三極管教學講解課件

三極管也叫雙極型晶體管1.3半導體三極管三極管也叫雙極型晶體管1.3半導體三極管1.3.1結構與符號N型硅BECN型硅P型硅二氧化硅保護膜N型鍺ECBPP銦球銦球由三層半導體、兩個PN結構成1.3.1結構與符號N型硅BECN型硅P型硅二氧化硅保護膜N

由兩塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體的管子稱為NPN管。還有一種與它成對偶形式的，即兩塊P型半導體中間夾著一塊N型半導體的管子，稱為PNP管。晶體管制造工藝上的特點是：發(fā)射區(qū)是高濃度摻雜區(qū)，基區(qū)很薄且雜質濃度底，集電結面積大。這樣的結構才能保證晶體管具有電流放大作用。基極發(fā)射極集電極晶體管有兩個結晶體管有三個區(qū)晶體管有三個電極由兩塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體的管子三層半導體材料構成NPN型、PNP型NNP發(fā)射極E基極B集電極C發(fā)射結集電結—基區(qū)—發(fā)射區(qū)—集電區(qū)emitterbasecollectorNPN型ECB各區(qū)主要作用及結構特點：發(fā)射區(qū)：作用：發(fā)射載流子

特點：摻雜濃度高基區(qū)：作用：傳輸載流子特點：薄、摻雜濃度低集電區(qū)：作用：接收載流子

特點：面積大符號三層半導體材料構成NPN型、PNP型NNP發(fā)射極E基極BPPNEBC按材料分：硅管、鍺管按結構分：

NPN、PNP按使用頻率分：

低頻管、高頻管按功率分：小功率管<500mW中功率管0.51W大功率管>1WECBPNP型二、類型PPNEBC按材料分：硅管、鍺管ECBPNP型二NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發(fā)射極集電極符號：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管PNP型三極管NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極1.3.2電流分配和放大原理1.三極管放大的外部條件BECNNPEBRBECRC發(fā)射結正偏、集電結反偏PNP發(fā)射結正偏VB<VE集電結反偏VC<VB從電位的角度看：

NPN

發(fā)射結正偏VB>VE集電結反偏VC>VB

1.3.2電流分配和放大原理1.三極管放大的外部晶體管放大的條件1.內部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結面積大2.外部條件發(fā)射結正偏集電結反偏

晶體管的電流分配和放大作用實驗電路mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6A電路條件:

EC>EB

發(fā)射結正偏

集電結反偏晶體管放大的條件1.內部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度2.各電極電流關系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05結論:1）三電極電流關系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）IC

IB

把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。

實質:用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化。2.各電極電流關系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)I晶體管的電流放大原理：1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子的過程：由于發(fā)射結處于正向偏置，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子將不斷擴散到基區(qū)，并不斷從電源補充進電子，形成發(fā)射極電流IE。2、電子在基區(qū)的擴散和復合過程：由于基區(qū)很薄，其多數(shù)載流子空穴濃度很低，所以從發(fā)射極擴散過來的電子只有很少一部分和基區(qū)空穴復合，剩下的絕大部分都能擴散到集電結邊緣。實驗表明：IC比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因而IB雖然很小，但對IC有控制作用，IC隨IB的改變而改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，表明基極電流對集電極電流具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。3、集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴散過來的電子過程：由于集電結反向偏置，可將從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)并到達集電區(qū)邊緣的電子拉入集電區(qū)，從而形成較大的集電極電流IC。晶體管的電流放大原理：1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子的過程：2、電BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO

基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散可忽略。

發(fā)射結正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電流IE。

進入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復合，形成電流IBE，多數(shù)擴散到集電結。從基區(qū)擴散來的電子作為集電結的少子，漂移進入集電結而被收集，形成ICE。

集電結反偏，有少子形成的反向電流ICBO。BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO基區(qū)空穴IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBOIBEICE與IBE之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)集－射極穿透電流,溫度ICEO(常用公式)若IB=0,則

