三極管工作特性PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1三極管工作特性三極管工作特性三極管按功率大小分：三極管按功率大小分：小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管三極管按頻率高低分：三極管按頻率高低分：低頻管低頻管高頻管高頻管三極管按半導(dǎo)體材料分：三極管按半導(dǎo)體材料分： 硅管硅管 鍺管鍺管 第1頁/共35頁3.1.1 BJT的結(jié)構(gòu)簡介的結(jié)構(gòu)簡介 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖03.1.01所示。它有兩種類型所示。它有兩種類型:NPN型和型和PNP型。型。兩種類型的三極管兩種類型的三極管發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)(Je) 集電結(jié)集電結(jié)(Jc) 基極基極，用B或b表示（Base） 發(fā)射極發(fā)射極，用E或e表示（Emitter

2、）；集電極集電極，用C或c表示（Collector）。 發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)三極管符號三極管符號第2頁/共35頁 結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)特點： 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高； 集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大； 基區(qū)很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且基區(qū)很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且摻雜濃度最低。摻雜濃度最低。管芯結(jié)構(gòu)剖面圖管芯結(jié)構(gòu)剖面圖第3頁/共35頁3.1.2 BJT的電流分配與放大原理的電流分配與放大原理1. 內(nèi)部載流子的傳輸過程內(nèi)部載流子的傳輸過程 三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載流子傳輸體現(xiàn)出來的。三極管

3、的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載流子傳輸體現(xiàn)出來的。 外部條件：外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子集電區(qū)：收集載流子集電區(qū)：收集載流子基區(qū)：傳送和控制載流子基區(qū)：傳送和控制載流子 （以（以NPN為例）為例） 載流子的傳輸過程載流子的傳輸過程第4頁/共35頁第5頁/共35頁BCENNPVEE發(fā)射結(jié)正發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射偏，發(fā)射區(qū)電子不區(qū)電子不斷向基區(qū)斷向基區(qū)擴散，形擴散，形成發(fā)射極成發(fā)射極電流電流IE。VCCIE基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散可忽略。的擴散可忽略。IBE進入進入P區(qū)的電子區(qū)的電子少部分與基區(qū)的少部分與基區(qū)的

4、空穴復(fù)合，形成空穴復(fù)合，形成電流電流IBE ，多數(shù)，多數(shù)擴散到集電結(jié)。擴散到集電結(jié)。2. 電流分配及放大作用電流分配及放大作用（1）BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程內(nèi)部載流子的傳輸過程第6頁/共35頁BCENNPVEEVCCIEIBE集電結(jié)反偏，集電結(jié)反偏，有少子形成的有少子形成的反向電流反向電流ICBO。ICBO從基區(qū)擴從基區(qū)擴散來的電散來的電子作為集子作為集電結(jié)的少電結(jié)的少子，漂移子，漂移進入集電進入集電結(jié)而被收結(jié)而被收集，形成集，形成ICE。ICEICIC=ICE+ICBO ICE第7頁/共35頁BCENNPVEEVCCIEIBEICBOIBICIC=ICE+ICBO ICEIB=IBE-IC

5、BO IBEICE第8頁/共35頁 以上看出，三極管內(nèi)有兩種載流子以上看出，三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴自由電子和空穴)參與導(dǎo)電，故稱為雙極參與導(dǎo)電，故稱為雙極型三極管?；蛐腿龢O管?；駼JT (Bipolar Junction Transistor)。 3.1.2 BJT的電流分配與放大原理的電流分配與放大原理第9頁/共35頁2. 電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系發(fā)射極注入電流發(fā)射極注入電流傳輸?shù)郊姌O的電流傳輸?shù)郊姌O的電流設(shè)設(shè) EnCII 即即根據(jù)傳輸過程可知根據(jù)傳輸過程可知 IC= InC+ ICBOIB= IB - ICBO通常通常 IC ICBOECII 則有則有 為電流放大系數(shù)，為

6、電流放大系數(shù)，它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。一般。一般 = 0.9 0.99IE=IB+ IC載流子的傳輸過程載流子的傳輸過程第10頁/共35頁 1 又設(shè)又設(shè)根據(jù)根據(jù)BCEOCIII 則則 是另一個電流放大系數(shù)，是另一個電流放大系數(shù)，同樣，它也只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。同樣，它也只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。一般一般 1IE=IB+ IC IC= InC+ ICBOEnCII 且令且令BCCEOCIIII 時，時，當(dāng)當(dāng)ICEO= (1+ ) ICBO（穿透電流）（穿透電流）2.

