模拟电子电路分析与制作：晶体管的识别与检测

1、模拟电子线路分析与制作 -晶体管的识别与检测2 原子结构晶体管的结构与类型1 定义 3 共价键1 晶体管的定义双极型晶体管（BJT）简称为晶体管，是通过一定工艺将两个PN结结合在一起的器件。两个PN结相互影响，使得BJT表现出电流放大作用，因此晶体管是电子线路中重要的器件。2 晶体管的结构两型：NPN、PNP两PN结：发射结、集电结三区：基区(b)、集电区(c)、发射区(e)三极：基极、集电极、发射极3 晶体管内部条件-确保晶体管的电流放大特性基区很薄：确保发射极发出的多数载流子更容易穿过基区到达集电区。发射区掺入的杂质浓度大于集电区：确保发射区的多数载流子可以在外电场的作用下更容易向基区扩散

2、。集电区面积大于发射区：确保集电区可以从基区收集大量来自发射区的多数载流子。晶体管电流放大时PN结工作状况：发射结正偏，集电结反偏。4 晶体管的类型按内部结构：有NPN型（8050/9014）和PNP（8550/9012）型两种；按半导体材料：有锗管（3BX31A）和硅管（8050/9014/8550/9012）两种；按工作频率：有低频管（TIP127）和高频管（90119018）两种；按功率分：有小功率管（TO-92封装：9013）、中功率管（TO126封装：2SD669）和大功率管（TO-220封装：TIP127）三种；按用途分：有普通晶体管（9014/9012）和开关晶体管（8050/8

3、550）两种。5 晶体管的外形2 原子结构晶体管的电流放大作用1 定义 1 晶体管的电流放大条件由于NPN型晶体管和PNP型晶体管内部结构、电压极性和电流方向的存在互异性，为了方便分析晶体管的电流放大作用，将选择NPN 型晶体管为例详细阐述。晶体管实现放大作用必须同时具备内部条件和外部条件内部条件外部条件基区很薄发射区掺入的杂质浓度大于集电区集电区面积大于发射区外加外电场发射结正偏：b高电位、e低电位集电结反偏：c高电位、b低电位2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管晶体管实现放大作用必须同时具备内部条件和外部条件内部条件外部条件基区很薄发射区掺入的杂质浓度大于集电区集电区面积大于发射区外加

4、外电场发射结正偏：b高电位、e低电位集电结反偏：c高电位、b低电位2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管晶体管实现放大作用必须同时具备内部条件和外部条件内部条件外部条件基区很薄发射区掺入的杂质浓度大于集电区集电区面积大于发射区外加外电场发射结正偏：b高电位、e低电位集电结反偏：c高电位、b低电位2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管晶体管实现放大作用必须同时具备内部条件和外部条件内部条件外部条件基区很薄发射区掺入的杂质浓度大于集电区集电区面积大于发射区外加外电场发射结正偏：b高电位、e低电位集电结反偏：c高电位、b低电位VCVBVEVCCVBB2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管晶体管

5、实现放大作用必须同时具备内部条件和外部条件内部条件外部条件基区很薄发射区掺入的杂质浓度大于集电区集电区面积大于发射区外加外电场发射结正偏：b高电位、e低电位集电结反偏：c高电位、b低电位VCVBVEVCCVBBVBB通过Rb给发射结提供正向偏置电压，即晶体管基区电压UB发射区电压UE2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管晶体管实现放大作用必须同时具备内部条件和外部条件内部条件外部条件基区很薄发射区掺入的杂质浓度大于集电区集电区面积大于发射区外加外电场发射结正偏：b高电位、e低电位集电结反偏：c高电位、b低电位VCVBVEVCCVBBVBB通过Rb给发射结提供正向偏置电压，即晶体管基区电压UB

6、发射区电压UEVCC通过RC给集电结提供反向偏置电压，即集电区电压UC基区电压UB2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（1）发射区多数载流子扩散到基区基区电压UB发射区电压UEPN结(发射结)正偏2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（1）发射区多数载流子扩散到基区基区电压UB发射区电压UE发射区多数载流子电子不断通过发射结扩散到基区，e-bPN结(发射结)正偏2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（1）发射区多数载流子扩散到基区基区电压UB发射区电压UE发射区多数载流子电子不断通过发射结扩散到基区，e-b发射极电流IEN，b-ePN结(发射结)正偏2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶

7、体管（1）发射区多数载流子扩散到基区基区电压UB发射区电压UE发射区多数载流子电子不断通过发射结扩散到基区，e-b发射极电流IEN，b-e基区多数载流子空穴不断通过发射结扩散到发射区，b-ePN结(发射结)正偏2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（1）发射区多数载流子扩散到基区基区电压UB发射区电压UE发射区多数载流子电子不断通过发射结扩散到基区，e-b发射极电流IEN，b-e基区多数载流子空穴不断通过发射结扩散到发射区，b-e发射极电流IEP，b-ePN结(发射结)正偏2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（1）发射区多数载流子扩散到基区基区电压UB发射区电压UE发射区多数载流子电子不

