三极管的结构及工作原理.ppt

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1、 5.21 三极管的结构与符号三极管的结构与符号 随着电子技术在汽车上的应用和发展，在汽车上采用的电子装置也越来越多，而这些装置又广泛采用半导体三极管组成放大电路和开关电路。这些电子电路的核心元件就是三极管 本章主要介绍三极管的特点、基本放大电路、多级放大电路。 三极管是组成各种电子电路的核心器件。通过一定的制造工艺，将两个PN结结合在一起，是三极管具有放大作用。三极管的产生使PN结的应用发生了质的飞跃。联系生活想一想o 学习目标：认识三极管的外形以及符号o 学习重点：掌握三极管符号的写法o 学习难点：三极管按结构的分类5.21 半导体三极管半导体三极管5.21 三极管的基本结构类型和符号 晶

2、体管分有晶体管分有NPN型和型和PNP型，虽然它们外形各异，品种繁型，虽然它们外形各异，品种繁多，但它们的共同特征相同：都有三个分区、两个多，但它们的共同特征相同：都有三个分区、两个PN结和三结和三个向外引出的电极：个向外引出的电极：图中箭头方向为发射极电流的方向。常见的三极管三极管的类型o 按照材料不同分为：锗管和硅管o 按内部基本结构的不同分为：NPN型和PNP型，目前我国生产的硅管多为NPN型，锗管多为PNP型。o 按工作效率可分为：高频管和低频管o 按用途不同分为：普通放大管和开关管o 按功率不同分为：小功率管和大功率管。o 1三极管按结构分为_ 和 两种类型，均具有两个PN结，即_和

3、_。o 2.三极管按照制造材料不同分为_和_。o 3.请画出两种三极管的符号。课后思考：o 汽车上哪里用到了三极管？o 由于三极管管脚排列有很多形式，在使用前应查阅晶体管器件手册或相关资料核对管脚排列。如果有些管子管脚排列不清楚，可以用万用表来判断三极管的管脚排列，切不可主观臆断，更不可凭经验，要避免装错返工。 三极管型号命名三极管型号命名 三极管的种类三极管的种类 很多，其型号很多，其型号的命名方法各的命名方法各个国家也不尽个国家也不尽相同，一般由相同，一般由 五部分组成。五部分组成。部分部分 三极管的三极管的命名见下表。命名见下表。NPN型三极管图符号型三极管图符号大功率低频三极管大功率低

4、频三极管小功率高频三极管小功率高频三极管中功率低频三极管中功率低频三极管PNP型三极管图符号型三极管图符号图中箭头方向为发射极电流的方向。5.23 三极管的电流分配关系及放大作用晶体管实现电流放大作用的(1)发射区掺杂浓度很高，以便有足够的载流子供“发射”。(2)为减少载流子在基区的复合机会，基区做得很薄，一般为几个微米，且掺杂浓度极低。(3)集电区体积较大，且为了顺利收集边缘载流子，掺杂浓度界于发射极和基极之间。 可见，三极管并非是两个PN 结的简单组合，而是利用一定的掺杂工艺制作而成。因此，绝不能用两个二极管来代替，使用时也决不允许把发射极和集电极接反。晶体管实现电流放大作用的UBBRB(

5、1)发射结必须“正向偏置”，以利于发射区电子的扩散，扩散电流即发射极电流ie，扩散电子的少数与基区空穴复合，形成基极电流ib，多数继续向集电结边缘扩散。UCCRC(2)集电结必须“反向偏置”，以利于收集扩散到集电结边的多数扩散电子，收集到集电区的电子形成集电极电流ic。IEICIB 整个过程中，发射区向基区发射的电子数等于基区复合掉的电子与集电区收集的电子数之和，即： 由于发射结处正偏，发射区的多数载流子自由电子将不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流I IE E。 由于基区很薄，且多数载流子浓度又很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少一部分和基区的空穴相复合形成基极电流I

