三极管-教学

半导体三极管，又称为双极结型晶体管（BJT）becNNP基极发射极集电极发射结集电结NPN型PNP型cbebce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。1.3.1概述半导体三极管的分类：按材料分：硅管、锗管按功率分：小功率管500mW按结构分：NPN、PNP按使用频率分：低频管、高频管大功率管1W中功率管0.51W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工作状态发射结电压集电结电压放大正向反向截止反向反向饱和正向正向倒置反向正向半导体半导体三极管有共有四种工作状态：•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1.工作于放大状态的半导体三极管BCII发射结正偏集电结反偏+++++++++++++++++++++++++++++--UBBRBUCCRC外电场方向ebc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NNP+++++++++++++++++++++++++++++--UBBRBUCCRC1、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。ebcIE发射结正偏集电结反偏外电场方向NNP+++++++++++++++++++++++++++++--UBBRBUCCRC1、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。2、电子扩散的同时，在基区将与空穴相遇产生复合。由于基区空穴浓度低，且基区做得很薄，因此，复合的电子是极少数。3、绝大多数到基区的电子均能扩散到集电结处，并在集电结电场作用下到达集电区。4、因集电结反偏，集电区和基区中少子在结电场作用下漂移，形成很小的且与集电结的反偏压无关的反向饱和电流。ebcIEIBIC发射结正偏集电结反偏外电场方向NNPICBO1、大量电子N2通过很薄的基极被集电极吸收，少量电子N1在基极与空穴复合。N2和N1的比例由三极管内部结构决定。在不考虑ICBO时：IC/IB=N2/N1=β2、以上公式是右方电路满足发射结正偏、集电结反偏时得到的，一旦外界条件改变到不再满足这两个条件，则以上公式不再成立。电流分配关系BCEOBCBOBCBCEBCIBCECIECIIIIIIIIIIIIIIIIICBOCBO11100－＝＋＝电压分配关系UBE正向导通:硅管大约0.7V锗管大约0.2VUCE=UCC-IC*Rc≈UCC-βIB*Rc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基区传送和控制载流子集电区收集载流子很小的IB控制ICIC=βIB基极电流和集电极电流除直流分量外还有交流分量，且iC=βiB。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。工作状态发射结电压集电结电压放大正向反向截止反向反向饱和正向正向倒置反向正向•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。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正向反向截止反向反向饱和正向正向倒置反向正向放大状态时有：IC=βIB+ICEO≈βIBUCE=UCC-IC*Rc减小Rb，IB增大；IC增大，UCE减小集电结反偏电压减小。3.工作于饱和状态的半导体三极管饱和后，UCE≈0,IC=(UCC-UCES)/RcIC≈UCC/Rc饱和条件：IBIC/βIB(UCC-UCES)/βRc≈UCC/(βRc）三极管饱和时的管压降UCE被称作为三极管的饱和压降UCES工作状态发射结电压集电结电压放大正向反向截止反向反向饱和正向正向倒置反向正向4.工作于倒置状态的半导体三极管放大倒置•由于内部结构原因，集电区掺杂的浓度低，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。工作状态发射结电压集电结电压放大正向反向截止反向反向饱和正向正向倒置反向正向NPN型PNP型cbebce判断放大状态时的引脚UCUBUEUCUBUEUBE正向导通,压降：硅管大约0.7V锗管大约0.2V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正向反向截止反向反向饱和正向正向倒置反向正向PNP型bce判断截止状态时的引脚NPN型cbeUCUE≥UBUCUE≤UB三极管状态判断小结对一般的NPN管电路：UC=+UCC，UE=0V，UB≤0VUCE=+UCC对一般的PNP管电路：UC=-UCC，UE=0V，UB≥0VUCE=-UCC工作状态发射结电压集电结电压放大正向反向截止反向反向饱和正向正向倒置反向正向NPN型PNP型cbebce判断饱和状态时的引脚UC≤UBUEUC≥UBUE三极管状态判断小结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工作状态发射结电压集电结电压放大正向反向截止反向反向饱和正向正向倒置反向正向避免倒置状态三极管状态判断小结12v3.7v3v•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cbe12v11.3v0v12v12.7v15v12v12.2v0v12v15v14.8v12v11.8v15vNPN:UCUBUEPNP:UEUBUCSi:UBE=0.7VGe:UBE=0.2Vcbebcbe1、无正向导通电压的处在截止状态