三极管全解课件

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,*,基本元件,-,三极管,基本结构,N,N,P,基极,发射极,集电极,NPN型,B,E,C,B,E,C,PNP型,P,P,N,基极,发射极,集电极,符号：,B,E,C,I,B,I,E,I,C,B,E,C,I,B,I,E,I,C,NPN,型三极管,PNP,型三极管,1,晶体三极管样图,基本元件,-,三极管,2,基区：最薄，,掺杂浓度最低,发射区：掺,杂浓度最高,发射结,集电结,B,E,C,N,N,P,基极,发射极,集电极,结构特点：,集电区：,面积最大,基本元件,-,三极管,3,放大原理：,把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。,实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化,。,三极管放大的外部条件,B,E,C,N,N,P,E,B,R,B,E,C,R,C,发射结正偏、集电结反偏,PNP,发射结正偏,V,B,V,E,集电结反偏,V,C,V,E,集电结反偏,V,C,V,B,发射结正偏,集电结反偏,基本元件,-,三极管,4,晶体管的放大原理和电流分配（,实验角度分析,）,：实验电路采用共发射极接法，发射极是基极电路和集电极电路的公共端。实验中用的是 NPN 型管，为了使晶体管具有放大作用，电源,E,B,和,E,C,的极性必须使,发射结上加正向电压(正向偏置)，集电结加反向电压(反向偏置)。,mA,I,C,E,C,I,B,C,A,V,V,mA,I,E,R,B,+,U,BE,+,U,CE,E,B,E,B,3DG100,设,E,C,=6 V，改变可变电阻,R,B,，则基极电流,I,B,、集电极电流,I,C,和发射极电流,I,E,都发生变化，测量结果如下表：,基极电路,集电极电路,基本元件,-,三极管,5,I,B,/mA,0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10,I,C,/mA,0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95,I,E,/mA,0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05,晶体管电流测量数据,结论：,(,1,),符合基尔霍夫定律,(,2,),I,C,和,I,E,比,I,B,大得多。从第三列和第四列的数据可得,这就是晶体管的电流放大作用。称为共发射极静态电流,(直流),放大系数。电流放大作用还体现在,基极电流的少量变化,I,B,可以引起集电极电流较大的变化,I,C,。,式中，,称为,动态电流,(交流),放大系数,6,(,3,),当,I,B,=0,(将基极开路),时，,I,C,=,I,CEO,，表中,I,CEO,0,U,BC,V,B,V,E,对于 PNP 型三极管应满足:,U,EB,0,U,CB,0,即,V,C,V,B,0，,U,BC,U,BE,。,I,C,/,mA,U,CE,/V,100 A,80A,60 A,40 A,20 A,I,B,=0,O,3 6 9,4,3,2,1,2.3,1.5,放,大,区,饱和区,9,饱和区,截止区,(,2,),截止区,I,B,=0 的曲线以下的区域称为截止区。,I,B,=0 时,I,C,=,I,CEO,(很小),。对 NPN 型硅管，当,U,BE,0.5 V 时，即已开始截止，但为了使晶体管可靠截止，常使,U,BE,0，截止时集电结也处于反向偏置,(,U,BC,0,)，,此时,I,C,0，,U,CE,U,CC,。,(,3,),饱和区,当,U,CE,0,)，,晶体管工作于饱和状态。在饱和区，,I,C,和,I,B,不成正比。此时，发射结也处于正向偏置，,U,CE,0,，,I,C,U,CC,/,R,C,。,I,C,/,mA,U,CE,/V,100 A,80 A,60 A,40 A,20 A,I,B,=0,O,3 6 9 12,4,3,2,1,2.3,1.5,放,大,区,10,当晶体管饱和时，,U,CE,0，发射极与集电极之间如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管截止时，,I,C,0，发射极与集电极之间如同一个开关的断开，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大作用外，还有开关作用。,晶体管的三种工作状态如下图所示,+,U,BE,0,I,C,I,B,+,U,CE,(,a,),放大,U,BC,0,+,I,C,0,I,B,=0,+,U,CE,U,CC,(,b,),截止,U,BC,0,I,B,+,U,CE,0,(,c,),饱和,U,BC,0,+,11,三种组态,双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态,，见下图,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；,基本元件,-,三极管,-,各电极的电流关系,12,管 型,工 作 状 态,饱和,放大,截 止,U,BE,/V,U,CE,/V,U,BE,/V,U,BE,/V,开始截止,可靠截止,硅管,(,NPN,),锗管,(,PNP,),0.7,0.3,0.3,0.1,0.6 0.7,0.2,0.3,0.5,0.1,0,0.1,晶体管结电压的典型值,主要参数,1.