三极管及其基本放大电路

1、第二章：三极管及其基本放大电路第二章：三极管及其基本放大电路考纲要求1.理解三极管的基本构造、电流放大作用、伏安特性和主要参数；2.会用万用表判别三极管的管型及管脚极性。 学习内容1.三极管的结构与工作原理2.三极管的伏安特性曲线3.三极管的主要参数4.三极管的检测2.1.1 三极管的基本结构类型和符号三极管分有三极管分有NPNNPN型和型和PNPPNP型，虽然它们外形各异，品种繁多，但它们的共型，虽然它们外形各异，品种繁多，但它们的共同特征相同：都有三个分区、两个同特征相同：都有三个分区、两个PNPN结和三个向外引出的电极：结和三个向外引出的电极：发射极发射极e发射结发射结集电结集电结基区基

2、区发射区发射区集电区集电区集电极集电极c基极基极b常见三极管外形及文字符号NPN型三极管图符号型三极管图符号大功率低频三极管大功率低频三极管小功率高频三极管小功率高频三极管中功率低频三极管中功率低频三极管PNP型三极管图符号型三极管图符号图中箭头方向为发射极电流的方向。2.1.2 三极管的电流分配关系及放大作用晶体管实现电流放大作用的(1)发射区掺杂浓度很高，以便有足够的载流子供“发射”。(2)为减少载流子在基区的复合机会，基区做得很薄，一般为几个微米，且掺杂浓度极低。(3)集电区体积较大，且为了顺利收集边缘载流子，掺杂浓度界于发射极和基极之间。 可见，双极型三极管并非是两个PN 结的简单组合

3、，而是利用一定的掺杂工艺制作而成。因此，绝不能用两个二极管来代替，使用时也决不允许把发射极和集电极接反。晶体管实现电流放大作用的UBBRB(1)发射结必须“正向偏置”，以利于发射区电子的扩散，扩散电流即发射极电流ie，扩散电子的少数与基区空穴复合，形成基极电流ib，多数继续向集电结边缘扩散。UCCRC(2)集电结必须“反向偏置”，以利于收集扩散到集电结边缘的多数扩散电子，收集到集电区的电子形成集电极电流ic。IEICIB 整个过程中，发射区向基区发射的电子数等于基区复合掉的电子与集电区收集的电子数之和，即： 由于发射结处正偏，发射区的多数载流子自由电子将不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，

4、形成发射极电流I IE E。 由于基区很薄，且多数载流子浓度又很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少一部分和基区的空穴相复合形成基极电流I IB B，剩下的绝大部分电子则都扩散到了集电结边缘。 集电结由于反偏，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流I IC C。只要符合三极管发射区高掺杂、基区掺杂浓度很低，集电区的掺杂浓度介于发射区和基区之间，且基区做得很薄的内部条件内部条件，再加上晶体管的发射结正偏、集电结反偏的外部条件外部条件，三极管就具有了放大电流的能力。 三极管的集电极电流I IC C稍小于I IE E，但远大于I IB B，I IC C与I

5、 IB B的比值在一定范围内基本保持不变。特别是基极电流有微小的变化时，集电极电流将发生较大的变化。例如，I IB B由40A增加到50A时，I IC C将从3.2mA增大到4mA，即：8010)4050(10)2.34(63BCII 由此可得：微小的基极电流I IB B可以控制较大的集电极电流I IC C，故三极管属于电流控制器件。三极管的特性曲线(1) 输入特性曲线以常用的共射极放大电路为例说明（ U UCECE为常数时，为常数时，I IB B和和U UBEBE之间的关系）之间的关系）UCE=0VUBE /VIB / A0UCE =0VUBBUCCRC+RB令令UBB从从0开始增加开始增加

6、IBIE=IBUBE令令UCC为为0UCE=0时的输时的输入特性曲线入特性曲线UCE为为0时时UCE =0.5VUCE=0VUBE /VIB / A0UBBUCCRC+RB令令UBB重重新从新从0开开始增加始增加IBICUBE增大增大UCC让让UCE=0.5VUCE =1VUCE=0.5VUCE=0.5V的的特性曲线特性曲线继续增继续增大大UCC让让UCE=1V令令UBB重重新从新从0开开始增加始增加UCE=1VUCE=1V的的特性曲线特性曲线 实用中三极管的U UCECE值一般都超过1V，所以其输入特性通常采用U UCECE= =1V时的曲线。从特性曲线可看出，三极管的输入特性与二极管的正向

