,#,单击此处编辑母版标题样式,会计学,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,会计学,1,三极管,5,会计学1三极管5,N,N,P,2.1,双极型半导体三极管,三极管是组成各种电子电路的核心器件。通过一定的制造工艺，将两个,PN,结结合在一起，是三极管具有放大作用。三极管的产生使,PN,结的应用发生了质的飞跃。,双极型三极管的基本结构类型和符号,双极型晶体管分有,NPN,型和,PNP,型，虽然它们外形各异，品种繁多，但它们的共同特征相同：都有三个分区、两个,PN,结和三个向外引出的电极：,发射极,e,发射结,集电结,基区,发射区,集电区,集电极,c,基极,b,NPN,型,PNP,型,P,P,N,第1页/共44页,NNP2.1 双极型半导体三极管 三极管是组成各种电子,根据制造工艺和材料的不同，三极管分有双极型和单极型两种类型。若三极管内部的,自由电子载流子和空穴载流子,同时参与导电，就是所谓的,双极型,。如果只有,一种载流子,参与导电，即为,单极型,。,NPN,型三极管图符号,大功率低频三极管,小功率高频三极管,中功率低频三极管,e,c,b,PNP,型三极管图符号,e,c,b,注意：,图中箭头方向为,发射极电流的方向,。,第2页/共44页,根据制造工艺和材料的不同，三极管分有双极型和单极型两,双极型三极管的电流分配关系及放大作用,晶体管芯结构剖面图,e,发射极,集电区,N,基区,P,发射区,N,b,基极,c,集电极,晶体管实现电流,放大作用的,内部结构条件,(1),发射区掺杂浓度很高，以便有,足够的载流子供,“,发射,”,。,(2),为,减少载流子在基区的,复合,机,会，基区做得很薄，一般为几个,微米，且掺杂浓度极低。,(3),集电区体积较大，且为了顺利,收集,边缘载流子，掺杂浓度界于,发射极和基极之间。,可见，双极型三极管并非是两个,PN,结的简单组合，而是利用一定的掺杂工艺制作而成。因此，绝不能用两个二极管来代替，使用时也决不允许把发射极和集电极接反。,第3页/共44页,双极型三极管的电流分配关系及放大作用晶体管芯结构剖面图e发射,晶体管实现电流放大作用的,外部条件,N,N,P,U,BB,R,B,(1),发射结必须“,正向偏置,”，以利于发射区电子的扩散，扩散,电流即发射极电流,i,e,，,扩散电子的少数与基区空穴复合，形,成基极电流,i,b,，多数继续向集电结边缘扩散。,U,CC,R,C,(2),集电结必须“,反向偏置,”，以利于收集扩散到集电结边缘的,多数扩散电子，收集到集电区的电子形成集电极电流,i,c,。,I,E,I,C,I,B,整个过程中，发射区向基区发射的电子数等于基区复合掉的电子与集电区收集的电子数之和，即：,I,E,=,I,B,+,I,C,第4页/共44页,晶体管实现电流放大作用的外部条件NNPUBBRB(1)发,第5页/共44页,第5页/共44页,结论,由于发射结处正偏，发射区的多数载流子自由电子将不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流,I,E,。,回顾与总结,1.,发射区向基区扩散电子的过程,由于基区很薄，且多数载流子浓度又很低，所以从发射极扩散过,来的电子只有很少一部分和基区的空穴相复合形成基极电流,I,B,，剩下的绝大部分电子则都扩散到了集电结边缘。,2.,电子在基区的扩散和复合过程,集电结由于反偏，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘,的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流,I,C,。,3.,集电区收集电子的过程,只要符合三极管发射区高掺杂、基区掺杂浓度很低，集电区的掺杂浓度介于发射区和基区之间，且基区做得很薄的,内部条件,，再加上晶体管的发射结正偏、集电结反偏的,外部条件,，三极管就具有了放大电流的能力。