《双极型晶体管》PPT课件.ppt

双极型晶体管,双极型半导体三极管（亦称为晶体管）一般有三个电极（即三个引出脚），按工作性质亦分为高、低频晶体三极管；大功率、中功率和小功率晶体三极管；用作信号放大用的三极管和用做开关的三极管。按材料分有锗半导体三极管和硅半导体三极管，由于硅三极管工作稳定性较好，所以现在大部分三极管都是用硅材料做的。下面是一些三极管的外型。,大功率低频三极管,中功率低频三极管,小功率高频三极管,学习要点,学习要点,双极型晶体管,半导体三极管的结构,晶体三极管的放大原理,共射电路输入特性曲线的意义,共射电路输出特性曲线的意义,晶体管的特性一、晶体管结构简介1.晶体管的两种结构,一、晶体管结构简介,1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成,双极型晶体管(BJT),2.晶体管的三个区,一、晶体管结构简介,2.晶体管有三个区:,N集电区,N,P基区,e发射极,b基极,c集电极,发射区,管芯结构剖面图,基区(P):很薄,空穴浓度较小引出基极b.发射区(N):与基区的接触面较小引出发射极e.集电区(N):与基区的接触面较大引出集电极c.,1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成,以NPN型晶体管为例。,双极型晶体管(BJT),发射极的电路符号,一、晶体管结构简介,基区(P):很薄,空穴浓度较小引出基极b.发射区(N):与基区的接触面较小引出发射极e.集电区(N):与基区的接触面较大引出集电极c.,1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成,PNP型,NPN型,半导体三极管电路符号,2.晶体管有三个区:,双极型晶体管(BJT),双极型晶体管(BJT),3.晶体管的两个PN结,一、晶体管结构简介,1.晶体管一般由NPN和PNP两种结构组成,PNP型,NPN型,半导体三极管电路符号,NPN与PNP管具有几乎等同的特性，只不过各电极端的电压极性和电流流向不同而已。,2.晶体管有三个区:,很显然，三极管有两个PN结，发射区与基区间的称为发射结，集电区与基区间的叫集电结。,双极型晶体管(BJT),二、晶体管的电流分配和放大作用1.晶体管正常工作时各极电压的连接及作用,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,顾名思义：发射区的作用是发射电子,集电区的作用是收集电子,下面以NPN型三极管为例分析载流子(即电子和空穴)在晶体管内部的传输情况。,二、晶体管的电流分配与放大作用,发射结,集电结,发射极,集电极,基极,发射结必须处于正向偏置目的削弱发射结,集电结必须处于反向偏置目的增强集电结,VEE,VCC,+,+,ICN,连接BJT各极间电压的一般特性,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),动画演示,VEE,VCC,ICN,发射结必须处于正向偏置目的削弱发射结,集电结必须处于反向偏置目的增强集电结,二、晶体管的电流分配与放大作用,分析集射结电场方向知,反向偏置有利于收集在基区的电子,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,发射结变薄有利于发射区的电子向基区扩散,连接BJT各极间电压的一般特性,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),二、晶体管的电流分配与放大作用,2.晶体管的电流分配发射极电流的组成,2.晶体管的电流分配,发射极电流IE:主要由发射区的电子扩散(IEN)而成,亦有极少数的由基区向发射区扩散的空穴电流(IEP)。,IE=IEN+IEPIEN,VEE,VCC,ICN,注意电流方向：电流方向与电子移动方向相反,与空穴移动方向相同。,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),二、晶体管的电流分配与放大作用,基极电流的形成,基极电流IB:基极电流主要由基区的空穴与从发射区扩散过来的电子复合而成。同时电源VEE又不断地从基区中把电子拉走,维持基区有一定数量的空穴。,VEE,VCC,ICN,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,由于基区有少量空穴,所以从发射区扩散过来的电子在基区会被复合掉一些,形成基极电流。,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),集极电流的形成,二、晶体管的电流分配与放大作用,集电极电流IC:集电极电流主要由集电结收集从发射区扩散至基区的电子而成(ICN)。亦有由于基区和集电区的少子漂移作用而产生的很小的反向饱和电流ICBO。,VEE,VCC,IC=ICN+ICBOICN,ICN,由于基区空穴的复合作用,集电区收集的电子数会比发射区扩散的电子数要小一些,即集电极电流IC比发射极电流IE要小一些。,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),二、晶体管的电流分配与放大作用,IE=IB+IC,由电路分析的内容可知,三个电极之间的电流关系为：,VEE,VCC,IE=IB+IC,Rb,VEE,VCC,RL,IB,发射极与基极之间为正向偏置,+,+,IE=IB+IC,集电极与基极之间为反向偏置,IC,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,三极管的三个极不管如何连接,这个关系是不会改变的。,以后画电路时三极管就不再使用结构图而用电路符号图了。