13双极型晶体管解析课件.ppt
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- 13 双极型 晶体管 解析 课件
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1、1.3 双极型晶体管双极型晶体管双极型晶体管是由三层杂质半导体构成双极型晶体管是由三层杂质半导体构成的器件。它有三个电极,所以又称为半导体的器件。它有三个电极,所以又称为半导体三极管三极管、晶体三极管等,以后我们统称为晶、晶体三极管等,以后我们统称为晶体管体管BJT(Bipolar Junction Transistor)。BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极B基极基极发射极发射极BCEPNP型型1.3.1 晶体管的结构和类型晶体管的结构和类型BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管BECNNP基极基极发射极发射极集电
2、极集电极基区:较薄,基区:较薄,掺杂浓度低掺杂浓度低集电区:集电区:面积较大面积较大发射区:掺发射区:掺杂浓度较高杂浓度较高BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结Je集电结集电结JcBECNNPVBBRBVCC1.3.2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用电流放大条件:电流放大条件:内部条件内部条件:发射区掺杂浓度高;基区薄;集电区面积大:发射区掺杂浓度高;基区薄;集电区面积大。外部条件外部条件:发射结正偏;集电结反偏。:发射结正偏;集电结反偏。NPN:VCVBVEPNP:VCVBVERCBECNNPVBBRBVCCIE基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散可的扩散可忽
3、略忽略IEP。IBE一、晶体管内部载流子的运动一、晶体管内部载流子的运动RC进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合,形成空穴复合,形成电流电流IBN ,多数多数扩散到集电结。扩散到集电结。发射结正偏,发射结正偏,发射区电子不发射区电子不断向基区扩散,断向基区扩散,形成发射极电形成发射极电流流IEN。BECNNPVBBRBVCCIE集电结反偏,有少集电结反偏,有少子形成的反向电流子形成的反向电流ICBO。ICBOIC=ICN+ICBO ICEIBEICNRC从基区扩散从基区扩散来的电子作来的电子作为集电结的为集电结的少子,漂移少子,漂移进入集电结进入集电结而被收集,而被收
4、集,形成形成ICN。IB=IBN+IEP-ICBO IBNIBBECNNPVBBRBVCCIEICBOICNIC=ICN+ICBO ICNIBN图图 晶体管内部载流子运动与外部电流晶体管内部载流子运动与外部电流二、晶体管的电流分配关系二、晶体管的电流分配关系外部电流关系:外部电流关系:IE=IC+IB内部:内部:CBOCNCCBOEPBNBEPCNBNEPENEIIIIIIIIIIIII在在e结正偏、结正偏、c结反偏的条件下,晶体管三个电极上的电流不结反偏的条件下,晶体管三个电极上的电流不是孤立的,它们能够反映非平衡少子在基区扩散与复合的比是孤立的,它们能够反映非平衡少子在基区扩散与复合的比例
5、关系。这一比例关系主要由基区宽度、掺杂浓度等因素决例关系。这一比例关系主要由基区宽度、掺杂浓度等因素决定,管子做好后就基本确定了。反之,一旦知道了这个比例定,管子做好后就基本确定了。反之,一旦知道了这个比例关系关系,就不难得到晶体管三个电极电流之间的关系,从而为,就不难得到晶体管三个电极电流之间的关系,从而为定量分析晶体管电路提供方便。定量分析晶体管电路提供方便。为了反映扩散到集电区的电流为了反映扩散到集电区的电流ICN与基区复与基区复合电流合电流IBN之间的比例关系之间的比例关系,定义共发射极,定义共发射极直流电流放大系数为直流电流放大系数为 CBOBCBOCBCNIIIIII其含义是:基区
6、每复合一个电子,则其含义是:基区每复合一个电子,则有有 电子扩散到集电区去。电子扩散到集电区去。值值一般在一般在20200之间。之间。确定了确定了 值之后,可得值之后,可得CEBCEOBCBOBECEOBCBOBCIIIIIIIIIIIII)1()1()1()1(式中:式中:CBOCEOII)1(称为穿透电流。因称为穿透电流。因ICBO很小,在忽略其影响时,则有很小,在忽略其影响时,则有BEBCIIII)1(CBOBCBOCBCNIIIIII为了反映扩散到集电区的电流为了反映扩散到集电区的电流ICN与射极注入电流与射极注入电流IEN的比的比例关系,定义共基极直流电流放大系数例关系,定义共基极直
7、流电流放大系数 为为ECBOCECNIIIII显然,显然,IC,UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。2饱和区饱和区 e结和结和c结均处于正偏的区域为饱和结均处于正偏的区域为饱和区。通常把区。通常把uCE=uBE(即即c结零结零偏偏)的情况称为的情况称为临界饱和,对应点的轨迹为临界饱和线。临界饱和,对应点的轨迹为临界饱和线。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBEIC,UCE 0.3V(3)截止区:截止区:UBE 死区电压,死区电压,IB=0,IC=ICEO 0 输出特性三个区域的特点输出
