模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)講義晶體管課件

二、晶體三極管(雙極型晶體管)晶體三極管(以下簡(jiǎn)稱(chēng)三極管)是內(nèi)部含有兩個(gè)PN結(jié)、外部具有三個(gè)電極的半導(dǎo)體器件。由于它的特殊構(gòu)造，在一定條件下具有“放大”作用，被廣泛應(yīng)用于收音機(jī)、錄音機(jī)、電視機(jī)、擴(kuò)音機(jī)及各種電子設(shè)備中。1、基本結(jié)構(gòu)和分類(lèi)(1).使發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高，以有效地發(fā)射載流子；(2).使基區(qū)摻雜濃度最小，且區(qū)最薄，以有效地傳輸載流子；(3).使集電區(qū)面積最大，且摻雜濃度小于發(fā)射區(qū)，以有效地收集載流子。三極管的分類(lèi)：按半導(dǎo)體材料分：鍺三極管和硅三極管；按制作工藝分：擴(kuò)散管、合金管等；按功率不同：小功率管、中功率管和大功率管；按工作頻率不同：低頻管、高頻管和超高頻管；按用途分：放大管，開(kāi)關(guān)管等。N型硅二氧化硅保護(hù)膜BECN型硅P型硅(a)

平面型N型鍺ECB銦球銦球PP(b)合金型2、三極管的放大作用：晶體三極管具有電流放大作用，其實(shí)質(zhì)是三極管能以基極電流微小的變化量來(lái)控制集電極電流較大的變化量。這是三極管最基本的和最重要的特性。我們將ΔIc/ΔIb的比值稱(chēng)為晶體三極管的電流放大倍數(shù)，用符號(hào)“β”表示。電流放大倍數(shù)對(duì)于某一只三極管來(lái)說(shuō)是一個(gè)定值，但隨著三極管工作時(shí)基極電流的變化也會(huì)有一定的改變。三極管還可以作電子開(kāi)關(guān)，配合其它元件還可以構(gòu)成振蕩器。晶體三極管的三種工作狀態(tài)：截止?fàn)顟B(tài)：當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓小于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，基極電流為零，集電極電流和發(fā)射極電流都為零，三極管這時(shí)失去了電流放大作用，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài)，我們稱(chēng)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。放大狀態(tài)：當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并處于某一恰當(dāng)?shù)闹禃r(shí)，三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，這時(shí)基極電流對(duì)集電極電流起著控制作用，使三極管具有電流放大作用，其電流放大倍數(shù)β＝ΔIc/ΔIb，這時(shí)三極管處放大狀態(tài)。飽和導(dǎo)通狀態(tài)：當(dāng)加在三極管發(fā)射結(jié)的電壓大于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓，并當(dāng)基極電流增大到一定程度時(shí)，集電極電流不再隨著基極電流的增大而增大，而是處于某一定值附近不怎么變化，這時(shí)三極管失去電流放大作用，集電極與發(fā)射極之間的電壓很小，集電極和發(fā)射極之間相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。三極管的這種狀態(tài)我們稱(chēng)之為飽和導(dǎo)通狀態(tài)。根據(jù)三極管工作時(shí)各個(gè)電極的電位高低，就能判別三極管的工作狀態(tài)，因此，電子維修人員在維修過(guò)程中，經(jīng)常要拿多用電表測(cè)量三極管各腳的電壓，從而判別三極管的工作情況和工作狀態(tài)。3、管型判別和管電極判別：“三顛倒，找基極；PN結(jié)，定管型；順箭頭，偏轉(zhuǎn)大；測(cè)不準(zhǔn)，動(dòng)嘴巴?！?1)三顛倒，找基極：三極管是含有兩個(gè)PN結(jié)的半導(dǎo)體器件。根據(jù)兩個(gè)PN結(jié)連接方式不同，只要找出兩個(gè)PN結(jié)的公共極，即為三極管的基極。具體方法是將萬(wàn)用表調(diào)至電阻擋的R×100或R×1k擋，先用紅表筆放在三極管的一只管腳上，用黑表筆去碰三極管的另兩只管腳，如果兩次全通，則紅表筆所放的管腳就是三極管的基極。如果一次沒(méi)找到，則紅表筆換到三極管的另一個(gè)管腳，再測(cè)兩次；如還沒(méi)找到，則紅表筆再換一下，再測(cè)兩次。如果還沒(méi)找到，則改用黑表筆放在三極管的一個(gè)管腳上，用紅表筆去測(cè)兩次看是否全通，若一次沒(méi)成功再換。這樣最多測(cè)量12次，總可以找到基極。(2)PN結(jié)，定管型：找出三極管的基極后，我們就可以根據(jù)基極與另外兩個(gè)電極之間PN結(jié)的方向來(lái)確定管子的導(dǎo)電類(lèi)型。將萬(wàn)用表的黑表筆接觸基極，紅表筆接觸另外兩個(gè)電極中的任一電極，若表頭指針偏轉(zhuǎn)角度很大，則說(shuō)明被測(cè)三極管為NPN型管；若表頭指針偏轉(zhuǎn)角度很小，則被測(cè)管即為PNP型。(3)順箭頭，偏轉(zhuǎn)大：用測(cè)穿透電流ICEO的方法確定集電極c和發(fā)射極e。

