模拟电子技术基础讲义晶体管课件.pptx

1、二、晶体二、晶体三极管三极管(双极型晶体管双极型晶体管)晶体三极管晶体三极管(以下简称三极管以下简称三极管)是内部含有两个是内部含有两个PN结、外部具有三个电极的半导体器件。由于它结、外部具有三个电极的半导体器件。由于它的特殊构造，在一定条件下具有的特殊构造，在一定条件下具有“放大放大”作用，作用，被广泛应用于收音机、录音机、电视机、扩音机被广泛应用于收音机、录音机、电视机、扩音机及各种电子设备中。及各种电子设备中。1、基本结构和分类、基本结构和分类(1).使发射区的掺杂浓度最高，以有效地发射载流子；使发射区的掺杂浓度最高，以有效地发射载流子；(2).使基区掺杂浓度最小，且区最薄，以有效地传输

2、使基区掺杂浓度最小，且区最薄，以有效地传输载流子；载流子；(3).使集电区面积最大，且掺杂浓度小于发射区，以使集电区面积最大，且掺杂浓度小于发射区，以有效地收集载流子。有效地收集载流子。三极管的分类：三极管的分类：l按半导体材料分：锗三极管和硅三极管；按半导体材料分：锗三极管和硅三极管；l按制作工艺分：扩散管、合金管等；按制作工艺分：扩散管、合金管等；l按功率不同：小功率管、中功率管和大功率管；按功率不同：小功率管、中功率管和大功率管；l按工作频率不同：低频管、高频管和超高频管；按工作频率不同：低频管、高频管和超高频管；l按用途分：放大管，开关管等。按用途分：放大管，开关管等。N 型硅型硅二氧

3、化硅保护膜二氧化硅保护膜BECN 型硅型硅P 型硅型硅(a)平面型平面型N 型锗型锗ECB铟球铟球铟球铟球PP(b)合金型合金型2、三极管的放大作用：、三极管的放大作用：晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将们将Ic/Ib的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号用符号“”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来表示。电流放大倍数对于某

4、一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。也会有一定的改变。三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可三极管还可以作电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器。以构成振荡器。晶体三极管的三种工作状态：晶体三极管的三种工作状态：l截止状态：当加在三极管发射结的电压小于截止状态：当加在三极管发射结的电压小于PN结结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，

5、我们称电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。三极管处于截止状态。l放大状态：当加在三极管发射结的电压大于放大状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结结的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射的导通电压，并处于某一恰当的值时，三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电结正向偏置，集电结反向偏置，这时基极电流对集电极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，极电流起着控制作用，使三极管具有电流放大作用，其电流放大倍数其电流放大倍数Ic/Ib，这时三极管处放大状态。，这时三极管处放大状态。l饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于饱和导通状态：当加

6、在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。态我们称之为饱和导通状态。根据三极管工作时各个电极的电位高低，就能判根据三极管工作时各个电

7、极的电位高低，就能判别三极管的工作状态，因此，电子维修人员在维修别三极管的工作状态，因此，电子维修人员在维修过程中，经常要拿多用电表测量三极管各脚的电压，过程中，经常要拿多用电表测量三极管各脚的电压，从而判别三极管的工作情况和工作状态。从而判别三极管的工作情况和工作状态。3、管型判别和管电极判别：、管型判别和管电极判别：“三颠倒，找基极；三颠倒，找基极；PN结，定管型；顺箭结，定管型；顺箭头，偏转大；测不准，动嘴巴。头，偏转大；测不准，动嘴巴。”(1)三颠倒，找基极：三颠倒，找基极：三极管是含有两个三极管是含有两个PN结的半导体器件。根据两结的半导体器件。根据两个个PN结连接方式不同，只要找出

8、两个结连接方式不同，只要找出两个PN结的公共极，结的公共极，即为三极管的基极。即为三极管的基极。具体方法是将万用表调至电阻挡的具体方法是将万用表调至电阻挡的R100或或R1k挡，先用红表笔放在三极管的一只管脚上，用挡，先用红表笔放在三极管的一只管脚上，用黑表笔去碰三极管的另两只管脚，如果两次全通，则黑表笔去碰三极管的另两只管脚，如果两次全通，则红表笔所放的管脚就是三极管的基极。如果一次没找红表笔所放的管脚就是三极管的基极。如果一次没找到，则红表笔换到三极管的另一个管脚，再测两次；到，则红表笔换到三极管的另一个管脚，再测两次；如还没找到，则红表笔再换一下，再测两次。如果还如还没找到，则红表笔再换

