第6章二極管和晶體管PPT課件

1、6.1 6.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識 在物理學(xué)中。根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。凡容易導(dǎo)電的物質(zhì)（如金、銀、銅、鋁、鐵等金屬物質(zhì)）稱為導(dǎo)體；不容易導(dǎo)電的物質(zhì)（如玻璃、橡膠、塑料、陶瓷等）稱為絕緣體；導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)（如硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等）稱為半導(dǎo)體。 半導(dǎo)體之所以得到廣泛的應(yīng)用，是因?yàn)樗哂袩崦粜?、光敏性、摻雜性等特殊性能。 第1頁/共93頁6.1 6.1 半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的基本知識 典型的半導(dǎo)體是硅Si和鍺Ge，它們都是4價(jià)元素。sisi硅原子Ge鍺原子Ge+4+4硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱為價(jià)電子。第2頁/共

2、93頁 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)束縛電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4在絕對溫度在絕對溫度T=0K時(shí)，時(shí)，所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵所有的價(jià)電子都被共價(jià)鍵緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不會成為會成為自由電子自由電子，因此本因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。，接近絕緣體。一. 本征半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體晶體。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達(dá)到99.9999999%，常稱為“九個(gè)9”。第3頁/共93頁 這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)本征激發(fā)，也稱熱激發(fā)熱激發(fā)。 當(dāng)溫度升高或受到光的照射時(shí)，束縛電子能量增高，有的電子可以掙脫原

3、子核的束縛，而參與導(dǎo)電，成為自由自由電子電子。自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴 自由電子產(chǎn)生的同時(shí)，在其原來的共價(jià)鍵中就出現(xiàn)了一個(gè)空位，稱為空穴空穴。 動畫演示熱激發(fā)第4頁/共93頁 可見本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生可見本征激發(fā)同時(shí)產(chǎn)生電子空穴對。電子空穴對。 外加能量越高（外加能量越高（溫度溫度越高），產(chǎn)生的電子空越高），產(chǎn)生的電子空穴對越多。穴對越多。 動畫演示：兩種載流子 與本征激發(fā)相反的與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象現(xiàn)象復(fù)合復(fù)合在一定溫度下，本征激在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行，達(dá)到動態(tài)平衡。電子空穴到動態(tài)平衡。電子空穴對的濃度一定。對的濃度一定。常溫300K時(shí)：電

4、子空穴對的濃度電子空穴對的濃度硅：310cm104 . 1鍺：313cm105 . 2自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+4空穴電子空穴對電子空穴對第5頁/共93頁自由電子自由電子 帶負(fù)電荷帶負(fù)電荷 電子流電子流+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子E總電流總電流載流子載流子空穴空穴 帶正電荷帶正電荷 空穴流空穴流本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性取決于外加能量：溫度變化，導(dǎo)電性變化；光照變化，導(dǎo)電性變化。導(dǎo)電機(jī)制第6頁/共93頁二二. . 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.1. N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，

5、稱為N型半導(dǎo)體。 第7頁/共93頁N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子硅原子硅原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多數(shù)載流子自由電子少數(shù)載流子 空穴+N型半導(dǎo)體施主離子施主離子自由電子自由電子電子空穴對電子空穴對第8頁/共93頁 在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等?？昭昭ㄅ鹪优鹪庸柙庸柙?4+4+4+4+4+4+3+4+4多數(shù)載流子 空穴少數(shù)載流子自由電子P型半導(dǎo)體受主離子受主離子空穴空穴電子空穴對電子空穴對2.2. P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體第9頁/共93頁雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖+N型半導(dǎo)體多子多子電子電子少子少子空穴空穴P型半導(dǎo)體多子多子空穴空穴少子少