7、特性非常相似。UCE1V的的特性曲线特性曲线(2) 输出特性曲线先把先把IB调到调到某一固定值某一固定值保持不变。保持不变。 当IB不变时，输出回路中的电流IC与管子输出端电压UCE之间的关系曲线称为输出特性。然后调节然后调节UCC使使UCE从从0增增大，观察毫安表中大，观察毫安表中IC的变的变化并记录下来。化并记录下来。UCEUBBUCCRCRBICIBUBEmA AIEIBUCE / VIC /mA0UBBUCCRCRBICIBUBEmA AIE再调节再调节IB1至至另一稍小的另一稍小的固定值上保固定值上保持不变。持不变。仍然调节仍然调节UCC使使UCE从从0增增大，继续观察毫安表中大，继

8、续观察毫安表中IC的变化并记录下来。的变化并记录下来。UCEUCE / VIC /mA0IBIB1IB2IB3IB=0 如此不断重复上述过程，我们即可得到不同基极电流I IB B对应相应I IC C、U UCECE数值的一组输出特性曲线。输出曲线开始部分很陡输出曲线开始部分很陡，说明，说明IC随随UCE的增加而的增加而急剧增大。急剧增大。当当UCE增至一定数值时增至一定数值时(一般小于一般小于1V)，输出特性曲线变得平坦，表明，输出特性曲线变得平坦，表明IC基基本上不再随本上不再随UCE而变化。而变化。UCE / VIC /mA020 AIB=040 A60 AIB=100 A80 A4321

9、1.52.3输出特性曲线上一般可分为三个区：饱和区饱和区。当。当发射结和发射结和集电结均为正向偏置集电结均为正向偏置时，三极管处于饱和时，三极管处于饱和状态。此时集电极电状态。此时集电极电流流IC与基极电流与基极电流IB之之间不再成比例关系，间不再成比例关系，IB的变化对的变化对IC的影响的影响很小。很小。截止区截止区。当基极电。当基极电流流IB等于等于0时，晶体时，晶体管处于截止状态。管处于截止状态。实际上当发射结电实际上当发射结电压处在正向死区范压处在正向死区范围时，晶体管就已围时，晶体管就已经截止，为让其可经截止，为让其可靠截止，常使靠截止，常使UBE小于和等于零。小于和等于零。 晶体管

10、工作在放大状态时，发射结正偏，集电结反偏。在放大区，集电极电流与基极电流之间成倍的数量关系，即晶体管在放大区时具有电流放大作用。 管子深度饱和时，硅管的VCE约为0.3V，锗管约为0.1V,由于深度饱和时VCE约等于0，晶体管在电路中犹如一个闭合的开关。例1: 用直流电压表测得放大电路中晶体管T1各电极的对地电位分别为V1 = +10V，V2= 0V，V3= +0.7V，如图（a）所示, T2管各电极电位V1 = +0V，V2= -0.3V，V3= -5V，如图（b）所示，试判断T1和T2各是何类型、何材料的管子，x、y、z各是何电极？ 2 3 21T131T1 (a) (b)解解： 工作在放

11、大区的工作在放大区的NPN型晶体管应满足型晶体管应满足VCVB VE ，PNP型晶体管应满足型晶体管应满足VCVBV3 V2,，所以，所以1为集电极，为集电极，2为发射极，为发射极，3为基极，满为基极，满足足VCVB VE,的关系，管子为的关系，管子为NPN型。型。（2）在图（）在图（b）中，）中，1与与2的电压为的电压为0.3V，可确定为锗管，又，可确定为锗管，又因因V3V2 V1,，所以，所以3为集电极，为集电极，1为发射极，为发射极，2为基极，满足为基极，满足VCVBICM时，晶体管不一定烧时，晶体管不一定烧损，但损，但值明显下降。值明显下降。集电极最大允许功耗PCMCMP晶体管上的功晶

