；2.會用萬用表判別三極管的管型及管腳極性。 學習內容1.三極管的結構與工作原理2.三極管的伏安特性曲線3.三極管的主要參數4.三極管的檢測2.1.1 三極管的基本結構類型和符號三極管分有三極管分有NPNNPN型和型和PNPPNP型，雖然它們外形各異，品種繁多，但它們的共型，雖然它們外形各異，品種繁多，但它們的共同特征相同：都有三個分區(qū)、兩個同特征相同：都有三個分區(qū)、兩個PNPN結和三個向外引出的電極：結和三個向外引出的電極：發(fā)射極發(fā)射極e發(fā)射結發(fā)射結集電結集電結基區(qū)基

2、區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)集電極集電極c基極基極b常見三極管外形及文字符號NPN型三極管圖符號型三極管圖符號大功率低頻三極管大功率低頻三極管小功率高頻三極管小功率高頻三極管中功率低頻三極管中功率低頻三極管PNP型三極管圖符號型三極管圖符號圖中箭頭方向為發(fā)射極電流的方向。2.1.2 三極管的電流分配關系及放大作用晶體管實現電流放大作用的(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)為減少載流子在基區(qū)的復合機會，基區(qū)做得很薄，一般為幾個微米，且摻雜濃度極低。(3)集電區(qū)體積較大，且為了順利收集邊緣載流子，摻雜濃度界于發(fā)射極和基極之間。 可見，雙極型三極管并非是兩個PN 結的簡單組合

3、，而是利用一定的摻雜工藝制作而成。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。晶體管實現電流放大作用的UBBRB(1)發(fā)射結必須“正向偏置”，以利于發(fā)射區(qū)電子的擴散，擴散電流即發(fā)射極電流ie，擴散電子的少數與基區(qū)空穴復合，形成基極電流ib，多數繼續(xù)向集電結邊緣擴散。UCCRC(2)集電結必須“反向偏置”，以利于收集擴散到集電結邊緣的多數擴散電子，收集到集電區(qū)的電子形成集電極電流ic。IEICIB 整個過程中，發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射的電子數等于基區(qū)復合掉的電子與集電區(qū)收集的電子數之和，即： 由于發(fā)射結處正偏，發(fā)射區(qū)的多數載流子自由電子將不斷擴散到基區(qū)，并不斷從電源補充進電子，

4、形成發(fā)射極電流I IE E。 由于基區(qū)很薄，且多數載流子濃度又很低，所以從發(fā)射極擴散過來的電子只有很少一部分和基區(qū)的空穴相復合形成基極電流I IB B，剩下的絕大部分電子則都擴散到了集電結邊緣。 集電結由于反偏，可將從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)并到達集電區(qū)邊緣的電子拉入集電區(qū)，從而形成較大的集電極電流I IC C。只要符合三極管發(fā)射區(qū)高摻雜、基區(qū)摻雜濃度很低，集電區(qū)的摻雜濃度介于發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間，且基區(qū)做得很薄的內部條件內部條件，再加上晶體管的發(fā)射結正偏、集電結反偏的外部條件外部條件，三極管就具有了放大電流的能力。 三極管的集電極電流I IC C稍小于I IE E，但遠大于I IB B，I IC C與I

5、 IB B的比值在一定范圍內基本保持不變。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，I IB B由40A增加到50A時，I IC C將從3.2mA增大到4mA，即：8010)4050(10)2.34(63BCII 由此可得：微小的基極電流I IB B可以控制較大的集電極電流I IC C，故三極管屬于電流控制器件。三極管的特性曲線(1) 輸入特性曲線以常用的共射極放大電路為例說明（ U UCECE為常數時，為常數時，I IB B和和U UBEBE之間的關系）之間的關系）UCE=0VUBE /VIB / A0UCE =0VUBBUCCRC+RB令令UBB從從0開始增加開始增加

6、IBIE=IBUBE令令UCC為為0UCE=0時的輸時的輸入特性曲線入特性曲線UCE為為0時時UCE =0.5VUCE=0VUBE /VIB / A0UBBUCCRC+RB令令UBB重重新從新從0開開始增加始增加IBICUBE增大增大UCC讓讓UCE=0.5VUCE =1VUCE=0.5VUCE=0.5V的的特性曲線特性曲線繼續(xù)增繼續(xù)增大大UCC讓讓UCE=1V令令UBB重重新從新從0開開始增加始增加UCE=1VUCE=1V的的特性曲線特性曲線 實用中三極管的U UCECE值一般都超過1V，所以其輸入特性通常采用U UCECE= =1V時的曲線。從特性曲線可看出，三極管的輸入特性與二極管的正向

