電子技術(shù)基礎(chǔ)第五章晶體管

1、電子技術(shù)基礎(chǔ)第五章晶體管第1頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五1概述2晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)3幾種特殊的晶體管 晶體管第2頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五2 5.1 概述晶體管（transistor）是一種固體半導(dǎo)體器件，可以用于檢波、整流、放大、開關(guān)、穩(wěn)壓、信號(hào)調(diào)制和許多其它功能。晶體管作為一種可變開關(guān)，基于輸入的電壓，控制流出的電流，因此晶體管可做為電流的開關(guān)，和一般機(jī)械開關(guān)（如Relay、switch）不同處在于晶體管是利用電訊號(hào)來控制，而且開關(guān)速度可以非常之快，在實(shí)驗(yàn)室中的切換速度可達(dá)100GHz以上。第3頁，共38頁，2022年，5月20日，

2、4點(diǎn)22分，星期五3第4頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五4第5頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五5第6頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五6第7頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五7 1947年12月，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室的肖克利、巴丁和布拉頓組成的研究小組，研制出一種點(diǎn)接觸型的鍺晶體管。晶體管的問世，是20世紀(jì)的一項(xiàng)重大發(fā)明，是微電子革命的先聲 。 1956年，肖克利、巴丁、布拉頓三人，因發(fā)明晶體管 ， 同時(shí)榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 晶體管的歷史第8頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五8晶體管的發(fā)

3、展歷史STEP 07STEP 06STEP 051978年，英特爾發(fā)布了第一款16位處理器8086，2.9萬STEP 042002年1月：英特爾奔騰4處理器推出，5500萬個(gè) STEP 032005年5月26日：英特爾奔騰D處理器含有2.3億個(gè)STEP 02英特爾酷睿2雙核、四核處理器 5.8億STEP 011947年12月16日 晶體管1953年：第一個(gè)采用晶體管，即助聽器。1971年：英特爾發(fā)布了其第一個(gè)微處理器4004 ，2000多個(gè)第9頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五9英特爾酷睿i7處理器第10頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五10含30億

4、晶體管的GF110核心第11頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五11晶體管替代電子管第12頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五121904年，世界上第一只電子管在英國物理學(xué)家弗萊明的手下誕生了。弗萊明為此獲得了這項(xiàng)發(fā)明的專利權(quán)。人類第一只電子管的誕生，標(biāo)志著世界從此進(jìn)入了電子時(shí)代。 早期應(yīng)用于電視機(jī)、收音機(jī)擴(kuò)音機(jī)等電子產(chǎn)品中，近年來逐漸被半導(dǎo)體材料制作的放大器和集成電路取代，但目前在一些高保真的音響器材中，仍然使用低噪聲、穩(wěn)定系數(shù)高的電子管作為音頻功率放大器件 。第13頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五13由于電子管體積大、功耗大、

5、發(fā)熱厲害、壽命短、電源利用效率低、結(jié)構(gòu)脆弱而且需要高壓電源的缺點(diǎn)，現(xiàn)在它的絕大部分用途已經(jīng)基本被晶體管所取代。但是電子管負(fù)載能力強(qiáng)，線性性能優(yōu)于晶體管，在高頻大功率領(lǐng)域的工作特性要比晶體管更好，所以仍然在一些地方（如大功率無線電發(fā)射設(shè)備）繼續(xù)發(fā)揮著不可替代的作用。 第14頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五14按材料可分為：硅材料晶體管，鍺材料晶體管。按極性可分為：鍺NPN型晶體管、鍺PNP晶體管、硅NPN型晶體管和硅PNP型晶體管。 擴(kuò)散型晶體管、合金型晶體管和平面型晶體管。 晶體管的分類按半導(dǎo)體材料和極性分類按結(jié)構(gòu)及制造工藝分類第15頁，共38頁，2022年，5月20日

6、，4點(diǎn)22分，星期五15小功率晶體管中功率晶體管大功率晶體管 按電流容量分類按工作頻率分類低頻晶體管高頻晶體管超高頻晶體管等。 按封裝結(jié)構(gòu)分類金屬封裝晶體管、塑料封裝晶體管、玻璃殼封裝晶體管、表面封裝晶體管陶瓷封裝晶體管等。 第16頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五16低噪聲放大晶體管、中高頻放大晶體管、低頻放大晶體管、開關(guān)晶體管、達(dá)林頓晶體管、高反壓晶體管、帶阻晶體管、帶阻尼晶體管、微波晶體管、光敏晶體管和磁敏晶體管等 。按功能和用途分類第17頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五175.2晶體管結(jié)構(gòu)和符號(hào)NPN型晶體管ecb符號(hào)集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)

7、發(fā)射區(qū)集電極 c基極 b發(fā)射極 eNNP第18頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五18PNP型晶體管集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極 c發(fā)射極 e基極 bcbe符號(hào)NNPPN第19頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五19晶體管共發(fā)射級特性1輸入特性曲線+-bce共射極放大電路UBBUCCuBEiCiB+-uCEuCE = 0VuBE /VuCE = 0VuCE 1VuBE /V第20頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五20+-bce共射極放大電路UBBUCCuBEiCiB+-uCE2輸出特性曲線第21頁，共38頁，2022年，5月2

