電子技術(shù)及應(yīng)用-第六章

城市軌道交通電子技術(shù)及應(yīng)用人民交通出版社單永欣主編陜西電子科技職業(yè)學(xué)院主講：王玉寶6.常用半導(dǎo)體器件(10學(xué)時(shí))7.交流放大電路(12學(xué)時(shí))8.集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用(10學(xué)時(shí))9.直流電源(6學(xué)時(shí))10.數(shù)字電路(20學(xué)時(shí))11.城市軌道交通遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)(6學(xué)時(shí))目錄第六章主要講述半導(dǎo)體器件的工作原理，為學(xué)習(xí)以后各章創(chuàng)造必要的條件；

第七章主要討論了根本放大電路的組成原理、工作狀態(tài)的分析以及放大電路的指標(biāo)計(jì)算，為本課程的重要根底；第八章討論運(yùn)算放大器的組成、性能指標(biāo)、分析方法以及線性/非線性應(yīng)用；第九章為直流電源；第十章為數(shù)字電子技術(shù)，主要講述了邏輯代數(shù)的化簡(jiǎn)、組合邏輯電路的分析與設(shè)計(jì)、同步時(shí)序電路的分析與設(shè)計(jì)及應(yīng)用；第十一章扼要介紹了城市軌道交通運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的知識(shí)。教材內(nèi)容簡(jiǎn)解《城市軌道交通電子技術(shù)及應(yīng)用》模擬電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)城市軌道交通運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)具體安排和要求1.學(xué)習(xí)方法注重根本概念、根本原理、根本分析方法的訓(xùn)練與培養(yǎng)，掌握分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的思路和方法。3.教學(xué)參考書(shū)2.課時(shí)及成績(jī)?cè)u(píng)定標(biāo)準(zhǔn)課時(shí)：72學(xué)時(shí)=64(理論)+8(實(shí)驗(yàn))作業(yè)：課后復(fù)習(xí)與思考習(xí)題選作成績(jī)：平時(shí)20%+期中30%+期末50%江曉安主編，《模擬電子技術(shù)》第四版，西安電子科技大學(xué)出版社江曉安主編，《數(shù)字電子技術(shù)》第四版，西安電子科技大學(xué)出版社康華光主編，《電子技術(shù)根底》第三版，高等教育出版社陳國(guó)聯(lián)主編，《電子技術(shù)》第一版，西安交通大學(xué)出版社閻石主編，《數(shù)字電子技術(shù)根底習(xí)題解答》第五版，高等教育出版社第六章常用半導(dǎo)體器件§6.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)§

6.2半導(dǎo)體二極管§

6.3特殊二極管§

6.4半導(dǎo)體三極管本章主要學(xué)習(xí)要點(diǎn)：(1)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性；(2)PN結(jié)的工作原理和主要特性；(3)三極管的工作原理和主要特性?！?.1半導(dǎo)體的根底知識(shí)物質(zhì)

導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體導(dǎo)電性能原子結(jié)構(gòu)最外層軌道電子≤3最外層軌道電子=4最外層軌道電子≥5半導(dǎo)體——導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)。其組成原子按照一定的規(guī)律排列，具有晶體結(jié)構(gòu)。一、半導(dǎo)體半導(dǎo)體材料

