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1、2.2 三极管三极管本章要求：本章要求：本章要求：本章要求：一、理解三极管的电流分配和电流放大作用；一、理解三极管的电流分配和电流放大作用；一、理解三极管的电流分配和电流放大作用；一、理解三极管的电流分配和电流放大作用；二、了解三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，二、了解三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，二、了解三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，二、了解三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；理解主要参数的意义；理解主要参数的意义；理解主要参数的意义；2.2 半导体三极管半导体三极管2.2.1 基本结构基本结构NNP基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电
2、极集电极集电极NPNNPN型型型型BECB BE EC CPNPPNP型型型型P PP PN N基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极符号：符号：符号：符号：BECIBIEICBECIBIEICNPNNPN型三极管型三极管型三极管型三极管PNPPNP型三极管型三极管型三极管型三极管基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，基区：最薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结发射结发射结集电结集电结集电结集电结B B B BE E E EC C C CN N N NN N N
3、NP P P P基极基极基极基极发射极发射极发射极发射极集电极集电极集电极集电极结构特点：结构特点：结构特点：结构特点：集电区：集电区：集电区：集电区：面积最大面积最大面积最大面积最大2. 2. 2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理1. 1. 三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件B BEC CN NN NP PEBRBE EC CRC发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 PNP PNP发射结正偏发射结正偏发射结正偏发射结正偏 V VB B V VE E集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏 V
4、 VC C V VE E集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏 V VC C V VB B 2 2 2 2、内部载流子传输过程、内部载流子传输过程、内部载流子传输过程、内部载流子传输过程 扩散运动形成发射极电流扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电，复合运动形成基极电流流IB，漂移运动形成集电极电流，漂移运动形成集电极电流IC。少数载流少数载流子的运动子的运动因发射区多子浓度高使大量因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使极少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数扩散到基区的电子与空穴复合因集电区面积大，在外电场
5、作用下大因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴基区空穴的扩散的扩散2. 2. 2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理ICEBmA ARBIBECmA+IE3. 3. 各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用I IB B(mA)(mA)I IC C(mA)(mA)I IE E(mA)(mA)0 00.020.020.040.040.060.060.080.080.100.100.0010.0010.700.701.501.502.302.303.103.10
6、3.953.950.0010.0010.720.721.541.542.362.363.183.184.054.05结论结论结论结论: :1 1）三电极电流关系）三电极电流关系）三电极电流关系）三电极电流关系 I IE E = = I IB B + + I IC C2 2） I IC C I IB B ， I IC C I IE E 静态静态(直流直流)电流放大系数电流放大系数:动态动态(交流交流)电流放大系数电流放大系数: 把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变把基极电流的微小变化能够引起集电极电流
7、较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。化的特性称为晶体管的电流放大作用。化的特性称为晶体管的电流放大作用。化的特性称为晶体管的电流放大作用。 实质实质实质实质: :用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是变化，是变化，是变化，是CCCSCCCS器件器件器件器件。3) 3) 当当当当I IB B=0(=0(基极开路基极开路基极开路基极开路) )时时时时, , I IC C= =I ICEOCEO, ,很小接近于。很小接近于。很小接近于。很小接近于。4) 4) 要使晶体
8、管起电流放大作用，发射极必须正向偏置，要使晶体管起电流放大作用，发射极必须正向偏置，要使晶体管起电流放大作用，发射极必须正向偏置，要使晶体管起电流放大作用，发射极必须正向偏置，集电极必须反偏。集电极必须反偏。集电极必须反偏。集电极必须反偏。 特性曲线特性曲线 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲线：为什么要研究特性曲线： 1 1 1 1）直观地分析管子的工
