《第2章 半导体三极管及其应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章 半导体三极管及其应用（201页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2.1 晶体管与光电三极管 2.2 共射基本放大电路 2.3 晶体管开关电路与恒流源电路 2.4 分压式工作点稳定电路 2.5 分立元件放大电路分析方法 2.6 共集电路、共基电路 2.7 场效应晶体管及其放大电路 2.8 多级放大器 2.9 共射放大电路的频率特性,1.了解晶体管、场效应晶体管、光电三极管和光耦合器结构，正确识别各种三极管和光耦合器的电路符号。,2.理解晶体管工作原理、伏安特性、主要参数及温度的影响，熟悉晶体管的放大作用。,3.理解晶体管直流电路近似估算方法，熟悉晶体管放大、饱和、截止状态的判别，理解非线性失真及其产生原因和消除方法。,4理解晶体管放大电路的组成和主要元器件的
2、作用，熟悉直流通路、交流通路的作用，会用微等效电路分析法求放大电路的Au、Ri 、Ro 、Aus。,6.了解场效应晶体管主要参数、使用注意事项、放大电路的组成和主要元器件的作用，会估算电压放大倍数。,7.了解多级放大电路的耦合方式及其特点，熟悉多级放大电路Au、 Ri 、Ro的计算方法。,8.理解单级阻容耦合共射放大电路的频率特性和波特图，了解多级放大电路频率特性,9.熟悉三极管和光耦合器使用常识，会用万用表判别晶体管的引脚和质量优劣。,5.了解晶体管组成的开关电路、恒流源电路和光电三极管、光耦合器基本应用电路组成及其应用。,图2.0.1所示是一款普通的中波调幅收音机，它利用天线对535 kH
3、z1605 kHz范围内的中波广播电台信号进行接收，将接收到的高频信号进行高频放大和检波后还原成音频信号，再经低频放大后送到耳机或喇叭转换成声音。打开收音机后盖，如图2.0.2所示，在电路板上可以找到构成放大电路的核心器件晶体管及其放大电路。,晶体管是最常用电子器件之一，可用它组成放大、开关及恒流源电路，这些电路广泛应用于众多的电子产品之中，如电子门铃、汽车音响、电话机、对讲机以及常用的收音机等。,本章主要介绍半导体三极管及其组成的基本应用电路。,图2.0.1 收音机外观 图2.0.2 收音机内部电路,晶体管按其结构分为NPN和PNP两类。晶体管结构与符号如图2.1.1所示。它们都有三个区：集
4、电区、基区、发射区； 从这三个区引出的电极分别称为集电极c（Collector）、基极b（Base）和发射极e（Emitter）。 两个PN结：发射区与基区之间的PN结称为发射结Je，基区与集电区之间的PN结称为集电结Jc。,2.1 晶体管与光电三极管,2.1.1 晶体管的结构、图形符号及分类,2.1 晶体管,图2.1.1 晶体管的内部结构、符号与实物图 (a）NPN型 ( b）PNP型 （c）塑封晶体管实物图 （d）金属壳封装大功率晶体管实物图,三极管实物图片,(1)两种管子的电路符号用发射极箭头方向的不同以示区别，箭头方向表示发射结正偏时发射极电流的实际方向。 (2)三极管具有信号放大作用
5、。 (3)保证放大的制造工艺：基区很薄且掺杂浓度低，发射区掺杂浓度高，集电结的面积比发射结的面积大等。 (4)在使用时三极管的发射极和集电极不能互换。,三极管的分类 (1) 按结构(导电类型)划分：NPN和PNP。 (2) 按所用半导体材料划分：硅管和锗管。 (3) 按用途划分：放大管和开关管。 (4) 按工作频率划分：低频管和高频管。 (5) 按功率大小划分：小功率管、中功率管、大功率管。,查阅附录表A.1，指出晶体管3DD15A的结构类型、工作频率、功率大小和所用半导体材料等信息。,一、晶体管放大的基本条件,要使晶体管具有放大作用，必须要有合适的偏置条件，即：发射结正向偏置（Forward
