双极性电晶体之构造及特性课件.ppt

1、1第四章4-1 雙極性電晶體之構造及特性雙極性電晶體之構造及特性4-2 電晶體放大器的三種組態電晶體放大器的三種組態4-3 電晶體之開關作用電晶體之開關作用2第四章/4-1P142n 雙極性電晶體(bipolar junction transistor，簡稱為BJT)。雙極(bipolar)是指在電晶體中同時使用電子與電洞做為電流載子。一、電晶體的結構一、電晶體的結構3第四章/4-1P142n 因為摻雜的濃度與厚度不同，所以電晶體的射極與集極不可對調使用。若把電晶體的射極與集極對調使用，則電晶體的電流放大率和耐壓都會降低。4第四章/4-1P143二、電晶體的特性二、電晶體的特性5第四章/4-1

2、P143n 此時我們發現IEIBIC而且ICIE IB，換句話說，由射極流入之電流幾乎完全由集極流出，而基極電流只是很小的一部份。為什麼會這樣呢？這是因為電晶體的基極很薄的緣故。6第四章/4-1P1447第四章/4-1P144三、電晶體的三、電晶體的n 比較圖4-1-2(b)和圖 4-1-2(c)，我們可以發現之有無是由加以控制。n 由於IB IC，而我們只要控制IB即可控制IC，因此電晶體具有放大作用。人們把電晶體的電流放大率以或hFE表之，其定義為：n 一般電晶體的10300左右。300的電晶體比較少。8第四章/4-1P145四、電晶體的符號四、電晶體的符號9第四章/4-1P14510第四

3、章/4-1P145五、電晶體的五、電晶體的n 亦可使用hFB表之，定義如下：n 由於IC略小於IE，故略小於1。11第四章/4-1P146六、六、與與之關係之關係因為但且所以12第四章/4-1P146即又因所以即13第四章/4-1P146七、電晶體的七、電晶體的14第四章/4-1P14715第四章/4-1P147八、電晶體的輸入特性曲線八、電晶體的輸入特性曲線n VBE-IB特性曲線是用來描述電晶體的輸入電壓和輸入電流之間的關係，所以稱為輸入特性曲線，如圖4-1-7所示。特性與PN接面二極體一樣。電晶體導通後，鍺電晶體的VBE約為0.20.3V，矽電晶體的VBE約為0.60.7V。16第四章/

4、4-1P148九、電晶體的集極特性曲線九、電晶體的集極特性曲線(輸出特性曲線輸出特性曲線)n 最常用的電晶體特性曲線是如圖4-1-8所示之集極特性曲線(又稱為輸出特性曲線或VCE-IC特性曲線)。(1)截止區：當IB0時，IC0，此時電晶體截止，電晶體的 集極與射極間猶如一個開關打開(OFF)。(2)飽和區：在飽和區(saturation region)內，當VCE從0V上升時，IC會迅速上升，很顯然在飽和區內IC會明顯受VCE影響，在飽和區內ICIB並不成立。電晶體工作在飽和區時，B-E極間為順向偏壓，B-C極間也是順向偏壓。17第四章/4-1P148(3)工作區：工作區(active re

5、gion)又稱為線性區(linear region)。在圖4-1-8中，截止區與飽和區除外的區域稱 為工作區。在工作區中，電晶體的集極電流由ICIB 決定，幾乎不受VCE影響。在工作區中，電晶體的B-E極間為順向偏壓，B-C極間為 逆向偏壓，IC只受IB控制，我們設計放大電路時就是讓 電晶體在工作區內動作。18第四章/4-1P14919第四章/4-1P14920第四章/4-1P14921第四章/4-1P150n 由上述兩個例子，我們得知：縱然是同一個電晶體，在不同的工作條件下，其值會有一些變動。實際上，電晶體的值會隨IC及溫度而變，圖4-1-9就是一個典型的例子。22第四章/4-2P152n

6、放大器基本上都如圖4-2-1所示，有一個輸入端連接至輸入信號(信號源)，有一個輸出端連接至負載，還有一個共同參考點(接地點)。n 當出現在負載的電壓Vout比輸入電壓Vin更大時，我們說這個放大器有電壓放大作用。當流至負載的電流Iout比輸入電流Iin大時，我們說這個放大器有電流放大作用。23第四章/4-2P152一、共射極放大器一、共射極放大器n 共射極放大器(common emitter放大器，簡稱為CE放大器)的基本電路，如圖4-2-2所示。信號由基極輸入，由集極輸出，射極則為共同點(這就是我們稱這種組態為共射極的原因)。24第四章/4-2P152n 共射極放大器不但具有電壓放大作用，也