9、作状态）直观地分析管子的工作状态）直观地分析管子的工作状态）直观地分析管子的工作状态 2 2 2 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路电路电路电路 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线发射极是输入回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端 共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路 测量晶体管特性的实验线路测量晶体管
10、特性的实验线路测量晶体管特性的实验线路测量晶体管特性的实验线路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV+1. 1. 输入特性输入特性输入特性输入特性IB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1V特点特点特点特点: : : :非线性非线性非线性非线性死区电压：死区电压：死区电压：死区电压：硅管硅管硅管硅管0.50.50.50.5V V，锗管锗管锗管锗管0.10.10.10.1V V。正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压： NPNNPN型硅管型硅管型硅管型硅管 U UBE BE 0.60.7V 0.60.7VPNPPNP型锗管
11、型锗管型锗管型锗管 U UBE BE 0.2 0.2 0.3V 0.3V2. 输出特性输出特性IB=020 A40 A60 A80 A100 A36IC(mA )1234UCE(V)9120放大区放大区输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：(1) (1) 放大区放大区放大区放大区 在放大区有在放大区有在放大区有在放大区有 I IC C= = I IB B ，也，也，也，也称为线性区，具有称为线性区，具有称为线性区，具有称为线性区，具有恒流特性。恒流特性。恒流特性。恒流特性。 在放大区，在放大区，在放大区，在放大区
12、，发射结处发射结处发射结处发射结处于正向偏置、集电结处于正向偏置、集电结处于正向偏置、集电结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工于反向偏置，晶体管工于反向偏置，晶体管工于反向偏置，晶体管工作于放大状态。作于放大状态。作于放大状态。作于放大状态。I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I IC C( (mmA )A )1 12 23 34 4U UCECE(V)(V)9 912120 0（2 2）截止区）截止区）截止区）截止区I IB B =0 =0 以下区域为以下区域为以下区域为以下区域为截止区，有截止区，有截止
13、区，有截止区，有 I IC C 0 0 。 在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。向偏置，晶体管工作于截止状态。向偏置，晶体管工作于截止状态。向偏置，晶体管工作于截止状态。饱饱饱饱和和和和区区区区截止区截止区截止区截止区（3 3）饱和区）饱和区）饱和区）饱和区 当当当当U UCECE U UBEBE时时时时，晶体晶体晶体晶体管工作于饱和状态。管工作于饱和状态。管工作于饱和状态。管工作于饱和状态。 在饱和区，在饱和区，在饱和区，在饱和区， I I
14、B B I IC C，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，集电结也处于正集电结也处于正集电结也处于正集电结也处于正偏。偏。偏。偏。 深度饱和时，深度饱和时，深度饱和时，深度饱和时， 硅管硅管硅管硅管U UCES CES 0.3V 0.3V， 锗管锗管锗管锗管U UCES CES 0.1V 0.1V。ICEO 主要参数主要参数1. 1. 1. 1. 电流放大系数电流放大系数电流放大系数电流放大系数 ， 直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成发射极电路时
15、，当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时，当晶体管接成发射极电路时， 表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。注意：注意：注意：注意： 和和和和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且距并且距并且
16、距并且I ICE0 CE0 较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的常用晶体管的常用晶体管的常用晶体管的 值在值在值在值在20 20020 200之间。之间。之间。之间。例：在例：在例：在例：在U UCECE= 6 V= 6 V时，时，时，时， 在在在在 Q Q1 1 点点点点I IB B=40=40 A, A, I IC C=1.5mA=1.5mA； 在在在在 Q Q2 2 点点点点I IB B=60 =60 A, A, I IC C=2.3mA=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一
17、般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理： = = = = 。I IB B=0=02020 A A4040 A A6060 A A8080 A A100100 A A3 36 6I IC C( (mmA )A )1 12 23 34 4U UCECE(V)(V)9 912120 0QQ1 1QQ2 2在在在在 Q Q1 1 点，有点，有点，有点，有由由由由 Q Q1 1 和和和和Q Q2 2点，得点，得点，得点，得2.2.2.2.集集集集- - - -基极反向截止电流基极反向截止电流基极反向截止电流基极反向截止电流 I ICBOCBO I ICBOCBO是由
18、少数载流子的是由少数载流子的是由少数载流子的是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。 温度温度温度温度I ICBOCBO ICBO A+EC3.3.3.3.集集集集- - - -射极反向截止电流射极反向截止电流射极反向截止电流射极反向截止电流( ( ( (穿透电流穿透电流穿透电流穿透电流) ) ) )I ICEOCEO AICEOIB=0+ I ICEOCEO受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。受温度的影响大。温度温度温度温度I ICEOCEO ，所以所以
