晶體管工作原理

1、2.1 晶體管,晶體管又稱半導(dǎo)體三極管,晶體管是最重要的一種半導(dǎo)體器件之一，它的放大作用和開(kāi)關(guān)作用，促使了電子技術(shù)的飛躍,2 晶體管及放大電路基礎(chǔ),晶體管圖片,2.1.1 晶體管的結(jié)構(gòu),1. NPN型晶體管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào),2) 根據(jù)使用的半導(dǎo)體材料分為: 硅管和鍺管,1) 根據(jù)結(jié)構(gòu)分為: NPN型和PNP型,晶體管的主要類型,發(fā)射區(qū),集電區(qū),基區(qū),發(fā)射極E(e,集電極C(c,發(fā)射結(jié)JE,集電結(jié)JC,基極B(b,NPN型晶體管結(jié)構(gòu)示意圖,NPN型晶體管符號(hào),2. PNP型晶體管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào),1) 發(fā)射區(qū)小，摻雜濃度高,3. 晶體管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（具有放大作用的內(nèi)部條件,平面型晶體管的結(jié)構(gòu)示

2、意圖,2) 集電區(qū)面積大,3) 基區(qū)摻雜濃度很低，且很薄,2.1.2 晶體管的工作原理（以NPN型管為例,依據(jù)兩個(gè)PN結(jié)的偏置情況,放大狀態(tài),飽和狀態(tài),截止?fàn)顟B(tài),倒置狀態(tài),1發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置放大狀態(tài),原理圖,電路圖,1) 電流關(guān)系,a. 發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子,形成發(fā)射極電流IE,發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子,稱擴(kuò)散到基區(qū)的發(fā)射區(qū)多子為非平衡少子,b. 基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散空穴,基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散空穴,發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子,形成空穴電流,因?yàn)榘l(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)濃度，空穴電流可忽略不記,基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散空穴,發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子,c. 基區(qū)電子的擴(kuò)散和復(fù)合,非平衡少子在基區(qū)復(fù)合，形成基極電

3、流IB,非平衡少子向集電結(jié)擴(kuò)散,非平衡少子到達(dá)集電區(qū),d. 集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子,形成發(fā)射極電流IC,少子漂移形成反向飽和電流ICBO,e. 集電區(qū)、基區(qū)少子相互漂移,集電區(qū)少子空穴向基區(qū)漂移,基區(qū)少子電子向集電區(qū)漂移,晶體管的電流分配關(guān)系動(dòng)畫(huà)演示,發(fā)射結(jié)回路為輸入回路，集電結(jié)回路為輸出回路,基極是兩個(gè)回路的公共端，稱這種接法為共基極接法,輸入回路,輸出回路,定義,稱為共基極直流電流放大系數(shù),各電極電流之間的關(guān)系,IE=IC+IB,晶體管共射極接法,原理圖,電路圖,定義,為共射極直流電流放大系數(shù),當(dāng)UCEUCB時(shí)，集電結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)反偏，晶體管仍工作于放大狀態(tài),各電極電流之間的關(guān)系

4、,ICEO稱為穿透電流,或,一般情況,如果 UBE 0，那么IB 0， IC 0 ，IE 0,當(dāng)輸入回路電壓,U BE =UBE+UBE,那么,I B =IB+IB,I C =IC+IC,I E =IE+IE,如果 UBE 0，那么IB 0， IC 0 ，IE 0,為共基極交流電流放大系數(shù),為共射極交流電流放大系數(shù),定義,與的關(guān)系,一般可以認(rèn)為,uBE = ube + UBE,2) 放大原理,設(shè)輸入信號(hào)ui=Uimsint V,那么,UCE = VCC ICRC,放大電路,a. 在RC兩端有一個(gè)較大的交流分量可供輸出,可知,ui ibicicRc,b. 交流信號(hào)的傳遞過(guò)程為,2發(fā)射結(jié)正向偏置、

5、集電結(jié)正向偏置飽和狀態(tài),2) IC bIB，IB失去了對(duì)IC的 控制,1) UCEUBE，集電結(jié)正向偏,飽和狀態(tài)的特點(diǎn),3) 集電極飽和電壓降UCES較小，小功率硅管為 0.30.5V,5) UCE對(duì)IC的影響大， 當(dāng)UCE增大，IC將隨之增加,4) 飽和時(shí)集電極電流,2) IC=ICBO,3發(fā)射結(jié)反向偏置、集電結(jié)反向偏置截止?fàn)顟B(tài),截止?fàn)顟B(tài)的特點(diǎn),1) 發(fā)射結(jié)反偏,3) IB=ICBO,4發(fā)射結(jié)反向偏置、集電結(jié)正向偏置倒置狀態(tài),1) 集電區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的多子較少,倒置狀態(tài)的特點(diǎn),2) 發(fā)射區(qū)收集基區(qū)的非平衡少數(shù)載流子的能力小,3) 管子的電流放大系數(shù)很小,2.1.3 晶體管共射極接法的伏安特性曲

6、線,1共射極輸入特性,共射極輸入特性,三極管共射極接法,1) 輸入特性是非線性的， 有死區(qū),2) 當(dāng)uBE不變，uCE從零增大 時(shí)，iB將減小,輸入特性的特點(diǎn),3) 當(dāng)uCE1V，輸入特性曲線幾乎重合在一起， 即uCE對(duì)輸入特性幾乎無(wú)影響,2共射極輸出特性,輸出特性曲線,飽和區(qū),截止區(qū),放大區(qū),各區(qū)的特點(diǎn),1) 飽和區(qū),a. UCEUBE,b. ICIB,c. UCE增大， IC 增大,飽和區(qū),3) 截止區(qū),a. IB0,b. IC0,2) 放大區(qū),a. UCEUBE,b. IC=IB,c. IC與UCE無(wú)關(guān),飽和區(qū),放大區(qū),NPN管與PNP管的區(qū)別,iB、uBE、iC、 iE 、uCE的極性

7、二者相反,硅管與鍺管的主要區(qū)別,3) 鍺管的ICBO比硅管大,2.1.4 晶體管的主要電參數(shù),1. 直流參數(shù),3) 集電極基極間反向飽和電流ICBO,1) 共基極直流電流放大系數(shù),2) 共射極直流電流放大系數(shù),4) 集電極發(fā)射極間反向飽和電流ICEO,2. 交流參數(shù),1) 共基極交流電流放大系數(shù),值與iC的關(guān)系曲線,2) 共射極交流電流放大系數(shù),3. 極限參數(shù),4) 集電極最大允許電流ICM,1) 集電極開(kāi)路時(shí)發(fā)射極基極間反向擊穿 電壓U(BR)EBO,2) 發(fā)射極開(kāi)路時(shí)集電極基極間反向擊穿 電壓U(BR)EBO,3) 基極開(kāi)路時(shí)集電極發(fā)射極間反向擊穿 電壓U(BR)EBO,不安全區(qū),安全區(qū),5) 集電極最大允許功率耗散PCM,晶體管的安全工作區(qū),等功耗線PC=PCM =uCEiC,2.1.5 溫度對(duì)管子參數(shù)的影響,1對(duì)的影響,2對(duì)ICBO的影響,3對(duì)UBE的影響,4溫度升高，管