第02章晶体三极管已修改课件.ppt
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- 02 晶体三极管 修改 课件
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1、第第02章晶体三极管已修改章晶体三极管已修改2023-2-152N+NP集电结集电结Jc发射结发射结JeP+NP三极管内部结构特点三极管内部结构特点:发射区高掺杂发射区高掺杂;基区很薄基区很薄;集电结面积大。集电结面积大。2.0 概概 述:述:2023-2-153 除了发射极上的箭头方向不同外,其他都相同,除了发射极上的箭头方向不同外,其他都相同,但箭头方向都是由但箭头方向都是由P P指向指向N N,即,即PNPN结的正向电流方向。结的正向电流方向。2.0 概概 述:述:2023-2-154发射结发射结正正偏,集电结偏,集电结反反偏:偏:放大模式放大模式发射结发射结正正偏,集电结偏,集电结正正
2、偏:偏:饱和模式饱和模式发射结发射结反反偏,集电结偏,集电结反反偏:偏:截止模式截止模式(最常用)(最常用)(用于开关电路中)(用于开关电路中)2.0 概概 述:述:放大模式放大模式截止模式截止模式放大模式放大模式+5V+0.7V0V+12V+2V+12V 0V-5.3V-6V-5V-5.7V-5.3V饱和模式饱和模式N NP PN NP PN NP PN NP PN NN NP PN N2023-2-155eb 基区:减少基区向发射区发射的多子,提高发射效基区:减少基区向发射区发射的多子,提高发射效率。率。基区的作用:基区的作用:将发射到基区的多子,自发射结传输到集电结边界。将发射到基区的多
3、子,自发射结传输到集电结边界。基区很薄:可减少多子传输过程中在基区的复合机会,保证绝大部分基区很薄:可减少多子传输过程中在基区的复合机会,保证绝大部分载流子扩散到集电结边界。载流子扩散到集电结边界。集电结反偏、且集电结面积大:集电结反偏、且集电结面积大:保证扩散到集电结边界的载流子全部漂保证扩散到集电结边界的载流子全部漂移到集电区,形成受控的集电极电流。移到集电区,形成受控的集电极电流。IEnIBpICBOIBnICnIEICIB2.1.1 放大模式下晶体三极管的工作原理:放大模式下晶体三极管的工作原理:2023-2-1510注意:注意:NPN型管与型管与PNP型管工作原理相似,但由于它们型管
4、工作原理相似,但由于它们形成电流的载流子性质不同,结果导致各极电流方向相形成电流的载流子性质不同,结果导致各极电流方向相反,加在各极上的电压极性相反。反,加在各极上的电压极性相反。V1PNN+V2-+-+-+-+IEICIBNPP+V2V1+-+-IEICIB2.1.1 放大模式下晶体三极管的工作原理:放大模式下晶体三极管的工作原理:2023-2-1511q 观察输入信号作用在那个电极上,输出信号从那观察输入信号作用在那个电极上,输出信号从那个电极取出,此外的另一个电极即为组态形式。个电极取出,此外的另一个电极即为组态形式。三极管的三种连接方式三极管的三种连接方式三种组态三种组态BCEBTIC
5、IEECBETICIBCEBCTIEIB(共发射极)(共发射极)(共基极)(共基极)(共集电极)(共集电极)q 放大电路的组态是针对交流信号而言的。放大电路的组态是针对交流信号而言的。2023-2-1512 共基极直流电流传输方程共基极直流电流传输方程BCEBTICIE共基极直流电流传输系数:共基极直流电流传输系数:ECECBOCEnCnIIIIIII直流电流传输方程:直流电流传输方程:CECBOIII 共发射极直流电流传输方程共发射极直流电流传输方程ECBETICIB1CBOCEO)1(IICBCEOIII直流电流传输方程:直流电流传输方程:其中:其中:CBEIIICBOECIII2023-
6、2-1513 的物理含义:的物理含义:ECnECn/1/1IIII 表示,受发射结电压控制的复合电流表示,受发射结电压控制的复合电流IBB,对集电,对集电极正向受控电流极正向受控电流ICn的控制能力。的控制能力。若忽略若忽略ICBO,则:,则:BCCnECnIIIIIECBETICIB 可见,可见,为共发射极电流放大系数。为共发射极电流放大系数。BBCnCnECnIIIII2023-2-1514 ICEO的物理含义:的物理含义:ICEO指基极开路时,集电极指基极开路时,集电极直通到发射极的电流。直通到发射极的电流。IB=0IEPICBOICnIEn+_VCENPN+CBEICEOIB=0 IE