8、特性三个区域的特点:例:例:=50,USC=12V,RB=70k,RC=6k 当当USB=-2V,2V,5V时,时,晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区?于哪个区?当当USB=-2V时:时:ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEmA2612maxCSCCRUIIB=0,IC=0IC最大饱和电流:最大饱和电流:Q位于截止区位于截止区 ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBE例:例:=50,USC=12V,RB=70k,RC=6k 当当USB=-2V,2V,5V时,时,晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区?于哪个区?IC ICmax(=2mA),Q位于放大
9、区位于放大区。USB=2V时:时:9mA01070702.RUUIBBESBB0.95mA9mA01050.IIBCUSB=5V时时:例:例:=50,USC=12V,RB=70k,RC=6k 当当USB=-2V,2V,5V时,时,晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区?于哪个区?ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于饱和区,此时位于饱和区,此时IC 和和IB 已不是已不是 倍的关系。倍的关系。mA061070705.RUUIBBESBBcmaxBII5mA0.3mA061.050mA2cmaxcII前面的电路中,三极管的发射极是输入输出的前面的电路中,三极管的发射极
10、是输入输出的公共点,称为共射接法,相应地还有共基、共公共点,称为共射接法,相应地还有共基、共集接法。集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数:BCBOCIII_工作于动态的三极管,真正的信号是叠加在工作于动态的三极管,真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为直流上的交流信号。基极电流的变化量为 IB,相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 IC,则则交流电流放交流电流放大倍数大倍数为:为:BIIC1.电流放大倍数电流放大倍数和和 _1.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数例:例:UCE=6V时时:IB=40 A,IC=1.5 mA;IB=60 A,IC=2.3
11、mA。5.3704.05.1_BCII4004.006.05.13.2BCII在以后的计算中,一般作近似处理:在以后的计算中,一般作近似处理:=共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 和交流电流放大系数和交流电流放大系数 由于由于ICBO、ICEO都很小,在数值上都很小,在数值上 ,。所以所以在以后的计算中,不再加以区分。在以后的计算中,不再加以区分。值与测量条件有关。一般来说,在值与测量条件有关。一般来说,在iC很大或很很大或很小时,小时,值较小。只有在值较小。只有在iC不大、不小的中间值范不大、不小的中间值范围内,围内,值才比较大,且基本不随值才比较大,且基本不随iC而而变化。因此,
12、变化。因此,在查手册时应注意在查手册时应注意值的测试条件。尤其是大功率值的测试条件。尤其是大功率管更应强调这一点。管更应强调这一点。常数CBuECII2.集集-基极反向截止电流基极反向截止电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏电结反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流,受温流,受温度的变化度的变化影响。影响。BECNNPICBOICEO=IBE+ICBO IBE IBEICBO进入进入N区,区,形成形成IBE。根据放大关系,由根据放大关系,由于于IBE的存在,必有的存在,必有电流电流 IBE。集电结反集电结反偏有偏有ICBO3.集集-射极反向截止电流射极反向截止电流I
13、CEOICEO受温度影响受温度影响很大,当温度上很大,当温度上升时,升时,ICEO增加增加很快,所以很快,所以IC也也相应增加。相应增加。三极三极管的温度特性较管的温度特性较差差。4.集电极最大电流集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降,值的下降,当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为流即为ICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压U(BR)CBO指发射极开路时,集电极指发射极开路时,集电极基极间的反向击穿电压。基极间的反向击穿电压。U(BR)CEO指基极开路时,集电极指基极开路时,集电极
14、发射极间的反向击穿电压。发射极间的反向击穿电压。U(BR)CEOU(BR)CBO。手册上给出的数值是手册上给出的数值是25 C、基极开基极开路时的击穿电压路时的击穿电压U(BR)CEO。U(BR)EBO指集电极开路时,发射极指集电极开路时,发射极基极间的反向击穿电压。基极间的反向击穿电压。普通晶体管该电压值比较小,只有几伏普通晶体管该电压值比较小,只有几伏。6.集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管,流过三极管,所发出的焦耳所发出的焦耳 热为:热为:PC=ICUCE 必定导致结温必定导致结温 上升,所以上升,所以PC 有限制。有限制。PC PCMICU
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