三极管教学

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1、半导体三极管，又称为双极结型晶体管（BJT）,发射结,集电结,NPN型,PNP型,三极管的发射极的箭头方向，代表三极管工作在放大，饱和状态时，发射极电流（IE）的实际方向。,1.3.1 概述,半导体三极管的分类：,按材料分： 硅管、锗管,按功率分： 小功率管 500 mW,按结构分： NPN、 PNP,按使用频率分： 低频管、高频管,大功率管 1 W,中功率管 0.5 1 W,按结构和材料共有4种组合,1.3.2 半导体三极管的工作原理,半导体半导体三极管有共有四种工作状态：,三极管的电流放大条件 内部：发射区高掺杂，基区很薄，集电结面积大 外部：发射结正偏，集电结反偏,1. 工作于放大状态的

2、半导体三极管,发射结正偏,集电结反偏,外电场方向,e,b,c,三极管的 电流放大条件 内部：发射区高掺杂，基区很薄，集电结面积大 外部：发射结正偏，集电结反偏,N,N,P,1、发射区的电子大量地扩散注入到基区，基区空穴的扩散可忽略。,e,b,c,IE,发射结正偏,集电结反偏,外电场方向,N,N,P,1、发射区的电子大量地扩散注入到基区，基区空穴的扩散可忽略。 2、电子扩散的同时，在基区将与空穴相遇产生复合。由于基区空穴浓度低，且基区做得很薄，因此，复合的电子是极少数。 3、绝大多数到基区的电子均能扩散到集电结处，并在集电结电场作用下到达集电区。 4、因集电结反偏，集电区和基区中少子在结电场作用

3、下漂移，形成很小的且与集电结的反偏压无关的反向饱和电流。,e,b,c,IE,IB,IC,发射结正偏,集电结反偏,外电场方向,N,N,P,ICBO,1、大量电子N2通过很薄的基极被集电极吸收，少量电子N1在基极与空穴复合。N2和N1的比例由三极管内部结构决定。在不考虑ICBO时： IC/IB=N2/N1= 2、以上公式是右方电路满足发射结正偏、集电结反偏时得到的，一旦外界条件改变到不再满足这两个条件，则以上公式不再成立。,电流分配关系,电压分配关系,UBE正向导通: 硅管大约0.7V 锗管大约0.2V,UCE=UCC-IC*RcUCC-IB*Rc,三极管的放大原理归结为： 内部机制：发射区高掺杂

4、，基区很薄，集电结面积大 外部条件：发射结正偏，集电结反偏 载流子传输： 发射区向基区提供载流子 基区传送和控制载流子 集电区收集载流子,很小的IB控制 IC IC = IB,基极电流和集电极电流除直流分量外还有交流分量，且iC = iB。放大电路是在ui的作用下，改变iB，并通过iB控制直流电源供给集电极电流iC，使其产生相应的交流分量，并在足够大的RC上形成较大的电压降，就有了可供输出的经放大的交流电压uo。,由放大状态进入截止状态的临界情况是发射结电压为零，此时基区的反向电流分别流入发射极和集电极。,2. 工作于截止状态的半导体三极管,放大状态时有： IC=IB+ICEOIB,UCE=U

5、CC-IC*Rc,减小Rb，IB增大； IC增大，UCE减小 集电结反偏电压减小。,3. 工作于饱和状态的半导体三极管,饱和后，UCE0, IC=(UCC-UCES)/Rc ICUCC/Rc 饱和条件： IBIC/ IB(UCC-UCES)/RcUCC/( Rc）,三极管饱和时的管压降UCE被称作为三极管的饱和压降UCES,4. 工作于倒置状态的半导体三极管,放大,倒置,由于内部结构原因，集电区掺杂的浓度低，正偏的集电区不能提供大量的电子发射，发射结也不能有效收集电子，所以倒置状态电流放大倍数很小，不采用。,NPN型,PNP型,判断放大状态时的引脚,UCUBUE,UCUBUE,UBE正向导通,

