第5章 半导体三极管和场效应管

第5章 半导体三极管和场 效应管及其应用
5.1 半导体三极管的基本结构 半导体三极管的基本结构 5.1.1 基本结构和类型
一,结构
NPN型 型
C N P N E
集电极
集电极 C
PNP型 型
基极
B
B B
基极
P N P E
发射极
发射极
二,类型 PNP型和 型和NPN型; 型和 型 硅管和锗管; 硅管和锗管; 大功率管和小功率管; 大功率管和小功率管; 高频管和低频管. 高频管和低频管.
例: β=50, USC =12V, , , RB =70k, RC =6k 当USB = -2V,2V,5V时, , , 时 晶体管的静态工作点Q位 晶体管的静态工作点 位 于哪个区? 于哪个区?
IC
IB RB VBB
C B UBE E
RC UCE VCC
USB =5V时: 时 U SB U BE 5 0 .7 IB = = = 0 .061 mA RB 70 β I B = 50 × 0 .061 mA = 3 .0 5m > I cmax
___
___
工作于动态的三极管, 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 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 相应的集电极电流变化为IC,则交流电流放 大倍数为 大倍数为:
IC β= IB
IC β = I B
例:UCE=6V时:IB = 40 A, IC =1.5 mA; 时 ; IB = 60 A, IC =2.3 mA. .
β = 37.5
I BQ = VCC VBEQ Rb
≈ 40A
I CQ = β I BQ= 1.5mA
UCEQ = VCC ICQ Rc = 6V
2)用图解法确定Q点 )用图解法确定 点 (1)作出电路的 )作出电路的V-I特性 特性
iC = f (vCE ) iB = 40 A
(2)作出直流负载线 )
集电区: 集电区: 面积较大
C N P N E
集电极
集电结 基区:较薄,掺 基区:较薄, 杂浓度低 发射结 发射区: 发射区: 掺杂浓度较高
B
基极
发射极
5.1.2 三极管的电流放大作用
基区空穴 向发射区 的扩散可 忽略. 忽略. 进入P区的电子少 进入 区的电子少 RB 部分与基区的空 穴复合, 穴复合,形成电 流IBE EB
从基区扩散来 的多数电子, 的多数电子, EC 漂移进入集电 结而被收集, 结而被收集, 形成I 形成 CE.
E
二,各极电流关系
IC=ICE+ICBO ≈ICE IC >>IB C B
ICBO
IB=IBE-ICBO≈IBE
RB VBB
IB
ICE N P IBE N IE
VCC
E
IE=IB+IC
三,电流放大系数 ICE与IBE之比称为直流电流放大倍数 之比称为直流 直流电流放大倍数
100A 此区域中 : IB=0,IC=ICEO, 80 UBE<A 死区电 称为截 压,称为截 60A 止区. 止区. 40A 20A IB=0 12 uCE(V)
输出特性三个区域的特点: 输出特性三个区域的特点
(1) 放大区:发射结正偏,集电结反偏. 放大区:发射结正偏,集电结反偏. 即: IC=βIB , 且 IC = β IB (2) 饱和区:发射结正偏,集电结正偏. 饱和区:发射结正偏,集电结正偏. 即:UCE<UBE , IC< βIB ,UCE≈0.3V (3) 截止区:发射结和集电结都是反偏 或零偏 截止区:发射结和集电结都是反偏(或零偏 或零偏) UBE< 死区电压, IB=0 , IC=ICEO ≈0 死区电压,
C B
IBE
N P N IE
发射结正 偏,发射 区电子不 断向基区 扩散, 扩散,形 成发射极 电流I 电流 E.
EC
E
一,载流子传输过程 发射,复合, 发射,复合,收集
IC=ICE+ICBO≈ICE
集电结反偏, 集电结反偏, 有少子形成的 反向电流I 反向电流 CBO.
C
ICBO
B
RB EB
ICE N P IBE N IE
集电极电流I 值的下降, 集电极电流 C上升会导致三极管的β值的下降, 当β值下降到正常值的三分之二时的集电极电 流即为I 流即为 CM.