6、子電子電子少子濃度與溫度有關(guān)多子濃度與溫度無關(guān)第10頁/共93頁內(nèi)電場E因多子濃度差形成內(nèi)電場多子的擴(kuò)散 空間電荷區(qū) 阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。PNPN結(jié)合+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+空間電荷區(qū)空間電荷區(qū)多子擴(kuò)散電流少子漂移電流耗盡層耗盡層三三. . PN結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?1 . PN結(jié)的形成 第11頁/共93頁少子飄移補(bǔ)充耗盡層失去的多子，耗盡層窄，E多子擴(kuò)散 又失去多子，耗盡層寬，EP型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+內(nèi)電場E多子擴(kuò)散電流少子漂移電流耗盡層耗盡層動態(tài)平衡： 擴(kuò)散電流 漂移電流總電流0勢壘 UO硅 0.5V鍺 0.1V第12頁/共93頁2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ?/p>

7、性(1) 加正向電壓（正偏）加正向電壓（正偏）電源正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。 外電場削弱內(nèi)電場 耗盡層變窄 擴(kuò)散運(yùn)動漂移運(yùn)動多子擴(kuò)散形成正向電流I I F F+P型半導(dǎo)體+N型半導(dǎo)體+WER空間電荷區(qū)內(nèi)電場E正向電流正向電流 第13頁/共93頁(2) 加反向電壓加反向電壓電源正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū) 外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。 外電場加強(qiáng)內(nèi)電場 耗盡層變寬 漂移運(yùn)動擴(kuò)散運(yùn)動少子漂移形成反向電流I I R R+內(nèi)電場+E+EW+空 間 電 荷 區(qū)+R+IRPN 在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故IR基本上與外加反壓的大小無關(guān)，所以稱為反向飽和電流。

8、但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。 第14頁/共93頁 PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻， PN結(jié)導(dǎo)通； PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， PN結(jié)截止。 由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?。?5頁/共93頁3. PN結(jié)的伏安特性曲線及表達(dá)式的伏安特性曲線及表達(dá)式 根據(jù)理論推導(dǎo)，PNPN結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏I(xiàn)F（多子擴(kuò)散）IR（少子漂移）反偏反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿熱擊穿燒壞PN結(jié)電擊穿可逆第16頁/共93頁) 1(eTSUuIi 根據(jù)理論分析：u 為PN結(jié)兩端的電壓降i 為流過PN結(jié)的電流IS 為反向飽和電流UT =kT/q 稱為溫度的電壓當(dāng)量其

9、中k為玻耳茲曼常數(shù) 1.381023q 為電子電荷量1.6109T 為熱力學(xué)溫度 對于室溫（相當(dāng)T=300 K）則有UT=26 mV。當(dāng) u0 uUT時(shí)1eTUuTeSUuIi 當(dāng) u|U T |時(shí)1eTUuSIi第17頁/共93頁4. PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 當(dāng)外加電壓發(fā)生變化時(shí)，耗盡層的寬度要相應(yīng)地隨之改變，即PN結(jié)中存儲的電荷量要隨之變化，就像電容充放電一樣。 (1) 勢壘電容勢壘電容CB空空間間電電荷荷區(qū)區(qū)W+R+E+PN第18頁/共93頁(2) 擴(kuò)散電容CD 當(dāng)外加正向電壓不同時(shí)，PN結(jié)兩側(cè)堆積的少子的數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過程。+NPpLx濃濃度度分分布布

10、耗耗盡盡層層NP區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)中中空空穴穴區(qū)區(qū)中中電電子子區(qū)區(qū)濃濃度度分分布布nL電容效應(yīng)在交流信號作用下才會明顯表現(xiàn)出來極間電容（結(jié)電容）第19頁/共93頁6.2 6.2 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 二極管 = PN結(jié) + 管殼 + 引線NP結(jié)構(gòu)符號陽極+陰極-第20頁/共93頁 二極管按結(jié)構(gòu)分三大類：(1) 點(diǎn)接觸型二極管 PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。N型 鍺正 極 引 線負(fù) 極 引 線外 殼金 屬 觸 絲第21頁/共93頁(3) 平面型二極管 用于集成電路制造工藝中。PN 結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。(2) 面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路

