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1、第第1章半导体器件三章半导体器件三极管极管第1页，共30页，编辑于2022年，星期日1.3.1 1.3.1 三极管的结构与符号三极管的结构与符号两种类型两种类型:NPN型、型、PNP型。型。箭头代表发射极电流的实际方向箭头代表发射极电流的实际方向第2页，共30页，编辑于2022年，星期日1.3.2 三极管的电流分配与控制三极管的电流分配与控制适当的直流偏置电压适当的直流偏置电压 在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压反向电压。NPNRCRbVCCVBB+_IBICIEVo第3页，共30页，编辑于2022年，星期日1 1 内部载流子运动形成的
2、电流内部载流子运动形成的电流 在发射结正偏，集电结反偏条件下在发射结正偏，集电结反偏条件下，三极管中载流子，三极管中载流子的运动：的运动：VBBVCC第4页，共30页，编辑于2022年，星期日(1)(1)内部电流分配关系内部电流分配关系 对于集电极电流对于集电极电流IC和发射极电流和发射极电流IE之间的关系之间的关系可以用系数可以用系数 来说明，定义来说明，定义:：共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数。它表示最后达到集电极。它表示最后达到集电极的电子电流的电子电流ICN与总发射极电流与总发射极电流IE的比值。的比值。一般为一般为0.980.999。第5页，共30页，编辑于2022年，星
3、期日(1)(1)内部电流分配关系内部电流分配关系引入引入 后，三极管的电流分配关系为：后，三极管的电流分配关系为：当当 很小的时候，则可得如下近似式：很小的时候，则可得如下近似式：第6页，共30页，编辑于2022年，星期日（2 2）电流控制作用电流控制作用*若以若以 控制控制 ，则，则*若以若以 控制控制 ，得，得即第7页，共30页，编辑于2022年，星期日(3)(3)三种组态三种组态 共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示表示;共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用CB表示。表示。共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，
4、用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；第8页，共30页，编辑于2022年，星期日1.3.3 1.3.3 三极管的伏安特性曲线三极管的伏安特性曲线 输入特性曲线 iB=f(vBE)vCE=const 输出特性曲线 iC=f(vCE)iB=const共发射极接法三极管的特性曲线：共发射极接法三极管的特性曲线：RCRbVccBBV+_VoiBiCiE+_vBE+_vCEbce第9页，共30页，编辑于2022年，星期日1.1.输入特性曲线输入特性曲线第10页，共30页，编辑于2022年，星期日2.输出特性曲线输出特性曲线放放大大区区饱饱和和区区截止区0uA100uA80uA60uA40uA20uA
5、ICBOvCEic64224681012VCE=VBE0(1)放大区放大区JE正偏，正偏，JC反偏反偏。(2)截止区：对应IB0的区域，JC和和JE都反偏，都反偏，IB=IC=0第11页，共30页，编辑于2022年，星期日输出特性曲线输出特性曲线(3)饱和区 JC和和JE都正偏，都正偏，VCES约约等于等于0.3V，IC IB饱和时c、e间电压记为VCES，深度饱和时VCES约等于0.3V。饱和时的三极管c、e间相当于一个压控电阻。放放大大区区饱饱和和区区截止区0uA100uA80uA60uA40uA20uAICBOvCEic64224681012VCE=VBE0第12页，共30页，编辑于20
6、22年，星期日输出特性曲线总结输出特性曲线总结饱和区iC受受vCE显著控制的区域，显著控制的区域，vCE的数值较小的数值较小 一般一般vCE0.7 V(硅管硅管)。发射结正偏，发射结正偏，集电结正偏集电结正偏截止区iC接近零的区域，接近零的区域，iB=0的曲线的下方。的曲线的下方。发射结反偏，发射结反偏，集电结反偏集电结反偏放大区发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏，集电结反偏，电压大于电压大于0.7 V左右左右(硅管硅管)。第13页，共30页，编辑于2022年，星期日三极管工作情况总结三极管工作情况总结三极管处于放大状态时，三个极上的三极管处于放大状态时，三个极上的 电流关系：电流关系：电位关
7、系：电位关系：第14页，共30页，编辑于2022年，星期日1.3.4 半导体三极管的主要参数半导体三极管的主要参数半导体三极管的参数分为两大类半导体三极管的参数分为两大类:性能参数性能参数、极限参数、极限参数1.1.电流放大系数电流放大系数 直流电流放大系数直流电流放大系数 a.共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 第15页，共30页，编辑于2022年，星期日三极管的三极管的直流参数直流参数b.b.共射极直流电流放大系数：共射极直流电流放大系数：=（ICICEO）/IBIC/IB vCE=const第16页，共30页，编辑于2022年，星期日三极管的三极管的交流交流参数参数交流电流放大