7、特性非常相似。UCE1V的的特性曲線特性曲線(2) 輸出特性曲線先把先把IB調到調到某一固定值某一固定值保持不變。保持不變。 當IB不變時，輸出回路中的電流IC與管子輸出端電壓UCE之間的關系曲線稱為輸出特性。然后調節(jié)然后調節(jié)UCC使使UCE從從0增增大，觀察毫安表中大，觀察毫安表中IC的變的變化并記錄下來?；⒂涗浵聛?。UCEUBBUCCRCRBICIBUBEmA AIEIBUCE / VIC /mA0UBBUCCRCRBICIBUBEmA AIE再調節(jié)再調節(jié)IB1至至另一稍小的另一稍小的固定值上保固定值上保持不變。持不變。仍然調節(jié)仍然調節(jié)UCC使使UCE從從0增增大，繼續(xù)觀察毫安表中大，繼

8、續(xù)觀察毫安表中IC的變化并記錄下來。的變化并記錄下來。UCEUCE / VIC /mA0IBIB1IB2IB3IB=0 如此不斷重復上述過程，我們即可得到不同基極電流I IB B對應相應I IC C、U UCECE數值的一組輸出特性曲線。輸出曲線開始部分很陡輸出曲線開始部分很陡，說明，說明IC隨隨UCE的增加而的增加而急劇增大。急劇增大。當當UCE增至一定數值時增至一定數值時(一般小于一般小于1V)，輸出特性曲線變得平坦，表明，輸出特性曲線變得平坦，表明IC基基本上不再隨本上不再隨UCE而變化。而變化。UCE / VIC /mA020 AIB=040 A60 AIB=100 A80 A4321

9、1.52.3輸出特性曲線上一般可分為三個區(qū)：飽和區(qū)飽和區(qū)。當。當發(fā)射結和發(fā)射結和集電結均為正向偏置集電結均為正向偏置時，三極管處于飽和時，三極管處于飽和狀態(tài)。此時集電極電狀態(tài)。此時集電極電流流IC與基極電流與基極電流IB之之間不再成比例關系，間不再成比例關系，IB的變化對的變化對IC的影響的影響很小。很小。截止區(qū)截止區(qū)。當基極電。當基極電流流IB等于等于0時，晶體時，晶體管處于截止狀態(tài)。管處于截止狀態(tài)。實際上當發(fā)射結電實際上當發(fā)射結電壓處在正向死區(qū)范壓處在正向死區(qū)范圍時，晶體管就已圍時，晶體管就已經截止，為讓其可經截止，為讓其可靠截止，常使靠截止，常使UBE小于和等于零。小于和等于零。 晶體管

10、工作在放大狀態(tài)時，發(fā)射結正偏，集電結反偏。在放大區(qū)，集電極電流與基極電流之間成倍的數量關系，即晶體管在放大區(qū)時具有電流放大作用。 管子深度飽和時，硅管的VCE約為0.3V，鍺管約為0.1V,由于深度飽和時VCE約等于0，晶體管在電路中猶如一個閉合的開關。例1: 用直流電壓表測得放大電路中晶體管T1各電極的對地電位分別為V1 = +10V，V2= 0V，V3= +0.7V，如圖（a）所示, T2管各電極電位V1 = +0V，V2= -0.3V，V3= -5V，如圖（b）所示，試判斷T1和T2各是何類型、何材料的管子，x、y、z各是何電極？ 2 3 21T131T1 (a) (b)解解： 工作在放

11、大區(qū)的工作在放大區(qū)的NPN型晶體管應滿足型晶體管應滿足VCVB VE ，PNP型晶體管應滿足型晶體管應滿足VCVBV3 V2,，所以，所以1為集電極，為集電極，2為發(fā)射極，為發(fā)射極，3為基極，滿為基極，滿足足VCVB VE,的關系，管子為的關系，管子為NPN型。型。（2）在圖（）在圖（b）中，）中，1與與2的電壓為的電壓為0.3V，可確定為鍺管，又，可確定為鍺管，又因因V3V2 V1,，所以，所以3為集電極，為集電極，1為發(fā)射極，為發(fā)射極，2為基極，滿足為基極，滿足VCVBICM時，晶體管不一定燒時，晶體管不一定燒損，但損，但值明顯下降。值明顯下降。集電極最大允許功耗PCMCMP晶體管上的功晶

