模擬電子技術(shù)經(jīng)典教程-三極管

§2.2.1三極管的結(jié)構(gòu)和工作原理分類(lèi)按頻率分有高頻管、低頻管按功率分有小、中、大功率管按材料分有硅管、鍺管按結(jié)構(gòu)分有NPN型和PNP型國(guó)產(chǎn)三極管的命名方式3DG6三極管表示器件材料和極性高頻管設(shè)計(jì)序號(hào)A：PNP鍺材料B：NPN鍺材料D：NPN硅材料C：PNP硅材料三極管命名規(guī)則命名規(guī)則：符號(hào)的第一部分“3”表示三極管。符號(hào)的第二部分表示器件的材料和結(jié)構(gòu)：A——PNP型鍺材料；B——NPN型鍺材料；C——PNP型硅材料；D——NPN型硅材料。符號(hào)的第三部分表示功能：U——光電管；K——開(kāi)關(guān)管；X——低頻小功率管；G——高頻小功率管；D——低頻大功率管；A——高頻大功率管。另外，3DJ型為場(chǎng)效應(yīng)管，BT打頭的表示半導(dǎo)體特殊元件。

3DK

NPN硅開(kāi)關(guān)三極管

三極管的不同封裝形式金屬封裝塑料封裝大功率管中功率管三極管分類(lèi)電子制作中常用的三極管有90××系列，包括低頻小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP)

低噪聲管9014(NPN)

高頻小功率管9018(NPN)。它們的型號(hào)一般都標(biāo)在塑殼上，樣子都一樣，在老式的電子產(chǎn)品中還能見(jiàn)到3DG6(低頻小功率硅管)、3AX31(低頻小功率鍺管)等，它們的型號(hào)也都印在金屬的外殼上。三極管種類(lèi)1、低頻小功率三極管

低頻小功率三極管一般指特征頻率在3MHz以下，功率小于1W的三極管。一般作為小信號(hào)放大用。

低頻小功率管多用于低頻放大電路、低頻功率放大電路。如收音機(jī)的功放電路。常用的國(guó)產(chǎn)管中，低頻小功率三極管有:3ax31、3ax34、3ax51、3ax52-54、3ax61-63、3cx200、2cx203、3dx204、3ax81、3ax83、3bx31等。2高頻小功率三極管

高頻小功率三極管一般指特征頻率大于3MHz，功率小于1W的三極管。主要用于高頻振蕩、放大電路中。高頻小功率管多用于高頻放大電路，混頻電路，高頻震蕩電路等。如電視機(jī)、收錄機(jī)的高頻電路等。常用的國(guó)產(chǎn)高頻小功率三極管有:3agl-3am、3agll-3agl4、3ag53、3ag54、3ag55、3ag56、3ac80、3dg6、3dg6、3dgl2、3dg79、3dg84、3dg380、3dg945、3d8l5、3dg9013-14、3dgl815、3dgl959、3dg9043、3cg21、3cgl60、3cgl70等。3低頻大功率三極管

低頻大功率三極管指特征頻率小于3MHz，功率大于1W的三極管。低頻大功率三極管品種比較多，主要應(yīng)用于電子音響設(shè)備的低頻功率放大電路種；用于各種大電流輸出穩(wěn)壓電源中作為調(diào)整管。4高頻大功率三極管高頻大功率三極管指特征頻率大于3MHz，功率大于1W的三極管。主要用于通信等設(shè)備中作為功率驅(qū)動(dòng)、放大。

特殊的三極管——開(kāi)關(guān)三極管開(kāi)關(guān)三極管是利用控制飽和區(qū)和截止區(qū)相互轉(zhuǎn)換二工作的。開(kāi)關(guān)三極管的開(kāi)關(guān)過(guò)程需要一定的響應(yīng)時(shí)間。開(kāi)關(guān)響應(yīng)時(shí)間的長(zhǎng)短表示了三極管開(kāi)關(guān)特性的好壞。

