第1章第三节双极型三极管

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三极管工作原理

三极管是经常应用的一个电子元器件，在模拟电路中经常利用其工作在线性区来做信号处理电流放大等，在数字电路中又会利用其工作在饱和区截止区来作为开关控制。

作为开关使用，除了在数字电路中应用以外，还多用于电力电子中用作功率处理，常见有开关电源、逆变器等。

然而，很多资料对三极管的介绍常常太过简单或不够深入，以至于我们对三极管的理解经常一头雾水，或者对其工作机制理解不到位。

所以本文着重从半导体内部机制来介绍其工作原理。

双极性晶体管，全程双极性结型晶体管（bipolar junction transistor, BJT），也就是我们常说的三极管。

三极管的发明在电子学历史上具有革命意义，1956年，威廉·肖克利（William Shockley）、约翰·巴丁（John Bardeen）和沃尔特·布喇顿（Walter Brattain）因为三极管的发明工作被授予诺贝尔物理学奖。

半导体物理中的一些基本概念:在讲解其工作原理之前，先简单的介绍下半导体物理中的一些基本概念。

半导体是介于导体和绝缘体之间的一种介质，在不同的条件下可以表现出导电或者不导电的特性。

电子半导体器件所用的材料大部分为硅、锗等在元素周期表中处于金属非金属交界处的四价元素。

本征半导体 (intrinsic semiconductor))是指完全不含杂质的纯净半导体。

因为不含杂质，其中的载流子仅仅只靠本征激发产生，其导电性很差。

与之对应的是非本征半导体，根据掺杂不同分为N型半导体和P型半导体。

图1 本征半导体N型半导体是指在本征半导体掺入+5价元素（如P、Sb等）的半导体。

由于加入了最外层为5个电子的元素，在形成共价键后会多出一个电子，这个电子就成了自由电子。

半导体因为掺杂而多出了载流子为自由电子，所以称为N型半导体。

在N型半导体中，电子为多数载流子。

图2 N型半导体P型半导体是指在本征半导体中掺入了+3价元素（如B、Al）的半导体。

半导体的基础知识与PN结

在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体(或称空穴型半导体）。
空穴浓度多于自由电子浓度空穴为多数载流子(简称多子），电子为少数载流子(简称少子)。
+3
(本征半导体掺入 3 价元素后，原来晶体中的某些硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 3 个价电子，3与硅构成共价键，多余一个空穴。)
6．在PN结的两端通过一块电流表短接，回路中无其它电源
，当用光照射该半导体时，电流表的读数是____C___。
A．增大 B．减小 C．为零 D．视光照强度而定
7．P型半导体中的多数载流子是__B_____。
A．电子 B．空穴 C．电荷 D．电流
8．N型半导体中的多数载流子是____A___。
A．自由电子 B．空穴 C．电荷 D．电流
B．P型半导体中只有空穴导电 C．N型半导体中只有自由电子参与导电 D．在半导体中有自由电子、空穴、离子参与导电
12．N型半导体中，主要靠__C_____导电，_______是少数载
流子。
A．空穴／空穴
B．空穴／自由电子
C．自由电子／空穴 D．自由电子／自由电子
13．P型半导体中，主要靠___B____导电，_______是少数载
+4
+4
+4
图 1.1.1 本征半导体结构示意图
3、本征半导体中的两种载流子
若 T ，将有少数价
T
电子克服共价键的束缚成
为自由电子，在原来的共 +4
+4
价键中留下一个空位—— 空穴。
自由电子和空穴使本
空穴
+4
+4
征半导体具有导电能力，

1.3 双极型三极管

N
EC
第三节
双极型三极管
2. 各电极电流关系及电流放大作用把晶体管接成两个电路：基极电路和集电极电路。发射极是公共端，该接法为共发射极接法。设EC＝6V，改变RB，则基极电流IB、集电极电流 IC和发射极电流IE都发生变化。
第三节
双极型三极管
IB(mA)
0
<0.001 <0.001
0.02 0.70 0.72
直流电流放大系数 ___ IC IB 注意：
交流电流放大系数
Δ IC ΔI B
和的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICEO 较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的值在20 ~ 200之间。
第三节
双极型三极管
例：在如图输出特性曲线上，（1）计算Q1点处的；（2）由Q1和Q2两点，计算。在UCE= 6 V时，在 Q1 点 IB=40A, IC=1.5mA；在 Q2 点 IB=60 A, IC=2.3mA。
IC(mA ) 4 3 2 1 0 3 6 9 12 100A Q2 Q1 80A 60A 40A 20A IB=0 UCE(V)
在 Q1 点，有
I C 1.5 I 37.5 0.04 B
由 Q1 和Q2点，得
Δ IC 2 .3 1 .5 4 0 Δ I B 0 .0 6 0 .0 4
Rc
ui
VBB
Rb
VT
+
VCC
uO
26
uO
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第三节
双极型三极管
在由PNP型三极管组成的放大电路中，三极管中各极电流和电压的实际方向如图(a)所示，
根据习惯三极管中电流和电压的规定正方向如图(b)所示。