ICICE0IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPE1.3.3

特性曲線

即管子各電極電壓與電流的關系曲線，是管子內部載流子運動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。為什么要研究特性曲線：

1）直觀地分析管子的工作狀態(tài)

2）合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設計性能良好的電路

重點討論應用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線1.3.3特性曲線即管子各電極電壓與電流的關系曲線一、輸入特性輸入回路輸出回路與二極管特性相似RCECiBIERB+uBE+uCEEBCEBiC+++iBRB+uBEEB+O特性基本重合(電流分配關系確定)特性右移(因集電結開始吸引電子，同一UBE下IB小)導通電壓UBESi管:(0.60.8)VGe管:(0.20.3)V取0.7V取0.2VEB+RB一、輸入特性輸入輸出與二極管特性相似RCECiBIERB++發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路輸入回路輸出回路

測量晶體管特性的實驗線路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路輸入回路輸1.

輸入特性特點:非線性死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。正常工作時發(fā)射結電壓：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型鍺管

UBE0.2~0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO1.輸入特性特點:非線性死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1二、輸出特性1.調整RB使基極電流為某一數(shù)值。

2.基極電流不變，調整EC測量集電極電流和uCE

電壓。50μA40μA30μA10μAIB=020μAuCE/VO2468

4321iC

/mAmAICECIBRBEBCEB3DG6ARCV+uCE二、輸出特性1.調整RB使基極電流為某一數(shù)值。50μA2輸出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大區(qū)輸出特性曲線通常分三個工作區(qū)：(1)放大區(qū)

在放大區(qū)有IC=IB

，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。

在放大區(qū)，發(fā)射結處于正向偏置、集電結處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。輸出特性IB=020A40A60A80A100A3IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止區(qū)IB<0以下區(qū)域為截止區(qū)，有IC0

。

在截止區(qū)發(fā)射結處于反向偏置，集電結處于反向偏置，晶體管工作于截止狀態(tài)。飽和區(qū)截止區(qū)（3）飽和區(qū)

當UCEUBE時，晶體管工作于飽和狀態(tài)。在飽和區(qū)，IBIC，發(fā)射結處于正向偏置，集電結也處于正偏。

深度飽和時，硅管UCES0.3V，

鍺管UCES0.1V。IB=020A40A60A80A100A36IC(1.3.4

主要參數(shù)一.共發(fā)射極電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)當晶體管接成發(fā)射極電路時，

表示晶體管特性的數(shù)據(jù)稱為晶體管的參數(shù)，晶體管的參數(shù)也是設計電路、選用晶體管的依據(jù)。注意：

和

的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICE0較小的情況下，兩者數(shù)值接近。常用晶體管的

值在20~200之間。1.3.4主要參數(shù)一.共發(fā)射極電流放大系數(shù)直流電流放大系例：在UCE=6V時，在Q1點IB=40A,IC=1.5mA；

在Q2點IB=60A,IC=2.3mA。在以后的計算中，一般作近似處理：=IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1點，有由Q1和Q2點，得例：在UCE=6V時，在Q1點IB=40A,1.集-基極反向截止電流ICBO

ICBO是由少數(shù)載流子的漂移運動所形成的電流，受溫度的影響大。溫度ICBOICBOA+–EC2.集-射極反向截止電流(穿透電流)ICEOAICEOIB=0+–

ICEO受溫度的影響大。溫度ICEO，所以IC也相應增加。三極管的溫度特性較差。二、極間反向飽和電流發(fā)射極開路基極開路1.集-基極反向截止電流ICBOICBO是由少數(shù)載流子1.

