第2讲 三极管课件

1、 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学第三节第三节 半导体三极管半导体三极管 双极型晶体管双极型晶体管( (BJT) 一、三极管的结构与种类一、三极管的结构与种类 1、结构、结构面积最大面积最大, 掺杂浓度低掺杂浓度低基区很薄，掺基区很薄，掺杂浓度最低杂浓度最低掺杂浓度最高掺杂浓度最高制造三极管时必须满足工艺要求：制造三极管时必须满足工艺要求： (1)(1)基区必须做得很薄基区必须做得很薄 (2)(2)发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。(3)(3)集电区比发射区体积大，且掺杂浓度低。集电区比发射区体积大，且掺杂浓度低。 模拟电子技术模拟

2、电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学总结：三极管有三个区、两个总结：三极管有三个区、两个PN结、三个极。结、三个极。l三个区三个区极电区极电区基区基区发射区发射区l两个两个PN结结集电结集电结 ：集电区与基区的：集电区与基区的PN结结发射结发射结 ：发射区与基区的：发射区与基区的PN结结l三个极三个极集电极集电极c基极基极b发射极发射极eJcJe 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学PNP型三极管型三极管 NPN型三极管型三极管2、符号、符号符号中箭头的含义符号中箭头的含义：往外是往外是NPN管；往里是管；往里是PNP管管箭头所在的极为发射极箭头所在的极为发射极箭头方向代表发射

3、结正偏时电流方向箭头方向代表发射结正偏时电流方向 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1 1、按结构分、按结构分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、按频率频率分分高频管高频管低频管低频管3、分类、分类 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学几种半导体三极管的外形 3A(锗PNP)、3B(锗NPN)、3C(硅PNP)、3D(硅NPN)四种系列。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学二、三极管的放大原理二、三极管的放大原理1 1、三极管的、三极管的三

4、种组态三种组态 三极管任何一个电极都可作为输入和输出的公共端，三极管任何一个电极都可作为输入和输出的公共端，因此，因此，三极管有三种连接方式，称为三种组态。三极管有三种连接方式，称为三种组态。CB组态CE组态组态CC组态组态 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2 2、共射电路、共射电路( (CE) )为例为例 输入、输出回路的公用端为输入、输出回路的公用端为发射极发射极。 三极管处于导通状态三极管处于导通状态必须满足的条件必须满足的条件：发射结发射结集电结集电结正偏正偏反偏反偏becNNPVBBRBVCCRCPNP ：NPN ：从电位的角度看：从电位的角度看：EBCUUUEB

5、CUUUBBCCVV 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1 1、载流子的传输过程、载流子的传输过程收集电流收集电流 CNI漂移电流漂移电流 CBOI复合电流复合电流 BIBBCBOIIIECBIIICCNCBOIII三极管三个极上的电流三极管三个极上的电流发射区发射的电子发射区发射的电子被集电极收集后形被集电极收集后形成的成的集电区和基集电区和基区的少数载区的少数载流子漂移运流子漂移运动形成的动形成的,CNBEIII从三极管的外部看三个极的电流关系从三极管的外部看三个极的电流关系: 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2 2 电流分配关系与放大作用电流分配关系

6、与放大作用 CECE接法下直流电流放大系数接法下直流电流放大系数 CNBIICCNCBOIIIBBCBOIIIECBIII将将(3)(3)式代入式代入(5)(5)式式 1CBCBOIII1CEOCBOIICBCEOIII(1)(2)(3)(4)CBCBOIII将将(1)(1)式代入式代入(2)(2)式式 (5)穿透电流穿透电流很小，可忽略很小，可忽略BCII定义BEII)1 (CEII 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学结论CBII 由基极电流的微小变化引起的集电极电流的较大由基极电流的微小变化引起的集电极电流的较大变化的特性称为晶体管的变化的特性称为晶体管的电流放大作用。电

