模擬電子簡(jiǎn)明教程 第講

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,1.3雙極型三極管,(,BJT,),又稱(chēng)半導(dǎo)體三極管、晶體管，或簡(jiǎn)稱(chēng)為三極管。,(,Bipolar Junction Transistor,),三極管的外形如下圖所示。,三極管有兩種類(lèi)型：,NPN,和,PNP,型。,主要以 NPN 型為例進(jìn)行討論。,圖 1.3.1三極管的外形,1.3.1三極管的結(jié)構(gòu),常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面管和鍺合金管兩種類(lèi)型。,圖1.3.2三極管的結(jié)構(gòu),(,a,)平面型(,NPN,),(,b,)合金型(,PNP,),N,e,c,N,P,b,二氧化硅,b,e,c,P,N,P,e 發(fā)射極，

2、b基極，c 集電極。,平面型,(,NPN,),三極管制作工藝,N,c,SiO,2,b,硼雜質(zhì)擴(kuò)散,e,磷雜質(zhì)擴(kuò)散,磷雜質(zhì)擴(kuò)散,磷雜質(zhì)擴(kuò)散,硼雜質(zhì)擴(kuò)散,硼雜質(zhì)擴(kuò)散,P,N,在 N 型硅片,(,集電區(qū),),氧化膜上刻一個(gè)窗口，將硼雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散形成 P 型,(,基區(qū),),，再在 P 型區(qū)上刻窗口，將磷雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散形成N型的發(fā)射區(qū)。引出三個(gè)電極即可。,合金型三極管制作工藝：,在 N 型鍺片,(,基區(qū),),兩邊各置一個(gè)銦球，加溫銦被熔化并與 N 型鍺接觸，冷卻后形成兩個(gè) P 型區(qū)，集電區(qū)接觸面大，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高。,圖 1.3.3三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào),(,a,),NPN 型,e,c,b,符號(hào),集電區(qū),

3、集電結(jié),基區(qū),發(fā)射結(jié),發(fā)射區(qū),集電極 c,基極 b,發(fā)射極 e,N,N,P,集電區(qū),集電結(jié),基區(qū),發(fā)射結(jié),發(fā)射區(qū),集電極 c,發(fā)射極 e,基極 b,c,b,e,符號(hào),N,N,P,P,N,圖 1.3.3三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào),(,b,),PNP 型,1.3.2三極管的放大作用,和載流子的運(yùn)動(dòng),以 NPN 型三極管為例討論,圖1.3.4三極管中的兩個(gè) PN 結(jié),c,N,N,P,e,b,b,e,c,表面看,三極管若實(shí)現(xiàn)放大，必須從,三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu),和,外部所加電源的極性,來(lái)保證。,不具備放大作用,三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：,N,N,P,e,b,c,N,N,N,P,P,P,1.,發(fā)射區(qū)高摻雜。,2.,基區(qū)做

4、得很薄,。通常只有幾微米到幾十微米，而且,摻雜較少,。,三極管放大的外部條件,：外加電源的極性應(yīng)使,發(fā)射結(jié)處于正向偏置,狀態(tài)，而,集電結(jié)處于反向偏置,狀態(tài)。,3.,集電結(jié)面積大。,b,e,c,R,c,R,b,三極管中載流子運(yùn)動(dòng)過(guò)程,I,E,I,B,1.發(fā)射,發(fā)射區(qū)的電子越過(guò)發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴(kuò)散到發(fā)射區(qū),形成發(fā)射極電流,I,E,(,基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可忽略,),。,2.復(fù)合和擴(kuò)散,電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù)合形成基極電流,I,bn,，,復(fù)合掉的空穴由,V,BB,補(bǔ)充,。,多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散，到達(dá)集電結(jié)的一側(cè)。,圖 1.3.5三極管中載流子的運(yùn)動(dòng),b,e,c,I,E,I,B

5、,R,c,R,b,三極管中載流子運(yùn)動(dòng)過(guò)程,3.收集,集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子而形成集電極電流,I,cn,。,其能量來(lái)自外接電源,V,CC,。,I,C,另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場(chǎng)的作用下將進(jìn)行漂移運(yùn)動(dòng)而形成,反向,飽和電流,，,用,I,CBO,表示,。,I,CBO,圖 1.3.5三極管中載流子的運(yùn)動(dòng),b,e,c,e,R,c,R,b,三極管的電流分配關(guān)系,I,Ep,I,CBO,I,E,I,C,I,B,I,En,I,Bn,I,Cn,I,C,=,I,Cn,+,I,CBO,I,E,=,I,Cn,+,I,Bn,+,I,Ep,=,I,En,+,I,Ep,一般要求,I,Cn,在,I,E,

