電路與模擬電子技術(shù)原理第6章2晶體管課件

1、電路與模擬電子技術(shù)原理第六章半導(dǎo)體元器件*1第6章 半導(dǎo)體元器件6.1 從電子管到晶體管6.2 半導(dǎo)體6.3 半導(dǎo)體二極管 6.4 晶體管6.5 場(chǎng)效應(yīng)晶體管*26.4 晶體管6.4.1 晶體管的基本結(jié)構(gòu)6.4.2 晶體管的工作原理6.4.3 晶體管的特性6.4.4 晶體管的應(yīng)用*36.4.1 晶體管的基本結(jié)構(gòu) *4晶體管的基本結(jié)構(gòu)（續(xù)）晶體管不止是連接在一起的兩個(gè)二極管重要特征：電流放大作用 晶體管之所以能夠具有電流放大作用，是因?yàn)槠鋬?nèi)部構(gòu)造上的特點(diǎn)：基區(qū)很薄，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，集電結(jié)面積大。 *56.4 晶體管6.4.1 晶體管的基本結(jié)構(gòu)6.4.2 晶體管的工作原理6.4.3 晶體管的特性

2、6.4.4 晶體管的應(yīng)用*66.4.2 晶體管的工作原理1晶體管的放大 2晶體管的飽和3晶體管的截止4晶體管的倒置5晶體管放大電路的三種組態(tài)*71晶體管的放大如果發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，晶體管將處于放大狀態(tài) IC=IB 上式說(shuō)明，當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時(shí)，IC的值受IB的值控制，或者說(shuō)，IC放大了IB，這里“放大”的實(shí)質(zhì)是控制。*8晶體管的放大（續(xù)）*9晶體管放大狀態(tài)特征方程已知放大狀態(tài)特性IC=IB 根據(jù)KCLIB+IC=IE 得到IE=(1+)IB 由于值比1大得多，對(duì)比可知，在放大狀態(tài)下，晶體管的IE只比IC大了一點(diǎn)點(diǎn)，實(shí)際上二者幾乎相等。 *10晶體管的放大（續(xù)）集電極電流IC和基極

3、電流IB的比值，取決于晶體管的內(nèi)部構(gòu)造。發(fā)射的電子，有多少被復(fù)合？有多少到達(dá)集電結(jié)？取決于結(jié)構(gòu)！*112晶體管的飽和 *12晶體管飽和狀態(tài)特征方程發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏電壓很小時(shí)，ICIB，晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)。 ICIBIB+IC=IE飽和 IC跟不上IB了，內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)飽和了*133晶體管的截止 發(fā)射結(jié)反偏（或者正偏電壓小于PN結(jié)的導(dǎo)通電壓），集電結(jié)反偏時(shí)， IE、IB、IC都近似為零，晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)。 晶體管截止?fàn)顟B(tài)特征方程IE0IB 0IC 0*144晶體管的倒置 發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏時(shí)，相當(dāng)于將發(fā)射極與集電極對(duì)調(diào)使用，稱為晶體管的倒置工作狀態(tài)。 倒置工作的晶體管不具有放大作用。

4、倒置工作狀態(tài)下，增大基極電流，晶體管也能進(jìn)入飽和狀態(tài)；減小集電結(jié)正偏電壓到導(dǎo)通電壓以下，晶體管也會(huì)截止。倒置工作狀態(tài)主要應(yīng)用于集成電路中的特定場(chǎng)合 *15晶體管的的四種工作狀態(tài) 四種工作狀態(tài)對(duì)應(yīng)的電壓電流關(guān)系*165晶體管放大電路的三種組態(tài)作為放大器件，晶體管在模擬電路中的作用，就是把輸入信號(hào)“放大”為輸出信號(hào)，如圖6-22(a)所示。 在電路中，輸入信號(hào)和輸出信號(hào)只能用電壓量或電流量來(lái)表示，而電壓和電流的輸入和輸出必須有兩個(gè)端點(diǎn)才行，所以電路中的放大器的輸入端口和輸出端口都必須具有兩個(gè)端點(diǎn)，如圖6-22(b)所示。 *17晶體管放大電路的公共端 晶體管只有三個(gè)端子，為了實(shí)現(xiàn)輸入輸出信號(hào)的接入

