03第1章-常用半导体器件--三极管及应用.

*,*,2024/11/18,模拟电子技术根底,北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院,主讲：赵建辉,第一章 常用半导体器件,(2),三极管原理与应用,2024/11/18,1.1 半导体根底学问,1.2 半导体二极管,1.3 双极型晶体管,1.4 场效应管,1.5 单结晶体管和晶闸管,1.6 集成电路中的元件,第,1,章 常用半导体器件,本节课内容,2024/11/18,1.3,双极型晶体管,(,三极管,),重点：晶体管放大原理、特性曲线。,难点：1.晶体管电流安排及把握,2.晶体管输入输出曲线,3.晶体管主要参数及意义,重点难点,1.3.1 晶体管构造及类型,1.3.2 晶体管电流放大作用,1.3.3 晶体管共射特性曲线,1.3.4 晶体管主要参数,1.3.5 温度对晶体管特性几参数的影响,1.3.6 光电晶体管,2024/11/18,构造：有PNP型和NPN型；,材料：硅管和锗管；,功率：大功率管和小功率管；,频率：高频管和低频管。,常见三极管封装,2024/11/18,构造与类型,1.3.1 晶体管构造与类型,B,E,C,N,N,P,基极,集电极,发射极,B,E,C,P,P,N,基极,集电极,发射极,NPN,型,PNP,型,b,e,c,b,e,c,构造,符号,箭头指向：,PN,2024/11/18,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,基区：较薄，掺杂浓度低,集电区：,结面积较大,放射区：,掺杂浓度较高,构造特点:(三极两结),目的:有利于电流的把握(放大)作用,放射结,集电结,2024/11/18,留意：为何不是6种！,1.3.2 电流安排放大作用,三种接法：三极双端口网络,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。,共放射极接法，放射极作为公共电极，用CE表示；,BJT,的三种组态,I,E,=(1+,)I,B,？,2024/11/18,共射放大电路：条件：放射结正偏，集电结反偏,I,C,U,CE,I,B,V,CC,R,B,V,BB,C,B,E,R,C,U,BE,u,o,放大：,输入电压微小变化，反映在输出中。,2024/11/18,载流子运动放射、复合、收集,放射结正偏，放射区电子不断向基区集中，形成放射极电流IEN。,放射结正偏，基区空穴向放射区的集中很小,可无视。,进入基区的电子少局部与基区的空穴复合，形成电流IBN ，多数集中到集电结。,集电结反偏，极经放射结集中到基区的电子作为非平衡少子，经集电结漂移被C极收集，形成ICN。,集电结反偏,，有少子形成的,反向电流,I,CBO,。,2024/11/18,I,B,=,I,BN,+I,EP,-,I,CBO,I,C,=,I,CN,+,I,CBO,I,CN,二、各极电流安排关系(P25),I,E,=,I,EP,+,I,EN,I,EN,外部关系：,I,E,=,I,C,+,I,B,CB,结,平衡少子,漂移形成,I,CBO,CB,结,非平衡少子漂移,被,C,极收集,2024/11/18,I,CN,与,(,I,B,),之比称为,共射,电流放大倍数,意义：(IB+ICBO)对ICN的把握力气内部。,IB对IC的把握力气外部。,三、共射电流放大系数,表示直流放大倍数,ICEO集电结反向饱和电流(可无视),沟通放大倍数,整理,:,2024/11/18,I,CN,与,I,E,之比称为,共基,电流放大倍数,三、共基电流放大系数,表示,直流,放大倍数,沟通放大倍数,意义：ICN对IE的把握/放大力气内部。,IC对IE的把握/放大力气外部。,2024/11/18,三极管电流安排：,留意：要使三极管能放大电流，,必需使放射结正偏，集电结反偏。,三、近似公式外部特性,B,E,C,I,B,I,E,I,C,NPN,B,E,C,I,B,I,E,I,C,PNP,记住！,2024/11/18,I,C,m,A,A,V,V,U,CE,U,BE,R,B,I,B,E,C,E,B,测试试验电路,1.3.3,晶体管,共射,特性曲线,各极间电压电流关系试验,2024/11/18,一、,输入特性曲线,I,B,(,A),U,BE,(V),20,40,60,80,0.4,0.8,U,CE,1V,工作压降：,硅管,U,BE,0.60.7V,锗管,BE,0.20.3V,。,U,CE,=0V,U,CE,=0.5V,死区电压：,硅管,0.5V,，,锗管,0.2V,。,留意：输入曲线是一簇曲线！,2024/11/18,二、,输出特性曲线,I,C,(,m,A ),1,2,3,4,U,CE,(V),3,6,9,12,I,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,放大区：,放射结正偏,集电结反偏,IC=IB,UCE变化,截止区,:,U,BE,IC，,UCE0.3V,I,C,=I,CEO,2024/11/18,输出特性三个区域的特点,:,放大区：放射结正偏，集电结反偏。线性放大,即：UCEUBE，IC=IB,且 IC=IB,(2)饱和区：放射结正偏、集电结正偏二PN结均导通,即：UCEUBE，ICIB，UCE0.3V,(3)截止区：UBE UON或反偏，集电结反偏。