三极管的原理

第2章半导体三极管(SemiconductorDiode)

2.1双极型三极管

教学要求：

1.掌握晶体三极管的工作原理；

2.理解晶体三极管的输入、输出特性曲线；

3.了解晶体三极管的主要参数。

一、晶体三极管(SemiconductorTransistor)

利用特殊工艺将两个PN结结合在一起就构成了双极型三极管。

1.结构和符号：结构特点：e区掺杂浓度最高，b区薄，掺杂浓度最底；c区面积最大。

分类：

构成材料：硅管、锗管结构：PNP、NPN使用频率：低频管、高频管

功率：小功率管、中功率管、大功率管

2.电流放大原理

（1）放大条件

内部条件：e区掺杂浓度最高，b区薄，掺杂浓度最底；c区面积最大。

外部条件：发射结（e结）加正向偏置电压，集电结（c结）加反向偏置电压。

电位条件：NPN型：Vc＞Vb＞Ve；PNP型：Vc＜Vb＜Ve

电压数值：U

BE

：硅0.5-0.8V,锗0.1-0.3V

重要

U

CB

：几伏——十几伏

U

CE

：

U

CE

＝U

CB

＋U

BE

几

伏

——+几

伏

（2）三极管内部（NPN型为例）

1)发射区不断向基区注入多子（电子），形成发射极电流I

E

。

2)向发射区扩散的基区多子（空穴）因数量小被忽略。这样，到达基区的电子多数向BC结方向扩

散形成I

CN

。少数与空穴复合，形成I

BN

。基区空穴来源主要来自基极电源提供(I

B

)和集电区少子漂移

(I

CBO

)。即I

BN

I

B

+I

CBO

，

I

B

=I

BN

–I

CBO

3)集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流I

C

，

I

C

=I

CN

+I

CBO

。

（4）三极管各极电流之间的分配关系I

B

=I

BN

-I

CBO，

I

C

=I

C

N

+I

CBO

当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：

二、晶体三极管的特性曲线

1.输入特性曲线：

由输入回路可写出三极管的输入特性的函数式为i

B

=f(u

BE

)，u

CE

=常数。实测的某NPN型硅三极管的输

入特性曲线如下图(b)所示，由图可见曲线形状与二极管的伏安特性相类似，不过，它与u

CE

有关，u

CE

=1V

的输入特性曲线比u

CE

=0V的曲线向右移动了一段距离，即u

CE

增大曲线向右移，但当u

CE

＞1V后，曲线

右移距离很小，可以近似认为与u

CE

=1V时的曲线重合，所以下图(b)中只画出两条曲线，在羊汤学习 实际使用中，

u

CE

总是大于1V的。由图可见，只有uBE大于05V(该电压称为死区电压)后，iB才随uBE的增大迅速

增大，正常工作时管压降u

BE

约为0.6～0.8V，通常取0.7V，称之为导通电压u

BE

(on)。对锗管，死区电压

重要

约为0.1V，正常工作时管压降u

BE

的值约为0.2～0.3V，导通电压u

BE

(on)≈0.2V。

2.输出特性曲线

输出回路的输出特性方程为：i

C

=f(u

CE

)，i

B

=常数；晶体三极管的输出特性曲线分为截止、饱和和放大

三个区，每区各有其特点：

（1）截止区：I

B

≤0，I

C

=I

CEO

≈0，此时两个PN结均反向偏置。

（2）放大区：I

C

=I

B

+I

CEO

，

此时发射结正向偏置，集电结反向偏置，特性曲线比较平坦且等间距。

I

c

受I

B

控制，I

B

一定时，I

c

不随U

CE

而变化。

（3）饱和区：u

CE

u

=u

CE

-u

BE

<0

BE

，CB

，此时两个PN结均正向偏置，I

C

bI

B

，I

C

不受I

B控制，

失去放大作用

。

曲线上升部分u

CE

很小，u

CE

=u

BE

时，达到临界饱和，深度饱和时，硅管U

CE(SAT)