5、，必須選擇一個(gè)端子作為輸入和輸出端口的公共端 ，如圖6-22(c)所示。 *18晶體管放大電路的三種組態(tài)三種組態(tài)，即三種連接方式都必須確保發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏 *19放大狀態(tài)時(shí)晶體管的電流分配關(guān)系 *206.4 晶體管6.4.1 晶體管的基本結(jié)構(gòu)6.4.2 晶體管的工作原理6.4.3 晶體管的特性6.4.4 晶體管的應(yīng)用*216.4.3 晶體管的特性雙端口放大器件的特性可以用輸入、輸出端口上的電壓電流關(guān)系來(lái)表示。Au=uo/uiAi=io/ii Ri=ui/ii Ro=uo/io*22怎樣描述晶體管的特性 1晶體管的電流控制特性2晶體管的電壓控制特性3晶體管的共發(fā)射極輸出特性4晶體管的極限參

6、數(shù) *231晶體管的電流控制特性 晶體管最重要的特性，就是基極電流對(duì)集電極電流的控制作用。IC=IB 請(qǐng)根據(jù)KCL（IB+IC=IE ）推導(dǎo) 和的關(guān)系。*242晶體管的電壓控制特性 UCE對(duì)IB的影響UCE對(duì)IB的影響UCE增加，IB減小 隨著UCE的增加，輸入特性曲線右移 UCE增加到1V以上，IB基本上不再右移。 *25晶體管電壓對(duì)電流的控制輸入特性的定義為 其他電流受電壓的控制關(guān)系*26電壓控制電流的放大器件IC隨UCE的增加而線性增大，隨UBE的增加而指數(shù)增大，說(shuō)明IC受UBE的影響更明顯，所以，晶體管不僅可以看成是一個(gè)電流控制電流的放大器件（IC=IB），還可以看成是一個(gè)電壓控制電流

7、（UBE控制IC）的放大器件，只不過(guò)電流控制電流的關(guān)系是線性關(guān)系，而電壓控制電流的關(guān)系是指數(shù)關(guān)系。 *27晶體管的電壓控制特性曲線*283晶體管的共發(fā)射極輸出特性UCE對(duì)IC的影響稱為晶體管的共發(fā)射極輸出特性曲線 是以IB為參變量，表示IC與UCE之間關(guān)系的一組特性曲線， *29晶體管的共射輸出特性曲線 （1）截止區(qū)（2）放大區(qū)（3）飽和區(qū) *304晶體管的極限參數(shù) 電流、電壓和功率都對(duì)晶體管的工作范圍做出了限制，一個(gè)晶體管實(shí)際允許工作的范圍不應(yīng)超過(guò)這些極限參數(shù)*316.4 晶體管6.4.1 晶體管的基本結(jié)構(gòu)6.4.2 晶體管的工作原理6.4.3 晶體管的特性6.4.4 晶體管的應(yīng)用*326.

8、4.4 晶體管的應(yīng)用1晶體管工作狀態(tài)分析2作為可控開(kāi)關(guān)使用的晶體管3作為放大器件使用的晶體管*331晶體管工作狀態(tài)分析UIUBE(th)但是還不是太高，則IC=IB，晶體管處于放大狀態(tài)，此時(shí)晶體管發(fā)射結(jié)電壓穩(wěn)定在UBE(on)； *35晶體管工作狀態(tài)分析（續(xù)）UI電壓太高，以至于IB太大了，大到電源UCC無(wú)法提供IB這么大的IC時(shí)，就出現(xiàn)了ICIB的現(xiàn)象，晶體管已經(jīng)飽和了。 *36晶體管工作狀態(tài)分析（續(xù)）開(kāi)啟電壓和導(dǎo)通電壓之間的差別很小，分析中通常認(rèn)為UBE(th)=UBE(on) 判斷晶體管是否飽和的很重要的一點(diǎn)就是“外部電源無(wú)法提供IB這么大的IC”，所以，外部電源所能提供的最大IC值，也

