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1、模拟模拟(mn)电子技术教程三极管电子技术教程三极管第一页，共37页。三极管的不同封装形式金属封装塑料封装大功率管中功率管第1页/共37页第二页，共37页。半导体三极管的结构示意图如下图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。两种类型的三极管发射结(Je)集电结(Jc)基极(j j)，用B或b表示（Base）发射极，用E或e表示(biosh)（Emitter）；集电极，用C或c表示(biosh)（Collector）。发射区集电区基区三极管符号三极管的结构第2页/共37页第三页，共37页。结构(jigu)特点：发射区的掺杂(chn z)浓度最高；集电区掺杂(chn z)浓度低于发射区，且面积大
2、；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。管芯结构剖面图第3页/共37页第四页，共37页。三极管的电流分配与放大作用正常放大时外加偏置(pin zh)电压的要求bc结反偏be结正偏问：若为(ru wi)PNP管，图中电源极性如何？发射结应加正向电压（正向偏置）集电结应加反向电压（反向偏置）第4页/共37页第五页，共37页。三极管内载流子的传输过程动画21第5页/共37页第六页，共37页。三极管内载流子的传输过程2.电子(dinz)在基区中的扩散与复合3.集电区收集扩散(kusn)过来的电子另外,基区集电区本身存在的少子，在集电结上存在漂移运动，由此形成(xngchng)电流ICB
3、O三极管内有两种载流子参与导电，故称此种三极管为双极型三极管，记为 BJT1.发射区向基区注入电子第6页/共37页第七页，共37页。IE=IBIC三极管三个电极间的分配关系IE=IBNICNIB=IBNICBOIC=ICNICBO第7页/共37页第八页，共37页。较大的iE如(1mA)VO=iCRL(较大)iC(较大)如(0.98mA)较小VI如(20mV)三极管的放大作用正向时PN结电流与电压成指数(zhsh)关系VO iB=IB+iBiC=iE=IC+iCiE=IE+iE+-+_ecbRLVI电压(diny)放大倍数三极管基区的电流传递(chund)作用第8页/共37页第九页，共37页。三
4、极管的放大作用,主要是依靠它的IE能通过基区传输,然后顺利到达集电极而实现的。故要保证此传输,一方面要满足内部条件,即发射区掺杂浓度要远大于基区掺杂浓度,基区要薄;另一方面要满足外部条件,即发射结正偏,集电结要反偏。输入电压的变化,是通过其改变输入电流,再通过输入电流的传输去控制输出电压的变化,所以是一种电流控制器件。两个要点第9页/共37页第十页，共37页。2.2.2 三极管的特性(txng)三极管在电路中的连接方式共基极连接(linji)共集电极连接(linji)共发射极连接第10页/共37页第十一页，共37页。三极管的特性曲线特性曲线是指各电极(dinj)之间的电压与电流之间的关系曲线概
5、念(ginin)输入(shr)特性曲线输出特性曲线第11页/共37页第十二页，共37页。vCE=0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE)vCE=const(2)当集电结进入反偏状态时，vCB=vCE-vBE随着 vCE的增大而增大，集电结的反偏加强。由于(yuy)基区的宽度调制效应，基区变窄，基区复合减少，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。vCE=0VvCE 1V(1)当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安(f n)特性曲线。1.输入(shr)特性曲线 BJT的特性曲线（以共射极放大电路为例）输入电流与输入电压间的关系曲线当 vCE1V以后，
6、由于集电结的反偏电压可以在单位时间内将所有到达集电结边上的载流子拉到集电极，故iC不随vCE变化，所以同样的 vBE下的 iB不变，特性曲线几乎重叠。第12页/共37页第十三页，共37页。iC=f(vCE)iB=const2.输出特性曲线(qxin)BJT的特性(txng)曲线输出(shch)电流与输出(shch)电压间的关系曲线+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE输出特性曲线的三个区域:饱和区：的区域，发射结正偏，集电结正偏。iC明显受vCE控制的区域，但不随 iB的增加而增大。在饱和区，可近似认为 vCE保持不变。对于小功率硅管，一般 vCES0.2V。放大区：此时
7、，发射结正偏，集电结反偏。iC不随vCE变化，但随iB的增大而线性增大，且截止区：iB=0的输出曲线以下的区域。此时，发射结和集电结均反偏。iC只有很小的反向电流。第13页/共37页第十四页，共37页。如何判断三极管的电极、管型和材料 发射结处于发射结处于发射结处于发射结处于(chy)(chy)正向偏置，且对于正向偏置，且对于正向偏置，且对于正向偏置，且对于硅管硅管硅管硅管|VBE|=0.7V|VBE|=0.7V，锗管，锗管，锗管，锗管|VBE|=0.2V|VBE|=0.2V；集电结处于反向(fn xin)偏置，且|VCB|1V；NPN管集电极电位(din wi)比发射极电位(din wi)高
8、，PNP管集电极电位(din wi)比发射极电位(din wi)低。当三极管在电路中处于放大状态时第14页/共37页第十五页，共37页。例题(lt)一个BJT在电路中处于正常放大状态，测得 A、B和C三个管脚对地的直流电位分别为 6V，0.6V，1.3V。试判别(pnbi)三个管脚的极名、是硅管还是锗管？NPN型还是PNP型？集电极管子为NPN管C基极，B发射极另一例题(lt)参见P30 2.2.2-1第15页/共37页第十六页，共37页。2.2.3 三极管的主要参数三极管的参数是用来表征管子性能优劣(yu li)适应范围的，是选管的依据，共有以下三大类参数。电流(dinli)放大系数极间反向
