电路与模拟电子技术原理第6章2晶体管课件.ppt

1、电路与模拟电子技术电路与模拟电子技术原理原理第六章半导体元器件3:16:311第6章 半导体元器件p6.1 从电子管到晶体管p6.2 半导体p6.3 半导体二极管 p6.4 晶体管p6.5 场效应晶体管3:16:3226.4 晶体管p6.4.1 晶体管的基本结构p6.4.2 晶体管的工作原理p6.4.3 晶体管的特性p6.4.4 晶体管的应用3:16:3236.4.1 晶体管的基本结构 3:16:324晶体管的基本结构（续）p晶体管不止是连接在一起的两个二极管重要特征：电流放大作用 p晶体管之所以能够具有电流放大作用，是因为其内部构造上的特点：n基区很薄，n发射区掺杂浓度高，n集电结面积大。3

2、:16:3256.4 晶体管p6.4.1 晶体管的基本结构p6.4.2 晶体管的工作原理p6.4.3 晶体管的特性p6.4.4 晶体管的应用3:16:3266.4.2 晶体管的工作原理p1晶体管的放大 p2晶体管的饱和p3晶体管的截止p4晶体管的倒置p5晶体管放大电路的三种组态3:16:3271晶体管的放大p如果发射结正偏、集电结反偏，晶体管将处于放大状态 IC=IB p上式说明，当发射结正偏、集电结反偏时，IC的值受IB的值控制，p或者说，IC放大了IB，这里“放大”的实质是控制。3:16:328晶体管的放大（续）3:16:329晶体管放大状态特征方程p已知放大状态特性IC=IB p根据KC

3、LIB+IC=IE p得到IE=(1+)IB p由于值比1大得多，对比可知，在放大状态下，晶体管的IE只比IC大了一点点，实际上二者几乎相等。3:16:3210晶体管的放大（续）p集电极电流IC和基极电流IB的比值，取决于晶体管的内部构造。n发射的电子，有多少被复合？n有多少到达集电结？n取决于结构！3:16:32112晶体管的饱和 3:16:3212晶体管饱和状态特征方程p发射结正偏、集电结正偏电压很小时，ICIB，晶体管进入饱和状态。ICIBIB+IC=IEp饱和 IC跟不上IB了，p内部载流子运动饱和了3:16:32133晶体管的截止 p发射结反偏（或者正偏电压小于PN结的导通电压），集

4、电结反偏时，IE、IB、IC都近似为零，晶体管处于截止状态。p晶体管截止状态特征方程IE0IB 0IC 03:16:33144晶体管的倒置 p发射结反偏，集电结正偏时，p相当于将发射极与集电极对调使用，称为晶体管的倒置工作状态。p倒置工作的晶体管不具有放大作用。p倒置工作状态下，增大基极电流，晶体管也能进入饱和状态；p减小集电结正偏电压到导通电压以下，晶体管也会截止。p倒置工作状态主要应用于集成电路中的特定场合 3:16:3315晶体管的的四种工作状态 p四种工作状态对应的电压电流关系3:16:33165晶体管放大电路的三种组态p作为放大器件，晶体管在模拟电路中的作用，就是把输入信号“放大”为

5、输出信号，如图6-22(a)所示。p在电路中，输入信号和输出信号只能用电压量或电流量来表示，而电压和电流的输入和输出必须有两个端点才行，所以电路中的放大器的输入端口和输出端口都必须具有两个端点，如图6-22(b)所示。3:16:3317晶体管放大电路的公共端 p晶体管只有三个端子，为了实现输入输出信号的接入，必须选择一个端子作为输入和输出端口的公共端，如图6-22(c)所示。3:16:3318晶体管放大电路的三种组态p三种组态，即三种连接方式n都必须确保发射结正偏、集电结反偏 3:16:3319放大状态时晶体管的电流分配关系 3:16:33206.4 晶体管p6.4.1 晶体管的基本结构p6.

6、4.2 晶体管的工作原理p6.4.3 晶体管的特性p6.4.4 晶体管的应用3:16:33216.4.3 晶体管的特性p双端口放大器件的特性可以用输入、输出端口上的电压电流关系来表示。nAu=uo/uinAi=io/ii nRi=ui/ii nRo=uo/ion3:16:3322怎样描述晶体管的特性 p1晶体管的电流控制特性p2晶体管的电压控制特性p3晶体管的共发射极输出特性p4晶体管的极限参数 3:16:33231晶体管的电流控制特性 p晶体管最重要的特性，就是基极电流对集电极电流的控制作用。IC=IB p请根据KCL（IB+IC=IE）推导 和的关系。BCIIECII3:16:33242晶

7、体管的电压控制特性 pUCE对IB的影响pUCE对IB的影响nUCE增加，IB减小 n随着UCE的增加，输入特性曲线右移 nUCE增加到1V以上，IB基本上不再右移。)1(TBEUUBSBeII3:16:3325晶体管电压对电流的控制p输入特性的定义为 p其他电流受电压的控制关系常数CEUBEBUfI)()1(TBEUUESEeIIACEUUBSCUUeIITBE13:16:3326电压控制电流的放大器件pIC随UCE的增加而线性增大，随UBE的增加而指数增大，说明IC受UBE的影响更明显，p所以，晶体管不仅可以看成是一个电流控制电流的放大器件（IC=IB），还可以看成是一个电压控制电流（UB

