章三极管学习.pptx
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1、空穴空穴共价键中的空位。电子空穴对电子空穴对由热激发而产生的自由电子和空穴对。空穴的移动空穴的移动空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。N型半导体掺入五价杂质元素(如磷)的半导体。P型半导体掺入三价杂质元素(如硼)的半导体。在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。因浓度差多子的扩散运动由杂质离子形成空间电荷区阻止多子扩散 促使少子漂移内电场 动态平衡PN结动画第1页/共98页PN结加正向电压时,呈现低电阻,具有较大的正向扩散电流;PN结加反向电压时,呈现高电阻,具有很小的反向漂移电流。PN
2、结单向导电性。1.理想模型3.折线模型 2.恒压降模型动画第2页/共98页 4.小信号模型 二极管工作在正向特性的某一小范围内时,其正向特性可以等效成一个微变电阻。即根据得Q点处的微变电导则常温下(T=300K)第3页/共98页0.30.3设设 ui2sin t V,D1、D2 为锗管,为锗管,UD0.3 V。(1)在在 ui 正半周,正半周,D2 截止。截止。当当 ui0.3 V 时,时,D1 截止,截止,uo=ui。当当 ui0.3 V 时,时,D1 导通,导通,uo=UD=0.3 V。(2)在在 ui 负半周,负半周,D1 截止。截止。当当 ui0.3 V 时,时,D2 截止,截止,uo
3、=ui。当当 ui0.3 V 时,时,D2 导通,导通,uo=UD=0.3 V。2.2.限幅限幅限幅限幅 R D1 uiuoD2 t uo/VO 2 整流、限幅、开关电路动画第4页/共98页电路如图所示,已知电路如图所示,已知 DA 与与 DB 是硅二极管,是硅二极管,UD0.3 V。若若 UA=3 V,UB=0 V,因,因 UA UB,使使 DB 承受的正向电压较高,优先导通,承受的正向电压较高,优先导通,DA 截止。截止。则则 UF=UBUD=0.7 V 即即 UF 被箝制在被箝制在 0.7V。故故 DB 起箝位作用起箝位作用 该电路称为箝位电路。该电路称为箝位电路。UAUBUF 6VDA
4、 RDB 3.3.箝位箝位箝位箝位 4.4.隔离隔离隔离隔离 电路如图所示,电路如图所示,当当 DB 导通时,导通时,DA 截止,从而隔断了截止,从而隔断了 UA 与与UB 的联系,的联系,故故 DA 起隔离作用。起隔离作用。检波高频,续流电力电子第5页/共98页光电耦合器(光电隔离器)光电耦合器(光电隔离器)作用:作用:电气隔离;电气隔离;抗干扰;抗干扰;系统保护。系统保护。输输入入电电路路输输出出电电路路第6页/共98页特殊二极管利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。发光二极管光电二极管参数-正确使用稳压、削波第7页/共98页 解解 (1)Ui10 V 时时
5、 DZ 反向击穿稳压:反向击穿稳压:Uo=UZ=5 V。(2)Ui=3 V 时时DZ 反向截止:反向截止:Uo=Ui=3 V。(3)Ui=5 V 时时DZ 正向导通:正向导通:Uo=0 V。(4)ui=10sin t V 时时 当当 0ui5 V 时,时,DZ 反向截止:反向截止:Uo=Ui=10sin t V。当当 ui5 V 时,时,DZ 反向击穿稳压:反向击穿稳压:Uo=UZ=5 V。5 例例 如图所示电路,设如图所示电路,设 UZ=5 V,正向压降,正向压降 忽略不计。当直流输入忽略不计。当直流输入Ui=10 V、3 V、5 V 时,时,Uo=?当输入为交流当输入为交流 ui=10si
6、n t V 时,分析时,分析 uo的波形。的波形。R DZ UiUo t uo/VO 2 3 当当 ui0 V 时,时,DZ 正向导通:正向导通:Uo=0 V。第8页/共98页2023/4/21 半导体三极管有两大类型,一是双极型半导体三极管 二是场效应半导体三极管 双极型半导体三极管 场效应半导体三极管 双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件,它由两个 PN 结组合而成,是一种CCCS器件。场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电,是一种VCCS器件。第9页/共98页1.3.1 BJT的结构及类型的结构及类型1.3 双极型晶体管(双极型晶体管(BJT)1.3.2 BJT的电流
7、分配与放大原理的电流分配与放大原理1.3.3 BJT的共射特性曲线的共射特性曲线1.3.4 BJT的主要参数的主要参数第10页/共98页半导体三极管图片半导体三极管图片第11页/共98页1.3.1 BJT的结构简介的结构简介 半导体三极管的结构示意图如下图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。两种类型的三极管发射结发射结(Je)集电结集电结(Jc)基极基极,用B或b表示(Base)发射极发射极,用E或e表示(Emitter);集电极集电极,用C或c表示(Collector)。发射区集电区基区三极管符号箭头方向表示发射结正偏时发射极电流的方向结构特点:结构特点:发射区的掺杂浓度最高;集电区掺杂
8、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,且掺杂浓度最低。第12页/共98页 BJT 的内部结构的内部结构 平面型平面型 P 型型N 型型P 型型 N 型型P 型型N 型型 发射极发射极 基极基极 集电极集电极 SiO2 集电极集电极 SiO2 发射极发射极 基极基极 发射极发射极 基极基极 集电极集电极 N 型型 N 型型 P 型型 按材料分类:按材料分类:硅管、锗管。硅管、锗管。第13页/共98页1.三极管的三种组态共集电极接共集电极接法法(CC),集电极作为公共端;共基极接法共基极接法(CB),基极作为公共端;共发射极接法共发射极接法(CE),发射极作为公共端;BJ
