当前位置:首页 >> 学科竞赛 >> 第一章第三四节(三极管)

第一章第三四节(三极管)


第1章 半导体器件 1.1 半导体器件的基础知识
1.2 半导体二极管 1.3 半导体三极管

1.4 场效应管

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

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

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

外电场方向

N
+ + + + + + + + + + + + + + + +

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。

发射结正偏

集电结反偏

外电场方向

N
+ + + + + + + + + + + + + + + +

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 N1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
压无关的反向饱和电流。

发射结正偏

集电结反偏

外电场方向

N
+ + + + + + + + + + + + + + + +

P
+ +

N
+ + + + +

e
IE

+ + + +

c

I + + CBO IB RC

b
UBB RB

IC

UCC

电流分配关系
? ?
IC IE
I CBO ? 0

? ?

?IC ?I E ?IC ?I B

? ??

? ?

IC IB
I CBO ? 0

? ? ?

? ??

?=

?
1+ ?

?=

1- ?

IE ? IC ? IB

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

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。

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

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)

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。

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

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
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

12v
b 3.7v 0v 12v

12v
b 12.7v e 3v 12v

e

12v

c

c 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

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

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

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
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

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

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

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,/ CES 饱和状态时:IC=(UCC-UCES) URC 截止状态时 对硅管为0.7, IC受外电路限制不再随IB变化。 UBE、IB=0(为负),IC=0 对锗管为0.2 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。

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

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)

Rc c

b
Rb Ubb e

UCE Re

Ucc

? 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
IB ? U cc ? U Rb
?
BE

+Ucc

?

5 ? 0 .7 100 k

? 43 ? A
5

Rb c b e

Rc
I BS ?

U CC ? U CES βR C

U CC βR C

?

40 ? 2 k

? 62 . 5 μA

因为IB<IBS,所以三极管处在放大状态

? 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
IB ? U cc ? U Rb
U CC βR C ?
BE

+Ucc

?

5 ? 0 .7 20 k
5

? 215 ? A

Rb c b e

Rc
I BS ?

100 ? 2 k

? 25 μA

因为IB>IBS,所以三极管处在饱和状态

? 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

(c)Rb=30kΩ, Rc=2.5kΩ, β=35, Ucc=5V,Ui=0V或3V
Ui=0V,发射结无正偏,故三极管截止
+Ucc

Ui=3V
IB ? U i ? U BE Rb
? 5V 35 ? 2 . 5 k ? ? 0 . 057 mA

Rc
Rb
Ui

? 0 . 077 mA

c b
I BS ? U CC

e

?R c

Ui=3V,IB>IBS,故三极管处在饱和状态

1.3.3 半导体三极管的基本组态和特性曲线

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。

1. 共发射极输入特性曲线
? 三极管共射输入特性曲线研究 uCE ?1V 共射电路输入端IB和UBE的关系。
IB(?A)

? 一般来说, IB和UBE的关系就是 一个PN结的特性曲线关系。

80 60 40 20 0.4 0.8 uBE(V)

? UCE=0V时,三极管饱和,IB较 大。
? UCE≥1V时,三极管放大状态, IB比饱和状态稍少,以后随着 UCE增大,IB增大不明显。

2. 共发射极输出特性曲线
放大区:发射结正偏,集电 结反偏。uBE>0且uCE≥uBE。 IC=?IB,0<IB < IBS 饱和区: 发射结正 偏,集电 结正偏。 uBE >0 , uCE?uBE。 IC<?IB。 IC(mA ) 4 3 2 1 100?A 80?A 60?A 40?A 20?A IB=0 12 UCE(V) 截止区:发射结 反偏,集电结反 偏。IB=0 , uBE< 0, uCE>uBE。

IB ≥ IBS

3

6

9

1.3.4 半导体三极管的主要电参数
1. 直流参数 – 共射直流放大系数
? ?
? ?
IC IB
IC IE

– 共基直流放大系数
– 极间反向电流

ICBO:发射极开路,集电结的反向饱和电流
ICEO:基极开路,集电极与发射极间穿透电流

2. 交流参数 – 共射交流放大系数 – 共基交流放大系数
? ?
? ?
? iC ? iB
? iC ?iE

3. 极限参数
– 极间反向击穿电压U(BR) EBO , U(BR) CBO ,U(BR)CEO – 最大集电极耗散功率PCM=iCuce – 最大集电极电流ICM,即使? 值明显减小的iC