,第6页/共44页,结论 由于发射结处正偏，发射区的多数载流子自由电子将不断扩,三极管的集电极电流,I,C,稍小于,I,E,，但远大于,I,B,，,I,C,与,I,B,的,比值在一定范围内基本保持不变。特别是基极电流有微小,的变化时，集电极电流将发生较大的变化。例如，,I,B,由,40,A,增加到,50A,时，,I,C,将从,3.2mA,增大到,4mA,，即：,显然，双极型三极管具有电流放大能力。,式中的,值称为,三极管的,电流放大倍数,。不同型号、不同类型和用途的三,极管，,值的差异较大，大多数三极管的,值通常在几十,至几百的范围。,由此可得：,微小的基极电流,I,B,可以控制较大的集电极电流,I,C,，故,双极型三极管属于,电流控制,器件,。,第7页/共44页,三极管的集电极电流IC稍小于IE，但远大于IB，IC,双极型三极管的特性曲线,所谓伏安特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线，是三极管内部载流子运动的外部表现。从工程应用角度来看，外部特性更为重要。,(1),输入特性曲线,以常用的共射极放大电路为例说明（,U,CE,为常数时，,I,B,和,U,BE,之间的关系）,U,CE,=0V,U,BE,/,V,I,B,/,A,0,U,CE,=0V,U,BB,U,CC,R,C,+,+,R,B,令,U,BB,从,0,开始增加,I,B,I,E,=,I,B,U,BE,令,U,CC,为,0,U,CE,=0,时的输入特性曲线,U,CE,为,0,时,第8页/共44页,双极型三极管的特性曲线 所谓伏安特性曲线是指各极电压与,U,CE,=0.5V,U,CE,=0V,U,BE,/,V,I,B,/,A,0,U,BB,U,CC,R,C,+,+,R,B,令,U,BB,重新从,0,开始增加,I,B,I,C,U,BE,增大,U,CC,让,U,CE,=0.5V,U,CE,=1V,U,CE,=0.5V,U,CE,=0.5V,的特性曲线,继续增大,U,CC,让,U,CE,=1V,令,U,BB,重新从,0,开始增加,U,CE,=1V,U,CE,=1V,的特性曲线,继续增大,U,CC,使,U,CE,=1V,以上的多个值，结果发现：之后,的所有输入特性几乎都与,U,CE,=,1V,的特性相同，曲线基本不,再变化。,实用中三极管的,U,CE,值一般都超过,1V,，所以其输入特性通常采用,U,CE,=,1V,时的曲线。从特性曲线可看出，双极型三极管的输入特性与二极管的正向特性非常相似。,U,CE,1V,的特性曲线,第9页/共44页,UCE=0.5VUCE=0VUBE/VIB/A0UB,(2),输出特性曲线,先把,I,B,调到某一固定值保持不变。,当,I,B,不变时，输出回路中的电流,I,C,与管子输出端电压,U,CE,之间的关系曲线称为输出特性。,然后调节,U,CC,使,U,CE,从,0,增大，观察毫安表中,I,C,的变化并记录下来。,U,CE,U,BB,U,CC,R,C,+,+,R,B,I,C,I,B,U,BE,mA,A,I,E,根据记录可给出,I,C,随,U,CE,变化的伏安特性曲线，此曲线就是晶体管的,输出特性,曲线。,I,B,U,CE,/,V,I,C,/,mA,0,第10页/共44页,(2)输出特性曲线先把IB调到某一固定值保持不变。,U,BB,U,CC,R,C,+,+,R,B,I,C,I,B,U,BE,mA,A,I,E,再调节,I,B1,至另一稍小的固定值上保持不变。,仍然调节,U,CC,使,U,CE,从,0,增,大，继续观察毫安表中,I,C,的变化并记录下来。,U,CE,根据电压、电流的记录值可绘出另一条,I,C,随,U,CE,变化的伏安特性曲线，此曲线较前面的稍低些。,U,CE,/,V,I,C,/,mA,0,I,B,I,B1,I,B2,I,B3,I,B,=0,如此不断重复上述过程，我们即可得到不同基极电流,I,B,对应相应,I,C,、,U,CE,数值的一组输出特性曲线。,输出曲线开始部分很陡，说明,I,C,随,U,CE,的增加而急剧增大。