模电三极管论文Word版

模拟电子技术论文
项目名称：三极管
学院：物理与电子信息学院
班级： 2013级电信1班
学生姓名：刘宇
学号： 20130922103
一、什么是三极管
三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种电流控制电流的半导体器件·其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号，也用作无触点开关。

晶体三极管，是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。

三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。

二、工作原理
当发射极和集电极之间的电压处于在放大区内时，较小的基极电流的变化引起集电极电流成比例的较大变化，这就是三极管最基本的作用——电流放大作用，三极管其他的作用都是由此而来。

三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。

分成NPN和PNP两种。

我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib；把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。

这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。

三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制（假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话），并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍
数（
β一般远大于1，例如几十，几百）。

如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。

如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U=R*I可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。

我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。

三、三极管的作用
3.1、三极管是电流控制元件，使用中从完成任务所起的作用讲可分为：电流放大、电压放大、功率放大、电子开关、恒流控制、温度补偿、温度采样、光电采样....，使用中作用是很丰富的。

可以根据电路的整体结构、完成整个任务的步骤和三极管所处的任务环节，确定三极管的功能。

3.2、晶体三极管可以实现电流放大的作用
三极管实现电流放大作用的原理是：三极管能用基极电流的变化来控制集电极电流的变化，基极电流变化很小，导致集电极电流发生很大的变化。

这也是三极管非常重要的特性。

我们把集电极电流变化量与基极电流变化量的比值用符号“β”表示，一般来说“β”是一个定值，但有时ΔIb也可能会有所改变。

晶体三极管有以下三种状态：饱和状态、截止状态和放大状态。

如果加在发射结的电压比 PN 结的导通电压小，基极中无电流，集电极和发射极也都无电流，在电路中相当于一个断开的开关，三极管就不再有电流放大作用，即为三极管的截止状态。

放大状态：如果加在发射结的电压比 PN结的导通
电压大，并取值合适时，能达到管子的发射结正偏，集电结反偏，此时基极电流的较小变化导致了集电极电流的极大变化，体现了三极管具有很强的电流放大作用，可起到以较小电流控制较大电流，实现了三极管的电流放大，即为三极管的放大状态。

饱和状态：如果三极管发射结正偏，集电结正偏，三极管进入了饱和区，饱和压降非常小，Ib控制不了 Ic，这时三极管就没有了电流放大能力，即为三极管的饱和状态。

三极管在三个不同的工作状态下，可实现三种不同的作用。

它只有在电路中满足放大状态的条件才可以起到放大作用。

3.3、三极管在电路中作为开关使用的特性
如果三极管工作在饱和状态或截止状态，它就起不了放大作用。

三极管若处于饱和状态如同开关接通，若处于截止状态则如同开关断开，即为三极管的开关特性。

四、发展历史
1947年12月23日，美国新泽西州墨累山的贝尔实验室里，3位科学家——巴丁博士、布菜顿博士和肖克莱博士在紧张而又有条不紊地做着实验。

他们在导体电路中正在进行用半导体晶体把声音信号放大的实验。

3位科学家惊奇地发现，在他们发明的器件中通过的一部分微量电流，竟然可以控制另一部分流过的大得多的电流，因而产生了放大效应。

这个器件，就是在科技史上具有划时代意义的成果——晶体管。

这３位科学家因此共同荣获了1956年诺贝尔物理学奖。

晶体管促进并带来了
“固态革命”，进而推动了全球范围内的半导体电子工业。

作为主要部件，它及时、普遍地首先在通讯工具方面得到应用，并产生了巨大的经济效益。

由于晶体管彻底改变了电子线路的结构，集成电路以及大规模集成电路应运而生，这样制造像高速电子计算机之类的高精密装置就变成了现实。

五、主要参数
工作电压/电流
用这个参数可以指定该管的电压电流使用范围.
特征频率fT
:当f= fT时,三极管完全失去电流放大功能.如果工作频率大于fT,电路将不正常工作.
hFE
电流放大倍数.
VCEO
集电极发射极反向击穿电压,表示临界饱和时的饱和电压.
PCM
最大允许耗散功率.
封装形式
指定该管的外观形状,如果其它参数都正确，封装不同将导致组件无法在电路板上实现.
六、特性曲线
三极管的特性曲线是用来表示各个电极间电压和电流之间的相互关系的，它反映出三极管的性能，是分析放大电路的重要依据。

特性曲线可由实验测得，也可在晶体管图示仪上直观地显示出来。

6.1、输入特性曲线
晶体管的输入特性曲线表示了VCE为参考变量时，IB和VBE的关系。

图1是三极管的输入特性曲线，由图可见，输入特性有以下几个特点：
(1) 输入特性也有一个“死区”。

在“死区”内，VBE虽已大于零，但IB几乎仍为零。

当VBE大于某一值后，IB才随VBE增加而明显增大。

和二极管一样，硅晶体管的死区电压VT（或称为门槛电压）约为0.5V，发射结导通电压VBE =（0.6~0.7）V；锗晶体管的死区电压VT约为0.2V，导通电压约（0.2~0.3）V。

若为PNP型晶体管，则发射结导通电压VBE分别为(-0.6 ~ -0.7)V和(-0.2~ -0.3)V。

（2）一般情况下，当VCE >1V以后，输入特性几乎与VCE=1V时的特性重合，因为VCE >1V后，IB无明显改变了。

晶体管工作在放大状态时，VCE总是大于1V的（集电结反偏），因此常用VCE
≥1V的一条曲线来代表所有输入特性曲线。

6.2、输出特性曲线
晶体管的输出特性曲线表示以IB为参考变量时，IC和VCE的关系，即:
图2是三极管的输出特性曲线，当IB改变时，可得一组曲线族，由图可见，输出特性曲线可分放大、截止和饱和三个区域。

（1）截止区：IB = 0的特性曲线以下区域称为截止区。

在这个区域中，集电结处于反偏，VBE≤0发射结反偏或零偏，即VC>VE ≧VB。

电流IC很小，（等于反向穿透电流ICEO）工作在截止区时，晶体管在电路中犹如一个断开的开关。

（2）饱和区：特性曲线靠近纵轴的区域是饱和区。

当VCE<VBE 时，发射结、集电结均处于正偏，即VB>VC>VE。

在饱和区IB增大，IC几乎不再增大，三极管失去放大作用。

规定VCE=VBE时的状态称为临界饱和状态，用VCES表示，此时集电极临界饱和电流：
七、放大原理
7.1、发射区向基区发射电子
电源Ub经过电阻Rb加在发射结上，发射结正偏，发射区的多数载流子(自由电子）不断地越过发射结进入基区，形成发射极电流Ie。

同时基区多数载流子也向发射区扩散，但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子浓度，可以不考虑这个电流，因此可以认为发射结主要是电子流。

7.2、基区中电子的扩散与复合
电子进入基区后，先在靠近发射结的附近密集，渐渐形成电子浓度差，在浓度差的作用下，促使电子流在基区中向集电结扩散，被集电结电场拉入集电区形成集电极电流Ic。

也有很小一部分电子（因为基区很薄）与基区的空穴复合，扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。

7.3、集电区收集电子
由于集电结外加反向电压很大，这个反向电压产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散，同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流Icn。

另外集电区的少数载流子（空穴）也会产生漂移运动，流向基区形成反向饱和电流，用Icbo来表示，其数值很小，但对温度却异常敏感。

（注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!）
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