,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),二、晶体管的电流分配与放大作用,系数的意义,为了表示集电极收集发射区发射电子的能力,通常使用一个常数hfb()表示,VEE,VCC,hfb=iCiE,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,iC和iE是表示通过三极管集电极和发射极电流的瞬时值.,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),系数的意义,为了表示集电极电流是基极电流的倍数,通常使用一个常数hfe()表示,VEE,VCC,hfe=iCiB,hfe()称为共发射极交流电流放大系数,二、晶体管的电流分配与放大作用,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),与之间的关系,hfb()与hfe()之间的关系,VEE,VCC,二、晶体管的电流分配与放大作用,联立下面三式可求出此关系式：iC=iBiC=iEiE=iC+iB,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,晶体管的电流分配,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),3.放大作用,二、晶体管的电流分配与放大作用,3.放大作用,共射基本放大电路的组成演示,三极管的放大作用实际上是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）转换成较大变化的信号。要使三极管有放大作用,必须与一些阻容元件按一定的方式连接成电路,称为放大电路。最基本的放大电路是共射极放大电路。,2.晶体管的电流分配,1.晶体管各PN结电压连接的一般特性,晶体管的放大作用,双极型晶体管(BJT),(1)共射电路的组成,vi,VBB,VCC,RL1K,+,+,c,e,b,输入与输出回路共用发射极，所以称为共发射极放大电路。,二、晶体管的电流分配与放大作用,=49,基极与发射极间组成输入回路,3.放大作用,(1)共射极放大电路,集电极与发射极间组成输出回路,晶体管共射极放大电路的组成,共射极电路的电压放大原理,三极管的放大作用实际上是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）转换成较大变化的信号。要使三极管有放大作用,必须与一些阻容元件按一定的方式连接成电路,称为放大电路。最基本的放大电路是共射极放大电路。,双极型晶体管(BJT),二、晶体管的电流分配与放大作用,三个交变电流,3.放大作用,(1)共射极放大电路,vi,VBB,VCC,iB=IB+iB,iC=IC+iC,vO,iE=IE+iE,+,+,+,c,e,b,RL1K,=49,共射极电路的电压放大原理,(2)共射电路的电压放大,输出电路同时产生一个变化的电流。,输入信号电压在输入回路上产生一个变化的电流。,三极管的放大作用实际上是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）转换成较大变化的信号。要使三极管有放大作用,必须与一些阻容元件按一定的方式连接成电路,称为放大电路。最基本的放大电路是共射极放大电路。,变化的电流在负载电阻上产生一个变化电压。,三极管的放大作用实际上是使微小的信号(如微小变化的电压、微小变化的电流）转换成较大变化的信号。要使三极管有放大作用,必须与一些阻容元件按一定的方式连接成电路,称为放大电路。最基本的放大电路是共射极放大电路。,双极型晶体管(BJT),二、晶体管的电流分配与放大作用,3.放大作用,(1)共射极放大电路,(2)放大作用,这个放大电路的电压放大倍数为,vi,VBB,VCC,iB=IB+iB,iC=IC+iC,vO,iE=IE+iE,+,+,+,c,e,b,(2)共射电路的电压放大,=49,RL1K,设输入信号电压变化vi=20mV,产生基极电流的变化量为iB=20A,输出电流变化量为iC=iB=4920A=980A=0.98mA,变化的电流在负载电阻上产生的电压变化量为vO=-iCRL=-0.98mA1k=-0.98V,共射极电路的电压放大原理,AV=vo/vi=-0.98V/20mV=-49,三、晶体管的特性曲线1.共射极电路的特性曲线,输入特性曲线就是研究三极管be之间输入电流IB随输入电压VBE的变化规律。,三、晶体管的特性曲线,1.共射电路的特性曲线,(1)输入特性,VBB,VCC,IB,IC,IE,+,+,c,e,b,三极管由于有三个极，放大电路由两个回路组成,所以其特性曲线有两组，一组为输入特性曲线，另一组为输出特性曲线。,VCE,VBE,共射电路输入特性曲线,共射电路输出特性曲线,双极型晶体管(BJT),(1)输入特性曲线:输入特性的意义,输入特性曲线就是研究三极管be之间输入电流IB随输入电压VBE的变化规律。,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,VBB,VCC,+,+,c,e,b,输入特性曲线的作法,IVCE=常数,VBE/V,IB/A,IB=f(VBE),此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.,1.共射电路的特性曲线,共射电路输入特性曲线,共射电路输出特性曲线,双极型晶体管(BJT),IB,IC,IE,VCE,VBE,0,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(1)输入特性曲线：vCE=0V时,先令VCC=0即VCE=0,VBB,VCC,+,+,c,e,b,令VBB从0开始增加即VBE从0开始增加。,VCE=0V,1.共射电路的特性曲线,共射电路输入特性曲线,共射电路输出特性曲线,双极型晶体管(BJT),IB,IC,IE,VBE/V,IB/A,0,VCE,VBE,输入特性曲线的作法,IVCE=常数,IB=f(VBE),此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.,VCE=0V时的输入特性曲线。