模擬電子技術(shù)教程三極管PPT教案

1、模擬模擬(mn)電子技術(shù)教程三極管電子技術(shù)教程三極管第一頁，共37頁。三極管的不同封裝形式金屬封裝塑料封裝大功率管中功率管第1頁/共37頁第二頁，共37頁。 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。兩種類型的三極管發(fā)射結(jié)(Je) 集電結(jié)(Jc) 基極(j j)，用B或b表示（Base） 發(fā)射極，用E或e表示(biosh)（Emitter）；集電極，用C或c表示(biosh)（Collector）。 發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)三極管符號(hào)三極管的結(jié)構(gòu)第2頁/共37頁第三頁，共37頁。 結(jié)構(gòu)(jigu)特點(diǎn)： 發(fā)射區(qū)的摻雜(chn z)濃度最高； 集電區(qū)摻雜(chn z)濃度低于

2、發(fā)射區(qū)，且面積大； 基區(qū)很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，且摻雜濃度最低。管芯結(jié)構(gòu)剖面圖第3頁/共37頁第四頁，共37頁。三極管的電流分配與放大作用正常放大時(shí)外加偏置(pin zh)電壓的要求bc結(jié)反偏be結(jié)正偏問：若為(ru wi)PNP管，圖中電源極性如何？發(fā)射結(jié)應(yīng)加正向電壓（正向偏置）集電結(jié)應(yīng)加反向電壓（反向偏置）第4頁/共37頁第五頁，共37頁。三極管內(nèi)載流子的傳輸過程動(dòng)畫21第5頁/共37頁第六頁，共37頁。三極管內(nèi)載流子的傳輸過程2.電子(dinz)在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合3.集電區(qū)收集擴(kuò)散(kusn)過來的電子另外,基區(qū)集電區(qū)本身存在的少子，在集電結(jié)上存在漂移運(yùn)動(dòng)，由此形成(xngc

3、hng)電流ICBO三極管內(nèi)有兩種載流子參與導(dǎo)電，故稱此種三極管為雙極型三極管，記為BJT1.發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子第6頁/共37頁第七頁，共37頁。IE=IBIC三極管三個(gè)電極間的分配關(guān)系IE=IBNICNIB=IBNICBOIC=ICNICBO第7頁/共37頁第八頁，共37頁。較大的iE如(1mA)VO= iCRL(較大)iC(較大)如(0.98mA)較小VI如(20mV)三極管的放大作用正向時(shí)PN結(jié)電流與電壓成指數(shù)(zhsh)關(guān)系VO iB=IB+iBiC=iE=IC+iCiE=IE+iE+-+_ecbRLVIOVIVAV電壓(diny)放大倍數(shù)三極管基區(qū)的電流傳遞(chund)作用第8頁

4、/共37頁第九頁，共37頁。三極管的放大作用,主要是依靠它的IE能通過基區(qū)傳輸,然后順利到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。故要保證此傳輸,一方面要滿足內(nèi)部條件,即發(fā)射區(qū)摻雜濃度要遠(yuǎn)大于基區(qū)摻雜濃度,基區(qū)要薄;另一方面要滿足外部條件,即發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)要反偏。輸入電壓的變化,是通過其改變輸入電流,再通過輸入電流的傳輸去控制輸出電壓的變化,所以是一種電流控制器件。兩個(gè)要點(diǎn)第9頁/共37頁第十頁，共37頁。2.2.2 三極管的特性(txng)三極管在電路中的連接方式共基極連接(linji)共集電極連接(linji)共發(fā)射極連接第10頁/共37頁第十一頁，共37頁。三極管的特性曲線特性曲線是指各電極(dinj)之

5、間的電壓與電流之間的關(guān)系曲線概念(ginin)輸入(shr)特性曲線輸出特性曲線第11頁/共37頁第十二頁，共37頁。vCE = 0V+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE) vCE=const(2) 當(dāng)集電結(jié)進(jìn)入反偏狀態(tài)時(shí)， vCB= vCE - vBE隨著 vCE的增大而增大，集電結(jié)的反偏加強(qiáng)。由于(yuy)基區(qū)的寬度調(diào)制效應(yīng)，基區(qū)變窄，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下 IB減小，特性曲線右移。vCE = 0VvCE 1V(1) 當(dāng)vCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安(f n)特性曲線。1. 輸入(shr)特性曲線 BJT的特性曲線（以共射極放大電路為

