三极管工作原理及详解

发射结正偏
集电结反偏
三极管的 电流放大条件
内部：发射区高掺杂， 基区很薄，集电结面 积大 外部：发射结正偏，集 电结反偏
N
+ + + + + +
外电场方向
P
-
N
+ + + + + +
+ + + + +
+ + + + +
e
+ + + +
+ + +
c
b
UBB RB UCC RC
1、发射区的电子大量地扩散注 入到基区，基区空穴的扩散可 忽略。
按结构和材料 共有4种组合
1.3.2 半导体三极管的工作原理
半导体半导体三极管有共有四种工作状态：
工作状态 发射结电压 集电结电压
放大 截止 饱和 倒置
正向 反向 正向 反向
反向 反向 正向 正向
1. 工作于放大状态的半导体三极管
IC I B
• 三极管的电流放大条 件 • 内部：发射区高掺杂， 基区很薄，集电结面 积大 • 外部：发射结正偏， 集电结反偏
三极管的放大原理归结为：
内部机制：发射区高掺杂，基区很薄，集电结面积大 外部条件：发射结正偏，集电结反偏 载流子传输： 发射区向基区提供载流子 很小的IB控制 IC 基区传送和控制载流子 IC = β IB 集电区收集载流子
基极电流和集电极电流除直流分 量外还有交流分量，且iC = β iB。 放大电路是在ui的作用下，改变iB， 并通过iB控制直流电源供给集电极 电流iC，使其产生相应的交流分量， 并在足够大的RC上形成较大的电 压降，就有了可供输出的经放大 的交流电压uo。
发射结正偏
集电结反偏
N
+ + + + + +
外电场方向
P
-
N
+ + + + + +
+ + + + +
+ + + + +
e
IE
+ + + +
+ + +
c
b
UBB RB UCC RC
1、大量电子N2通过很 1、发射区的电子大量地扩散注 薄的基极被集电极吸 入到基区，基区空穴的扩散可 收，少量电子 N1在基 忽略。 极与空穴复合。N2和 2、电子扩散的同时，在基区将 N 1的比例由三极管内 与空穴相遇产生复合。由于基 部结构决定。在不考 区空穴浓度低，且基区做得很 虑 ICBO时： 薄，因此，复合的电子是极少 数。 I /I =N /N =β C B 2 1 2、以上公式是右方电 3、绝大多数到基区的电子均能 路满足发射结正偏、 扩散到集电结处，并在集电结 集电结反偏时得到的， 电场作用下到达集电区。 一旦外界条件改变到 4、因集电结反偏，集电区和基 不再满足这两个条件， 区中少子在结电场作用下漂移， 则以上公式不再成立。 形成很小的且与集电结的反偏
放大 截止 饱和 倒置
正向 反向 三极管饱和 反向时的管压降 反向 正向UCE被称作 正向
为三极管的 反向饱和压降
放大状态时有： IC=β IB+ICEO≈βIB
UCE=UCC-IC*Rc 减小Rb，IB增大； IC增大，UCE减小 集电结反偏电压减小。 饱和后，UCE≈0, IC=(UCC-UCES)/Rc IC≈UCC/Rc 饱和条件： IB>IC/β IB>(UCC-UCES)/βRc≈UCC/(β Rc）
由引脚电压判断三极管管脚和工作状态
工作状态 发射结电压 集电结电压
放大 截止 饱和
正向 反向 正向
反向 反向 正向
1、无正向导通电压的处在截止状态 2、根据三个电位的集中程度判断是否饱和 3、如果饱和则先判断基极，再判断集电极和发射极 例1-5 NPN:(2) 0.3V,0.3V,1V PNP: (1) -0.2V,0V,0V
例1-5 NPN: (3)2V, 5V, 1V 1V
5V
NPN
2V
由引脚电压判断三极管管脚和工作状态
工作状态 发射结电压 集电结电压
放大 截止 饱和
正向 反向 正向
反向 反向 正向
1、无正向导通电压的处在截止状态 2、根据三个电位的集中程度判断是否饱和 例1-5 NPN: (1) 1V,0.3V,3V (2) 0.3V,0.3V,1V (3)2V,5V,1V PNP: (1) -0.2V,0V,0V (2) -3V,-0.2V,0V (3)1V,1.2V,-2V

I E IC I B
I CBO 0
I CBO 0
＝

1＋
＝