11、。SiO2正 極 引 線負(fù) 極 引 線N型 硅P型 硅負(fù) 極 引 線正 極 引 線N型 硅P型 硅鋁 合 金 小 球底 座第22頁/共93頁 一一 、半導(dǎo)體二極管的、半導(dǎo)體二極管的VA特性曲線特性曲線 硅：0.5 V 鍺： 0.1 V(1) 正向特性正向特性導(dǎo)通壓降反向飽和電流反向飽和電流(2) 反向特性反向特性死區(qū)電壓iu0擊穿電壓UBR實(shí)驗(yàn)曲線uEiVmAuEiVuA鍺 硅：0.7 V 鍺：0.3V第23頁/共93頁二二. 二極管的模型及近似分析計(jì)算二極管的模型及近似分析計(jì)算例：IR10VE1kiuRLC線性器件Riu 第24頁/共93頁二極管的模型二極管的模型iuDU+-uiDUDU串聯(lián)

12、電壓源模型串聯(lián)電壓源模型DUu DUu U D 二極管的導(dǎo)通壓降。硅管 0.7V；鍺管 0.3V。理想二極管模型理想二極管模型ui正偏反偏-+iu導(dǎo)通壓降二極管的VA特性-+iuiu0第25頁/共93頁二極管的近似分析計(jì)算二極管的近似分析計(jì)算IR10VE1kIR10VE1k例：串聯(lián)電壓源模型串聯(lián)電壓源模型mA3 . 9K1V)7 . 010(I測量值 9.32mA相對誤差00002 . 010032. 99.332. 9理想二極管模型理想二極管模型RI10VE1kmA10K1V10I相對誤差0000710032. 932. 9100.7V第26頁/共93頁例：例：二極管構(gòu)成的限幅電路如圖所示，

13、R1k，UREF=2V，輸入信號為ui。 (1)若 ui為4V的直流信號，分別采用理想二極管模型、理想二極管串聯(lián)電壓源模型計(jì)算電流I和輸出電壓uo+-+UIuREFRiuO解解：（1）采用理想模型分析。 采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析。mA2k12VV4REFiRUuIV2REFoUumA31k1V702VV4DREFi.RUUuI2.7V0.7VV2DREFoUUu第27頁/共93頁（2）如果ui為幅度4V的交流三角波，波形如圖（b）所示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。+-+UIuREFRiuO解：采用理想二極管模型分析。波形如圖所示。0

14、-4V4Vuit2V2Vuot第28頁/共93頁02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V 采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析，波形如圖所示。+-+UIuREFRiuO第29頁/共93頁. 應(yīng)用舉例 例、電路如圖。試分析當(dāng)UA和UB分別為0V和3V時(shí)，二極管D1和D2的狀態(tài)，并求出此時(shí)UO的值。二極管均為硅管。第30頁/共93頁應(yīng)用舉例 解：當(dāng)UA=UB=0V時(shí)， D1和D2都導(dǎo)通， UO =Uon=0.7V 當(dāng)UA=UB=3V時(shí)， D1和D2都導(dǎo)通， UO =Uon=3.7V UA=0V, UB=3V時(shí)，似乎D1和D2都 導(dǎo)通，實(shí)際上 D1和導(dǎo)通后， UO被限制在0.7V，使D2反偏， UO

15、=Uon=0.7V 當(dāng)UA=3V, UB=0V時(shí)，UO =Uon=0.7V第31頁/共93頁應(yīng)用舉例UA（V）UB（V） D1 D2UO（V） 0 0導(dǎo)通導(dǎo)通 0.7 0 3導(dǎo)通截止 0.7 3 0截止導(dǎo)通 0.7 3 3導(dǎo)通導(dǎo)通 3.7總結(jié)成表：第32頁/共93頁二極管典型例題分析 下面的五個(gè)電路中的二極管都是理想二極管，若輸入為正弦波ui=10sint(V)，試分別畫出其傳輸特性和輸出波形。 解：在分析傳輸特性和輸出波形之前，(1)、必須仔細(xì)觀察電路，如二極管極性，偏壓的方向等。(2)、然后，先假設(shè)二極管不導(dǎo)通，看二極管的開路電壓是否構(gòu)成正偏？什么時(shí)候構(gòu)成正偏？如果正偏，則二極管導(dǎo)通（短路

