第7讲BJT工作原理与VI特性曲线

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,兴趣是最好的老师,模 拟 电 子 技 术,Analog Electronic Technology,4 双极结型三极管及放大电路基础,4.1 BJT,4.3,放大电路的分析方法,4.4,放大电路静态工作点的稳定问题,4.5,共集电极放大电路和共基极放大电路,4.2,基本共射极放大电路,4.6,组合放大电路*,4.7,放大电路的频率响应*,4.1,半导体三极管,BJT,4.1.1 BJT,的结构简介,4.1.2,放大状态下,BJT,的工作原理,4.1.3 BJT,的,V,I,特性曲线,4.1.4 BJT,的主要参数,4.1.1 BJT,的结构简介,(a),小功率管,(b),小功率管,(c),大功率管,(d),中功率管,4.1.1 BJT,结构简介,1.,三极管的构造核心,：一块有两个相互联系的,PN,结单晶；,示意图,如下,:,4.1.1 BJT,结构简介,2.,NPN,型,e,c,b,符号,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极,c,基极,b,发射极,e,N,N,P,箭头方向指示了发射结正向偏置情况下的电流的方向,4.1.1 BJT,结构简介,3.PNP,型,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极,c,发射极,e,基极,b,c,b,e,符号,N,N,P,P,N,c,b,e,e,b,c,发射区的掺杂浓度最高；,集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；,基区很薄，一般在,1,2,微米，且掺杂浓度最低。,结构特点：内部条件,4.1.2,放大状态下,BJT,的工作原理,管芯结构剖面图,+,外部条件：,发射结正偏，集电结反偏,放大状态下,BJT,中载流子的传输过程,三极管内有两种载流子,(,自由电子和空穴,),都参与导电，故称为双极型三极管,BJT,。,4.1.2,放大状态下,BJT,的工作原理,发射结正偏，集电结反偏,I,E,=,I,B,+,I,C,外部条件：,4.1.2,放大状态下,BJT,的工作原理,电流分配关系,基极电流传输系数,：,集电极电流放大系数,：,和,与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关。一般,=0.90.99,，,1,（,10-200,）,。,查器件手册或测量。,是所加信号频率的函数，信号频率高到一定程度时，,不但数值下降，且产生相移，使,数值下降到,1,的信号频率称为特征频率,f,T,。,电流控制器件,共基极放大电路,放大作用,若,v,I,=20mV,电压放大倍数,使,i,E,=-1,mA,，,则,i,C,=,i,E,=-0.98,mA,，,v,O,=-,i,C,R,L,=0.98 V,，,当,=0.98,时，,两个条件,（,1,）,内部条件：,发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。,（,2,）,外部条件：,发射结正向偏置，集电结反向偏置。,思考,1,：,可否用两个二极管相连构成一个三极管？,思考,2,：,可否将,e,和,c,交换使用,思考,3,：,外部条件对,PNP,管和,NPN,管各如何实现？,综上所述，三极管的放大作用，是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。,I,E,=,I,B,+,I,C,I,C,=,I,B,I,C,=,I,E,一组公式,小结,e,c,b,N,P,N,c,b,e,N,P,P,三极管的三种,组态,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,无论哪种连接方式，要使BJT有放大作用，,都必须保证发射结正偏，集电结反偏。,4.1.3 BJT,的,V,-,I,特性曲线,i,B,=,f,(,v,BE,),v,CE,=const,(2),当,v,CE,1V,时，,v,CB,=,v,CE,-,v,BE,0,，,集电结已进入反偏状态，开始收,集电子，基区复合减少，同样的,v,BE,下,I,B,减小，特性曲线右移。,(1),当,v,CE,=0V,时，,相当于,发射结的正向伏安特性曲线。,1.,输入特性曲线,（以共射极放大电路为例）,共射极连接,工作在放大状态的条件：,v,CE,1V,饱和区：,特征,I,C,明显受,V,CE,控制,该区域内，,I,C,和,I,B,不服从,倍关系,。,此时,发射结正偏，集电结正偏。,截止区：,特征,I,C,接近零,该区域相当,I,B,=0,的曲线下方。,此时，,发射结反偏或正偏电压很小，集电结反偏。,放大区：,特征,I,C,平行于,V,CE,轴,该区域内，曲线基本平行等距。此时，,发射结正偏，集电结反偏。,2.,输出特性曲线,4.1.3 BJT,的,V,-,I,特性曲线,i,C,=,f,(,v,CE,),i,B,=const,共射极连接,对于小功率管：,放大：发射结正偏，集电结反偏,饱和：发射结正偏，集电结正偏,截止：发射结反偏，集电结反偏,倒置：发射结反偏，集电结正偏,小结,临界饱和（虚线）,临界放大,P187 4.3.1,测量某硅,BJT,各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域。