三极管基本认识（教案）

三极管基本认识（教案）第一篇：三极管基本认识(教案)【教学内容】晶体三极管教案本课学习的是“中等职业教育规划教材”电子工业出版《电子技术基础》的第一章第三节的第一部分内容。

这节课内容包括三极管的结构，三极管的类型符号、三极管的分类方法和三极管的放大作用。

【地位和作用】这节课是在学生学习了半导体、PN结和二极管之后安排的，也是为今后学习三极管工作原理打下理论基础。

三极管是电子电路中最重要的电子元器件。

【教学目标】1.知识目标：①、了解三极管的概念、分类、符号。

②、掌握晶体三极管的结构及类型的判断。

③、了解三极管内部载流子的运动。

④、掌握晶体三极管的电流放大作用。

2.能力目标：①培养学生分析问题及解决问题的能力。

②培养学生的实际动手操作能力。

③激发学生创新精神和创造思维，以达到知识探索、能力培养、素质提高的目的。

3．情感目标：①激发学生学习这门课程的兴趣及热情,学以致用。

②培养学生事实求是的科学态度和一丝不苟的严谨作为和主动探索的精神【课堂类型】精讲型（理论基础课）【教学重/难点】重点：三极管的结构及类型的判断，三极管电流的放大条件。

难点：晶体三极管的电流放大作用及内部载流子的运动。

【学生情况分析】学生基础相对薄弱，初中刚刚毕业，且物理学习成绩很差。

【教学工具】教材电子元器件三极管若干个粉笔【教学方法】引导思考法互动教学法类比推理法【课时安排】二节课【教学过程】一、课前复习1、PN结①提问：什么是PN结？答：把P型半导体和N型半导体制作在同一硅片或锗片上，所形成的交接面。

②提问：PN结具有什么特性？答：单向导电性2、二极管③提问：二极管与PN结有什么联系？答：PN结用外壳材料封装起来，并加上电极引线就形成了二极管。

P区接阳极，N区接阴极。

④提问：二极管的导电性是否与PN结一样了？答：是二、新课导入如图所示是一个扩音器的示意图：声音信号转换为电信号声音放大电路电信号转换为声音信号声音话筒图 1 扩音器示意图扬声器其中如图所示：话筒是将声音信号转换为电信号，经放大电路放大后，变成大功率的电信号，推动扬声器，再将其还原为声音信号。

晶体管知识介绍

N沟道：VDS > 0
P沟道：VDS < 0
MOS管的举例
PULS产品常用的三极管举例型号参数外形图片
20N60C3系列
VGS(th)：2.1-3.9V、V(BR)GS：±20V、RDS(on)：0.16-0.19Ω V(BR)DS：700V、IDM：20.7A、PDM：34.5-208W、gm：6.8S
直流输入电阻 RGS，是指在漏源极间短路的条件下，栅源极之间所加直流电压与栅极直流电流的比值。
导通电阻RDS(on)，是指管子在导通时漏源极之间的阻值. 反应了VDS对ID的影响。低频跨导 gm，是指在VDS为某一定值时，漏极电流iD的微变量和引起它变化的VGS微变量的比值,反映了栅源电压VGS对漏极电流iD的控制能力。计算公式：
Icm，是指集电极允许通过的最大电流，当集电极电流Ic增加到某一数值，导致β值下降到额定值的2/3或1/2时的Ic值。当三极管的集电极电流Ic超过Icm时，其β值等参数将明显变化，虽然三极管不致损坏，但性能会受到显著影响。
Pcm，是指保证三极管正常工作情况下集电极所允许消耗的最大功率，三极管在使用时，如果实际功耗超过Pcm值，三极管就会因过载而损坏。
பைடு நூலகம்
3.反向基穿电压（BUceo和BUcbo)
BUceo，是指基极开路时，集电极与发射极间的反向击穿电压。 BUcbo，是指发射极开路时，集电极与基极间的反向击穿电压。
三极管的特性参数
三极管的主要特性参数 4.特征频率（ƒT)，三极管的工作频率高到一定程度时，电流放大倍数β就会下降，当β=1时的频率就是特征频率，当三极管的工作频率超过特征频率后，将会失去放大能力。 5.极限参数，包括集电极最大允许电流（Icm)和集电极最大允许耗散功率（Pcm).