集電極最大允許電流ICM（1）集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO

集電極電流IC上升會導致三極管的值的下降，當值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。

當集—射極之間的電壓UCE超過一定的數(shù)值時，三極管就會被擊穿。手冊上給出的數(shù)值是25C、基極開路時的擊穿電壓U(BR)

CEO。基極開路時C、E極間反向擊穿電壓。三、極限參數(shù)2.反向擊穿電壓（2）集電極－基極反向擊穿電壓U(BR)CBO

—發(fā)射極開路時C、B極間反向擊穿電壓。（3）發(fā)射極－基極反向擊穿電壓U(BR)EBO

—集電極開路時E、B極間反向擊穿電壓。1.集電極最大允許電流ICM（1）集-射極反向擊穿電壓ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)由三個極限參數(shù)可畫出三極管的安全工作區(qū)ICUCEO3、集電極最大允許耗散功耗PCM：PCM取決于三極管允許的溫升，消耗功率過大，溫升過高會燒壞三極管。

PC

PCM=IC

UCE

硅管允許結溫約為150C，鍺管約為7090C。ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)由三個極限晶體管參數(shù)與溫度的關系1、溫度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管優(yōu)于鍺管。2、溫度每升高1C，UBE將減小–(2~2.5)mV，即晶體管具有負溫度系數(shù)。3、溫度每升高1C，增加0.5%~1.0%。晶體管參數(shù)與溫度的關系1、溫度每增加10C，ICBO增大一學習與探討

晶體管的發(fā)射極和集電極是不能互換使用的。因為發(fā)射區(qū)的摻雜質濃度很高，集電區(qū)的摻雜質濃度較低，這樣才使得發(fā)射極電流等于基極電流和集電極電流之和，如果互換作用顯然不行。

晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時，UCE<UBE，集電結也處于正偏，這時內電場大大削弱，這種情況下極不利于集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)到達基區(qū)的電子，因此在相同的基極電流IB時，集電極電流IC比放大狀態(tài)下要小很多，可見飽和區(qū)下的電流放大倍數(shù)不再等于β。晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時，其電流放大系數(shù)是否也等于β？晶體管的發(fā)射極和集電極能否互換使用？為什么?學習與探討晶體管的發(fā)射極和集電極是不能互換使用的。因1.3.5應用實例

晶體管作開關使用的電路如右圖所示。試根據(jù)輸入信號來驗證晶體管是否工作在開關狀態(tài)？想一想，做一做。1、開關狀態(tài)2、放大狀態(tài)解：說明晶體管處于截止狀態(tài)

1.3.5應用實例晶體管作開關使用的電路如當時，取則基極電流集電極電流集射極電壓晶體管工作在飽和狀態(tài)。故輸入信號為幅值達3V的方波時，晶體管工作在開關狀態(tài)。當時，取則基極電流集電極電流集射極電壓晶體管工作在飽和1.4MOS場效應管

場效應晶體管（單極型）是利用電場效應來控制電流的一種半導體器件，即是電壓控制元件。它的輸出電流決定于輸入電壓的大小，基本上不需要信號源提供電流，所以它的輸入電阻高，且溫度穩(wěn)定性好。結型場效應管按結構不同場效應管有兩種:絕緣柵型場效應管本節(jié)僅介紹絕緣柵型場效應管按工作狀態(tài)可分為：增強型和耗盡型兩類每類又有N溝道和P溝道之分1.4MOS場效應管場效應晶體管（單極型）是利漏極D

柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場效應管。金屬電極柵極G源極S1.4.1N溝道增強型MOS管的結構、特點SiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)

在P型襯擴散兩種N型半導體。漏極D柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場GSD符號：漏極D金屬電極柵極G源極SSiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)

由于金屬柵極和半導體之間的絕緣層目前常用二氧化硅，故又稱金屬-氧化物-半導體場效應管，簡稱MOS場效應管。

由于柵極是絕緣的，柵極電流幾乎為零，輸入電阻很高，最高可達1014。僅在漏極D和源極S之間加電壓不會導通。 Metal-Oxide-SemicnductorGSD符號：漏極D金屬電極柵極G源極SSiO2絕緣層P型硅襯1.4.2N溝道增強型管的工作原理EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–

由結構圖可見，N+型漏區(qū)和N+型源區(qū)之間被P型襯底隔開，漏極和源極之間是兩個背靠背的PN結。

當柵源電壓UGS=0時，不管漏極和源極之間所加電壓的極性如何，其中總有一個PN結是反向偏置的，反向電阻很高，漏極電流近似為零。SD1.4.2N溝道增強型管的工作原理EGP型硅襯底N+NEGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–

