三极管工作特性PPT学习教案

1、会计学1三极管工作特性三极管工作特性三极管按功率大小分：三极管按功率大小分：小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管三极管按频率高低分：三极管按频率高低分：低频管低频管高频管高频管三极管按半导体材料分：三极管按半导体材料分： 硅管硅管 锗管锗管 第1页/共35页3.1.1 BJT的结构简介的结构简介 半导体三极管的结构示意图如图半导体三极管的结构示意图如图03.1.01所示。它有两种类型所示。它有两种类型:NPN型和型和PNP型。型。两种类型的三极管两种类型的三极管发射结发射结(Je) 集电结集电结(Jc) 基极基极，用B或b表示（Base） 发射极发射极，用E或e表示（Emitter

2、）；集电极集电极，用C或c表示（Collector）。 发射区发射区集电区集电区基区基区三极管符号三极管符号第2页/共35页 结构特点：结构特点： 发射区的掺杂浓度最高；发射区的掺杂浓度最高； 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大； 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。掺杂浓度最低。管芯结构剖面图管芯结构剖面图第3页/共35页3.1.2 BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理1. 内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。三极管

3、的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。 外部条件：外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。发射区：发射载流子发射区：发射载流子集电区：收集载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子 （以（以NPN为例）为例） 载流子的传输过程载流子的传输过程第4页/共35页第5页/共35页BCENNPVEE发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基区断向基区扩散，形扩散，形成发射极成发射极电流电流IE。VCCIE基区空穴向发射区基区空穴向发射区的扩散可忽略。的扩散可忽略。IBE进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的

4、空穴复合，形成空穴复合，形成电流电流IBE ，多数，多数扩散到集电结。扩散到集电结。2. 电流分配及放大作用电流分配及放大作用（1）BJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程第6页/共35页BCENNPVEEVCCIEIBE集电结反偏，集电结反偏，有少子形成的有少子形成的反向电流反向电流ICBO。ICBO从基区扩从基区扩散来的电散来的电子作为集子作为集电结的少电结的少子，漂移子，漂移进入集电进入集电结而被收结而被收集，形成集，形成ICE。ICEICIC=ICE+ICBO ICE第7页/共35页BCENNPVEEVCCIEIBEICBOIBICIC=ICE+ICBO ICEIB=IBE-IC

5、BO IBEICE第8页/共35页 以上看出，三极管内有两种载流子以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴自由电子和空穴)参与导电，故称为双极参与导电，故称为双极型三极管。或型三极管。或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 3.1.2 BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理第9页/共35页2. 电流分配关系电流分配关系发射极注入电流发射极注入电流传输到集电极的电流传输到集电极的电流设设 EnCII 即即根据传输过程可知根据传输过程可知 IC= InC+ ICBOIB= IB - ICBO通常通常 IC ICBOECII 则有则有 为电流放大系数，为

6、电流放大系数，它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般。一般 = 0.9 0.99IE=IB+ IC载流子的传输过程载流子的传输过程第10页/共35页 1 又设又设根据根据BCEOCIII 则则 是另一个电流放大系数，是另一个电流放大系数，同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般一般 1IE=IB+ IC IC= InC+ ICBOEnCII 且令且令BCCEOCIIII 时，时，当当ICEO= (1+ ) ICBO（穿透电流）（穿透电流）2.

7、电流分配关系电流分配关系第11页/共35页3. 三极管的三种组态三极管的三种组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示表示;共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用CB表示。表示。共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；BJT的三种组态的三种组态第12页/共35页RLecb1k 图图 03.1.05 共基极放大电路共基极放大电路4. 放大作用放大作用若若 vI = 20mV使使当则则电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IOV vvAVEEVCCVEBIBIEIC+-vI+

8、vEBvO+-+iC+iE+iB iE = -1 mA， iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V， = 0.98 时，时，第13页/共35页4. 放大作用（共基极连接方式）放大作用（共基极连接方式）该电路特点：该电路特点：以发射极电流作以发射极电流作输入控制电流去输入控制电流去控制集电极电流控制集电极电流；且输出电流近；且输出电流近似等于输入电流似等于输入电流，无电流放大作，无电流放大作用，有电压放大用，有电压放大作用。作用。第14页/共35页+-bceRL1k共射极放大电路 图图 03.1.06 共射极放大电路共射极放大电路VBBVCCVBEIBI

9、EIC+-vI+vBEvO+-+iC+iE+iB vI = 20mV 设设若若则则电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IOVvvA iB = 20 uA vO = - iC RL = -0.98 V， = 0.98mA98. 01BBCiii使使4. 放大作用放大作用第15页/共35页（4）共射极连接方式）共射极连接方式该电路特点：该电路特点：以基极电流作输以基极电流作输入控制电流去控入控制电流去控制集电极电流；制集电极电流；且输出电流远大且输出电流远大于输入电流，有于输入电流，有电流放大作用，电流放大作用，有电压放大作用有电压放大作用。第16页/共35页 综上所述，三极管的放大作

