第4讲晶体三极管

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集电结反向偏置
!倒置状态 发射结反向偏置,集电结正向偏置
4.1.3 BJT的V-I 特性曲线
动画演示
1. 输入特性曲线
(以共射极放大电路为例)
iB=f(vBE) vCE=const
(1) 当vCE=0V时,相当于发射结的正向伏安特性曲线。 (2) 当vCE≥1V时, vCB= vCE - vBE>0,集电结已进入反偏状态,开始收
或反偏电压很小。 IB IC
放大区:特征-IC平行于VCE轴 该区域内,曲线基本平行等距。
此时,发射结正偏,集电结反偏。
vCEvCBvBE
IB IC
截止区:特征-IC接近零 该区域相当IB=0的曲线下方。 此时,发射结反偏或正偏电压很小, 集电结反偏。 IB IC 0
vCEvBE(vCB0V)
iCSiBS
温度升高使IC增加
4.1.5 温度对晶体管特性及参数的影响
一、温度对ICBO的影响 实验证明,温度每升高10℃, ICBO增加约一倍; 反之,当温度降低时ICBO减小。另外,硅管比锗 管受温度的影响要小得多。 二、温度对输入特性的影响
实验证明,温度每升高1℃, uBE大约下降2~ 2.5mV。对特性曲线的影响如图1.3.8所示。
(1) VC=6V VB=0.7V VE=0V
VBE=0.7V VCB=5.3V
(2) VC=6V VB=2V VE=1.3V
VBE=0.7V VCB=4V
(3) VC=6V VB=6V VE=5.4V
VBE=0.6V VCB=0V
放大区域 放大区域 饱和区域
(4) VC=6V VB=4V VE=3.6V
集电子,基区复合减少,同样的vBE下 IB减小,特性曲线右移。
工作在放大状态的条件: vCE≥1V
共射极连接
4.1.3 BJT的V-I 特性曲线
动画演示
2. 输出特性曲线 iC=f(vCE) iB=const
饱和区:特征-IC明显受VCE控制 该区域内,一般VCE<1V(硅管)。 即处于发射结正偏,集电结正偏
偏有ICBO C
B
N ICBO ICBO
P
ICEO受温度影响 很大,当温度上
升时,ICEO增加 很快,所以IC也 相应增加。三极
管的温度特性较
差。
IEP
N
根据放大关系,
ICBO进入N E
区,形成
由于ICBO的存 在,必有电流
IEP
ICBO 。
4.集电极最大电流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。
1、优先满足 PC<=PCM
2、其次满足 IC<=ICM
V <=I CE
(BR)CEO
正常工作时要同时满足:电流、电压、功率都不能超过 最大允许的数值
半导体二极管的型号
国家标准对半导体器件型号的命名举例如下:
2AP9
用数字代表同类器件的不同规格。 代表器件的类型,P为普通管,Z为整流管,K为开关管。 代表器件的材料,A为N型Ge,B为P型Ge, C为N 型Si, D为P型Si。 2代表二极管,3代表三极管。
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
三极管的参数
参数 型号
PCM
I CM
mW mA
VRCBO VRCEO VREBO
V
V
V
3AX31D 125 125 20 12 3BX31C 125 125 40 24 3CG101C 100 30 45
3DG123C 500 50 40 30
4.1.1 BJT结构简介
1. NPN型
集电极 c
N
基极 b
P
N
vCEvCBvBE 发射极 e
集电区 集电结
基区 发射结
发射区
c
b e
符号
4.1.1 BJT结构简介
1. PNP型 集电极 c
集电区
基极 b
NP NN
P
集电结
c
基区
发射结 b
发射区
e
发射极 e
符号
vCEvCBBaidu NhomakorabeaBE
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
2CW6.2, 2CZ11 ,2CP10(3DG6,3DG12)