7、p+(IEn-ICn)=IE-ICn=ICBO 因此:因此:CBOCBOCBOCBOCnCEO)1(IIIIIICBOCnII 即:即:CnCBOCnECIIIII12023-2-1515三极管的正向受控作用,服从指数函数关系式:三极管的正向受控作用,服从指数函数关系式:数学模型(指数模型)数学模型(指数模型)TBETBEe)1e(SEBSEVVVVCIIII IS指发射结反向饱和电流指发射结反向饱和电流IEBS转化到集电极转化到集电极上的电流值,它不同于二极管的反向饱和电流上的电流值,它不同于二极管的反向饱和电流IS。EBSSII式中式中:2.1.3 放大模式下三极管的模型:放大模式下三极管
8、的模型:2023-2-1516电路模型电路模型VBE+-ECBEICIBIB ECBETICIB共发射极共发射极直流简化电路模型直流简化电路模型VBE(on)ECBEICIBIB+-VBE(on)为发射结导通电压,工程上一般取:为发射结导通电压,工程上一般取:硅管硅管VBE(on)=0.7V锗管锗管VBE(on)=0.25V2023-2-1517v 三极管参数的温度特性三极管参数的温度特性q 温度每升高温度每升高1 C,/增大(增大(0.50.5 1 1)%,即:,即:q 温度每升高温度每升高1 C ,VBE(on)减小减小(2 2.5)mV,即:即:q 温度每升高温度每升高10 C ,ICB
9、O 增大一倍,即:增大一倍,即:101CBO2CBO122)()(TTTITI005.0(TC/)01.0 2(BE(on)TVC/mV)5.2 CEOBCBOBCIIIII )(1因而因而温度温度对三极管的影响集中体现在对对三极管的影响集中体现在对集电极电流集电极电流的影响。的影响。2023-2-1518PNN+V1V2R2R12.2.12.2.1 饱和模式饱和模式(E E结正偏,结正偏,C C结正偏结正偏)-+IF FIF+-IR RIRIE=IF-RIRICIC=FIF-IRIE 结论:结论:三极管失去正向受控作用。三极管失去正向受控作用。2023-2-1519ECBETICIB共发射极
10、共发射极通常,饱和压降通常,饱和压降VCE(sat)硅管硅管VCE(sat)0.3V锗管锗管VCE(sat)0.1V电路模型电路模型VBE+-ECBEICIB+-VCE(sat)直流简化电路模型直流简化电路模型VBE(on)ECBEICIB+-+-VCE(sat)若忽略饱和压降,三极管输出端近似短路。若忽略饱和压降,三极管输出端近似短路。即三极管工作于饱和模式时,相当于开关闭合。即三极管工作于饱和模式时,相当于开关闭合。2023-2-15202.2.22.2.2 截止模式截止模式(E E结反偏,结反偏,C C结反偏结反偏)若忽略反向饱和电流,三极管若忽略反向饱和电流,三极管IB 0,IC 0。
11、即三极管工作于截止模式时,相当于开关断开。即三极管工作于截止模式时,相当于开关断开。ECBETICIB共发射极共发射极电路模型电路模型VBE+-ECBEICIB直流简化电路模型直流简化电路模型ECBEIC 0IB 02023-2-1521 若忽略反向饱和电流,三极管若忽略反向饱和电流,三极管IB 0,IC 0。即三极管工作于截止模式时,相当于开关断开。即三极管工作于截止模式时,相当于开关断开。电路模型电路模型VBE+-ECBEICIB直流简化电路模型直流简化电路模型ECBEIC 0IB 02.2.2 截止模式截止模式(Je结反偏,结反偏,Jc结反偏结反偏):2023-2-15222.2.3 晶
12、体管三极管直流电路分析步骤:晶体管三极管直流电路分析步骤:当电路满足两个条件:1、直流偏置得当(晶体三极管工作在放大区,场效应管工作在饱和区)2、交流输入足够小(微变)我们就可以把该电路看作是线性电路,利用叠加定理进行直流和交流分析。注意:先直流分析,再交流分析注意:先直流分析,再交流分析直流分析直流分析直流通路:交流电源置零旁路,耦合电容开路直流通路:交流电源置零旁路,耦合电容开路交流分析交流分析交流通路:直流电源置零旁路,耦合电容短路交流通路:直流电源置零旁路,耦合电容短路(在合适的工作频率)(在合适的工作频率)2023-2-15231.1.先确定三极管工作模式先确定三极管工作模式(以以N