? 例1-6 某三极管的极限参数PCM=150mW,ICM=100mA, UBRCEO=30V。问:(1)若工作电压UCE=10V,求工作电流 IC的最大值?(2)若工作电压UCE=1V,求IC的最大值? (3)若工作电流IC=1mA,求工作电压UCE最大值? 解:三极管的三个极限参数在使用中均不能超过。 (1)因为PCM=ICUCE=150mW,当UCE=10V时,IC=15mA即为 此时所允许的最大值。 (2)当UCE=10V时,仅从功率的角度考虑,工作电流可达 IC=150mA 。但考虑极限参数,故IC=100mA即为此时所允 许的最大值。 (3)当IC=1mA时,仅从功率的角度考虑,可有UCE=150V 。 但考虑到UBRCEO参数,故UCE=30V即为此时所允许的最大值。

1.3 半导体三极管

结构
放大、饱和、截止的三种工作状态 电流放大原理 三种组态 共射组态的输入和输出特性曲线 工作状态的判定 思考 习题18、20

第1章 半导体器件 1.1 半导体器件的基础知识
1.2 半导体二极管 1.3 半导体三极管

1.4 场效应管

1.4 场效应管
? 场效应晶体三极管简称场效应管(FET):
? 场效应管分为:结型场效应管(JFET)和绝缘栅型场 效应管(IGFET)。

? 是一种通过改变半导体内的电场实现电流控制作用的半 导体器件。 ? 它除了具有与双极型晶体管相同的体积小、重量轻、寿 命长等特点外,还具有输入阻抗高(107~1015)、噪声 低、温度稳定好、抗辐射能力强、工艺简单等优点,特 别适用于制造大规模和超大规模集成电路。

? 场效应管和双极型晶体管的重要区别是:

?

双极型晶体管是通过基极或发射极电流实现对集电极 电流的控制,参与导电的有两种载流子即多数载流子和 少数载流子所以叫做“电流控制型”器件或“双极型” 器件。

? 而场效应管是靠电场效应控制漏极电流的,所以输入端 只需电压,且参与导电的只有一种载流子即多数载流子, 因此场效应管也叫“电压控制型”器件或“单极型”器 件。

1.4.1 结型场效应管
1. 结构

三个电极 源极和漏极形成沟道 栅极控制沟道导通 符号中的箭头方向表示什么?

图1-41 N沟道结型场效应管

图1-42 P沟道结型场效应管

2. 工作原理 Ugs对导电沟道的影响
漏极和源极接通UDS=0 UGS使PN结反偏 UGS=0 随着UGS绝对值逐渐增加: 沟道由宽逐渐变窄,最后 夹断。 g

d

P
N
s

P

iD
d g s Rg Ugg Ugs

uGS

2. 工作原理 Ugs对导电沟道的影响
UGS使PN结反偏 漏、源极加固定电压UDS UGS=0 随着UGS绝对值逐渐增加: 沟道由宽逐渐变窄,最后 夹断。 g

d

ID

P
N
s

P

UDS=10V
d g s Rg Ugg Ugs

iD

IDSS

uGS

UGS(off)
转移特性曲线

2. 工作原理
UDS=10V
d g s Rg Ugg Ugs

iD

IDSS

uGS UGS(off) 转移特性曲线

特点(电路与三极管对比): UGS使JFET栅极与沟道间的PN结反偏,因此iG?0,输入电阻 很高。 FET用输入电压(利用电场效应)控制漏极电流,是电压控 制电流器件。 沟道中仅一种类型的多子参与导电,受温度影响小。所以场 效应管也称为单极型三极管。

3. 特性曲线 1. 输出特性 2. 转移特性
i D ? I DSS
i D ? f ( u DS )
u GS ? const.

与三极管对比: 1、各特性曲线反映的内容 2、公式反映的实质
3、输出特性曲线的几个区间

i D ? f ( u GS )

u DS ? const.

? u GS ?1 ? ? U GS(off) ?

? ? ? ?