(a)對(duì)于NPN型三極管，用萬(wàn)用電表的黑、紅表筆顛倒測(cè)量?jī)蓸O間的正、反向電阻Rce和Rec，雖然兩次測(cè)量中萬(wàn)用表指針偏轉(zhuǎn)角度都很小，但仔細(xì)觀察，總會(huì)有一次偏轉(zhuǎn)角度稍大，此時(shí)電流的流向一定是：黑表筆→c極→b極→e極→紅表筆，電流流向正好與三極管符號(hào)中的箭頭方向一致(“順箭頭”)，所以此時(shí)黑表筆所接的一定是集電極c，紅表筆所接的一定是發(fā)射極e。(b)對(duì)于PNP型的三極管，道理也類(lèi)似于NPN型，其電流流向一定是：黑表筆→e極→b極→c極→紅表筆，其電流流向也與三極管符號(hào)中的箭頭方向一致，所以此時(shí)黑表筆所接的一定是發(fā)射極e，紅表筆所接的一定是集電極c。(4)測(cè)不出，動(dòng)嘴巴：在“順箭頭，偏轉(zhuǎn)大”的兩次測(cè)量中，用兩只手分別捏住兩表筆與管腳的結(jié)合部，用嘴巴含住(或用舌頭抵住)基電極b，仍用“順箭頭，偏轉(zhuǎn)大”的判別方法即可區(qū)分開(kāi)集電極c與發(fā)射極e。其中人體起到直流偏置電阻的作用，目的是使效果更加明顯。在實(shí)際測(cè)量過(guò)程，也可以不用嘴去接觸基電極，而用一個(gè)手指去接觸基電極。黑表筆紅表筆阻值12∞3∞214K34K31∞2∞黑表筆接1，紅表筆接3，接觸2：100K黑表筆接3，紅表筆接1，接觸2：30K4、三極管的命名方式：國(guó)產(chǎn)晶體管的命名方法：日本半導(dǎo)體器件的命名方法：美國(guó)晶體管型號(hào)命名方法：歐洲晶體管型號(hào)命名方法：韓國(guó)三星公司：5、三極管的參數(shù)：集電板最大直流耗散功率(Pcm)：一般要求用Pcm與原管相等或較大的晶體管進(jìn)行置換。但經(jīng)過(guò)計(jì)算或測(cè)試，如果原晶體管在整機(jī)電路中實(shí)際直流耗散功率遠(yuǎn)小于其Pcm，則可以用Pcm較小的晶體管置換。集電極最大允許直流電流(Icm)：一般要求用Icm與原管相等或較大的晶體管進(jìn)行置換。擊穿電壓：用于置換的晶體管，必須能夠在整機(jī)中安全地承受最高工作電壓；頻率特性：晶體管頻率特性參數(shù)，常用的有以下2個(gè)：(1)特征頻率Ft：它是指在測(cè)試頻率足夠高時(shí)，使晶體管共發(fā)射極電流放大系數(shù)時(shí)的頻率。(2)截止頻率fb：在置換晶體管時(shí)，主要考慮Ft與fb。通常要求用于置換的晶體管，其Ft與fb，應(yīng)不小于原晶體管對(duì)應(yīng)的Ft與Fb。其他參數(shù)：除以上主要參數(shù)外，對(duì)于一些特殊的晶體管，在置換時(shí)還應(yīng)考慮以下參數(shù)：(1)對(duì)于低噪聲晶體管，在置換時(shí)應(yīng)當(dāng)用噪聲系數(shù)較小或相等的晶體管。(2)對(duì)于具有自動(dòng)增益控制性能的晶體管，在置換時(shí)應(yīng)當(dāng)用自動(dòng)增益控制特性相同的晶體管。(3)對(duì)于開(kāi)關(guān)管，在置換時(shí)還要考慮其開(kāi)關(guān)參數(shù)。CollegeofPhysicsScience&TechnologyYANGZHOUUNIVERSITYCHINA6、晶體管的代換原則(1)類(lèi)型相同：材料相同，極性相同。(2)特性相近：(3)外形相似：三、晶體管的共射特性曲線

特性曲線：晶體管的各電極電壓與電流之間的關(guān)系曲線。

（1）輸入特性曲線：輸入特性曲線

由于發(fā)射結(jié)是正向偏置的PN結(jié)，所以它的曲線與PN結(jié)的曲線相似。

uCE增加時(shí)集電結(jié)反偏，發(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)的電子更多地流向集電區(qū)，因此對(duì)應(yīng)于相同uBE，流向基極的電流比原來(lái)時(shí)減小。所以曲線往右移動(dòng)。（2）輸出特性曲線：輸出特性曲線

