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半导体三极管

第 2 章. 半导体三极管. ( Semiconductor Transistor ). 2.1 　双极型 三极管. 2.1.1 BJT 的结构. 2.1.2 BJT 的电流分配与放大原理. 2.1.3 BJT 的特性曲线. 2.1.4 BJT 的使用常识. C. N. P. P. B. N. N. P. E. C. C. B. B. E. E. 2.1.1 BJT 的结构. 一、结构、符号和分类. c ollector. 分类： 按材料分： 硅管、锗管 按结构分： NPN 、 PNP 按使用频率分：

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Presentation Transcript

  1. 第2章 半导体三极管 (Semiconductor Transistor) 2.1　双极型三极管 2.1.1BJT 的结构 2.1.2BJT 的电流分配与放大原理 2.1.3BJT 的特性曲线 2.1.4BJT 的使用常识

  2. C N P P B N N P E C C B B E E 2.1.1 BJT的结构 一、结构、符号和分类 collector 分类： 按材料分： 硅管、锗管 按结构分： NPN、 PNP 按使用频率分： 低频管、高频管 按功率分： 小功率管 < 500 mW 中功率管 0.5 1 W 大功率管 > 1 W 集电极 C 集电区 集电结 基极 B 基 区 发射结 base 发射区 发射极 E emitter NPN 型 PNP 型

  3. E E C B B C E C E C B B BJT 外形和引脚 C B E

  4. IC IC c IB c IB b b + UCE  Rc + UCE  Rc + UBE  + UBE  Rb Rb e e VCC VCC VBB IE VBB IE 2.1.2 BJT 的电流分配和放大原理 一、BJT 处于放大状态的条件 发射结正偏: UC > UB > UE 集电结反偏: UC < UB <UE 发射区掺杂浓度高 基区薄且掺杂浓度低 集电结面积大 内部 条件 外部 条件 NPN PNP 输入回路 输入回路 BJT与电源连接方式

  5. c b 输出 e 输入 e b 输出 输入 c e c 输入 输出 b 2. 满足放大条件的三种电路 共发射极 共集电极 共基极

  6. BJT载流子运动过程 二、 BJT的载流子的传输过程 1)发射区向基区注入多子电子， 形成发射极电流IE。 IC I CN ICBO 2)电子到达基区后 (基区空穴运动因浓度低而忽略) IB 多数向 BC 结方向扩散形成 ICN。 少数与空穴复合，形成 IBN 。 基极电源提供(IB) 基区空 穴来源 I BN 集电区少子漂移(ICBO) IE IBN IB + ICBO 即： IB = IBN–ICBO 3)集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流 IC I C = ICN + ICBO

  7. 三、BJT 的电流分配关系 IB =IBNICBO IC=ICN+ICBO 　　当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即： 穿透电流 IE = IC + IB

  8. IC c IB + UCE  b Rc + UBE  +  Rb e UI VCC IE VBB 三、BJT 的放大作用 +IC +IB >> 1 UCE +IE 电压放大倍数: IC = IB IE =IC +IB = (1+ )IB UCE =–UR =–IC RC

  9. IC c IB + UCE  b Rc + UBE  Rb e VCC IE VBB 例 2.1.1输入电压UI =30mV, 引起 IB =30A,设=40， RC =1k，求 IC、Au。 IC = IB 解： =4030A =1.2 mA =1.2 mA1k = 1.2 V UO = UCE =–IC RC

  10. +VCC Rb Rc C2 C1 + uCE  + + uo  + uBE  + ui  RL Rb iB Rb + uBE  +  VCC VCC O 2.1.3 BJT 的特性曲线 iC 一、共发射极输入特性 iB 输出 回路 输入 回路 iE 与二极管特性相似 特性右移(因集电结开始吸引电子) 特性基本重合(电流分配关系确定) 硅管： (0.6  0.8) V 取 0.7 V 导通电压uBE 锗管：(0.2  0.3) V 取 0.2 V