8、断通过发射结扩散到基区，e-b发射极电流IEN，b-e基区多数载流子空穴不断通过发射结扩散到发射区，b-e发射极电流IEP，b-e外部条件：发射区杂质浓度远远大于基区，IEP忽略PN结(发射结)正偏2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（1）发射区多数载流子扩散到基区基区电压UB发射区电压UE发射区多数载流子电子不断通过发射结扩散到基区，e-b发射极电流IEN，b-e基区多数载流子空穴不断通过发射结扩散到发射区，b-e发射极电流IEP，b-e外部条件：发射区杂质浓度远远大于基区，IEP忽略发射极电流IE=IEN+IEPIENPN结(发射结)正偏2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（2）电

9、子在基区中扩散与复合发射区扩散到基区的电子基区多数载流子空穴2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（2）电子在基区中扩散与复合发射区扩散到基区的电子空穴与电子复合基极电流IBN基区多数载流子空穴2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（2）电子在基区中扩散与复合发射区扩散到基区的电子空穴与电子复合基极电流IBN外部条件：基区很薄，多数载流子空穴浓度低基区多数载流子空穴2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（2）电子在基区中扩散与复合发射区扩散到基区的电子空穴与电子复合基极电流IBN基极电流IB=IBN较小大量电子在集电结边缘聚集外部条件：基区很薄，多数载流子空穴浓度低基区多数载流子空穴2

10、晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（3）集电区收集扩散过来的电子集电区电压UC基区电压UBPN结(集电结)反偏2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（3）集电区收集扩散过来的电子集电区电压UC基区电压UBPN结(集电结)反偏外部条件：集电区面积大于发射区2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（3）集电区收集扩散过来的电子集电区电压UC基区电压UB基区中集电结边缘聚集的电子很容易漂移到集电区，b-cPN结(集电结)反偏外部条件：集电区面积大于发射区2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（3）集电区收集扩散过来的电子集电区电压UC基区电压UB基区中集电结边缘聚集的电子很容易漂移到集电区，b

11、-c集电极电流ICN，c-bPN结(集电结)反偏外部条件：集电区面积大于发射区2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（3）集电区收集扩散过来的电子集电区电压UC基区电压UB基区中集电结边缘聚集的电子很容易漂移到集电区，b-c集电极电流ICN，c-b基区少数载流子电子漂移，b-e集电区少数载流子空穴漂移，c-bPN结(集电结)反偏外部条件：集电区面积大于发射区2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（3）集电区收集扩散过来的电子集电区电压UC基区电压UB基区中集电结边缘聚集的电子很容易漂移到集电区，b-c集电极电流ICN，c-b基区少数载流子电子漂移，b-e集电区少数载流子空穴漂移，c-b反向

12、饱和电流ICBO，c-b，很小PN结(集电结)反偏外部条件：集电区面积大于发射区2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（3）集电区收集扩散过来的电子集电区电压UC基区电压UB基区中集电结边缘聚集的电子很容易漂移到集电区，b-c集电极电流ICN，c-b基区少数载流子电子漂移，b-e集电区少数载流子空穴漂移，c-b反向饱和电流ICBO，c-b，很小集电极电流IC=ICN+ICBOICNPN结(集电结)反偏外部条件：集电区面积大于发射区2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（4）结论发射区扩散出去的大量自由电子分为两个部分：第一部分，少量与基区的空穴复合，形成基极电流IB，大部分进入集电极，形成

13、集电极电流IC，因此发射极电流IE=IB+IC。2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（4）结论发射区扩散出去的大量自由电子分为两个部分：第一部分，少量与基区的空穴复合，形成基极电流IB，大部分进入集电极，形成集电极电流IC，因此发射极电流IE=IB+IC。2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（4）结论发射区扩散出去的大量自由电子分为两个部分：第一部分，少量与基区的空穴复合，形成基极电流IB，大部分进入集电极，形成集电极电流IC，因此发射极电流IE=IB+IC。2 晶体管内部载流子传输-NPN型晶体管（4）结论发射区扩散出去的大量自由电子分为两个部分：第一部分，少量与基区的空穴复合，形成

14、基极电流IB，大部分进入集电极，形成集电极电流IC，因此发射极电流IE=IB+IC。根据节点电流，流入电流之和等于流出电流之和：IE=IB+IC3 晶体管电流放大作用-NPN型晶体管在基极电压VBB串联一个合适的可调交流信号ui测量集电与发射极之间输出电压uo1）保持ui=0，在保证放大条件下改变RB，可以测得 ,其中 为直流电流放大倍数，可以表征晶体管的基极电流对发射极电流的控制（放大）能力。2）在保证放大条件下，改变ui，可以测得： ,其中为交流电流放大倍数，可以表征晶体管的基极电流对发射极电流的控制（放大）能力。由上可见，晶体管一种具有电流放大作用的模拟器件。在中频区， ，因此，一般情况

