1-3半导体三极管(精)
晶体三极管型号命名方法
各国晶体三极管型号命名方法1、中国半导体器件型号命名方法半导体器件型号由五部分(场效应器件、半导体特殊器件、复合管、PIN型管、激光器件的型号命名只有第三、四、五部分)组成。
五个部分意义如下:第一部分:用数字表示半导体器件有效电极数目。
2-二极管、3-三极管第二部分:用汉语拼音字母表示半导体器件的材料和极性。
表示二极管时:A-N型锗材料、B-P型锗材料、C-N型硅材料、D-P型硅材料。
表示三极管时:A-PNP型锗材料、B-NPN型锗材料、C-PNP型硅材料、D-NPN型硅材料。
第三部分:用汉语拼音字母表示半导体器件的内型。
P-普通管、V-微波管、W-稳压管、C-参量管、Z-整流管、L-整流堆、S-隧道管、N-阻尼管、U-光电器件、K-开关管、X-低频小功率管(F<3MHz,Pc<1W)、G-高频小功率管(f>3MHz,Pc<1W)、D -低频大功率管(f<3MHz,Pc>1W)、A-高频大功率管(f>3MHz,Pc>1W)、T-半导体晶闸管(可控整流器)、Y-体效应器件、B-雪崩管、J-阶跃恢复管、CS-场效应管、BT-半导体特殊器件、FH-复合管、PIN-PIN型管、JG-激光器件。
第四部分:用数字表示序号第五部分:用汉语拼音字母表示规格号例如:3DG18表示NPN型硅材料高频三极管2、日本半导体分立器件型号命名方法日本生产的半导体分立器件,由五至七部分组成。
通常只用到前五个部分,其各部分的符号意义如下:第一部分:用数字表示器件有效电极数目或类型。
0-光电(即光敏)二极管三极管及上述器件的组合管、1-二极管、2三极或具有两个pn结的其他器件、3-具有四个有效电极或具有三个pn结的其他器件、┄┄依此类推。
第二部分:日本电子工业协会JEIA注册标志。
S-表示已在日本电子工业协会JEIA 注册登记的半导体分立器件。
第三部分:用字母表示器件使用材料极性和类型。
第3讲 半导体三极管和场效应管
模 拟 电 子 技 术
3. U(BR)CEO — 基极开路时 C、E 极间反向击穿电压。 间反向击穿电压。 、 ) U(BR)CBO — 发射极开路时 C、B 极间反向击穿电压。 间反向击穿电压。 、 ) U(BR)EBO — 集电极极开路时 E、B 极间反向击穿电压。 间反向击穿电压。 、 ) U(BR)CBO > U(BR)CEO > U(BR)EBO ) ) )
2 4 6
1. 截止区: 截止区: IB ≤ 0 IC = ICEO ≈ 0 条件: 条件:两个结反偏
ICEO
O
IB = 0
8 /V
模 拟 电 子 技 术
4 3 2 1
iC / mA 50 µA 放大区 40 µA 30 µA 20 µA 10 µA 截止区
2 4 6
2. 放大区: 放大区:
N 沟道 JFET
P 沟道 JFET
模 拟 电 子 技 术
二、 MOS 场效应管 一、增强型 N 沟道 MOSFET (Mental Oxide Semi— FET) )
G D B S D
N+
1. 结构与符号
S
N+
G
耗 尽 层
(掺杂浓度低) 掺杂浓度低)
P 型衬底
用金属铝引出 用扩散的方法 在绝缘层上喷金属 在硅片表面生一层 SiO2 和漏极 铝引出栅极 G D 薄制作两个 N 区 源极 S 绝缘层 S — 源极 Source G — 栅极 Gate D — 漏极 Drain
xyz (a)
xyz
图2.3.1
(b)
模 拟 电 子 技 术 提示: 提示: (1)晶体管工作于放大状态的条件:NPN管:VC> )晶体管工作于放大状态的条件: 管 VB>VE,PNP管:VE>VB>VC;( )导通电压:硅管 BE|= ;(2)导通电压:硅管|V 管 0.6~0.7V,硅管 BE|= 0.2~0.3V, ,硅管|V ,
1.3 半导体三极管R1解析
【 】
内容 回顾
1.由于扩散运动形成空间电荷区和内电场; 2.内电场阻碍多子扩散,有利于少子漂移; 3.当扩散电流等于漂移电流时,达到动态平 衡,形成PN结。 二、PN结具有单向导电性: PN结加正向电压时导通, PN结加反向 电压时截止。
1.2 半导体二极管
二极管的符号:
IR=(UI-UZ)/R=18mA
IDZ = IR- IL =6mA
∵ IZmin < IDZ < IZmax ∴ UO=6V
【例2】已知稳压管的UZ=6V, 最小电流IZmin=5mA, 最大电流IZmax=25mA。 (1)分别计算UI为10V、20V、35V时输出UO的值。 (2)若UI为35V时,负载开路,则会出现什么现象?