元素半導(dǎo)體化合物半導(dǎo)體摻雜或其他化合物半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體1.本征半導(dǎo)體完全純潔的、不含其他雜質(zhì)且具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱(chēng)為本征半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體又稱(chēng)純潔半導(dǎo)體。+4圖6-1硅和鍺簡(jiǎn)化原子結(jié)構(gòu)模型圖6-2本征半導(dǎo)體共價(jià)鍵晶體結(jié)構(gòu)示意圖硅或鍺材料拉制成單晶體時(shí),相鄰兩個(gè)原子的一對(duì)最外層電子(價(jià)電子)成為共有電子,它們一方面圍繞自身的原子核運(yùn)動(dòng),另一方面又出現(xiàn)在相鄰原子所屬的軌道上。即價(jià)電子不僅受到自身原子核的作用,同時(shí)還受到相鄰原子核的吸引。于是,兩個(gè)相鄰的原子共有一對(duì)價(jià)電子,組成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)。故晶體中,每個(gè)原子都和周?chē)模磦€(gè)原子以共價(jià)鍵的形式互相緊密地聯(lián)系起來(lái),如圖6-2所示。由于本征半導(dǎo)體每個(gè)原子都和周?chē)模磦€(gè)原子以共價(jià)鍵形式結(jié)合，原子之間的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定，價(jià)電子不易脫離束縛而成為自由電子。當(dāng)共價(jià)鍵中的價(jià)電子由于熱運(yùn)動(dòng)而獲得一定的能量,其中少數(shù)能夠擺脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子,同時(shí)必然在共價(jià)鍵中留下一個(gè)“空位〞,稱(chēng)為空穴?？昭◣д?如圖6-3所示?？昭ǖ某霈F(xiàn)是半導(dǎo)體區(qū)別于導(dǎo)體的一個(gè)重要特點(diǎn)。圖6-3本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴由此可見(jiàn),半導(dǎo)體中存在著兩種載流子：帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴。本征半導(dǎo)體中,自由電子與空穴是同時(shí)成對(duì)產(chǎn)生的。因此，它們的濃度是相等的。我們用n和p分別表示電子和空穴的濃度,即ni=pi,下標(biāo)i表示為本征半導(dǎo)體。++μA+--自由電子空穴-價(jià)電子在熱運(yùn)動(dòng)中獲得能量產(chǎn)生了電子--空穴對(duì)。同時(shí)自由電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中失去能量,與空穴相遇,使電子--空穴對(duì)消失，這種現(xiàn)象稱(chēng)為復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生過(guò)程和復(fù)合過(guò)程是相對(duì)平衡的，載流子的濃度是一定的。圖6-4半導(dǎo)體的兩種載流子在本征半導(dǎo)體中,摻入微量５價(jià)元素,如磷、銻、砷等,那么原來(lái)晶格中的某些硅(鍺)原子被雜質(zhì)原子代替。由于雜質(zhì)原子的最外層有５個(gè)價(jià)電子,因此它與周?chē)磦€(gè)硅(鍺)原子組成共價(jià)鍵時(shí),還多余1個(gè)價(jià)電子。它不受共價(jià)鍵的束縛，而只受自身原子核的束縛，因此，它只要得到較少的能量就能成為自由電子，并留下帶正電的雜質(zhì)離子，它不能參與導(dǎo)電，如圖6-5所示。2.雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中雖然存在兩種載流子，但因本征載流子的濃度很低，所以，他們的導(dǎo)電能力很差。當(dāng)我們?nèi)藶榈亍⒂锌刂频負(fù)饺肷倭康奶囟s質(zhì)時(shí)，其導(dǎo)電特性將產(chǎn)生質(zhì)的變化。摻入雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體。(1)N型半導(dǎo)體圖6-5Ｎ型半導(dǎo)體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)顯然，這種雜質(zhì)半導(dǎo)體中電子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴的濃度，即nn>>pn(下標(biāo)ｎ表示是Ｎ型半導(dǎo)體)，主要靠電子導(dǎo)電，所以稱(chēng)為Ｎ型半導(dǎo)體，也稱(chēng)為電子型半導(dǎo)體。