9、一下，再测两次。如果还没找到，则改用黑表笔放在三极管的一个管脚上，用没找到，则改用黑表笔放在三极管的一个管脚上，用红表笔去测两次看是否全通，若一次没成功再换。这红表笔去测两次看是否全通，若一次没成功再换。这样最多测量样最多测量12次，总可以找到基极。次，总可以找到基极。(2)PN结，定管型：结，定管型：找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型。结的方向来确定管子的导电类型。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏

10、转角度很大，则说明极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为被测三极管为NPN型管；若表头指针偏转角度很小，型管；若表头指针偏转角度很小，则被测管即为则被测管即为PNP型。型。(3)顺箭头，偏转大：顺箭头，偏转大：用测穿透电流用测穿透电流ICEO的方法确定集电极的方法确定集电极c和发射极和发射极e。(a)对于对于NPN型三极管，用万用电表的黑、红表笔型三极管，用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻颠倒测量两极间的正、反向电阻Rce和和Rec，虽然两，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍

11、大，此时电流的流向一定是：总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔黑表笔c极极b极极e极极红表笔，电流流向正好与红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致三极管符号中的箭头方向一致(“顺箭头顺箭头”)，所以此时，所以此时黑表笔所接的一定是集电极黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是，红表笔所接的一定是发射极发射极e。(b)对于对于PNP型的三极管，道理也类似于型的三极管，道理也类似于NPN型，其电型，其电流流向一定是：黑表笔流流向一定是：黑表笔e极极b极极c极极红表笔，其红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所

12、以此时黑表笔所接的一定是发射极时黑表笔所接的一定是发射极e，红表笔所接的一定是，红表笔所接的一定是集电极集电极c。(4)测不出，动嘴巴：测不出，动嘴巴：在在“顺箭头，偏转大顺箭头，偏转大”的两次测量中，用两只的两次测量中，用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部，用嘴巴含住手分别捏住两表笔与管脚的结合部，用嘴巴含住(或或用舌头抵住用舌头抵住)基电极基电极b，仍用，仍用“顺箭头，偏转大顺箭头，偏转大”的判的判别方法即可区分开集电极别方法即可区分开集电极c与发射极与发射极e。其中人体起到。其中人体起到直流偏置电阻的作用，目的是使效果更加明显。在实直流偏置电阻的作用，目的是使效果更加明显。在实际测量过程

13、，也可以不用嘴去接触基电极，而用一个际测量过程，也可以不用嘴去接触基电极，而用一个手指去接触基电极。手指去接触基电极。黑表笔黑表笔红表笔红表笔阻值阻值123214K34K312黑表笔接黑表笔接1，红表笔接，红表笔接3，接触，接触2：100 K黑表笔接黑表笔接3，红表笔接，红表笔接1，接触，接触2：30 K4、三极管的命名方式：、三极管的命名方式：国产晶体管的命名方法：国产晶体管的命名方法：日本半导体器件的命名方法：日本半导体器件的命名方法：美国晶体管型号命名方法：美国晶体管型号命名方法：欧洲晶体管型号命名方法：欧洲晶体管型号命名方法：韩国三星公司：韩国三星公司：5、三极管的参数：、三极管的参数

14、：l集电板最大直流耗散功率集电板最大直流耗散功率(Pcm)：一般要求用：一般要求用Pcm与原管相等或较大的晶体管进行置换。但经过计算与原管相等或较大的晶体管进行置换。但经过计算或测试，如果原晶体管在整机电路中实际直流耗散或测试，如果原晶体管在整机电路中实际直流耗散功率远小于其功率远小于其Pcm，则可以用，则可以用Pcm较小的晶体管置较小的晶体管置换。换。l集电极最大允许直流电流集电极最大允许直流电流(Icm)：一般要求用：一般要求用Icm与原管相等或较大的晶体管进行置换。与原管相等或较大的晶体管进行置换。l击穿电压：用于置换的晶体管，必须能够在整机击穿电压：用于置换的晶体管，必须能够在整机中安