8、0日，4點(diǎn)22分，星期五211直流電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù)也稱靜態(tài)電流放大系數(shù)或直流放大倍數(shù)，是指在靜態(tài)無變化信號(hào)輸入時(shí)，晶體管集電極電流IC與基極電流IB的比值，一般用hFE或表示。 晶體管的主要參數(shù)=（ICICEO）/IBIC / IB第22頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五222交流電流放大系數(shù)hFE或既有區(qū)別又關(guān)系密切，兩個(gè)參數(shù)值在低頻時(shí)較接近，在高頻時(shí)有一些差異。 交流電流放大系數(shù)也稱動(dòng)態(tài)電流放大系數(shù)或交流放大倍數(shù)，是指在交流狀態(tài)下，晶體管集電極電流變化量IC與基極電流變化量IB的比值，一般用hfe或表示。 =iC/iB第23頁，共38頁，2022年，5月2

9、0日，4點(diǎn)22分，星期五233耗散功率通常將耗散功率PCM小于1W的晶體管稱為小功率晶體管，PCM等于或大于1W、小于5W的晶體管被稱為中功率晶體管，將PCM等于或大于5W的晶體管稱為大功率晶體管。 耗散功率也稱集電極最大允許耗散功率PCM，是指晶體管參數(shù)變化不超過規(guī)定允許值時(shí)的最大集電極耗散功率。 PCM= iCuCE 第24頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五244特征頻率fT晶體管的工作頻率超過截止頻率f或f時(shí)，其電流放大系數(shù)值將隨著頻率的升高而下降。特征頻率是指值降為1時(shí)晶體管的工作頻率。 將特征頻率fT小于或等于3MHz的晶體管稱為低頻管，將fT大于或等于30MH

10、z的晶體管稱為高頻管，將fT大于3MHz、小于30MHz的晶體管稱為中頻管。 第25頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五255最高振蕩頻率fM最高振蕩頻率是指晶體管的功率增益降為1時(shí)所對應(yīng)的頻率。 通常，高頻晶體管的最高振蕩頻率低于共基極截止頻率f，而特征頻率fT則高于共基極截止頻率f、低于共集電極截止頻率f。 第26頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五266集電極最大電流ICM集電極最大電流是指晶體管集電極所允許通過的最大電流。當(dāng)晶體管的集電極電流IC超過ICM時(shí)，晶體管的值等參數(shù)將發(fā)生明顯變化，影響其正常工作，甚至還會(huì)損壞。 第27頁，共38頁，20

11、22年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五277最大反向電壓最大反向電壓是指晶體管在工作時(shí)所允許施加的最高工作電壓。它包括集電極發(fā)射極反向擊穿電壓、集電極基極反向擊穿電壓和發(fā)射極基極反向擊穿電壓。 第28頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五288集電極基極之間的反向電流ICBOICBO也稱集電結(jié)反向漏電電流，是指當(dāng)晶體管的發(fā)射極開路時(shí)，集電極與基極之間的反向電流。ICBO對溫度較敏感，該值越小，說明晶體管的溫度特性越好。 第29頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五299集電極發(fā)射極之間的反向擊穿電流ICEOICEO是指當(dāng)晶體管的基極開路時(shí)，其集電極與發(fā)射極之

12、間的反向漏電電流，也稱擊穿電流。此電流值越小，說明晶體管的性能越好。 第30頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五30晶體管的性能測試選用歐姆檔的R*100（或R*1K）檔，先用紅表筆接一個(gè)管腳，黑表筆接另一個(gè)管腳，可測出兩個(gè)電阻值，然后再用紅表筆接另一個(gè)管腳，重復(fù)上述步驟，又測得一組電阻值，這樣測3次，其中有一組兩個(gè)阻值都很小的，對應(yīng)測得這組值的紅表筆接的為基極，且管子是PNP型的；反之，若用黑表筆接一個(gè)管腳，重復(fù)上述做法，若測得兩個(gè)阻值都小，對應(yīng)黑表筆為基極，且管子是NPN型的。 1判別基極和管子的類型第31頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五31因?yàn)?/p>

13、三極管發(fā)射極和集電極正確連接時(shí)大（表針擺動(dòng)幅度大），反接時(shí)就小得多。因此，先假設(shè)一個(gè)集電極，用歐姆檔連接，（對NPN型管，發(fā)射極接黑表筆，集電極接紅表筆）。測量時(shí)，用手捏住基極和假設(shè)的集電極，兩極不能接觸，若指針擺動(dòng)幅度大，而把兩極對調(diào)后指針擺動(dòng)小，則說明假設(shè)是正確的，從而確定集電極和發(fā)射極。 2判別集電極第32頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五323電流放大系數(shù)的估算 選用歐姆檔的R*100（或R*1K）檔，對NPN型管，紅表筆接發(fā)射極，黑表筆接集電極，測量時(shí)，只要比較用手捏住基極和集電極（兩極不能接觸），和把手放開兩種情況小指針擺動(dòng)的大小，擺動(dòng)越大，值越高。 第33頁

14、，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五331光敏晶體管 光敏晶體管原稱光電三極管。光敏晶體管是靠光的照射強(qiáng)弱來控制電流的器件。它可以等效看作一個(gè)光敏二極管與一只晶體管的結(jié)合，所以它具有放大作用，5.2幾種特殊的晶體管第34頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五34 光敏晶體管的檢測可從外觀上檢查，靠近管鍵（凸起）或較長的一個(gè)引腳是發(fā)射極e，離管鍵較遠(yuǎn)或較短的另一引腳是集電極c。第35頁，共38頁，2022年，5月20日，4點(diǎn)22分，星期五352互補(bǔ)、達(dá)林頓大功率晶體管“達(dá)林頓”是指兩個(gè)三極管在一起的組合方式，這種組合方式有4種，NPN管和NPN管、PNP管和PNP管、NPN管和PNP管、PN