晶體三極管講述學習教案

1、會計學1晶體晶體(jngt)三極管講述三極管講述第一頁，共25頁。晶體三極管：是一種利用輸入電流控制輸出電流的電流控制型器件。晶體三極管：是一種利用輸入電流控制輸出電流的電流控制型器件。 特點特點(tdin)：管內有兩種載流子參與導電。：管內有兩種載流子參與導電。特點特點(tdin)(tdin)：有三個電極，故稱三極管。：有三個電極，故稱三極管。 圖圖2.1.1三極管外形三極管外形三極管的結構、分類和符號三極管的結構、分類和符號 一、晶體三極管的基本結構一、晶體三極管的基本結構1.1.三極管的外形三極管的外形第1頁/共24頁第二頁，共25頁。N+NP集電結集電結Jc發(fā)射結發(fā)射結JeP+NP 三

2、極管內部結構特點三極管內部結構特點: :發(fā)射區(qū)高摻雜發(fā)射區(qū)高摻雜; ;基區(qū)很薄基區(qū)很薄; ;集電結面積大集電結面積大第2頁/共24頁第三頁，共25頁。一、晶體一、晶體(jngt)三極管三極管 (transistor) 1. 晶體三極管的結構(jigu)和符號 結構：晶體三極管2個PN結3根金屬導線 NPN 型PNP 型第3頁/共24頁第四頁，共25頁。發(fā)射結 Ube 和 集電結 Ucb 發(fā)射極e (emitter)基極(j j)b (base)集電極c (collector)三個極：三個區(qū)：發(fā)射區(qū)基區(qū)和集電區(qū) 二個結：b bb be ee ec cc c第4頁/共24頁第五頁，共25頁。1由于

3、基區(qū)很薄且摻雜濃度小由于基區(qū)很薄且摻雜濃度小, ,電子電子(dinz)(dinz)在基區(qū)擴散的數(shù)量遠遠大于復合的數(shù)量。即：在基區(qū)擴散的數(shù)量遠遠大于復合的數(shù)量。即：ICIB 或或 ICIB2當基極電路由于外加電壓或電阻改變而引起當基極電路由于外加電壓或電阻改變而引起IB的微小變化時，必定使的微小變化時，必定使IC發(fā)生較大的變化。即三極管的基極電流對集電極電流具有控制作用。發(fā)生較大的變化。即三極管的基極電流對集電極電流具有控制作用。復合與擴散到集電區(qū)的電子數(shù)目滿足復合與擴散到集電區(qū)的電子數(shù)目滿足(mnz)統(tǒng)計學規(guī)律統(tǒng)計學規(guī)律第5頁/共24頁第六頁，共25頁。箭頭：表示發(fā)射結加正向電壓時的電流箭頭：

4、表示發(fā)射結加正向電壓時的電流(dinli)方向。方向。文字符號：文字符號：V 圖圖2.1.3 三極管符號三極管符號二、晶體二、晶體(jngt)三極管的符號三極管的符號第6頁/共24頁第七頁，共25頁。College of Physics Science & TechnologyYANGZHOU UNIVERSITYCHINA第7頁/共24頁第八頁，共25頁。2國產國產(guchn)三極管命名法：見電子線路三極管命名法：見電子線路P249附錄二。附錄二。三、晶體三、晶體(jngt)三極管的分類三極管的分類1三極管有多種分類三極管有多種分類(fn li)方法。方法。按內部結構分：按內部結構

5、分：有有 NPN型和型和PNP型管；型管；按工作頻率分：按工作頻率分：有低頻和高頻管；有低頻和高頻管；按功率分：按功率分：有小功率和大功率管；有小功率和大功率管；按用途分：按用途分：有普通管和開關管；有普通管和開關管；按半導體材料分：按半導體材料分：有鍺管和硅管等等。有鍺管和硅管等等。例如：例如：3DG表示高頻小功率表示高頻小功率NPN型硅三極管；型硅三極管； 3CG表示高頻小功率表示高頻小功率PNP型硅三極管；型硅三極管； 3AK表示表示PNP型開關鍺三極管等。型開關鍺三極管等。第8頁/共24頁第九頁，共25頁。 三極管工作在放大狀態(tài)的外部條件是：發(fā)射結加正向三極管工作在放大狀態(tài)的外部條件是