7、流放大作用。交流电流放大系数交流电流放大系数 一般情况下，直流电流放大系数与交流电流放大系数一般情况下，直流电流放大系数与交流电流放大系数差别很小，差别很小，在分析估算中常取在分析估算中常取CECE接法下的三电极电流关系：接法下的三电极电流关系：1 1）2 2）3 3）电流分配电流分配关系关系定义定义：把集电极电流变化量与基极电流变化量的比值定：把集电极电流变化量与基极电流变化量的比值定义为三极管的交流电流放大系数。义为三极管的交流电流放大系数。BCIIBBCEIIII)1 (ECBCIIII, 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学共基电路（共基电路（CB） 直流电流放大系数直

8、流电流放大系数 CNEII1与与 的关系的关系一般三极管的一般三极管的 值为值为0.90.99。CB组态无电流放大组态无电流放大导通条件：导通条件：发射结发射结正偏正偏集电结集电结反偏反偏或1 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学CIEI共基电路交流电流放大系数共基电路交流电流放大系数 CEII定义一般情况下，直流电流放大系数与交流电流放大系数差别很一般情况下，直流电流放大系数与交流电流放大系数差别很小，小，在分析估算中常取在分析估算中常取1与与 的关系的关系1CB接法无电流放大作用接法无电流放大作用 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学三、三极管的输入特性与输

9、出特性三、三极管的输入特性与输出特性以以NPN管共射电路为例管共射电路为例 1 1 输入特性曲线族输入特性曲线族 UCCEBBEIf U 三极管的输入特性曲线与二极管相同三极管的输入特性曲线与二极管相同，表示以，表示以 为参变量时为参变量时 和和 的关系。即的关系。即 。 CEUBIBEUCUBEBCEUfI)( 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学硅硅NPN管的输入特性曲线管的输入特性曲线 1.UCE=0V，b、e极间加正向电压。极间加正向电压。 2.2.UCE1V 分两种情况来讨论。分两种情况来讨论。 对于小功率管，对于小功率管，UCE= =1V的输入特性曲线可以取代的输入

10、特性曲线可以取代UCE大于大于1V的所有输入特性曲线。的所有输入特性曲线。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学2 2 输出特性曲线族输出特性曲线族ICBCCEIf U输出特性共分四个区：输出特性共分四个区： （1 1）放大区放大区 该区具有两个性质：该区具有两个性质：具有电流放大作用具有电流放大作用 受控性与恒流性受控性与恒流性 受控性受控性是指是指 的变化控制的变化控制 的变化。的变化。 恒流性恒流性是指该区中是指该区中 基本不随基本不随 而变化。而变化。 BICICICEU三极管工作在该区三极管工作在该区E结正偏，结正偏，C结反偏结反偏。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工

11、程大学哈尔滨工程大学（3 3）饱和区饱和区IC与与IB无控制关系无控制关系 没有电流放大作用没有电流放大作用 饱和压降饱和压降UCES （4 4）击穿区击穿区 （2 2）截止区截止区 IB0 ，没有电流放大作用没有电流放大作用 对小功率管约为对小功率管约为(0.3(0.30.5)V0.5)V。概念Uces是分隔放大区与饱和区的分隔线。三极管不允许工作在击穿区三极管不允许工作在击穿区0CEOCII对大功率管约为对大功率管约为1V1V左右。左右。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学总结：总结：1、三极管是流控器件（、三极管是流控器件（CCCS器件），器件），IB 控制控制 IC。

12、2、当、当UCEUCES时，具有恒流性和受控性。时，具有恒流性和受控性。3、输出特性曲线有四个区，三种工作状态（不能、输出特性曲线有四个区，三种工作状态（不能工作在击穿区）工作在击穿区）4、三极管是非线性器件，若要工作在线性区，、三极管是非线性器件，若要工作在线性区，必须选择合适的静态工作点。必须选择合适的静态工作点。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学四、三极管的主要参数四、三极管的主要参数1 1 电流放大系数电流放大系数 （1 1）共射电路）共射电路直流电流放大系数定义直流电流放大系数定义CNCBBIIII交流放大系数定义交流放大系数定义CECUCBII图解图解值值 模拟