6、压降： 硅管大约0.7V 锗管大约0.2V,三极管状态判断小结,1.以电压判断三极管工作状态,PNP型,判断截止状态时的引脚,UCUEUB,三极管状态判断小结,对一般的NPN管电路： UC=+UCC，UE=0V，UB0V UCE=+UCC 对一般的PNP管电路： UC= -UCC，UE=0V，UB0V UCE= -UCC,NPN型,PNP型,判断饱和状态时的引脚,UCUBUE,UCUBUE,三极管状态判断小结,UBE正向导通: 硅管约0.7V, 锗管大约0.2V 饱和时三极管的管压被称作为UCES，UCES范围： 硅管约0.7V0V, 锗管约0.2V0V,避免倒置状态,三极管状态判断小结,例1

7、. 放大电路如图所示，在圆圈中画出管子，并分别说明它们是硅管还是锗管,NPN: UCUBUE PNP: UEUBUC,Si: UBE=0.7V Ge: UBE=0.2V,1、无正向导通电压的处在截止状态,由引脚电压判断三极管管脚和工作状态,例1-5 NPN: (3)2V, 5V, 1V,1V,2V,5V,例1-5 NPN: (1) 1V,0.3V,3V (2) 0.3V,0.3V,1V (3)2V,5V,1V PNP: (1) -0.2V,0V,0V (2) -3V,-0.2V,0V (3)1V,1.2V,-2V,2、根据三个电位的集中程度判断是否饱和 例1-5 NPN: (1) 1V,0.3

8、V,3V (2) 0.3V,0.3V,1V (3)2V,5V,1V PNP: (1) -0.2V,0V,0V (2) -3V,-0.2V,0V (3)1V,1.2V,-2V,由引脚电压判断三极管管脚和工作状态,1、无正向导通电压的处在截止状态,2、根据三个电位的集中程度判断是否饱和 3、如果饱和则先判断基极，再判断集电极和发射极,由引脚电压判断三极管管脚和工作状态,1、无正向导通电压的处在截止状态,例1-5 NPN:(2) 0.3V,0.3V,1V PNP: (1) -0.2V,0V,0V,-0.2V,0V,-0.05V,1V,0.3V,0.35V,NPN: 0.35V,0.3V,1V,PNP

9、: -0.2V,0V,-0.05V,由引脚电压判断三极管管脚和工作状态,例1-5 NPN: (1) 1V,0.3V,3V (2) 0.3V,0.3V,1V (3)2V,5V,1V PNP: (1) -0.2V,0V,0V (2) -3V,-0.2V,0V (3)1V,1.2V,-2V,1、无正向导通电压的处在截止状态 2、根据三个电位的集中程度判断是否饱和 3、如果饱和则先判断基极，再判断集电极和发射极 4、不饱和则看有没有两个电压差为正向导通电压,由引脚电压判断三极管管脚和工作状态,例1-5 NPN: (1) 1V,0.3V, 3V B E C PNP: (2) -3V,-0.2V,0V C

10、 B E (3)1V, 1.2V, -2V B E C,1、无正向导通电压的处在截止状态 2、根据三个电位的集中程度判断是否饱和 3、如果饱和则先判断基极，再判断集电极和发射极 4、不饱和则看有没有两个电压差为正向导通电压 5、有正向导通电压一般按放大状态去判断,讨论：P40 题1-18，1-20,图1-33，1-36,三极管状态电流判断条件说明,放大、饱和,放大状态时：IC=(UCC-UCE) / RC=IB IC随着IB的增大而增大 饱和状态时：IC=（UCC-UCES) / RC IC受外电路限制不再随IB变化。 三极管饱和压降UCES硅0.7V,锗0.2V 所以临界饱和基极电流： IB