16、），如反偏，二極管截止（開路）。(3)、最后看輸出電壓如何。 第33頁/共93頁二極管典型例題分析 1、電路如圖。 該電路為串聯(lián)限幅電路。若二極管導(dǎo)通，則輸出等于輸入；若二極管截止，輸出等于V。偏壓V對二極管構(gòu)成反偏，輸入為正時(shí)，輸入和V疊加后使二極管截止，uO=V=-3V。只有輸入為負(fù)且超過-3V后，二極管才正偏導(dǎo)通，一旦導(dǎo)通則輸出等于輸入。電路是上限幅電路。第34頁/共93頁二極管典型例題分析 其傳輸特性和輸出波形如下：第35頁/共93頁二極管典型例題分析 2、電路如圖。 該電路也為串聯(lián)限幅電路。若二極管導(dǎo)通，則輸出等于輸入；若二極管截止，輸出等于V。偏壓V對二極管構(gòu)成反偏，輸入為負(fù)時(shí)，輸

17、入和V疊加后使二極管截止，uO=V=3V。只有輸入為正且超過3V后，二極管才正偏導(dǎo)通，一旦導(dǎo)通則輸出等于輸入。電路是下限幅電路。第36頁/共93頁二極管典型例題分析 其傳輸特性和輸出波形如下：第37頁/共93頁二極管典型例題分析 3、電路如圖。 該電路為并聯(lián)限幅電路。若二極管導(dǎo)通，則輸出等于V；若二極管截止，輸出等于輸入。偏壓V對二極管構(gòu)成反偏，輸入為負(fù)時(shí)，輸入和V疊加后使二極管截止，uO=ui。只有輸入為正且超過3V后，二極管才正偏導(dǎo)通，一旦導(dǎo)通則輸出等于3V。電路是上限幅電路。第38頁/共93頁二極管典型例題分析 其傳輸特性和輸出波形如下：第39頁/共93頁二極管典型例題分析 4、電路如圖

18、。 該電路為并聯(lián)限幅電路。若二極管導(dǎo)通，則輸出等于V；若二極管截止，輸出等于輸入。偏壓V對二極管構(gòu)成正偏，輸入為負(fù)時(shí)，輸入和V疊加后使二極管導(dǎo)通，一旦導(dǎo)通則輸出等于3V。 只有輸入為正且超過3V后，二極管才反偏截止，輸出等于輸入。電路是下限幅電路。第40頁/共93頁二極管典型例題分析 其傳輸特性和輸出波形如下：第41頁/共93頁二極管典型例題分析 5、電路如圖。 該電路為并聯(lián)限幅電路。若二極管導(dǎo)通，則輸出等于V；若二極管截止，輸出等于輸入。偏壓V對二極管構(gòu)成反偏，輸入為正時(shí)，輸入和V疊加后使二極管截止，輸出等于輸入。只有輸入為負(fù)且超過-3V后，二極管才正偏導(dǎo)通，一旦導(dǎo)通則輸出等于-3V。電路是

19、下限幅電路。第42頁/共93頁二極管典型例題分析 其傳輸特性和輸出波形如下：第43頁/共93頁三三. 二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù) (1) 最大整流電流IF二極管長期連續(xù)工作時(shí)，允許通過二極管的最大整流電流的平均值。(2) 反向擊穿電壓UBR 二極管反向電流急劇增加時(shí)對應(yīng)的反向電壓值稱為反向擊穿電壓UBR。一般為最大反向工作電壓UR的一半。 (3) 反向電流I IR R 在室溫下，在規(guī)定的反向電壓下的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極管在微安( A)級。 (4) 最高工作頻率f fM Mf fM M主要由PN結(jié)電容的大小決定，f fM M結(jié)電容愈大就越低。第44頁/

20、共93頁當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下反向擊穿狀態(tài)下,工作工作電流電流IZ在在Izmax和和Izmin之間變化時(shí)之間變化時(shí),其兩端電其兩端電壓近似為常數(shù)壓近似為常數(shù)穩(wěn)定穩(wěn)定電壓電壓四、穩(wěn)壓二極管四、穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊二極管+-DZiuUZIUIzminIzmax正向同正向同二極管二極管反偏電壓UZ 反向擊穿UZ限流電阻第45頁/共93頁 穩(wěn)壓二極管的主要 參數(shù) (1) 穩(wěn)定電壓UZ (2) 動態(tài)電阻動態(tài)電阻rZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。 rZ = U / I rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 (3) (3) 最

