双极性晶体三极管.ppt
1、双极型晶体三极管的基本结构,三极管由两个PN结构成。两个PN结的连接方式不同有不同的类型：NPN 型和 PNP型,发射区,基区,集电区,发射区,基区,集电区,从三个区分别引出一个端，分别称发射极E、基极B、集电极C,E,E,B,B,C,C,三个区的结合界面形成两个PN结，基区与发射区之间的PN结称为 发射结（EB结），基区与集电区之间的PN结称为集电结（CB结）,在三个半导体区中，基区非常薄，使得两个PN结之间的工作互相 影响，从而使它们与两个独立二极管串联存在本质上的性能差别。,NPN 三极管,PNP 三极管,双极型晶体三极管,三个半导体区分别称为发射区、基区、集电区。,2、三极管的电路符号,PNP三极管,NPN三极管,3、三极管的电流放大作用,要使三极管具有放大作用，基本条件是发射结加正向电压（正偏），集电结加反向电压（反偏）。,电流放大原理,EB,RB,Ec,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。,进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE ，多数扩散到集电结。,EB,RB,Ec,集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。,从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。,IB=IBE-ICBOIBE,ICE与IBE之比称为电流放大倍数,表明基极电流对集电极电流具有控制作用。这就是三极管的电流放大作用。,注意：这个放大作用是指一个小电流控制一个大 电流的作用。而不是能量的放大。能量是不能放 大的。,从这个意义上看：三极管是个电流放大元件,PNP管的分析同NPN管相同。使用时注意各极 极性和电流方向：,为了保证受控载流子流的传输，制造晶体三极管 时应满足两个条件：,a 发射区掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。,b 基区宽度应很小，以保证 IE中被复合的成份少，大部分能到达集电极，成为可控的集电极电流。,三极管产生放大作用的条件：,1、内部条件：,2、外部条件：,a发射结加正向电压（正偏）,b集电结加反向电压（反偏）,NPN管：UCUBUE,PNP管：UCUBUE,4、晶体管的三种连接方式,晶体管有三个极（发射极、基极、集电极），两个端口（输入、输出）。因此有一个极是输入、输出共用的。以NPN管为例，说明三种连接方式。,a 共发射极连接,b 共基极连接,c 共集电极连接,注意：箭头表示电流的真实方向,输入特性曲线：,因为晶体管有一对输入端和一对输出端，因此，要完整地描述晶体管的伏安特性，就必须用两组表示不同端电压、电流之间关系的特性曲线来表示。以共发射极为例来具体分析。,输入特性曲线是指当集射极之间的电压UCE为某一常数时，输入回路中的基极电流IB与加在基射极间的电压UBE之间的关系曲线。,5、晶体三极管的特性曲线,晶体管的特性曲线是用来表示各极电压和电流之间相互关系，反映的是晶体管的性能。,死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。,工作压降： 硅管UBE0.60.7V,锗管UBE0.20.3V。,输出特性曲线,NPN,iB=0,iB3,iB2,iB1,iB3 iB2 iB10,从输出特性上，可将三极管分为三个工作区（工作状态）：,截止(Cut off)、饱和(Saturation)、放大(Active)。,截止,饱和,放大,集电极电流受基极电流控制，所以晶体三极管又称为电流控制器件,输出特性曲线是指当基极电流IB为常数时，输出电路中集电极电流IC与集射极间的电压UCE之间的关系曲线。,输出特性曲线,IC(mA ),此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。,此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。,此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE 死区电压，称为截止区。,1）截止区,IB = 0 曲线以下的区域。,IB = 0, IC = IE = ICEO (穿透电流),由于ICEO很小，此时UCE近似等于ECC，C与E之间相当与断路。,2）饱和区,条件：发射结正偏，集电结正偏。,饱和电压记为UCES，硅管 UCES = 0.30.5V,锗管 UCES = 0.10.2V。C与E之间相当于短路。,3）放大区,条件：发射结正偏；集电结反偏。,晶体管具有放大作用。,对于三极管的输出特性，以下三点应有深刻认识：,三极管工作在放大区时，改变IB的大小，IC的大小会随之改变。因此，改变IC的唯一途径就是改变IB，而这正是IB对IC的控制作用。,三极管电流放大作用能力的大小，反映在输出特性曲线平坦部分间隔的大小上。间隔大，即IC大，因而放大能力（即）也大。,三极管具有恒流特性。在放大区时，增大UCE，IC不会明显增加，这就是三极管的恒流特性。,6、三极管的作用,1）用作放大元件,2）用作开关元件。,工作在放大区，构成放大电路,工作在截至区、饱和区，构成数字电路等,判断图中晶体管的工作状态。,解：,（a）是NPN管， UCUB UE工作在放大状态。,（b）是PNP管， UEUB UC工作在放大状态。,（c）是NPN管， UEUB ， UCUB ,发射结、集电结均反偏工作在截止状态。,6、晶体管的主要参数,共射直流电流放大倍数：,1）电流放大倍数和 ,工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：,和含义不同，但在输出特性放大区内，曲线 接近于平行等距:,所以今后在使用时，一般用代替 ，而不将 二者分开。,由于制造工艺的分散性，同一型号的晶体管， 值也有很大差别。常用的晶体管的值一般在 20100之间。,例：UCE=6V时：IB=40A, IC=1.5mA； IB=60 A, IC=2.3mA。,在以后的计算中，一般作近似处理：=,2）集-基极反向截止电流ICBO,ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。,通常希望ICBO越小越好。在温度稳定性方面，硅管比锗管好。,3）集-射极反向截止电流ICEO,B,E,C,N,N,P,ICBO进入N区，形成IBE。,根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流 IBE。,集电结反偏有ICBO,4）集电极最大电流ICM,集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。,所以集电极电流应为：IC= IB+ICEO,而ICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。,5）集-射极反向击穿电压,手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。,是指当基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压。集射极之间电压超过U(BR)CEO时，集电极电流会大幅度上升，此时，三极管被击穿而损坏。,6）集电极最大允许功耗PCM,集电极电流IC流过三极管，所发出的功率为：,PC=ICUCE,PCPCM,两个结上消耗的功率分别等于通过结的电流乘以加在结上的电压，一般集电结上消耗的功率比发射结大得多，用PCM表示，这个功率将导致集电结发热，结温上升，当结温超过最高工作温度时，管子性能下降，甚至被烧坏。因此集电结的最高工作温度决定了三极管的最大集电极耗散功率。,ICUCE=PCM,安全工作区,由U(BR)CEO、PCM、ICM共同确定三极管的安全工作区，如图所示。,6、半导体三极管的主要参数,（1）电流放大系数,(a)直流(静态) (hFE),(b)交流(动态) (hfe),由于制造工艺的分散性，同一型号的晶体管，值也有很大差别。常用的晶体管的值一般在20100之间。,（3）集射反向击穿电压U(BR)CEO,由U(BR)CEO、PCM、ICM共同确定三极管的安全工作区，如图所示。,是指当基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压。集射极之间电压超过U(BR)CEO时，集电极电流会大幅度上升，此时，三极管被击穿而损坏。,