9、就是晶體管從放大狀態(tài)進(jìn)入飽和狀態(tài)的臨界點(diǎn)。 *37晶體管工作狀態(tài)分析（續(xù)）分析晶體管電路要抓住兩點(diǎn)，一是反映元件連接關(guān)系的基爾霍夫定律，二是反映晶體管本身特性的電流放大關(guān)系（IC=IB）。 *38計(jì)算臨界飽和電流對(duì)圖6-28的集電極回路應(yīng)用KVL得UCEUCCICRCUCES 晶體管處于飽和狀態(tài)時(shí)的集電極電流稱為集電極飽和電流ICS，它是晶體管集電極可能流過(guò)的最大電流值。常用晶體管的UCES0.3V，誤差不是很大的情況下，也經(jīng)常認(rèn)為UCES0V 。所以 *39計(jì)算臨界飽和電流（續(xù)）此時(shí)的基極電流稱為基極臨界飽和電流IBS 當(dāng)基極注入電流IB超過(guò)其臨界值IBS（IBIBS）時(shí)，晶體管將進(jìn)入飽和狀

10、態(tài)。 *402作為可控開(kāi)關(guān)使用的晶體管 令UI電壓在極小和極大之間切換，就能夠讓晶體管在截止和飽和之間切換，此時(shí)，晶體管相當(dāng)于一個(gè)在UI控制下的開(kāi)關(guān)。 *41晶體管作為可控開(kāi)關(guān)舉例【例6-2】圖6-28電路中，晶體管50，UCC10V，RB10K，RC5K，求UI0 V和UI5 V時(shí)，晶體管的工作狀態(tài)，以及流過(guò)電阻RC的電流。 【解】 UI0 V時(shí)，因?yàn)榘l(fā)射結(jié)外加電壓小于開(kāi)啟電壓，所以晶體管截止，截止?fàn)顟B(tài)下晶體管的基極電流IB和集電極電流IC均為零，可知流過(guò)RC的電流為零。 *42晶體管作為可控開(kāi)關(guān)舉例（續(xù)）UI5V時(shí)，對(duì)基極回路列KVL方程，得UIUBEIBRB 因?yàn)榘l(fā)射結(jié)導(dǎo)通的情況下，其結(jié)

11、電壓為導(dǎo)通電壓UBE(on)，取為0.7V（這是硅管的導(dǎo)通電壓），于是得 *43晶體管作為可控開(kāi)關(guān)舉例（續(xù)）取UCES為0V，計(jì)算UCC所能提供的最大飽和電流 而IB500.4321.5(mA) 顯然ICSIB，這說(shuō)明外部電源所能提供的最大電流也無(wú)法滿足基極電流的放大要求，晶體管已經(jīng)飽和。飽和狀態(tài)下，集電極電流只能是它的最大飽和電流，所以UI5 V時(shí)流過(guò)RC上的電流為2mA。 *443作為放大器件使用的晶體管 如果晶體管發(fā)射結(jié)的外加電壓高于導(dǎo)通電壓，但是所產(chǎn)生的基極電流又沒(méi)有大到足以使晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)的程度，就可以讓晶體管處于放大狀態(tài)。 *45晶體管作為放大器件舉例【例6-3】圖6-28電路中，晶體管50，UCC10V，RB10K，RC5K，求UI1 V時(shí)，晶體管的工作狀態(tài)，以及流過(guò)電阻RC的