三极管工作原理

第 2 章 半导体三极管(Semiconductor Diode) 2.1 双极型三极管 教学要求： 1.掌握晶体三极管的工作原理； 2.理解晶体三极管的输入、输出特性曲线； 3.了解晶体三极管的主要参数。 一、 晶体三极管(Semiconductor Transistor) 利用特殊工艺将两个 PN 结结合在一起就构成了双极型三极管。 1.结构和符号：结构特点：e 区掺杂浓度最高，b 区薄，掺杂浓度最底；c 区面积最大。 分类： 构成材料：硅管、锗管 结 构：PNP、NPN 使用频率：低频管、高频管 功 率：小功率管、中功率管、大功率管 2.电流放大原理 （1）放大条件 内部条件：e 区掺杂浓度最高，b 区薄，掺杂浓度最底；c 区面积最大。 外部条件：发射结（e 结）加正向偏置电压，集电结（c 结）加反向偏置电压。 电位条件：NNPPNN型型：：Vc＞Vb＞Ve ；PPNNPP型型：： Vc＜Vb＜Ve 电压数值：UBE ：硅 0.5-0.8V, 锗 0.1-0.3V UCB：几伏——十几伏 Administrator 打字机 Administrator 打字机 Administrator 打字机 重要 UCE：UCE＝UCB＋ UBE 几伏——+ 几伏 （2）三极管内部（NPN 型为例） 1) 发射区不断向基区注入多子（电子），形成发射极电流 IE。 2)向发射区扩散的基区多子（空穴）因数量小被忽略。这样，到达基区的电子多数向 BC 结方向扩 散形成 ICN。少数与空穴复合，形成 IBN 。基区空穴来源主要来自基极电源提供(IB)和集电区少子漂移 (ICBO)。即 IBN » IB + ICBO，IB = IBN – ICBO 3)集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流 IC，I C = ICN + ICBO 。 （4）三极管各极电流之间的分配关系 IB = I BN - ICBO，IC= I CN + ICBO 当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即： 二、晶体三极管的特性曲线 1.输入特性曲线： 由输入回路可写出三极管的输入特性的函数式为 iB=f(uBE)，uCE=常数。实测的某 NPN 型硅三极管的输 入特性曲线如下图(b)所示，由图可见曲线形状与二极管的伏安特性相类似，不过，它与 uCE有关，uCE=1V 的输入特性曲线比 uCE=0V 的曲线向右移动了一段距离，即 uCE增大曲线向右移，但当 uCE＞1V 后，曲线 右移距离很小，可以近似认为与 uCE=1V 时的曲线重合，所以下图(b)中只画出两条曲线，在实际使用中， uCE总是大于 1V 的。由图可见，只有 uBE 大于 0 5V( 该电压称为死区电压)后，iB 才随 uBE 的增大迅速 增大，正常工作时管压降 uBE约为 0.6～0.8V，通常取 0.7V，称之为导通电压 uBE(on)。对锗管，死区电压 约为 0.1V，正常工作时管压降 uBE的值约为 0.2～0.3V，导通电压 uBE(on)≈0.2V。 Administrator 打字机 重要 2.输出特性曲线 输出回路的输出特性方程为：iC=f(uCE)，iB=常数 ；晶体三极管的输出特性曲线分为截止、饱和和放大 三个区，每区各有其特点： （1）截止区： IB≤0，IC=ICEO≈0，此时两个 PN 结均反向偏置。 （2）放大区：IC=βIB+ICEO ，此时发射结正向偏置，集电结反向偏置，特性曲线比较平坦且等间距。 Ic受 IB控制，IB一定时，Ic不随 UCE 而变化。 （3）饱和区： uCE < u BE，uCB = uCE - u BE < 0 ，此时两个 PN 结均正向偏置，IC ¹ b IB，IC 不受 IB控制， 失去放大作用。曲线上升部分 uCE很小，uCE = u BE时，达到临界饱和，深度饱和时，硅管 UCE(SAT)=0.3V， 锗管 UCE(SAT)=0.1V。 