9、T的三种组态1.3.2 放大状态下BJT的工作原理第14页/共98页晶体管内部载流子的运动发射区:发射载流子集电区:收集载流子基区:传送和控制载流子 (以NPN为例)BJT的一个重要特性是有电流放大作用载流子定向运动偏置电压 不管是哪种组态,也不管是哪种类型的BJT,BJT,三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下,通过载流子传输体现出来的。工作在放大状态时,都必须满足以下条件:内部条件:结构上的特点为保证管内载流子作定向运动,必须使必须使 发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏外部条件:第15页/共98页 (1)发射区向基区发射载流子(多子电子扩散),形成扩散电流IEn。基区的多子(空穴
10、)也要向发射区扩散,形成电流 I IEpEp,两者方向一致。流过发射结的总电流为 IE=IEn+IEp IEn1.3.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理 2.BJT内部载流子的传输过程NPN型硅平面管结构示意图(动画)载流子的传输过程(2)载流子在基区扩散与复合,形成复合电流IBn。基区很薄且掺杂浓度低,载流子复合的机会少,故 IBn 很小。复合掉的空穴由基极外电源拉走电子作补充。基极电流为IB 第16页/共98页(动画)(3)集电区收集载流子,形成集电极电流IC。集电结反偏,其内电场被加强,有利于收集从发射区扩散到集电结边缘的非平衡载流子电子,形成集电极电流中受发射结电压控制
11、的电流ICn。ICn=IEn-IBn 集电区和基区本身的少子也要产生漂移运动,形成集电结反向饱和电流ICBO。IC =ICn+ICBO 载流子的传输过程IB+ICBO=IEp+IBn基区电流IB+IC=IE基极电流IB=IEp+IBn-ICBO1.3.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理 在发射结正偏、集电结反偏电压共同作用下,发射区扩散到基区的载流子大部分被集电区收集,形成ICn,只有一小部分在基区被复合,形成IBn。从这个角度说,BJT BJT 实际上是一个电流分配器,把I IE E 按一定比例分配给基极和集电极。第17页/共98页3.电流分配关系(1)IC与IE的关系(CB
12、共基组态的 电流分配关系)通常 ICn ICBO 为共基极电流放大系数,它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关,与外加电压无关。一般 =0.9 0.99定义=ICnIEn载流子的传输过程 则IE IC则有 IC=IE+ICBO IC IE IB (1-)IE CBOCIEII-第18页/共98页3.电流分配关系(2)IC与IB的关系(CE 电流分配关系)是共射极电流放大系数,IC/IB,它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关,与外加电压无关。一般 1。(IB+IC)=IC ICBO-=1令 IC=IB+(1+)ICBOIC=IB+ICEO(穿透电流)IC IB 将 IE=IB+IC 代入左式,得=-
13、=-=-=-ICnIEIC ICBOIE在共射电路中IC 正比于IE,在共基电路中IC 正比于IB,只要能控制IE或IB,就能控制IC。第19页/共98页晶体管内部电流的分配关系IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.161.772.372.96IE IC IB IE=IC+IB假定三极管工作在IB=0.03mA附近,则第20页/共98页+-bceRL1k共射极放大电路VBBVCCVBEIBIEIC+-vI+vBEvO+-+iC+iE+iB vI=20mV 设若则电压放大
14、倍数 iB=20 uA vO=-iC RL=-0.98 V (-号表示 vO与 vI相位相反)=0.98使4.放大作用第21页/共98页 IE=IEN+IEP 且有IENIEP IEN=ICN+IBN 且有IEN IBN ,ICNIBN IC=ICN+ICBO IB=IEP+IBNICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO)IE=IC+IB电流分配关系第22页/共98页定义:称为共发射极接法直流电流放大系数。根据传输过程可知:共射电流放大系数穿透电流反向饱和电流第23页/共98页 是交流电流放大系数,同样,它也只与管子的结构尺寸和掺杂
15、浓度有关,与外加电压无关。一般 1第24页/共98页 称为共基极直流电流放大系数。它表示最后达到集电极的电子电流I ICNCN与总发射极电流I IE E的比值。I ICNCN与I IE E相比,因I ICNCN中没有I IEPEP和I IBNBN,所以 的值小于1,1,但接近1 1。为电流放大系数,它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关,与外加电压无关。一般 =0.9 0.99IC=ICN+ICBO=IE+ICBO=(IC+IB)+ICBO第25页/共98页其中:IE=IB+IC因 1,所以 1第26页/共98页vCE=0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(v
16、BE)vCE=const1.3.3 BJT的特性曲线的特性曲线(以共射极放大电路为例)1.输入特性曲线(2)当UCE 0V时,uCB=uCE-u-uBE0,部分非平衡少子形成集电极电流 基区复合减少,同样的uBE下 IB减小,特性曲线右移。(1)当UCE=0V时,相当于发射结的正向伏安特性曲线。但UCE再增加时,曲线右移很不明显。非平衡少子大多数到达集电极,集电极电流随集射极电压无明显变化,此时三极管内部反馈很小(见输出特性)。第27页/共98页放大区:放大区:曲线基本平行等距的区域。此时,发射结正偏,集电结反偏。特点:iC主要受iB控制;vCE 时,曲线微微上翘,iC 不多。iC=f(vCE
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