1－
I C I B 1 I CBO I B I CEO I B
电压分配关系
UCE=UCC-IC*Rc≈UCC-βIB*Rc
UBE正向导通: 硅管大约0.7V 锗管大约0.2V
由引脚电压判断三极管管脚和工作状态
工作状态 发射结电压 集电结电压
放大 截止
正向 反向
Biblioteka Baidu
反向 反向
饱和 正向 正向 1、无正向导通电压的处在截止状态 2、根据三个电位的集中程度判断是否饱和 3、如果饱和则先判断基极，再判断集电极和发射极 4、不饱和则看有没有两个电压差为正向导通电压 5、有正向导通电压一般按放大状态去判断 例1-5 NPN: (1) 1V,0.3V, 3V 讨论：P40 B E C 题1-18，1-20 PNP: (2) -3V,-0.2V,0V C B E (3)1V, 1.2V, -2V B E C
三极管状态电流判断条件说明
1、当IB、IC均已知时： （1）当IB=IC/β时，三极管处于放大状态 （2）当IB>IC/β时，三极管处于 饱和状态 （3）当IB=IC=0时，三极管处于放大状态 2、当只有IB已知时： 硅0.7V锗0.2V （1）当0<IB<IBS=(UCC-UCES)/(βRC) ≈UCC/(β RC)时，三极管 处于放大状态 （2）当IB>IBS时，三极管处于饱和状态 3、当只有IC已知时： （1）当UCE=UCC-ICRC>UCES时，三极管处于放大状态 （2）当0<UCE≤UCES时，三极管处于饱和状态
正向
UCES
4. 工作于倒置状态的半导体三极管
工作状态 发射结电压 集电结电压
放大 截止 饱和 倒置
正向 反向 正向 反向
反向 反向 正向 正向
• 由于内部结构原因，集 放大 电区掺杂的浓度低，正 偏的集电区不能提供大 量的电子发射，发射结 也不能有效收集电子， 所以倒置状态电流放大 倍数很小，不采用。
三极管状态判断小结
工作状态 发射结电压 集电结电压
放大 截止
正向 反向
反向 反向
判断截止状态时的引脚
饱和 倒置
NPN型 c b
正向 反向
PNP型 c b
正向 正向
对一般的NPN管电路： UC=+UCC，UE=0V，UB≤0V UCE=+UCC 对一般的PNP管电路： UC= -UCC，UE=0V，UB≥0V UCE= -UCC
e UC>UE≥UB
e
UC<UE≤UB
三极管状态判断小结
工作状态 发射结电压 集电结电压
放大 截止
正向 反向
反向 反向
饱和 倒置
NPN型 c b
正向 反向
PNP型 c b e UC≥UB<UE
正向 正向
判断饱和状态时的引脚
UBE正向导通: 硅管约0.7V, 锗管大约0.2V
饱和时三极管的管压被称作为
2. 工作于截止状态的半导体三极管
工作状态 发射结电压 集电结电压
放大 截止 饱和 倒置
正向 反向 正向 反向
反向 反向 正向 正向
• 由放大状态进入截止状态 的临界情况是发射结电压 为零，此时基区的反向电 流分别流入发射极和集电 极。
3. 工作于饱和状态的半导体三极管
工作状态 发射结电压 集电结电压
b
Rb Ubb e
Ucc
Re
• 例2. NPN型接法如下。UBE=0.7V，分析电路 中三极管处于何种工作状态 （a）Rb=100kΩ, Rc=2kΩ,β=40, Ucc=5V
U cc U BE 50.7 IB 43A Rb 100k
U CC U CES U CC 5 62.5 μA βRC βRC 40 2k
因为IB<IBS，所以三极管处在放大状态
+Ucc
Rb c b e
Rc
I BS
• 例2. NPN型接法如下。UBE=0.7V，分析电路 中三极管处于何种工作状态 （b）Rb=20kΩ, Rc=2kΩ,β=100, Ucc=5V
1.3.1 概述
半导体三极管，又称为双极结型晶体管（BJT）
c
N P N 集电极 集电结
NPN型 c b
PNP型
c b
b
基极
发射结
e
e
发射极
e
三极管的发射极的箭头方向， 代表三极管工作在放大，饱和 状态时，发射极电流（IE）的 实际方向。
半导体三极管的分类：
