1、三極管教學課件第1頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日半導體三極管的分類：按材料分： 硅管、鍺管按功率分： 小功率管 1 W中功率管 0.5 1 W按結構和材料共有4種組合第2頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日1.3.2 半導體三極管的工作原理工作狀態發射結電壓集電結電壓放大正向反向截止反向反向飽和正向正向倒置反向正向半導體半導體三極管有共有四種工作狀態：第3頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日三極管的電流放大條件內部：發射區高摻雜，基區很薄，集電結面積大外部：發射結正偏，集電結反偏1. 工作于放大狀態的半導體三極管第4頁，共48頁，20

2、22年，5月20日，0點6分，星期日發射結正偏集電結反偏UBB RB UCC RC外電場方向ebc三極管的電流放大條件內部：發射區高摻雜，基區很薄，集電結面積大外部：發射結正偏，集電結反偏NNP第5頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日UBB RB UCC RC1、發射區的電子大量地擴散注入到基區，基區空穴的擴散可忽略。 ebcIE發射結正偏集電結反偏外電場方向NNP第6頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日UBB RB UCC RC1、發射區的電子大量地擴散注入到基區，基區空穴的擴散可忽略。2、電子擴散的同時，在基區將與空穴相遇產生復合。由于基區空穴濃度低，且

3、基區做得很薄，因此，復合的電子是極少數。3、絕大多數到基區的電子均能擴散到集電結處，并在集電結電場作用下到達集電區。4、因集電結反偏，集電區和基區中少子在結電場作用下漂移，形成很小的且與集電結的反偏壓無關的反向飽和電流。 ebcIEIBIC發射結正偏集電結反偏外電場方向NNPICBO1、大量電子N2通過很薄的基極被集電極吸收，少量電子N1在基極與空穴復合。N2和N1的比例由三極管內部結構決定。在不考慮ICBO時： IC/IB=N2/N1=2、以上公式是右方電路滿足發射結正偏、集電結反偏時得到的，一旦外界條件改變到不再滿足這兩個條件，則以上公式不再成立。第7頁，共48頁，2022年，5月20日，

4、0點6分，星期日電流分配關系第8頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日電壓分配關系UBE正向導通:硅管大約0.7V鍺管大約0.2VUCE=UCC-IC*RcUCC-IB*Rc第9頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日三極管的放大原理歸結為：內部機制：發射區高摻雜，基區很薄，集電結面積大外部條件：發射結正偏，集電結反偏載流子傳輸： 發射區向基區提供載流子基區傳送和控制載流子集電區收集載流子 很小的IB控制 ICIC = IB基極電流和集電極電流除直流分量外還有交流分量，且iC = iB。放大電路是在ui的作用下，改變iB，并通過iB控制直流電源供給集電極電流iC，

5、使其產生相應的交流分量，并在足夠大的RC上形成較大的電壓降，就有了可供輸出的經放大的交流電壓uo。第10頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日工作狀態發射結電壓集電結電壓放大正向反向截止反向反向飽和正向正向倒置反向正向由放大狀態進入截止狀態的臨界情況是發射結電壓為零，此時基區的反向電流分別流入發射極和集電極。2. 工作于截止狀態的半導體三極管第11頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日工作狀態發射結電壓集電結電壓放大正向反向截止反向反向飽和正向正向倒置反向正向放大狀態時有：IC=IB+ICEOIBUCE=UCC-IC*Rc減小Rb，IB增大；IC增大，UCE減小

6、集電結反偏電壓減小。3. 工作于飽和狀態的半導體三極管 飽和后，UCE0, IC=(UCC-UCES)/Rc ICUCC/Rc 飽和條件： IBIC/IB(UCC-UCES)/RcUCC/( Rc）三極管飽和時的管壓降UCE被稱作為三極管的飽和壓降UCES第12頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日工作狀態發射結電壓集電結電壓放大正向反向截止反向反向飽和正向正向倒置反向正向4. 工作于倒置狀態的半導體三極管放大倒置由于內部結構原因，集電區摻雜的濃度低，正偏的集電區不能提供大量的電子發射，發射結也不能有效收集電子，所以倒置狀態電流放大倍數很小，不采用。第13頁，共48頁，2022

7、年，5月20日，0點6分，星期日工作狀態發射結電壓集電結電壓放大正向反向截止反向反向飽和正向正向倒置反向正向NPN型PNP型cbebce判斷放大狀態時的引腳UCUBUEUCUBUEUBUCUEUCUBUBUE PNP: UEUBUCSi: UBE=0.7VGe: UBE=0.2Vcbecbecbebcecbe第18頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日1、無正向導通電壓的處在截止狀態由引腳電壓判斷三極管管腳和工作狀態工作狀態發射結電壓集電結電壓放大正向反向截止 反向反向飽和正向正向例1-5 NPN: (3)2V, 5V, 1V1V2V5V例1-5 NPN: (1) 1V,0.3