7、電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系第11頁/共35頁3. 三極管的三種組態(tài)三極管的三種組態(tài)共集電極接法共集電極接法，集電極作為公共電極，用，集電極作為公共電極，用CC表示表示;共基極接法共基極接法，基極作為公共電極，用基極作為公共電極，用CB表示。表示。共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；表示；BJT的三種組態(tài)的三種組態(tài)第12頁/共35頁RLecb1k 圖圖 03.1.05 共基極放大電路共基極放大電路4. 放大作用放大作用若若 vI = 20mV使使當(dāng)則則電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)4920mVV98. 0IOV vvAVEEVCCVEBIBIEIC+-vI+

8、vEBvO+-+iC+iE+iB iE = -1 mA， iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V， = 0.98 時，時，第13頁/共35頁4. 放大作用（共基極連接方式）放大作用（共基極連接方式）該電路特點：該電路特點：以發(fā)射極電流作以發(fā)射極電流作輸入控制電流去輸入控制電流去控制集電極電流控制集電極電流；且輸出電流近；且輸出電流近似等于輸入電流似等于輸入電流，無電流放大作，無電流放大作用，有電壓放大用，有電壓放大作用。作用。第14頁/共35頁+-bceRL1k共射極放大電路 圖圖 03.1.06 共射極放大電路共射極放大電路VBBVCCVBEIBI

9、EIC+-vI+vBEvO+-+iC+iE+iB vI = 20mV 設(shè)設(shè)若若則則電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)4920mVV98. 0IOVvvA iB = 20 uA vO = - iC RL = -0.98 V， = 0.98mA98. 01BBCiii使使4. 放大作用放大作用第15頁/共35頁（4）共射極連接方式）共射極連接方式該電路特點：該電路特點：以基極電流作輸以基極電流作輸入控制電流去控入控制電流去控制集電極電流；制集電極電流；且輸出電流遠(yuǎn)大且輸出電流遠(yuǎn)大于輸入電流，有于輸入電流，有電流放大作用，電流放大作用，有電壓放大作用有電壓放大作用。第16頁/共35頁 綜上所述，三極管的放大作

10、用，主要是綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達集電極而實現(xiàn)的。到達集電極而實現(xiàn)的。實現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是：實現(xiàn)這一傳輸過程的兩個條件是：（1）內(nèi)部條件：內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。（2）外部條件：外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。向偏置。3.1.2 BJT的電流分配與放大原理的電流分配與放大原理第17頁/共35頁iCmA AVVvCEvBERBiBVCCVBB 實驗線路實驗線路3.1.3 BJT的特性曲

11、線的特性曲線第18頁/共35頁vCE = 0V+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE) vCE=const(2) 當(dāng)當(dāng)vCE1V時，時， vCB= vCE - - vBE0，集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收，集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收 集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下下 IB減小，特性曲線右移。減小，特性曲線右移。vCE = 0VvCE 1V(1) 當(dāng)當(dāng)vCE=0V時，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。時，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。1. 輸入特性曲線輸入特性曲線3.1.3 BJT的特性曲線的特性曲線（以共射極放大電路為例

12、）（以共射極放大電路為例）第19頁/共35頁(3) 輸入特性曲線的三個部分輸入特性曲線的三個部分死區(qū)死區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)線性區(qū)1. 輸入特性曲線輸入特性曲線3.1.3 BJT的特性曲線的特性曲線死區(qū)電壓死區(qū)電壓:硅管硅管0.5V，鍺管，鍺管0.2V。工作壓降：工作壓降： 硅管硅管vBE 0.60.7V,鍺管鍺管vBE 0.20.3V。第20頁/共35頁飽和區(qū)：飽和區(qū)：iC明顯受明顯受vCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般vCE0.7V(硅管硅管)。此時，。此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。iC=f(vCE) iB=cons