2

饱和漏极 电流

可变电 阻区

恒流放大区 击穿区

夹断电压 VP

截止区

1.4.2 绝缘栅场效应管
绝缘栅场效应管的栅极处于绝缘状态,利用半导体表面的 电场效应来控制漏极电流,输入电阻可高达1015。 绝缘栅场效应管也有N沟道和P沟道之分,而且每一类又 可分为耗尽型和增强型两种。

耗尽型:场效应管没有加偏置 电压时,就有导电沟道存在 增强型:场效应管没有加偏置 电压时,没有导电沟道 iD
耗尽型 uGS 0 转移特性曲线

iD 增强型 uGS 0

场效应管:
栅极g(基极b),漏极d(集电极c),源极s(发射极e)

增强型

N沟道

FET 场效应管 分类

IGFET (MOSFET 绝缘栅型 ) JFET 结型

P沟道
耗尽型 N沟道 P沟道

N沟道
P沟道

(耗尽型)

耗尽型:场效应管没有加偏置电压时,就有导电沟道存在 增强型:场效应管没有加偏置电压时,没有导电沟道

1.4.3 场效应管的主要参数
1.直流参数 2.交流参数 (1)低频跨导gm (2)极间电容

(1)夹断电压Up
(2)饱和漏极电流IDSS

(3)开启电压UT
(4)直流输入电阻RGS
gm=转移特性曲线的斜率 iD

IDSS
耗尽型 增强型 uGS

Up

0

UT

1.4.4 场效应管和晶体管的比较
FET
电压控制器件

BJT
电流控制器件

iD=guGS
ri很大,几乎无输入电流 主要多子导电,受温度影响小 结构源漏极对称,可互换 工艺简单,适宜大规模集成

iC=βiB
输入PN结正偏,ri较小 易受温度影响 结构要求,EC不可互换

MOS管易被静电击穿
跨导一般不大,在相同条件下 其电压放大倍数比BJT小

1.4 场效应管

分类、符号、三个电极
特点:输入电阻,电压(电场)
控制漏极电流,仅多子导电,受温 度影响小。

转移特性和输出特性曲线 主要参数 和双极型的对比


更多相关文档:

第一章第三四节复习

第一章第三四节复习_初二政史地_政史地_初中教育_教育专区。湘教八地上复习专用1.3 中国的人口 数量世界第一:第五次人口普查:我国总人口为 12.95 亿。目...

第一章 运动的描述第三四节

第一章 运动的描述第三四节_理化生_初中教育_教育专区。第三节 运动快慢的描述──速度 一、速度 1.定义:位移 跟发生这段位移所用时间 的比值,用 v 表示。...

3第一章第三四节计划生育2012

3第一章第三四节计划生育2012_初一政史地_政史地_初中教育_教育专区。第三节 青春期一、学习目标: 第四节 计划生育 1、知道青春期的特点。 2、能正确描述青...

八年级科学下第一章第三四节学案

八年级科学下第一章第三四节学案 隐藏>> 八年级科学下第一章学案 第三节 原子结构的模型一、分子运动论的三个基本观点(这里的“分子”泛指各种微粒) 1 一切物...

北师大第一章第三四节幂的运算

北师大第一章第三四节幂的运算 隐藏>> 同底数幂的乘法及幂的乘方与积的乘方一、知识归纳一、同底数幂的乘法 2. 幂的运算法则(重点) :同底数幂相乘,底数不...

第三四节学案

第三四节学案 隐藏>> 第二章光现象 第三节 平面镜成像 执笔:刘芬一、学习目标 1、经历用实验探究平面镜成像特点的过程,知道平面镜成像的特点。 2、知道实像与...

八年级地理上册第一章第三四节学案

八年级地理上册第一章第三四节学案 隐藏>> 八年级地理上册第一章第三节 《中国的人口》学习目标: 1.知道我国是世界上人口最多的国家。 2.记住我国人口分布的...

施工 第一章第三四节 补充内容

3页 免费如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心;如要提出功能问题或意见建议,请点击此处进行反馈。 施工 第一章第三四节 补充内容 隐藏>> 第三节 建筑装饰装修...

高中地理必修一第一章第三四节复习试题

学年第一学期高一地理复习考试试卷考查内容:第一章第三四节内容 考查内容:第一章第三四节内容 三四 班级 姓名 学号 成绩 单项选择题答题卡:请将单项选择...

九年级科学第一章第三四节试题

九年级科学第一章第三四节试题_初二理化生_理化生_初中教育_教育专区 暂无评价|0人阅读|0次下载|举报文档 九年级科学第一章第三四节试题_初二理化生_理化生_...
更多相关标签:
必修四第一章三角函数 | fgo第一章有几节 | fgo第一章多少节 | 第一章第一节 | 国服fgo第一章有几节 | fgo第一章一共多少节 | 第一章节 英文 | 少妇白吉第一章节 |
网站地图

文档资料共享网 nexoncn.com copyright ©right 2010-2020。
文档资料共享网内容来自网络,如有侵犯请联系客服。email:zhit325@126.com