11、S=(UCC-UCES)/(RC)UCC/(RC),图1-35,截止,放大状态时 UBE、IB为正，IC=IB 截止状态时 UBE、IB=0(为负)，IC=0 实际UBE小于导通电压即脱离放大状态，即IB=0，UBE=0为截止状态。,三极管饱和时的管压降UCE被称作为三极管的饱和压降UCES,此时，UCES对硅管为0.7，对锗管为0.2,1、当IB、IC均已知时： （1）当IB=IC/时，三极管处于放大状态 （2）当IBIC/时，三极管处于 饱和状态 （3）当IB=IC=0时，三极管处于放大状态 2、当只有IB已知时： （1）当0IBS时，三极管处于饱和状态 3、当只有IC已知时： （1）当U

12、CE=UCC-ICRCUCES时，三极管处于放大状态 （2）当0UCEUCES时，三极管处于饱和状态,硅0.7V锗0.2V,三极管状态电流判断条件说明,Ucc,Rc,c,b,e,Ubb,Re,UCE,射极无电阻时： UCE=UCC-ICRC,射极有电阻时： UCE=UCC-ICRC-IERE UCC-IC(RC+RE) 则此时的IBS=(UCC-UCES)/(RC+RE)UCC/(RC+RE),三极管状态电流判断条件说明,思考：射极加上电阻后的IBS变化吗？如变化如何变化？,例2. NPN型接法如下。UBE=0.7V，分析电路中三极管处于何种工作状态,（a）Rb=100k, Rc=2k,=40

13、, Ucc=5V,因为IBIBS，所以三极管处在放大状态,例2. NPN型接法如下。UBE=0.7V，分析电路中三极管处于何种工作状态,（b）Rb=20k, Rc=2k,=100, Ucc=5V,因为IBIBS，所以三极管处在饱和状态,例2. NPN型接法如下。UBE=0.7V，分析电路中三极管处于何种工作状态,（c）Rb=30k, Rc=2.5k, =35, Ucc=5V,Ui=0V或3V,Ui=3V，IBIBS，故三极管处在饱和状态,Ui=0V，发射结无正偏，故三极管截止,Ui=3V,1.3.3 半导体三极管的基本组态和特性曲线,共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。,共基极接法，

14、基极作为公共电极，用CB表示；,共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；,BJT的三种组态,三极管共射输入特性曲线研究共射电路输入端IB和UBE的关系。 一般来说， IB和UBE的关系就是一个PN结的特性曲线关系。 UCE=0V时，三极管饱和，IB较大。 UCE1V时，三极管放大状态，IB比饱和状态稍少，以后随着UCE增大，IB增大不明显。,uCE =0V,uCE 1V,1. 共发射极输入特性曲线,截止区：发射结反偏，集电结反偏。IB=0 , uBEuBE。,2. 共发射极输出特性曲线,放大区：发射结正偏，集电结反偏。uBE0且uCEuBE。IC=IB，0IB IBS,饱和区：发射结正偏

15、，集电结正偏。 uBE 0 ，uCEuBE。ICIB。 IB IBS,1.3.4 半导体三极管的主要电参数,1. 直流参数 共射直流放大系数 共基直流放大系数 极间反向电流 ICBO：发射极开路，集电结的反向饱和电流 ICEO：基极开路，集电极与发射极间穿透电流 2. 交流参数 共射交流放大系数 共基交流放大系数,3. 极限参数 极间反向击穿电压U(BR) EBO ， U(BR) CBO ，U(BR)CEO 最大集电极耗散功率PCM=iCuce 最大集电极电流ICM，即使 值明显减小的iC,例1-6 某三极管的极限参数PCM=150mW，ICM=100mA，UBRCEO=30V。问：（1）若工作电压UCE=10V，求工作电流IC的最大值？（2）若工作电压UCE=1V，求IC的最大值？（3）若工作电流IC=1mA，求工作电压UCE最大值？ 解：三极管的三个极限参数在使用中均不能超过。 （1）因为PCM=ICUCE=150mW，当UCE=10V时，IC=15mA即为此时所允许的最大值。 （2）当UCE=10V时，仅从功率的角度考虑，工作电流可达IC=150mA 。但考虑极限参数，故IC=100mA即为此时所允许的最大值。 （