8、系数交流电流放大系数 a.共基极交流电流放大系数=IC/IE VCB=const b.共发射极交流电流放大系数=IC/IBvCE=const第17页，共30页，编辑于2022年，星期日三极管的三极管的交流交流参数参数 当ICBO和ICEO很小时，、，可以不加区分。第18页，共30页，编辑于2022年，星期日2 2 三极管的三极管的极间反向电流极间反向电流b.集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEO 2.极间反向电流极间反向电流a.集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBO 第19页，共30页，编辑于2022年，星期日 当集电极电流增加时，当集电极电流增加时
9、，就要下降，当就要下降，当 值值下降到线性下降到线性放大区放大区 值的值的2/3时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流电流ICM。3.极限参数极限参数集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM第20页，共30页，编辑于2022年，星期日三极管的三极管的极限极限参数参数集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PCM=ICVCBICVCE，在计算时往往用VCE取代VCB。第21页，共30页，编辑于2022年，星期日三极管的三极管的极限极限参数参数 反向击穿电压反向击穿电压:反向击穿电压表示三极管电极间承受
10、反向电压的能反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力。力。a.V(BR)CBO发射极开路时的集电结击穿电压。发射极开路时的集电结击穿电压。b.V(BR)EBO集电极开路时发射结的击穿电压。集电极开路时发射结的击穿电压。c.V(BR)CEO基极开路时集电极和发射极间的基极开路时集电极和发射极间的 击穿电压。击穿电压。对于对于V(BR)CER表示表示BE间接有电阻，间接有电阻，V(BR)CES表示表示BE间是间是短路的。短路的。第22页，共30页，编辑于2022年，星期日三极管的三极管的极限极限参数参数反向击穿电压反向击穿电压:参数测试电路参数测试电路BR代表击穿之意，是Breakdown的
11、字头。几个击穿电压在大小上有如下关系：V(BR)CBOV(BR)CESV(BR)CERV(BR)CEOV(BR)EBO第23页，共30页，编辑于2022年，星期日三极管的安全工作区三极管的安全工作区由由PCM、ICM和和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。耗区、过电流区和击穿区。第24页，共30页，编辑于2022年，星期日n4.特征频率f Tn 三极管的三极管的 值不仅与工作电流有关，而且值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的频率增加时，三极管的
12、将会下降。当将会下降。当 下降下降到到1 1时所对应的频率称为特征频率，用时所对应的频率称为特征频率，用f f T T表示。表示。第25页，共30页，编辑于2022年，星期日三极管的参数三极管的参数参 数型 号 PCM mW ICM mAVR CBO VVR CEO VVR EBO V IC BO A f T MHz3AX31D 125 125 20 126*83BX31C 125 125 40 246*83CG101C3CG101C 100 30 450.1 1003DG123C3DG123C 500 50 40 300.353DD101D3DD101D 5A 5A 300 25042mA3
13、DK100B3DK100B 100 30 25 150.1 3003DKG23250W 30A 400 325 8注：*为 f 第26页，共30页，编辑于2022年，星期日三极管的型号三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下国家标准对半导体三极管的命名如下:3 D G 110 B 第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型
14、号中的不同规格三极管三极管第27页，共30页，编辑于2022年，星期日三极管应用三极管应用Vi=5V时，IB=(5-0.7)/10K=0.43mAICS=10V/5K=2mA IB=22mA三极管饱和，VO=0V;Vi=0V时，三极管截止,VO=10V。5V10VttViVOce10K5K10Vb+_ _+_ _ViVO例如：三极管用作可控开关(=50)第28页，共30页，编辑于2022年，星期日例例1 1：判断三极管的工作状态：判断三极管的工作状态 测量得到三极管三个电极对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态。放大截止饱和第29页，共30页，编辑于2022年，星期日例例2 2：判断三极管的工作状态判断三极管的工作状态用数字电压表测得VB=4.5 V、VE=3.8 V、VC=8 V，试判断三极管的工作状态，设=100，求IE和VCE。第30页，共30页，编辑于2022年，星期日