,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(1)输入特性曲线：vCE=0.5V时,然后增大VCC使VCE0.5V,VBB,VCC,+,+,c,e,b,再令VBB从0开始增加即VBE从0开始增加。,VCE=0V,0.5V,VCE=0.5V,1.共射电路的特性曲线,共射电路输入特性曲线,共射电路输出特性曲线,双极型晶体管(BJT),IB,IC,IE,VBE/V,IB/A,0,VCE,VBE,输入特性曲线的作法,IVCE=常数,IB=f(VBE),此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.,VCE=0V时的输入特性曲线。,VCE=0.5V时的输入特性曲线。,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(1)输入特性曲线:vCE=1V时,继续增大VCC使VCE1V,VBB,VCC,+,+,c,e,b,再令VBB从0开始增加即VBE从0开始增加。,VCE=0V,1V,VCE=0.5V,VCE=1V,1.共射电路的特性曲线,共射电路输入特性曲线,共射电路输出特性曲线,双极型晶体管(BJT),IB,IC,IE,VBE/V,IB/A,0,VCE,VBE,输入特性曲线的作法,IVCE=常数,IB=f(VBE),此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.,VCE=1V时的输入特性曲线。,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(1)输入特性曲线:vCE1V时,VBB,VCC,+,+,c,e,b,VCE=0V,1V,VCE=0.5V,VCE=1V,1.共射电路的特性曲线,共射电路输入特性曲线,共射电路输出特性曲线,双极型晶体管(BJT),IB,IC,IE,VBE/V,IB/A,0,VCE,VBE,输入特性曲线的作法,IVCE=常数,IB=f(VBE),此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(1)输入特性曲线综述,VBB,VCC,+,+,c,e,b,1V,VCE=1V,1.共射电路的特性曲线,共射电路输入特性曲线,共射电路输出特性曲线,双极型晶体管(BJT),IB,IC,IE,VBE/V,IB/A,0,VCE,VBE,输入特性曲线的作法,VCE=常数,IB=f(VBE),此式的意义是：令三极管ce间电压VCE保持不变，研究be间电流IBE随电压VBE的变化规律.,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(2)输出特性曲线输出特性曲线的意义、画法动画显示,(2)输出特性,VBB,VCC,+,+,c,e,b,输出特性曲线的作法,IB=常数,输出特性曲线就是研究三极管ce之间集电极电流IC随ce间电压VCE的变化规律。,此式的意义是：令三极管be间电流IB保持不变，研究ce间电流IC随电压VCE的变化规律.,IC=f(VCE)|,共射电路输出特性曲线作法演示,1.共射电路的特性曲线,共射电路输出特性曲线,双极型晶体管(BJT),IB,IC,IE,VCE,VBE,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(2)输出特性,绘输出特性曲线的过程,O,先把IB调至某一固定值并保持不变。,然后再调节电源电压使VCE改变，观察IC的变化，记录下来。,某一固定IB时的输出曲线,共射电路输出特性曲线作法演示,1.共射电路的特性曲线,共射电路输出特性曲线,双极型晶体管(BJT),根据记录可绘出IC随VE变化的伏安特性曲线,此曲线称为输出特性曲线。,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(2)输出特性,绘输出特性曲线的过程,O,再把IB调至稍小的另一固定值IB1并保持不变。,仍旧调节电源电压使VCE改变，观察IC的变化,记录下来。,IB1,IB2,共射电路输出特性曲线作法演示,重复此过程可绘出一组输出特性曲线,1.共射电路的特性曲线,共射电路输出特性曲线,双极型晶体管(BJT),根据记录可绘出IC随VCE变化的另一根输出特性曲线。,某一固定IB时的输出曲线,三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(2)输出特性,输出特性曲线的特点,某一固定IB时的输出曲线,IB1,O,IB2,共射电路输出特性曲线作法演示,VCEQ,Q,ICQ,IBQ,1.共射电路的特性曲线,共射电路输出特性曲线,双极型晶体管(BJT),刚开始时,每一根输出特性曲线都很陡,表明IC随VCE的增大而急剧增大。,当VCE增至一定数值时(一般小于1V)输出特性曲线变得较为平坦段,表明IC基本不随VCE而变化。,输出特性曲线是由一簇间隔基本均匀,比较平坦的平行直线组成的，每一根曲线上的一点都对应一组IBE、VCE和IC。,双极型晶体管(BJT),三、晶体管的特性曲线,(1)输入特性,(2)输出特性,利用输出特性曲线求电流放大倍数,取任意两条曲线的平坦段，读出其基极电流之差。,hfe=,IC,IB,=,iC,iB,IB=IB1-IB2,IC,IC1,IC2,共射电路输出特性曲线作法演示,从输出特性曲线可以求出三极管的交流电流放大系数hfe()(即输出电流的变化IC量是输入电流变化量IB的多少倍)。下面介绍求的方法。,1.共射电路的特性曲线,共射电路输出特性曲线,再读出这两条曲线对应的集电极电流之差。,小结,双极型半导体器件的特点是有两种载流子（自由电子和空穴）同时参于导电。PN结是组成双极型半导体的基础。双极型晶体管是一种电流控制器件（基极电流控制集电极电流），他具有电流放大作用。晶体管有二个PN结：发射结和集电结；有三种工作状态：放大、截止和饱和。,