No Image
4.1.6 三极管的型号
国家标准对半导体三极管的命名如下:
3 D G 110 B
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:A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管
前面的电路中,三极管的发射极是输入输出的
公共点,称为共射接法,相应地还有共基、共
集接法。共射直流电流放大倍数:
___
IC
IB
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IB,
相应的集电极电流变化为IC,则交流电流放
大倍数为:
IC IB
例:VCE=6V时:IB = 40 A, IC =1.5 mA; IB = 60 A, IC =2.3 mA。
发射区
集电区
三极:
e(Emitter) :发射极 b(Base) :基极 c(Collector):集电极
发射结(Je)
集电结(Jc)
基区
三区: e,b,c
特点:b区薄 e区搀杂多 c区面积大
两节: Je,Jc
双结型三极管BJT结构
c 集电极
e b c ebc
集电区N 集电

PN
b
基极
基区P
N Nc
4.1 BJT 4.2 基本共射极放大电路 4.3 放大电路的分析方法 4.4 放大电路静态工作点的稳定问题 4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路* 4.6 组合放大电路* 4.7 放大电路的频率响应*
4.1 半导体三极管BJT
4.1.1 BJT的结构简介 4.1.2 放大状态下BJT的工作原理 4.1.3 BJT的V-I特性曲线 4.1.4 BJT的主要参数
大于基区杂质浓度,e 且基区很薄。
P ICe=αIE
思考1:可否用两个二极管相
(2)外部条件:
连构成一个三极管?
发射结正向偏置,
思考2:可否将e和c交换使用
集电结反向偏置。
思考3:外部条件对PNP管和 NPN管各如何实现?
三极管的三种工作状态
放大状态 发射结正向偏置,集电结反向偏置 饱和状态 发射结正向偏置,集电结正向偏置 截止状态 发射结反向偏置或者发射结正偏压低于死区电压,
uCE 1V PCMiCuCE
5.集-射极反向击穿电压
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。
6. 集电极最大允许功耗PCM
• 集电极电流IC 流过三极管,
所发出的焦耳
IC ICM
热为:
PC =ICUCE
图 1 温度对晶体管输入特性的影响
三、温度对输出特性的影响
• 必定导致结温 上升,所以PC 有限制。
PCPCM
安全工作区
ICUCE=PCM
U(BR)CEO
UCE
7. 特征频率fT
电流放大系数下降到1时的信号频率称为 特征频率。
4.1.4 BJT的主要参数
极限参数
(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
练习4.1.3
___IIC B
1.5 37.5 0.04
IC 2.31.5 40
IB 0.06 0.04
在以后的计算中,一般作近似处理: =
2.集-基极反向截止电流ICBO
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。
3. 集-射极反向截止电流ICEO
集电结反 ICEO= (1+ ) ICBO
VBE=0.4V VCB=2V
(5) VC=3.6V VB=4V VE=3.4V
VBE=0.6V VCB=-0.4V
截止区域 饱和区域
N
N
p
对于共基极 放大:发射结正偏,集电结反偏
IE=IB+ IC IC IB
恒流源
三极管的三种工作状态
放大状态 发射结正向偏置,集电结反向偏置 饱和状态 发射结正向偏置,集电结正向偏置 截止状态 发射结反向偏置或者发射结正偏压低于死区电压,
双极型三极管
在一块半导体基片上加工两个PN结,它们的物理性质 将发生质的变化,可以制造成为三极管,具有电流放大 作用.