8、V,3V (2) 0.3V,0.3V,1V (3)2V,5V,1V PNP: (1) -0.2V,0V,0V (2) -3V,-0.2V,0V (3)1V,1.2V,-2V第19頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日2、根據三個電位的集中程度判斷是否飽和例1-5 NPN: (1) 1V,0.3V,3V (2) 0.3V,0.3V,1V (3)2V,5V,1V PNP: (1) -0.2V,0V,0V (2) -3V,-0.2V,0V (3)1V,1.2V,-2V由引腳電壓判斷三極管管腳和工作狀態工作狀態發射結電壓集電結電壓放大正向反向截止 反向反向飽和正向正向1、無正向導通電壓

9、的處在截止狀態第20頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日2、根據三個電位的集中程度判斷是否飽和3、如果飽和則先判斷基極，再判斷集電極和發射極由引腳電壓判斷三極管管腳和工作狀態工作狀態發射結電壓集電結電壓放大正向反向截止 反向反向飽和正向正向1、無正向導通電壓的處在截止狀態例1-5 NPN:(2) 0.3V,0.3V,1V PNP: (1) -0.2V,0V,0V-0.2V0V-0.05V1V0.3V0.35VNPN: 0.35V,0.3V,1V PNP: -0.2V,0V,-0.05V第21頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日由引腳電壓判斷三極管管腳和工作狀

10、態工作狀態發射結電壓集電結電壓放大正向反向截止 反向反向飽和正向正向例1-5 NPN: (1) 1V,0.3V,3V (2) 0.3V,0.3V,1V (3)2V,5V,1V PNP: (1) -0.2V,0V,0V (2) -3V,-0.2V,0V (3)1V,1.2V,-2V1、無正向導通電壓的處在截止狀態2、根據三個電位的集中程度判斷是否飽和3、如果飽和則先判斷基極，再判斷集電極和發射極4、不飽和則看有沒有兩個電壓差為正向導通電壓第22頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日由引腳電壓判斷三極管管腳和工作狀態工作狀態發射結電壓集電結電壓放大正向反向截止 反向反向飽和正向正向

11、例1-5 NPN: (1) 1V,0.3V, 3V B E C PNP: (2) -3V,-0.2V,0V C B E (3)1V, 1.2V, -2V B E C1、無正向導通電壓的處在截止狀態2、根據三個電位的集中程度判斷是否飽和3、如果飽和則先判斷基極，再判斷集電極和發射極4、不飽和則看有沒有兩個電壓差為正向導通電壓5、有正向導通電壓一般按放大狀態去判斷討論：P40 題1-18，1-20第23頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日圖1-33，1-36三極管狀態電流判斷條件說明放大、飽和放大狀態時：IC=(UCC-UCE) / RC=IB IC隨著IB的增大而增大飽和狀態時

12、：IC=（UCC-UCES) / RC IC受外電路限制不再隨IB變化。三極管飽和壓降UCES硅0.7V,鍺IC/時，三極管處于 飽和狀態（3）當IB=IC=0時，三極管處于放大狀態2、當只有IB已知時：（1）當0IBIBS時，三極管處于飽和狀態3、當只有IC已知時：（1）當UCE=UCC-ICRCUCES時，三極管處于放大狀態（2）當0UCEUCES時，三極管處于飽和狀態硅0.7V鍺0.2V三極管狀態電流判斷條件說明第25頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日UccRccbeUbbRbReUCE射極無電阻時：UCE=UCC-ICRC射極有電阻時：UCE=UCC-ICRC-IE

13、RE UCC-IC(RC+RE)則此時的IBS=(UCC-UCES)/(RC+RE)UCC/(RC+RE)三極管狀態電流判斷條件說明思考：射極加上電阻后的IBS變化嗎？如變化如何變化？第26頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日例2. NPN型接法如下。UBE=0.7V，分析電路中三極管處于何種工作狀態Rb+UccRccbe（a）Rb=100k, Rc=2k,=40, Ucc=5V因為IBIBS，所以三極管處在飽和狀態第28頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日例2. NPN型接法如下。UBE=0.7V，分析電路中三極管處于何種工作狀態（c）Rb=30k, Rc

14、=2.5k, =35, Ucc=5V,Ui=0V或3VUi=3V，IBIBS，故三極管處在飽和狀態Ui=0V，發射結無正偏，故三極管截止Ui=3VRb+UccRccbeUi第29頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日1.3.3 半導體三極管的基本組態和特性曲線共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示。共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示；共發射極接法，發射極作為公共電極，用CE表示；BJT的三種組態第30頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日三極管共射輸入特性曲線研究共射電路輸入端IB和UBE的關系。一般來說， IB和UBE的關系就是一個PN結的特性曲線