Ｎ型半導(dǎo)體中,自由電子稱(chēng)為多數(shù)載流子；空穴稱(chēng)為少數(shù)載流子。(2)P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中,摻入少量3價(jià)元素,如硼、鎵、銦等，那么原來(lái)晶格中的某些硅(鍺)原子被雜質(zhì)原子代替。由于雜質(zhì)原子的最外層有3個(gè)價(jià)電子，在與周?chē)?鍺)原子組成共價(jià)鍵時(shí)因缺少1個(gè)電子而形成一個(gè)空位。其他共價(jià)鍵的電子只需擺脫一個(gè)原子核的束縛就可轉(zhuǎn)移到空位上形成空穴。因此，在較少的能量就可形成空穴，并留下帶負(fù)電的雜質(zhì)離子，它不能參與導(dǎo)電，如圖6-6所示。在P型半導(dǎo)體中，pp>>np(下標(biāo)p表示是P型半導(dǎo)體)。圖6-6P型半導(dǎo)體共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)二、PN結(jié)在一塊本征半導(dǎo)體上，用工藝的方法使其一邊形成Ｎ型半導(dǎo)體，另一邊形成P型半導(dǎo)體，N區(qū)中的自由電子會(huì)擴(kuò)散到P區(qū)，并與P型半導(dǎo)體中的空穴復(fù)合；同時(shí)P區(qū)中濃度高的空穴會(huì)擴(kuò)散到N區(qū)，并與N型半導(dǎo)體中的自由電子復(fù)合。那么在兩種半導(dǎo)體的交界處，可自由移動(dòng)的空穴和自由電子相互中和形成了一個(gè)具有特殊電性能的薄層，稱(chēng)為空間電荷區(qū)，即PN結(jié)。PN結(jié)是構(gòu)成其他半導(dǎo)體器件的根底(1個(gè)PN結(jié)：二極管2個(gè)PN結(jié)：三極管)。圖6-7PN結(jié)的形成(a)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)(b)平衡時(shí)阻擋層形成1.PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?a)外加正向電壓(b)外加反向電壓圖6-8PN結(jié)的單向?qū)щ娦詫㈦娫吹恼龢O接Ｐ區(qū),負(fù)極接Ｎ區(qū)。此時(shí)外加電壓在阻擋層內(nèi)形成的電場(chǎng)與自建場(chǎng)方向相反,削弱了自建場(chǎng),使阻擋層變窄,如圖6-8(a)所示。PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)，呈現(xiàn)的電阻稱(chēng)為正向電阻，其阻值很小。將電源的正極接Ｎ區(qū),負(fù)極接Ｐ區(qū)。此時(shí)外加電壓在阻擋層內(nèi)形成的電場(chǎng)與自建場(chǎng)方向相同,增強(qiáng)了自建場(chǎng),使阻擋層變寬，如圖6-8(b)所示。此時(shí)，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，呈現(xiàn)的電阻稱(chēng)為反向電阻，其阻值很大，高達(dá)105歐姆以上。(1)ＰＮ結(jié)外加正向電壓(2)ＰＮ結(jié)外加反向電壓圖6-9PN結(jié)伏安特性曲線PN結(jié)伏安特性方程2.PN結(jié)的擊穿PN結(jié)處于反向偏置時(shí),在一定電壓范圍內(nèi),流過(guò)ＰＮ結(jié)的電流是很小的反向飽和電流。但是當(dāng)反向電壓超過(guò)某一數(shù)值(ＵＢ)后,反向電流急劇增加,這種現(xiàn)象稱(chēng)為反向擊穿。ＵＢ稱(chēng)為擊穿電壓。發(fā)生擊穿并不一定意味著ＰＮ結(jié)被損壞。當(dāng)PN結(jié)反向擊穿時(shí),只要注意控制反向電流的數(shù)值(一般通過(guò)串接電阻Ｒ實(shí)現(xiàn)),不使其過(guò)大,以免因過(guò)熱而燒壞ＰＮ結(jié),當(dāng)反向電壓(絕對(duì)值)降低時(shí),ＰＮ結(jié)的性能就可以恢復(fù)正常。穩(wěn)壓二極管正是利用了ＰＮ結(jié)的反向擊穿特性來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的,當(dāng)流過(guò)ＰＮ結(jié)的電流變化時(shí),結(jié)電壓保持ＵＢ根本不變?！?.2半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管——由PN結(jié)加上引線和管殼組成