13、PNNPN为例为例)。用相应简化电路模型替代三极管。用相应简化电路模型替代三极管。(可略)可略)分析电路直流工作点分析电路直流工作点 。只要只要VBE (发射结反偏)(发射结反偏)截止模式截止模式假定放大模式,估算假定放大模式,估算VCE:若若VE 放大模式放大模式若若VE饱和模式饱和模式2.2.3 晶体管三极管直流电路分析步骤:晶体管三极管直流电路分析步骤:先断开三极管,判断先断开三极管,判断VBE大小大小:2023-2-1524解:解:三极管若断开三极管若断开,VBE=6VVBE(on)A53BBE(on)CCBQRVVImA59.1BQCQIIV41.4CCQCCCEQRIVVVCCRC
14、RB(+6V)1k 100k T因为因为 VCEQ0.3V,所以三极管工作在,所以三极管工作在放大模式放大模式 。VC=VCEQ=4.41V 2.2.3 晶体管三极管直流电路分析步骤:晶体管三极管直流电路分析步骤:假设假设T工作在放大模式工作在放大模式2023-2-1525解:解:假设假设T工作在放大模式工作在放大模式 A530BBE(on)CCBQRVVImA9.15BQCQIIV9.9CCQCCCEQRIVVVCCRCRB(+6V)1k 10k T因为因为 VCEQ0.3V,所以三极管工作在,所以三极管工作在饱和模式。饱和模式。mA7.5CCE(sat)CCCSRVVIV3.0CE(sat
15、)CVV2.2.3 晶体管三极管直流电路分析步骤:晶体管三极管直流电路分析步骤:2023-2-1526解:解:所以所以三极管三极管工作在工作在截止模式截止模式。VCCRCRB1(+6V)1k 100k TRB22k+-VBBRBBRC+-VCCV12.0B2B1CCB2BBRRVRVk95.1/21BBBBRRR0.3V后,曲线移动可忽略不计。后,曲线移动可忽略不计。因此当因此当VBE一定时一定时:VCEVCB 复合机会复合机会 IB 曲线右移。曲线右移。2.4 晶体三极管伏安特性曲线:晶体三极管伏安特性曲线:2023-2-1532 输出特性曲线输出特性曲线VCE/VIB=40 A30 A20
16、 A10 A0 由输出特性曲线可由输出特性曲线可划分四个区域:划分四个区域:0IC/mAV(BR)CEO2.4 晶体三极管伏安特性曲线:晶体三极管伏安特性曲线:2023-2-1533IC/mAVCE/V0IB=40 A30 A20 A10 A0特点:特点:条件:条件:发射结正偏,集电结正偏。发射结正偏,集电结正偏。IC不受不受IB控制,而受控制,而受VCE影响。影响。VCE略增,略增,IC显著增加。显著增加。2.4 晶体三极管伏安特性曲线:晶体三极管伏安特性曲线:2023-2-1534IC/mAVCE/V0IB=40 A30 A20 A10 A0特点特点条件条件发射发射结正偏结正偏集电集电结反
17、偏结反偏VCE曲线略上翘曲线略上翘具有正向受控作用具有正向受控作用满足满足IC=IB+ICEO2.4 晶体三极管伏安特性曲线:晶体三极管伏安特性曲线:2023-2-1535说明:说明:IC/mAVCE/V0VA上翘程度上翘程度取决于厄尔利电压取决于厄尔利电压VA上翘原因上翘原因基区宽度调制效应基区宽度调制效应(VCE IC略略)2.4 晶体三极管伏安特性曲线:晶体三极管伏安特性曲线:在考虑三极管基区宽度调制效应时,电流在考虑三极管基区宽度调制效应时,电流IC的的修正方程为修正方程为:)1(eACESCTBEVVIIVV 基区宽度基区宽度WB越小越小调制效应对调制效应对IC影响越大影响越大则则
18、VA 越小。越小。2023-2-1536 与与I IC C的关系:的关系:I IC C0 0 考虑上述因素,考虑上述因素,IB等量增加时,输出曲线等量增加时,输出曲线不再等间隔平行上移。不再等间隔平行上移。I IC CV VCECE0 02.4 晶体三极管伏安特性曲线:晶体三极管伏安特性曲线:在在IC一定范围内一定范围内 近似为常数。近似为常数。IC过小过小使使IB造成造成 。IC过大过大发射效率发射效率 造成造成 。2023-2-1537IC/mAVCE/V0IB=40 A30 A20 A10 A0特点:特点:条件:条件:发射结反偏,集电结反偏。发射结反偏,集电结反偏。IC 0,IB 0近似
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