第2講 三極管課件

1、 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)第三節(jié)第三節(jié) 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 雙極型晶體管雙極型晶體管( (BJT) 一、三極管的結(jié)構(gòu)與種類一、三極管的結(jié)構(gòu)與種類 1、結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)面積最大面積最大, 摻雜濃度低摻雜濃度低基區(qū)很薄，摻基區(qū)很薄，摻雜濃度最低雜濃度最低摻雜濃度最高摻雜濃度最高制造三極管時必須滿足工藝要求：制造三極管時必須滿足工藝要求： (1)(1)基區(qū)必須做得很薄基區(qū)必須做得很薄 (2)(2)發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)的摻雜濃度。發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)的摻雜濃度。(3)(3)集電區(qū)比發(fā)射區(qū)體積大，且摻雜濃度低。集電區(qū)比發(fā)射區(qū)體積大，且摻雜濃度低。 模擬電子技術(shù)模擬

2、電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)總結(jié)：三極管有三個區(qū)、兩個總結(jié)：三極管有三個區(qū)、兩個PN結(jié)、三個極。結(jié)、三個極。l三個區(qū)三個區(qū)極電區(qū)極電區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)l兩個兩個PN結(jié)結(jié)集電結(jié)集電結(jié) ：集電區(qū)與基區(qū)的：集電區(qū)與基區(qū)的PN結(jié)結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié) ：發(fā)射區(qū)與基區(qū)的：發(fā)射區(qū)與基區(qū)的PN結(jié)結(jié)l三個極三個極集電極集電極c基極基極b發(fā)射極發(fā)射極eJcJe 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)PNP型三極管型三極管 NPN型三極管型三極管2、符號、符號符號中箭頭的含義符號中箭頭的含義：往外是往外是NPN管；往里是管；往里是PNP管管箭頭所在的極為發(fā)射極箭頭所在的極為發(fā)射極箭頭方向代表發(fā)射

3、結(jié)正偏時電流方向箭頭方向代表發(fā)射結(jié)正偏時電流方向 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)1 1、按結(jié)構(gòu)分、按結(jié)構(gòu)分NPNNPN管管PNPPNP管管2、按、按材料分材料分SiSi管管GeGe管管4、按、按功率功率分分小功率管小功率管大功率管大功率管3、按、按頻率頻率分分高頻管高頻管低頻管低頻管3、分類、分類 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)幾種半導(dǎo)體三極管的外形 3A(鍺PNP)、3B(鍺NPN)、3C(硅PNP)、3D(硅NPN)四種系列。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)二、三極管的放大原理二、三極管的放大原理1 1、三極管的、三極管的三

4、種組態(tài)三種組態(tài) 三極管任何一個電極都可作為輸入和輸出的公共端，三極管任何一個電極都可作為輸入和輸出的公共端，因此，因此，三極管有三種連接方式，稱為三種組態(tài)。三極管有三種連接方式，稱為三種組態(tài)。CB組態(tài)CE組態(tài)組態(tài)CC組態(tài)組態(tài) 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)2 2、共射電路、共射電路( (CE) )為例為例 輸入、輸出回路的公用端為輸入、輸出回路的公用端為發(fā)射極發(fā)射極。 三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)必須滿足的條件必須滿足的條件：發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)正偏正偏反偏反偏becNNPVBBRBVCCRCPNP ：NPN ：從電位的角度看：從電位的角度看：EBCUUUEB

5、CUUUBBCCVV 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)1 1、載流子的傳輸過程、載流子的傳輸過程收集電流收集電流 CNI漂移電流漂移電流 CBOI復(fù)合電流復(fù)合電流 BIBBCBOIIIECBIIICCNCBOIII三極管三個極上的電流三極管三個極上的電流發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子被集電極收集后形被集電極收集后形成的成的集電區(qū)和基集電區(qū)和基區(qū)的少數(shù)載區(qū)的少數(shù)載流子漂移運(yùn)流子漂移運(yùn)動形成的動形成的,CNBEIII從三極管的外部看三個極的電流關(guān)系從三極管的外部看三個極的電流關(guān)系: 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)2 2 電流分配關(guān)系與放大作用電流分配關(guān)系

6、與放大作用 CECE接法下直流電流放大系數(shù)接法下直流電流放大系數(shù) CNBIICCNCBOIIIBBCBOIIIECBIII將將(3)(3)式代入式代入(5)(5)式式 1CBCBOIII1CEOCBOIICBCEOIII(1)(2)(3)(4)CBCBOIII將將(1)(1)式代入式代入(2)(2)式式 (5)穿透電流穿透電流很小，可忽略很小，可忽略BCII定義BEII)1 (CEII 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)結(jié)論CBII 由基極電流的微小變化引起的集電極電流的較大由基極電流的微小變化引起的集電極電流的較大變化的特性稱為晶體管的變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。電