半导体三极管
• 外形
4.1.1 BJT的结构简介
(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管
4.1.1 BJT结构简介
1. 三极管的构造核心:一块有两个相互联系的 PN结单晶;示意图如下
3DD101D 5A
5A 300 250 4
3DK100B 100 30 25 15
3DKG23 250W 30A 400 325
I C BO μA
≤6 ≤6 0.1 0.35 ≤2mA ≤0.1
fT MHz *≥ 8 *≥ 8 100
300 8
注:*为 f
4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响
集电结反向偏置
临界饱和(虚线)
共射极连接
放大:发射结正偏,集电结反偏 v B E v T,v H C E v B;iE C iB
饱和:发射结正偏,集电结正偏 v B E v T,v H C E v B ;iE C iB
截止:发射结反偏,集电结反偏 v B E v T,v H C E v B ;iB E 0 ,iC 0
结构特点:内部条件
• 发射区的掺杂浓度最高;
• 集电区掺杂浓度低于发射 区,且面积大;
• 基区很薄,一般在几个微 米至几十个微米,且掺杂 浓度最低。
++
管芯结构剖面图
基区很薄(几微米~几十微米) 发射区掺杂浓度最大
集电区的面积最大
C 集电极
集电结
N
B
P
基极
N
发射结
E
发射极
集电区: 面积较大
基区:较薄, e b 掺c 杂浓度低
临界饱和(虚线)
共射极连接
放大:发射结正偏,集电结反偏 vBE vTH ,vCE vBE
饱和:发射结正偏,集电结正偏 vBE vTH ,vCE vBE
截止:发射结反偏,集电结反偏 vBE vTH ,vCE vBE
倒置:发射结反偏,集电结正偏
练习:测量某硅BJT各电极对地的电压值如下,试判别 管子工作在什么区域。
三极管内有两 种载流子(自 由电子和空穴) 都参与导电,
故称为双极型 三极管BJT 。
外部条件:
• 发射结正偏,集电结反偏
只有同时满足上述内部条件和外部条件下才能实现电流放 大
载流子运动的动画演示
电流放大作用
IE=IB+ IC
电流分配关系
动画演示:
• 基极电流传输系数: i C iE
• 集电极电流放大系数: i C
则 iC = iE = -0.98 mA, vO = -iC• RL = 0.98 V,
电压放大倍数
Av
vO vI
0.98V49 20mV
小结
综上所述,三极管的放大作用,是依靠它的发射极
电流能够通过基区传输c,然后到达集电极而c 实现的。
两个条件
N P
(1)内部条b件:
发射区杂质浓度远N
P
N IE=IB+ IC 一组公b式 IC=βIB
1. 温度对BJT参数的影响 (1) 温度对ICBO的影响 温度每升高10℃,ICBO约增加一倍。
(2) 温度对 的影响 温度每升高1℃, 值约增大0.5%~1%。
(3) 温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响 温度升高时,V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。
2. 温度对BJT特性曲线的影响
发射区N 发射结
Pc
bP
bN
Ne
e 发射极 Pe
NPN电路符号
PNP电路符号
外部条件
• 发射结正偏,形成反射区的多子扩散 • 集电结反偏,集电区收集从反射区扩散集电结边缘载流子,
对于集电区来讲属于少子的性质,“少子”在反偏电压下飘 移到集电区或者讲被收集到集电区。
放大状态下BJT中载流子的传输过程
iB
1
和 与管子的结构尺寸和掺杂浓度有 关。一般 = 0.90.99 , >> 1。
是所加信号频率的函数,信号频率高 到一定程度时, 不但数值下降,且产 生相移,使 数值下降到1的信号频率称
为特征频率fT。
3. 放大作用
共基极放大电路
若 vI = 20mV 使 iE = -1 mA, 当 = 0.98 时,
临界饱和
vCE vB;E iCS iBS
4. 三极管的三种组态
动画演示
BJT的三种组态
共基极接法,基极作为公共电极,用CB表示; 共发射极接法,发射极作为公共电极,用CE表示; 共集电极接法,集电极作为公共电极,用CC表示。
4.1.4 晶体管的主要参数(4.1.5-4.2一节课) ___
1. 电流放大倍数
NP N
发射区:掺 杂浓度较高
基区:几微米~几十微米 发射区与集电区部对称 使用中e与c不能对换。
结构特点:
• 发射区的掺杂浓度最高; • 集电区掺杂浓度低于发射区,且面积大; • 基区很薄,一般在几个微米至几十个微米,且
掺杂浓度最低。
管芯结构剖面图
BJT的结构总结
结构 两种类型:NPN和PNP
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