13、电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学（2 2）共基电路）共基电路直流电流放大系数定义为直流电流放大系数定义为 CCBOCEEIIIII交流电流放大系数定义为交流电流放大系数定义为CBCUCEII（1 1）反向饱和电流）反向饱和电流ICBO（2 2）穿透电流）穿透电流ICEO2 2 极间反向电流极间反向电流 指发射级开路时，集电极与基指发射级开路时，集电极与基极间的反向饱和电流极间的反向饱和电流。ICEO与与 的关系：的关系：CBOICBOCEOII 1指基极开路时集电极与发射极指基极开路时集电极与发射极间的穿透电流，间的穿透电流， 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大

14、学 在放大区内，在放大区内， 值基本不变，但值基本不变，但当当 IC 超过一定数值后，超过一定数值后，将明显下将明显下降。规定当降。规定当 降到额定值的降到额定值的 时时对应的对应的 值为值为 。 3 3 极限参数极限参数（1 1）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗PCM临界功耗线临界功耗线 （2 2）集电极最大允许的电流）集电极最大允许的电流ICM （3 3）反向击穿电压）反向击穿电压U(BR)CEO 集电极的功率损耗集电极的功率损耗( (简称功耗简称功耗) ) 。使用时，要。使用时，要求求 ，否则管子会过热而烧毁。，否则管子会过热而烧毁。 值决定于管子允许的值决定于管子允许的温升。温升

15、。 CECCUIPCMCPP CMPCI32CMICMCII的区域称过流区的区域称过流区。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学4 4 频率参数频率参数 三极管幅频特性三极管幅频特性 （1 1）共射截止频率）共射截止频率f 当信号频率较高时，由于管子内部的电容效应作用明当信号频率较高时，由于管子内部的电容效应作用明显，使值下降。当下降到显，使值下降。当下降到中频值中频值 的的0.7070.707倍倍时对应的频时对应的频率称共射截止频率率称共射截止频率 。0f（2 2）共射特征频率）共射特征频率Tf（3 3）共基截止频率）共基截止频率f 指当指当 时的频率。当时的频率。当 时，管

16、子失去放大作用。时，管子失去放大作用。 1Tff 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学五、环境温度对三极管参数的影响五、环境温度对三极管参数的影响 1 1 温度对温度对ICBO的影响的影响2 2 温度对温度对的影响的影响3 3 温度对温度对UBE的影响的影响 硅管硅管 的比锗管小得多，优良的硅管的比锗管小得多，优良的硅管 可以可以做到做到10nA以下。对硅管来说，以下。对硅管来说， 随温度的变化往往不随温度的变化往往不是主要问题，因此得到广泛地应用。是主要问题，因此得到广泛地应用。 CBOICBOICBOI 三极管的三极管的 值随着温度的升高而增大。值随着温度的升高而增大。其规

17、律为每其规律为每升高升高11， 值增加值增加(0.5(0.51)1)。 当当 一定，温度每升高一定，温度每升高 ， 减小减小2mV左右，左右，或者说，对相同的或者说，对相同的 ， 会随着温度的升高而增加。会随着温度的升高而增加。BIBIBEUBEUC01ICBO随温度的升高而增大。随温度的升高而增大。UBE随温度升高而降低。随温度升高而降低。 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学六、三极管的六、三极管的h h参数微变等效电路参数微变等效电路h 适用于中低频段适用于中低频段 晶体管在中低频、小信号作用下等效晶体管在中低频、小信号作用下等效 1.1.中低频段中低频段:kHz:kHz数量级以下数量级以下2.2.小信号：小信号：mvmv级级3.3.等效：线性化处理等效：线性化处理简化的简化的h h参数微变等效电路参数微变等效电路 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学1bebberrr26()()eQEmArI mA基区的基区的体电阻体电阻发射结发射结结电阻结电阻26()300(1)()beEmArImAP34 模拟电子技术模拟电子技术哈尔滨工程大学哈尔滨工程大学可以用公式计算可以用公式计算 ber)(26)1 (mAImV