Ｐ區(qū)引線為陽(yáng)極，Ｎ區(qū)引線為陰極

導(dǎo)通時(shí)電流方向由陽(yáng)極通過(guò)管子內(nèi)部流向陰極一、半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)二極管分類(lèi)按材料來(lái)分按結(jié)構(gòu)來(lái)分按用途來(lái)分硅二極管點(diǎn)接觸型鍺二極管面接觸型硅平面型普通二極管整流二極管穩(wěn)壓二極管點(diǎn)接觸型二極管特點(diǎn)是：結(jié)面積小，因而結(jié)電容小，適用于高頻下工作，但不能通過(guò)很大的電流。主要應(yīng)用于小電流的整流和檢波、混頻等。面接觸型二極管特點(diǎn)是：結(jié)面積大，因而能通過(guò)較大的電流，但其結(jié)電容也大，適用于較低的頻率下工作。主要應(yīng)用整流電路。硅平面型二極管特點(diǎn)是：結(jié)面積大的，可通過(guò)較大的電流，適用于大功率整流;結(jié)面積小的，結(jié)電容小，適合在脈沖數(shù)字電路中作開(kāi)關(guān)管。半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和符號(hào)二極管符號(hào)穩(wěn)壓二極管變?nèi)荻O管發(fā)光二極管光電二極管第一部分（數(shù)字）第二部分（拼音）第三部分（拼音）第四部分（數(shù)字）第五部分（拼音）電極數(shù)材料和極性類(lèi)型序號(hào)規(guī)格號(hào)（表示反向峰值電壓的檔次）符號(hào)意義符號(hào)意義符號(hào)意義2二極管AN型鍺材料P普通管BP型鍺材料Z整流管CN型硅材料W穩(wěn)壓管DP型硅材料U光電管K開(kāi)關(guān)管C參量管L整流堆S隧道管二極管的型號(hào)組成及其意義國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《半導(dǎo)體分立器件型號(hào)命名方法》(GB/T249—1989)二、半導(dǎo)體二極管的伏安特性及其檢測(cè)二極管的電流與電壓的關(guān)系曲線，稱(chēng)為二極管的伏安特性。導(dǎo)致二極管特性與PN結(jié)理論特性略有差異的因素有：引線電阻、半導(dǎo)體的體電阻以及外表漏電流等。二極管的伏安特性曲線是非線性的，分為三局部：正向特性、反向特性和反向擊穿特性。(a)2AP22(鍺管)特性(b)2CP10~20(鍺管)特性(c)硅二極管的特性圖6-10二極管的伏安特性曲線1、正向特性2、反向特性位于圖中第一象限。正向電壓低于某一數(shù)值時(shí)，正向電流很小，只有當(dāng)正向電壓高于某一值后，才有明顯的正向電流。該電壓稱(chēng)為導(dǎo)通電壓，又稱(chēng)為門(mén)限電壓或死區(qū)電壓，用Uon表示。在室溫下，硅管的Uon約為0.6~0.8V,鍺管的Uon約為0.1~0.3V。通常認(rèn)為,當(dāng)正向電壓Ｕ＜Uon時(shí)，二極管截止；Ｕ＞Uon時(shí)，二極管導(dǎo)通。位于圖中第三象限。二極管加上反向電壓時(shí)，形成很小的反向電流，且在一定溫度下它的數(shù)量根本維持不變，因此，當(dāng)反向電壓在一定范圍內(nèi)增大時(shí)，反向電流的大小根本恒定，而與反向電壓大小無(wú)關(guān)，故稱(chēng)為反向飽和電流，一般小功率鍺管的反向電流可達(dá)幾十μA，而小功率硅管的反向電流要小得多，一般在0.1μA以下。3、溫度特性二極管的特性對(duì)溫度很敏感,溫度升高,正向特性曲線向左移,反向特性曲線向下移。其規(guī)律是：在室溫附近,在同一電流下,溫度每升高1℃,正向壓降減小2~2.5ｍV；溫度每升高10℃,反向電流約增大1倍。4、管腳識(shí)別和檢測(cè)(自學(xué))三、半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)1、最大整流電流IDM二極管長(zhǎng)期工作時(shí)，允許通過(guò)的最大的正向平均電流。(取決于PN結(jié)的面積、材料和散熱情況)2、反向工作峰值電壓VRM管子不被擊穿所允許的最大反向電壓。