5.集-射极反向击穿电压 集 射极反向击穿电压
当集---射极之间的电压U 当集---射极之间的电压 CE超过一定的数值 ---射极之间的电压 三极管就会被击穿. 时,三极管就会被击穿.手册上给出的数值是 25°C,基极开路时的击穿电压 (BR)CEO. ° ,基极开路时的击穿电压U
IB RB VBB C B UBE E
IC
RC UCE VCC
U SB U BE 2 0 .7 IB = = = 0 .01 9mA RB 70 I C = β I B = 50 × 0 .01 9mA = 0.95mA
IC< ICmax (=2mA) , Q位于放大区. 位于放大区. 位于放大区
5.2
5.2.1
共射极电压放大器
电路的组成
1,三极管T的作用:用于电流放大. 三极管T的作用:用于电流放大. Vcc为集电极回路电源,为输出信号提供能量,使三极管集电结反偏 集电结反偏. 2,Vcc为集电极回路电源,为输出信号提供能量,使三极管集电结反偏. 3,Rc作为集电极负载电阻,并将集电极 Rc作为集电极负载电阻, 作为集电极负载电阻 电流的变化转换为电压变化输出. 电流的变化转换为电压变化输出. 基极电阻Rb Rb: 4,基极电源VBB和基极电阻Rb: 基极电源V 使三极管发射结正偏 发射结正偏. 使三极管发射结正偏. 5,隔直,耦合电容Cb1,Cb2: 隔直,耦合电容C 隔直通交, 隔直通交,隔离信号源和负 载对三极管的静态偏置的影 响,并让交流信号顺利通过 .
温度对三极管参数的影响
的影响: (1)对β的影响: ) 的影响 三极管的β随温度的升高将增大 温度每上升l℃ 随温度的升高将增大, 三极管的 随温度的升高将增大,温度每上升 ℃,β值 值 约增大0.5～ %,其结果是在相同的I 情况下, %,其结果是在相同的 约增大 ～1%,其结果是在相同的 B情况下,集电极电 随温度上升而增大. 流IC随温度上升而增大. (2)对反向饱和电流 CEO的影响: )对反向饱和电流I 的影响: ICEO是由少数载流子漂移运动形成的,它与环境温度 是由少数载流子漂移运动形成的, 关系很大, 随温度上升会急剧增加.温度上升10℃ 关系很大,ICEO随温度上升会急剧增加.温度上升 ℃, ICEO将增加一倍.由于硅管的 CEO很小,所以,温度对硅 将增加一倍.由于硅管的I 很小,所以, 的影响不大. 管ICEO的影响不大. (3)对发射结电压 be的影响: )对发射结电压u 的影响: 和二极管的正向特性一样,温度上升1℃ 和二极管的正向特性一样,温度上升 ℃,ube将下降 2～2.5mV. ～ . 使用中应采取相应的措施克服温度的影响. 使用中应采取相应的措施克服温度的影响.
VCC RC
直流负载线
Q
uCE = VCC iC RC
___
I C = 1.5 = 37.5 β =I 0.04 B
I I C β= = 2.3 1.5 = 40 I B 0.06 0.04
在以后的计算中,一般作近似处理: 在以后的计算中,一般作近似处理: 集电极反向饱和电流I nA数量级 数量级 ICBO A 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. 影响.
3. 集电极-发射极反向饱和电流 CEO(也称穿透电流) 集电极-发射极反向饱和电流I 也称穿透电流)
ICEO受温度影响很大, 受温度影响很大, 当温度上升时, 当温度上升时,ICEO 增加很快,所以I 增加很快,所以 C也 相应增加. 相应增加.三极管的 温度特性较差. 温度特性较差.
4.集电极最大电流 CM 集电极最大电流I 集电极最大电流
6. 集电极最大允许功耗 CM 集电极最大允许功耗P
集电极电流 C 集电极电流I 流过三极管, 流过三极管, 集电极的功耗 为:
IC ICM
安全工作区
ICUCE=PCM
过损耗区
PC =ICUCE PC≤PCM
U(BR)CEO
UCE
PC≤PCM
已知: 已知 ICM = 20 mA, PCM = 100 mW, , U(BR)CEO = 20 V, , 当 UCE = 10 V 时,IC < 10 mA 当 UCE = 1 V,则 IC < 20 mA , 当 IC = 2 mA,则 UCE < 20 V ,
I c = I cmax = 2 mA
Q 位于饱和区,此时 C 和IB 已不是 β 倍的关系. 位于饱和区,此时I 倍的关系.
+3.6V +3V +9V -10V
-5V
-5.3V
5.1.4 三极管的主要参数
1. 电流放大倍数和 β 电流放大倍数 β 前面的电路中,三极管的发射极是输入输出的 前面的电路中, 公共点,称为共射接法,相应地还有共基, 公共点,称为共射接法,相应地还有共基,共 直流电流放大倍数: 集接法.共射直流电流放大倍数 集接法.共射直流电流放大倍数:
I CE I C I CBO I C β= = ≈ I BE I B I CBO I B
要使三极管能放大电流, 要使三极管能放大电流,必须使 发射结正偏,集电结反偏. 发射结正偏,集电结反偏.
C B IB E
IC
IE
NPN型三极管 型三极管
C B IB E
IC
IE