三极管

5.2三极管 课时安排：2课时    授课类型：讲授型新课 授课方式：讲授法 教学目标：熟悉晶体管的符号及主要参数 熟悉晶体管的电流放大实质 掌握晶体管的结构，伏安特性及简单运用 教学重点：熟悉晶体管的符号及主要参数 掌握晶体管的结构，伏安特性及简单运用 教学难点：熟悉晶体管的电流放大实质 新课引入： 半导体晶体管(简称为晶体管)是最重要的一种半导体器件。它的放大作用和开关作用促使电子技术飞跃发展。 晶体管的电流放大特性 半导体晶体管由两个靠得很近的PN结构成,由于两个PN结的互相影响,使半导体晶体管具有放大功能。以下我们将在介绍半导体晶体管工作原理的基础上进一步讨论晶体管的特性曲线和参数。 1.晶体管的基本结构 晶体管由三个半导体导电区组成。因此晶体管有： 三区(三个半导体电区)——发射区、基区和集电区； 三极(三个电极)——发射极(E)、基极(B)和集电极(C)，这三个电极是分别从三个导电区引出来的； 两结(两个结)——发射结和集电 结。 晶体管有两个基本类型即NPN型和PNP型。其结构示意图和图形符号如图6.21所示。图形中发射极的箭头方向表示发射结处于正向偏置时电流的实际方向。 不论是NPN管还是PNP管，它们在结构上有一个共同的特点：发射区的杂质浓度高，基区很薄且杂质浓度很低，集电区面积较大，且集电结的面积比发射结的面积大，这个特点是晶体管具有放大作用的内部条件。 2.晶体管的电流放大特性 1)晶体管具有电流放大作用的条件 如图6.22所示，要使晶体管正常工作，必须外加大小和极性适当的电压。给发射结外加正向电压EE，发射区才能起到向基区注入载流子的作用；给集电结加上较大的反向偏压EC，在集电结造成较强的电场，才能把注入基区扩散到集电结边缘的非平衡载流子拉入集电区，形成集电极电流，使集电区起到收集载流子的作用。总之，要使晶体管作放大工作，发射结应加正向偏压，集电结应加反向偏压。 小结：共发射极接法的晶体管要具有放大作用，需满足两个条件： (1)内部条件：发射区的载流子浓度远大于基区的载流子浓度，此条件在作晶体管时已实现。 (2)外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。 2)晶体管内部载流子运动与电流形成过程： （1） 发射区向基区注入电子； （2） 电子在基区扩散与复合； （3） 集电区收集从发射区扩散过来的电子。 3)晶体管电流放大作用的几点结论 调节RB，使基极电流IB为不同的数值，测出相应的集电极电流IC和发射极电流IE，如下表，可得： 表6.1 晶体管电流测量数据表 IB(mA) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 IC(mA) 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95 IE(mA) 0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05                 IB=0时，IC=IE=ICEO，ICEO称为穿透电流，它很小，可忽略不计，即IB=0 （1） 时，IC=IE=0。 （2） IB《IC        IB+IC=IE         (6.10) （3） IC/IB                    (6.11) (称为晶体管的直流电流放大系数) 由(6.10)与(6.11)可得： IE=IC+IB=(1+)IB            (6.12) （4） 当IB 有一小的变化时，IC有一个很大的变化，IC与IB的比值称为晶体管的交流电流放大系数，用表示。 =IC/IB                (6.13) 注意：与不是一回事。 若是PNP管，为使发射结正向偏置，集电结反向偏置，应满足UEUBUC，因此须将图6.22中电源UCC与UBB的极性反过来。 综上所述，当晶体管满足内、外部条件时，就具有电流放大作用，即基极电流IB对集电极电流IC的控制作用，较小的IB变化能引起较大的IC变化。 例6.4    试求表6.1所示晶体管的和之值。 课堂小结 晶体管的符号及主要参数 晶体管的结构，伏安特性及简单运用 晶体管的电流放大实质 课： 5.2三极管（续） 课时安排：2课时    授课类型：讲授型新课 授课方式：讲授法 教学目标：熟悉晶体管的符号及主要参数 熟悉晶体管的电流放大实质 掌握晶体管的结构，伏安特性及简单运用 教学重点：熟悉晶体管的符号及主要参数 掌握晶体管的结构，伏安特性及简单运用 教学难点：熟悉晶体管的电流放大实质 3.晶体管的特性曲线 晶体管各极电流和电压的关系曲线称为晶体管的特性曲线，特性曲线全面地反映了各极电流与电压之间的关系，它反映出晶体管的性能，是分析和计算晶体管电路的依据之一。对于晶体管不同的连接方式，有不同的特性曲线。下面介绍最常用的共射极接法的输入特性和输出特性。 1)输入特性曲线 当集电极与发射极之间的电压UCE为某一恒定值时，输入回路中基极与发极 间的电压UBE与其产生的基极电流IB的关系曲线，称为输入特性曲线。即 IB=f(UBE)|UCE=C 3DG4型晶体管的输入特性曲线见图6.10所示，对硅管而言，当UCE1V时，集电结已反向偏置，并且内电场已足够大，而基区又很薄，可以把从发射区扩散到基区的电子中的绝大部分拉入集电区。