1、5.3 晶体三极管,主要内容,分类 结构 放大原理 伏安特性曲线 含三极管电路分析,认识晶体管,一、三极管的分类：,按材料分： 硅管、锗管,按功率分： 小功率管 500 mW,按结构分： NPN、 PNP,按工作频率分： 低频管、高频管,大功率管 1 W,中功率管 0.5 1 W,二. 晶体管结构,NPN型,晶体三极管是通过特殊工艺将两个相距很近的PN 结结合在一起的器件，通常简称为晶体管，具有电流放大作用。,PNP型,为了能保证三极管具有放大特性，在制作时候应使其结构具有以下特点：, 发射区的掺杂浓度最高, 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；, 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂
2、浓度最低。,管芯结构剖面图,Exit,三极管内有两种载流子(自由电子和空穴) 参与导电，故称为双极型三极管。,三、晶体三极管的电流放大原理,2.晶体管放大的条件,内部条件：在制造晶体管时需保证其发射区掺杂浓度高；基区很薄且掺杂浓度低；集电结面积大。,外部条件：发射结正偏，集电结反偏。,1.三极管有三种连接方法：共射极连接、共集电极连接和共基极连接。,（1）因为发射结正偏，所以发射区向基区注入电子 ，形成了扩散电流IEN 。同时从基区向发射区也有空穴的扩散运动，形成的电流为IEP。但其数量小，可忽略。 所以发射极电流I E I EN 。,（2）发射区的电子注入基区后，变成了少数载流子。少部分遇到
3、的空穴复合掉，形成IBN。大部分电子到达了集电区的边缘。,3.内部的载流子传输过程：,（3）因为集电结反偏，收集扩散到集电区边缘的电子，形成电流ICN 。,（4）另外，集电结区的少子形成漂移电流ICBO。,电流分配关系：,三个电极上的电流关系:,IE =IC+IB,发射区发射的电子数目等于基区复合的电子数目与集电区收集的电子数目之和。,集电区电流IC占了发射区电流IE的绝大部分，基区电流IB只占IE的极小部分。,ICIB,三极管的电流放大特性：为三极管输入回路提供一个很小的电流IB，便可在其输出回路得到一个大电流IC。,对于一只三极管，它的基区厚度和杂质浓度已定，因此IC与IB之间保持一定的比
4、例关系，两者之比称为电流放大系数。 集电区直流电流IC与基区直流电流IB的比值称为直流放大系数：,集电区电流的变化量与基区电流的变化量的比值称为交流放大系数：,4. 电流放大系数,四、 三极管的特性曲线,iB=f(vBE) vCE=const,(2) 当vCE1V时vCB= vCE - vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。,(1) 当vCE=0V时相当于发射结的正向伏安特性曲线。,1. 输入特性曲线,vCE = 0V,(3) 输入特性曲线的三个部分,死区,线性区,非线性区,2. 输出特性曲线,iC=f(vCE) iB=const
5、,输出特性曲线的三个区域:,饱和区,截止区,放大区,1. 三极管的等效模型,当满足发射结反偏，集电结也反偏时,三极管工作在截止区，则有IB=IC=IE=0 共射输入端口和输出端口都相当于开路,当满足发射结正偏，集电结也正偏时,三极管工作在饱和区，则三极管共射输出电压UCE小于0.7V，深度饱和时为0.3V,因此在数字系统中看成是低电平。,五、 含三极管的电路分析,当满足发射结正偏，而集电结反偏时,三极管工作在放大区，此时无论共射输出端口的电压UCE为多少，IC都不会随UCE变化而变化，IC只跟IB有关，即,IC=IB,此时三极管的输出端口可等效为数值是IC的受控电流源,首先判断三极管的发射结的
6、偏置状态 如果反偏，且集电极也反偏，就按照截止时的等效电路去求解待求量。,含三级管的电路分析方法：,如果发射结是正偏的，结电压可根据材料不同做如下估算：硅三极管：UBE0.7V锗三极管：UBE0.3V根据输入回路的KVL计算基极电流IB,假设三极管工作在放大区，根据电流放大关系计算IC,IC=IB,根据输出回路的KVL计算三极管的输出电压UCE，并根据计算结果判断三极管真实的工作状态，即,UCE0.7V 放大区 UCE0.7V 饱和区,根据三极管真实的工作状态，确定相应的等效电路，计算待求量。,工作在截止区时，三极管BE端口和CE端口都开路 工作在放大区时，三极管CE端口等效为数值是IC的恒流
7、源 工作在饱和区时，三极管CE端口等效为短路（或数值为0.3V的恒压源）,【例5.9】试根据下图所示管子的对地电位，判断管子处于哪一种工作状态，是硅管还是锗管？,解： （a）npn型三极管：,发射结正偏，集电结也正偏,三极管工作在饱和状态,（b）pnp型三极管：,发射结正偏，集电结反偏,三极管工作在放大状态,根据发射结正偏电压为0.7V，可知 三极管为硅管,根据发射结正偏电压为0.3V，可知三极管为锗管,【例5.10】在如图所示的电路中，已知VCC=12V，硅三极管的 ，饱和时UCE0，电阻Rb=47k， Rc=3k,当UI= - 2VUI= +2VUI= +6V时，分别判断三极管的工作状态，并计算UCE的值。,解： UI = - 2V 时：,三极管发射结反偏，集电结也反偏,三极管工作在截止状态,此时，RC上无电流,因此：, UI = +2V 时：,再根据输出回路KVL,列输入回路KVL,则,因此,三极管发射结正偏，硅管正偏时,假设三极管工作在放大状态,可见，三极管就是工作在放大区。, UI = +6V 时：,三极管发射结正偏，硅管正偏时,假设三极管工作在放大状态,再根据输出回路KVL,列输入回路KVL,则,可见，三极管实际上工作在饱和区。,因此,139页 5.135.11,本章结束,