6、中占的比例,盡量大。而二者之比稱(chēng),直流電流放大系數(shù),，即,一般可達(dá) 0.95 0.99,三個(gè)極,的,的電流,之,之間滿(mǎn),足,足節(jié)點(diǎn),電,電流定,律,律，即,I,E,=,I,C,+,I,B,代入,(,1,),式，得,其中：,共射直流電流放大系數(shù)。,上式中,的,的后一,項(xiàng),項(xiàng)常用,I,CEO,表示，,I,CEO,稱(chēng)穿透,電,電流。,當(dāng),I,CEO,I,C,時(shí)，忽,略,略,I,CEO,，則由,上,上式可,得,得,共射直流電流放大系數(shù) 近似等于,I,C,與,I,B,之比。一般 值約為幾十 幾百。,三極管,的,的電流,分,分配關(guān),系,系,一組三,極,極管電,流,流關(guān)系,典,典型數(shù),據(jù),據(jù),I,B,/mA

7、,-,0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05,I,C,/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91,I,E,/,mA,0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.96,1.任何一,列,列電流,關(guān),關(guān)系符,合,合,I,E,=,I,C,+,I,B，,I,B,I,C,0 時(shí),的,的輸入特性,曲,曲線(xiàn),當(dāng),U,CE,0 時(shí),，,，這個(gè)電壓,有,有利于將發(fā),射,射區(qū)擴(kuò)散到,基,基區(qū)的電子,收,收集到集電,極,極。,U,CE,U,BE,，三極管處,于,于放大狀態(tài),。,。,*特性右移,(因集電結(jié),開(kāi),開(kāi)始吸引電,子,子),O,I,B,

8、/,A,U,CE,1 時(shí),的,的輸入特性,具,具有實(shí)用意,義,義。,I,B,U,CE,I,C,V,CC,R,b,V,BB,c,e,b,R,C,V,+,V,+,A,+,+,mA,U,BE,*,U,CE,1 V，特,性,性曲線(xiàn)重合,。,。,圖 1.3.6三極,管,管共射特性,曲,曲線(xiàn)測(cè)試電,路,路,圖 1.3.8三極,管,管的輸入特,性,性,二、輸出特,性,性,圖 1.3.9NPN 三極管,的,的輸出特性,曲,曲線(xiàn),I,C,/,mA,U,CE,/V,100 A,80A,60 A,40 A,20 A,I,B,=0,O,5 10 15,4,3,2,1,劃分三個(gè)區(qū),：,：截止區(qū)、,放,放大區(qū)和飽,和,和

9、區(qū)。,截止區(qū),放,大,區(qū),飽和區(qū),放,大,區(qū),1.截止,區(qū),區(qū),I,B,0 的區(qū)域,。,。,兩個(gè)結(jié)都處,于,于反向偏置,。,。,I,B,=0時(shí)，,I,C,=,I,CEO,。硅管約等于1,A，鍺管,約,約為幾十 幾百微,安,安。,截止區(qū),截止區(qū),2.放大,區(qū),區(qū)：,條件：發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏,特點(diǎn)：各條輸出特,性,性曲線(xiàn)比較,平,平坦，近似,為,為水平線(xiàn)，,且,且等間隔。,二、輸出特,性,性,I,C,/,mA,U,CE,/V,100 A,80A,60 A,40 A,20 A,I,B,=0,O,5 10 15,4,3,2,1,放,大,區(qū),集電極電流,和,和基極電流,體,體現(xiàn)放大作,用,用，即,放

10、,大,區(qū),放,大,區(qū),對(duì) NPN,管,管,U,BE,0，,U,BC,0,U,BC,0。,特點(diǎn)：,I,C,基本上不隨,I,B,而變化，在,飽,飽和區(qū)三極,管,管失去放大,作,作用。,I,C,I,B,。,當(dāng),U,CE,=,U,BE,，即,U,CB,=0 時(shí),，,，稱(chēng)臨界飽和，,U,CE,U,BE,時(shí)稱(chēng)為過(guò)飽和。,飽和管壓降,U,CES,0.4V,(,硅管,),，,U,CES,0.2V,(鍺管),飽和區(qū),飽和區(qū),飽和區(qū),1.3.4,三極管的主,要,要參數(shù),三極管的連,接,接方式,I,C,I,E,+,C,2,+,C,1,V,EE,R,e,V,CC,R,c,(,b,),共基極接法,V,CC,R,b,+,

11、V,BB,C,1,T,I,C,I,B,C,2,R,c,+,(,a,),共發(fā)射極接法,圖 1.3.10NPN 三極,管,管的電流放,大,大關(guān)系,一、電流放,大,大系數(shù),是表征管子,放,放大作用的,參,參數(shù)。有以,下,下幾個(gè)：,1.共射,電,電流放大系,數(shù),數(shù),2.共射直流電流放大系數(shù),忽略穿透電,流,流,I,CEO,時(shí)，,3.共基,電,電流放大系,數(shù),數(shù),4.共基直流電流放大系數(shù),忽略反向飽,和,和電流,I,CBO,時(shí)，,和,這兩個(gè)參數(shù),不,不是獨(dú)立的,，,，而是互相,聯(lián),聯(lián)系，關(guān)系,為,為：,二、反向飽,和,和電流,1.集電,極,極和基極之,間,間的反向飽,和,和電流,I,CBO,2.集電極,