7、流放大作用。交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù) 一般情況下，直流電流放大系數(shù)與交流電流放大系數(shù)一般情況下，直流電流放大系數(shù)與交流電流放大系數(shù)差別很小，差別很小，在分析估算中常取在分析估算中常取CECE接法下的三電極電流關(guān)系：接法下的三電極電流關(guān)系：1 1）2 2）3 3）電流分配電流分配關(guān)系關(guān)系定義定義：把集電極電流變化量與基極電流變化量的比值定：把集電極電流變化量與基極電流變化量的比值定義為三極管的交流電流放大系數(shù)。義為三極管的交流電流放大系數(shù)。BCIIBBCEIIII)1 (ECBCIIII, 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)共基電路（共基電路（CB） 直流電流放大系數(shù)直

8、流電流放大系數(shù) CNEII1與與 的關(guān)系的關(guān)系一般三極管的一般三極管的 值為值為0.90.99。CB組態(tài)無電流放大組態(tài)無電流放大導(dǎo)通條件：導(dǎo)通條件：發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)正偏正偏集電結(jié)集電結(jié)反偏反偏或1 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)CIEI共基電路交流電流放大系數(shù)共基電路交流電流放大系數(shù) CEII定義一般情況下，直流電流放大系數(shù)與交流電流放大系數(shù)差別很一般情況下，直流電流放大系數(shù)與交流電流放大系數(shù)差別很小，小，在分析估算中常取在分析估算中常取1與與 的關(guān)系的關(guān)系1CB接法無電流放大作用接法無電流放大作用 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)三、三極管的輸入特性與輸

9、出特性三、三極管的輸入特性與輸出特性以以NPN管共射電路為例管共射電路為例 1 1 輸入特性曲線族輸入特性曲線族 UCCEBBEIf U 三極管的輸入特性曲線與二極管相同三極管的輸入特性曲線與二極管相同，表示以，表示以 為參變量時為參變量時 和和 的關(guān)系。即的關(guān)系。即 。 CEUBIBEUCUBEBCEUfI)( 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)硅硅NPN管的輸入特性曲線管的輸入特性曲線 1.UCE=0V，b、e極間加正向電壓。極間加正向電壓。 2.2.UCE1V 分兩種情況來討論。分兩種情況來討論。 對于小功率管，對于小功率管，UCE= =1V的輸入特性曲線可以取代的輸入

10、特性曲線可以取代UCE大于大于1V的所有輸入特性曲線。的所有輸入特性曲線。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)2 2 輸出特性曲線族輸出特性曲線族ICBCCEIf U輸出特性共分四個區(qū)：輸出特性共分四個區(qū)： （1 1）放大區(qū)放大區(qū) 該區(qū)具有兩個性質(zhì)：該區(qū)具有兩個性質(zhì)：具有電流放大作用具有電流放大作用 受控性與恒流性受控性與恒流性 受控性受控性是指是指 的變化控制的變化控制 的變化。的變化。 恒流性恒流性是指該區(qū)中是指該區(qū)中 基本不隨基本不隨 而變化。而變化。 BICICICEU三極管工作在該區(qū)三極管工作在該區(qū)E結(jié)正偏，結(jié)正偏，C結(jié)反偏結(jié)反偏。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工

11、程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)（3 3）飽和區(qū)飽和區(qū)IC與與IB無控制關(guān)系無控制關(guān)系 沒有電流放大作用沒有電流放大作用 飽和壓降飽和壓降UCES （4 4）擊穿區(qū)擊穿區(qū) （2 2）截止區(qū)截止區(qū) IB0 ，沒有電流放大作用沒有電流放大作用 對小功率管約為對小功率管約為(0.3(0.30.5)V0.5)V。概念Uces是分隔放大區(qū)與飽和區(qū)的分隔線。三極管不允許工作在擊穿區(qū)三極管不允許工作在擊穿區(qū)0CEOCII對大功率管約為對大功率管約為1V1V左右。左右。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)總結(jié)：總結(jié)：1、三極管是流控器件（、三極管是流控器件（CCCS器件），器件），IB 控制控制 IC。

12、2、當(dāng)、當(dāng)UCEUCES時，具有恒流性和受控性。時，具有恒流性和受控性。3、輸出特性曲線有四個區(qū)，三種工作狀態(tài)（不能、輸出特性曲線有四個區(qū)，三種工作狀態(tài)（不能工作在擊穿區(qū)）工作在擊穿區(qū)）4、三極管是非線性器件，若要工作在線性區(qū)，、三極管是非線性器件，若要工作在線性區(qū)，必須選擇合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。必須選擇合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)四、三極管的主要參數(shù)四、三極管的主要參數(shù)1 1 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) （1 1）共射電路）共射電路直流電流放大系數(shù)定義直流電流放大系數(shù)定義CNCBBIIII交流放大系數(shù)定義交流放大系數(shù)定義CECUCBII圖解圖解值值 模擬