三極管的選用（二）國(guó)產(chǎn)三極管中常用的型號(hào)三極管的參數(shù)1.常用國(guó)產(chǎn)高頻小功率晶體管的主要參數(shù)部分進(jìn)口高頻小功率晶體管的主要參數(shù)2.部分國(guó)產(chǎn)高頻中、大功率晶體管的主要參數(shù)部分進(jìn)口高頻中、大功率晶體管的主要參數(shù)3.部分國(guó)產(chǎn)低頻小功率晶體管的主要參數(shù)部分進(jìn)口中、低頻小功率晶體管的主要參數(shù)5.常用國(guó)產(chǎn)低頻大功率晶體管的主要參數(shù)6.常用國(guó)產(chǎn)小功率開(kāi)關(guān)晶體管的主要參數(shù)7.部分高反壓大功率開(kāi)關(guān)晶體管的主要參數(shù)及封裝形式部分進(jìn)口中、低頻大功率晶體管的主要參數(shù)8.常用大功率互補(bǔ)對(duì)管的主要參數(shù)常用中、小功率互補(bǔ)對(duì)管及其主要參數(shù)網(wǎng)上查詢http：//NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射極E(e)集電極C(c)發(fā)射結(jié)JE集電結(jié)JC基極B(b)NPN型晶體管結(jié)構(gòu)示意圖NPN型晶體管符號(hào)B(b)E(e)TC(c)NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射極E(e)集電極C(c)發(fā)射結(jié)JE集電結(jié)JC基極B(b)2.PNP型晶體管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)符號(hào)B(b)E(e)TC(c)E(e)發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)PPNC(c)B(b)JEJC結(jié)構(gòu)示意圖集電區(qū)EBC發(fā)射區(qū)基區(qū)(1)發(fā)射區(qū)小，摻雜濃度高。3.晶體管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（具有放大作用的內(nèi)部條件）平面型晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖(2)集電區(qū)面積大。(3)基區(qū)摻雜濃度很低，且很薄。集電區(qū)EBC發(fā)射區(qū)基區(qū)2.1.2晶體管的工作原理（以NPN型管為例）依據(jù)兩個(gè)PN結(jié)的偏置情況放大狀態(tài)飽和狀態(tài)截止?fàn)顟B(tài)倒置狀態(tài)晶體管的工作狀態(tài)1．發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置——放大狀態(tài)

原理圖電路圖+–+–

(1)電流關(guān)系a.

發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子形成發(fā)射極電流IE發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子稱擴(kuò)散到基區(qū)的發(fā)射區(qū)多子為非平衡少子b.基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散空穴基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散空穴發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子形成空穴電流因?yàn)榘l(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)濃度，空穴電流可忽略不記?；鶇^(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散空穴發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子c.基區(qū)電子的擴(kuò)散和復(fù)合非平衡少子在基區(qū)復(fù)合，形成基極電流IBIB非平衡少子向集電結(jié)擴(kuò)散非平衡少子到達(dá)集電區(qū)d.集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子形成發(fā)射極電流ICICIB少子漂移形成反向飽和電流ICBOe.集電區(qū)、基區(qū)少子相互漂移集電區(qū)少子空穴向基區(qū)漂移ICBO基區(qū)少子電子向集電區(qū)漂移ICIB晶體管的電流分配關(guān)系動(dòng)畫(huà)演示§2.2.2三極管的特性三極管在電路中的連接方式共基極連接共集電極連接共發(fā)射極連接定義稱為共基極直流電流放大系數(shù)ICBOICIB各電極電流之間的關(guān)系

IE=IC+IB

ICBOICIB晶體管共射極接法原理圖電路圖IBICICBO定義為共射極直流電流放大系數(shù)IBICICBO當(dāng)UCE>UCB時(shí)，集電結(jié)正偏，發(fā)射結(jié)反偏，晶體管仍工作于放大狀態(tài)。各電極電流之間的關(guān)系ICEO稱為穿透電流IBICICBO或的關(guān)系由一般情況為共基極交流電流放大系數(shù)為共射極交流電流放大系數(shù)

定義α與β的關(guān)系一般可以認(rèn)為較大的ΔiE如(1mA)ΔVO=ΔiCRL(較大)ΔiC(較大)如(0.98mA)較小ΔVI如(20mV)三極管的放大作用正向時(shí)PN結(jié)電流與電壓成指數(shù)關(guān)系ΔVO

iB=IB+△iBiC=iE=IC+ΔiCiE=IE+ΔiE+-+_ecbRLΔVI電壓放大倍數(shù)三極管基區(qū)的電流傳遞作用三極管的放大作用,主要是依靠它的IE能通過(guò)基區(qū)傳輸,然后順利到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。故要保證此傳輸,一方面要滿足內(nèi)部條件,即發(fā)射區(qū)摻雜濃度要遠(yuǎn)大于基區(qū)摻雜濃度,基區(qū)要薄;另一方面要滿足外部條件,即發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)要反偏。輸入電壓的變化,是通過(guò)其改變輸入電流,再通過(guò)輸入電流的傳輸去控制輸出電壓的變化,所以是一種電流控制器件。兩個(gè)要點(diǎn)三極管的特性曲線特性曲線是指各電極之間的電壓與電流之間的關(guān)系曲線概念輸入特性曲線輸出特性曲線vCE=0V+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE

iB=f(vBE)

vCE=const(2)當(dāng)集電結(jié)進(jìn)入反偏狀態(tài)時(shí)，vCB=vCE-vBE隨著vCE的增大而增大，集電結(jié)的反偏加強(qiáng)。由于基區(qū)的寬度調(diào)制效應(yīng)，基區(qū)變窄，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下IB減小，特性曲線右移。vCE=0VvCE