6、 bias），集电结反向偏置（Reverse bais）。 对于NPN型晶体管，必须保证集电极电压高于基极电压，基极电压又高于发射极电压，即UCUBUE；而对于PNP型晶体管，则与之相反，即UCUBUE。,2.1.2 晶体管的电流放大作用及其放大基本条件,二、晶体管各电极上的电流分配,NPN型晶体管的电流分配实验电路如图2.1.2所示，图中，IB为基极电流，IC为集电极电流，IE为发射极电流，它们的方向如图中箭头所示。UBE为发射结的正偏压，UCE为集电极与发射极之间的电压。,图2.1.2 晶体管电流分配实验电路,调节实验电路的电位器RP可以改变UBE并产生相应的基极电流IB，而IB的变化又将
7、引起IC和IE的变化。每产生一个IB值，就有一组IC和IE值与之对应，该实验所得数据见表2.1.1。,由上表得出规律：IE=IB+IC，即发射极电流等于基极电流与集电极电流之和。,表2.1.1 晶体管三个电极上的电流分配,三、晶体管的电流放大作用,由表2.1.1可知，当IB从0.02mA变化到0.03mA时， IC随之从1.14mA变化到了1.74mA，则两变化量之比（1.74-1.14）/（0.03-0.02）=60，说明此时晶体管IC的变化量为IB的变化量的60倍。 （1）晶体管的电流放大作用就是基极电流IB的微小变化控制了集电极电流IC较大的变化。 （2）晶体管放大电流时，被放大的IC是
8、由电源VCC提供的，并不是晶体管自身生成的，放大的实质是小信号对大信号的控制作用。 （3）晶体管是一种电流控制器件。,2.1.3 晶体管的输入、输出特性曲线,晶体管的各个电极上电压和电流之间的关系曲线称为晶体管的伏安特性曲线或特性曲线。它是晶体管内部特性的外部表现，是分析由晶体管组成的放大电路和选择管子参数的重要依据。常用的是输入特性曲线和输出特性曲线。 用NPN型管组成的共射特性曲线测试电路如图2.1.3所示。,图2.1.3 晶体管共射特性曲线测试电路,一、输入特性曲线（Input characteristic curves）,共射输入特性曲线方程式：iB=f(uBE)uCE=常数。图2.1
9、.4为NPN型硅管3DG4的共射输入特性曲线。,图2.1.4 共射输入特性曲线,晶体管的输入特性曲线与二极管伏安特性曲线的正向特性相似，同样存在着“死区”；这个死区电压（或阈值电压Uth）的大小与晶体管材料有关，硅管约为0.5V，锗管约为0.1V。 uCE1V时，加在发射结上的正偏压uBE基本上为定值，只能为零点几伏。其中硅管为0.7V左右，锗管为0.2V左右(绝对值)。这一数据是检查放大电路中晶体管静态时是否处于放大状态的依据之一。,例2.1.1 用直流电压表测量某放大电路中某个晶体管各极对地的电位分别是：U1=2V,U2=6V,U3=2.7V,试判断晶体管各对应电极与晶体管管型。 解：本题
10、的已知条件是三个电极的电位，根据晶体管能正常实现电流放大的电位关系是：NPN型管UCUBUE，且硅管放大时UBE约为0.7V,锗管UBE约为0.2V,而PNP型管UCUBUE,且硅管放大时UBE为0.7V, 锗管UBE为0.2V,所以先找电位差绝对值为0.7V或0.2V的两个电极，若UBUE则为NPN型，UBUE则为PNP型晶体管，本例中，U3大于U10.7V，所以此管为NPN型硅管，脚是基极，脚是发射极，脚是集电极。 本例中是否可以根据U1U3U2判别此管为PNP型管呢?若凭上述电位关系得出脚为基极，脚为发射极，UBEU3U22.7V6V3.3 V，显然UBE绝对值不符合晶体管发射结正偏电压
11、的数值，故此管不是PNP型管。,二、输出特性曲线（Output characteristic curves）,1方程 输出特性曲线方程式：iC= f(uBE)iB=常数。,2输出特性曲线测试 测试时，先调节RP1使iB为某一值固定不变，再调节RP2，得到与之对应的uCE和iC值，根据所对应的值可在直角坐标系中画出一条曲线。重复上述步骤，可得不同IB值的曲线族，如图2.1.5所示。,图2.1.5 共射输出特性曲线,由图可知： (1)曲线起始部分较陡，且不同iB曲线的上升部分几乎重合。 (2)对一条曲线而言，uCE增大，iC增大，但当uCE大于0.3V左右以后，曲线较平坦，只略有上翘。这说明晶体管