】 【
内容 回顾
I U
一、伏安特性
开启电压: 硅管0.5V,锗管0.1V。
导通电压:
硅管0.6~0.8V, 锗管0.1~0.3V。
二、二极管的等效电路
【 】
内容 回顾
三、二极管的应用: 二极管整流、限幅
五、 稳压二极管及应用 1. 稳压管的工作原理
稳压管的符号
2. 稳压管的主要参数
①稳定电压UZ
晶体管的放大作用: 小的基极电流可以控 制大的集电极电流
共射放大电路
一、晶体管内部载流子的运动
1. 发射结加正向电压, 扩散运动形成发射极 电流IE 2. 扩散到基区的自由 电子与空穴的复合运 动形成基极电流IB 3.集电结加反向电压, 漂移运动形成集电极 电流IC IB
IC
Uo’
∵ UO ′ <UZ ∴ 稳压管不工作,UO=3.33V
【例2】已知稳压管的UZ=6V, 最小电流IZmin=5mA, 最大电流IZmax=25mA。 (1)分别计算UI为10V、20V、35V时输出UO的值。 (2)若UI为35V时负载开路,则会出现什么现象? 解:假设稳压管不工作 UI为20V时 UO ′=RL/(RL+R) UI =6.7V ∵ UO ′>UZ 稳压管工作 IL=UZ/RL=12mA
三极管
N
E EB
PNP VB<VE VC<VB
EC
第一章 半导体二极管、三极管
晶体管放大的条件
发射区掺杂浓度高 1.内部条件 基区薄且掺杂浓度低 I B
集电结面积大 2.外部条件 发射结正偏 集电结反偏
RB
mA A
IC
mA
C B
3DG6
E
IE
EC
晶体管的电流分配和 放大作用
电路条件: EC>EB 发射结正偏 集电结反偏
基极开路
第一章 半导体二极管、三极管
三、极限参数
1. 集电极最大允许电流 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。 2.反向击穿电压
(1) 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO 当集—射极之间的电压UCE 超过一定的数值时,三极管就会被击穿。 手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR) CEO。基极开 路时 C、E极间反向击穿电压。 (2)集电极-基极反向击穿电压U(BR)CBO — 发射极开路时 C、B极间 反向击穿电压。 (3)发射极-基极反向击穿电压U(BR)EBO — 集电极开路时 E、B极间反 向击穿电压。
第一章 半导体二极管、三极管
一、输入特性
iC
iB f (uBE ) u
uCE 0
iB
RB + + uBE
CE常数
与二极管特性相似
RB +
B + RC + 输出 RB E uCE 输入 回路 + uBE + EC 回路 EB IE
iB
C
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截止区
图3-20
饱和区: 输出特性的上升和弯曲部分
动态:当放大电路输入信号后(vi0), 电路中各处的电压、电流处于变动 状态,这时电路处于动态工作情况, 简称动态。
1. 估算法确定静态工作点
见图3-14(b)
IB
V CC V BE Rb
VBE:硅管约为0.7V。 锗管约为0.2V。
Rb
300k
Rc 4k Cb2
Cb1 IB
c IC
vi
e
12V
BJT的放大作用,按电流分配实现,称 之为电流控制元件;
电流放大系数
共基电路: 共射电路:
IC 1
IE
IC
IB
三、BJT的特性曲线(共射连接)
iC
iB
N
P
N
vCE
vBE
图3-8
1. 输入特性曲线
iB f (vBE ) vCE 常数
iB(mA)
vCE=0V VCE 1V
80
25 C
60
40
满足放大的外部条件。
b. 下面推导IC和IB的关系
IE = IB + IC
I C αI E I CBO
代入
IC αI B αI C ICBO
整理 式得
IC
α 1
IB
I CBO
1
令 α 1
则 I C I B (1 ) I CBO
令 I CEO (1 ) I CBO
ICEO:基极开路,c流到e的电流,称穿透电流
4k
图3-18 (a)
ib
+ vi Rb
ic +
Rc RL v0
图3-18 (b)
半导体、二级管和三极管概述
PN结加反向电压
PN结加反向电压时, 内建电场被增强,势垒 高度升高,空间电荷区 宽度变宽。这就使得多 子扩散运动很难进行, 扩散电流趋于零;
而少子漂移运动处于优势,形成微小的反向的电流。
