1、第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ) 第一節(jié)第一節(jié) 半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管 董紅忠第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)為什么要學(xué)習(xí)半導(dǎo)體三極管？為什么要學(xué)習(xí)半導(dǎo)體三極管？先看幾個(gè)電路左圖是兩級(jí)放大電路，第一級(jí)的三極管T1使電流和電壓放大；第二級(jí)的T2 完成電流放大任務(wù)，同時(shí)具有阻抗變換功能，以提高驅(qū)動(dòng)負(fù)載的能力。第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)下面是擴(kuò)音機(jī)電路圖下面是擴(kuò)音機(jī)電路圖圖中有六個(gè)三極管T1T6共同作用，完成音頻信號(hào)的低失真放大。三極管的作用是什么？你明白了嗎？第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)三極管的作用三極管的作用三極管對(duì)信號(hào)進(jìn)行不失真或低失真的放大。“放大信號(hào)”是它的基本功能。三

2、極管三極管在模擬電子系統(tǒng)中居于核心地位，是系統(tǒng)的“心臟”。由此可見(jiàn)：第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容 第一部分 半導(dǎo)體三極管的基本結(jié)構(gòu) 第二部分 半導(dǎo)體三極管的放大原理 第三部分 半導(dǎo)體三極管的特性曲線 第四部分 半導(dǎo)體三極管的重要參數(shù)第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)一一. . 三極管的基本結(jié)構(gòu)三極管的基本結(jié)構(gòu) 三極管最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)有平面型和合金型兩種。平面型都是硅管、合金型主要是鍺管。它們都具有NPN或PNP的三層兩結(jié)三層兩結(jié)的結(jié)構(gòu)，因而又有NPN和PNP兩類(lèi)晶體管。 其三層分別稱(chēng)為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，并引出發(fā)射極發(fā)射極(E)、基極基極(B)和集電極集電極(C)三個(gè)電極。

3、三層之間的兩個(gè)PN結(jié)結(jié)分別稱(chēng)為發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)集電結(jié)。第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)N型硅型硅P型型N型型二氧化硅保護(hù)膜CBEN型鍺銦球銦球P型P型CEB平面型結(jié)構(gòu)合金型結(jié)構(gòu)NNP發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)EBCNPP發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)基區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)EBCBECBEC第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)二二.三極管的電流分配與放大作用NPN型和PNP型三極管的工作原理相似，本節(jié)只討論前者。如圖，對(duì)NPN型晶體管加EB和EC兩個(gè)電源，接成共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法構(gòu)成兩個(gè)回路。通過(guò)實(shí)驗(yàn)及測(cè)量結(jié)果，得通過(guò)實(shí)驗(yàn)及測(cè)量結(jié)果，得：(1). BCE

4、III(2). IC(或IE)比IB大得多，(如表中第三、四列數(shù)據(jù))5.3704.050.1BCII3.3806.030.2IIBCIB(mA) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10IC(mA) 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95IE(mA) 0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)4002. 080. 004. 006. 050. 130. 2IIBC(4). 要使晶體管起放大作用，發(fā)射結(jié)必須正向偏置、集電結(jié)必須反向偏置具有放大作用的外具有放大作用的外部條件部條件。這就是晶體管的電流放大作用，IB

5、的微小變化可以引起IC的較大變化(第三列與第四列的電流增量比)。 IB(mA) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10IC(mA) 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95IE(mA) 0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05(3). 當(dāng)IB=0(基極開(kāi)路)時(shí)，也很小(約為1微安以下)。第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子電流放大作用原理 內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律發(fā)射結(jié)處于正向偏置，摻雜濃度較高的發(fā)射區(qū)向基區(qū)進(jìn)行多子擴(kuò)散。放大作用的內(nèi)部條件放大作用的內(nèi)部條件： 基區(qū)很薄且摻雜濃度很低。2、電子在基區(qū)的擴(kuò)散

6、和復(fù)合電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合基區(qū)厚度很小，電子在基區(qū)繼續(xù)向集電結(jié)擴(kuò)散。（但有少部分與空穴復(fù)合而形成IBE IB）第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)3、集電區(qū)收集擴(kuò)散電子集電區(qū)收集擴(kuò)散電子集電結(jié)為反向偏置使內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，對(duì)從基區(qū)擴(kuò)散進(jìn)入集電結(jié)的電子具有加速作用而把電子收集到集電區(qū)，形成集電極電流(ICE IC)。由電流分配關(guān)系示意圖可知發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入的電子電流IE將分成兩部分ICE和IBE，它們的比值為BCCBOBCBOCBECEIIIIIIII它表示晶體管的電流放大能力，稱(chēng)為電流放大系數(shù)。第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ) 在晶體管中，不僅IC比IB大很多；當(dāng)IB有微小變化時(shí)還會(huì)引起IC