双极性晶体三极管

发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极
电流EIc E。
集电结反偏，有少子形成的
反向电流ICBO。B
RB
EB
IC=ICE+ICBOICE
C
从基区扩
散来的电
I ICBO CE N
子作为集电结的少
P 子进，入漂集E移电c
IBE
N 结而被收
E IE
集，形成 ICE。
IC=ICE+ICBO ICE C
(b)交流(动态) (hfe)
IC I B
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20~100之间。
（2）极间反向电流 (a) 集—基反向饱和电流ICBO
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。
C
C
集电区 N NPN 基区 P 三极管发射区 N
集电结 B
发射结
集电区 P
基区 N 发射区 P
集电结
B
PNP 三极管
发射结
E
E
2、三极管的电路符号
PNP三极管 iB iC C
B
iE E
（5）集电极最大允许电流 ICM 集电极电流IC超过一定值时，值要下降，当降到原来值的2/3时，对
应的IC称为ICM 由U(BR)CEO、PCM、ICM共同确定三极管的安全工作区，如图所示。
iC uCEiC=PCM
过
安全

1第三节双极型三极管

双极型三极管第三节双极结型三极管三极管的结构三极管中载流子的运动和电流分配关系三极管的特性曲线三极管的主要参数半导体三极管晶体管(transistor )双极型三极管或简称三极管制作材料：分类：它们通常是组成各种电子电路的核心器件。

双极结型三极管又称为：硅或锗NPN 型PNP 型一、三极管的结构三个区发射区：杂质浓度很高基区：杂质浓度低且很薄集电区：无特别要求发射结集电结集电区基区发射区cbeNPN 型三极管的结构和符号两个PN 结发射结集电结三个电极发射极e基极b集电极c集电极ccollector 基极bbase 发射极eemitterN P NR bR cV BBV CCe cb发射极电流二、三极管中载流子的运动和电流分配关系1.发射:发射区大量电子向基区发射。

2. 复合和扩散：电子在基区中复合扩散。

3. 收集：将扩散过来的电子收集到集电极。

同时形成反向饱和电流I CBO 。

I EI CI BI CNI ENI BNI CBO集电极电流基极电流动画R bR cV BBV CCecbI EI C I B I CNI ENI BNI CBOI C =I Cn +I CBO I E =I Cn +I BnI C =αI E +I CBO当I CBO << I C 时，可得≈I CI EαI En =I Cn +I Bn I E =I EnI E =I C +I B将代入I C =I Cn +I CBO 得CN E I I α=I Cnα=I E通常将定义为共基直流电流放大系数。

β≈I CI B I E =I C +I BI C =αI E +I CBO 代入得I C =αα1 -I B +α1 -1I CBOβ=αα1 -令可得I C =βI B +（1+）I CBO βI C =βI B + I CEO当I CEO <<I C 时，可得β称为共射直流电流放大系数。

