2.1 半导体三极管的基础知识

1第2章半导体三极管及其放大电路2.1半导体三极管的基础知识2.2放大电路的组成和基本原理2.3用图解法分析放大电路2.4用简化微变等效电路分析放大电路下页总目录2.5静态工作点的稳定电路2.6共集电极射集输出器电路2.7共基极放大电路简介和放大电路三种组态的比较2.8多级放大电路22.1半导体三极管的基础知识2.1.1三极管的结构和符号2.1.2三极管中的电流分配关系和放大电路下页总目录2.1.3三极管的伏安特性曲线2.1.4三极管的主要参数及其简易测试3半导体三极管晶体管(transistor)双极型三极管或简称三极管制作材料：分类：它们通常是组成各种电子电路的核心器件。双极结型三极管又称为：硅或锗NPN型PNP型下页上页首页2.1半导体三极管的基础知识2.1.1三极管的结构和符号4三极管的结构三个区发射区：杂质浓度很高基区：杂质浓度低且很薄集电区：无特别要求发射结集电结集电区基区发射区cbeNPN型三极管的结构和符号两个PN结发射结集电结三个电极发射极e基极b集电极c集电极ccollector基极bbase发射极eemitterNPN下页上页首页5RbRcVBBVCCecb发射极电流2.1.2三极管中载流子的运动和电流分配关系1.发射:发射区大量电子向基区发射。2.复合和扩散：电子在基区中复合扩散。3.收集：将扩散过来的电子收集到集电极。同时形成反向饱和电流ICBO。IEICIBICNIENIBNICBO集电极电流基极电流下页上页首页动画6RbRcVBBVCCecbIEICIBICNIENIBNICBOIC=ICn+ICBOIE=ICn+IBnIC=αIE+ICBO将代入IC=ICn+ICBO得当ICBOIC时，可得≈ICIEαIEn=ICn+IBnIE=IEnIE=IC+IB下页上页CNEIIICnα=IE通常将定义为共基直流电流放大系数。首页7β≈ICIBIE=IC+IBIC=αIE+ICBO代入得IC=αα1-IB+α1-1ICBOβ=αα1-令可得IC=βIB+（1+）ICBOβIC=βIB+ICEO当ICEOIC时，可得β称为共射直流电流放大系数。ICEO=（1+β）ICBOIE=IC+IBIC≈βIBIE=（1+β）IBICEO称为穿透电流。下页上页首页8各参数含义：：共基直流电流放大系数。：共射直流电流放大系数。α=ICnIEICEO=（1+）ICBOβ：集电极与发射极间穿透电流。β=ΔiCΔiBα=ΔiCΔiE：共基交流电流放大系数。：共射交流电流放大系数。β1+βα=β=α1-αα和β满足或β=IC-ICEOIB≈ICIB下页上页首页92.1.3三极管的伏安特性曲线1.输入特性iB=f（uBE）uCE=常数uCE=0VuCE=2V当uCE大于某一数值后，各条输入特性十分密集，通常用uCE1时的一条输入特性来代表。uBE/ViB/μAO三极管的输入特性下页上页uBEiB+-uCE=0VBBRbbec三极管的输入回路首页102.输出特性iC/mAOuCE/ViB=80μА6040200iC=f(uCE)iB=常数饱和区放大区1.截止区：iB≤0的区域，iC≈0，发射结和集电结都反偏。3.饱和区：发射结和集电结都正偏，uCE较小，iC基本不随iB而变化。当uCE=uBE时，为临界饱和；当uCEuBE时过饱和。截止区下页上页首页动画2.放大区：发射结正偏，集电结反偏ΔiC=βΔiB11发射结反向偏置,集电结反向偏置,三极管工作在截止区,可调换VBB极性。发射结反向偏置,三极管工作在截止区,可调换VCC极性,或将VT更换为PNP型。两PN结均正偏,三极管工作在饱和区。[例1.3.1]判断图示各电路中三极管的工作状态。0.7VVT0.3V下页上页RbRcVCCVBBVTRbRcVCCVT首页12VBB=iBRb+uBEiBiCiB=46.5μAβiB=2.3mA假设三极管饱和，UCES=0.3V则ICS=VCC-UCESRc=4.85mAβiBICS假设不成立，三极管工作在放大区。或者iC=βiB=2.3mAuCE=VCC-iCRc=5.4V发射结正偏集电结反偏，三极管工作在放大区。下页上页RbRcVCCVBBVT2k200k10V10Vβ=50首页13VBB=iBRb+uBEiBiCiB=465μAβiB=23mA假设三极管饱和，UCES=0.3V则ICS=VCC-UCESRc=4.85mAβiBICS假设成立，三极管工作在饱和区。或者iC=βiB=23mAuCE=VCC-iCRc=-36V发射结正偏集电结正偏，三极管工作在饱和区。下页上页RbRcVCCVBBVT2kΩ20kΩ10V10Vβ=50首页142.1.4三极管的主要参数及其简易测试2.反向饱和电流β=ΔiCΔiBβ≈ICIB共基直流电流放大系数αα=ΔiCΔiE共基电流放大系数αα=ICIEβ共射直流电流放大系数集电极和基极之间的反向饱和电流ICBO集电极和发射极之间的穿透电流ICEOICEO=（1+）ICBOβ两者满足1.电流放大系数共射电流放大系数β下页上页首页153.极限参数a.集电极最大允许电流ICMiC/mAOuCE/V三极管的安全工作区过流区集射反向击穿电压U(BR)CEO集基反向击穿电压U(BR)CBOiCuCE=PCM过压区安全工作区ICM过损耗区U(BR)CEOc.极间反向击穿电压b.集电极最大允许耗散功率PCM下页上页首页16下页上页★PNP型三极管PNP型三极管的放大原理与NPN型基本相同，但外加电源的极性相反。首页VBBuiRbRcVT+-uOVCCVBBuiRbRcVT+-uOVCC17在由PNP型三极管组成的放大电路中，三极管中各极电流和电压的实际方向如图(a)所示，根据习惯三极管中电流和电压的规定正方向如图(b)所示。UCEUBEIEICIBcbe(-)(+)(+)(-)(a)UCEUBEIEICIBcbe(-)(+)(+)(-)(b)定量计算中，将得出PNP型三极管的UBE和UCE为负值。在PNP型三极管的输入和输出特性曲线中，电压坐标轴上将分别标注“-UBE”和“-UCE”。电流实际方向与规定方向一致，电压实际方向与规定方向相反。下页上页首页