流过PN结的反向电流称为反向饱和电流(即IS), PN结呈现为大电阻。由于IS很小,可忽略不计,所 以该状态称为:PN结反向截止。 总结 PN结加正向电压时,正向扩散电流远大于漂移电 流, PN结导通;PN结加反向电压时,仅有很小的 反向饱和电流IS,考虑到IS≈0,则认为PN结截止。
基区空穴 的扩散
扩散运动形成发射极电流IE,复合运动Байду номын сангаас成基极电 流IB,漂移运动形成集电极电流IC。
电流分配:
IE=IB+IC
IE-扩散运动形成的电流 IB-复合运动形成的电流 IC-漂移运动形成的电流
直流电流 放大系数
IC IB
iC iB
交流电流放大系数
I CEO (1 ) I CBO
稳压管的伏安特性
稳压管的主要参数 稳定电压Uz:Uz是在规定电流下稳压管的反向击 穿电压。 稳定电流IZ:它是指稳压管工作在稳压状态时, 稳压管中流过的电流,有最小稳定电流IZmin和最大 稳定电流IZmax之分。
(6)其它类型二极管 发光二极管:在正向导通其正向电流足够大时, 便可发出光,光的颜色与二极管的材料有关。广 泛用于显示电路。
图4 本征半导体中 自由电子和空穴
本征半导体的载流子的浓度 本征激发:半导体在热激发下产生自由电子和空 穴对的现象称为本征激发。 复合:自由电子在运动过程中如果与空穴相遇就 会填补空穴,使两者同时消失。 在一定的温度下,本征激发所产生的自由电子与 空穴对,与复合的自由电子与空穴对数目相等,达 到动态平衡。即在一定温度下本征半导体的浓度是 一定的,并且自由电子与空穴浓度相等。
电工电子技术基础知识点详解4-1-3-半导体三极管结构与应作用
1半导体三极管及其作用
1、基本概念
(1)半导体三极管是由两个PN 结组合而成,按不同的组合方式分为NPN 型和PNP 两种类型。
(2)三极管放大的内部条件是基区做得很薄,基区的掺杂浓度应远小于发射区的掺杂浓度。
(3)
三极管放大的外部条件是发射结正向偏置,集电结反向偏置。
其正反偏可从电位角度理解。
1)对于NPN 型三极管有:
发射结正向偏置,即V B >V E ;
集电结反向偏置,即V C >V B 。
2)对于PNP 型三极管有:
发射结正向偏置,即V B <V E ;
集电结反向偏置,即V C <V B 。
(4)
三极管电流放大作用是指基极电流少量变化可以引起集电极电流较大的变化。
三极管电流关系为
C
B E I I I +=B
C I I β≈。
三极管
第5章 三极管及基本放大电路半导体三极管是一种最重要的半导体器件。
它的放大作用和开关作用促使电子技术飞跃发展。
场效应管是一种较新型的半导体器件,现在已被广泛应用于放大电路和数字电路中。
本章介绍半导体三极管、绝缘栅型场效应管以及由它们组成的基本放大电路。
5.1 半导体三极管半导体三极管简称为晶体管。
它由两个PN 结组成。
由于内部结构的特点,使三极管表现出电流放大作用和开关作用,这就促使电子技术有了质的飞跃。
本节围绕三极管的电流放大作用这个核心问题来讨论它的基本结构、工作原理、特性曲线及主要参数。
5.1.1 三极管的基本结构和类型三极管的种类很多,按功率大小可分为大功率管和小功率管;按电路中的工作频率可分为高频管和低频管;按半导体材料不同可分为硅管和锗管;按结构不同可分为NPN 管和PNP 管。
无论是NPN 型还是PNP 型都分为三个区,分别称为发射区、基区和集电区,由三个区各引出一个电极,分别称为发射极(E )、基极(B )和集电极(C ),发射区和基区之间的PN 结称为发射结,集电区和基区之间的PN 结称为集电结。
其结构和符号见图5-1,其中发射极箭头所示方向表示发射极电流的流向。
在电路中,晶体管用字符T 表示。
具有电流放大作用的三极管,在内部结构上具有其特殊性,这就是:其一是发射区掺杂浓度大于集电区掺杂浓度,集电区掺杂浓度远大于基区掺杂浓度;其二是基区很薄,一般只有几微米。
这些结构上的特点是三极管具有电流放大作用的内在依据。
(a ) (b)图5-1 两类三极管的结构示意图及符号基极BT C EBT C EB基极B发射极E发射极E集电极C集电极C N 集电区P 基区 N 发射区P集电区 N 基区 P 发射区5.1.2 三极管的电流分配关系和放大作用现以NPN 管为例来说明晶体管各极间电流分配关系及其电流放大作用,上面介绍了三极管具有电流放大用的内部条件。
为实现晶体三极管的电流放大作用还必须具有一定的外部条件,这就是要给三极管的发射结加上正向电压,集电结加上反向电压。
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• 2.三极管实现电流分配的原理
