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1、模拟电子技术基础第第1 1章章 常用半导体器件常用半导体器件电子系 2010年9月Electronic Department Sep. 20101.11.1、半导体的基础知识、半导体的基础知识1.21.2、半导体二极管、半导体二极管1.31.3、晶体三极管晶体三极管1.41.4、场效应管、场效应管一、晶体管的结构和符号二、晶体管的放大原理三、晶体管的共射输入、输出特性四、主要参数五、温度对晶体管特性的影响 一、三极管的结构和符号一、三极管的结构和符号多子浓度高多子浓度高多子浓度很多子浓度很低，且很薄低，且很薄面积大面积大晶体管有三个极、三个区、两个晶体管有三个极、三个区、两个PN结。结。小功率
2、管小功率管中中功率管功率管大功率管大功率管为什么有孔？ 三极管的结构（续）三极管的结构（续）1. 由三层半导体组成，有三个区、三个极、两个由三层半导体组成，有三个区、三个极、两个PN结结。2. 发射区掺杂浓度比集电区高得多。发射区掺杂浓度比集电区高得多。基区掺杂低基区掺杂低,且很薄。且很薄。BECBEC发射极发射极E基极基极B集电极集电极C发射区发射区基区基区集电区集电区发射结发射结集电结集电结 一、三极管的结构和符号一、三极管的结构和符号 三极管的工作原理三极管的工作原理三极管各区的作用三极管各区的作用发射区向基区提供载流子发射区向基区提供载流子基区传送和控制载流子基区传送和控制载流子集电区
3、收集载流子集电区收集载流子放大作用的外部条件放大作用的外部条件发射结加正向电压，即发射结正偏发射结加正向电压，即发射结正偏集电结加反向电压，即集电结反偏集电结加反向电压，即集电结反偏注意：注意：三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压才三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压才能起放大作用。能起放大作用。二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理 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，漂移运形成集电极电流漂移运形成集电极电流IC。少数载少数载流子的流子的运动运动因发射区多子浓度高使大量因发射区多
4、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电流分配：电流分配： I IE EI IB BI IC C I IE E扩散运动形成的电流扩散运动形成的电流 I IB B复合运动形成的电流复合运动形成的电流 I IC C漂移运动形成的电流漂移运动形成的电流穿透电流穿透电流集电结反向电流集电结反向电流直流电流直流电流放大系
5、数放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数为什么基极开路集电极回为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？路会有穿透电流？三、晶体管的共射输入特性和输出特性三、晶体管的共射输入特性和输出特性为什么为什么UCE增大曲线右移？增大曲线右移？ 对于小功率晶体管，对于小功率晶体管，UCE大于大于1V的一条输入特性曲线的一条输入特性曲线可以取代可以取代UCE大于大于1V的所有输入特性曲线。的所有输入特性曲线。为什么像为什么像PN结的伏安特性？结的伏安特性？为什么为什么UCE增大到一定值曲增大到一定值曲线右移就不明显了？线右移就不明显了？1、输入特性、输入特性2 2、输出特性、输出特性是常数吗？什么是理想三极
6、管？什么情况下是常数吗？什么是理想三极管？什么情况下 ?对应于一个对应于一个IB就有一条就有一条iC随随uCE变化的曲线。变化的曲线。 为什么为什么uCE较小时较小时iC随随uCE变变化很大？为什么进入放大状态化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？曲线几乎是横轴的平行线？饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区三极管的四种工作状态：三极管的四种工作状态：饱和工作状态饱和工作状态: 发射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏截止工作状态：截止工作状态：发射结反偏，集电结反偏发射结反偏，集电结反偏放大工作状态放大工作状态: 发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏反向工作状态：反向工
7、作状态：发射结反偏，集电结正偏发射结反偏，集电结正偏在在放大电路放大电路中，主要应用其中，主要应用其放大工作状态。放大工作状态。而在而在脉冲与数字电脉冲与数字电路路中则主要应用中则主要应用其饱和和截止状态。其饱和和截止状态。而而反向工作状态反向工作状态，原理上讲，原理上讲，此状态和放大状态没有本质区别，但由于晶此状态和放大状态没有本质区别，但由于晶 体管的实际结构体管的实际结构不对称，发射结比集电结小得多，起不到放大作用，故这种状不对称，发射结比集电结小得多，起不到放大作用，故这种状态基本不用。态基本不用。1. 直流参数直流参数共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数共射直流电流放大系数共射直
