第1章-半导体二极管和三极管2分解.ppt

1、1.3 晶体管,1.3.1 晶体管的结构及类型,1.3.2 晶体管的放大原理,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,1.3.5 晶体管的主要参数,1.3.6 温度对晶体管特性及参数的影响,1.3.7 由晶体管组成的门电路,1.3.4 晶体管的共基特性曲线,1.3.1 晶体管的结构和类型,1. 晶体管的外形图,1.3.1 晶体管的结构和类型,1. 晶体管的外形图,基极,发射极,集电极,符号：,NPN型,三个极 三个区 两个PN结,1.3.1 晶体管的结构和类型,. 晶体管的结构和类型,基区：最薄， 多子浓度最低,发射区：多子 浓度最高,发射结,集电结,基极,发射极,集电极,3. 结构特点,集电区：

2、结面积最大,1.3.1 晶体管的结构和类型,1.3.2 晶体管的放大原理,1.粗浅理解“放大”作用,xI -自变量 xO -因变量,A为常数时xO与xI呈线性关系。,当xI是电路的输入信号，xO是电路的输出信号时，A就是电路的增益（放大倍数）。,1.3.2 晶体管的放大原理,“放大”作用可以理解为一种控制作用。,晶体管的“放大”作用表现为iB或iE对iC的控制作用。,2. 晶体管放大的条件,发射结正偏、集电结反偏,PNP 发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVB,从电位的角度看： NPN 发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVB,1.3.2 晶体管的放大原理,发射区多子浓度最高。,基区最薄

3、，多子浓度最低。,集电结面积最大。,内部条件：,外部条件：,共发射极放大电路,1.3.2 晶体管的放大原理,IE = IB + IC,3. 电流分配及电流放大作用,IC IE IB,结论：基极电流可控制集电极电流；,这种控制作用称为晶体管的电流放大作用。,1.3.2 晶体管的放大原理,3. 电流分配及电流放大作用,ICBO,扩散运动形成发射极电流IE 复合运动形成基极电流IB 漂移运动形成集电极电流IC,因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区。,因基区薄且多子浓度低,使极少数扩散到基区的电子与空穴复合。,少数载流子的运动,基区空穴的扩散可忽略,4.晶体管内部载流子的运动规律,1.3.2

4、 晶体管的放大原理,因集电区面积大,在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区。,B,IEP,ICBO,4.晶体管内部载流子的运动规律,1.3.2 晶体管的放大原理,B,IEP,1.IC受IE控制， 2. IC受IE控制， 3.IB可控制IC， 4. IB可控制IC， 5.内部结构： 在发射区掺杂浓度高和集电区结面积大的前提下，基区尺寸和掺杂浓度，决定电流IB可以控制电流IC。 4.外部条件： 发射结正偏集电结反偏保证可能放大。,即管子各电极电压与电流的关系曲线。,为什么要研究特性曲线： 直观地分析管子的工作状态 合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路,重点讨论应用最广泛的共发射极

5、接法的特性曲线,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,uCE=0V,uCE=0.5V,uCE1V,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,1. 输入特性,为什么UCE增大曲线右移？,为什么像PN结的伏安特性？,为什么UCE增大到一定值曲线右移就不明显了？, 线性区,NPN型硅管UBE 0.60.7V, PNP型锗管UBE -0.2 -0.3V, 存在死区，其中NPN硅管Uon约为0.5V;PNP锗管Uon约为-0.1V, 输入特性是非线性的。, 当uCE1V时,uCE对输入特性几乎无影响, 输入曲线几乎重合。,对应于一个iB就有一条iC随uCE变化的曲线。,2. 输出特性,1.3.3 晶体管的共射特性曲

6、线,iB=0,20A,是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下 ?,为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？,2. 输出特性,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,iB=0,20A,iB=0,20A,放大区,输出特性曲线通常分三个工作区：,(1) 放大区,2. 输出特性,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,发射结处于正偏、集电结处 于反偏, 管子工作于放大状态。,b. iC=iB ，称为线性区。,c. 具有恒流特性, iC与uCE无关。,iC几乎仅仅决定于电流iB,可将输出回路等效为电流iB 控制的电流源iC 。,（2）截止区,iB = 0 以下区域为截止区，

7、有 iC 0 。,在截止区时,发射结小于开启电压且集电结处于反向偏置,晶体管工作于截止状态。,截止区,可靠截止： 发射结反偏，集电结反偏。,输出特性曲线通常分三个工作区：,2. 输出特性,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,饱和区,(3) 饱和区,a. 发射结和集电结均处于正偏。,b. iB iC,d. 在深度饱和时， NPN硅管UCES 0.3V， PNP锗管UCES -0.1V。,输出特性曲线通常分三个工作区：,2. 输出特性,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,c. uCE增大， iC 增大。,1.输入特性曲线,基本关系,随着uCB的增加，外加电压增强了集电结内电场，集电结收集载流子能力增强

