三極管及其基本放大電路

第二章：三極管及其基本放大電路考綱要求1.理解三極管的基本構(gòu)造、電流放大作用、伏安特性和主要參數(shù)；2.會(huì)用萬(wàn)用表判別三極管的管型及管腳極性。學(xué)習(xí)內(nèi)容1.三極管的結(jié)構(gòu)與工作原理2.三極管的伏安特性曲線3.三極管的主要參數(shù)4.三極管的檢測(cè)NNP2.1.1三極管的基本結(jié)構(gòu)類(lèi)型和符號(hào)三極管分有NPN型和PNP型，雖然它們外形各異，品種繁多，但它們的共同特征相同：都有三個(gè)分區(qū)、兩個(gè)PN結(jié)和三個(gè)向外引出的電極：發(fā)射極e發(fā)射結(jié)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電極c基極bNPN型PNP型PPN常見(jiàn)三極管外形及文字符號(hào)NPN型三極管圖符號(hào)大功率低頻三極管小功率高頻三極管中功率低頻三極管ecbPNP型三極管圖符號(hào)ecb注意：圖中箭頭方向?yàn)榘l(fā)射極電流的方向。2.1.2三極管的電流分配關(guān)系及放大作用晶體管芯結(jié)構(gòu)剖面圖e發(fā)射極集電區(qū)N基區(qū)P發(fā)射區(qū)Nb基極c集電極晶體管實(shí)現(xiàn)電流放大作用的內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件(1)發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高，以便有足夠的載流子供“發(fā)射”。(2)為減少載流子在基區(qū)的復(fù)合機(jī)會(huì)，基區(qū)做得很薄，一般為幾個(gè)微米，且摻雜濃度極低。(3)集電區(qū)體積較大，且為了順利收集邊緣載流子，摻雜濃度界于發(fā)射極和基極之間。

可見(jiàn)，雙極型三極管并非是兩個(gè)PN結(jié)的簡(jiǎn)單組合，而是利用一定的摻雜工藝制作而成。因此，絕不能用兩個(gè)二極管來(lái)代替，使用時(shí)也決不允許把發(fā)射極和集電極接反。晶體管實(shí)現(xiàn)電流放大作用的外部條件NNPUBBRB＋－(1)發(fā)射結(jié)必須“正向偏置”，以利于發(fā)射區(qū)電子的擴(kuò)散，擴(kuò)散電流即發(fā)射極電流ie，擴(kuò)散電子的少數(shù)與基區(qū)空穴復(fù)合，形成基極電流ib，多數(shù)繼續(xù)向集電結(jié)邊緣擴(kuò)散。UCCRC＋－(2)集電結(jié)必須“反向偏置”，以利于收集擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的多數(shù)擴(kuò)散電子，收集到集電區(qū)的電子形成集電極電流ic。IEICIB

整個(gè)過(guò)程中，發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射的電子數(shù)等于基區(qū)復(fù)合掉的電子與集電區(qū)收集的電子數(shù)之和，即：IE=IB+IC結(jié)論

由于發(fā)射結(jié)處正偏，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子將不斷擴(kuò)散到基區(qū)，并不斷從電源補(bǔ)充進(jìn)電子，形成發(fā)射極電流IE。回顧1.發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子的過(guò)程

由于基區(qū)很薄，且多數(shù)載流子濃度又很低，所以從發(fā)射極擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子只有很少一部分和基區(qū)的空穴相復(fù)合形成基極電流IB，剩下的絕大部分電子則都擴(kuò)散到了集電結(jié)邊緣。2.電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合過(guò)程

集電結(jié)由于反偏，可將從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)并到達(dá)集電區(qū)邊緣的電子拉入集電區(qū)，從而形成較大的集電極電流IC。3.集電區(qū)收集電子的過(guò)程只要符合三極管發(fā)射區(qū)高摻雜、基區(qū)摻雜濃度很低，集電區(qū)的摻雜濃度介于發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間，且基區(qū)做得很薄的內(nèi)部條件，再加上晶體管的發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的外部條件，三極管就具有了放大電流的能力。

三極管的集電極電流IC稍小于IE，但遠(yuǎn)大于IB，IC與IB的比值在一定范圍內(nèi)基本保持不變。特別是基極電流有微小的變化時(shí)，集電極電流將發(fā)生較大的變化。例如，IB由40μA增加到50μA時(shí)，IC將從3.2mA增大到4mA，即：

由此可得：微小的基極電流IB可以控制較大的集電極電流IC，故三極管屬于電流控制器件。

三極管的特性曲線(1)輸入特性曲線以常用的共射極放大電路為例說(shuō)明（UCE為常數(shù)時(shí)，IB和UBE之間的關(guān)系）UCE=0VUBE