15、下，都用表示晶体管的电流放大倍数。2 原子结构晶体管的特性1 定义 1 晶体管输入特性-NPN型晶体管输入特性是指当集电极与发射极之间的电压uCE为一常数时，加在晶体管基极与发射极之间的电压uBE与基极电流iB之间的关系曲线。从曲线中可以看出这样几个问题：1）为什么像PN结的伏安特性？2）为什么uCE增大曲线右移？3）为什么uCE增大到一定值曲线右移就不明显了？输入特性曲线1 晶体管输入特性-NPN型晶体管输入特性是指当集电极与发射极之间的电压uCE为一常数时，加在晶体管基极与发射极之间的电压uBE与基极电流iB之间的关系曲线。1）为什么像PN结的伏安特性？由于uCE是常数，晶体管的b-e之间

16、可以看成一个正偏的PN结，所以晶体管的输入特性曲线和PN结的正向伏安特性曲线相似。输入特性曲线+-+-ubeuce1 晶体管输入特性-NPN型晶体管输入特性是指当集电极与发射极之间的电压uCE为一常数时，加在晶体管基极与发射极之间的电压uBE与基极电流iB之间的关系曲线。2）为什么uCE增大曲线右移？输入特性曲线当uCE从0V逐步向1V增加的过程中，集电结的反向电压逐步增加，集电结吸引电子的能力增强，使得发射极进入基极的电子会更多地流向集电区，使得相同的uBE下，流向基极的电子比原来的要减少，电流iB也就少了，特性曲线向右移动了。+-+-ubeuce1 晶体管输入特性-NPN型晶体管输入特性是

17、指当集电极与发射极之间的电压uCE为一常数时，加在晶体管基极与发射极之间的电压uBE与基极电流iB之间的关系曲线。3）为什么uCE增大到一定值曲线右移就不明显了？输入特性曲线ube在uCE1V以后，只要保持uBE不变，则从发射区发射到基区的电子是一定的，而集电结所加的反向电压大于1V以后已能把这些电子几乎全部拉到集电区，uCE再增加，iB也不会在明显减少，因此uCE1V以后的曲线与uCE、=1V的曲线几乎重合。+-+-ubeuce1 晶体管输入特性-NPN型晶体管输入特性是指当集电极与发射极之间的电压uCE为一常数时，加在晶体管基极与发射极之间的电压uBE与基极电流iB之间的关系曲线。输入特性

18、曲线一般地，晶体管处于放大状态时，uCE总是大于1V，因此通常用uCE1V的曲线来表征晶体管的输入特性。晶体管死区电压和发射结饱和压降UBES：对于Si管，死区电压约为0.5V，发射结饱和压降在0.60.7V之间。对于Ge管，死区电压约为0.1V，发射结饱和压降在0.20.3V之间。+-+-ubeuce2 晶体管输出特性-NPN型晶体管输出特性是指当基极电流iB一定的情况下，晶体管的集电极与发射极之间的电压uCE与集电极电流iC之间的关系曲线。输出特性曲线+-+-ubeuce（1）饱和区 当uCEuBE，发射结正偏，集电结也正偏，此时所对应的uCE值称为饱和压降，用UCES表示。该区间在输出曲

19、线上是陡峭上升的区域，称之为饱和区域。饱和状态下iB对iC没有控制作用，iC主要由外电路决定。一般情况下，小功率管的UCES较小，Si管为0.3V，Ge管为0.1V，大功率管为13V。由于小功率管的UCES相对较小，C-E两极近似短路，所以饱和状态相当于电子开关的闭合状态。NPN管UBUCUEPNP管UEUCUB2 晶体管输出特性-NPN型晶体管输出特性是指当基极电流iB一定的情况下，晶体管的集电极与发射极之间的电压uCE与集电极电流iC之间的关系曲线。输出特性曲线+-+-ubeuce（2）截止区 输出曲线中iB=0的区域，称为截止区域。实际上，对于NPN晶体管，当uBEuBE，且iB0，此时

20、发射结正偏，集电结反偏，晶体管工作在放大状态。该区间对应输出曲线中的平坦区域，称之为放大区域。放大状态下iC只受iB控制，即iC=iB，不受uCE的影响。NPN，UCUBUEPNP，UCUBUBUE；PNP，UCUBUBUE；PNP，UCUB0.7V0V2 晶体管输出特性-举例【例3-1】 使用直流电压表测量得到放大电路中晶体管T1各电极对地电位分别为图3-7所示的值。试判断各管的型号、材料、三个电极的电压。判定方法：第一步，判定集电极和材料：如果有两个引脚存在0.7V压差，则剩余那个引脚为集电极，且材料为Si，如果有两个引脚存在0.2V压差，则剩余那个引脚为集电极，且材料为Ge;第二步，根据电压大小，判断其余各个引脚，和晶体管类型，依据是：NPN，UCUBUE；PNP，UCUB0.7V0VNPN，UCUBUE2 晶体管输出特性-举例【例3-1】 使用直流电压表测量得到放大电路中晶体管T1各电极对地电位分别为图3-7所示的值。试判断各管的型号、材料、三个电极的电压。判定方法：第一