7、具有電流放大作用，所以是最常用的一種組態。n 共射極放大器之VBE-IB輸入特性曲線及在不同IB時之VCE-IC輸出特性曲線，請見下頁圖4-2-3。由圖4-2-3(a)可知改變VBE即可控制IB的大小。由圖4-2-3(b)可知，在工作區IC只受IB控制(即ICIB)，VCE對IC的影響很小。25第四章/4-2P15326第四章/4-2P153二、共集極放大器二、共集極放大器n 共集極放大器(common collector放大器，簡稱為CC放大器)的基本電路，如圖4-2-4所示。信號由基極輸入，由射極輸出，集極則為共同點。27第四章/4-2P153n 因為共集極放大器只有電流放大作用，沒有電壓

8、放大作用，所以只用在某些特定的用途。n 共集極放大器VBE-IB之輸入特性曲線及在不同IB時之VCE-IE輸出特性曲線，請見圖4-2-5。由圖4-2-5(a)可知改變VBE即可控制IB的大小。由圖4-2-5(b)可知，在工作區IE只受IB控制(即IEIB(1)，VCE對IE的影響很小。28第四章/4-2P15429第四章/4-2P154三、共基極放大器三、共基極放大器n 共基極放大器(common base放大器，簡稱為CB放大器)的基本電路，如圖4-2-6所示。信號由射極輸入，由集極輸出，基極則為共同點。30第四章/4-2P154n 因為共基極放大器只有電壓放大作用，沒有電流放大作用，所以只

9、用在某些特定的用途。n 共基極放大器之VBE-IE輸入特性曲線及在不同IE時之VCB-IC輸出特性曲線，請見圖4-2-7。由圖4-2-7(a)可知改變VBE即可控制IE的大小。由圖4-2-7(b)可知，在工作區IC只受IE控制(即ICIE)，VCB對IC的影響很小。31第四章/4-2P15532第四章/4-2P155四、如何辨別電晶體放大器的三種組態四、如何辨別電晶體放大器的三種組態n 只要觀察放大器的信號是由哪一極輸入，由哪一極輸出，就可知道它是工作於哪一種組態，請見表4-3。33第四章/4-3P157n 當作為電子開關使用時，電晶體是交替的工作在截止區和飽和區。許多數位電路都利用電晶體作為

10、開關。一、截止的條件一、截止的條件n 當IB0時(VBE0或VBE為逆向偏壓，都會令IB0)，電晶體就是在截止(cut-off)狀態。此時 電晶體的C-E間猶如一個開關打開(OFF)一樣。34第四章/4-3P15735第四章/4-3P157二、飽和的條件二、飽和的條件集極飽和電流等於36第四章/4-3P158但是VCE(sat)通常都小於0.2V，所以可以忽略，因此因為要達到飽和所需的最小基極電流為所以要保證電晶體飽和的條件為或37第四章/4-3P15938第四章/4-3P15939第四章/4-3P16040第四章/4-3P16041第四章/4-3P161三、飛輪二極體三、飛輪二極體n 在電晶

11、體被當作電子開關使用時，假如負載是電感性負載，會見到如圖4-3-5所示，在電感性負載兩端逆向並聯一個二極體，這個二極體是用來保護電晶體。擔任此種用途的二極體，特別稱為飛輪二極體(flywheel diode)。42第四章/4-3P16143第四章/4-3P16244第四章/4-3P163四、開關時間的認識四、開關時間的認識45第四章/4-3P164五、縮短開關時間，提高啟閉速度的方法五、縮短開關時間，提高啟閉速度的方法n 影響開關時間之因素及提高啟閉速度之方法說明如下：(1)電晶體類別的影響使用高速開關專用之電晶體比使用普通的電晶體來得好。截止頻率愈高的電晶體，其開關時間愈短。NPN電晶體之開

12、關速度比PNP電晶體稍快些。46第四章/4-3P164(2)集極飽和電流IC(sat)的影響：順向輸入電流IB愈大時，tON愈短，但tOFF愈長。逆向偏壓愈大時，tOFF愈短，但tON愈長。欲使tON及tOFF均愈短，可使用較大的順向電壓與較大的逆向電壓。電晶體ON時之飽電流IC(sat)若愈大，則tON及tOFF都會愈長。(3)輸入信號的影響：47第四章/4-3P164(4)電晶體開關的加速方法如圖4-3-9所示。加入CB可同時縮短tON及tOFF。48第四章/4-3P165圖4-3-10中的CB稱為加速電容器(speed up capacitor)，一般電路均採用250pF以下的電容器作為CB。