15、關系。UCE=0V時，三極管飽和，IB較大。UCE1V時，三極管放大狀態，IB比飽和狀態稍少，以后隨著UCE增大，IB增大不明顯。uCE =0VIB(A)uBE(V)204060800.40.8uCE 1V1. 共發射極輸入特性曲線第31頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日截止區：發射結反偏，集電結反偏。IB=0 , uBEuBE。IB=020A40A60A80A100AUCE(V)369121234IC(mA )2. 共發射極輸出特性曲線放大區：發射結正偏，集電結反偏。uBE0且uCEuBE。IC=IB，0IB 0 ，uCEuBE。ICIB。IB IBS第32頁，共48頁，

16、2022年，5月20日，0點6分，星期日1.3.4 半導體三極管的主要電參數1. 直流參數共射直流放大系數共基直流放大系數極間反向電流ICBO：發射極開路，集電結的反向飽和電流ICEO：基極開路，集電極與發射極間穿透電流2. 交流參數共射交流放大系數共基交流放大系數第33頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日3. 極限參數極間反向擊穿電壓U(BR) EBO ， U(BR) CBO ，U(BR)CEO最大集電極耗散功率PCM=iCuce最大集電極電流ICM，即使 值明顯減小的iC第34頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日例1-6 某三極管的極限參數PCM=150

17、mW，ICM=100mA，UBRCEO=30V。問：（1）若工作電壓UCE=10V，求工作電流IC的最大值？（2）若工作電壓UCE=1V，求IC的最大值？（3）若工作電流IC=1mA，求工作電壓UCE最大值？解：三極管的三個極限參數在使用中均不能超過。（1）因為PCM=ICUCE=150mW，當UCE=10V時，IC=15mA即為此時所允許的最大值。（2）當UCE=10V時，僅從功率的角度考慮，工作電流可達IC=150mA 。但考慮極限參數，故IC=100mA即為此時所允許的最大值。（3）當IC=1mA時，僅從功率的角度考慮，可有UCE=150V 。但考慮到UBRCEO參數，故UCE=30V即

18、為此時所允許的最大值。第35頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日1.3 半導體三極管結構放大、飽和、截止的三種工作狀態電流放大原理三種組態共射組態的輸入和輸出特性曲線工作狀態的判定思考 習題18、20第36頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日第1章 半導體器件1.1 半導體器件的基礎知識1.2 半導體二極管1.3 半導體三極管1.4 場效應管第37頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日場效應晶體三極管簡稱場效應管（FET）： 場效應管分為：結型場效應管（JFET）和絕緣柵型場效應管（IGFET）。是一種通過改變半導體內的電場實現電流控制作用的

19、半導體器件。它除了具有與雙極型晶體管相同的體積小、重量輕、壽命長等特點外，還具有輸入阻抗高（1071015）、噪聲低、溫度穩定好、抗輻射能力強、工藝簡單等優點，特別適用于制造大規模和超大規模集成電路。1.4 場效應管第38頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日場效應管和雙極型晶體管的重要區別是： 雙極型晶體管是通過基極或發射極電流實現對集電極電流的控制，參與導電的有兩種載流子即多數載流子和少數載流子所以叫做“電流控制型”器件或“雙極型”器件。而場效應管是靠電場效應控制漏極電流的，所以輸入端只需電壓，且參與導電的只有一種載流子即多數載流子，因此場效應管也叫“電壓控制型”器件或“單

20、極型”器件。第39頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日1.4.1 結型場效應管1. 結構三個電極源極和漏極形成溝道柵極控制溝道導通符號中的箭頭方向表示什么？圖1-41 N溝道結型場效應管圖1-42 P溝道結型場效應管 第40頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日gdsN2. 工作原理漏極和源極接通UDS=0UGS使PN結反偏UGS=0隨著UGS絕對值逐漸增加：溝道由寬逐漸變窄，最后夾斷。Ugs對導電溝道的影響uGSiDPP第41頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日gdsN2. 工作原理UGS使PN結反偏漏、源極加固定電壓UDSUGS=0隨著U

21、GS絕對值逐漸增加：溝道由寬逐漸變窄，最后夾斷。Ugs對導電溝道的影響uGSiDUDS=10VIDSSIDUGS(off)轉移特性曲線PP第42頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日2. 工作原理特點（電路與三極管對比）：UGS使JFET柵極與溝道間的PN結反偏，因此iG0，輸入電阻很高。FET用輸入電壓（利用電場效應）控制漏極電流，是電壓控制電流器件。溝道中僅一種類型的多子參與導電，受溫度影響小。所以場效應管也稱為單極型三極管。uGSiDUDS=10VIDSSUGS(off)轉移特性曲線第43頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日3. 特性曲線2. 轉移特性 1. 輸出特性 飽和漏極電流夾斷電壓VP恒流放大區可變電阻區截止區擊穿區與三極管對比：1、各特性曲線反映的內容2、公式反映的實質3、輸出特性曲線的幾個區間 第44頁，共48頁，2022年，5月20日，0點6分，星期日 絕緣柵場效應管的