15、全地承受最高工作电压；中安全地承受最高工作电压；l频率特性：晶体管频率特性参数，常用的有以下频率特性：晶体管频率特性参数，常用的有以下2个：个：(1)特征频率特征频率Ft：它是指在测试频率足够高时，：它是指在测试频率足够高时，使晶体管共发射极电流放大系数时的频率。使晶体管共发射极电流放大系数时的频率。(2)截止截止频率频率fb：在置换晶体管时，主要考虑：在置换晶体管时，主要考虑Ft与与fb。通常。通常要求用于置换的晶体管，其要求用于置换的晶体管，其Ft与与fb，应不小于原晶，应不小于原晶体管对应的体管对应的Ft与与Fb。l其他参数：除以上主要参数外，对于一些特殊的其他参数：除以上主要参数外，对

16、于一些特殊的晶体管，在置换时还应考虑以下参数：晶体管，在置换时还应考虑以下参数：(1)对于低噪对于低噪声晶体管，在置换时应当用噪声系数较小或相等的声晶体管，在置换时应当用噪声系数较小或相等的晶体管。晶体管。(2)对于具有自动增益控制性能的晶体管，对于具有自动增益控制性能的晶体管，在置换时应当用自动增益控制特性相同的晶体管。在置换时应当用自动增益控制特性相同的晶体管。(3)对于开关管，在置换时还要考虑其开关参数。对于开关管，在置换时还要考虑其开关参数。College of Physics Science&TechnologyYANGZHOU UNIVERSITYCHINA6、晶体管的代换原则、晶

17、体管的代换原则(1)类型相同：材料相同，极性相同。类型相同：材料相同，极性相同。(2)特性相近：特性相近：(3)外形相似：外形相似：三、晶体管的共射特性曲线三、晶体管的共射特性曲线 特性曲线：特性曲线：晶体管的各电极电压与电流之间的关系曲线。晶体管的各电极电压与电流之间的关系曲线。（1 1）输入特性曲线：）输入特性曲线：CEu常数CEuBEBufi)(由于发射结是正向偏由于发射结是正向偏置的置的PNPN结，所以它的曲结，所以它的曲线与线与PNPN结的曲线相似。结的曲线相似。uCE增加时集电结反偏，增加时集电结反偏，发射区进入基区的电子发射区进入基区的电子更多地流向集电区，因更多地流向集电区，因

18、此对应于相同此对应于相同uBE，流向，流向基极的电流比原来时减基极的电流比原来时减小。所以曲线往右移动。小。所以曲线往右移动。（2 2）输出特性曲线：输出特性曲线：常数BiCECufi)(发射结电压小发射结电压小于开启电压于开启电压，且集，且集电结反向偏置，此电结反向偏置，此时时 00CBii 发射结电压大于发射结电压大于开启电压，即开启电压，即发射结发射结正向偏正向偏置，且置，且集电结集电结反向偏置反向偏置，此时，此时 BCii 发射结正向偏发射结正向偏置，且置，且集电结也正集电结也正向偏置向偏置，此时，此时 BCii当当CE增加时，集电结增加时，集电结上加的反向偏置电压上加的反向偏置电压也

19、随之增加，当也随之增加，当CE增增加 到 一 定 电 压加 到 一 定 电 压（V(BR)CEO）时，集电时，集电结被击穿，结被击穿，iC突然猛突然猛增。增。两个结都正偏，即两个结都正偏，即VbVe、VbVc(NPN)VbVe、VbVbVe(NPN)VcVbVe(PNP)发射结反偏，即发射结反偏，即VbVe(PNP)测得某放大电路中测得某放大电路中BJTBJT的三个电极的三个电极A A、B B、C C的对地电压的对地电压分别为分别为VA=6.7V，VB=6V，VC=9V。问：硅还是锗？问：硅还是锗？管子是管子是NPNNPN还是还是PNPPNP？A A、B B、C C分别对应哪个极？分别对应哪个

20、极？管子工作管子工作在在放大区放大区A A对应基极、对应基极、B B对应发射极对应发射极VC最大最大发射极和基极的发射极和基极的电压降的绝对值电压降的绝对值或是或是0.7V（硅）硅）或是或是0.2V（锗）锗）硅硅管；管；A A和和B B对应基极和对应基极和发射极发射极VA-VB=0.7VC C肯定是集肯定是集电极电极NPNNPN在放大区时在放大区时VcVbVePNPPNP在放大区时在放大区时VcVbVeNPN测得NPN型、硅BJT的三个电极b、e、c的对地电压分别为(1)Vb=6.7V，Ve=6V，VC=9V(2)Vb=8V，Ve=7.3V，VC=7.6V(3)Vb=1V，Ve=2V，VC=9