/VIB

/A0UCE=0VUBBUCCRC++RB令UBB從0開(kāi)始增加IBIE=IBUBE令UCC為0UCE=0時(shí)的輸入特性曲線UCE為0時(shí)UCE=0.5VUCE=0VUBE

/VIB

/A0UBBUCCRC++RB令UBB重新從0開(kāi)始增加IBICUBE增大UCC讓UCE=0.5VUCE=1VUCE=0.5VUCE=0.5V的特性曲線繼續(xù)增大UCC讓UCE=1V令UBB重新從0開(kāi)始增加UCE=1VUCE=1V的特性曲線

實(shí)用中三極管的UCE值一般都超過(guò)1V，所以其輸入特性通常采用UCE=1V時(shí)的曲線。從特性曲線可看出，三極管的輸入特性與二極管的正向特性非常相似。UCE>1V的特性曲線(2)輸出特性曲線先把IB調(diào)到某一固定值保持不變。

當(dāng)IB不變時(shí)，輸出回路中的電流IC與管子輸出端電壓UCE之間的關(guān)系曲線稱(chēng)為輸出特性。然后調(diào)節(jié)UCC使UCE從0增大，觀察毫安表中IC的變化并記錄下來(lái)。UCEUBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIEIBUCE/VIC

/mA0UBBUCCRC++RBICIBUBEmAAIE再調(diào)節(jié)IB1至另一稍小的固定值上保持不變。仍然調(diào)節(jié)UCC使UCE從0增大，繼續(xù)觀察毫安表中IC的變化并記錄下來(lái)。UCEUCE/VIC

/mA0IBIB1IB2IB3IB=0

如此不斷重復(fù)上述過(guò)程，我們即可得到不同基極電流IB對(duì)應(yīng)相應(yīng)IC、UCE數(shù)值的一組輸出特性曲線。輸出曲線開(kāi)始部分很陡，說(shuō)明IC隨UCE的增加而急劇增大。當(dāng)UCE增至一定數(shù)值時(shí)(一般小于1V)，輸出特性曲線變得平坦，表明IC基本上不再隨UCE而變化。UCE/VIC

/mA020AIB=040A60AIB=100A80A43211.52.3輸出特性曲線上一般可分為三個(gè)區(qū)：飽和區(qū)。當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正向偏置時(shí)，三極管處于飽和狀態(tài)。此時(shí)集電極電流IC與基極電流IB之間不再成比例關(guān)系，IB的變化對(duì)IC的影響很小。截止區(qū)。當(dāng)基極電流IB等于0時(shí)，晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)。實(shí)際上當(dāng)發(fā)射結(jié)電壓處在正向死區(qū)范圍時(shí)，晶體管就已經(jīng)截止，為讓其可靠截止，常使UBE小于和等于零。放大區(qū)

晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。在放大區(qū)，集電極電流與基極電流之間成β倍的數(shù)量關(guān)系，即晶體管在放大區(qū)時(shí)具有電流放大作用。

管子深度飽和時(shí)，硅管的VCE約為0.3V，鍺管約為0.1V,由于深度飽和時(shí)VCE約等于0，晶體管在電路中猶如一個(gè)閉合的開(kāi)關(guān)。例1:用直流電壓表測(cè)得放大電路中晶體管T1各電極的對(duì)地電位分別為V1=+10V，V2=0V，V3=+0.7V，如圖（a）所示,T2管各電極電位V1=+0V，V2=-0.3V，V3=-5V，如圖（b）所示，試判斷T1和T2各是何類(lèi)型、何材料的管子，x、y、z各是何電極？2321T131T1

(a)(b)解：工作在放大區(qū)的NPN型晶體管應(yīng)滿足VC>VB>VE

，PNP型晶體管應(yīng)滿足VC<VB<VE，因此分析時(shí),先找出三電極的最高或最低電位，確定為集電極,而電位差為導(dǎo)通電壓的就是發(fā)射極和基極。根據(jù)發(fā)射極和基極的電位差值判斷管子的材質(zhì)。（1）在圖（a）中，3與2的電壓為0.7V，可確定為硅管，因?yàn)閂1>V3>V2,，所以1為集電極，2為發(fā)射極，3為基極，滿足VC>VB>VE,的關(guān)系，管子為NPN型。（2）在圖（b）中，1與2的電壓為0.3V，可確定為鍺管，又因V3<V2<V1,，所以3為集電極，1為發(fā)射極，2為基極，滿足VC<VB<VE的關(guān)系，管子為PNP型。2321T131T1

(a)(b)V1=+10V，V2=0V，V3=+0.7VV1=+0V，V2=-0.3V，V3=-5V

例2圖所示的電路中，晶體管均為硅管,β=30，試分析各晶體管的工作狀態(tài)。解:

（1）因?yàn)榛鶚O偏置電源+6V大于管子的導(dǎo)通電壓，故管子的發(fā)射結(jié)正偏，管子導(dǎo)通,基極電流：+10V1KIC+6V5KIB+10V1K

IC-2V5KIB+10V1KIC+2V5KIB(a)(b)(c)2.1.4三極管的主要參數(shù)1.電流放大倍數(shù)2.極限參數(shù)①集電極最大允許電流ICMUCE/VIC

/mA0IB=043211.52.3②反向擊穿電壓U(BR)CEOcebUCCU(BR)CEO基極開(kāi)路

指基極開(kāi)路時(shí)集電極與發(fā)射極間的反向擊穿電壓。使用中若超過(guò)此值,晶體管的集電結(jié)就會(huì)出現(xiàn)擊穿。Β值的大小反映了晶體管的電流放大能力。IC>ICM時(shí)，晶體管不一定燒損，但β值明顯下降。③集電極最大允許功耗PCM晶體管上的功耗超過(guò)PCM，管子將損壞。安

全

區(qū)3.極間電流集電極-發(fā)射極反向飽和電流ICEO（穿透電流）指基極開(kāi)路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間加一定反向電壓時(shí)的集電極電流。該值越小越好。.集電極反向飽和電流ICBO,是少數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，其值越小越好。

晶體管的發(fā)射極和集電極是不能互換使用的。因?yàn)榘l(fā)射區(qū)和集電區(qū)的摻雜質(zhì)濃度差別較大，如果把兩個(gè)極互換使用，則嚴(yán)重影響晶體管的電流放大能力，甚至造成放大能力喪失。晶體管的發(fā)射極和集電極能否互換使用？為什么?

晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時(shí)，UCE<UBE，集電結(jié)也處于正偏，這時(shí)內(nèi)電場(chǎng)被大大削弱，因此極不利于集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)到達(dá)集電結(jié)邊緣的電子，這種情況下，集電極電流IC與基極電流IB不再是β倍的關(guān)系，因此，晶體管的電流放大能力大大下降。晶體管在輸出特性曲線的飽和區(qū)工作時(shí)，其電流放大系數(shù)是否也等于β？為什么晶體管基區(qū)摻雜質(zhì)濃度??？而且還要做得很??？學(xué)習(xí)與討論

為了使發(fā)射區(qū)擴(kuò)散電子的絕大多數(shù)無(wú)法在基區(qū)和空穴復(fù)合，由于基區(qū)摻雜深度很低且很薄，因此只能有極小一部分?jǐn)U散電子與基區(qū)空穴相復(fù)合形成基極電流，剩余大部分?jǐn)U散電子繼續(xù)向集電結(jié)擴(kuò)散，由于集成電結(jié)反偏，這些集結(jié)到集電結(jié)邊緣的自由電子被集電極收集后形成集電極電流。用萬(wàn)用表測(cè)試二極管好壞及極性的方法用萬(wàn)用表歐姆檔檢查二極管是否存在單向?qū)щ娦裕坎⑴袆e其極性。正向?qū)娮韬苄　Ｖ羔樒D(zhuǎn)大。反向阻斷時(shí)電阻很大，指針基本不動(dòng)。

選擇萬(wàn)用表R×1k的歐姆檔，其中黑表棒作為電源正極，紅表棒作為電源負(fù)極，根據(jù)二極管正向?qū)ā⒎聪蜃钄嗟膯蜗驅(qū)щ娦詫⒈戆魧?duì)調(diào)一次即可測(cè)出其極性及好壞。如何判斷二級(jí)管的正負(fù)極呢？用萬(wàn)用表測(cè)試三極管好壞及極性的方法

用指針式萬(wàn)用表檢測(cè)三極管的基極和管型：指針不動(dòng)，說(shuō)明管子反偏截止，因此為NPN型。

先將萬(wàn)用表置于R×lk

歐姆檔，將紅表棒接假定的基極B，黑表棒分別與另兩個(gè)極相接觸，觀測(cè)到指針不動(dòng)(或近滿偏)時(shí)，則假定的基極是正確的;且晶體管類(lèi)型為NPN型（或PNP型）。如果把紅黑兩表棒對(duì)調(diào)后，指針仍不動(dòng)(或仍偏轉(zhuǎn))，則說(shuō)明管子已經(jīng)老化(或已被擊穿)損壞。想一想，這種檢測(cè)方法依據(jù)的是什么？指針偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明管子正向?qū)?，因此為PNP型。PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

若被測(cè)管為NPN三極管，讓黑表棒接假定的集電極C，紅表棒接假定的發(fā)射極E。兩