21、小穩(wěn)定工作最小穩(wěn)定工作 電流電流IZmin 保證穩(wěn)壓管擊穿所對應(yīng)的電流，若IZIZmin則不能穩(wěn)壓。 (4) (4) 最大穩(wěn)定工作電流最大穩(wěn)定工作電流IZmax 超過Izmax穩(wěn)壓管會因功耗過大而燒壞。iuUZIUIzminIzmax第46頁/共93頁 （5）最大耗散功率 PZM 穩(wěn)壓管的最大功率損耗，取決于PN結(jié)的面積和散熱等條件。反向工作時(shí)， PN結(jié)的功率損耗為 PZ= UZ IZ，由 PZM和UZ可以決定IZmax （6）穩(wěn)定電壓溫度系數(shù) 溫度的變化將使UZ改變，在穩(wěn)壓管中，當(dāng)UZ 6 V時(shí)，UZ具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿。當(dāng)UZ4 V時(shí)， UZ具有負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿

22、。當(dāng)4 VUZ 6 V時(shí)，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用。00u100UTu第47頁/共93頁穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例uoiZDZRiLiuiRL5mA 20mA, V,10minmaxzzzWIIU穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):2kLR負(fù)載電阻 。解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為流為Izmax 。求：電阻R和輸入電壓 ui 的正常值。mA25maxLZWzRUIi102521RUiRu.zWi方程1 要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生 20%波動時(shí)，負(fù)載電壓基本不變。第48頁/共93頁令輸入電壓降到下限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為

23、Izmin 。mA10minLZWzRUIi101080RUiRu.zWi方程2uoiZDZRiLiuiRL聯(lián)立方程1、2，可解得：k50V7518.R,.ui第49頁/共93頁 例2、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路如圖所示。已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ=6V，最小穩(wěn)定電流Izmin=5mA，最大穩(wěn)定電流Izmax=25mA，負(fù)載電阻RL=600。求解限流電阻R的取值范圍。第50頁/共93頁minminminmaxminmaxmax3min3(5 25)60.01106005 101525 10351064426715 10411435 10RDZLDZZLLRDZLRDZLRIZRRRRIIIImAUIAmAR

24、IIImAIIImAUUUVURIURI解：第51頁/共93頁 6.4 6.4 晶體管晶體管 半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管，簡稱晶體管。由于工作時(shí)，多數(shù)載流子 和 少 數(shù) 載 流 子 都 參 與 運(yùn) 行 ， 因 此 ， 還 被 稱 為 雙 極 型 晶 體 管 （ B i p o l a r Junction Transistor,簡稱BJT）。 BJT是由兩個(gè)PN結(jié)組成的。第52頁/共93頁一一. .BJT的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)NPN型PNP型符號符號:-bce-ebc 三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):（1）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度集電區(qū)摻雜濃度。（2）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。-NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb

25、發(fā)射極集電極基極-PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié) 集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極第53頁/共93頁二 BJT的內(nèi)部工作原理（NPN管）管） 三極管在工作時(shí)要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏：+UCE UBEUCB集電結(jié)反偏：由VBB保證由VCC、 VBB保證UCB=UCE - UBE 0NNPBBVCCVRbRCebc共發(fā)射極接法c區(qū)b區(qū)e區(qū)第54頁/共93頁 （1 1）因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子 ，形成了擴(kuò)散電流IEN 。同時(shí)從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴(kuò)散運(yùn)動，形成的電流為IEP。但其數(shù)量小，可忽略。 所以發(fā)射極電流I E I EN 。 （2）發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)

26、后，變成了少數(shù)載流子。少部分遇到的空穴復(fù)合掉，形成IBN。所以基極電流I B I BN 。大部分到達(dá)了集電區(qū)的邊緣。1BJT內(nèi)部的載流子傳輸過程內(nèi)部的載流子傳輸過程N(yùn)NPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI第55頁/共93頁（3）因?yàn)榧娊Y(jié)反偏，收集擴(kuò)散到集電區(qū)邊緣的電子，形成電流ICN 。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI 另外，集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移電流ICBO。第56頁/共93頁2電流分配關(guān)系三個(gè)電極上的電流關(guān)系:IE =IC+IBNNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI定義：ECNII ECBOECIIII(1

