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第4讲 晶体三极管


第四讲 晶体三极管
一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入、输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数

一、三极管的结构和符号

小功率管

中功率管

大功率管

多子浓度高 多子浓度很 低,且很薄 面积大

晶体管有三个极、三个区、两个 结 晶体管有三个极、三个区、两个PN结。

晶体管的连接方式
放大电路一般为四端网络,根据公共端的不同, 放大电路一般为四端网络,根据公共端的不同, 晶体管构成的电路有三种连接方式: 晶体管构成的电路有三种连接方式: IC IE IE IC

IB

IC

IB

IC

IB

(共发射极) (共集电极) (共基极) 共发射极) 共集电极) 共基极)

二、晶体管的放大原理
(一)三个区的特点(以NPN型为例) 型为例) 三个区的特点( NPN型为例 1) 发射区是掺杂质浓度比集电区 型半导体,电子浓度很大; 大的 N型半导体,电子浓度很大; T 放大作 2) 基区很薄,为掺杂质很少的 P 基区很薄, 用的内部 型半导体。 型半导体。 条件 3) 集电极面积大,保证尽可能多 集电极面积大, 的收集到发射区发射的电子。 的收集到发射区发射的电子。 (二)载流子运动规律及电流分配关系 当一个 NPN 型的晶体管接成共射极接法的 放大电路时: 放大电路时: 发射结正向偏置 T 放大作用 集电结反向偏置 的外部条件

思考:在放大电路中的晶体管,仅给出三 思考: 放大电路中的晶体管, 中的晶体管 个电极的电压值能否判断出其类型, 个电极的电压值能否判断出其类型,以及 具体的三个电极? 具体的三个电极? 例如: 例如:3V,2.8V,6V 5V,12V,5.7V

载流子运动规律
(发射结正偏) ?uBE > U ON 放大的条件? (集电结反偏) ?uCB ≥ 0,即uCE ≥ uBE
平衡少 子漂移 运动 因集电区面积大, 因集电区面积大,在外电场作用下大 部分扩散到基区的电子漂移到集电区 因基区薄且多子浓度低, 因基区薄且多子浓度低,使极少 数扩散到基区的电子与空穴复合 因发射区多子浓度高使大量 电子从发射区扩散到基区

基区空穴 的扩散

扩散运动形成发射极电流I 扩散运动形成发射极电流 E,复合运动形成基极 电流I 漂移运形成集电极电流I 电流 B,漂移运形成集电极电流 C。

1.发射结加正向电压, 1.发射结加正向电压,扩散运动形成发 发射结加正向电压 射极电流I 。(发射结加正向电压且杂 射极电流IE。(发射结加正向电压且杂 质浓度高, 质浓度高,所以大量自由电子因扩散运 动到达基区:同时空穴也扩散到发射区) 动到达基区:同时空穴也扩散到发射区) 2.扩散到基区的自由电子与空穴的复合 2.扩散到基区的自由电子与空穴的复合 运动形成基极电流I 。(基区很薄 基区很薄, 运动形成基极电流IB。(基区很薄,杂 质浓度低, 质浓度低,集电结又加了反向电压所以 到达基区的电子只有极少部分可以与空 穴复合) 穴复合)

3.集电结加反向电压, 3.集电结加反向电压,漂移运动形成集 集电结加反向电压 电极电流I 。(由于集电结加反向电压 电极电流IC。(由于集电结加反向电压 且结面积较大, 且结面积较大,到达基区的自由电子除 去参与复合的其余在外电场的作用下越 过集电结到达集电区, 过集电结到达集电区,形成集电极电流 IC,同时集电区少子也会在外电场作用下 产生漂移,但数量很少, 产生漂移,但数量很少,近似分析中可 忽略不计) 忽略不计)

电流分配: 电流分配:

I E= I B+ I C

IE-扩散运动形成的电流 IB-复合运动形成的电流 IC-漂移运动形成的电流
共射直流电流 放大系数

IC β = IB

?iC β= ?iB

共射交流电流放大 系数

I CEO = (1 + β ) I CBO
穿透电流 集电结反向电流 为什么基极开路集电极回 路会有穿透电流? 路会有穿透电流?

三、晶体管的共射输入特性和输出特性
1、输入特性 、

iB = f (uBE ) U CE
为什么像PN结的伏安特性? 为什么像 结的伏安特性? 结的伏安特性 为什么UCE增大曲线右移? 增大曲线右移? 为什么 为什么U 为什么 CE增大到一定值曲 线右移就不明显了? 线右移就不明显了?

对于小功率晶体管, 大于1V的一条输入特性曲线 对于小功率晶体管,UCE大于 的一条输入特性曲线 可以取代U 大于1V的所有输入特性曲线 的所有输入特性曲线。 可以取代 CE大于 的所有输入特性曲线。

2、输出特性
饱和区

iC = f ( u CE )

iB

对应于一个I 就有一条i 变化的曲线。 对应于一个 B就有一条 C随uCE变化的曲线。
为什么u 较小时i 为什么 CE较小时 C随uCE变 化很大? 化很大?为什么进入放大状态 曲线几乎是横轴的平行线? 曲线几乎是横轴的平行线?

?iB

β=
放大区 截止区

?iC ?iB

U CE =常量

β是常数吗?什么是理想三极管?什么情况下 β = β ? 是常数吗?什么是理想三极管? 是常数吗

晶体管的三个工作区域

状态 截止 放大 饱和

UBE <Uon ≥ Uon ≥ Uon

IC ICEO βiB <βiB

UCE VCC ≥ uBE ≤ uBE

晶体管工作在放大状态时 晶体管工作在放大状态时,输出回路电流 iC几乎仅仅决 放大状态 定于输入回路电流 iB;即可将输出回路等效为电流 iB 控制 的电流源i 的电流源 C 。

四、温度对晶体管特性的影响

T(℃ ↑→ ICEO ↑ ) →β ↑ →uBE不变时iB ↑,即iB不变时uBE ↓

五、主要参数
α ? 直流参数 β 、 、ICBO、 ICEO 直流参数:
α = IC IE
α=
?iC β = ?iE 1 + β

? 交流参数:β、α、fT(使β=1的信号频率) 交流参数: 、 、 的信号频率) = 的信号频率 ? 极限参数 CM、PCM、U(BR)CEO 极限参数:I
最大集电 极电流 c-e间击穿电压 间击穿电压 最大集电极耗散功 率,PCM=iCuCE
安全工作区

讨论一
通过u 是否大于U 通过 BE是否大于 on判断管 子是否导通。 子是否导通。

uI ?UBE 5 ? 0.7 iB = = = 43?A Rb 100 iCmax VCC 12 = = = 2.4m A Rc 5

1、分别分析uI=0V、5V时T是工作在截止状态还是导通状态; 、分别分析 是工作在截止状态还是导通状态; 、 时 是工作在截止状态还是导通状态 2、已知 导通时的 BE=0.7V,若当 I=5V,则β在什么范围 导通时的U 、已知T导通时的 ,若当u , 在什么范围 处于放大状态, 处于饱和状态? 内T处于放大状态,在什么范围内 处于饱和状态? 处于放大状态 在什么范围内T处于饱和状态

iCmax ≈ 56 临界饱和时的 β = iB


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