电流放大系数 ，,当晶体管接成共发射极电路时，在静态,(无输入信号)时集电极电流与基极电流的比值称为,静态电流(直流)放大,系数,13,当晶体管工作在动态,(有输入信号),时，基极电流的变化量为,I,B,，它引起集电极电流的变化量为,I,C,。,I,C,与,I,B,的比值称为,动态电流,(交流),放大系数,在输出特性曲线近于平行等距并且,I,CEO,较小的情况下,可近似认为 ，但二者含义不同。,2.集基极反向截止电流,I,CBO,I,CBO,是当发射极开路时流经集电结的反向电流，其值很小。,3.集射极反向截止电流,I,CEO,I,CEO,是当基极开路,(,I,B,=0,),时的集电极电流，也称为穿透电流，其值越小越好。,4.集电极最大允许电流,I,CM,集电极电流,I,C,超过一定值时，三极管的,值下降。,当,值下降到正常数值的三分之二时的集电极电流，称为集电极最大允许电流 I,CM,。,14,5.集射反相击穿电压,U,(BR)CEO,6.集电极最大允许耗散功率,P,CM,基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压，称为集射反相击穿电压,U,(BR)CEO,。,当晶体管因受热而引起的参数变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率，称为集电极最大允许耗散功率,P,CM,。,I,C,I,CM,U,(BR)CEO,U,CE,P,CM,O,I,CEO,安,全,工,作,区,由,I,CM,、,U,(BR)CEO,、,P,CM,三者共同确定晶体管的安全工作区。,7.特征频率,三极管工作频率高到一定程度时，电流放大倍数,要下降，下降到1时的频率为特征频率。,15,晶体管参数与温度的关系,1、温度硅管每升高8,C,，锗管每升高12,C，I,CBO,增大一倍。,2、温度每升高,1,C,，,U,BE,将减小,2,2.5mV,。,3、温度每升高 1,C，,增加 0.5%1.0%,。,16,常用三极管的封装形式有金属封装和塑料封装两大类，引脚的排列方式具有一定的规律，如图对于小功率金属封装三极管，按图示底视图位置放置，使三个引脚构成等腰三角形的顶点上，从左向右依次为e b c；对于中小功率塑料三极管按图使其平面朝向自己，三个引脚朝下放置，则从左到右依次为e b c；对于F型大功率三极管，外形上只能看到两根电极，分别为e、b，底座为c。,基本元件,-,三极管,-,类型的判别,17,电子制作中常用的三极管有90系列，包括低频小功率硅管9013（NPN）、9012（PNP），低噪声管9014（NPN），高频小功率管9018（NPN）等。它们的型号一般都标在塑壳上，而样子都一样，都是TO-92标准封装。在老式的电子产品中还能见到3DG6（低频小功率硅管）、3AX31（低频小功率锗管）等，它们的型号也都印在金属的外壳上。,基本元件,-,三极管,-,类型的判别,18,基本元件,-,三极管,-,数字万用表检测三极管,19,基本元件,-,三极管,-,数字万用表检测三极管,20,基本元件,-,三极管,-,数字万用表检测三极管,21,基本元件,-,三极管,-,数字万用表检测三极管,22,基本元件,-,三极管,-,应用,应用：放大和开关,1、放大,三极管工作在放大区。,实现一个微小电流的变化控制一个较大电流的变化。分为共发射级电路、共基极电路和共集电极电路。,2、开关,三极管工作在饱和区或截止区。,通常，NPN控制接地的引线，PNP控制接Vcc的引线。,23,基本元件,-,三极管,-,应用,24,基本元件,-,三极管,-,应用,25,基本元件,-,三极管,-,应用,红光、绿光和黄光的LED的压降大约在1.0V到1.5V，而蓝光LED很容易达到3.5V。如果想用便宜但较老的红光/绿光/黄光LED来替换蓝光LED时，即使输出引脚为3.3V的高电平，加在LED和电阻上的压降为1.7V，足以使LED导通（多数情况下发光会比较暗）。用三极管可以解决这个问题。,26,基本元件,-,三极管,-,三极管的选用,选用三极管是一个很复杂的问题，它要根据电路的特点、三极管在电路中的作用、工作环境与周围元器件的关系等多种因素进行选取，是一个综合设计问题。,对于初学者，选取时抓主要矛盾。,1、在高频放大电路、高频振荡电路中主要考虑频率参数。原则上讲，高频管可以代替低频管，但高频管的功率一般都比较小，动态范围窄。在代换时不仅要考虑频率，还要考虑功率。,2、一般常希望,值大一些。但,值太大，容易引起自激振荡，且受温度影响大，工作也不稳定。通常，,值选在40至100之间。,3、如制作低频放大器主要考虑噪声和输出功率等参数。,4、根据负载大小和电路工作时间长短考虑选用三极管的耗散功率。,27,