,(1)V,C,6V V,B,0.7V V,E,0V,V,BE,0.7V V,CB,5.3V,放大区域,(2)V,C,6V V,B,2V V,E,1.3V,V,BE,0.7V V,CB,4V,放大区域,(3)V,C,6V V,B,6V V,E,5.4V,V,BE,0.6V V,CB,0V,饱和区域,V,BE,0.4V V,CB,2V,截止区域,(4)V,C,6V V,B,4V V,E,3.6V,(5)V,C,3.6V V,B,4V V,E,3.4V,V,BE,0.6V V,CB,-0.4V,饱和区域,练习：,P187 4.2.3,N,p,N,放大：发射结正偏，集电结反偏,I,E,=,I,B,+,I,C,恒流源,共基极连接时的,V,-,I,特性曲线,1.,电流放大系数,4.1.4 BJT,的主要参数,与,i,C,的关系曲线,2.,极间反向电流,(1),集电极基极间反向饱和电流,I,CBO,发射极开,路时，集电结的反向饱和电流。,4.1.4 BJT,的主要参数,(2),集电极发射极间的反向饱和电流,I,CEO,I,CEO,=（1+）,I,CBO,4.1.4 BJT,的主要参数,2.,极间反向电流,(1),集电极最大允许电流,I,CM,3.,极限参数,4.1.4 BJT,的主要参数,当,i,C,过大时，,值将下降。,值下降到一定的,i,C,即为,I,CM,。,当工作电流,i,C,大于,I,CM,时，,BJT,不一定会烧坏，但,值将过小，放大能力太差,。,4.1.4 BJT,的主要参数,(2),反向击穿电压,V,(BR)CBO,发射极开路时的集电结反 向击穿电压。（,20,120,）,V,(BR)EBO,集电极开路时发射结的反 向击穿电压。（,大约,7,）,V,(BR)CEO,基极开路时集电极和发射 极间的,击穿电压。（,大约,V,(BR)CBO,的,60%,）,几个击穿电压有如下关系,V,(BR)CBO,V,(BR)CEO,V,(BR)EBO,3.,极限参数,(3),集电极最大允许功率损耗,P,CM,P,C,=,I,C,V,CE,3.,极限参数,4.1.4 BJT,的主要参数,BJT,内的两个,PN,结都会消耗功率，其大小分别等于流过结的电流与结上电压降的乘积。一般情况下，集电结上的电压降远大于发射结上的电压降，于是：,为了使,BJT,能安全工作，在应用中必须使它的集电极工作电流小于,I,CM,，集电极发射极间电压小于,V(,BR)CEO,集电极耗散功率小于,P,CM,。,P,C,=,I,C,V,CE,某,BJT,的极限参数,I,CM,=100,P,CM,=150,W,V,(BR)CEO,=30V,若它的工作电压,V,CE,=10V,则工作电流,I,C,不得超过多大？若工作电流,I,C,=,1,则工作电压的极限值应为多少？,I,C,I,CM,V,CE,V(,BR)CEO,P,C,P,CM,练习：,P186 4.1.3,当,V,CE,=10V,则：,I,C,15,当,I,C,=1mA,则：,V,CE,30V,4.1.5,温度对,BJT,参数及特性的影响,(1),温度对,I,CBO,的影响,温度每升高,10,，,I,CBO,约增加一倍。,(2),温度对,的影响,温度每升高,1,，,值约增大,0.5%1%,。,(3),温度对反向击穿电压,V,(BR)CBO,、,V,(BR)CEO,的影响,温度升高时，,V,(BR)CBO,和,V,(BR)CEO,都会有所提高。,2.,温度对,BJT,特性曲线的影响,1.,温度对,BJT,参数的影响,温度升高使,I,C,增加,如何判断三极管的三个电极,方法一：看、读,如何判断三极管的三个电极,方法二：数字万用表,hFE,三极管,档位,判断类型和各个引脚，如果插入正确，显示,值，否则无显示值。,用指针式万用表判断基极,b,和三极管的类型,:,将万用表欧姆挡置,R,100,或,R,lk,处,先假设三极管的某极为,基极,并把黑表笔接在假设的基极上,将红表笔先后接在其余两个极上,如果两次测得的电阻值都很小,(,或约为几百欧至几千欧,),则假设的基极是正确的,且被测三极管为,NPN,型管；同上,如果两次测得的电阻值都很大,(,约为几千欧至几十千欧,),则假设的基极是正确的,且被测三极管为,PNP,型管。如果两次测得的电阻值是一大一小,则原来假设的基极是错误的,这时必须重新假设另一电极为,基极,，再重复上述测试。,如何判断三极管的三个电极,方法三：模拟万用表测量,判断集电极,c,和发射极,e:,仍将指针式万用表欧姆挡置,“,R,100,”,或,“,R,1k,”,处,以,NPN,管为例,把黑表笔接,在假设的集电极,c,上,红表笔接到假设的发射极,e,上,并用,手捏住,b,和,c,极,(,不能使,b,、,c,直接接触,),通过人体,相当,b,、,c,之间接入偏置电阻,读出表头所示的阻值,然后将两表笔反接重测。若第一次测得的阻值比第二次,小,说明原假设成立,因为,c,、,e,间电阻值小说明通过,万用表的电流大，偏置正常。,如何判断三极管的三个电极,方法三：模拟万用表测量,e,c,b,N,P,N,如何判断三极管的三个电极,方法三：模拟万用表测量,作业：,P186,：,4.1.1,4.1.2,