•
上述实验结论可以用载流子在
三极管内部的运动规律来解释。图1.29
为三极管内部载流子的传输与电流分配
示意图。
图1.29 三极管内部载流子的传输与电流分配示意图
•
(1)发射区向基区发射自由电
子,形成发射极电流IE。
•
(2)自由电子在基区与空穴复
合,形成基极电流IB。
极最大电流、最大反向电压等,这些参
数可以通过查半导体手册来得到。三极
管的参数是正确选定三极管的重要依据,
下面介绍三极管的几个主要参数。
• (1)共发射极电流放大系数β和β
•
它是指从基极输入信号,从集
电极输出信号,此种接法(共发射极)
下的电流放大系数。
–(2)极间反向电流
• ① 集电极基极间的反向饱和电流ICBO • ② 集电极发射极间的穿透电流ICEO
(d)三极管的集电极和发射极
近似短接,三极管类似于一个开关导通。
•
三极管作为开关使用时,通常
工作在截止和饱和导通状态;作为放大
元件使用时,一般要工作在放大状态。
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26
• 2.三极管的主要参数
•
三极管的参数有很多,如电流
放大系数、反向电流、耗散功率、集电
这是三极管实现电流放大的内部条件。
•
三极管可以是由半导体硅材
料制成,称为硅三极管;也可以由锗
材料制成,称为锗三极管。
•
三极管从应用的角度讲,种
类很多。根据工作频率分为高频管、
低频管和开关管;根据工作功率分为
大功率管、中功率管和小功率管。常
晶体三极管及其特性
晶体三极管及其特性半导体三极管又称品体三极管。
在各种屯子电路中都离不开这里所讲的三极管是目前使用十分普遍的半导体三极管。
1 •电路符号及外形三极管的电路符号及部分常见三极管的外形,如图图(a)所示为国标最新规定的NPN型半导体三极管电路符号图(b)所示为我国最新规定的PNP型半导体三极管电路符号。
在集成电路中仅用这两种电路符号。
图(c)所示是我国最新规定的集电极接管子外壳的NPN型管子电路符号,这种管子迥常是功率较大的管于,它的引脚只有两个,即只有基极和发射极两个引脚,而集电极是接外壳的,外壳接电路。
对于PNP型管子集电极接外壳时,电路符号基本相同,只是发射极的箭头方向不同。
图(d)所示是我国以前使用的三极管电路符号,在目前大量书刊、资料的电路图个还有这种电路符号。
图(e)所示是B96普遍采用的塑料封装三极管,塑料封装的三极管还有许多其他形状。
图⑴所示是金局外壳的三极管外形图(g)所示是大功率三极管,管子外壳体积很大2 •半导体三板管的结构 三极管按照极TI 代理性划分有两种,即 PNP 型和NPN 型,三极管的结构示意 图如图2所示。
图(a )所示为N 州型管结构示意图,从图中可以看出,它由三块半导体 组成,构成两个PN 结,即集电结和发射结,共引出三个电极,分别是集电极、基 极和发射极。
管中工作电流有集电极电流 IC 、基极电流IB 、发射极电流IE ; IC 、IB汇合后从发射极流出,电路符号中发射极箭头方向朝外形象地表明了电流的流动方向, 这对读固有帮助。
上述代表各极的字母也可用小写字母 c 、b 、e 表示|】E =十♦其中1匚=* A ;》J" /c Q Zg图(b )所示是PNP 型管结构示意图,不同之处是 P 、N 型半导体的排列方向不同,其他基本一样。
电流方向是从发射极流向管子内,基极电流和集电极电流都是从管子 流出,这从PNP 型管电路符号中发射极箭头所指方向也可以看出。
3 三极管
0 0 0.02 0.7 0.03 1.11 0.04 1.48 0.06 2.75 0.08 2.8 0.1 3.5 0.12 3.6 0.14 3.6
IE/mA
0
0.72
1.14
1.52
2.82
2.88
3.6
3.72
3.74
(2)观察与分析IB 、IC、两者之间的电流关系? 实验表明: 放大状态
在三极管型号命名方法中,涉及到材料、 结构、功率等(P126) 如3DG6、2DW7
(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管
常用三极管引脚按一定顺序排列,例 如C90系列的三极管,平面朝向自己时, 从左到右分别是ebc排列
三、半导体三极管分类
(1) 按材料 Si管 Ge管
(2) 按排列顺序
NPN管
PNP管
(3) 按功率: 小、大、中功率管 (4) 按工作频率 : 低频管、高频管 (5) 按用途分: 普通放大三极管、开关三极管
• 集电区c掺杂浓度低于发射区,且面积大;