(取反向擊穿電壓的一半)3、反向峰值電流IRM二極管加反向電壓VRM時(shí)的反向電流值。(值越小，二極管單向?qū)щ娦栽胶?4、最高工作頻率?M二極管單向?qū)щ娮饔瞄_(kāi)始明顯退化的交流信號(hào)的頻率。(取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小)5、二極管的直流電阻RD加到二極管兩端的直流電壓與流過(guò)二極管的電流之比。6、二極管的交流電阻rd在二極管工作點(diǎn)附近,電壓的微變值ΔU與相應(yīng)的微變電流值ΔI之比。(工作點(diǎn)Q處的切線斜率的倒數(shù))表6-1半導(dǎo)體二極管的典型參數(shù)四、半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用電路1.開(kāi)關(guān)電路圖1-11電子開(kāi)關(guān)電路電路工作原理電路工作原理：在負(fù)半周時(shí),二極管截止,那么2.單相半波整流電路圖1-12整流電路與波形在正半周時(shí),二極管導(dǎo)通,那么3.鉗位電路假設(shè)A點(diǎn)UA=0，二極管VD可正向?qū)?，其壓降很小，故F點(diǎn)的電位也被鉗制在0V左右，即UF≈0利用二極管正向?qū)〞r(shí)壓降很小的特性，可組成鉗位電路。圖1-13二極管鉗位電路圖1-14二極管“與〞門(mén)電路圖6-15例6-1圖例6-1在圖6-15所示電路中，當(dāng)開(kāi)關(guān)S閉合后，H1、H2兩個(gè)指示燈哪一個(gè)可能發(fā)光？例6-2由理想二極管組成的電路如圖6-16所示，試確定各電路的輸出電壓Uo。圖6-16例6-2圖§6.3特殊二極管一、穩(wěn)壓二極管圖6-17穩(wěn)壓二極管的電路圖、伏安特性和電路符號(hào)穩(wěn)壓二極管的工作機(jī)理是利用PN結(jié)的反向擊穿特性，其穩(wěn)定電壓值是穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時(shí)的穩(wěn)定工作電壓。穩(wěn)壓管正向偏壓時(shí)，其特性和普通二極管一樣；反向偏壓時(shí)，開(kāi)始一段和二極管一樣，當(dāng)反向電壓到達(dá)一定數(shù)值以后，反向電流突然上升，而且電流在一定范圍內(nèi)增長(zhǎng)時(shí)，管兩端電壓只有少許增加，變化很小，說(shuō)明它具有很好的穩(wěn)壓性能。1、使用穩(wěn)壓管組成電路時(shí)需注意的問(wèn)題：2、穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：(1)穩(wěn)壓管正常工作是在反向擊穿狀態(tài)；(2)穩(wěn)壓管應(yīng)與負(fù)載并聯(lián)；(3)必須限制流過(guò)穩(wěn)壓管的電流Iz。(1)穩(wěn)定電壓Uz穩(wěn)定電壓隨著工作電流的不同而略有變化,因而測(cè)試Uz時(shí)應(yīng)使穩(wěn)壓管的電流為規(guī)定值。(2)穩(wěn)定電流Iz穩(wěn)定電流是使穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的最小電流,低于此值時(shí)穩(wěn)壓效果較差。工作時(shí)應(yīng)使流過(guò)穩(wěn)壓管的電流大于此值。一般情況是,工作電流較大時(shí),穩(wěn)壓性能較好。但電流要受管子功耗的限制,即Izmax=Pz/Uz。(3)電壓溫度系數(shù)αα指穩(wěn)壓管溫度變化1℃時(shí),所引起的穩(wěn)定電壓變化的百分比。(4)動(dòng)態(tài)電阻rzrz是穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓區(qū)時(shí),兩端電壓變化量與電流變化量之比,即rz=ΔU/ΔI。rz值越小,那么穩(wěn)壓性能越好。(5)額定功耗PzPz取決于穩(wěn)壓管允許的溫升。發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱(chēng)LED(LightEmittingDiode)是一種將電能直接轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體固體顯示器件，主要是由Ⅲ~Ⅴ族化合物半導(dǎo)體如GaAs、GaP制成，符號(hào)如圖6-18所示。