8、，使得在同样的uBE下，iE略有增加，特性曲线左移。,1.3.4 晶体管的共基特性曲线,2.输出特性曲线,iE=0时，内部载流子运动示意图如下图所示。,1.3.4 晶体管的共基特性曲线,uCB= -uD,iC= -iD,坐标变换后,1.3.4 晶体管的共基特性曲线,2.输出特性曲线,iE=0时，若将集电结看作一个二极管，则此时二极管上电压与电流关系为下图所示：,iE0时,发射结正偏,发射区向基区注入载流子，从而集电区收集到大量载流子，形成较大的集电极电流。,1.3.4 晶体管的共基特性曲线,2.输出特性曲线,改变发射结正偏电压，则有不同的iB和iE,从而导致不同的iC。,共射直流电流放大系数,

9、共射交流电流放大系数,共发射极放大电路,晶体管的参数是设计电路、选用晶体管的依据。,1.3.5 晶体管的主要参数,直流参数： 、 、ICBO、 ICEO,交流参数： 、fT（使 1的信号频率）,极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO,1. 电流放大系数、 、,共基直流电流放大系数,共基交流电流放大系数,共基极放大电路,集电极基极间反向截止电流ICBO,ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。 温度ICBO,集电极发射极间的反向穿透电流ICEO,ICEO受温度的影响大。 温度ICEO,所以IC也相应增加。晶体管的温度特性较差。,1.3.5 晶体管的主要参数,2.极间反向

10、电流,（1）集电极最大允许电流 ICM,集电极电流 IC上升会导致晶体管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 ICM。,（2）集电极最大允许耗散功耗PCM,PCM取决于晶体管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏晶体管。 PC PCM =IC UCE,硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。,1.3.5 晶体管的主要参数,2.极限参数,1.3.5 晶体管的主要参数,2.极限参数,(3) 反向击穿电压,U(BR)CBO :发射极开路时的集电结反向击穿电压。,U(BR) EBO:集电极开路时发射结的反向击穿电压。,U(BR)CEO :基极开路时集-射极间的击穿电压。,U

11、(BR)CBOU(BR)CEOU(BR) EBO,当UCE 超过一定的数值时，晶体管就会被击穿。手册上给出的数值是25C的击穿电压U(BR) CEO。,ICUCE=PCM,安全工作区,1.3.5 晶体管的主要参数,过 流 区,过 压 区,双极型三极管的参数,注：*为 f,1. 温度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管优于锗管。,2. 温度每升高 1C，UBE将减小 -(22.5)mV， 即晶体管具有负温度系数。,3. 温度每升高 1C， 增加 0.5%1.0%。,1.3.6 温度对晶体管特性及参数的影响,从材料上分类：锗晶体管 硅晶体管,晶体管的种类,从工作电流大小分类：小功率管 中功率管 大

12、功率管,从工作频率分类：低频管 高频管 超高频管,从封装形式分类：塑封管 金属封装管,从用途分类：放大管 开关管,1. 晶体管“非”门电路,“非”逻辑关系是否定或相反的意思。,1.3.7 由晶体管组成的门电路,（1）“非”逻辑,“0”,“1”,“0”,“1”,1.3.7 由晶体管组成的门电路,1. 晶体管“非”门电路,（2）晶体管“非”门电路,2.TTL“与非” 门电路,有“0”出“1”，全“1”出“0”,1.3.7 由晶体管组成的门电路,（1）“与非” 门介绍,多发射极三极管,1.3.7 由晶体管组成的门电路,2.TTL“与非” 门电路,（1）电路结构,(2) 工作原理：输入全为高电平“1”

13、(3.6V)时,4.3V,T2、T5饱和导通,钳位2.1V,E结反偏,截止,负载电流（灌电流）,1V,输入全高“1”,输出为低“0”,1.3.7 由晶体管组成的门电路,2.TTL“与非” 门电路,0.7V,0.3V,1V,T2、T5截止,负载电流（拉电流）,(2) 工作原理：输入端有任一低电平“0”(0.3V),输入有低“0”输出为高“1”,流过 E结的电流为正向电流,5V,1.3.7 由晶体管组成的门电路,2.TTL“与非” 门电路,(3）型号74LS00 的TTL门电路芯片（四2输入与非门),VCC: +5V电源,GND:地,1.3.7 由晶体管组成的门电路,2.TTL“与非” 门电路,1.3.7 由晶体管组成的门电路,3.三态输出“与非” 门电路,=1,截止,（1）电路结构,（2）工作原理,=0,导通,当控制端为低电平 “0”时，输出 F处于开路状态，也称为高阻状态。,1.3.7 由晶体管组成的门电路,3.三态输出“与非” 门电路,（2）工作原理,1.3.7 由晶体管组成的门电路,3.三态输出“与非” 门电路,（3）电路符号及功能