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正向反向截止反向反向饱和正向正向例1-5NPN:(3)2V,5V,1V+VCCNPN1V2V5V例1-5NPN:(1)1V,0.3V,3V(2)0.3V,0.3V,1V(3)2V,5V,1VPNP:(1)-0.2V,0V,0V(2)-3V,-0.2V,0V(3)1V,1.2V,-2V2、根据三个电位的集中程度判断是否饱和例1-5NPN:(1)1V,0.3V,3V(2)0.3V,0.3V,1V(3)2V,5V,1VPNP:(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正向反向截止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正向反向截止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例1-5NPN:(2)0.3V,0.3V,1VPNP:(1)-0.2V,0V,0V-VCCPNP-0.2V0V-0.05V+VCCNPN1V0.3V0.35VNPN:0.35V,0.3V,1VPNP:-0.2V,0V,-0.05V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正向反向截止反向反向饱和正向正向例1-5NPN:(1)1V,0.3V,3V(2)0.3V,0.3V,1V(3)2V,5V,1VPNP:(1)-0.2V,0V,0V(2)-3V,-0.2V,0V(3)1V,1.2V,-2V1、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正向反向截止反向反向饱和正向正向例1-5NPN:(1)1V,0.3V,3VBECPNP:(2)-3V,-0.2V,0VCBE(3)1V,1.2V,-2VBEC1、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讨论：P40题1-18，1-20图1-33，1-36三极管状态电流判断条件说明放大、饱和放大状态时：IC=(UCC-UCE)/RC=βIBIC随着IB的增大而增大饱和状态时：IC=（UCC-UCES)/RCIC受外电路限制不再随IB变化。三极管饱和压降UCES硅0.7V,锗0.2V所以临界饱和基极电流：IBS=(UCC-UCES)/(βRC)≈UCC/(βRC)图1-35截止放大状态时UBE、IB为正，IC=βIB截止状态时UBE、IB=0(为负)，IC=0实际UBE小于导通电压即脱离放大状态，即IB=0，UBE=0为截止状态。三极管饱和时的管压降UCE被称作为三极管的饱和压降UCES此时，UCES对硅管为0.7，对锗管为0.21、当IB、IC均已知时：（1）当IB=IC/β时，三极管处于放大状态（2）当IBIC/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：（1）当0IBIBS=(UCC-UCES)/(βRC)≈UCC/(βRC)时，三极管处于放大状态（2）当IBIBS时，三极管处于饱和状态3、当只有IC已知时：（1）当UCE=UCC-ICRCUCES时，三极管处于放大状态（2）当0UCE≤UCES时，三极管处于饱和状态硅0.7V锗0.2V三极管状态电流判断条件说明UccRccbeUbbRbReUCE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=(UCC-UCES)/β(RC+RE)≈UCC/β(RC+RE)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？•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Rb+UccRccbe（a）Rb=100kΩ,Rc=2kΩ,β=40,Ucc=5VAkRUUIbBEccB431007.05μAkβRUβRUUICCCCCESCCBS5.622405因为IBIBS，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Rb+UccRccbe（b）Rb=20kΩ,Rc=2kΩ,β=100,Ucc=5VAkRUUIbBEccB215207.05μAkβRUICCCBS2521005因为IBIBS，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mARUUIbBEiB077.0mA057.0k5.235V5cCCBSRUI（c）Rb=30kΩ,Rc=2.5kΩ,β=35,Ucc=5V,Ui=0V或3VUi=3V，IBIBS，故三极管处在饱和状态Ui=0V，发射结无正偏，故三极管截止Ui=3VRb+UccRccbeUi1.3.3半导体三极管的基本组态和特性曲线共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。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；BJT的三种组态•三极管共射输入特性曲线研究共射电路输入端IB和UBE的关系。•一般来说，IB和UBE的关系就是一个PN结的特性曲线关系。•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。IB(A)uBE(V)204060800.40.8uCE1V1.共发射极输入特性曲线截止区：发射结反偏，集电结反偏。IB=0,uBE0,uCEuBE。IB=020A40A60A80A100AUCE(V)369121234