3.温度对特性曲线的影响 （1）温度升高，输入特性曲线向左移。温度每升高 1°C，UBE ¯ (2 ~ 2.5) mV。温度每升高 10°C，ICBO 约增大 1 倍。 （2）温度升高，输出特性曲线向上移。温度每升高 1°C，b -(0.5 ~ 1)%。输出特性曲线间距增大。 三、晶体三极管的主要参数 Administrator 打字机 重要 Administrator 打字机 1.电流放大系数 （1）共发射极电流放大系数: β（β）为直流 （交流）电流放大系数 β=IC/IB（β=ΔiC/ΔiB）。 （2）共基极电流放大系数: α=β/（1+β），a < 1 一般在 0.98 以上。 2.极间反向饱和电流：CB 极间反向饱和电流 ICBO，CE 极间反向饱和电流 ICEO。 ICBO、 ICEO 均随温度 的升高而增大。 3.极限参数：ICM ：集电极最大允许电流，超过时 b 值明显降低； PCM ：集电极最大允许功率损耗 ； U(BR)CEO：基极开路时 C、E 极间反向击穿电压； U(BR)CBO：发射极开路时 C、B 极间反向击穿电压。 U(BR)EBO： 集电极极开路时 E、B 极间反向击穿电压； U(BR)CBO >U(BR)CEO>U(BR)EBO 2.3 三极管电路的基本分析 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 教学要求 1.掌握三极管电路的直流电路画法及分析方法； 2.掌握三极管电路的交流电路画法及分析方法； 3.熟悉三极管小信号等效电路的分析方法。 一、 概述 三极管为非线型器件，对含有这些器件的电路进行分析时，可采用适当的近似方法，按线性 电路来处 理。利用叠加定理可对电路中的交、直流成分分别进行分析。 直流分析（静态分析）： 只研究在直流电源作用下，电路中各直流量的大小称为直流分析(或称为静态 分析)，由此而确定的各极直流电压和电流称为直流工作点(或称静态工作点)参量。 交流分析（动态分析）： 当外电路接入交流信号后，为了确定叠加在静态工作点上的各交流量而进行的 分析，称为交流分析(或称为动态分析)。 方法： 图解法： 在输入、输出特性图上画交、直流负载线，求静态工作点“Q”，分析动态波形及失真等。 微变等效电路法 根据发射结导通压降估算“Q”。再用等效电路法分析计算小信号交流通路的电路动态 参数。 电量参数的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示：BB，B 表示主要符号，大写表示该电量是与时间无关的量(直流、平均值、有效值)，小 写表示该电量是随时间而变化的量(瞬时值)。B 为下标符号，大写表示直流量或总电量(总最大值，总瞬时值)； 小写表示交流分量。 二、直流分析 1.图解分析法：在三极管的特性曲线上用作图的方法求得电路中各直流电流、电压量大小的方法，称 为图解分析法。 晶体三极管电路如下图(a)所示，三极管的输入、输出特性曲线分别示于下图(b)、(c)中。 2.工程近似分析法 三、交流分析 1.动态图解分析：三极管电路动态工作时的电流、电压、可利用三极管特性曲线，通过作 图来求得。现通过例题来说明动态图解分析过程。 例.三极管电路如下图(a)所示，交流电压 ui通过电容 C加到三极管的基极，设 C对交流〖Ｊ Ｐ２〗信号的容抗为零；三极管采用硅管，其输入、输出特性曲线如下图 b)所示。已知 ui=10sinωt(mV)，试用图解法求该电路各交流电压和电流值。 解： (1)输入回路图解先令 ui=0，由图(a)可得 IBQ=（VBB-UBE(on)）/RB＝（6V-0.7V） /176//=0.03m/=30//由此可在图(b)的输入特性曲线上确定基极回路的静态工作点 Q。若 输入交流信号 ui，它在基极回路与直流电压 UBEQ相叠加，使得三极管 B、E极之间的电压 uBE在原 有直流电压 UBEQ的基础上，按 ui的变化规律而变化，即 uBE=UBEQ+ui=UBEQ+Uimsinωt，其波形如图 (b)中①所示。