二、發(fā)光二極管圖6-18發(fā)光二極管符號(hào)當(dāng)加正向電壓時(shí)，P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子擴(kuò)散至對(duì)方并與多數(shù)載流子發(fā)生復(fù)合，復(fù)合過(guò)程中，有一局部能量以光子的形式放出，使二極管發(fā)光。發(fā)出的光波可以是紅外光或可見(jiàn)光。發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)管壓降為1.5~2.5V。三、光電二極管圖6-19光電二極管符號(hào)光電二極管又稱(chēng)光敏二極管，是一種將光能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件，符號(hào)如圖6-19所示。其結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，只是在管殼上留有一個(gè)能使光線照入的窗口。光電二極管被光照射時(shí)，產(chǎn)生大量的電子和空穴，從而提高了少子的濃度，在反向偏置下，產(chǎn)生漂移電流，從而使反向電流增加，等效于一個(gè)恒流源。反向電流大小與光照強(qiáng)弱以及入射光波長(zhǎng)有光。將光電二極管和發(fā)光二極管組合起來(lái)可組成二極管型的光電耦合器，如圖6-20所示。它以光為媒介可實(shí)現(xiàn)電信號(hào)的傳遞。在輸入端參加電信號(hào)，那么發(fā)光二極管的發(fā)射光隨信號(hào)而變，它照在光電二極管上那么會(huì)在輸出端產(chǎn)生與輸入信號(hào)變化一致的電信號(hào)。通常用在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的接口電路中。想一想???圖6-20光電耦合器件利用特殊二極管的特性分析光電耦合器?！?.4半導(dǎo)體三極管圖6-21幾種半導(dǎo)體三極管的外形半導(dǎo)體三極管又稱(chēng)為晶體管、雙極型三極管。由三個(gè)電極，分別為集電極、發(fā)射極和基極。如圖6-21所示。一、半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)圖6-22三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)無(wú)論是NPN型或是PNP型的三極管，它們均包含三個(gè)區(qū):發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，并相應(yīng)地引出三個(gè)電極：發(fā)射極(e)、基極(b)和集電極(c)。同時(shí)，在三個(gè)區(qū)的兩兩交界處，形成兩個(gè)PN結(jié)，分別稱(chēng)為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。(a)NPN(b)PNPPPN圖6-23三極管的三種連接方式放大器一般為4端網(wǎng)絡(luò)，在組成放大電路時(shí)三極管中有一個(gè)電極必須作為輸入與輸出信號(hào)的公共端。根據(jù)所選擇的公共端電極的不同，三極管有共發(fā)射極、共基集、共集電極三種不同的連接方式(對(duì)交流信號(hào))。(a)共基集(b)共發(fā)射極(c)共集電極二、三極管的電流分配與放大作用1.三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為了使三極管實(shí)現(xiàn)放大，必須由三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部條件來(lái)保證。(1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)①發(fā)射區(qū)進(jìn)行重?fù)诫s。多數(shù)載流子電子濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)多數(shù)載流子空穴濃度。②基區(qū)做的很薄。處于微米數(shù)量級(jí)，且是低摻雜。③集電極面積大。以保證盡可能收集到發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子。(2)外部條件①外加電源的極性應(yīng)保證發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)。