  11. iC/ mA 4 3 2 1 50 µA 40 µA 30 µA 20 µA 10 µA IB = 0 uCE/V O 2 4 6 8 二、共发射极输出特性 水平部分为何略上翘？ 由于uCE增大时，集电结空间电荷区变宽，基区变窄，使载流子在基区复合的机会减小，即电流放大系数增大，称基区宽度调制效应。 ICEO

  12. iB /µA iC/ mA 4 3 2 1 80 60 40 20 80 µA 60 µA 40 µA 20 µA IB = 0 O –uCE/V O 2 4 6 8 0.1 0.2 0.3 0.4 – uBE/V 三、PNP型 BJT共发射极特性曲线 输入特性 输出特性

  13. c c + UCE  + UCE  b b Rc Rc + UBE  + UBE  Rb Rb e e VCC VCC VBB VBB [例 2.1.2]（教材例 2.1.1 ）已知放大电路中三个极的电位分别为：U1 =–4V, U2 =–1.2V， U3 =–1.4V，判断BJT类型、制造材料及电极。 NPN管 UC > UB > UE PNP管 UC < UB <UE [解] 硅管：UBE = 0.7 V；锗管：UBE = – 0.2 V 本例中：U1 < U3 < U2 且： U3 –U2= –1.4V–(– 1.2V) = – 0.2V ，脚为 c极 则：为锗材料 PNP管，脚为b极，脚为e极

  14. 2.1.4 BJT 的使用常识 一、BJT的型号 国标GB249规定： 第一部分 第二部分 第三部分 第四部分 第五部分 阿拉伯数字表示器件电极数 字母 (汉拼)表示器件材料和极性 字母 (汉拼)表示器件类型 阿拉伯数字表示器件 序号 字母 (汉拼)表示 规格号 如硅NPN型高频小功率管 3D G 110A 三极管 NPN 型 硅 高频小功率 序号 规格号

  15. iC/ mA 100 µA 80 µA 60 µA 40 µA 20 µA IB = 0 4 3 2 1 uCE O 2 4 6 8 二、BJT的主要参数 1. 电流放大系数 (1) 共发射极直流电流放大系数 (HFE) Q (2) 共发射极直流电流放大系数(hFE) 一般为几十  几百 大小相近 可以混用 表2.1.1 3DG100 三极管  值的分挡标志

  16. ICBO c A b VCC e c b A ICEO VCC e 2. 极间反向饱和电流 (1) 集电极 – 基极反向饱和电流 ICBO (2) 集电极 - 发射极反向饱和电流 ICEO ICEO =（1+ ）ICBO

  17. iC ICM 安 全 工 作 区 PCM ICEO uCE O U(BR)CEO BJT的主要极限参数 已知: ICM = 20 mA, PCM= 100 mW， U(BR)CEO = 20 V， 当 UCE=10 V ，IC <mA 当 UCE=1 V， IC <mA 当 IC=2 mA， UCE <V 10 20 20 1. ICM— 集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。 2. PCM — 集电极最大允许功率损耗 PC = iC uCE。 3. U(BR)CEO— 基极开路时 C、E 极间反向击穿电压。 U(BR)CBO— 发射极开路时 C、B 极间反向击穿电压。 U(BR)EBO— 集电极极开路时 E、B 极间反向击穿电压。 > U(BR)CEO > U(BR)EBO U(BR)CBO

  18. 三、BJT 的选管原则 1. 使用时不能超过极限参数（ICM , PCM ,U(BR)CEO ）。 2. 工作在高频条件下应选用高频或超高频管; 工作在开关条件下应选用速度足够高的开关管。 3. 要求反向电流小、允许结温高且温变大时，选硅管; 要求导通电压低时选锗管。 4. 同型号管，优先选用反向电流小的 。值不宜过大， 一般以几十 ~ 一百左右为宜。（进口小功率管较大，如9013、9014等 在200以上）

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