,当,U,CE,增至一定数值时,(,一般小于,1V),，输出特性曲线变得平坦，表明,I,C,基本上不再随,U,CE,而变化。,第11页/共44页,UBBUCCRC+RBICIBUBEmAAIE再调节IB,当,I,B,一定时，从发射区扩散到基区的电子数大致一定。当,U,CE,超过,1V,以后，这些电子的绝大部分被拉入集电区而形成集电极电流,I,C,。之后即使,U,CE,继续增大，集电极电流,I,C,也不会再有明显的增加，具有,恒流特性,。,U,CE,/,V,I,C,/,mA,0,20,A,I,B,=0,40,A,60,A,I,B,=100,A,80,A,4,3,2,1,1.5,2.3,当,I,B,增大时，相应,I,C,也增大，输出特性曲线上移，且,I,C,增大的幅度比对应,I,B,大得多。这一点正是晶体管的,电流放大作用,。,从输出特性曲线可求出三极管的电流放大系数,。,I,B,=40,A,取任意再两条特性曲线上的平坦段，读出其基极电流之差；,再读出这两条曲线对应的集电极电流之差,I,C,=1.3mA,；,I,C,于是我们可得到三极管的,电流放大倍数：,=,I,C,/,I,B,=1.3,0.04=32.5,第12页/共44页,当IB一定时，从发射区扩散到基区的电子数大致一定。当UC,U,CE,/,V,I,C,/,mA,0,20,A,I,B,=0,40,A,60,A,I,B,=100,A,80,A,4,3,2,1,1.5,2.3,输出特性曲线上一般可分为三个区：,饱和区,。当,发射结和集电结均为正向偏置,时，三极管处于饱和状态。此时集电极电流,I,C,与基极电流,I,B,之间不再成比例关系，,I,B,的变化对,I,C,的影响很小。,截止区,。当基极电流,I,B,等于,0,时，晶体管处于截止状态。实际上当发射结电压处在正向死区范围时，晶体管就已经截止，为让其可靠截止，常使,U,BE,小于和等于零。,放,大,区,晶体管工作在放大状态时，,发射结正,偏，集电结反偏,。在放大区，集电极电,流与基极电流之间成,倍,的数量关系，,即晶体管在放大区时具有电流放大作用。,此时,U,CE,小于,U,BE,规定：,U,CE,=U,BE,时，为临近饱和状态，用,U,CES,（,0.3,或,0.1,）表示，此时集电极临近饱和电流是,管子深度饱和时，硅管的,V,CE,约为,0.3V,，锗管约为,0.1V,由于深度饱和时,V,CE,约等于,0,，晶体管在电路中犹如一个闭合的开关。,第13页/共44页,UCE/VIC /mA020 AIB=040 A6,U,BB,U,CC,R,C,+,+,R,B,I,C,I,B,U,BE,mA,A,I,E,第14页/共44页,UBBUCCRC+RBICIBUBEmAAIE,例,1:,用直流电压表测得放大电路中晶体管,T,1,各电极的对地电位分别为,V,1,=+10V,，,V,2,=0V,，,V,3,=+0.7V,，如图（,a,）所示,T,2,管各电极电位,V,1,=+0V,，,V,2,=-0.3V,，,V,3,=-5V,，如图（,b,）所示，试判断,T,1,和,T,2,各是何类型、何材料的管子，,x,、,y,、,z,各是何电极？,2,3,2,1,T,1,3,1,T,1,(a)(b),解,：,工作在放大区的,NPN,型晶体管应满足,V,C,V,B,V,E,，,PNP,型晶体管应满足,V,C,V,B,V,3,V,2,，所以,1,为集电极，,2,为发射极，,3,为基极，满足,V,C,V,B,V,E,的关系，管子为,NPN,型。,（,2,）在图（,b,）中，,1,与,2,的电压为,0.3V,，可确定为锗管，又因,V,3,V,2,V,1,，所以,3,为集电极，,1,为发射极，,2,为基极，满足,V,C,V,B,I,CM,时，晶体管不一定烧损，但,值明显下降。,集电极最大允许功耗,P,CM,晶体管上的功耗超过,P,CM,，管子将损坏。,安,全,区,第19页/共44页,三极管的主要参数1.电流放大倍数2.极限参数集电极最大允许,3.,极间电流,集电极,-,发射极反向饱和电流,I,CEO,（穿透电流）,指基极开路时，,集电极与发射极,之间加一定反向电