當UGS>0時，P型襯底中的電子受到電場力的吸引到達表層，填補空穴形成負離子的耗盡層；N型導電溝道在漏極電源的作用下將產生漏極電流ID，管子導通。當UGS>UGS（th）時，將出現(xiàn)N型導電溝道，將D-S連接起來。UGS愈高，導電溝道愈寬。EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–當UGSEGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–N型導電溝道

若漏–源之間加上一定的電壓UDS，則有漏極電流ID產生。在一定的UDS下漏極電流ID的大小與柵源電壓UGS有關。UGS越大溝道越寬，導電能力越強，ID越大。

在一定的漏–源電壓UDS下，使管子由不導通變?yōu)閷ǖ呐R界柵源電壓稱為開啟電壓UGS(th）。

當UGS

UGS(th）后，場效應管才形成導電溝道，開始導通。所以，場效應管是一種電壓控制電流的器件。EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–N型導電溝道1.4.3

特性曲線及主要參數(shù)有導電溝道（1）轉移特性曲線：

UDS一定時UGS與ID的關系無導電溝道開啟電壓UGS(th）UDSUGS/1、特性曲線

當UGS＜UTh時，ID=0；當UGS=UTh(圖中2V)時；管子開始導通；當UGS＞UTh時，ID隨UGS的增大而增大。1.4.3特性曲線及主要參數(shù)有導電溝道（1）轉移特性曲線：ID/mAUDS/VoUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V

漏極特性曲線恒流區(qū)可變電阻區(qū)夾斷區(qū)(2）輸出特性輸出特性是指在某一固定的UGS下，漏源電壓UDS與漏極電流ID之間的關系

分為三個區(qū)域：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和夾斷區(qū)。a.可變電阻區(qū)曲線呈上升趨勢，基本上可看做通過原點的一條直線，管子的漏－源之間可等效為一個電阻，此電阻的大小隨UGS而變，故稱為可變電阻區(qū)。ID/mAUDS/VoUGS=1VUGS=2VUGS=ID/mAUDS/VoUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V

漏極特性曲線恒流區(qū)可變電阻區(qū)夾斷區(qū)b.恒流區(qū)隨著UDS增大，曲線趨于平坦，ID不再隨UDS的增大而增大，故稱為恒流區(qū)。此時ID的大小只受UGS控制，體現(xiàn)了場效應管電壓控制電流的放大作用。c.夾斷區(qū)特點是當UGS＜UTh時，溝道消失，ID＝0。ID/mAUDS/VoUGS=1VUGS=2VUGS=2.場效應管的主要參數(shù)（1）開啟電壓UT

增強型MOS管在UDS為某一固定值時，為使管子由截止變?yōu)閷ǎ纬蒊D，柵源之間所需的最小的UGS。（4）跨導：UDS一定時，漏極電流ID與柵源電壓UGS的微變量之比定義為跨導，即gm是表征場效應管放大能力的重要參數(shù)（相當于半導體三極管的電流放大系數(shù)β），單位為（2）擊穿電壓U（BR）DS

漏極和源極間允許的最大電壓。（3）直流輸入電阻RGS

：柵源之間的電壓與柵極電流之比定義為直流輸入電阻RGS。MOS場效應管的RGS可達2.場效應管的主要參數(shù)（1）開啟電壓UT增強型MOS1.4特種半導體器件簡介1.4.1光敏電阻

光敏電阻有暗電阻、亮電阻和光電流等參數(shù)。（1）暗電阻光敏電阻在室溫下，全暗后經過一定時間測量的電阻值，稱為暗電阻。此時流過的電流，稱為暗電流。(2）亮電阻

光敏電阻在某一光照下的阻值，稱為該光照下的亮電阻。此時流過的電流稱為亮電流。（3）光電流亮電流與暗電流之差，稱為光電流。1.4特種半導體器件簡介1.4.1光敏電阻