根据 uBE的变化 (2)输出回路的图解根据 VCC及 RC值可在上图(b)所示输出特性曲线中作出直流负载线 NM，它与 iB= ＴＢIBQ=30μA的输出特性曲线相交于Q点，Q点便是集电极回路的直流工作点。由图可知，其对应的 ICQ=3mA、 UCEQ=3V。随着基极电流的变化，负载线 MN 与输出特性曲线簇的交点也随之变化。按基极电流 iB在不同时 间的数值，找出相应的输出特性曲线及其与负载线 MN 的交点，便可画出集电极电流 iC和 C、E 极间电压 uCE 的波形，如上图(b)中③、④所示，由图可知，输出电流 iC和输出电压 uCE都在原来静态直流的基础上叠加了 一交流量。由于输出特性曲线间距近似相等，故 ic与 ib 成正比，因此，有 iC=ICQ+ic=ICQ+Icmsinωt， uCE=UCEQ+uce=UCEQ+Ucemsin(ωt-180°)，式中，uce=-icRC，Ucem=IcmRC。 由上图(b)可读出 iC的瞬时值在 2～4mA 之间变动，ic的幅度 Icm=1mA；而 uCE的瞬时值在 2～4V 之间变 动，uce的幅度 Ucem=1V。可见，Ucem＞Uim，电路实现了交流电压放大作用。此外，可看出 uce波形与 ui 波形 的相位相差 180°(即反相关系)。 2.小信号等效电路分析法（微变等效） 输入信号过小时，用图解法进行交流分析误差较大，通常采用微变等效电路来分析。 （1） 晶体三极管电路小信号等效电路分析方法 晶体三极管 H（Hybrid）参数小信号电路模型等效依据：交流信号很小时，三极管的动态参数呈线性变 化，此时，三极管各极交流电 压、电流的关系近似为线性关系。 rbe（hie）——三极管输出端交流短路时的输入电阻。其值与三极管的静态工作点 Q 有关。 rbb´——三极管基区体电阻。 对于低频小功率管 rbb´约为 200/。 输入端口：从输入端看进去，相当于电阻 rbe。 输出端口：从输出端看进去，相当于一个受 ib控制的电流源。 ic=βib，β相当于 H 参数模型中的 Hfe 。 晶体三极管电路的交流分析 分析步骤：A. 分析直流电路，求出“Q”点上各直流电压和电流，计算 rbe； B.画出电路的交流通路，并在交流通路上把三极管画成 H 参数模型。 C.利用叠加定理分析计算“Q”点上各极的交流量。 （2）场效应管电路小信号等效电路分析法 2.4 三极管的测试与应用 教学要求 1.悉晶体三极管的外形及引脚识别方法； 2.用万用表检测半导体三极管性能的方法； 3.握三极管应用电路的测试方法。 一、三极管使用的基本知识 (一)外型及引脚排列 （二）晶体三极管的检测方法 1.用万用表检测晶体三极管的方法 基极判别：将万用表置于 R×1K 挡，用红黑表笔搭接三极管的任意两管脚，如测得阻值大于几百千 欧， 将红黑表 极为集电极；如果万用表指针偏转较小，则与红表笔相连的极为集电极。 2.使用指针式万用表应注意的事项： R ´ 1 k 挡进行测量； 红表笔是(表内)负极，黑表笔是(表内)正极。 测量时手不要接触引脚。 3.数字万用表的使用 接用电阻挡的 挡，分别测量判断两个结的好坏；插入三极管挡(hFE)，测量 b 值或 判断管型及管脚。 注意事项：（1）红表笔是(表内电源)正极；黑表笔是(表内电源)负极。 （2）NPN 和 PNP 管分别按 EBC 排列插入不同的孔。 （3）需要准确测量 b （三）晶体三极管的选用 1.根据电路工作频率选择高、低频管。 2.根据电路实际工作要求选择管耗 PCM、最大集电极电流 ICM 、反向击穿电压 U(BR)CEO及电 源电压 VCC。 要保证：PCM > PCm，ICM > ＩCm ，U(BR)CEO > VCC 3.三极管 b 值的选择，在 40 ~ 100 之间为好，9013、9014 等低噪声、高 b 的管子不受此 限制。 4.选用管子的穿透电流 ICEO 越小越好，硅管比锗管的小。