②集電結(jié)應(yīng)處于反向偏置狀態(tài)。2.三極管的電流分配關(guān)系和電流放大系數(shù)(1)載流子的傳輸過(guò)程圖6-24三極管中載流子的傳輸過(guò)程①發(fā)射。由于發(fā)射結(jié)正向偏置，那么發(fā)射區(qū)的大量電子擴(kuò)散注入到基區(qū)。發(fā)射區(qū)重?fù)诫s。②擴(kuò)散和復(fù)合。電子的注入，是基區(qū)靠近集電結(jié)處的電子濃度很低。因此在基區(qū)形成電子濃度差，電子靠擴(kuò)散作用向集電區(qū)運(yùn)動(dòng)。③收集。集電結(jié)反向運(yùn)用，在結(jié)電場(chǎng)的作用下，通過(guò)擴(kuò)散到達(dá)集電結(jié)的電子作漂移運(yùn)動(dòng)，到達(dá)集電區(qū)被集電區(qū)收集。(2)電流分配關(guān)系圖6-25三極管電流分配實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)得出如下結(jié)論：三極管的三個(gè)極的電流滿(mǎn)足節(jié)點(diǎn)電流定律。IB雖然很小，但對(duì)IC有控制作用，IC隨IB改變而改變。β稱(chēng)為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)。反映三極管的電流放大能力，也可以說(shuō)電流IB對(duì)IC的控制能力。IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.161.772.372.96表6-2三極管電流關(guān)系的一組典型數(shù)據(jù)三、三極管的伏安特性圖6-26(NPN)三極管共發(fā)射極特性曲線測(cè)試電路保持UCE不變的前提下,輸入回路中的電流IB與發(fā)射結(jié)壓降UBE之間的關(guān)系曲線稱(chēng)為輸入特性,即1.輸入特性曲線圖6-27三極管輸入特性曲線輸入特性曲線特點(diǎn)：①輸入特性曲線上也有一個(gè)開(kāi)啟電壓。②當(dāng)UCE=0時(shí)，相當(dāng)于集電極和發(fā)射極間短路，三極管等效成兩個(gè)二極管并聯(lián)，其特性類(lèi)似于二極管的正向特性。③當(dāng)UCE≥1V時(shí)，輸入特性曲線右移(相對(duì)于UCE=0時(shí)的曲線)，說(shuō)明對(duì)應(yīng)同一個(gè)UBE值，IB減小了。2.三極管的輸出特性曲線圖6-28三極管輸出特性曲線輸出特性曲線是指當(dāng)三極管基極電流IB為常數(shù)時(shí)，集電極電流IC與集電極、發(fā)射極間電壓UCE之間的關(guān)系。一般將IB≤0的區(qū)域稱(chēng)為截止區(qū),在圖中為IB=0曲線以下的局部。此時(shí)三極管集電結(jié)處于反偏，發(fā)射結(jié)電壓UBE<0，也處于反偏狀態(tài)，在電路中相當(dāng)于一個(gè)斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。IC也近似為零。由于各極電流都根本上等于零,因而此時(shí)三極管沒(méi)有放大作用。實(shí)際上，處于截止?fàn)顟B(tài)的三極管集電極有很小的電流，稱(chēng)為三極管的穿透電流。即：IB=0時(shí),IC并不等于零,而是等于穿透電流ICEO。一般硅三極管的穿透電流小于1μA,在特性曲線上無(wú)法表示出來(lái)。鍺三極管的穿透電流約幾十至幾百微安。當(dāng)發(fā)射結(jié)反向偏置時(shí),發(fā)射區(qū)不再向基區(qū)注入電子,那么三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。所以,在截止區(qū),三極管的兩個(gè)結(jié)均處于反向偏置狀態(tài)。對(duì)NPN三極管,UBE<0,UBC<0。(1)截止區(qū)曲線靠近縱軸附近,各條輸出特性曲線的上升局部屬于飽和區(qū)。在這個(gè)區(qū)域,不同IB值的各條特性曲線幾乎重疊在一起,即當(dāng)UCE較小時(shí)，管子的集電極電流IC根本上不隨基極電流IB而變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為飽和。此時(shí)三極管失去了放大作用。