6、IB B，剩下的绝大部分电子则都扩散到了集电结边缘。 集电结由于反偏，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流I IC C。只要符合三极管发射区高掺杂、基区掺杂浓度很低，集电区的掺杂浓度介于发射区和基区之间，且基区做得很薄的内部条件内部条件，再加上晶体管的发射结正偏、集电结反偏的外部条件外部条件，三极管就具有了放大电流的能力。 三极管的集电极电流IC稍小于IE，但远大于IB，IC与IB的比值在一定范围内基本保持不变。特别是基极电流有微小的变化时，集电极电流将发生较大的变化。例如，IB由40A增加到50A时，IC将从3.2mA增大到4mA，即：8010)4

7、050(10)2 . 34(63BCII 显然，双极型三极管具有电流放大能力。式中的值称为三极管的电流放大倍数。不同型号、不同类型和用途的三极管，值的差异较大，大多数三极管的值通常在几十至几百的范围。 由此可得：微小的基极电流IB可以控制较大的集电极电流IC，故双极型三极管属于电流控制器件。5.24双极型三极管的特性曲线 所谓伏安特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线，是三极管内部载流子运动的外部表现。从工程应用角度来看，外部特性更为重要。(1) 输入特性曲线以常用的共射极放大电路为例说明（ UCE为常数时，为常数时，IB和和UBE之间的关系）之间的关系）UCE=0VUBE /VIB / A

8、0UCE =0VUBBUCCRC+RB令令UBB从从0开始增加开始增加IBIE=IBUBE令令UCC为为0UCE=0时的输时的输入特性曲线入特性曲线UCE为为0时时UCE =0.5VUCE=0VUBE /VIB / A0UBBUCCRC+RB令令UBB重重新从新从0开开始增加始增加IBICUBE增大增大UCC让让UCE=0.5VUCE =1VUCE=0.5VUCE=0.5V的的特性曲线特性曲线继续增继续增大大UCC让让UCE=1V令令UBB重重新从新从0开开始增加始增加UCE=1VUCE=1V的的特性曲线特性曲线 继续增大UCC使UCE=1V以上的多个值，结果发现：之后的所有输入特性几乎都与U

9、CE=1V的特性相同，曲线基本不再变化。 实用中三极管的UCE值一般都超过1V，所以其输入特性通常采用UCE=1V时的曲线。从特性曲线可看出，双极型三极管的输入特性与二极管的正向特性非常相似。UCE1V的的特性曲线特性曲线(2) 输出特性曲线先把先把IB调到调到某一固定值某一固定值保持不变。保持不变。 当IB不变时，输出回路中的电流IC与管子输出端电压UCE之间的关系曲线称为输出特性。然后调节然后调节UCC使使UCE从从0增增大，观察毫安表中大，观察毫安表中IC的变的变化并记录下来。化并记录下来。UCEUBBUCCRCRBICIBUBEmA AIE 根据记录可给出IC随UCE变化的伏安特性曲线

10、，此曲线就是晶体管的输出特性曲线。IBUCE / VIC /mA0UBBUCCRCRBICIBUBEmA AIE再调节再调节IB1至至另一稍小的另一稍小的固定值上保固定值上保持不变。持不变。仍然调节仍然调节UCC使使UCE从从0增增大，继续观察毫安表中大，继续观察毫安表中IC的变化并记录下来。的变化并记录下来。UCE 根据电压、电流的记录值可绘出另一条IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线较前面的稍低些。UCE / VIC /mA0IBIB1IB2IB3IB=0 如此不断重复上述过程，我们即可得到不同基极电流IB对应相应IC、UCE数值的一组输出特性曲线。输出曲线开始部分很输出曲线开始部分很陡

11、，说明陡，说明IC随随UCE的增的增加而急剧增大。加而急剧增大。当当UCE增至一定数值时增至一定数值时(一般小于一般小于1V)，输出特性曲线变得平坦，表明，输出特性曲线变得平坦，表明IC基基本上不再随本上不再随UCE而变化。而变化。 当IB一定时，从发射区扩散到基区的电子数大致一定。当UCE超过1V以后，这些电子的绝大部分被拉入集电区而形成集电极电流IC 。之后即使UCE继续增大，集电极电流IC也不会再有明显的增加，具有恒流特性。UCE / VIC /mA020 AIB=040 A60 AIB=100 A80 A43211.52.3 当IB增大时，相应IC也增大，输出特性曲线上移， 且IC增大