I CEO =（1+ β ）I CBOI E = I C + I B I C ≈ βI B I E =（1+ β ）I BI CEO 称为穿透电流。

双极型三极管及其放大电路ppt课件

iE
RL uo
uBE
uBE波形图
ui
U BEQ
O
t .
放大电路的交流通路
VCC
RB
Cb1
RC
iCCb2
ui
iBu+BE
-
T
iE
RL uo
交流通路画法
耦合电容短路直流电压源短路
.
VCC
RB
Cb1
RC
iCCb2
由于 uCEUCEQ uce
uceicRc
ui
iBu+BE
-
T
iE
RL uo
iCICQic
uBE 不变iB时，即 iB不变uB时 E
.
主要参数
• 直流参数：、、ICBO、 ICEO
• 交流参数：β、α
• 极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO
最大集电极电流
c-e间击穿电压
最大集电极耗散功率，PCM＝iCuCE
安全工作区
.
三极管的选型
❖ 半导体三极管（BJT、晶体管）分类： ▪ 按频率分：高频管、低频管； ▪ 按功率分：小、中、大功率管； ▪ 按半导体材料分：硅管、锗管等； ▪ 按结构分：NPN型、PNP型;
发射区向基区发射多子空穴集电区收集载流子空穴基区作用作用作用传输载流子空穴为保证bjt能放大需满足内部和外部条件bjt放大的内部条件集电区掺杂浓度低集电结面积很大虽然发射区和集电区都型半导体但发射区比集电区掺的杂质多因此它们并不是对称发射区基区bjt放大的外部条件发射结正偏集电结反偏这是安排放大电路的基本原则发射结正偏放大的条件cecb载流子的传输过程扩散运动形成发射极电流i少数载流子的运动因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低使极少数扩散到基区的电子与空穴复合因集电区面积大在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴的扩散enepepenepencbocnenepcbobnepcbocn漂移运动形成的电流cboceo穿透电流集电结反向电流直流电流放大系数交流电流放大系数为什么基极开路集电极回路会有穿透电流

双极型三极管及放大电路

静态工作点 Q 偏高可能导致饱和失真
静态工作点 Q 偏低可能导致截止失真
5. 直流通路和交流通路
直流通路
耦合电容：隔直流，可看做为开路。信号源：不加考虑去掉所在支路。
直流电源：内阻为零，相当于对地短路耦合电容：通交流，相当于短路
几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR) EBO
(1) 集电极最大允许电流ICM
(2) 集电极最大允许功率损耗PCM，PCM= ICVCE
由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。输出特性曲线上的过损耗区和击穿区
直流放大电路交流放大电路
放大电路的作用：
将微弱的电信号放大到一定的数值去驱动负载，使之正常工作。
二、共射极放大电路
1. 电路组成输入回路（基极回路）输出回路（集电极回路）
2.习惯画法
BJT: 放大电路的核心 Vcc: 电路的能源 Rb: 基极电阻，用于设置偏压 Rc: 集电极电阻，用于实现集电极的电流与电压的转换 C1、C2: 耦合电容，作用为 1）隔直流，使BJT的直流工作点 Q不受外界直流影响； 2）通交流，使交流信号无衰减地通过。
升高 VCC，直流负载线平行右移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也增大。
Q2
3. 改变 Rc，保持 Rb，VCC ，不变；
4. 改变，保持 Rb，Rc ，VCC 不变；
增大 Rc ，直流负载线斜率改变，则 Q 点向饱和区移近。
O
IB
iC
uCE
Q1
Q2
O
IB
iC
电路处于静态时，三极管各电极的电流、电压在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用IB、 IC、和VCE （或IBQ、ICQ、和VCEQ ）表示。

《双极型三极管》课件

工作原理
双极型三极管利用基极电流的控制作用，实现集电极电流的放大，同时通过发射极实现电流的输出或输入。
结构与类型
结构
双极型三极管由三个半导体区域构成，分别是发射区、基区和集电区，各区域之间由相应的电极相连。
类型
根据结构特点和应用需求，双极型三极管可分为NPN型和PNP型两类。
特点与用途
信号处理等多种功能。
双极型三极管与集成电路的集成
03
将双极型三极管集成在集成电路中，提高电路的可靠性和稳定
性。
双极型三极管在物联网等新兴领域的应用前景
物联网传感器节点
利用双极型三极管的高灵敏度特性，作为传感器节点中的信号放大和处理元件，实现物联网的智能化感知。
无线通信模块
利用双极型三极管的高频率特性和低噪声特性，作为无线通信模块中的功率放大器和低噪声放大器，提高无线通信的可靠性和稳定性。
特点
双极型三极管具有电流放大能力强、开关速度快、稳定性好等优点，但功耗较大。
用途
双极型三极管广泛应用于模拟电路、数字电路、放大器、振荡器、开关电路等领域。
02
双极型三极管的工作状态
放大状态
总结词
当双极型三极管处于放大状态时，其电流放大倍数较大，能够将输入信号放大并输出。
详细描述
在放大状态下，双极型三极管工作在适度的正向偏置和反向偏置之间，其基极电流控制集电极和发射极之间的电流，实现信号的放大。此时，三极管呈现出线性放大特性，输入与输出信号之间保持一定的比例关系。
噪声参数
噪声系数NF
表示三极管在信号传输过程中引入的噪声量，是衡量三极管噪声性能的重要参数。
等效噪声电阻Rn
表示三极管内部噪声源的等效电阻，用于衡量三极管内部噪声的大小。