6、例）輸入電流與輸入電壓間的關(guān)系曲線當(dāng) vCE1V以后，由于集電結(jié)的反偏電壓可以在單位時(shí)間內(nèi)將所有到達(dá)集電結(jié)邊上的載流子拉到集電極，故iC不隨vCE變化，所以同樣的vBE下的 iB不變，特性曲線幾乎重疊。第12頁/共37頁第十三頁，共37頁。iC=f(vCE) iB=const2. 輸出特性曲線(qxin) BJT的特性(txng)曲線輸出(shch)電流與輸出(shch)電壓間的關(guān)系曲線+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域:飽和區(qū)： 的區(qū)域，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。 iC明顯受vCE控制的區(qū)域，但不隨iB的增加而增大。在飽和區(qū)，可近似認(rèn)為 vCE保

7、持不變。對(duì)于小功率硅管，一般vCES0.2V。CEBEvvCEBEV=V放大區(qū)：此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。iC不隨vCE變化，但隨iB的增大而線性增大，且CBii截止區(qū)：iB=0的輸出曲線以下的區(qū)域。此時(shí)， 發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏。iC只有很小的反向電流。CBCEBEvvv第13頁/共37頁第十四頁，共37頁。如何判斷三極管的電極、管型和材料集電結(jié)處于反向(fn xin)偏置，且|VCB|1V；NPN管集電極電位(din wi)比發(fā)射極電位(din wi)高，PNP管集電極電位(din wi)比發(fā)射極電位(din wi)低。當(dāng)三極管在電路中處于放大狀態(tài)時(shí)第14頁/共37頁第十五頁，共37頁。

8、例題(lt)一個(gè)BJT在電路中處于正常放大狀態(tài)，測(cè)得A、B和C三個(gè)管腳對(duì)地的直流電位分別為6V，0.6V，1.3V。試判別(pnbi)三個(gè)管腳的極名、是硅管還是鍺管？NPN型還是PNP型？1.3 ,0.6CBVV VV1.3 0.60.7CBVVVA集電極6,ABCVV V V管子為NPN管C基極，B發(fā)射極另一例題(lt)參見P30 2.2.2-1第15頁/共37頁第十六頁，共37頁。2.2.3 三極管的主要參數(shù)三極管的參數(shù)是用來表征管子性能優(yōu)劣(yu li)適應(yīng)范圍的，是選管的依據(jù)，共有以下三大類參數(shù)。電流(dinli)放大系數(shù)極間反向(fn xin)電流極限參數(shù)第16頁/共37頁第十七頁，

9、共37頁。電流放大系數(shù)交流(jioli)電流放大系數(shù) b=IC/IBvCE=const=IC / IB | vCE =const直流電流放大系數(shù) 共射電流(dinli)放大系數(shù)+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE第17頁/共37頁第十八頁，共37頁。電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù) =iC/iE=IC/IE共基電流(dinli)放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)第18頁/共37頁第十九頁，共37頁。與間的關(guān)系第19頁/共37頁第二十頁，共37頁。 (2) 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 極間反向(fn xin)電流ICEO (1) 集電極基極(j

10、j)間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。 即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對(duì)應(yīng)的Y坐標(biāo)的數(shù)值。 ICEO也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流。+bce-uAIe=0VCCICBO+bce-VCCICEOuA第20頁/共37頁第二十一頁，共37頁。極限(jxin)參數(shù)集電極最大允許(ynx)電流ICM集電極最大允許(ynx)功率損耗PCMPCM值與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度愈高，則PCM值愈小。當(dāng)超過此值時(shí)，管子性能將變壞或燒毀。第21頁/共37頁第二十二頁，共37頁。反向擊穿(j chun)電壓V(BR)EBO：集電極開路時(shí)發(fā)射極-基極間的反向擊穿電壓。V(BR)CBO：發(fā)射極開路時(shí)集