規(guī)定UCE=UBE，即UCB=0時(shí)，三極管處于臨界飽和狀態(tài)。當(dāng)UCE<UBE時(shí)稱(chēng)為過(guò)飽和。三極管飽和時(shí)的管壓降用UCES表示。在深度飽和時(shí)，小功率管管壓降通常小于0.3V。三極管工作在飽和區(qū)時(shí)，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正向偏置狀態(tài)。對(duì)NPN三極管，UBE>0，UBC>0。(2)飽和區(qū)三極管輸出特性曲線飽和區(qū)和截止區(qū)之間的局部即為放大區(qū)，在曲線上是比較平坦的局部，表示當(dāng)IB一定時(shí)IC的值根本上不隨UCE而變化。此時(shí)發(fā)射結(jié)正向運(yùn)用，集電結(jié)反向運(yùn)用。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，當(dāng)基極電流發(fā)生微小的變化量ΔIB時(shí),相應(yīng)的集電極電流將產(chǎn)生較大的變化量ΔIC，此時(shí)二者的關(guān)系為：ΔIC=βΔIB。對(duì)于NN硅三極管,工作在放大區(qū)時(shí)UBE≥0.7V,而UBC<0。(3)放大區(qū)三極管的應(yīng)用模電中：作為放大管數(shù)電中：作為開(kāi)關(guān)四、三極管的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)β和β交流(動(dòng)態(tài))電流放大系數(shù)β：當(dāng)集電極電壓UCE為定值時(shí)，集電極電流變化量ΔIC與基極電流變化量ΔIB之比，當(dāng)IC>>ICEO時(shí),β≈IC/IB。直流(靜態(tài))電流放大系數(shù)β：當(dāng)集電極電壓UCE為定值時(shí)，集電極電流變化量IC與基極電流IB之比，電流放大系數(shù)β和β的含義雖然不同，但工作在輸出特性曲線放大區(qū)平坦部分的三極管，二者差異極小，可直接互相替代使用。圖6-29三極管極間反向電流的測(cè)量ICBSICES(a)ICBS(b)ICES2.極間反向飽和電流ICBS和ICES集電結(jié)反向飽和電流ICBS：發(fā)射極開(kāi)路，集電結(jié)加反向電壓時(shí)測(cè)得的集電極電流。集電極-發(fā)射極反向飽和電流ICES：基集開(kāi)路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間的反向電流，即穿透電流。(作為晶體管熱穩(wěn)定性評(píng)價(jià)指標(biāo))實(shí)際工作中使用三極管時(shí)，要求所選用管子的ICBS和ICES盡可能的小。它們?cè)叫。f(shuō)明管子的質(zhì)量越高。3.極限參數(shù)(1)集電極最大允許電流ICM。圖6-30β與IC關(guān)系曲線圖6-31三極管的平安工作區(qū)(2)集電極最大允許功率損耗PCM。當(dāng)三極管工作時(shí),管子兩端電壓為UCE,集電極電流為IC,因此集電極損耗的功率為

ＢＵCBO——發(fā)射極開(kāi)路時(shí),集電極-基極間的反向擊穿電壓。ＢＵCEO——基極開(kāi)路時(shí),集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓。ＢＵCER——基射極間接有電阻Ｒ時(shí),集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓。ＢＵCES——基射極間短路時(shí),集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓。ＢＵEBO——集電極開(kāi)路時(shí),發(fā)射極-基極間的反向擊穿電壓,此電壓一般較小,僅有幾伏左右。上述電壓一般存在如下關(guān)系：(3)反向擊穿電壓(1)溫度對(duì)UBE的影響

(2)溫度對(duì)ICBS的影響ＩＣＢS是由少數(shù)載流子形成的。當(dāng)溫度上升時(shí),少數(shù)載流子增加,故ＩCBS也上升。其變化規(guī)律是,溫度每上升10℃,ＩCBS約上升1倍。ＩCES隨溫度變化規(guī)律大致與ＩCBS相同。在輸出特性曲線上,溫度上升,曲線上移。4.溫度對(duì)三極管參數(shù)的影響(3)溫度對(duì)β的影響

β隨溫度升高而增大,變化規(guī)律是：溫度每升高１℃,β值增大０.５%～１％。在輸出特性曲線圖上,曲線間的距離隨溫度升高而增大。