6、：發(fā)射結加正向(zhn xin)電壓，集電結加反向電壓。電壓，集電結加反向電壓。三極管的工作電壓和基本連接三極管的工作電壓和基本連接(linji)方式方式一、晶體一、晶體(jngt)三極管的工作電壓三極管的工作電壓 三極管的基本作用三極管的基本作用是放大電信號。是放大電信號。第9頁/共24頁第十頁，共25頁。圖三極管電源圖三極管電源(dinyun)的接法的接法V為三極管為三極管GC為集電極電源為集電極電源GB為基極電源，又稱偏置電源為基極電源，又稱偏置電源Rb為基極電阻為基極電阻Rc為集電極電阻。為集電極電阻。 第10頁/共24頁第十一頁，共25頁。 有三種有三種(sn zhn)基本連接方式：

7、共發(fā)射極、共基極和共集電極接法。最常用的是共發(fā)射極接法。基本連接方式：共發(fā)射極、共基極和共集電極接法。最常用的是共發(fā)射極接法。二、晶體二、晶體(jngt)三極管在電路中的基本連接方式三極管在電路中的基本連接方式如圖所示：如圖所示：第11頁/共24頁第十二頁，共25頁。測量測量(cling)電路如圖電路如圖三極管內電流的分配和放大三極管內電流的分配和放大(fngd)作用作用一、電流一、電流(dinli)分配關系分配關系動畫動畫 三極管的電流分配關系三極管的電流分配關系第12頁/共24頁第十三頁，共25頁。電流電流(dinli)分配和放大原理分配和放大原理 我們通過實驗來說明晶體管的放大原理和其中

8、的電流分配，實驗電路采用共發(fā)射極接法，發(fā)射極是基極電路和集電極電路的公共端。實驗中用的是我們通過實驗來說明晶體管的放大原理和其中的電流分配，實驗電路采用共發(fā)射極接法，發(fā)射極是基極電路和集電極電路的公共端。實驗中用的是 NPN 型管，為了使晶體管具有放大作用，電源型管，為了使晶體管具有放大作用，電源 EB 和和 EC 的極性必須使發(fā)射結上加正向電壓的極性必須使發(fā)射結上加正向電壓(diny)(正向偏置正向偏置)，集電結加反向電壓，集電結加反向電壓(diny)(反向偏置反向偏置)。mA AVVmAICECIBIERB+UBE +UCE EBCEB3DG100 設設 EC = 6 V，改變可變電阻，改

9、變可變電阻 RB，則基極電流，則基極電流(dinli) IB、集電極電流、集電極電流(dinli) IC 和發(fā)射極電流和發(fā)射極電流(dinli) IE 都發(fā)生變化，測量結果如下表：都發(fā)生變化，測量結果如下表：基極電路基極電路集電極電路集電極電路第13頁/共24頁第十四頁，共25頁。IB/mA00.020.040.060.080.10IC/mA 0.0010.701.502.303.103.95IE/mA0.0010.721.542.363.184.05晶體管電流晶體管電流(dinli)測量數(shù)據(jù)測量數(shù)據(jù)結論：結論：( (1) )BCEIII 符合基爾霍夫定律符合基爾霍夫定律(2) IC (2)

10、IC 和和 IE IE 比比 IB IB 大得多。從第三列和第四列的數(shù)據(jù)大得多。從第三列和第四列的數(shù)據(jù)(shj)(shj)可得可得, 5 .3704. 050. 1BC II 3 .3806. 030. 2BC II 這就是晶體管的電流放大作用。這就是晶體管的電流放大作用。 稱為共發(fā)射極靜態(tài)電流稱為共發(fā)射極靜態(tài)電流( (直流直流) )放大系數(shù)。電流放大作用還體現(xiàn)在放大系數(shù)。電流放大作用還體現(xiàn)在基極電流的少量變化基極電流的少量變化 IB 可以引起集電極電流較大的變化可以引起集電極電流較大的變化 IC 。 4002. 080. 004. 006. 050. 130. 2BC II 式中，式中， 稱

