第2章ch1双极型三极管.ppt

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1、又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。,(Bipolar Junction Transistor 或BJT),三极管的外形如下图所示。,三极管按结构分有两种类型：NPN型和 PNP 型。这里主要以 NPN 型为例进行讨论。,图 2.1三极管的外形和管脚排列,2.1.1双极型三极管,一、三极管的结构,国产的三极管，目前最常见的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。,图2.2三极管的结构,(a)平面型(NPN),(b)合金型(PNP),e 发射极，b基极，c 集电极。,图 2.3 NPN 型三极管结构示意图和符号,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,基极 b,发射极 e,集电区,集电

2、结,基区,发射结,发射区,集电极 c,发射极 e,基极 b,以 NPN 型三极管为例讨论,图2.5三极管中的两个 PN 结,若要使三极管实现放大，必须由三极管的内部结构和外部所加电源的极性两方面的条件来保证。,不具备放大作用,2.1.2三极管的电流分配与放大原理,三极管内部结构要求：,1.发射区高掺杂。,2.基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。,三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置，而集电结处于反向偏置状态。,3.集电结面积大。,三极管中载流子运动过程,1.发射发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区形成发射极电流 IE(基区多子数目较少

3、，空穴电流可忽略)。,2.复合和扩散电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流 Ibn，复合掉的空穴由 VBB 补充。,多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。,图 2.6三极管中载流子的运动,三极管中载流子运动过程,3.收集集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流 Icn。其能量来自外接电源 VCC。,另外，集电区和基区的少子在外电场VCC的作用下将（被吸引过来）进行漂移运动而形成反向饱和电流，用ICBO表示。,图 2.7三极管中载流子的运动,IEp,ICBO,IE,IC,IB,IEn,IBn,ICn,IC=ICn+ICBO ICn,IE=ICn+IBn+ICEO,一般要求

4、ICn 在 IE 中占的比例尽量大。而二者之比定义为共基极直流电流放大系数，即,一般可达 0.95 0.99,三极管的电流分配关系（动画）,三个极的电流之间满足节点电流定律，即,IE=IC+IB,定义共发射极直流电流放大倍数：,表一：一组三极管电流关系典型数据,1.任何一列电流关系符合 IE=IC+IB，IB IC IE,IC IE。,2.当基极电流 IB 有微小变化时，集电极电流IC的变化 较大。说明三极管具有电流放大作用。,3.共射电流放大系数,共基电流放大系数,三极管的电流分配关系,4.在上表的第一列数据中，IE=0(发射极开路)时，IC=0.001 mA=ICBO，ICBO 称为反向饱

5、和电流。,在表的第二列数据中，I B=0(即基极开路)时，IC=0.01 mA=ICEO，称ICEO为穿透电流。,根据 和 的定义，以及三极管中三个电流的关系，可得,故 与 两个参数之间满足以下关系：,+UCE-,特性曲线是选用三极管的主要依据，可从半导体器件手册查得。,UCE,三极管共射特性曲线测试电路,输入特性：,输出特性：,+UCE-,+UCE-,UBE,2.1.3三极管的特性曲线和主要参数,(1)UCE=0 时的输入特性曲线,当 UCE=0 时，基极和发射极之间相当于两个PN结并联(如右上中图)。所以，当 b、e 之间加正向电压时，应为两个二极管并联后的正向伏安特性,如右下图。,一、输

6、入特性,(2)UCE 0 时的输入特性曲线,当 UCE 0 时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。,UCE UBE，三极管处于放大状态。,*特性右移(因集电结开始吸引电子),UCE 1 时的输入特性具有实用意义。,*UCE 1 V，特性曲线重合。,三极管共射特性曲线测试电路,三极管的输入特性,NPN 三极管的输出特性曲线,划分三个区：截止区、放大区和饱和区。,放大区,放大区,1.截止区IB 0 的区域。,两个结都处于反向偏置。,IB=0 时，IC=ICEO。硅管约等于 1 A，锗管约为几十 几百微安。,截止区,截止区,二、输出特性,2.放大区：,条件：发射结正偏集电结反偏,特

