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.會用萬用表判別三極管的管型及管腳極性。學習內(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NNP2.1.1三極管的基本結(jié)構(gòu)類型和符號三極管分有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：都有三個分區(qū)、兩個PN結(jié)和三個向外引出的電極：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常見三極管外形及文字符號NPN型三極管圖符號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ecb注意：圖中箭頭方向為發(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)的復合機會，基區(qū)做得很薄，一般為幾個微米，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，雙極型三極管并非是兩個PN結(jié)的簡單組合，而是利用一定的摻雜工藝制作而成。因此，絕不能用兩個二極管來代替，使用時也決不允許把發(fā)射極和集電極接反。晶體管實現(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)電子的擴散，擴散電流即發(fā)射極電流ie，擴散電子的少數(shù)與基區(qū)空穴復合，形成基極電流ib，多數(shù)繼續(xù)向集電結(jié)邊緣擴散。UCCRC＋－(2)集電結(jié)必須“反向偏置”，以利于收集擴散到集電結(jié)邊緣的多數(shù)擴散電子，收集到集電區(qū)的電子形成集電極電流ic。IEICIB

整個過程中，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散到基區(qū)，并不斷從電源補充進電子，形成發(fā)射極電流IE?；仡?.發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散電子的過程

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

集電結(jié)由于反偏，可將從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)并到達集電區(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，集電極電流將發(fā)生較大的變化。例如，IB由40μA增加到50μA時，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明（UCE為常數(shù)時，IB和UBE之間的關(guān)系）UCE=0VUBE

/VIB

/A0UCE=0VUBBUCCRC++RB令UBB從0開始增加IBIE=IBUBE令UCC為0UCE=0時的輸入特性曲線UCE為0時UCE=0.5VUCE=0VUBE

/VIB

/A0UBBUCCRC++RB令UBB重新從0開始增加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開始增加UCE=1VUCE=1V的特性曲線

實用中三極管的UCE值一般都超過1V，所以其輸入特性通常采用UCE=1V時的曲線。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IB不變時，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。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。UCEUCE/VIC

/mA0IBIB1IB2IB3IB=0

如此不斷重復上述過程，我們即可得到不同基極電流IB對應(yīng)相應(yīng)IC、UCE數(shù)值的一組輸出特性曲線。輸出曲線開始部分很陡，說明IC隨UCE的增加而急劇增大。當UCE增至一定數(shù)值時(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區(qū)：飽和區(qū)。當發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正向偏置時，三極管處于飽和狀態(tài)。此時集電極電流IC與基極電流IB之間不再成比例關(guān)系，IB的變化對IC的影響很小。截止區(qū)。當基極電流IB等于0時，晶體管處于截止狀態(tài)。實際上當發(fā)射結(jié)電壓處在正向死區(qū)范圍時，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，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)時具有電流放大作用。

管子深度飽和時，硅管的VCE約為0.3V，鍺管約為0.1V,由于深度飽和時VCE約等于0，晶體管在電路中猶如一個閉合的開關(guān)。例1:用直流電壓表測得放大電路中晶體管T1各電極的對地電位分別為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,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，因為V1>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）因為基極偏置電源+6V大于管子的導通電壓，故管子的發(fā)射結(jié)正偏，管子導通,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基極開路

指基極開路時集電極與發(fā)射極間的反向擊穿電壓。使用中若超過此值,晶體管的集電結(jié)就會出現(xiàn)擊穿。Β值的大小反映了晶體管的電流放大能力。IC>ICM時，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）指基極開路時，集電極與發(fā)射極之間加一定反向電壓時的集電極電流。該值越小越好。.集電極反向飽和電流ICBO,是少數(shù)載流子運動的結(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。因為發(fā)射區(qū)和集電區(qū)的摻雜質(zhì)濃度差別較大，如果把兩個極互換使用，則嚴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，UCE<UBE，集電結(jié)也處于正偏，這時內(nèi)電場被大大削弱，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，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??？學習與討論

為了使發(fā)射區(qū)擴散電子的絕大多數(shù)無法在基區(qū)和空穴復合，由于基區(qū)摻雜深度很低且很薄，因此只能有極小一部分擴散電子與基區(qū)空穴相復合形成基極電流，剩余大部分擴散電子繼續(xù)向集電結(jié)擴散，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。用萬用表測試二極管好壞及極性的方法用萬用表歐姆檔檢查二極管是否存在單向?qū)щ娦?？并判別其極性。正向?qū)娮韬苄　Ｖ羔樒D(zhuǎn)大。反向阻斷時電阻很大，指針基本不動。

選擇萬用表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φ{(diào)一次即可測出其極性及好壞。如何判斷二級管的正負極呢？用萬用表測試三極管好壞及極性的方法

用指針式萬用表檢測三極管的基極和管型：指針不動，說明管子反偏截止，因此為NPN型。

先將萬用表置于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極相接觸，觀測到指針不動(或近滿偏)時，則假定的基極是正確的;且晶體管類型為NPN型（或PNP型）。如果把紅黑兩表棒對調(diào)后，指針仍不動(或仍偏轉(zhuǎn))，則說明管子已經(jīng)老化(或已被擊穿)損壞。想一想，這種檢測方法依據(jù)的是什么？指針偏轉(zhuǎn)，說明管子正向?qū)?，因此為PNP型。PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

若被測管為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