9、(fn xin)电流极限参数第16页/共37页第十七页，共37页。电流放大系数交流(jioli)电流放大系数 b=DIC/DIBvCE=const=IC/IB|vCE=const直流电流放大系数 共射电流(dinli)放大系数+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE第17页/共37页第十八页，共37页。电流放大系数直流电流放大系数 =iC/iE=IC/IE共基电流(dinli)放大系数交流电流放大系数第18页/共37页第十九页，共37页。与间的关系第19页/共37页第二十页，共37页。(2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+）ICBO 极间反向(fn x
10、in)电流ICEO(1)集电极基极(j j)间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。即输出特性曲线 IB=0那条曲线所对应的 Y坐标的数值。ICEO也称为集电极发射极间穿透电流。第20页/共37页第二十一页，共37页。极限(jxin)参数集电极最大允许(ynx)电流ICM集电极最大允许(ynx)功率损耗PCM 三极管正常工作时集电极所允三极管正常工作时集电极所允三极管正常工作时集电极所允三极管正常工作时集电极所允许的最大工作电流许的最大工作电流许的最大工作电流许的最大工作电流PCM值与环境温度有关，温度愈高，则PCM值愈小。当超过此值时，管子性能将变坏或烧毁。第21页/共3
11、7页第二十二页，共37页。反向击穿(j chun)电压V(BR)EBO：集电极开路时 发射极-基极间的反向击穿电压。V(BR)CBO：发射极开路时集电极-基极间的反向击穿电压。V(BR)CEO：基极开路时集电极-发射极间的反向击穿电压第22页/共37页第二十三页，共37页。安全(nqun)工作区由ICM、V(BR)CEO、及PCM三个极限(jxin)参数可画出三极管的安全工作区图。第23页/共37页第二十四页，共37页。2.2.4 三极管的模型(mxng)三极管的简化直流模型截止(jizh)模型饱和(boh)模型放大模型第24页/共37页第二十五页，共37页。建立小信号模型(mxng)的意义建
12、立小信号(xnho)模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线(zhxin)来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。三极管的小信号模型第25页/共37页第二十六页，共37页。三极管的小信号模型H参数(cnsh)的引出将共射连接(linji)三极管看成一双端口网络输入输出端口的函数(hnsh)表达式ebc第26页/共37页第二十七页，共37页。对输入输出端口的两函数(hnsh)表达式求微分
13、用相关符号取代(qdi)上式中的微分量后得微分量用交流(jioli)量取代，偏微分量用 H参数取代第27页/共37页第二十八页，共37页。H参数物理(wl)含义输出(shch)端交流短路时的输入电阻，即 rbe。输入端交流开路时的 反向电压传输系数，即 输出端交流短路(dunl)时的电流放大系数，即。输入端交流开路时的 输出电导，即1/rce。第28页/共37页第二十九页，共37页。根据(gnj)可得小信号(xnho)模型BJT的H参数(cnsh)模型vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevcevBEvCEiBcebiCBJT双口网络H参数等效电路第29页/共37页第三十页，
14、共37页。H参数等效电路中需注意的几点h参数小信号(xnho)模型是用于交流分析的，不能用于直流分析。h参数是在某个(mu)静态工作点测得的，其数值与静态工作点有关。h参数中的电流(dinli)源和电压源都是受控源，其方向不能随意假定。第30页/共37页第三十一页，共37页。hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即 rbe=hie =hfe ur=hre rce=1/hoe一般采用习惯(xgun)符号则BJT的H参数(cnsh)模型为 ur很小，一般为 10-310-4，rce很大，约为100k。故一般可忽略它们(t men)的影响，得到简化电路 ib 是受控源，且为电流控制电
15、流源(CCCS)。电流方向与ib的方向是关联的。H参数简化等效电路 ibicvceibvbeuT vcerbercer第31页/共37页第三十二页，共37页。H参数(cnsh)的确定 一般(ybn)用测试仪测出；rbe 与Q点有关(yugun)，可用图示仪测出。一般也用公式估算 rbe rbe=rb+(1+)re其中对于低频小功率管 rb200 则 而 (T=300K)第32页/共37页第三十三页，共37页。跨导gm衡量晶体管输出电流随输入(shr)电压变化的物理量概念(ginin)：对于(duy)共射电路ebc第33页/共37页第三十四页，共37页。厄利电压VA概念(ginin)：反映iCvCE曲线在线性区内(q ni)水平程度（即斜率）的参数 基区宽度调制(tiozh)效应vCB vCE时 集电结空间电荷层厚度 基区变窄 基区复合减少 iC，输出曲线向上倾斜第34页/共37页第三十五页，共37页。本节重点本节重点(zhngdi(zhngdin)n)uu三极管的工作三极管的工作(gngzu)原理原理u三极管的特性(txng)曲线u三极管的参数u三极管的小信号等效电路第35页/共37页第三十六页，共37页。作作 业业P261 P2.14P260 P2.12(1)(2)(4)第36页/共37页第三十七页，共37页。