12、和,和發(fā)射極之,間,間的反向飽,和,和電流,I,CEO,(,a,),I,CBO,測(cè)量電路,(,b,),I,CEO,測(cè)量電路,I,CBO,c,e,b,A,I,CEO,A,c,e,b,小功率鍺管,I,CBO,約為幾微安,；,；硅管的,I,CBO,小，有的為,納,納安數(shù)量級(jí),。,。,當(dāng) b 開(kāi),路,路時(shí)，c,和,和 e,之,之間的電流,。,。,值愈大，則該管的,I,CEO,也愈大。,圖 1.3.11反,向,向飽和電流,的,的測(cè)量電路,三、極限,參,參數(shù),1.集電,極,極最大允許,電,電流,I,CM,當(dāng),I,C,過(guò)大時(shí)，三,極,極管的,值要減小。,在,在,I,C,=,I,CM,時(shí)，,值下降到額,定,定

13、值的三分,之,之二。,2.集電,極,極最大允許,耗,耗散功率,P,CM,過(guò),損,耗,區(qū),安,全,工,作,區(qū),將,I,C,與,U,CE,乘積等于規(guī),定,定的,P,CM,值各點(diǎn)連接,起,起來(lái)，可得,一,一條雙曲線(xiàn),。,。,I,C,U,CE,P,CM,為過(guò)損耗區(qū),I,C,U,CE,O,P,CM,=,I,C,U,CE,安,全,工,作,區(qū),安,全,工,作,區(qū),過(guò),損,耗,區(qū),過(guò),損,耗,區(qū),圖 1.3.11三,極,極管的安全,工,工作區(qū),3.極間,反,反向擊穿電,壓,壓,外加在三極,管,管各電極之,間,間的最大允,許,許反向電壓,。,。,U,(BR)CEO,：基極開(kāi)路,時(shí),時(shí)，集電極,和,和發(fā)射極之,間

14、,間的反向擊,穿,穿電壓。,U,(BR)CBO,：,發(fā),發(fā),射,射,極,極,開(kāi),開(kāi),路,路,時(shí),時(shí),，,，,集,集,電,電,極,極,和,和,基,基,極,極,之,之,間,間,的,的,反,反,向,向,擊,擊,穿,穿,電,電,壓,壓,。,。,安,全,全,工,工,作,作,區(qū),區(qū)同,時(shí),時(shí),要,要,受,受,P,CM,、,I,CM,和,U,(BR)CEO,限,制,制,。,。,過(guò)電壓,I,C,U,(BR)CEO,U,CE,O,過(guò),損,耗,區(qū),安,全,工,作,區(qū),I,CM,過(guò)流區(qū),圖1.3.11,三,三,極,極,管,管,的,的,安,安,全,全,工,工,作,作,區(qū),區(qū),1.3.5PNP,型,型,三,三,極,極,

15、管,管,放,大,大,原,原,理,理,與,與NPN,型,型,基,基,本,本,相,相,同,同,，,，,但,但,為,為,了,了,保,保,證,證,發(fā),發(fā),射,射,結(jié),結(jié),正,正,偏,偏,，,，,集,集,電,電,結(jié),結(jié),反,反,偏,偏,，,，,外,外,加,加,電,電,源,源,的,的,極,極,性,性,與,與NPN,正,正,好,好,相,相,反,反,。,。,圖1.3.13,三,三,極,極,管,管,外,外,加,加,電,電,源,源,的,的,極,極,性,性,(,a,),NPN 型,V,CC,V,BB,R,C,R,b,N,N,P,+,+,u,o,u,i,(,b,),PNP 型,V,CC,V,BB,R,C,R,b,+,

16、+,u,o,u,i,PNP,三,三,極,極,管,管,電,電,流,流,和,和,電,電,壓,壓,實(shí),實(shí),際,際,方,方,向,向,。,。,U,CE,U,BE,+,+,I,E,I,B,I,C,e,b,C,U,CE,U,BE,(,+,),(),I,E,I,B,I,C,e,b,C,(,+,),(),PNP,三,三,極,極,管,管,各,各,極,極,電,電,流,流,和,和,電,電,壓,壓,的,的,規(guī),規(guī),定,定,正,正,方,方,向,向,。,。,PNP,三,三,極,極,管,管,中,中,各,各,極,極,電,電,流,流,實(shí),實(shí),際,際,方,方,向,向,與,與,規(guī),規(guī),定,定,正,正,方,方,向,向,一,一,致,致,。,。,電,壓,壓,(,U,BE,、,U,CE,),實(shí),際,際,方,方,向,向,與,與,規(guī),規(guī),定,定,正,正,方,方,向,向,相,相,反,反,。,。,計(jì),計(jì),算,算,中,中,U,BE,、,U,CE,為,負(fù),負(fù),值,值,；,；,輸,輸,入,入,與,與,輸,輸,出,出,特,特,性,性,曲,曲,線(xiàn),線(xiàn),橫,橫,軸,軸,為,為,(,-,U,BE,),、,(,-,U,CE,),。,發(fā),射,射,結(jié),結(jié),反,