8、流电流放大系数级间反向饱和电流级间反向饱和电流ICBO和和ICEO集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO ICBO的下标的下标CB代表集电极和基极，代表集电极和基极， O是是Open的字头，代表第三个电极的字头，代表第三个电极E开开路。路。 GeGe管：管： A A量级量级 SiSi管：管：nAnA量级量级四、主要参数集电极发射极间的穿透电流集电极发射极间的穿透电流ICEO ICEO和和ICBO有如下关系有如下关系 ICEO=（1+ ）ICBO级间反向饱和电流级间反向饱和电流ICBO和穿透电流和穿透电流ICEO2. 交流参数交流参数共基交流电流放大系数共基交流电流放大系数 共
9、射交流电流放大系数共射交流电流放大系数 特征频率特征频率fT 随着频率下降为随着频率下降为1时对应的频率。时对应的频率。集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM 当集电极电流增加时，当集电极电流增加时， 就要下降，当就要下降，当 值值下降到线下降到线性放大区性放大区 值的值的2/3时所对应的最大集电极电流。时所对应的最大集电极电流。3. 极限参数极限参数 当当IcICM时，并不表示三极管时，并不表示三极管会损坏。只是管子的会损坏。只是管子的放大倍数降低。放大倍数降低。集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗，集电极电流通过集电结时所产生的功耗，
10、PCM= IcUcb 因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用结上。在计算时往往用Uce取代取代Ucb， PCMIC Uce反向击穿电压反向击穿电压UCEO,B、UEBO,B、 UCBO,BUCEO,B 表示基极表示基极B开路时，开路时，CE之之间允许施加的最大反向电压。间允许施加的最大反向电压。UCEO,BUEBO,B 表示集电极表示集电极C开路时，开路时，EB之间允许施加的最大反向电压。之间允许施加的最大反向电压。UEBO,BUCBO,B 表示发射极表示发射极E开路时，开路时，CB之间允许施加的最大反向电压。之间允许施加的
11、最大反向电压。UCBO,B击穿电压之间的关系：击穿电压之间的关系：UCBO,BUCEO,B UEBO,BUCES,BUCER,B击穿电压之间的关系击穿电压之间的关系:UCBO,B UCES,B UCER,B UCEO,BUEBO,B反向击穿电压反向击穿电压UCES,B、 UCER,BUCES,B 表示基极表示基极B短路短路(short)时，时，CE之间允许施加的最大反向电压。之间允许施加的最大反向电压。UCER,B 表示基极表示基极B加电阻时加电阻时(Resistance)时，时，CE之间允许施加之间允许施加的最大反向电压。的最大反向电压。 晶体管的安全工作区晶体管的安全工作区UCEO,BUC
12、E/VPCMIC UCE温度温度基极门限电压基极门限电压UBEO集电极反向饱和电流集电极反向饱和电流ICBO 电流放大倍数电流放大倍数五、温度对晶体管特性的影响五、温度对晶体管特性的影响 小小 结结晶体三极管是电流控制元件，通过控制基极电流或射极电晶体三极管是电流控制元件，通过控制基极电流或射极电流可以控制集电极电流。流可以控制集电极电流。 要使三极管正常工作并有放大作用，管子的发射结必须要使三极管正常工作并有放大作用，管子的发射结必须正向偏置，集电结必须反向偏置。正向偏置，集电结必须反向偏置。 三极管的特性可用输入和输出特性曲线来表示，也可用三极管的特性可用输入和输出特性曲线来表示，也可用特
13、性参数来表示。主要的特性参数有：电流放大系数特性参数来表示。主要的特性参数有：电流放大系数 、 ，极间反向电流极间反向电流ICBO、ICEO，极限参数，极限参数ICM、PCM和和UCEO,B 由于由于 、 、ICBO、ICEO等受温度影响较大，为了稳定，等受温度影响较大，为了稳定，选管子时选管子时ICBO、ICEO要小，要小， 也不要过大也不要过大。例题：例题： 某放大某放大电路中双极型晶体管路中双极型晶体管3个个电极的极的电流如流如题2-6图所示。已所示。已测出出试分析分析A,B,C中哪个是基中哪个是基级、发射极？射极？该管的管的为多大？为多大？ 解：有图分析解：有图分析根据晶体管放大电路的
14、特点根据晶体管放大电路的特点可知可知A为集电极，为集电极，B为基极，为基极，C为发射极。为发射极。分析：分析：对于对于BJT（or三极管），有三极管），有填空：填空：1.放大电路中，已知三极管三个电极的对地电位为放大电路中，已知三极管三个电极的对地电位为VA=-9V，VB=-6.2V，VC=-6V，则三极管是，则三极管是_三极管，三极管，A为为_极，极，B为为_极，极，C为为_极。极。答：答：PNP，A是集电极，是集电极，B是基极，是基极，C是发射极。是发射极。2. 硅二极管正向导通压降约为硅二极管正向导通压降约为_，锗二极管正向导通压，锗二极管正向导通压降约为降约为_ 。3.测量某硅管测量某
15、硅管BJT各电极对地的电压值如下，说明管子工作的各电极对地的电压值如下，说明管子工作的区域：区域：（1）VC=6V，VB=0.7V，VE=0V答案答案： （1）放大区放大区 （2）饱和区饱和区 (3) 截止区截止区答：答：0.60.7V， 0.20.3V， 。（2）VC=3.6V，VB=4V，VE=3.3V（3）VC=6V，VB=4V，VE=3.7V选择填空：选择填空：1.当温度升高时，半导体三极管的当温度升高时，半导体三极管的（ ），穿透电流），穿透电流ICEO（ ），），Vbe（ ）。）。A变大变大 B变小变小 C不变不变答：答：A，A，B2. 3AX22型三极管的极限参数为：型三极管的极限参数为：V（BR）CEO=18V，ICM=100mA，PCM=125mW，试判断下列各静态工作点参数，试判断下列各静态工作点参数属于正常范围的是（属于正常范围的是（ ）。）。答：答：BA. ICQ=34mA， VCEQ=4V， B. ICQ=10mA， VCEQ=10VC. ICQ=110mA， VCEQ=1V， D. ICQ=5mA， VCEQ=20V