如果此时再增大UCE，只要UBE保持不变(从发射区发射到基区的电子数就一定)，IB也就不再明显地减小。就是说，UCE1V后的输入特性曲线基本上是重合的。所以通常只画出UCE1V的一条输入特性曲线。 从图中可知，晶体管的输入特性具有如下特点： 当UBE较小时，IB=0，只有当UBE大于某一数值后，才出现IB，即晶体管才开始导通，我们称晶体管开始导通时对应的UBE为死区电压。硅管的死区电压为0.5伏左右；锗管的死区电压为0.2伏左右。 当UBE大于死区电压后，IB随UBE的上升而迅速上升。最后曲线近似于直线。在放大电路中，晶体管应工作在近似直线区。 随UCE的增大，曲线向右移。 另外实验表明：当UCE1时，不同UCE对应的输入特性曲线基本重合；而当UCE1时，移动十分明显。 以上可知，晶体管的输入特性与二极管的正向特性具有相似的特点，为什么呢？因为晶体管的输入回路也是一个PN结。 2) 输出特性曲线 输出特性曲线是指当基极电流IB固定为某一常数时，输出回路中集..射间电压UCE与集电极电流ICE之间的关系曲线。即 IC=f(UCE)|IB=C 图6.24即为晶体管的输出特性曲线。在不同的IB下，可得出不同的曲线，所以晶体管的输出曲线是一组曲线。 由图可知： 当IB一定时，在曲线的起始部分，UCE略有上升，IC便有较大的上升，IC与UCE近似为线性关系，即IC主要受UCE的控制。UCE约大于1伏时，曲线渐趋平坦，当UCE继续增大时，IC也不再有明显的增加，曲线近于水平，具有恒流特性。 当IB增大时，相应的IC也增大，曲线上移，而且IC比IB增加得多得多，这就是晶体管的电流放大作用。 通常把晶体管的输出特性曲线分为三个工作区： (1)放大区 输出特性曲线的近于水平部分是放大区。在放大区，IC=IB。放大区也称为线性区，因为IC和IB成正比的关系。如前所述，晶体管工作于放大状态时，发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置，即对NPN型管而言，应使UBE0，UBC0。 (2)截止区 IB=0的曲线以下的区域称为截止区。IB=0时，IC=IE=ICEO=0。由于IC、IE均近似为0，因此集电极C与发射极E之间如同开路，即相当于开关的断开。 (3)饱和区 当UCEUBE时，晶体管工作于饱和状态，集电结和发射结均处于正向偏置。此时集.射间的电压降称为饱和压降，饱和压降很小，因此可把集电极C与发射极E之间看作开关的闭合。在饱和区，IB的变化对IC的影响较小，两者不成正比，放大区的 不能适用于饱和区。 小结：放大区、饱和区和截止区都是晶体管的正常工作区，晶体管作放大器使用时工作在放大区；作开关使用时，则工作在饱和区和截止区。 4)主要参数 晶体管的特性除用特性曲线表示外，还可用一些数据来说明，这些数据就是晶体管的参数。他们是电路、选用晶体管的依据。主要参数有下面几个： (1)电流放大系数β(β) 晶体管的电流放大系数分为直流电流放大系数和交流电流放大系数。共发射极接法进的直流电流放大系数为 共发射极接法时的交流电流放大系数为 (2)集-基极反向漏电流ICBO和集-射穿透电流ICEO ICBO是当发射极开路时由于集电结处于反向偏置，集电区和基区中的少数载流子的漂移运动所形成的电流。它受温度的影响大。在室温下，小功率锗管的ICBO约为几微安到几十微安，小功率硅管在1A以下。ICBO越小越好。硅管在温度稳定性方面胜于锗管。它受温度影响较大。 ICEO是当IB=0(将基极开路)、集电结处于反向篇置和发射结处于正向偏置时的集电极电流。又因为它好像是从集电极直接穿透晶体管而到达发射极的，所以称为穿透电流。受温度影响更大。 (3)极限参数 晶体管的极限参数是晶体管正常工作时，电流、电压、功率等的极限值，是管子安全工作的主要依据。 集电极最大允许电流ICM 集电极电流IC超过一定值时，晶体管的值要下降，当值下降到正常数值的三分之二时的集电极电流，称为集电极最大允许电流ICM。因此，在使用晶体管时，IC并不一定会使晶体管损坏，但以降低值为代价。 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO 基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压，称为集.射极反向击穿电压U(BR)CEO。当晶体管的集.射极电压UCE大于U(BR)CEO时，ICEO突然大幅度上升，说明晶体管已被击穿。 集电极最大允许耗散功率PCM 由于集电极电流在流经集电结时将产生热量，使结温升高，从而会引起晶体管参数变化。当晶体管因受热而引起的参数变化不超过允许值时，集电结反消耗的最大功率，称为集电极最大允许耗散功率PCM。 PCM主要受结温TJ的限制，一般来说，锗管允许结温约为70-900C，硅管约为600C。 例    若把一个NPN型晶体管集电极电源反接，使集电结也正向偏置，则IC更大，试问对放大是否有利？ 答：如果集电极电源也反接，使集电结也处于正向偏置，IC虽然很大，集电结也成了一个正向导通的二极管，IB对IC失去了放大能力。可见，放大作用在于IB对IC的控制，而不在于两者绝对值的大小。放大的条件是发射结正偏，集电结反偏。 课堂小结 晶体管的符号及主要参数 晶体管的结构，伏安特性及简单运用 晶体管的电流放大实质