19、所以所以I IC C也相应增加。也相应增加。也相应增加。也相应增加。三极管的三极管的三极管的三极管的温度特性较差。温度特性较差。温度特性较差。温度特性较差。4. 4. 4. 4. 集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICMCM5. 5. 5. 5. 集集集集- - - -射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压 U U(BR)CEO(BR)CEO 集电极电流集电极电流集电极电流集电极电流 I IC C上升超过一定值时会导致三极管上升超过一定值时会导致三极管上升超过一定值时会导致三极管上升超过一定值时会导致三极管的的的的 值的下降
20、，当值的下降，当值的下降，当值的下降，当 值下降到正常值的三分之二值下降到正常值的三分之二值下降到正常值的三分之二值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为时的集电极电流即为时的集电极电流即为时的集电极电流即为 I ICMCM。 当集当集当集当集射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压射极之间的电压 U UCE CE 超过一定的数值时，超过一定的数值时，超过一定的数值时，超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是三极管就会被击穿。手册上给出的数值是三极管就会被击穿。手册上给出的数值是三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25252525 C C、基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿
21、电压基极开路时的击穿电压基极开路时的击穿电压 U U (BR)(BR) CEOCEO。6. 6. 6. 6. 集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗P PCMCM P PCMCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。温升过高会烧坏三极管。温升过高会烧坏三极管。温升过高会烧坏三极管。 P PC C P PCM CM = =I IC C U UCECE 硅硅硅硅管允许结温约为管允许结温约为管允许结温约为管允许结温约
22、为150150150150 C C，锗锗锗锗管约为管约为管约为管约为 70 70 70 70 90909090 C C。ICUCEI IC CU UCECE=P=PCMCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系晶体管参数与温度的关系1 1、温度每增加、温度每增加、温度每增加、温度每增加1010 C C，I ICBOCBO增大一倍。硅管优增大一倍。硅管优增大一倍。硅管优增大一倍
23、。硅管优 于锗管。于锗管。于锗管。于锗管。2 2 2 2、温度每升高、温度每升高、温度每升高、温度每升高 1 1 C C，U UBEBE将减小将减小将减小将减小 (2(2 2.5)mV2.5)mV， 即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。即晶体管具有负温度系数。3 3、温度每升高、温度每升高、温度每升高、温度每升高 1 1 C C， 增加增加增加增加 0.5%1.0% 0.5%1.0%。思考题思考题 1、可否用两个、可否用两个PN二极管相联以构成一个二极管相联以构成一个BJT？2、BJT符号中的箭头方向代表什么？符号中的箭头方向代表什么？3、能否将、能否将BJ
24、T的的e、c两电极交换使用？两电极交换使用？4、要使、要使BJT具有放大作用，具有放大作用，Je和和Jc的偏置电压应如何连接？的偏置电压应如何连接？5、如何判断、如何判断BJT 的三种组态？的三种组态？6 6 6 6、三极管组成电路如左图所示，试分析、三极管组成电路如左图所示，试分析、三极管组成电路如左图所示，试分析、三极管组成电路如左图所示，试分析 （1 1 1 1）当）当）当）当Vi=0VVi=0VVi=0VVi=0V时时时时 （2 2 2 2）当）当）当）当Vi=3VVi=3VVi=3VVi=3V时时时时 电路中三极管的工作状态。电路中三极管的工作状态。电路中三极管的工作状态。电路中三极
25、管的工作状态。解：（解：（1 1）当）当Vi=0VVi=0V时时（2 2）当）当Vi=3VVi=3V时时 Vbe=0V,Ib0 Vbe=0V,Ib0 此时三极管处于放大状态。此时三极管处于放大状态。 三极管三极管JeJe结处于正偏，结处于正偏， Jc Jc结处于反偏状态结处于反偏状态 三极管处于截止状态三极管处于截止状态, , Vo=Vcc=12V Vo=Vcc=12V 思考题思考题 6三极管能起放大作用的内部条件通常是：发射区掺杂浓度 ，基区杂质浓度比发射区杂质浓度 ，基区宽度 ，集电结面积比发射结面积 。7NPN型和PNP型三极管的区别是 （a. 由两种不同的材料硅或锗构成，b. 掺入的杂
26、质不同，c. P区和N区的位置不同） 思考题思考题 8 三极管工作在饱和区时，b-e极间为 _，b-c极间为 _；工作在放大区时，b-e极间为 _，b-c极间为 _，此时，流过发射结的主要是_ ，流过集电结的主要是_ ；三极管工作在截止区应满足 _ _条件； a扩散电流，b. 漂移电流 c.正偏 d.反偏）9 检修某台无使用说明书的电子设备时，测得其中四只三极管各电极的对地电压数据如表所示，试判断这四只管子的类型及工作状态。 T1 T2 T3 T4 VB/V0.22.733.510.74VC/V52.3615VE/V023.510思考题思考题 10 某三极管的极限参数PCM=150mW，ICM
27、=100mA，V（BR）CEO=30V。若它的工作电压VCE=10V，则工作电流IC不得超过 _mA（a.100mA, b. 15mA, c. 1mA）； 11若工作电压VCE=1V，则工作电流不得超过_ mA（a.100mA, b. 15mA, c. 1mA）；若工作电流IC=1mA，则工作电压不得超过_ V（a. 30V, b. 10V, c. 1V）。思考题思考题 11 在图CS_02所示共射放大电路中，三极管b=50，VBE= -0.2V。问：当开关与A处相接时，三极管处于_状态；开关与B相接时，三极管处于_状态；开关与C相接时，三极管处于_状态。思考题思考题 BJTBJT分类、结构、符号、原理、曲线、参数分类、结构、符号、原理、曲线、参数Key PointKey Point