27、)(1)IC與與I E之間的關(guān)系之間的關(guān)系:所以所以:ECII其值的大小約為0.90.90.990.99。 第57頁/共93頁(2)IC與與I B之間的關(guān)系：之間的關(guān)系：NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIECNICICBOI聯(lián)立以下兩式聯(lián)立以下兩式：CBOECIII BCEIII得：得：CBOBCCBOECIIIIII）（ 所以所以：CBOBC111III BCEOBCIIII 得：得： 1令令：CBOCEO11II BI第58頁/共93頁三三. BJT. BJT的特性曲線（的特性曲線（共發(fā)射極接法）(1) (1) 輸入特性曲線輸入特性曲線 iB=f(uBE) uCE=const+

28、i-uBE+-uBTCE+Ci（1）uCE=0V時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)。0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE 1VCEu（3）uCE 1V再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。（2）當(dāng)uCE=1V時(shí)， 集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)復(fù)合減少， 在同一uBE 電壓下，iB 減小。特性曲線將向右稍微移動一些。死區(qū)電壓硅 0.5V鍺 0.1V導(dǎo)通壓降硅 0.7V鍺 0.3V第59頁/共93頁 (2)輸出特性曲線輸出特性曲線 iC=f(uCE) iB=const 現(xiàn)以iB=60uA一條加以說明。 （1）當(dāng)uCE=0 V時(shí)，因集電極無收集作用，iC=0。（2） uC

29、E Ic 。 （3） 當(dāng)uCE 1V后，收集電子的能力足夠強(qiáng)。這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極收集，形成iC。所以uCE再增加，iC基本保持不變。同理，可作出iB=其他值的曲線。 iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB第60頁/共93頁 輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域:飽和區(qū)飽和區(qū)iC受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE0.7 V。 此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏。截止區(qū)截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。 此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)放大區(qū) 曲線基本平行等 距。 此時(shí)，發(fā) 射結(jié)正偏，集電 結(jié)反偏。 該區(qū)中有

30、：BCII iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)第61頁/共93頁四四. BJTBJT的主要參的主要參數(shù)數(shù)1.電流放大系數(shù)（2 2）共基極電流放大系數(shù)： BCII BCii ECII ECii iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI =100uACBI=60uAi一般取20200之間2.31.538A60mA3 . 2BCII40A40)-(60mA)5 . 13 . 2(BCii（1 1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)：第62頁/共93頁 2.極間反向電流

31、 （2）集電極發(fā)射極間的穿透電流ICEO 基極開路時(shí)，集電極到發(fā)射極間的電流穿透電流 。其大小與溫度有關(guān)。 （1）集電極基極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開路時(shí)，在其集電結(jié)上加反向電壓，得到反向電流。它實(shí)際上就是一個(gè)PNPN結(jié)的反向電流。其大小與溫度有關(guān)。 鍺管：I CBO為微安數(shù)量級， 硅管：I CBO為納安數(shù)量級。CBOCEO)1 (II+ICBOecbICEO第63頁/共93頁 3.極限參數(shù) Ic增加時(shí)， 要下降。當(dāng) 值下降到線性放大區(qū) 值的70時(shí)，所對應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。（1）集電極最大允許電流ICM（2）集電極最大允許功率損耗PCM 集電極電流通過集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)

32、生的功耗， PC= ICUCE BICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCMUON并且UCEUBE。第72頁/共93頁2、晶體管共射h參數(shù)等效模型 、雙端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、 晶體管h參數(shù)模型的導(dǎo)出、 晶體管h參數(shù)的物理意義、 晶體管h參數(shù)模型的簡化、晶體管rbe的近似表達(dá)式第73頁/共93頁、雙端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù) 根據(jù)電路理論，下面的雙端口網(wǎng)絡(luò)可用不同的參數(shù)方程來表示：22212122121111IZIZUIZIZU22212122121111UYUYIUYUYI22212122121111UhIhIUhIhU第74頁/共93頁、雙端口網(wǎng)絡(luò)

