晶体管工作原理

晶体管工作原理第1页/共47页晶体管图片第2页/共47页第3页/共47页2.1.1晶体管的结构1.NPN型晶体管结构示意图和符号(2)根据使用的半导体材料分为:硅管和锗管(1)根据结构分为:NPN型和PNP型晶体管的主要类型第4页/共47页NNP发射区集电区基区发射极E(e)集电极C(c)发射结JE集电结JC基极B(b)NPN型晶体管结构示意图第5页/共47页NPN型晶体管符号B(b)E(e)TC(c)NNP发射区集电区基区发射极E(e)集电极C(c)发射结JE集电结JC基极B(b)第6页/共47页2.PNP型晶体管结构示意图和符号符号B(b)E(e)TC(c)E(e)发射区集电区基区PPNC(c)B(b)JEJC结构示意图第7页/共47页集电区EBC发射区基区(1)发射区小，掺杂浓度高。3.晶体管的内部结构特点（具有放大作用的内部条件）平面型晶体管的结构示意图第8页/共47页(2)集电区面积大。(3)基区掺杂浓度很低，且很薄。集电区EBC发射区基区第9页/共47页2.1.2晶体管的工作原理（以NPN型管为例）依据两个PN结的偏置情况放大状态饱和状态截止状态倒置状态晶体管的工作状态第10页/共47页1．发射结正向偏置、集电结反向偏置——放大状态

原理图电路图+–+–第11页/共47页

(1)电流关系a.

发射区向基区扩散电子形成发射极电流IE发射区向基区扩散电子称扩散到基区的发射区多子为非平衡少子第12页/共47页b.基区向发射区扩散空穴基区向发射区扩散空穴发射区向基区扩散电子形成空穴电流第13页/共47页因为发射区的掺杂浓度远大于基区浓度，空穴电流可忽略不记。基区向发射区扩散空穴发射区向基区扩散电子第14页/共47页c.基区电子的扩散和复合非平衡少子在基区复合，形成基极电流IBIB非平衡少子向集电结扩散第15页/共47页非平衡少子到达集电区d.集电区收集从发射区扩散过来的电子形成发射极电流ICICIB第16页/共47页少子漂移形成反向饱和电流ICBOe.集电区、基区少子相互漂移集电区少子空穴向基区漂移ICBO基区少子电子向集电区漂移ICIB第17页/共47页晶体管的电流分配关系动画演示第18页/共47页发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路。基极是两个回路的公共端，称这种接法为共基极接法。

输入回路输出回路第19页/共47页定义称为共基极直流电流放大系数ICBOICIB第20页/共47页各电极电流之间的关系

IE=IC+IB

ICBOICIB第21页/共47页晶体管共射极接法原理图电路图IBICICBO第22页/共47页定义为共射极直流电流放大系数IBICICBO当UCE>UCB时，集电结正偏，发射结反偏，晶体管仍工作于放大状态。第23页/共47页各电极电流之间的关系ICEO称为穿透电流IBICICBO第24页/共47页或的关系由一般情况第25页/共47页如果

△UBE

>0，那么△IB>0，△IC>0，△IE>0

当输入回路电压U

'BE=UBE+△UBE那么I

'B=IB+△IBI

'C=IC+△ICI

'E=IE+△IE如果

△UBE

<0，那么△IB<0，△IC<0，△IE<0

IBICICBO第26页/共47页为共基极交流电流放大系数为共射极交流电流放大系数

定义α与β的关系一般可以认为第27页/共47页uBE=

ube+UBE(2)放大原理设输入信号ui=Uimsinωt

V那么iB=

ib+IBiC=

ic+ICuCE=

uce+

UCEuce=

–icRC其中UCE=

VCC

–ICRC放大电路TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iE第28页/共47页a.在RC两端有一个较大的交流分量可供输出。uce=

–

icRCuCE=

uce+

UCE由可知ui→ib→ic→icRcb.

交流信号的传递过程为TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iE第29页/共47页2．发射结正向偏置、集电结正向偏置——饱和状态

(2)IC

bIB，IB失去了对IC的控制。(1)UCE≤UBE，集电结正向偏。饱和状态的特点(3)

集电极饱和电压降UCES较小，小功率硅管为0.3~0.5V。第30页/共47页(5)UCE对IC的影响大，当UCE增大，IC将随之增加。(4)饱和时集电极电流第31页/共47页(2)IC=ICBO3．发射结反向偏置、集电结反向偏置——截止状态截止状态的特点(1)发射结反偏(3)IB=－ICBO第32页/共47页4．发射结反向偏置、集电结正向偏置——倒置状态(1)集电区扩散到基区的多子较少倒置状态的特点(2)发射区收集基区的非平衡少数载流子的能力小(3)管子的电流放大系数很小第33页/共47页2.1.3晶体管共射极接法的伏安特性曲线

1．共射极输入特性

共射极输入特性三极管共射极接法uCE=0VuCE≥1V第34页/共47页(1)

输入特性是非线性的，有死区。

(2)

当uBE不变，uCE从零增大时，iB将减小。输入特性的特点(3)

当uCE≥1V，输入特性曲线几乎重合在一起，

即uCE对输入特性几乎无影响。

uCE=0VuCE≥1V第35页/共47页2．共射极输出特性

输出特性曲线饱和区截止区放大区iB=20μA0406080100246801234iC/mAuCE/V第36页/共47页各区的特点(1)饱和区a.UCE≤UBEb.IC＜βIBc.UCE增大，IC

增大饱和区iB=20μA0406080100246801234iC/mAuCE/V第37页/共47页(3)截止区a.IB≈0b.IC≈0(2)放大区a.UCE>UBEb.IC=βIBc.IC与UCE无关饱和区放大区iB=20μA0406080100246801234iC/mAuCE/V第38页/共47页NPN管与PNP管的区别iB、uBE、iC、iE、uCE的极性二者相反。NPN管电路PNP管电路第39页/共47页硅管与锗管的主要区别(3)锗管的ICBO比硅管大(1)死区电压约为硅管0.5V锗管0.1V(2)

导通压降|uBE|约为锗管0.3V硅管0.7V第40页/共47页2.1.4晶体管的主要电参数1.直流参数(3)集电极——基极间反向饱和电流ICBO

(1)共基极直流电流放大系数(2)共射极直流电流放大系数(4)集电极——发射极间反向饱和电流ICEO

第41页/共47页2.交流参数

(1)共基极交流电流放大系数α

β值与iC的关系曲线(2)共射极交流电流放大系数β

iCOβ第42页/共47页3.极限参数(4)集电极最大允许电流ICM(1)集电极开路时发射极——基极间反向击穿电压U(BR)EBO

(2)发射极开路时集电极——基极间反向击穿电压U(BR)EBO

(3)基极开路时集电极——发射极间反向击穿电压U(BR)EBO

第43页/共47页不安全区iCuCEOU

(BR)CEOICM安全区(5)集电极最大允许功率耗散PCM晶体管的安全工作区等功耗线PC=PCM=uCE×iC第44页/共47页2.1.5温度对管子参数的影响