7、点：各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平线，且等间隔。,二、输出特性,放大区,集电极电流和基极电流体现放大作用，即,放大区,放大区,对 NPN 管 UBE 0，UBC 0,NPN 三极管的输出特性曲线,3.饱和区：,条件：两个结均正偏,对 NPN 型管，UBE 0 UBC 0。,特点：IC 基本上不随 IB 而变化，在饱和区三极管失去放大作用。I C IB。,当 UCE=UBE，即 UCB=0 时，称临界饱和，UCE UBE时称为过饱和。,饱和管压降 UCES 0.4 V(硅管)，UCES 0.2 V(锗管),饱和区,饱和区,一、电流放大系数,三极管的主要参数,（表征管子放大作用的参数）,1.

8、共射电流放大系数,二、极间反向电流,1.集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO,2.集电极和发射极之间的反向饱和电流 ICEO,(a)ICBO测量电路,(b)ICEO测量电路,小功率锗管 ICBO 约为几微安；硅管的 ICBO 小，有的为纳安数量级。,当 b 开路时，c 和 e 之间的电流。,值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。,右图:反向饱和电流的测量电路,因为ICBO 和ICEO 都是由少数载流子的运动形成的,所以对温度比较敏感.当温度升高时 ICBO 和ICEO 都将急剧地增大.,选用三极管时,要求三极管的反向饱和电流ICBO 和穿透电流ICEO 尽可能小些,这两个参数的值愈小,表明三

9、极管的质量愈好.,三、极限参数,1.集电极最大允许电流 ICM,当 IC 过大时，三极管的 值要减小。在 IC=ICM 时，值下降到额定值的三分之二。,2.集电极最大允许耗散功率 PCM,将 IC 与 UCE 乘积等于规定的 PCM 值各点连接起来，可得一条双曲线。,ICUCE PCM 为安全工作区,ICUCE PCM 为过损耗区,三极管的安全工作区,3.极间反向击穿电压,外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压。,U(BR)CEO：基极开路时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。,U(BR)CBO：发射极开路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。,安全工作区同时要受 PCM、ICM 和U(BR)

10、CEO限制。,三极管的安全工作区,*三极管的选用原则,1.必须保证三极管工作在安全区.2.当输入信号频率高时,应选用高频管或超高频管;若用于开关电路,应选用开关管.3.当要求反向电流小,且能工作在温度变化大的环境中,应选硅管;要求导通电压低时,可选锗管.4.对于同型号的管子,优先选用反向电流小的,且值也不宜过大,一般以几十至一百左右为宜.,国家标准对半导体三极管的命名如下:3 D G 110 B,第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、C硅PNP管、D硅NPN管,第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管,材料,器件的种类,三极管,半导体三极管的型号,*复合三

11、极管（达林顿管）,复合管是由两个或两个以上的三极管按照一定的连接方式组成的等效三极管,又称为达林顿管。其电流放大系数及输入阻抗都比较大。,达林顿管分为普通达林顿管和大功率达林顿管，主要用于音频功率放大、电源稳压、大电流驱动、开关控制等电路。,四种常用的复合管结构,（1）复合管的类型与组成复合管的第一只三极管的类型相同。（2）复合管的电流放大系数近似为组成该复合管的各三极管电流放大系数的乘积。即：12(3)后管的b、e不能接在前管的c、e之间。,2.复合管的特点,已知型号和管脚排列的三极管，判断其性能的好坏,可按如下的方法进行:,（1）测量极间电阻（2）三极管穿透电流ICEO大小的判断（3）电流放大系数的估计,*三极管的检测,1.中、小功率三极管的检测,2.检测判别电极,（1）判定基极和管型,（2）判定集电极c和发射极e,3.好坏的判别,如果 一个三极管用上述判别电极方法判断不出其电极,表明三极管已损坏.,判别三极管c、e电极的原理图,