發(fā)射結(jié)電壓小于開(kāi)啟電壓，且集電結(jié)反向偏置，此時(shí)截止區(qū)放大區(qū)發(fā)射結(jié)電壓大于開(kāi)啟電壓，即發(fā)射結(jié)正向偏置，且集電結(jié)反向偏置，此時(shí)飽和區(qū)發(fā)射結(jié)正向偏置，且集電結(jié)也正向偏置，此時(shí)當(dāng)υCE增加時(shí)，集電結(jié)上加的反向偏置電壓也隨之增加，當(dāng)υCE增加到一定電壓（V(BR)CEO）時(shí)，集電結(jié)被擊穿，iC突然猛增。擊穿區(qū)兩個(gè)結(jié)都正偏，即Vb>Ve、Vb>Vc(NPN)Vb<Ve、Vb<Vc(PNP)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，即Vc>Vb>Ve(NPN)Vc<Vb<Ve(PNP)發(fā)射結(jié)反偏，即Vb<Ve(NPN)Vb>Ve(PNP)總結(jié)飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)例題1測(cè)得某放大電路中BJT的三個(gè)電極A、B、C的對(duì)地電壓分別為VA=6.7V，VB=6V，VC=9V。問(wèn)：硅還是鍺？管子是NPN還是PNP？A、B、C分別對(duì)應(yīng)哪個(gè)極？管子工作在放大區(qū)分析A對(duì)應(yīng)基極、B對(duì)應(yīng)發(fā)射極VC最大發(fā)射極和基極的電壓降的絕對(duì)值或是0.7V（硅）或是0.2V（鍺）硅管；A和B對(duì)應(yīng)基極和發(fā)射極VA-VB=0.7VC肯定是集電極NPN在放大區(qū)時(shí)Vc>Vb>VePNP在放大區(qū)時(shí)Vc<Vb<VeNPN例題2測(cè)得NPN型、硅BJT的三個(gè)電極b、e、c的對(duì)地電壓分別為(1)Vb=6.7V，Ve=6V，VC=9V(2)Vb=8V，Ve=7.3V，VC=7.6V(3)Vb=1V，Ve=2V，VC=9V問(wèn)：管子工作在輸出特性曲線的什么區(qū)？分析(1)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏；工作在放大區(qū)。(2)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏；工作在飽和區(qū)。(3)發(fā)射結(jié)反偏；工作在截止區(qū)。例題3測(cè)得PNP型、鍺BJT的三個(gè)電極b、e、c的對(duì)地電壓分別為(1)Vb=-6.2V，Ve=-6V，VC=-9V(2)Vb=1V，Ve=1.2V，VC=1.5V(3)Vb=8V，Ve=7.8V，VC=7V問(wèn)：管子工作在輸出特性曲線的什么區(qū)？分析(1)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏；工作在放大區(qū)。(2)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏；工作在飽和區(qū)。(3)發(fā)射結(jié)反偏；工作在截止區(qū)。⒈共射極電流放大系數(shù)β

β和在晶體管的很大的一個(gè)工作范圍之內(nèi)近似相等。β的值一般選擇在幾十至一百多；太大，管子性能不穩(wěn)定；太小，管子放大能力差。⒉極間反向電流①集電極—基極反向飽和電流ICBO②集電極—發(fā)射極反向飽和電流ICEO

四、晶體管的主要參數(shù)發(fā)射極開(kāi)路，c、b間加上一定的反向電壓時(shí)的反向電流。在一定溫度下，這個(gè)反向電流基本上是個(gè)常數(shù)，所以成為反向飽和電流，這個(gè)電流很小，它隨溫度的變化而變化?；鶚O開(kāi)路，c、e間加上一定的反向電壓時(shí)的集電極電流。該電流從集電區(qū)穿過(guò)基區(qū)流至發(fā)射區(qū)，所以又稱(chēng)穿透電流。ICEO=（1+β）ICBO⒊特征頻率fT由于晶體管PN結(jié)結(jié)電容的存在，晶體管的交流電流放大系數(shù)β是頻率的函數(shù)。信號(hào)頻率增加到一定程度時(shí)，β值下降。⒋極限參數(shù)①最大集電極電流在IC的一個(gè)很大的變化之內(nèi)β值基本不變，但當(dāng)IC超過(guò)某一個(gè)值ICM時(shí)β明顯下降。該電流稱(chēng)為最大集電極電流。集電結(jié)上允許損耗的功率最大值PCM。超過(guò)該值，管子發(fā)熱，性能下降，甚至燒毀。溫度越高，PCM值越小，所以晶體管的使用受到環(huán)境溫度的限制。硅管的上限溫度達(dá)150℃、鍺管的達(dá)70℃。為了降低溫度，常采用加散熱裝置的方法。

②最大集電極耗散功率V（BR）EBO：集電極開(kāi)路時(shí)發(fā)射極-基極間的反向擊穿電壓。③反向擊穿電壓V（BR）C