晶體管工作原理

晶體管工作原理第1頁/共47頁晶體管圖片第2頁/共47頁第3頁/共47頁2.1.1晶體管的結(jié)構(gòu)1.NPN型晶體管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)(2)根據(jù)使用的半導(dǎo)體材料分為:硅管和鍺管(1)根據(jù)結(jié)構(gòu)分為:NPN型和PNP型晶體管的主要類型第4頁/共47頁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)示意圖第5頁/共47頁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)第6頁/共47頁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)示意圖第7頁/共47頁集電區(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)示意圖第8頁/共47頁(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)第9頁/共47頁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)第10頁/共47頁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+–+–第11頁/共47頁

(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)多子為非平衡少子第12頁/共47頁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第13頁/共47頁因?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。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)散電子第14頁/共47頁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)散第15頁/共47頁非平衡少子到達(dá)集電區(qū)d.集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來的電子形成發(fā)射極電流ICICIB第16頁/共47頁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第17頁/共47頁晶體管的電流分配關(guān)系動(dòng)畫演示第18頁/共47頁發(fā)射結(jié)回路為輸入回路，集電結(jié)回路為輸出回路?；鶚O是兩個(gè)回路的公共端，稱這種接法為共基極接法。

輸入回路輸出回路第19頁/共47頁定義稱為共基極直流電流放大系數(shù)ICBOICIB第20頁/共47頁各電極電流之間的關(guān)系

IE=IC+IB

ICBOICIB第21頁/共47頁晶體管共射極接法原理圖電路圖IBICICBO第22頁/共47頁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)。第23頁/共47頁各電極電流之間的關(guān)系ICEO稱為穿透電流IBICICBO第24頁/共47頁或的關(guān)系由一般情況第25頁/共47頁如果

△UBE

>0，那么△IB>0，△IC>0，△IE>0

當(dāng)輸入回路電壓U

'BE=UBE+△UBE那么I

'B=IB+△IBI

'C=IC+△ICI

'E=IE+△IE如果

△UBE

<0，那么△IB<0，△IC<0，△IE<0

IBICICBO第26頁/共47頁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)為第27頁/共47頁uBE=

ube+UBE(2)放大原理設(shè)輸入信號(hào)ui=Uimsinωt

V那么iB=

ib+IBiC=

ic+ICuCE=

uce+

UCEuce=

–icRC其中UCE=

VCC

–ICRC放大電路TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iE第28頁/共47頁a.在RC兩端有一個(gè)較大的交流分量可供輸出。uce=

–

icRCuCE=

uce+

UCE由可知ui→ib→ic→icRcb.

交流信號(hào)的傳遞過程為TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iE第29頁/共47頁2．發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)正向偏置——飽和狀態(tài)

(2)IC

bIB，IB失去了對(duì)IC的控制。(1)UCE≤UBE，集電結(jié)正向偏。飽和狀態(tài)的特點(diǎn)(3)

集電極飽和電壓降UCES較小，小功率硅管為0.3~0.5V。第30頁/共47頁(5)UCE對(duì)IC的影響大，當(dāng)UCE增大，IC將隨之增加。(4)飽和時(shí)集電極電流第31頁/共47頁(2)IC=ICBO3．發(fā)射結(jié)反向偏置、集電結(jié)反向偏置——截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)的特點(diǎn)(1)發(fā)射結(jié)反偏(3)IB=－ICBO第32頁/共47頁4．發(fā)射結(jié)反向偏置、集電結(jié)正向偏置——倒置狀態(tài)(1)集電區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的多子較少倒置狀態(tài)的特點(diǎn)(2)發(fā)射區(qū)收集基區(qū)的非平衡少數(shù)載流子的能力小(3)管子的電流放大系數(shù)很小第33頁/共47頁2.1.3晶體管共射極接法的伏安特性曲線

1．共射極輸入特性

共射極輸入特性三極管共射極接法uCE=0VuCE≥1V第34頁/共47頁(1)

輸入特性是非線性的，有死區(qū)。

(2)

當(dāng)uBE不變，uCE從零增大時(shí)，iB將減小。輸入特性的特點(diǎn)(3)

當(dāng)uCE≥1V，輸入特性曲線幾乎重合在一起，

即uCE對(duì)輸入特性幾乎無影響。

uCE=0VuCE≥1V第35頁/共47頁2．共射極輸出特性

輸出特性曲線飽和區(qū)截止區(qū)放大區(qū)iB=20μA0406080100246801234iC/mAuCE/V第36頁/共47頁各區(qū)的特點(diǎn)(1)飽和區(qū)a.UCE≤UBEb.IC＜βIBc.UCE增大，IC

增大飽和區(qū)iB=20μA0406080100246801234iC/mAuCE/V第37頁/共47頁(3)截止區(qū)a.IB≈0b.IC≈0(2)放大區(qū)a.UCE>UBEb.IC=βIBc.IC與UCE無關(guān)飽和區(qū)放大區(qū)iB=20μA0406080100246801234iC/mAuCE/V第38頁/共47頁NPN管與PNP管的區(qū)別iB、uBE、iC、iE、uCE的極性二者相反。NPN管電路PNP管電路第39頁/共47頁硅管與鍺管的主要區(qū)別(3)鍺管的ICBO比硅管大(1)死區(qū)電壓約為硅管0.5V鍺管0.1V(2)

導(dǎo)通壓降|uBE|約為鍺管0.3V硅管0.7V第40頁/共47頁2.1.4晶體管的主要電參數(shù)1.直流參數(shù)(3)集電極——基極間反向飽和電流ICBO

(1)共基極直流電流放大系數(shù)(2)共射極直流電流放大系數(shù)(4)集電極——發(fā)射極間反向飽和電流ICEO

第41頁/共47頁2.交流參數(shù)

(1)共基極交流電流放大系數(shù)α

β值與iC的關(guān)系曲線(2)共射極交流電流放大系數(shù)β

iCOβ第42頁/共47頁3.極限參數(shù)(4)集電極最大允許電流ICM(1)集電極開路時(shí)發(fā)射極——基極間反向擊穿電壓U(BR)EBO

(2)發(fā)射極開路時(shí)集電極——基極間反向擊穿電壓U(BR)EBO

(3)基極開路時(shí)集電極——發(fā)射極間反向擊穿電壓U(BR)EBO

第43頁/共47頁不安全區(qū)iCuCEOU

(BR)CEOICM安全區(qū)(5)集電極最大允許功率耗散PCM晶體管的安全工作區(qū)等功耗線PC=PCM=uCE×iC第44頁/共47頁2.1.5溫度對(duì)管子參數(shù)的影響