这些特点使BJT不同于 两个单独的PN结,而呈 现出极间电流放大作用。
二、半导体三极管的电流分配和放大原理 实验电路接线图
输出 回路
输入 回路
三极管电流关系的一组典型实验数据
IB/mA IC/mA
0 0 0.02 0.7 0.03 1.11 0.04 1.48 0.06 2.75 0.08 2.8 0.1 3.5 0.12 3.6 0.14 3.6
三种工作状态的应用
在模拟电路中,BJT工作在放大区;(线性放大小 信号) 在数字电路中,BJT工作在截止区、饱和区(做 数字开关)。
数字开关:
三极管详细介绍
三极管百科名片三极管三极管,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。
什么是三极管三极管(也称晶体管)在中文含义里面只是对三个引脚的放大器件的统称,我们常说的三极管,可能是如图所示的几种器件,可以看到,虽然都叫三极管,其实在英文里面的说法是千差万别的,三极管这个词汇其实也是中文特有的一个象形意义上的的词汇电子三极管Triode 这个是英汉字典里面“三极管”这个词汇的唯一英文翻译,这是和电子三极管最早出现有关系的,所以先入为主,也是真正意义上的三极管这个词最初所指的物品。
其余的那些被中文里叫做三极管的东西,实际翻译的时候是绝对不可以翻译成Triode的,否则就麻烦大咯,严谨的说,在英文里面根本就没有三个脚的管子这样一个词汇!!!电子三极管Triode (俗称电子管的一种)双极型晶体管BJT (Bipolar Junction Transistor)J型场效应管Junction gate FET(Field Effect Transistor)金属氧化物半导体场效应晶体管MOS FET ( Metal Oxide Semi-Conductor Field Effect Transistor)英文全称V型槽场效应管VMOS (Vertical Metal Oxide Semiconductor )注:这三者看上去都是场效应管,其实结构千差万别J型场效应管金属氧化物半导体场效应晶体管V沟道场效应管是单极(Unipolar)结构的,是和双极(Bipolar)是对应的,所以也可以统称为单极晶体管(Unipolar Junction Transistor)其中J型场效应管是非绝缘型场效应管,MOS FET 和VMOS都是绝缘型的场效应管VMOS是在MOS的基础上改进的一种大电流,高放大倍数(跨道)新型功率晶体管,区别就是使用了V型槽,使MOS管的放大系数和工作电流大幅提升,但是同时也大幅增加了MOS的输入电容,是MOS管的一种大功率改经型产品,但是结构上已经与传统的MOS发生了巨大的差异。
3半导体三极管
一、复习引入三极管是电子电路中基本的电子器件之一,在模拟电子电路中其主要作用是构成放大电路。
在数字电路中主要作用是作为电子开关。
二、新授(一)三极管的结构和分类根据不同的掺杂方式,在同一个硅片上制造出三个掺杂区域,并形成两个PN结,三个区引出三个电极,就构成三极管。
采用平面工艺制成的NPN型硅材料三极管的结构示意图如图1(a)所示。
位于中间的P区称为基区,它很薄且掺杂浓度很低,位于上层的N区是发射区,掺杂浓度最高;位于下层的N区是集电区,因而集电结面积很大。
显然,集电区和发射区虽然属于同一类型的掺杂半导体,但不能调换使用。
如图1(b)所示是NPN型管的结构示意图,基区与集电区相连接的PN结称集电结,基区与发射区相连接的PN结称发射结。
由三个区引出的三个电极分别称集电极c、基极b和发射极e。
(a)NPN型硅材料三极管结构示间意图(b)NPN型管的结构示意图(c)NPN型和PNP型管的符号图1 三极管的结构示意图按三个区的组成形式,三极管可分为NPN型和PNP型,如图1(c)所示。
从符号上区分,NPN型发射极箭头向外,PNP 型发射极箭头向里。
发射极的箭头方向除了用来区分类型之上,更重要的是表示三极管工作时,发射极的箭头方向就是电流的流动方向。
三极管按所用的半导体材料可分为硅管和锗管;按功率可分为大、中、小功率管;按频率可分为低频管和高频管等。
常见三极管的类型如图2所示。
3DG6 NPN型高频小功率硅管3AD6 PNP型低频大功率锗管3AX31 PNP型高频小功率锗管3DX204 NPN型低频小功率硅管图2 常见三极管的类型(二)三极管的电流放大作用及其放大的基本条件三极管具有电流放大作用。
下面从实验来分析它的放大原理。
1.三极管各电极上的电流分配用NPN型三极管构成的电流分配实验电路如图3所示。
电路中,用三只电流表分别测量三极管的集电极电流I C、基极电流I B和发射极电流I E,它们的方向如图中箭头所示。