7、的較大變化。根據(jù)晶體管放大的外部條件，發(fā)射結(jié)必須正向偏置，集電結(jié)必須反向偏置。則對(duì)于NPN型晶體管0BEU0CEU且BECEUU對(duì)于PNP型晶體管0BEU0CEU且BECEUU第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)三三. . 三極管的三極管的 特性曲線特性曲線 晶體管的特性曲線是表示一只晶體管各電極電壓與電流之間關(guān)系的曲線。是應(yīng)用晶體管和分析放大電路的重要依據(jù)。最常用的是共發(fā)射極共發(fā)射極接法的輸入特性曲線輸入特性曲線和輸出輸出特性曲線，特性曲線，實(shí)驗(yàn)測(cè)繪是得到特性曲線的方法之一。特性曲線的測(cè)量電路見(jiàn)右圖。AVmAVECRBIBUCEUBEICEB用晶體管特性圖示儀也可直接測(cè)量及顯示晶體管的各個(gè)特性

8、曲特性曲線。線。第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)1. 輸入特性曲線輸入特性曲線輸入特性曲線當(dāng)UCE為常數(shù)時(shí)的IB與UBE之間的關(guān)系曲線。(參見(jiàn)右圖)00.4200.8406080UBE(V)IB(A)UCE1V3DG6三極管的輸入特性曲線對(duì)硅管來(lái)說(shuō)，當(dāng) UCE 1V時(shí)，集電結(jié)已處于反向偏置，發(fā)射結(jié)正向偏置所形成電流的絕大部分將形成集電極電流，但I(xiàn)B與UBE的關(guān)系依然與PN結(jié)的正向類(lèi)似。(當(dāng)UCE更小， IB才會(huì)明顯增加)硅管的死區(qū)電壓為0.5V，鍺管的死區(qū)電壓不超過(guò)0.2V。放大狀態(tài)時(shí)，硅NPN管UBE=0.60.7V；鍺PNP管UBE = 0.2 0.3V。第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基

9、礎(chǔ)2. 輸出特性曲線 輸出特性曲線是在IB為常數(shù)時(shí)，IC與UCE之間的關(guān)系曲線。在不同的IB下，可得到不同的曲線，即晶體管的輸出特性曲線是一組曲線(見(jiàn)下圖)。當(dāng)IB一定時(shí)，UCE超過(guò)約1V以后就將形成IC，當(dāng)UCE繼續(xù)增加時(shí)， IC 的增加將不再明顯。這是晶體管的恒流特性。當(dāng)IB增加時(shí)，相應(yīng)的IC也增加，曲線上移，而且IC比IB 增加得更明顯。這是晶體管的電流放大作用。第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)通常將晶體管的輸出特性曲線分為三個(gè)工作區(qū)：通常將晶體管的輸出特性曲線分為三個(gè)工作區(qū)：(1) 放大區(qū)放大區(qū)特性曲線進(jìn)于水平的區(qū)域。在放大區(qū)BCII也稱(chēng)線性區(qū)。此時(shí)發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。(

10、2) 截止區(qū)截止區(qū)IB=0曲線以下的區(qū)域。 IB=0時(shí)IC= ICEO。對(duì)于硅管當(dāng)UBE 0.5V時(shí)即開(kāi)始截止。為了可靠截止常使UBE0。即截止時(shí)兩個(gè)PN結(jié)都反向偏置。第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ) (3) 飽和區(qū)飽和區(qū)當(dāng)當(dāng)UCE U(BR)CEO時(shí)，ICEO突變，晶體管會(huì)被擊穿損壞。6. 集電極最大允許耗散功率 PCMIC流經(jīng)集電結(jié)時(shí)將產(chǎn)生熱量使結(jié)溫上升，從而引起晶體管參數(shù)的變化。在參數(shù)變化不超過(guò)允許值時(shí)集電極所消耗的功率稱(chēng)為PCM。因此PCM主要受結(jié)溫T j制約。第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)想一想想一想 截止區(qū)的含義是什么？ 為什么三極管不能完全被截止？ 原來(lái)，三極管的反向電流ICBO、ICEO是癥結(jié)所在， ICBO和ICEO是制約三極管性能的主要因素。第三章 半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ)練一練練一練 有兩個(gè)三極管，其中一個(gè)管子的 =150，I ICEO=200A，一個(gè)管子的 =150，I ICEO =10 A，其他參數(shù)一樣，你選擇哪個(gè)管子？為什么？ 答案：應(yīng)選第二個(gè)三極管。因?yàn)榈谝粋€(gè)三極管的I ICEO太大，影響工作穩(wěn)定性，會(huì)出現(xiàn)較大的信號(hào)失真；第二個(gè)三極管I ICEO小，信號(hào)失真度低，這是優(yōu)點(diǎn)，其電流放大倍數(shù)較小的缺陷可以通過(guò)多級(jí)放大來(lái)彌補(bǔ)。第三章 半導(dǎo)體三極