三極管的結(jié)構(gòu)和工作原理.ppt

2.2.1三極管的結(jié)構(gòu)和工作原理,分類,按頻率分有高頻管、低頻管,按功率分有小、中、大功率管,按材料分有硅管、鍺管,按結(jié)構(gòu)分有NPN型和PNP型,國(guó)產(chǎn)三極管的命名方式,3DG6,三極管,表示器件材料和極性,高頻管,設(shè)計(jì)序號(hào),A：PNP鍺材料,B：NPN鍺材料,D：NPN硅材料,C：PNP硅材料,三極管的不同封裝形式,金屬封裝,塑料封裝,中功率管,半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。兩種類型的三極管,發(fā)射結(jié)(Je),集電結(jié)(Jc),基極，用B或b表示（Base）,發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）；,集電極，用C或c表示（Collector）。,發(fā)射區(qū),集電區(qū),基區(qū),三極管符號(hào),三極管的結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；,集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；,基區(qū)很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，且摻雜濃度最低。,管芯結(jié)構(gòu)剖面圖,三極管的電流分配與放大作用,正常放大時(shí)外加偏置電壓的要求,be結(jié)正偏,問(wèn)：若為PNP管，圖中電源極性如何？,三極管內(nèi)載流子的傳輸過(guò)程,動(dòng)畫(huà)21,三極管內(nèi)載流子的傳輸過(guò)程,2.電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合,3.集電區(qū)收集擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子,另外,基區(qū)集電區(qū)本身存在的少子，在集電結(jié)上存在漂移運(yùn)動(dòng)，由此形成電流ICBO,三極管內(nèi)有兩種載流子參與導(dǎo)電，故稱此種三極管為雙極型三極管，記為BJT,IE=IBIC,三極管三個(gè)電極間的分配關(guān)系,IE=IBNICN,IB=IBNICBO,IC=ICNICBO,三極管的放大作用,正向時(shí)PN結(jié)電流與電壓成指數(shù)關(guān)系,電壓放大倍數(shù),三極管基區(qū)的電流傳遞作用,兩個(gè)要點(diǎn),2.2.2三極管的特性,三極管在電路中的連接方式,共基極連接,共集電極連接,共發(fā)射極連接,三極管的特性曲線,特性曲線是指各電極之間的電壓與電流之間的關(guān)系曲線,概念,輸入特性曲線,輸出特性曲線,vCE=0V,iB=f(vBE)vCE=const,(2)當(dāng)集電結(jié)進(jìn)入反偏狀態(tài)時(shí)，vCB=vCE-vBE隨著vCE的增大而增大，集電結(jié)的反偏加強(qiáng)。由于基區(qū)的寬度調(diào)制效應(yīng)，基區(qū)變窄，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下IB減小，特性曲線右移。,(1)當(dāng)vCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。,1.輸入特性曲線,BJT的特性曲線,（以共射極放大電路為例）,輸入電流與輸入電壓間的關(guān)系曲線,當(dāng)vCE1V以后，由于集電結(jié)的反偏電壓可以在單位時(shí)間內(nèi)將所有到達(dá)集電結(jié)邊上的載流子拉到集電極，故iC不隨vCE變化，所以同樣的vBE下的iB不變，特性曲線幾乎重疊。,iC=f(vCE)iB=const,2.輸出特性曲線,BJT的特性曲線,輸出電流與輸出電壓間的關(guān)系曲線,如何判斷三極管的電極、管型和材料,發(fā)射結(jié)處于正向偏置，且對(duì)于硅管|VBE|=0.7V，鍺管|VBE|=0.2V；,集電結(jié)處于反向偏置，且|VCB|1V；,NPN管集電極電位比發(fā)射極電位高，PNP管集電極電位比發(fā)射極電位低。,當(dāng)三極管在電路中處于放大狀態(tài)時(shí),例題,一個(gè)BJT在電路中處于正常放大狀態(tài)，測(cè)得A、B和C三個(gè)管腳對(duì)地的直流電位分別為6V，0.6V，1.3V。