10、用，主要是综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。到达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基区发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反发射结正向偏置，集电结反向偏置。向偏置。3.1.2 BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理第17页/共35页iCmA AVVvCEvBERBiBVCCVBB 实验线路实验线路3.1.3 BJT的特性曲

11、线的特性曲线第18页/共35页vCE = 0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE) vCE=const(2) 当当vCE1V时，时， vCB= vCE - - vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的集电子，基区复合减少，同样的vBE下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。vCE = 0VvCE 1V(1) 当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1. 输入特性曲线输入特性曲线3.1.3 BJT的特性曲线的特性曲线（以共射极放大电路为例

12、）（以共射极放大电路为例）第19页/共35页(3) 输入特性曲线的三个部分输入特性曲线的三个部分死区死区非线性区非线性区线性区线性区1. 输入特性曲线输入特性曲线3.1.3 BJT的特性曲线的特性曲线死区电压死区电压:硅管硅管0.5V，锗管，锗管0.2V。工作压降：工作压降： 硅管硅管vBE 0.60.7V,锗管锗管vBE 0.20.3V。第20页/共35页饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控制的区域，该区域内，一般控制的区域，该区域内，一般vCE0.7V(硅管硅管)。此时，。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。iC=f(vCE) iB=cons

13、t2. 2. 输出特性曲输出特性曲线线输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域:3.1.3 BJT的特性曲线的特性曲线截止区：截止区：iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，的曲线的下方。此时， vBE小于死区电压，集电结反偏小于死区电压，集电结反偏。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏。第21页/共35页第22页/共35页（2）输出特性）输出特性iC(mA )1234vCE(V)36912iB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满此

14、区域满足足iC= iB称为线性称为线性区（放大区（放大区）。区）。当当vCE大于一大于一定的数值时定的数值时，iC只与只与iB有有关，关，iC= iB。第23页/共35页iC(mA )1234vCE(V)36912iB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中vCE vBE,集电结正偏，集电结正偏， iBiC，vCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。第24页/共35页iC(mA )1234vCE(V)36912iB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : iB=0,iC=ICEO,vBE 死区电死区电压，称为截压，称为截止区。止区。第25页/共35

15、页3.1.4 BJT的主要参数的主要参数 ( (1)1)共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const1. 电流放大系数电流放大系数 第26页/共35页(2) 共发射极共发射极交流电流放大系数交流电流放大系数 : = IC/ IB vCE=const3.1.4 BJT的主要参数的主要参数1. 电流放大系数电流放大系数 共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：BC_II 第27页/共35页例：例：VCE=6V时时：IB=40 A, IC=1.5mA； IB=60 A, IC=2.3mA。5 .3704. 05 . 1BC_ II40

16、04. 006. 05 . 13 . 2BC II在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理： = 第28页/共35页 (3) 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 =（ICICBO）/IEIC/IE (4) 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 = IC/ IE VCB=const 当当ICBO和和ICEO很小时，很小时， 、 ，可以不，可以不加区分。加区分。3.1.4 BJT的主要参数的主要参数1. 电流放大系数电流放大系数 与与 之间之间的关系：的关系： 1 1第29页/共35页 2. 极间反向电流极间反向电流 (1) 集电极基极间反向饱和电流集电极基

17、极间反向饱和电流ICBO 发射极开发射极开路时，集电结的反向饱和电流。路时，集电结的反向饱和电流。 3.1.4 BJT的主要参数的主要参数+bce-uAIe=0VCCICBOICBO是集是集电结反偏电结反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流，受温流，受温度的变化度的变化影响。影响。第30页/共35页 (2) 集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 2. 极间反向电流极间反向电流ICEO3.1.4 BJT的主要参数的主要参数 即输出特性曲线即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应的那条曲线所对应的Y坐标的数值。坐标的数值。 IC

18、EO也称为集电极发射极间穿透电流。也称为集电极发射极间穿透电流。+bce-VCCICEOuAICEO受温度影响很大，当温度上升时，受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加增加很快，所以很快，所以IC也相应增加。也相应增加。三极管的温度特性较差三极管的温度特性较差。第31页/共35页(1) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM(2) 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM PCM= ICVCE 3. 极限参数极限参数3.1.4 BJT的主要参数的主要参数第32页/共35页(3) 反向击穿电压反向击穿电压 V(BR)CBO发射极开路时的集电结发射极开路时的集电结反反 向击穿电压。向击穿电压。 V(BR) EBO集电极开