第三节三极管
国家标准对半导体器件型号的命名举例如下: 国家标准对半导体器件型号的命名举例如下:
3DG110B
用字母表示同一型号中的不同规格 用数字表示同种器件型号的序号 用字母表示器件的种类 用字母表示材料 三极管
第二位: 锗 第二位:A锗PNP管、B锗NPN管、 管 锗 管 C硅PNP管、D硅NPN管 硅 管 硅 管 第三位: 低频小功率管 低频小功率管、 低频大功率管 低频大功率管、 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 高频小功率管、 高频大功率管 高频大功率管、 开关管 高频小功率管
BJT是由两个 结组成的。 是由两个PN结组成的 是由两个 结组成的。
一.BJT的结构 的结构
NPN型
发射结 集电结
PNP型
发射结 集电结
e 发射极
N
-
P
N
c
集电极
e 发射极
P
-
N
P
c
集电极
发射区 基区 集电区
发射区 基区 集电区
基极
基极
b
eb
-
-
c
b
符号: 符号
eb
-
-
c
三极管的结构特点: 三极管的结构特点 >>集电区掺杂浓度 (1)发射区的掺杂浓度>>集电区掺杂浓度。 )发射区的掺杂浓度>>集电区掺杂浓度。 (2)基区要制造得很薄且浓度很低。 )基区要制造得很薄且浓度很低。
(2)输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const 输出特性曲线
现以i 一条线加以说明。 现以 B=60uA一条线加以说明。 一条线加以说明 (1)当uCE=0 V时,iC=0。 ) 时 。 (2) uCE ↑ → Ic ↑ 。 ) (3) 当uCE >1V后,收 )
半导体三极管概述
4. 结电容
结电容是指PN结在结两端电压作用下形成的电容效应。 结电容主要由两部分组成:一是PN结在正向电压作用下, 扩散电流的变化形成的电容效应,称之为扩散电容,通常记 作 ,它与通过PN结的扩散电流的大小成正比例;二是PN 结在反向电压作用下,电场的变化形成的电容效应,称之为 势垒电容,通常记作 ,它与作用在PN结两侧的反向电压 的大小成反比例。结电容是造成三极管产生频率响应的主要 原因,也是影响三极管开关速度的主要原因。
实验如图,把三极管接成二个电路,基极电路和集 电极电路,发射极是公共端,这种接法称为三极管 的共发射极接法。以NPN管为例,发射结加正向电压, 集电极加反向电压,三极管才能起放大作用。
IC
mA
IB
+
A
RB
+ V UBE
V UCE
+ EC
–
+– –
–
EB
三极管电流测量数据
IB(mA) IC(mA) IE(mA)
五. 三极管的工作状态
三极管的工作状态主要由三极管的二个PN结各自所承 受的偏置电压的大小和极性所决定的。三极管有二个PN结, 而每一个偏置电压又有二种可能的极性,即正向偏置和反向
偏置,因此,可构成三极管的三种工作状态:饱和、放 大、截止。
单极型三极管
双极型三极管是利用基极小电流去控制集电极较大电流 的电流控制型器件,因工作时两种载流子同时参与导电而称 之为双极型。单极型三极管因工作时只有多数载流子一种载 流子参与导电,因此称为单极型三极管;单极型三极管是利 用输入电压产生的电场效应控制输出电流的电压控制型器件 。
把基极电流的微小变化
能够引起集电极电流较大变
C
化的特性称为晶体管的电流 放大作用。
三 极 管
三极管一、晶体三极管的结构和类型晶体三极管,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结把正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,如图从三个区引出相应的电极,分别为基极b发射极e和集电极c。
发射区和基区之间的PN结叫发射结,集电区和基区之间的PN结叫集电极。
基区很薄,而发射区较厚,杂质浓度大,PNP型三极管发射区"发射"的是空穴,其移动方向与电流方向一致,故发射极箭头向里;NPN型三极管发射区"发射"的是自由电子,其移动方向与电流方向相反,故发射极箭头向外。
发射极箭头向外。
发射极箭头指向也是PN结在正向电压下的导通方向。
硅晶体三极管和锗晶体三极管都有PNP型和NPN型两种类型。
电压须在外部施用,以使晶体管操作。
施用电压以使电流朝著发射极箭头的方向移动。