12、具有恒流特性。 (3)输出特性曲线不是直线，是非线性的，说明晶体管是一种非线性器件。,图2.1.5所示晶体管输出特性曲线族中无iB=50A时的iC曲线，若需要这一曲线，你认为该怎么办？,3晶体管输出特性曲线的四个区 (1)放大区（Active region） (2)饱和区（Saturation region） (3)截止区(Cutoff region) (4)击穿区(Breakdown region),4PNP管特性曲线 由于电源电压极性和电流方向不同，PNP管与NPN管的特性曲线是相反、“倒置”的。,2.1.4 晶体管的主要参数及其选用,晶体管的参数用来表征管子性能优劣和适用范围，它是合理选
13、用晶体管的依据。,一、电流放大系数（Current amplification factor） 电流放大系数是表征晶体管放大能力的参数。电路工作状态有两种：电路无交流信号输入而工作在直流状态时，称为静态；电路有交流信号输入而工作在交流状态时，称为动态。,1.共发射极电路直流电流放大系数,它反映静态时集电极电流与基极电流之比值。,温度升高，值增大。每升高1，值增加0.5%1%，反映在输出特性曲线上就是各条曲线的间距增大。,2.共发射极电路交流电流放大系数,二、极间反向电流,（1）ICBO指发射极开路时集电极和基极之间的反向饱和电流。ICBO很小，温度升高，ICBO增加。一般硅管热稳定性比锗管好。
14、 图2.1.6（a）为该参数的测试电路。 （2）ICEO是指基极开路时，集电极和发射极之间的反向饱和电流，又称为穿透电流。ICEO=(1+) ICBO。 图2.1.6（b）为该参数的测试电路。,极间反向电流是由少数载流子形成的，其大小表征了管子的温度特性。,图2.1.6 极间反向电流的测量,三、极限参数,（1）集电极最大允许电流ICM(Maximum allowable collector current) 当集电极电流IC超过一定数值后，将明显下降。一般以下降到正常值的2/3时的IC值作为集电极最大允许电流ICM。可见，当工作电流超过ICM时，管子不一定会损坏，但它将因的降低而造成输出信号的
15、失真。一般小功率管的ICM约为几十毫安，大功率管可达几安。,三、极限参数,（2）反向击穿电压（Reverse breakdown voltage） U(BR)CBO ： 发射极开路时，集电极基极之间允许施加的最高反向电压，超过此值，集电结发生反向击穿。 U(BR)EBO ： 集电极开路时，发射极基极之间允许施加的最高反向电压。 U(BR)CEO：基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反向电压。为可靠工作，使用时VCC取U(BR)CEO的1/2或2/3。在输出特性曲线中，iB0的曲线开始急剧上翘所对应的电压即为U(BR)CEO ，其值比U(BR)CBO小。T，U(BR)。,（3）集电极最大
16、允许耗散功率PCM PCM指集电结允许功率损耗的最大值，其的大小主要决定于允许的集电结结温。一般硅管约为150，锗管约为70。显然，PCM的大小与管子的散热条件及环境温度有关。且PCM= iCuCE，由此可画出晶体管的安全工作区。,图2.1.7 晶体管的安全工作区,四、晶体管的频率参数 晶体管的频率参数用来描述管子对不同频率信号的放大能力，它表征了管子在高频时的特性。 当值下降到1时所对应的频率，称为特征频率，用fT表示。 当ffT时，值小于1，晶体管失去电流放大作用。所以，fT是晶体管在共射应用时有电流放大作用的最高极限频率。,五、晶体管的选用 晶体管应根据电路和设备的要求，本着安全、节约的原则选用。 根据电路工作频率f选定晶体管的特征频率fT，一般要求 fT=(310) f 再根据fT决定选用高频管还是低频管，fTPCM；U（BR）CEOUCEmax。,五、晶体管的选用 尽可能选极间反向电流小的管子，因极间反向电流小的