双极性三极管工作详解

三极管的共射特性曲线三极管的特性曲线是描述三极管各个电极之间电压与电流关系的曲线，它们是三极管内部载流子运动规律在管子外部的表现。

三极管的特性曲线反映了管子的技术性能，是分析放大电路技术指标的重要依据。

三极管特性曲线可在晶体管图示仪上直观地显示出来，也可从手册上查到某一型号三极管的典型曲线。

三极管共发射极放大电路的特性曲线有输入特性曲线和输出特性曲线，下面以NPN型三极管为例，来讨论三极管共射电路的特性曲线。

1、输入特性曲线输入特性曲线是描述三极管在管压降UCE保持不变的前提下，基极电流iB 和发射结压降uBE之间的函数关系，即（5-3）三极管的输入特性曲线如图5-6所示。

由图5-6可见NPN型三极管共射极输入持性曲线的特点是： BE虽己大于零，但iB 几乎仍为零，只有当uBE的值大于开启电压后，iB的值与二极管一样随uBE的增加按指数规律增大。

硅晶体管的开启电压约为0.5V，发射结导通电压Von约为0.6～0.7V；锗晶体管的开启电压约为0.2V，发射结导通电压约为0.2～0.3V。

CE=0V，UCE =0.5V和UCE=1V的情况。

当UCE=0V时，相当于集电极和发射极短路，即集电结和发射结并联，输入特性曲线和PN结的正向特性曲线相类似。

当UCE=1V，集电结已处在反向偏置，管子工作在放大区，集电极收集基区扩散过来的电子，使在相同uBE值的情况下，流向基极的电流iB 减小，输入特性随着UCE的增大而右移。

当UCE>1V以后，输入特性几乎与UCE=1V时的特性曲线重合，这是因为Vcc＞lV后，集电极已将发射区发射过来的电子几乎全部收集走，对基区电子与空穴的复合影响不大，iB的改变也不明显。

CE必须大于l伏，所以，只要给出UCE=1V时的输入特性就可以了。

2、输出特性曲线输出特性曲线是描述三极管在输入电流iB保持不变的前提下，集电极电流i C 和管压降uCE之间的函数关系，即（5-4）三极管的输出特性曲线如图5-7所示。

双极性晶体三极管教学课件

双极性晶体三极管教学课件
目录
CONTENTS
• 双极性晶体三极管概述 • 双极性晶体三极管特性 • 双极性晶体三极管的应用 • 双极性晶体三极管的选择与使用 • 双极性晶体三极管的制作与调试
01
双极性晶体三极管概述
定义与工作原理
定义
双极性晶体三极管是一种电子器件，由半导体材料制成，具有三个电极（基极、集电极和发ຫໍສະໝຸດ 极）。常见问题与解决方法
问题1
三极管发热严重。
解决方法
检查电路是否正常，降低三极管的工作电流，或更换更高额定功率的三极管。
问题2
三极管无法正常放大信号。
解决方法
调整基极电阻，使基极电流达到合适值，或检查输入信号是否正常。
三极管噪声过大。
问题3
解决方法
优化电路设计，减少干扰源，或选择低噪声三极管。
05
双极性晶体三极管的温度特性对其稳定性有着重要影响。随着温度的升高，三极管的放大倍数会减小，这是因为温度升高会使载流子运动速度加快，导致电流放大倍数下降。此外，温度变化还会影响三极管的其他性能参数，如截止频率和噪声系数等。
03
双极性晶体三极管的应用
放大电路中的应用
信号放大
双极性晶体三极管可以作为信号放大元件，通过外部电路的调节，实现对输入信号的放大，广泛应用于音频、视频等信号处理领域。
工作原理
双极性晶体三极管通过控制基极电流来控制集电极和发射极之间的电流，从而实现信号放大和开关作用。
结构与类型
结构
双极性晶体三极管由两个PN结（基区与集电区之间、基区与发射区之间）构成，具有三个电极。
类型
根据结构特点和应用领域，双极性晶体三极管可分为NPN型和PNP型两类。