33、參數(shù) 其中h參數(shù)在低頻用的比較廣泛。各參數(shù)的意義如下：22212122121111UhIhIUhIhU饋系數(shù)是輸入開路時(shí)的電壓反抗是輸出短路時(shí)的輸入阻021120111112IUUUhIUh第75頁/共93頁、雙端口網(wǎng)絡(luò)參數(shù)22212122121111UhIhIUhIhU納是輸入開路時(shí)的輸出導(dǎo)大倍數(shù)是輸出短路時(shí)的電流放022220122112IUUIhIIh第76頁/共93頁、晶體管 h參數(shù)模型的導(dǎo)出 晶體管在共射接法時(shí)，輸入輸出關(guān)系如下：),(),(CEBCCEBBEuifiuifu輸出特性為：輸入特性為：第77頁/共93頁、晶體管 h參數(shù)模型的導(dǎo)出 在靜態(tài)工作點(diǎn)附近，可用下式表示：CEiC

34、ECBuBCCCEiCEBEBuBBEBEduuidiiididuuudiiuduBCEBCE),(),(CEBCCEBBEuifiuifu第78頁/共93頁、晶體管 h參數(shù)模型的導(dǎo)出,CEBCEBCEBCEBB EB EB EBCEBCEuiCCCBCEBCEuiB EB Ei ereBCEuiCCfeoeBCEuiuududiduiuiidididuiuuuhhiuiihhiu令 ：第79頁/共93頁、晶體管 h參數(shù)模型的導(dǎo)出 上式變?yōu)椋築Ei eBr eCECf eBoeCEduh dih dudih dih duCEiCECBuBCCCEiCEBEBuBBEBEduuidiiididu

35、uudiiuduBCEBCE第80頁/共93頁、晶體管 h參數(shù)模型的導(dǎo)出 ,cCQCceCEQCEbBQBbeBEQBEiIiuUuiIiuUu因?yàn)椋憾⒎直硎窘涣髁浚鲜阶優(yōu)閎ei e br ececf e boeceuh ih uih ih u第81頁/共93頁、晶體管 h參數(shù)模型的導(dǎo)出 若輸入為正弦量，則可用向量表示，并得出h參數(shù)模型。irfobbeceeecbceeeUh Ih UIh Ih Uirfobee becece beceuh ih uih ih u第82頁/共93頁、 晶體管h參數(shù)的物理意義 、hie：輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻，即uCE=UCEQ那條輸入特性曲線在Q點(diǎn)處切

36、線斜率的倒數(shù)。習(xí)慣上用rbe表示。 求法： hie= uBE/iBbei e br ececf e boeceuh ih uih ih u第83頁/共93頁、 晶體管h參數(shù)的物理意義 、hre:輸入端交流開路時(shí)的晶體管內(nèi)反饋系數(shù)，即在iB= IBQ的情況下， uCE對uBE的影響。 求法： hre= uBE/ uCE ， 當(dāng)uCE1V時(shí)， hre 10-2bei e br ececf e boeceuh ih uih ih u第84頁/共93頁、 晶體管h參數(shù)的物理意義 、 hfe：輸出端交流短路時(shí)的正向電流放大倍數(shù)，它反映了基極電流對集電極電流的控制作用。習(xí)慣上用表示。 求法： hfe= iC/iBbei e br ececf e boeceuh ih uih ih u第85頁/共93頁、 晶體管h參數(shù)的物理意義 、hoe: 輸入端交流開路時(shí)的輸出電導(dǎo)，習(xí)慣上用rce表示晶體管的輸出電阻，即rce=1/ hoe。一般h22e100K. 求法： hoe = iC/uCEbei e br ececf e boeceuh ih uih ih u第86頁/共93頁、 晶體管h參數(shù)模型的簡化 由以上討論可知， hre和hoe都很?。?hre 10-2 ， hoe100K ），可忽略不計(jì)， h參數(shù)的簡化模型為：第87頁/共93頁、 晶體管h參數(shù)模型的簡化 注意： 電流源是受控源，不