12、體管上的功耗超過耗超過PCM，管，管子將損壞。子將損壞。3.極間電流指基極開路時，指基極開路時，電流。該值越小越好。電流。該值越小越好。. . 集電極反向飽和電流集電極反向飽和電流I ICBOCBO, ,是少數載流子運是少數載流子運動的結果，其值越小越好。動的結果，其值越小越好。 晶體管的發(fā)射極和集晶體管的發(fā)射極和集電極是不能互換使用的電極是不能互換使用的。因為發(fā)射區(qū)和集電區(qū)。因為發(fā)射區(qū)和集電區(qū)的摻雜質濃度差別較大的摻雜質濃度差別較大，如果把兩個極互換使，如果把兩個極互換使用，則嚴重影響晶體管用，則嚴重影響晶體管的電流放大能力，甚至的電流放大能力，甚至造成放大能力喪失。造成放大能力喪失。晶體管

13、的發(fā)射極晶體管的發(fā)射極和集電極能否互和集電極能否互換使用？為什么換使用？為什么? 晶體管在輸出特性曲線的晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時，飽和區(qū)工作時，UCEUBE，集電結也處于正偏，這時內集電結也處于正偏，這時內電場被大大削弱，因此極不電場被大大削弱，因此極不利于集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)到利于集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)到達集電結邊緣的電子，這種達集電結邊緣的電子，這種情況下，集電極電流情況下，集電極電流IC與基與基極電流極電流IB不再是不再是倍的關系倍的關系，因此，晶體管的電流放大能因此，晶體管的電流放大能力大大下降。力大大下降。晶體管在輸出特性曲線的晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時，其電流放飽和區(qū)工

14、作時，其電流放大系數是否也等于大系數是否也等于？為什么晶體管基區(qū)摻雜為什么晶體管基區(qū)摻雜質濃度小？而且還要做質濃度??？而且還要做得很??？得很??？ 為了使發(fā)射區(qū)擴散電子的絕大多數無為了使發(fā)射區(qū)擴散電子的絕大多數無法在基區(qū)和空穴復合，由于基區(qū)摻雜深法在基區(qū)和空穴復合，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)空穴相復合形成基極電擴散電子與基區(qū)空穴相復合形成基極電流，剩余大部分擴散電子繼續(xù)向集電結流，剩余大部分擴散電子繼續(xù)向集電結擴散，由于集成電結反偏，這些集結到擴散，由于集成電結反偏，這些集結到集電結邊緣的自由電子被集電極收集后集電結邊緣的自由

15、電子被集電極收集后形成集電極電流。形成集電極電流。用萬用表測試二極管好壞及極性的方法用萬用表歐姆檔檢查二極管是否存在單向導電性？并判別其極性。正向導通電正向導通電阻很小。指阻很小。指針偏轉大。針偏轉大。反向阻斷時電反向阻斷時電阻很大，指針阻很大，指針基本不動?；静粍?。 選擇萬用表R1k 的歐姆檔，其中黑表棒作為電源正極，紅表棒作為電源負極，根據二極管正向導通、反向阻斷的單向導電性將表棒對調一次即可測出其極性及好壞。如何判斷二級管的正負極呢？用萬用表測試三極管好壞及極性的方法 用指針式萬用表檢測三極管的基極和管型：指針不動，說明管指針不動，說明管子反偏截止，因此子反偏截止，因此為為NPN型。型

16、。 先將萬用表置于Rlk 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后，指針仍不動(或仍偏轉)，則說明管子已經(或已被)損壞。指針偏轉，說明管指針偏轉，說明管子正向導通，因此子正向導通，因此為為PNP型。型。 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兩極充當基極電阻RB(兩手不能相接觸)。注意觀察電表指針偏轉的大??； 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的大小。人體電阻人體電阻人體電阻人體電阻假定極正確假定極正確假定極錯誤假定極錯誤 用萬用表R1k歐姆檔判別發(fā)射極E和集電極C 偏轉較大的假定極是正確的！偏轉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。1