1V(1)當(dāng)vCE=0V時(shí)，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

BJT的特性曲線（以共射極放大電路為例）輸入電流與輸入電壓間的關(guān)系曲線當(dāng)vCE>1V以后，由于集電結(jié)的反偏電壓可以在單位時(shí)間內(nèi)將所有到達(dá)集電結(jié)邊上的載流子拉到集電極，故iC不隨vCE變化，所以同樣的vBE下的iB不變，特性曲線幾乎重疊。iC=f(vCE)

iB=const2.輸出特性曲線

BJT的特性曲線輸出電流與輸出電壓間的關(guān)系曲線+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域:飽和區(qū)：的區(qū)域，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。

iC明顯受vCE控制的區(qū)域，但不隨iB的增加而增大。在飽和區(qū)，可近似認(rèn)為vCE保持不變。對(duì)于小功率硅管，一般vCES＝0.2V。放大區(qū)：此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。iC不隨vCE變化，但隨iB的增大而線性增大，且截止區(qū)：iB=0的輸出曲線以下的區(qū)域。此時(shí)，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏。iC只有很小的反向電流。如何判斷三極管的電極、管型和材料發(fā)射結(jié)處于正向偏置，且對(duì)于硅管|VBE|=0.7V，鍺管|VBE|=0.2V；集電結(jié)處于反向偏置，且|VCB|＞1V；NPN管集電極電位比發(fā)射極電位高，PNP管集電極電位比發(fā)射極電位低。當(dāng)三極管在電路中處于放大狀態(tài)時(shí)例題一個(gè)BJT在電路中處于正常放大狀態(tài)，測(cè)得A、B和C三個(gè)管腳對(duì)地的直流電位分別為6V，0.6V，1.3V。試判別三個(gè)管腳的極名、是硅管還是鍺管？NPN型還是PNP型？－集電極管子為NPN管C－基極，B－發(fā)射極另一例題參見(jiàn)P302.2.2-1§2.2.3三極管的主要參數(shù)三極管的參數(shù)是用來(lái)表征管子性能優(yōu)劣適應(yīng)范圍的，是選管的依據(jù)，共有以下三大類(lèi)參數(shù)。電流放大系數(shù)極間反向電流極限參數(shù)電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)bb=DIC/DIB?vCE=constb=IC/IB|

vCE

=const直流電流放大系數(shù)b共射電流放大系數(shù)+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE電流放大系數(shù)直流電流放大系數(shù)α=ΔiC/ΔiEα=IC/IE共基電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)α與β間的關(guān)系

(2)集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO

ICEO=（1+）ICBO

極間反向電流ICEO (1)集電極基極間反向飽和電流ICBO

發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。

即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對(duì)應(yīng)的Y坐標(biāo)的數(shù)值。ICEO也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流。極限參數(shù)集電極最大允許電流ICM集電極最大允許功率損耗PCM三極管正常工作時(shí)集電極所允許的最大工作電流PCM值與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度愈高，則PCM值愈小。當(dāng)超過(guò)此值時(shí)，管子性能將變壞或燒毀。反向擊穿電壓V(BR)EBO：集電極開(kāi)路時(shí)發(fā)射極-基極間的反向擊穿電壓。V(BR)CBO：發(fā)射極開(kāi)路時(shí)集電極-基極間的反向擊穿電壓。V(BR)CEO：基極開(kāi)路時(shí)集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓安全工作區(qū)由ICM、V(BR)CEO、及PCM三個(gè)極限參數(shù)可畫(huà)出三極管的安全工作區(qū)圖?！?.2.4三極管的模型三極管的簡(jiǎn)化直流模型截止模型飽和模型放大模型建立小信號(hào)模型的意義建立小信號(hào)模型的思路

當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)電壓很小時(shí)，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來(lái)代替，從而可以把三極管這個(gè)非線性器件所組成的電路當(dāng)作線性電路來(lái)處理。

由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號(hào)模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡(jiǎn)化放大電路的分析和設(shè)計(jì)。三極管的小信號(hào)模型三極管的小信號(hào)模型H參數(shù)的引出將共射連接三極管看成一雙端口網(wǎng)絡(luò)輸入輸出端口的函數(shù)表達(dá)式ebc對(duì)輸入輸出端口的兩函數(shù)表達(dá)式求微分用相關(guān)符號(hào)取代上式中的微分量后得微分量用交流量取代，偏微分量用H參數(shù)取代H參數(shù)物理含義輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻，即

rbe。

輸入端交流開(kāi)路時(shí)的反向電壓傳輸系數(shù)，即

輸出端交流短路時(shí)的電流放大系數(shù)，即。輸入端交流開(kāi)路時(shí)的輸出電導(dǎo)，即1/rce。根據(jù)可得小信號(hào)模型BJT的H參數(shù)模型vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevcevBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡(luò)H參數(shù)等效電路H參數(shù)等效電路中需注意的幾點(diǎn)h參數(shù)小信號(hào)模型是用于交流分析的，不能用于直流分析。h參數(shù)是在某個(gè)靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)得的，其數(shù)值與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)。h參數(shù)中的電流源和電壓源都是受控源，其方向不能隨意假定。hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即rbe=hie

=hfe

ur

=hre

rce=1/hoe一般采用習(xí)慣符號(hào)則BJT的H參數(shù)模型