按材料分： 按结构分： 按使用频率分： 按功率分： 硅管、锗管 NPN、 PNP 低频管、高频管 小功率管 < 500 mW 中功率管 0.5 1 W 大功率管 > 1 W
放大 截止 饱和
正向 反向 正向
反向 反向 正向
1、无正向导通电压的处在截止状态 例1-5 NPN: (1) 1V,0.3V,3V (2) 0.3V,0.3V,1V (3)2V,5V,1V PNP: (1) -0.2V,0V,0V (2) -3V,-0.2V,0V (3)1V,1.2V,-2V
+VCC
三极管状态电流判断条件说明
思考：射极加上电阻后的IBS变化吗？如变化如何变化？ 射极无电阻时： UCE=UCC-ICRC 射极有电阻时： UCE=UCC-ICRC-IERE ≈UCC-IC(RC+RE) 则此时的IBS=(UCCUCES)/β(RC+RE)≈UCC/β(RC+ RE)
c
Rc UCE
12v
3.7v 0v 12v b
c
12v
b 12.7v
e c
12v
e 3v 12v
15v b 12v
12.2v 0v
15v
14.8v
11.8v
15v
NPN: UC>UB>UE PNP: UE>UB>UC
Si: UBE=0.7V Ge: UBE=0.2V
由引脚电压判断三极管管脚和工作状态
工作状态 发射结电压 集电结电压
倒置
三极管状态判断小结
1.以电压判断三极管工作状态
工作状态 发射结电压 集电结电压
放大 截止 饱和 倒置 NPN型 c
正向 反向 正向 反向
反向 反向 正向 正向 PNP型 c b e UC<UB<UE
判断放大状态时的引脚
UBE正向导通,压降： 硅管大约0.7V 锗管大约0.2V
b
e UC>UB>UE
放大、 饱和
三极管状态电流判断条件说明
三极管饱和 时的管压降 UCE被称作 为三极管的 饱和压降
截止
UCES 图1-33，1-36 图1-35 放大状态时：IC=(UCC-UCE) / RC=βIB 放大状态时 IC随着IB的增大而增大 UBE、IB为正，IC=βIB 此时， UCES 饱和状态时：IC=（UCC-U 截止状态时 CES) / R C 对硅管为0.7， IC受外电路限制不再随 IB0.2 变化。 UBE、IB=0(为负)，IC=0 对锗管为 三极管饱和压降UCES硅<0.7V,锗<0.2V 实际UBE小于导通电压即 所以临界饱和基极电流： 脱离放大状态，即IB=0， IBS=(UCC-UCES)/(βRC)≈UCC/(βRC) UBE=0为截止状态。
UCES，UCES范围： 硅管约0.7V~0V, 锗管约0.2V~0V
e UC≤UB>UE
三极管状态判断小结
工作状态 发射结电压 集电结电压
放大 截止
正向 反向
反向 反向
饱和 倒置
正向 反向
正向 正向
避免倒置状态
• 例1. 放大电路如图所示，在圆圈中画出管子， 并分别说明它们是硅管还是锗管
e b 11.3v c
NPN: 0.35V,0.3V,1V 1V
+VCC
-VCC
PNP: -0.2V,0V,-0.05V -0.05V -0.2V
PNP
0.35V
NPN
0.3V
0V
由引脚电压判断三极管管脚和工作状态
工作状态 发射结电压 集电结电压
放大 截止 饱和
正向 反向 正向
反向 反向 正向
1、无正向导通电压的处在截止状态 2、根据三个电位的集中程度判断是否饱和 3、如果饱和则先判断基极，再判断集电极和发射极 4、不饱和则看有没有两个电压差为正向导通电压 例1-5 NPN: (1) 1V,0.3V,3V (2) 0.3V,0.3V,1V (3)2V,5V,1V PNP: (1) -0.2V,0V,0V (2) -3V,-0.2V,0V (3)1V,1.2V,-2V
压无关的反向饱和电流。
发射结正偏
集电结反偏
N
+ + + + + +
外电场方向
P
-
N
+ + + + +
+ + + + +
+ + + + +
e
IE
+ + + +
+ +
c
ICBO + + IB RC
b
UBB RB
IC
UCC
电流分配关系
IC IE IC IB I C I E I C I B