8、E控制IC）的放大器件，p只不过电流控制电流的关系是线性关系，而电压控制电流的关系是指数关系。3:16:3327晶体管的电压控制特性曲线3:16:33283晶体管的共发射极输出特性pUCE对IC的影响n称为晶体管的共发射极输出特性曲线 n是以IB为参变量，表示IC与UCE之间关系的一组特性曲线，常数BICECUfI)(3:16:3329晶体管的共射输出特性曲线（1）截止区（2）放大区（3）饱和区 3:16:33304晶体管的极限参数 p电流、电压和功率都对晶体管的工作范围做出了限制，p一个晶体管实际允许工作的范围不应超过这些极限参数3:16:33316.4 晶体管p6.4.1 晶体管的基本结构

9、p6.4.2 晶体管的工作原理p6.4.3 晶体管的特性p6.4.4 晶体管的应用3:16:33326.4.4 晶体管的应用p1晶体管工作状态分析p2作为可控开关使用的晶体管p3作为放大器件使用的晶体管3:16:33331晶体管工作状态分析pUIUBE(th)但是还不是太高，则IC=IB，p晶体管处于放大状态，p此时晶体管发射结电压稳定在UBE(on)；3:16:3335晶体管工作状态分析（续）pUI电压太高，以至于IB太大了，大到电源UCC无法提供IB这么大的IC时，就出现了ICIB的现象，p晶体管已经饱和了。3:16:3336晶体管工作状态分析（续）p开启电压和导通电压之间的差别很小，分析

10、中通常认为UBE(th)=UBE(on)p判断晶体管是否饱和的很重要的一点就是“外部电源无法提供IB这么大的IC”，所以，外部电源所能提供的最大IC值，也就是晶体管从放大状态进入饱和状态的临界点。3:16:3337晶体管工作状态分析（续）p分析晶体管电路要抓住两点，p一是反映元件连接关系的基尔霍夫定律，p二是反映晶体管本身特性的电流放大关系（IC=IB）。3:16:3338计算临界饱和电流p对图6-28的集电极回路应用KVL得UCEUCCICRCUCES p晶体管处于饱和状态时的集电极电流称为集电极饱和电流ICS，它是晶体管集电极可能流过的最大电流值。常用晶体管的UCES0.3V，误差不是很大

11、的情况下，也经常认为UCES0V。所以 3:16:3339计算临界饱和电流（续）p此时的基极电流称为基极临界饱和电流IBS p当基极注入电流IB超过其临界值IBS（IBIBS）时，晶体管将进入饱和状态。CCCCCESCCCCSRURUUIImaxCCCCSBSRUII3:16:33402作为可控开关使用的晶体管 令UI电压在极小和极大之间切换，就能够让晶体管在截止和饱和之间切换，此时，晶体管相当于一个在UI控制下的开关。3:16:3341晶体管作为可控开关举例【例6-2】图6-28电路中，晶体管50，UCC10V，RB10K，RC5K，求UI0 V和UI5 V时，晶体管的工作状态，以及流过电阻

12、RC的电流。【解】UI0 V时，因为发射结外加电压小于开启电压，所以晶体管截止，截止状态下晶体管的基极电流IB和集电极电流IC均为零，可知流过RC的电流为零。3:16:3342晶体管作为可控开关举例（续）UI5V时，对基极回路列KVL方程，得UIUBEIBRB 因为发射结导通的情况下，其结电压为导通电压UBE(on)，取为0.7V（这是硅管的导通电压），于是得)mA(43.0107.05)(BonBEIBRUUI3:16:3343晶体管作为可控开关举例（续）取UCES为0V，计算UCC所能提供的最大饱和电流 而IB500.4321.5(mA)显然ICSIB，这说明外部电源所能提供的最大电流也无

13、法满足基极电流的放大要求，晶体管已经饱和。饱和状态下，集电极电流只能是它的最大饱和电流，所以UI5 V时流过RC上的电流为2mA。)mA(2510CCCCSRUI3:16:33443作为放大器件使用的晶体管 p如果晶体管发射结的外加电压高于导通电压，但是所产生的基极电流又没有大到足以使晶体管进入饱和状态的程度，就可以让晶体管处于放大状态。3:16:3345晶体管作为放大器件举例【例6-3】图6-28电路中，晶体管50，UCC10V，RB10K，RC5K，求UI1 V时，晶体管的工作状态，以及流过电阻RC的电流。【解】晶体管集电极饱和电流ICS由外加电源UCC所决定，根据例题6-2可知 ICS2mA 根据集电极饱和电流ICS，可以得到基极临界饱和电流IBS 3:16:3346晶体管作为放大器件举例（续）pUI1 V时，外加电压高于UBE(on)，晶体管导通，此时的基极电流为 p可知晶体管处于放大状态，利用电流放大公式得 IC=IB=500.03=1.5(mA)mA(04.0502CSBSIIBS)()mA(03.0107.01IRUUIBonBEIB3:16:3447