施用电压时,发射极电流Ie、集电极电流Ic和基点电流Ib将产生以下的关系:Ie = Ic+Ib晶体管类型:按材料分类,可分为:硅晶体管、锗晶体管按电极分类,可分为:NPN晶体管、PNP晶体管按功能分类,可分为:光敏三极管、开关三极管、功率三极管二、三极管的封装形式和管脚识别常用三极管的封装形式有金属封装和塑料封装两大类,引脚的排列方式具有一定的规律,如图对于小功率金属封装三极管,按图示底视图位臵放臵,使三个引脚构成等腰三角形的顶点上,从左向右依次为e b c;对于中小功率塑料三极管按图使其平面朝向自己,三个引脚朝下放臵,则从左到右依次为e b c。
电子制作中常用的三极管有90××系列,包括低频小功率硅管9013(NPN)、9012(PNP),低噪声管9014(NPN),高频小功率管9018(NPN)等。
它们的型号一般都标在塑壳上,而样子都一样,都是TO-92标准封装。
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1
或
1
直流参数 、 与交流参数 、 的含义是不同的, 但是,对于大多数三极管来说, 与 , 与 的数值 却差别不大,计算中,可不将它们严格区分。
1.3.4 三极管的特性曲线
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。 输入特性:
I B f (U BE ) UCE 常 数
2.电流分配
IC = ICn + ICBO IE = ICn + IBn + IEp = IEn+ IEp ≈ IEn IB = IBn - ICBO 一般要求 ICn 在 IE 中占的比例尽量大。 而二者之比称直流电 流放大系数,即
I Cn IE
ICBO
IC
c ICn
Rc IB
b
Rb
IBn
I C I E I CB O
在表的第二列数据中, I B = 0,IC = 0.01 mA = ICEO, 称为穿透电流。 ICEO (1 ) ICBO
IB/mA 0.001 IC/mA 0.001 0 0.01 0.01 0.56 0.02 1.14 0.03 1.74 0.04 2.33 0.05 2.91
A
ICBO b
c ( a) I CBO
测量电 e 路
I CEO (1 ) I CB O
b
c
e
A
值愈大,则该管的 ICEO 也愈大。
图 1-36 极间反向电流的测量
ICEO
(b)ICEO 测量电 路
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1/3~2/3。 2. 集电极最大允许功率损耗 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
IC
PCM = ICUCE
过
安 损 全 耗 工作 区
O 图 1-38
区
UCE
三极管的安全工作区
3. 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。
饱 和 区2
1
O 5 10
IB =0
15
UCE /V
饱和管压降 UCES < 0.4 V(硅管),UCES< 0. 2 V(锗管)
1.3.5 三极管的主要参数
一、电流放大系数
是表征管子放大作用的参数。有以下几个: 1. 共射电流放大系数
Δ IC Δ IB
3. 共基电流放大系数
Δ IC Δ IE
1. 任何一列电流关系符合 IE = IC + IB,IB< IC< IE, IC IE。 2. 当 IB 有微小变化时, IC 较大。说明三极管具有电 流放大作用。 ΔI C 3. 共射交流电流放大系数 ΔI 共基交流电流放大系数
ΔI C ΔI E
B
4. 在表的第一列数据中,IE = 0 时,IC = 0.001 mA = ICBO,ICBO 称为反向饱和电流。
1 共射直流电流 放大系数。
I C I B (1 ) I CBO
上式中的后一项常用 ICEO 表示,ICEO 称穿透电流。
I CEO (1 ) I CBO 则 I C I B I CEO
当 ICEO<< IC 时,忽略 ICEO,则由上式可得
输出特性:
IC IB
A
mA
Rc
+
VCC
I C f (U CE ) I B 常数
VBB
Rb
b
VU
输入 回路
c UCE 输出 UCE 回路 e V
BE
图 1-33
三极管共射特性曲线测试电路
一、输入特性
Rb IB b
I B f (U BE ) U
性曲线
CE 常数
BUCEO :基极开路时, IC 集电极和发射极之间的反 向击穿电压。
BUCBO :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BUCEO限制。
ICM
过流区
安 全
过 损