13、t2. 2. 輸出特性曲輸出特性曲線線輸出特性曲線的三個區(qū)域輸出特性曲線的三個區(qū)域:3.1.3 BJT的特性曲線的特性曲線截止區(qū)：截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時，的曲線的下方。此時， vBE小于死區(qū)電壓，集電結(jié)反偏小于死區(qū)電壓，集電結(jié)反偏。放大區(qū)：放大區(qū)：iC平行于平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。第21頁/共35頁第22頁/共35頁（2）輸出特性）輸出特性iC(mA )1234vCE(V)36912iB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域滿此

14、區(qū)域滿足足iC= iB稱為線性稱為線性區(qū)（放大區(qū)（放大區(qū)）。區(qū)）。當(dāng)當(dāng)vCE大于一大于一定的數(shù)值時定的數(shù)值時，iC只與只與iB有有關(guān)，關(guān)，iC= iB。第23頁/共35頁iC(mA )1234vCE(V)36912iB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中vCE vBE,集電結(jié)正偏，集電結(jié)正偏， iBiC，vCE 0.3V稱為飽和區(qū)。稱為飽和區(qū)。第24頁/共35頁iC(mA )1234vCE(V)36912iB=020 A40 A60 A80 A100 A此區(qū)域中此區(qū)域中 : iB=0,iC=ICEO,vBE 死區(qū)電死區(qū)電壓，稱為截壓，稱為截止區(qū)。止區(qū)。第25頁/共35

15、頁3.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù) ( (1)1)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const1. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) 第26頁/共35頁(2) 共發(fā)射極共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù) : = IC/ IB vCE=const3.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)1. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) 共射共射直流電流放大倍數(shù)直流電流放大倍數(shù)：BC_II 第27頁/共35頁例：例：VCE=6V時時：IB=40 A, IC=1.5mA； IB=60 A, IC=2.3mA。5 .3704. 05 . 1BC_ II40

16、04. 006. 05 . 13 . 2BC II在以后的計算中，一般作近似處理：在以后的計算中，一般作近似處理： = 第28頁/共35頁 (3) 共基極直流電流放大系數(shù)共基極直流電流放大系數(shù) =（ICICBO）/IEIC/IE (4) 共基極交流電流放大系數(shù)共基極交流電流放大系數(shù) = IC/ IE VCB=const 當(dāng)當(dāng)ICBO和和ICEO很小時，很小時， 、 ，可以不，可以不加區(qū)分。加區(qū)分。3.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)1. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) 與與 之間之間的關(guān)系：的關(guān)系： 1 1第29頁/共35頁 2. 極間反向電流極間反向電流 (1) 集電極基極間反向飽和電流集電極基

17、極間反向飽和電流ICBO 發(fā)射極開發(fā)射極開路時，集電結(jié)的反向飽和電流。路時，集電結(jié)的反向飽和電流。 3.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)+bce-uAIe=0VCCICBOICBO是集是集電結(jié)反偏電結(jié)反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向電的反向電流，受溫流，受溫度的變化度的變化影響。影響。第30頁/共35頁 (2) 集電極發(fā)射極間的反向飽和電流集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 2. 極間反向電流極間反向電流ICEO3.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù) 即輸出特性曲線即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對應(yīng)的那條曲線所對應(yīng)的Y坐標(biāo)的數(shù)值。坐標(biāo)的數(shù)值。 IC

18、EO也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流。也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流。+bce-VCCICEOuAICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時，受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時，ICEO增加增加很快，所以很快，所以IC也相應(yīng)增加。也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差三極管的溫度特性較差。第31頁/共35頁(1) 集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM(2) 集電極最大允許功率損耗集電極最大允許功率損耗PCM PCM= ICVCE 3. 極限參數(shù)極限參數(shù)3.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)第32頁/共35頁(3) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 V(BR)CBO發(fā)射極開路時的集電結(jié)發(fā)射極開路時的集電結(jié)反反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 V(BR) EBO集電極開