光敏電阻1.4.2熱敏電阻熱敏電阻的主要參數(shù)有標稱電阻值、電阻溫度系數(shù)和耗散系數(shù)等。（1）標稱電阻值R25

熱敏電阻在25℃時的阻值，又稱冷阻。標稱電阻是阻值的大小由熱敏電阻材料和幾何尺寸決定。（2）電阻溫度系數(shù)電阻溫度系數(shù)是指熱敏電阻的溫度變化1℃時其阻值變化率與其值之比，即（3）耗散系數(shù)H耗散系數(shù)是指熱敏電阻溫度變化1℃所耗散的功率。其大小與熱敏電阻的結構、形狀以及所處介質的種類、狀態(tài)等有關。1.4.2熱敏電阻熱敏電阻的主要參數(shù)有標稱電阻值、電阻溫1.4.3壓敏電阻

壓敏電阻的主要參數(shù)有壓敏電壓、電壓溫度系數(shù)和非線性系數(shù)等。（1）壓敏電壓U1mA壓敏電壓是指在直流工作電壓條件下，壓敏電阻中流過規(guī)定直流電流時，其兩端的端電壓。一般規(guī)定此直流電流的值為1mA。（2）電壓溫度系數(shù)αu當通過壓敏電阻的電流保持恒定時，溫度每變化1℃電壓的相對變化百分比，稱為壓敏電阻的電壓溫度系數(shù)αu。（3）非線性系數(shù)α非線性系數(shù)是表征壓敏電阻伏安特性非線性程度的一項重要參數(shù)。α越大越好。α越大，表明通過壓敏電阻的電流隨外加電壓的變化越大。1.4.3壓敏電阻

壓敏電阻的主要參數(shù)有壓敏電壓、電壓溫本章小結

光敏電阻、熱敏電阻和壓敏電阻是三種特殊的半導體器件。常用于溫度測量、控制、穩(wěn)壓和過壓保護等電路中。

雜質半導體分為N型和P型半導體兩類。電子和空穴是半導體中兩種導電的載流子。

半導體二極管由一個PN結構成，它具有單向導電性。外加正向偏置電壓二極管導通，外加反向偏置電壓二極管截止。特殊二極管既有二極管的特性，又具有自身的特殊性能，如穩(wěn)壓二極管用來穩(wěn)壓，發(fā)光二極管用來發(fā)光、光電二極管用來進行光電轉換等。

半導體三極管的基極電流對集電極電流有控制作用，所以是一種電流控制器件。三極管具有電流放大作用的外部條件是發(fā)射結必須正向偏置，集電結必須反向偏置。本章小結光敏電阻、熱敏電阻和壓敏電阻是三種特殊的三極管教學講解課件三極管也叫雙極型晶體管1.3半導體三極管三極管也叫雙極型晶體管1.3半導體三極管1.3.1結構與符號N型硅BECN型硅P型硅二氧化硅保護膜N型鍺ECBPP銦球銦球由三層半導體、兩個PN結構成1.3.1結構與符號N型硅BECN型硅P型硅二氧化硅保護膜N

由兩塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體的管子稱為NPN管。還有一種與它成對偶形式的，即兩塊P型半導體中間夾著一塊N型半導體的管子，稱為PNP管。晶體管制造工藝上的特點是：發(fā)射區(qū)是高濃度摻雜區(qū)，基區(qū)很薄且雜質濃度底，集電結面積大。這樣的結構才能保證晶體管具有電流放大作用?；鶚O發(fā)射極集電極晶體管有兩個結晶體管有三個區(qū)晶體管有三個電極由兩塊N型半導體中間夾著一塊P型半導體的管子三層半導體材料構成NPN型、PNP型NNP發(fā)射極E基極B集電極C發(fā)射結集電結—基區(qū)—發(fā)射區(qū)—集電區(qū)emitterbasecollectorNPN型ECB各區(qū)主要作用及結構特點：發(fā)射區(qū)：作用：發(fā)射載流子