工作 区
O 图 1-38
耗 区
过 电 压 UCE
BUCEO
三极管的安全工作区
1.3.6温度对晶体管特性的影响
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 V,特性曲线重合。
IB/mAU CE 0
U CE 2V
O
U BE / V
图 1-34
三极管的输入特性
UCE ≥ 1 时的输入特性具有实用意义。
图 1-28b 三极管的结构
平面型(NPN)三极管制作工艺
SiO2
硼杂质扩散 磷杂质扩散
e
b
P
N N
在 N 型硅片(集电区) 氧化膜上刻一个窗口,将 硼杂质进行扩散形成 P 型 (基区),再在 P 型区上刻 窗口,将磷杂质进行扩散 形成 N 型的发射区。引出 三个电极即可。
合金型三极管制作工艺:在 N 型锗片(基区)两边各置 一个铟球,加温铟被熔化并与 N 型锗接触,冷却后形成两 个 P 型区,集电区接触面大,发射区掺杂浓度高。
二、输出特性
IC / mA
4 3
I C f (U CE ) I B 常数
100 µ A
划分三个区:截止区、 放大区和饱和区。 1. 截止区 区域。 IB ≤ 0 的
80µ A
放 大 60 µ A 40 µ A 20 µ A IB = 0
5 10 15
饱 和 区 2
1
O
区
IB= 0 时,IC = ICEO。 硅管约等于 1 A ,锗管 约为几十 ~ 几百微安。 两个结都处于反向偏
IEp e
IEn
e
三极管电流分配
一般可达 0.97 ~ 0.99
图 1-32
I C I Cn I CBO I E I CBO 当 I CBO I C 时, 可将其忽略,则 IC IE
三个极的电流之间满足节点电流定律,即
(1)
IE = IC + IB
代入(1)式,得 I C ( I C I B ) I CBO 1 IB I CBO 1 1 I B (1 ) I CBO 其中:
2. 共射直流电流放大系数 忽略穿透电流 ICEO 时,
4. 共基直流电流放大系数 忽略反向饱和电流 ICBO 时,
IC IB
IC IE
和 这两个参数不是独立的,而是互相联系,关系为:
1
或
1
二、极间反向电流
1. 集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO 小功率锗管 ICBO 约为几微 安;硅管的 ICBO 小,有的为纳 安数量级。 2.集电极和发射极之间穿透电流ICEO 当 b 开路时, c 和 e 之间的电流。
(c)
(d)
图 1-28a 几种半导体三极管的外形
1.3.1 三极管的结构及类型
三极管有两种类型:NPN 和 PNP 型。主要以 NPN 型为 例进行讨论。 常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。
二氧化硅
e
b
b
N
N
P
N
e
P
P
c
(a)平面型(NPN)
c
e 发射极, b基极,c 集电极。 (b)合金型(PNP)
T (℃) I CBO , I CEO u BE 不变时iB ,即iB不变时u BE
例3.1:测量三极管三个电极对地电位如图 03.09所示,试判断三极管的工作状态。
图 :三极管工作状态判断
放大
截止
饱和
例1:已知两只晶体管的电流放大系数β 分别为50和100, 现测得放大电路中这两只管子两个电极的电流如图所示 分别求另一电极的电流,标出其实际方向, 并在圆圈中画出管子。
表面看
P
N
b
不具备 放大作用
e
三极管中的两个 PN 结
e
图1.3.3
c N b P P N N
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。 3. 集电结面积大。
e
三极管放大的外部条件:外加电源的极性应使发射 结处于正向偏置状态,而集电结处于反向偏置状态。
截止区 置。 图 1-35 NPN 三极管的输出特性曲线
UCE /V
2. 放大区:
IC / mA
4 3 2
条件:发射结正偏
100 µ A
80µ A
放 大 60 µ A 40 µ A 20 µ A IB =0
5 10 15
集电结反偏 对 NPN 管 UBE > 0.7V, UBC < 0
区
1
O
特点:各条输出特性曲 线比较平坦,近似为水平线, 且等间隔。 集电极电流和基极电流 /V 体现放大作用,即
UCE
ΔI C ΔI B
图 1-35
NPN 三极管的输出特性曲线
3. 饱和区:
IC / mA
4 3
100 µ A
80µ A
60 µ A 40 µ A 20 µ A