,IB=0，ICICEO 0，UCEUBE,三种状态的推断：(依据UBE,UCE，IB,IC同时推断),2024/11/18,例：,=50,，,U,SC,=12V,，,R,B,=70k,，,R,C,=6k,当,U,SB,=,-2V,，,2V,，,5V,时，,晶体管的静态工作点,Q,位,于哪个区？,当USB=-2 V，,放射结反偏，集电结反偏,I,C,U,CE,I,B,U,SC,R,B,U,SB,C,B,E,R,C,U,BE,I,B,=0,，,I,C,=,0,IC最大可能饱和电流：,Q,位于截止区,2024/11/18,例：,=50,，,U,SC,=12V,，,R,B,=70k,，,R,C,=6k,当,U,SB,=-2V,，,2V,，,5V,时，,晶体管的静态工作点,Q,位,于哪个区？,I,C,I,C,max,(=2mA),，,Q,位于,放大区,。,I,C,U,CE,I,B,U,SC,R,B,U,SB,C,B,E,R,C,U,BE,USB=2V时：,放射结正偏，集电结反偏,2024/11/18,USB=5V时:,放射结正偏，最终导致集电结反偏正偏,例：,=50,，,U,SC,=12V,，,R,B,=70k,，,R,C,=6k,当,U,SB,=-2V,，,2V,，,5V,时，,晶体管的静态工作点,Q,位,于哪个区？,I,C,U,CE,I,B,U,SC,R,B,U,SB,C,B,E,R,C,U,BE,Q,位于,饱和区,，此时,I,C,和,I,B,已不是 倍线性关系。,U,CE,=0,集电结正偏,！而非反偏！,2024/11/18,1.3.4,晶体管的主要参数,由三极管构造预备，由试验测得确定范围，通常在半导体手册元件手册中查到。,分为：,直流参数,沟通参数,极限参数应用极限。,2024/11/18,1.,共射电流放大倍数,一、直流参数,IB对IC把握/放大力气几十几百,2.,共基电流放大倍数,IE对IC把握/放大力气,小于1，接近1,3.,极间反向电流,ICBO集电结反向饱和电流(尽量小),ICEO集电结到放射结穿透电流,2024/11/18,1.共射沟通电流放大倍数,二、沟通参数,IB变化对IC变化的把握/放大力气叠加于直流上,2.,共基电流放大倍数,IE的变化对IC的变化的把握/放大力气叠加于直流上,3.,特征频率,使 下降到,1,的信号频率，,与结电容有关,2024/11/18,1.,集电极最大允许功耗,P,CM,集电极电流,I,C,流过三极管，,所发出的焦耳,热功率为：,P,C,=,I,C,U,CE,必定导致结温,上升，所以,P,C,有限制。,P,C,P,CM,I,C,U,CE,I,C,U,CE,=,P,CM,I,CM,U,(BR)CEO,安全工作区,三、极限参数,2024/11/18,2.,集电极最大电流,I,CM,集电极电流,I,C,上升会导致三极管的,值的下降，当,值下降到正常值的,2/3,时的集电极电流即为,I,CM,。,3.,极间反向击穿电压,(,一极开路，另,2,极最高电压,),UCBO：放射极开路，C、B之间击电压(CB间最大电压),UCEO：基极开路，C、E之间击穿电压(CE间最大电压),参考上图,2024/11/18,三极管极间反向电流的测量,4.,极间反向电流,平衡少子漂移形成，,越小越好，温度敏感,CE,极间,穿透电流,CB,极间反向饱和电流,2024/11/18,1.3.5,温度对特性及参数的影响,温度,影响很大,，过高温度导致,性能,下降，甚至不能用。,一、温度对,I,CBO,I/I,CEO,的影响,ICBO由集电结反向平衡少子漂移形成，,温度 少子数目 ICBO,温度每上升10 oC，ICBO增加一倍反向饱和电流。,硅管比锗管ICBO小的多，温度影响小。,2024/11/18,二、温度对,输入,特性的影响,I,B,U,BE,U,BE2,60,O,C,20,O,C,U,BE1,温度上升 输入曲线左移同二极管输入特性,温度每上升1 oC，UBE减小2-2.5mV负温度系数,2024/11/18,三、温度对,输出,特性的影响,I,C,U,CE,20,O,C,60,O,C,温度上升曲线上移间隔不等，、ICEO,温度每上升1oC，增加0.5-1%，ICBO增加1倍/10oC,2024/11/18,1.3.6,其它三极管,光电三极管见课本P33,三极管应用,模拟电路：线性放大线性放大区,数字电路：开关规律截止/饱和区,精度、稳定性等,开关频率、功耗、牢靠性,2024/11/18,1.,既然,BJT,具有两个,PN,结，可否用,两个二极管相联,以构成一只,BJT,，试说明其理由。,2.,能否将,BJT,的,e,、,c,两个电极,交换,使用，为什么？,3.BJT是电流把握器件，还是电压把握器件？,4.,放大电路输出端增加的,能量,是从哪里来的？,？,思 考 题,5.三极管如何用于开关电路数字电路/模电区分？,2024/11/18,小 结,晶体三极管是电流把握元件，通过把握基极电流或射极电流可以把握集电极电流电流可控性。,要使三极管正常工作并有放大作用，管子的放射结必需正向偏置，集电结必需反向偏置必要条件。,三极管的特性可用输入和输出特性曲线来表示，也可用特性参数来表示。主要的特性参数有：电流放大系数、，极间反向电流Icbo、Iceo，极限参数ICM、PCM和BUCEO。,放大电路的构成：有源器件，如晶体管。要保证有源器件能正常工作，既要有适宜的静态工作点，又要使变化的信号能输入、放大、输出并根本不失真。,2024/11/18,作业与例题,作业：原则上书上题目都做,例题：,自测题,:(P63),习 题,:,(P65),