12、的幅度比对应IB大得多。这一点正是晶体管的电流放大作用。从输出特性曲线可求出三极管的电流放大系数。IB=40 A取任意再两条特性曲线上的平坦段，读出其基极电流之差；再读出这两条曲线对应的集电极电流之差IC=1.3mA；IC于是我们可得到三极管的电流放大倍数：UCE / VIC /mA020 AIB=040 A60 AIB=100 A80 A43211.52.3输出特性曲线上一般可分为三个区：饱和区饱和区。当。当发射结和发射结和集电结均为正向偏置集电结均为正向偏置时，三极管处于饱和时，三极管处于饱和状态。此时集电极电状态。此时集电极电流流IC与基极电流与基极电流IB之之间不再成比例关系，间不再成

13、比例关系，IB的变化对的变化对IC的影响的影响很小。很小。截止区截止区。当基极电。当基极电流流IB等于等于0时，晶体时，晶体管处于截止状态。管处于截止状态。实际上当发射结电实际上当发射结电压处在正向死区范压处在正向死区范围时，晶体管就已围时，晶体管就已经截止，为让其可经截止，为让其可靠截止，常使靠截止，常使UBE小于和等于零。小于和等于零。 晶体管工作在放大状态时，发射结正偏，集电结反偏。在放大区，集电极电流与基极电流之间成倍的数量关系，即晶体管在放大区时具有电流放大作用。此时UCE小于UBE,规定： UCE=UBE时，为临近饱和状态，用UCES（0.3或0.1）表示，此时集电极临近饱和电流是

14、 /CSBSCCCCCESCCCSIIRVRVVI临近饱和基极电流 管子深度饱和时，硅管的VCE约为0.3V，锗管约为0.1V,由于深度饱和时VCE约等于0，晶体管在电路中犹如一个闭合的开关。UBBUCCRCRBICIBUBEmA AIE /CSBSCCCCCESCCCSIIRVRVVI临近饱和基极电流 管子处于饱和状态管子处于放大状态，CSCCSCIiIi例1: 用直流电压表测得放大电路中晶体管T1各电极的对地电位分别为V1 = +10V，V2= 0V，V3= +0.7V，如图（a）所示, T2管各电极电位V1 = +0V，V2= -0.3V，V3= -5V，如图（b）所示，试判断T1和T2

15、各是何类型、何材料的管子，x、y、z各是何电极？ 2 3 21T131T1 (a) (b)解解： 工作在放大区的工作在放大区的NPN型晶体管应满足型晶体管应满足VCVB VE ，PNP型晶体管应满足型晶体管应满足VCVBV3 V2,，所以，所以1为集电极，为集电极，2为发射极，为发射极，3为基极，满为基极，满足足VCVB VE,的关系，管子为的关系，管子为NPN型。型。（2）在图（）在图（b）中，）中，1与与2的电压为的电压为0.3V，可确定为锗管，又，可确定为锗管，又因因V3V2 V1,，所以，所以3为集电极，为集电极，1为发射极，为发射极，2为基极，满足为基极，满足VCVBICM时，晶体管

16、不一定烧时，晶体管不一定烧损，但损，但值明显下降。值明显下降。集电极最大允许功耗PCMCMP晶体管上的功晶体管上的功耗超过耗超过PCM，管，管子将损坏。子将损坏。3.极间电流指基极开路时，指基极开路时，电流。该值越小越好。电流。该值越小越好。. 集电极反向饱和电流集电极反向饱和电流ICBO,是少数载流子运动是少数载流子运动的结果，其值越小越好。的结果，其值越小越好。4.温度对晶体管参数的影响 晶体管的发射极和集晶体管的发射极和集电极是不能互换使用的电极是不能互换使用的。因为发射区和集电区。因为发射区和集电区的掺杂质浓度差别较大的掺杂质浓度差别较大，如果把两个极互换使，如果把两个极互换使用，则严重影响晶体管用，则严重影响晶体管的电流放大能力，甚至的电流放大能力，甚至造成放大能力丧失。造成放大能力丧失。晶体管的发射极晶体管的发射极和集电极能否互和集电极能否互换使用？为什么换使用？为什么? 晶体管在输出特性曲线的晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，饱和区工作时，UCEUBE，集电结也处于正偏，这时内集电结也处于正偏，这时内电场被大大削弱，因此极不电场被大大削弱，因此极不利于集电区收集从发射区