特點：摻雜濃度高基區(qū)：作用：傳輸載流子特點：薄、摻雜濃度低集電區(qū)：作用：接收載流子

特點：面積大符號三層半導體材料構成NPN型、PNP型NNP發(fā)射極E基極BPPNEBC按材料分：硅管、鍺管按結構分：

NPN、PNP按使用頻率分：

低頻管、高頻管按功率分：小功率管<500mW中功率管0.51W大功率管>1WECBPNP型二、類型PPNEBC按材料分：硅管、鍺管ECBPNP型二NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發(fā)射極集電極符號：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管PNP型三極管NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極1.3.2電流分配和放大原理1.三極管放大的外部條件BECNNPEBRBECRC發(fā)射結正偏、集電結反偏PNP發(fā)射結正偏VB<VE集電結反偏VC<VB從電位的角度看：

NPN

發(fā)射結正偏VB>VE集電結反偏VC>VB

1.3.2電流分配和放大原理1.三極管放大的外部晶體管放大的條件1.內部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結面積大2.外部條件發(fā)射結正偏集電結反偏

晶體管的電流分配和放大作用實驗電路mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6A電路條件:

EC>EB

發(fā)射結正偏

集電結反偏晶體管放大的條件1.內部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度2.各電極電流關系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05結論:1）三電極電流關系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）IC

IB

把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。

實質:用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化。2.各電極電流關系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)I晶體管的電流放大原理：1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子的過程：由于發(fā)射結處于正向偏置，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子將不斷擴散到基區(qū)，并不斷從電源補充進電子，形成發(fā)射極電流IE。2、電子在基區(qū)的擴散和復合過程：由于基區(qū)很薄，其多數(shù)載流子空穴濃度很低，所以從發(fā)射極擴散過來的電子只有很少一部分和基區(qū)空穴復合，剩下的絕大部分都能擴散到集電結邊緣。實驗表明：IC比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因而IB雖然很小，但對IC有控制作用，IC隨IB的改變而改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，表明基極電流對集電極電流具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。3、集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴散過來的電子過程：由于集電結反向偏置，可將從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)并到達集電區(qū)邊緣的電子拉入集電區(qū)，從而形成較大的集電極電流IC。晶體管的電流放大原理：1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子的過程：2、電BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO

基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散可忽略。

發(fā)射結正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電流IE。

進入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復合，形成電流IBE，多數(shù)擴散到集電結。從基區(qū)擴散來的電子作為集電結的少子，漂移進入集電結而被收集，形成ICE。

集電結反偏，有少子形成的反向電流ICBO。BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO基區(qū)空穴IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBOIBEICE與IBE之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)集－射極穿透電流,溫度ICEO(常用公式)若IB=0,則

ICICE0IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPE1.3.3

特性曲線

即管子各電極電壓與電流的關系曲線，是管子內部載流子運動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。為什么要研究特性曲線：

1）直觀地分析管子的工作狀態(tài)

2）合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設計性能良好的電路

重點討論應用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線1.3.3特性曲線即管子各電極電壓與電流的關系曲線一、輸入特性輸入回路輸出回路與二極管特性相似RCECiBIERB+uBE+uCEEBCEBiC+++iBRB+uBEEB+O特性基本重合(電流分配關系確定)特性右移(因集電結開始吸引電子，同一UBE下IB小)導通電壓UBESi管:(0.60.8)VGe管:(0.20.3)V取0.7V取0.2VEB+RB一、輸入特性輸入輸出與二極管特性相似RCECiBIERB++發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路輸入回路輸出回路

測量晶體管特性的實驗線路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路輸入回路輸1.