21、V 问：管子工作在输出特性曲线的什么区？(1)(1)发射结正偏、发射结正偏、集电结反偏；集电结反偏；工作在工作在放大区放大区。(2)(2)发射结正偏、发射结正偏、集电结正偏；集电结正偏；工作在工作在饱和区饱和区。(3)(3)发射结反偏；发射结反偏；工作在截止区。工作在截止区。测得PNP型、锗BJT的三个电极b、e、c的对地电压分别为(1)Vb=-6.2V，Ve=-6V，VC=-9V(2)Vb=1V，Ve=1.2V，VC=1.5V(3)Vb=8V，Ve=7.8V，VC=7V问：管子工作在输出特性曲线的什么区？(1)(1)发射结正偏、发射结正偏、集电结反偏；集电结反偏；工作在工作在放大区放大区。(

22、2)(2)发射结正偏、发射结正偏、集电结正偏；集电结正偏；工作在工作在饱和区饱和区。(3)(3)发射结反偏；发射结反偏；工作在截止区。工作在截止区。共射极电流放大系数共射极电流放大系数 和在晶体管的很大的一个工作范围之内近似相等。和在晶体管的很大的一个工作范围之内近似相等。的值一的值一般选择在几十至一百多；太大，管子性能不稳定；太小，管子放大般选择在几十至一百多；太大，管子性能不稳定；太小，管子放大能力差能力差。极间反向电流极间反向电流 集电极集电极基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBO 集电极集电极发射极反向饱和电流发射极反向饱和电流ICEO 四、晶体管的主要参数四、晶体管的主要参数 发射

23、极开路，发射极开路，c c、b b间间加上一定的反向电压时的加上一定的反向电压时的反向电流。在一定温度下，反向电流。在一定温度下，这个反向电流基本上是个这个反向电流基本上是个常数，所以成为常数，所以成为反向饱和反向饱和电流电流，这个电流很小，它，这个电流很小，它随温度的变化而变化。随温度的变化而变化。基极开路，基极开路，c c、e e间加间加上一定的反向电压时的集上一定的反向电压时的集电极电流。该电流从集电电极电流。该电流从集电区穿过基区流至发射区，区穿过基区流至发射区，所以又称所以又称穿透电流穿透电流。ICEO=（1+）ICBO 特征频率特征频率fT 由于晶体管由于晶体管PNPN结结电容的存

24、在，晶体管的交流电流放大系数结结电容的存在，晶体管的交流电流放大系数是是频率的函数。信号频率增加到一定程度时，频率的函数。信号频率增加到一定程度时，值下降。值下降。极限参数极限参数 在在IC的一个很大的变化之内的一个很大的变化之内值基本不变，但当值基本不变，但当IC超过某一个值超过某一个值ICM时时明显下降。该电流称为明显下降。该电流称为最大集电极电流最大集电极电流。集电结上允许损耗的功率最集电结上允许损耗的功率最大值大值P PCMCM。超过该值，管子发热，超过该值，管子发热，性能下降，甚至烧毁。温度越性能下降，甚至烧毁。温度越高，高，P PCMCM值越小，所以晶体管值越小，所以晶体管的使用受

25、到环境温度的限制。的使用受到环境温度的限制。硅管的上限温度达硅管的上限温度达150150、锗、锗管的达管的达7070。为了降低温度，。为了降低温度，常采用加散热装置的方法。常采用加散热装置的方法。CECCMiP V（BR）EBO：集电极开路时发射极集电极开路时发射极-基极间的反向击穿电基极间的反向击穿电压。压。V（BR）CBO：发射极开路时集电极发射极开路时集电极-基极间的反向击穿电基极间的反向击穿电压。压。V（BR）CEO：基极开路时集电极基极开路时集电极-发射极间的反向击穿电发射极间的反向击穿电压。压。五、温度对晶体管的影响五、温度对晶体管的影响 ICBO：随温度的升高而随温度的升高而增加增加。对硅管，该变化很。对硅管，该变化很小，所以对静态工作点的小，所以对静态工作点的影响没有上两个因素重要。影响没有上两个因素重要。但对大功率硅管不能忽略。但对大功率硅管不能忽略。对锗管该变化也很重要。对锗管该变化也很重要。2040 2040 ：随温度的升高而随温度的升高而增加增加，原因：温度升高，原因：温度升高，加快载流子的速度，基加快载流子的速度，基区复合减少，往集电区区复合减少，往集电区流的载流子增多。流的载流子增多。VBE：随温度的升高而减少随温度的升高而减少。