試判別三個(gè)管腳的極名、是硅管還是鍺管？NPN型還是PNP型？,集電極,管子為NPN管,C基極，B發(fā)射極,另一例題參見(jiàn)P302.2.2-1,2.2.3三極管的主要參數(shù),三極管的參數(shù)是用來(lái)表征管子性能優(yōu)劣適應(yīng)范圍的，是選管的依據(jù)，共有以下三大類參數(shù)。,電流放大系數(shù),極間反向電流,極限參數(shù),電流放大系數(shù),交流電流放大系數(shù)b,b=DIC/DIBvCE=const,共射電流放大系數(shù),電流放大系數(shù),=iC/iE,共基電流放大系數(shù),交流電流放大系數(shù),(2)集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEOICEO=（1+）ICBO,極間反向電流,ICEO,(1)集電極基極間反向飽和電流ICBO發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。,極限參數(shù),集電極最大允許電流ICM,集電極最大允許功率損耗PCM,三極管正常工作時(shí)集電極所允許的最大工作電流,PCM值與環(huán)境溫度有關(guān)，溫度愈高，則PCM值愈小。當(dāng)超過(guò)此值時(shí)，管子性能將變壞或燒毀。,反向擊穿電壓,安全工作區(qū),由ICM、V(BR)CEO、及PCM三個(gè)極限參數(shù)可畫(huà)出三極管的安全工作區(qū)圖。,2.2.4三極管的模型,截止模型,飽和模型,放大模型,建立小信號(hào)模型的意義,建立小信號(hào)模型的思路,當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)電壓很小時(shí)，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來(lái)代替，從而可以把三極管這個(gè)非線性器件所組成的電路當(dāng)作線性電路來(lái)處理。,由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號(hào)模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡(jiǎn)化放大電路的分析和設(shè)計(jì)。,H參數(shù)的引出,將共射連接三極管看成一雙端口網(wǎng)絡(luò),輸入輸出端口的函數(shù)表達(dá)式,對(duì)輸入輸出端口的兩函數(shù)表達(dá)式求微分,用相關(guān)符號(hào)取代上式中的微分量后得,微分量用交流量取代，偏微分量用H參數(shù)取代,H參數(shù)物理含義,輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻，即rbe。,輸入端交流開(kāi)路時(shí)的反向電壓傳輸系數(shù)，即,輸出端交流短路時(shí)的電流放大系數(shù)，即。,輸入端交流開(kāi)路時(shí)的輸出電導(dǎo)，即1/rce。,根據(jù),可得小信號(hào)模型,BJT的H參數(shù)模型,H參數(shù)等效電路,H參數(shù)等效電路中需注意的幾點(diǎn),h參數(shù)小信號(hào)模型是用于交流分析的，不能用于直流分析。,h參數(shù)是在某個(gè)靜態(tài)工作點(diǎn)測(cè)得的，其數(shù)值與靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)。,h參數(shù)中的電流源和電壓源都是受控源，其方向不能隨意假定。,即rbe=hie=hfeur=hrerce=1/hoe,一般采用習(xí)慣符號(hào),則BJT的H參數(shù)模型為,ur很小，一般為10-310-4，rce很大，約為100k。故一般可忽略它們的影響，得到簡(jiǎn)化電路,ib是受控源，且為電流控制電流源(CCCS)。電流方向與ib的方向是關(guān)聯(lián)的。,H參數(shù)簡(jiǎn)化等效電路,H參數(shù)的確定,一般用測(cè)試儀測(cè)出；,rbe與Q點(diǎn)有關(guān)，可用圖示儀測(cè)出。,一般也用公式估算rbe,rbe=rb+(1+)re,其中對(duì)于低頻小功率管rb200,則,跨導(dǎo)gm,衡量晶體管輸出電流隨輸入電壓變化的物理量,概念：,對(duì)于共射電路,厄利電壓VA,概念：,反映iCvCE曲線在線性區(qū)內(nèi)水平程度（即斜