輸入特性特點:非線性死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。正常工作時發(fā)射結電壓：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型鍺管

UBE0.2~0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO1.輸入特性特點:非線性死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1二、輸出特性1.調整RB使基極電流為某一數(shù)值。

2.基極電流不變，調整EC測量集電極電流和uCE

電壓。50μA40μA30μA10μAIB=020μAuCE/VO2468

4321iC

/mAmAICECIBRBEBCEB3DG6ARCV+uCE二、輸出特性1.調整RB使基極電流為某一數(shù)值。50μA2輸出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大區(qū)輸出特性曲線通常分三個工作區(qū)：(1)放大區(qū)

在放大區(qū)有IC=IB

，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。

在放大區(qū)，發(fā)射結處于正向偏置、集電結處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。輸出特性IB=020A40A60A80A100A3IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止區(qū)IB<0以下區(qū)域為截止區(qū)，有IC0

。

在截止區(qū)發(fā)射結處于反向偏置，集電結處于反向偏置，晶體管工作于截止狀態(tài)。飽和區(qū)截止區(qū)（3）飽和區(qū)

當UCEUBE時，晶體管工作于飽和狀態(tài)。在飽和區(qū)，IBIC，發(fā)射結處于正向偏置，集電結也處于正偏。

深度飽和時，硅管UCES0.3V，

鍺管UCES0.1V。IB=020A40A60A80A100A36IC(1.3.4

主要參數(shù)一.共發(fā)射極電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)當晶體管接成發(fā)射極電路時，

表示晶體管特性的數(shù)據(jù)稱為晶體管的參數(shù)，晶體管的參數(shù)也是設計電路、選用晶體管的依據(jù)。注意：

和

的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICE0較小的情況下，兩者數(shù)值接近。常用晶體管的

值在20~200之間。1.3.4主要參數(shù)一.共發(fā)射極電流放大系數(shù)直流電流放大系例：在UCE=6V時，在Q1點IB=40A,IC=1.5mA；

在Q2點IB=60A,IC=2.3mA。在以后的計算中，一般作近似處理：=IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1點，有由Q1和Q2點，得例：在UCE=6V時，在Q1點IB=40A,1.集-基極反向截止電流ICBO

ICBO是由少數(shù)載流子的漂移運動所形成的電流，受溫度的影響大。溫度ICBOICBOA+–EC2.集-射極反向截止電流(穿透電流)ICEOAICEOIB=0+–

ICEO受溫度的影響大。溫度ICEO，所以IC也相應增加。三極管的溫度特性較差。二、極間反向飽和電流發(fā)射極開路基極開路1.集-基極反向截止電流ICBOICBO是由少數(shù)載流子1.

集電極最大允許電流ICM（1）集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO

集電極電流IC上升會導致三極管的值的下降，當值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。

當集—射極之間的電壓UCE超過一定的數(shù)值時，三極管就會被擊穿。手冊上給出的數(shù)值是25C、基極開路時的擊穿電壓U(BR)

CEO?；鶚O開路時C、E極間反向擊穿電壓。三、極限參數(shù)2.反向擊穿電壓（2）集電極－基極反向擊穿電壓U(BR)CBO

—發(fā)射極開路時C、B極間反向擊穿電壓。（3）發(fā)射極－基極反向擊穿電壓U(BR)EBO

—集電極開路時E、B極間反向擊穿電壓。1.集電極最大允許電流ICM（1）集-射極反向擊穿電壓ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)由三個極限參數(shù)可畫出三極管的安全工作區(qū)ICUCEO3、集電極最大允許耗散功耗PCM：PCM取決于三極管允許的溫升，消耗功率過大，溫升過高會燒壞三極管。

PC

PCM=IC

UCE

硅管允許結溫約為150C，鍺管約為7090C。ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)由三個極限晶體管參數(shù)與溫度的關系1、溫度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管優(yōu)于鍺管。2、溫度每升高1C，UBE將減小–(2~2.5)mV，即晶體管具有負溫度系數(shù)。3、溫度每升高1C，增加0.5%~1.0%。晶體管參數(shù)與溫度的關系1、溫度每增加10C，ICBO增大一學習與探討

晶體管的發(fā)射極和集電極是不能互換使用的。因為發(fā)射區(qū)的摻雜質濃度很高，集電區(qū)的摻雜質濃度較低，這樣才使得發(fā)射極電流等于基極電流和集電極電流之和，如果互換作用顯然不行。

晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時，UCE<UBE，集電結也處于正偏，這時內電場大大削弱，這種情況下極不利于集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)到達基區(qū)的電子，因此在相同的基極電流IB時，集電極電流IC比放大狀態(tài)下要小很多，可見飽和區(qū)下的電流放大倍數(shù)不再等于β。晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時，其電流放大系數(shù)是否也等于β？晶體管的發(fā)射極和集電極能否互換使用？為什么?學習與探討晶體管的發(fā)射極和集電極是不能互換使用的。因1.3.5應用實例

晶體管作開關使用的電路如右圖所示。試根據(jù)輸入信號來驗證晶體管是否工作在開關狀態(tài)？想一想，做一做。1、開關狀態(tài)2、放大狀態(tài)解：說明晶體管處于截止狀態(tài)

1.3.5應用實例晶體管作開關使用的電路如當時，取則基極電流集電極電流集射極電壓晶體管工作在飽和狀態(tài)。故輸入信號為幅值達3V的方波時，晶體管工作在開關狀態(tài)。當時，取則基極電流集電極電流集射極電壓晶體管工作在飽和1.4MOS場效應管

場效應晶體管（單極型）是利用電場效應來控制電流的一種半導體器件，即是電壓控制元件。它的輸出電流決定于輸入電壓的大小，基本上不需要信號源提供電流，所以它的輸入電阻高，且溫度穩(wěn)定性好。結型場效應管按結構不同場效應管有兩種:絕緣柵型場效應管本節(jié)僅介紹絕緣柵型場效應管按工作狀態(tài)可分為：增強型和耗盡型兩類每類又有N溝道和P溝道之分1.4MOS場效應管場效應晶體管（單極型）是利漏極D

柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場效應管。金屬電極柵極G源極S1.4.1N溝道增強型MOS管的結構、特點SiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)

在P型襯擴散兩種N型半導體。漏極D柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場GSD符號：漏極D金屬電極柵極G源極SSiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)

由于金屬柵極和半導體之間的絕緣層目前常用二氧化硅，故又稱金屬-氧化物-半導體場效應管，簡稱MOS場效應管。

由于柵極是絕緣的，柵極電流幾乎為零，輸入電阻很高，最高可達1014。僅在漏極D和源極S之間加電壓不會導通。 Metal-Oxide-SemicnductorGSD符號：漏極D金屬電極柵極G源極SSiO2絕緣層P型硅襯1.4.2N溝道增強型管的工作原理EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–

由結構圖可見，N+型漏區(qū)和N+型源區(qū)之間被P型襯底隔開，漏極和源極之間是兩個背靠背的PN結。

當柵源電壓UGS=0時，不管漏極和源極之間所加電壓的極性如何，其中總有一個PN結是反向偏置的，反向電阻很高，漏極電流近似為零。SD1.4.2N溝道增強型管的工作原理EGP型硅襯底N+NEGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–

當UGS>0時，P型襯底中的電子受到電場力的吸引到達表層，填補空穴形成負離子的耗盡層；N型導電溝道在漏極電源的作用下將產生漏極電流ID，管子導通。當UGS>UGS（th）時，將出現(xiàn)N型導電溝道，將D-S連接起來。UGS愈高，導電溝道愈寬。EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–當UGSEGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–N型導電溝道

若漏–源之間加上一定的電壓UDS，則有漏極電流ID產生。在一定的UDS下漏極電流ID的大小與柵源電壓UGS有關。UGS越大溝道越寬，導電能力越強，ID越大。

在一定的漏–源電壓UDS下，使管子由不導通變?yōu)閷ǖ呐R界柵源電壓稱為開啟電壓UGS(th）。

當UGS

UGS(th）后，場效應管才形成導電溝道，開始導通。所以，場效應管是一種電壓控制電流的器件。EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–N型導電溝道1.4.3

特性曲線及主要參數(shù)有導電溝道（1）轉移特性曲線：

UDS一定時UGS與ID的關系無導電溝道開啟電壓UGS(th）UDSUGS/1、特性曲線

當UGS＜UTh時，ID=0；當UGS=UTh(圖中2V)時；管子開始導通；當UGS