13、電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)（2 2）共基電路）共基電路直流電流放大系數(shù)定義為直流電流放大系數(shù)定義為 CCBOCEEIIIII交流電流放大系數(shù)定義為交流電流放大系數(shù)定義為CBCUCEII（1 1）反向飽和電流）反向飽和電流ICBO（2 2）穿透電流）穿透電流ICEO2 2 極間反向電流極間反向電流 指發(fā)射級開路時，集電極與基指發(fā)射級開路時，集電極與基極間的反向飽和電流極間的反向飽和電流。ICEO與與 的關(guān)系：的關(guān)系：CBOICBOCEOII 1指基極開路時集電極與發(fā)射極指基極開路時集電極與發(fā)射極間的穿透電流，間的穿透電流， 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大

14、學(xué) 在放大區(qū)內(nèi)，在放大區(qū)內(nèi)， 值基本不變，但值基本不變，但當(dāng)當(dāng) IC 超過一定數(shù)值后，超過一定數(shù)值后，將明顯下將明顯下降。規(guī)定當(dāng)降。規(guī)定當(dāng) 降到額定值的降到額定值的 時時對應(yīng)的對應(yīng)的 值為值為 。 3 3 極限參數(shù)極限參數(shù)（1 1）集電極最大允許功耗）集電極最大允許功耗PCM臨界功耗線臨界功耗線 （2 2）集電極最大允許的電流）集電極最大允許的電流ICM （3 3）反向擊穿電壓）反向擊穿電壓U(BR)CEO 集電極的功率損耗集電極的功率損耗( (簡稱功耗簡稱功耗) ) 。使用時，要。使用時，要求求 ，否則管子會過熱而燒毀。，否則管子會過熱而燒毀。 值決定于管子允許的值決定于管子允許的溫升。溫升

15、。 CECCUIPCMCPP CMPCI32CMICMCII的區(qū)域稱過流區(qū)的區(qū)域稱過流區(qū)。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)4 4 頻率參數(shù)頻率參數(shù) 三極管幅頻特性三極管幅頻特性 （1 1）共射截止頻率）共射截止頻率f 當(dāng)信號頻率較高時，由于管子內(nèi)部的電容效應(yīng)作用明當(dāng)信號頻率較高時，由于管子內(nèi)部的電容效應(yīng)作用明顯，使值下降。當(dāng)下降到顯，使值下降。當(dāng)下降到中頻值中頻值 的的0.7070.707倍倍時對應(yīng)的頻時對應(yīng)的頻率稱共射截止頻率率稱共射截止頻率 。0f（2 2）共射特征頻率）共射特征頻率Tf（3 3）共基截止頻率）共基截止頻率f 指當(dāng)指當(dāng) 時的頻率。當(dāng)時的頻率。當(dāng) 時，管

16、子失去放大作用。時，管子失去放大作用。 1Tff 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)五、環(huán)境溫度對三極管參數(shù)的影響五、環(huán)境溫度對三極管參數(shù)的影響 1 1 溫度對溫度對ICBO的影響的影響2 2 溫度對溫度對的影響的影響3 3 溫度對溫度對UBE的影響的影響 硅管硅管 的比鍺管小得多，優(yōu)良的硅管的比鍺管小得多，優(yōu)良的硅管 可以可以做到做到10nA以下。對硅管來說，以下。對硅管來說， 隨溫度的變化往往不隨溫度的變化往往不是主要問題，因此得到廣泛地應(yīng)用。是主要問題，因此得到廣泛地應(yīng)用。 CBOICBOICBOI 三極管的三極管的 值隨著溫度的升高而增大。值隨著溫度的升高而增大。其規(guī)

17、律為每其規(guī)律為每升高升高11， 值增加值增加(0.5(0.51)1)。 當(dāng)當(dāng) 一定，溫度每升高一定，溫度每升高 ， 減小減小2mV左右，左右，或者說，對相同的或者說，對相同的 ， 會隨著溫度的升高而增加。會隨著溫度的升高而增加。BIBIBEUBEUC01ICBO隨溫度的升高而增大。隨溫度的升高而增大。UBE隨溫度升高而降低。隨溫度升高而降低。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)六、三極管的六、三極管的h h參數(shù)微變等效電路參數(shù)微變等效電路h 適用于中低頻段適用于中低頻段 晶體管在中低頻、小信號作用下等效晶體管在中低頻、小信號作用下等效 1.1.中低頻段中低頻段:kHz:kHz數(shù)量級以下數(shù)量級以下2.2.小信號：小信號：mvmv級級3.3.等效：線性化處理等效：線性化處理簡化的簡化的h h參數(shù)微變等效電路參數(shù)微變等效電路 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)1bebberrr26()()eQEmArI mA基區(qū)的基區(qū)的體電阻體電阻發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)結(jié)電阻結(jié)電阻26()300(1)()beEmArImAP34 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)可以用公式計算可以用公式計算 ber)(26)1 (mAImV