11、電極-基極間的反向擊穿電壓。V(BR)CEO：基極開路時(shí)集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓第22頁/共37頁第二十三頁，共37頁。安全(nqun)工作區(qū)由ICM、V(BR)CEO、及PCM三個(gè)極限(jxin)參數(shù)可畫出三極管的安全工作區(qū)圖。第23頁/共37頁第二十四頁，共37頁。2.2.4 三極管的模型(mxng)三極管的簡(jiǎn)化直流模型截止(jizh)模型飽和(boh)模型放大模型第24頁/共37頁第二十五頁，共37頁。建立小信號(hào)模型(mxng)的意義建立小信號(hào)(xnho)模型的思路 當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)電壓很小時(shí)，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線(zhxin)來代替，從而可以把三極管這

12、個(gè)非線性器件所組成的電路當(dāng)作線性電路來處理。 由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號(hào)模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡(jiǎn)化放大電路的分析和設(shè)計(jì)。三極管的小信號(hào)模型第25頁/共37頁第二十六頁，共37頁。三極管的小信號(hào)模型H參數(shù)(cnsh)的引出將共射連接(linji)三極管看成一雙端口網(wǎng)絡(luò)輸入輸出端口的函數(shù)(hnsh)表達(dá)式ebc第26頁/共37頁第二十七頁，共37頁。對(duì)輸入輸出端口的兩函數(shù)(hnsh)表達(dá)式求微分BEdvBEBCEBVvdiiBECEBCEIvdvvCdi CBCEBVidiiCCEBCEIidvv用相關(guān)符號(hào)取代(qdi)上式中的微分量后得

13、beie brecevh ih vcfe boeceih ih v微分量用交流(jioli)量取代，偏微分量用H參數(shù)取代第27頁/共37頁第二十八頁，共37頁。H參數(shù)物理(wl)含義輸出(shch)端交流短路時(shí)的輸入電阻，即 rbe。 輸入端交流開路時(shí)的反向電壓傳輸系數(shù)，即 r輸出端交流短路(dunl)時(shí)的電流放大系數(shù)，即。輸入端交流開路時(shí)的輸出電導(dǎo)，即1 / rce。第28頁/共37頁第二十九頁，共37頁。根據(jù)(gnj)可得小信號(hào)(xnho)模型BJT的H參數(shù)(cnsh)模型vbe= hieib+ hrevceic= hfeib+ hoevcevBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡(luò)H參數(shù)等

14、效電路第29頁/共37頁第三十頁，共37頁。H參數(shù)等效電路中需注意的幾點(diǎn)h參數(shù)小信號(hào)(xnho)模型是用于交流分析的，不能用于直流分析。h參數(shù)是在某個(gè)(mu )靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)得的，其數(shù)值與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)。h參數(shù)中的電流(dinli)源和電壓源都是受控源，其方向不能隨意假定。第30頁/共37頁第三十一頁，共37頁。hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即 rbe= hie = hfe ur = hre rce= 1/hoe一般采用習(xí)慣(xgun)符號(hào)則BJT的H參數(shù)(cnsh)模型為 ur很小，一般為10-310-4 ， rce很大，約為100k。故一般可忽略它們(t men)的影

15、響，得到簡(jiǎn)化電路 ib 是受控源 ，且為電流控制電流源(CCCS)。 電流方向與ib的方向是關(guān)聯(lián)的。 H參數(shù)簡(jiǎn)化等效電路 ibicvceibvbeuT vcerbercer第31頁/共37頁第三十二頁，共37頁。 H參數(shù)(cnsh)的確定 一般(ybn)用測(cè)試儀測(cè)出； rbe 與Q點(diǎn)有關(guān)(yugun)，可用圖示儀測(cè)出。一般也用公式估算 rbe rbe= rb + (1+ ) re其中對(duì)于低頻小功率管 rb200 則 )mA()mV(26)1(200EQbeIr )mA()mV()mA()mV(EQEQTeIIVr26而 (T=300K) 第32頁/共37頁第三十三頁，共37頁?？鐚?dǎo)gm衡量晶體管輸出電流隨輸入(shr)電壓變化的物理量概念(ginin)：對(duì)于(duy)共射電路ebcCmQBEdigdvBEtESt1()vVQI eVCQtIVBECEStvVEiiI e第33頁/共37頁第三十四頁，共37頁。厄利電壓VA概念(gini