11、為動態(tài)電流稱為動態(tài)電流(dinli)(交流交流)放大系數(shù)放大系數(shù)第14頁/共24頁第十五頁，共25頁。 (3) (3)當當 IB = 0( IB = 0(將基極將基極(j j)(j j)開路開路) )時，時，IC = ICEOIC = ICEO，表中，表中 ICEO 0.001 mA = 1 ICEO 0.001 mA = 1 A A。 (4) (4)要使晶體管起放大作用，發(fā)射結必須正向偏置，發(fā)射區(qū)才可向基區(qū)發(fā)射電子；而集電結必須反向要使晶體管起放大作用，發(fā)射結必須正向偏置，發(fā)射區(qū)才可向基區(qū)發(fā)射電子；而集電結必須反向(fn xin)(fn xin)偏置，集電區(qū)才可收集從發(fā)射區(qū)發(fā)射過來的電子。偏

12、置，集電區(qū)才可收集從發(fā)射區(qū)發(fā)射過來的電子。 下圖給出了起放大下圖給出了起放大(fngd)作用時作用時 NPN 型和型和 PNP 型晶體管中電流實際方向和發(fā)射結與集電結的實際極性。型晶體管中電流實際方向和發(fā)射結與集電結的實際極性。+ UBE ICIEIB CT E B +UCE NPN 型晶體管型晶體管+ UBE IBIEIC CT EB +UCE PNP 型晶體管型晶體管第15頁/共24頁第十六頁，共25頁。 ICEO越小，三極管溫度越小，三極管溫度(wnd)穩(wěn)定性越好。硅管的溫度穩(wěn)定性越好。硅管的溫度(wnd)穩(wěn)定性比鍺管好。穩(wěn)定性比鍺管好。說說 明：明：1. . 時，時， 。0EICBOB

13、CIIICBOICBOI 稱為集電極稱為集電極基極反向飽和電流，見圖基極反向飽和電流，見圖2.1.7(a) 。一般。一般 很小，與溫度有關。很小，與溫度有關。CEOECIII0BI2. 時，時， 。CEOI 稱為集電極稱為集電極發(fā)射極反向電流，又叫發(fā)射極反向電流，又叫穿透電流穿透電流，見圖見圖2.1.7(b)。第16頁/共24頁第十七頁，共25頁。結論結論(jiln)：CIBI 1三極管的電流放大作用三極管的電流放大作用基極電流基極電流 微小的變化，引起集電極電流微小的變化，引起集電極電流 較大變化。較大變化。 2直流電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù) 表示三極管放大直流電流的能力表示三極管放大直流

14、電流的能力 (2.1.3)BCII_ 3交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù) 表示三極管放大交流電流的能力。工作于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號?；鶚O電流的變化量為表示三極管放大交流電流的能力。工作于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號。基極電流的變化量為 IB，相應的集電極電流變化為，相應的集電極電流變化為 IC，則，則交流電流放大倍數(shù)交流電流放大倍數(shù)為：為： (2.1.4)BIIC第17頁/共24頁第十八頁，共25頁。結論結論(jiln)：4通常通常 ， ，所以可表示為，所以可表示為 (2.1.5)BCIIBCII考慮考慮ICEO，則，則 (2.1.6)CEOBC

15、III第18頁/共24頁第十九頁，共25頁。例：例：UCE=6V時時：IB =40 A,IC =1.5mA；IB =60 A,IC =2.3mA。5 .3704. 05 . 1_BCII4004. 006. 05 . 13 . 2BCII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： =下一頁上一頁首 頁第19頁/共24頁第二十頁，共25頁。 電流電流(dinli)(dinli)放大原理放大原理BECNNPEBRBECIE基區(qū)空穴基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)向發(fā)射區(qū)的擴散可的擴散可忽略。忽略。IBE進入進入P區(qū)的電區(qū)的電子少部分與基子少部分與基區(qū)的空穴復合區(qū)的空穴復合，形成，形成(xng

16、chng)電流電流IBE ，多，多數(shù)擴散到集電數(shù)擴散到集電結。結。發(fā)射結發(fā)射結正偏，正偏，發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)電子不電子不斷斷(bdun)向基向基區(qū)擴散區(qū)擴散，形成，形成發(fā)射極發(fā)射極電流電流IE。第20頁/共24頁第二十一頁，共25頁。BECNNPEBRBECIE集電結反偏，有集電結反偏，有少子形成的反向少子形成的反向(fn xin)電流電流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE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的少電結的少子，漂移子，漂移(pio y)進入集電進入集電結而被收結而被收集，形成集，形成ICE。第21頁/共24頁第二十二頁，共25頁。IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE第22頁/共24頁第