12、体管上的功耗超过耗超过PCM，管，管子将损坏。子将损坏。3.极间电流指基极开路时，指基极开路时，电流。该值越小越好。电流。该值越小越好。. . 集电极反向饱和电流集电极反向饱和电流I ICBOCBO, ,是少数载流子运是少数载流子运动的结果，其值越小越好。动的结果，其值越小越好。 晶体管的发射极和集晶体管的发射极和集电极是不能互换使用的电极是不能互换使用的。因为发射区和集电区。因为发射区和集电区的掺杂质浓度差别较大的掺杂质浓度差别较大，如果把两个极互换使，如果把两个极互换使用，则严重影响晶体管用，则严重影响晶体管的电流放大能力，甚至的电流放大能力，甚至造成放大能力丧失。造成放大能力丧失。晶体管

13、的发射极晶体管的发射极和集电极能否互和集电极能否互换使用？为什么换使用？为什么? 晶体管在输出特性曲线的晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，饱和区工作时，UCEUBE，集电结也处于正偏，这时内集电结也处于正偏，这时内电场被大大削弱，因此极不电场被大大削弱，因此极不利于集电区收集从发射区到利于集电区收集从发射区到达集电结边缘的电子，这种达集电结边缘的电子，这种情况下，集电极电流情况下，集电极电流IC与基与基极电流极电流IB不再是不再是倍的关系倍的关系，因此，晶体管的电流放大能因此，晶体管的电流放大能力大大下降。力大大下降。晶体管在输出特性曲线的晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，其电流放饱和区工

14、作时，其电流放大系数是否也等于大系数是否也等于？为什么晶体管基区掺杂为什么晶体管基区掺杂质浓度小？而且还要做质浓度小？而且还要做得很薄？得很薄？ 为了使发射区扩散电子的绝大多数无为了使发射区扩散电子的绝大多数无法在基区和空穴复合，由于基区掺杂深法在基区和空穴复合，由于基区掺杂深度很低且很薄，因此只能有极小一部分度很低且很薄，因此只能有极小一部分扩散电子与基区空穴相复合形成基极电扩散电子与基区空穴相复合形成基极电流，剩余大部分扩散电子继续向集电结流，剩余大部分扩散电子继续向集电结扩散，由于集成电结反偏，这些集结到扩散，由于集成电结反偏，这些集结到集电结边缘的自由电子被集电极收集后集电结边缘的自由

15、电子被集电极收集后形成集电极电流。形成集电极电流。用万用表测试二极管好坏及极性的方法用万用表欧姆档检查二极管是否存在单向导电性？并判别其极性。正向导通电正向导通电阻很小。指阻很小。指针偏转大。针偏转大。反向阻断时电反向阻断时电阻很大，指针阻很大，指针基本不动。基本不动。 选择万用表R1k 的欧姆档，其中黑表棒作为电源正极，红表棒作为电源负极，根据二极管正向导通、反向阻断的单向导电性将表棒对调一次即可测出其极性及好坏。如何判断二级管的正负极呢？用万用表测试三极管好坏及极性的方法 用指针式万用表检测三极管的基极和管型：指针不动，说明管指针不动，说明管子反偏截止，因此子反偏截止，因此为为NPN型。型

16、。 先将万用表置于Rlk 欧姆档，将红表棒接假定的基极B，黑表棒分别与另两个极相接触，观测到指针不动(或近满偏)时，则假定的基极是正确的;且晶体管类型为NPN型（或PNP型）。如果把红黑两表棒对调后，指针仍不动(或仍偏转)，则说明管子已经(或已被)损坏。指针偏转，说明管指针偏转，说明管子正向导通，因此子正向导通，因此为为PNP型。型。 若被测管为NPN三极管，让黑表棒接假定的集电极C ，红表棒接假定的发射极E 。两手分别捏住B、C两极充当基极电阻RB(两手不能相接触)。注意观察电表指针偏转的大小； 之后，再将两检测极反过来假定，仍然注意观察电表指针偏转的大小。人体电阻人体电阻人体电阻人体电阻假定极正确假定极正确假定极错误假定极错误 用万用表R1k欧姆档判别发射极E和集电极C 偏转较大的假定极是正确的！偏转小的反映其放大能力下降，即集电极和发射极接反了。 如果两次检测时电阻相差不大，则说明管子的性能较差。1