=0.3V，

锗管U

CE(SAT)

=0.1V。

重要

3.温度对特性曲线的影响

（1）温度升高，输入特性曲线向左移。温度每升高1C，U

BE

(2~2.5)mV。温度每升高10C，I

CBO

约增大1倍。

（2）温度升高，输出特性曲线向上移。温度每升高1C，b-(0.5~1)%。输出特性曲线间距增大。

三、晶体三极管的主要参数

1.电流放大系数

（1）共发射极电流放大系数:（）为直流（交流）电流放大系数=I

C

/I

B

（=i

C

/i

B

）。

（2）共基极电流放大系数:=/（1+），a<1一般在0.98以上。

2.极间反向饱和电流：CB极间反向饱和电流I

CBO

，CE极间反向饱和电流I影响的英语单词

CEO

。I

CBO

、

I

CEO

均随温度

的升高而增大。

3.极限参数：I

CM

：

集电极最大允许电流，超过时b值明显降低；

P

CM

：

集电极最大允许功率损耗；

U

(BR)CEO

：

基极开路时C、E极间反向击穿电压；

U

(BR)CBO

：发射极开路时C、B极间反向击穿电压。

U

(BR)EBO

：

集电极极开路时E、B极间反向击穿电压；

U

(BR)CBO

>U

(BR)CEO

>

U

(BR)EBO

2.3三极管电路的砂锅豆腐 基本分析方法

教学要求

1.掌握三极管电路的直流电路画法及分析方法十大玄幻小说排行榜 ；

2.掌握三极管电路的交流电路画法及分析方法；

3.熟悉三极管小信号等效电路的分析方法。

一、概述

三极管为非线型器件，对含有这些器件的电路进行分析时，可采用适当的近似方法，按线性电路来处

理。利用叠加定理可对电路中的交、直流成分分别进行分析。

直流分析（静态分析）：只研究在直流电源作用下，电路中各直流量的大小称为直流分析(或称为静态

分析)，由此而确定的各极直流电压和电流称为直流工作点(或称静态工作点)参量。

交流分析（动态分析）：当外电路接入交流信号后，为了确定叠加在静态工作点上的各交流量而进行的

分析，称为交流分析(或称为动态分析)。

方法：

图解法：在输入、输出特性图上画交、直流负载线，求静态工作点“Q”，分析动态波形及失真等。

微变等效电路法根据发射结导通压降估算“Q”。再用等效电路法分析计算小信号交流通路的电路动态

参数。

电量参数的表示：B

B

，B表示主要符号，大写表示该电量是与时间无关的量(直流、平均值、有效值)，小

写表示该电量是随时间而变化的量(瞬时值)。

B

为下标符号，大写表示直流量或总电量(总最大值，总瞬时值)；

小写表示交流分量。

二、直流分析

1.图解分析法：在三极管的特性曲线上用作图的方法求得电路中各直流电流、电压量大小的方法，称

为图解分析法。

晶体三极管电路如下图(a)所示，三极管的输入、输出特性曲线分别示于下图(b)、(c)中。

2.工程近似分析法

三、交流分析

1.动态图解分析：三极管电路动态工作时的电流、电压、可利用三极管特性曲线，通过作图来求得。现通过例题来说明动态图解分析过程。

设C对交流〖Ｊ例.三极管电路如下图(a)所示，交流电压

u

i

通过电容C加到三极管的基极，

Ｐ２〗信号的容抗为零；三极管采用硅管，其输入、输出特性曲线如下图b)所示。已知

u

i=10sint(mV)，试用图解法求该电路各交流电压和电流值。

解：(1)输入回路图解先令

u

i

=0，由图(a)可得

I

BQ

=（V

BB

-U

BE(on)

）/R

B

＝（6V-0.7V）

/176//=0.03m/=30//由此可在图(b)的输入特性曲线上确定基极回路的静态工作点Q。若

输入交流信号

u

i

，它在基极回路与直流电压U

BEQ

相叠加，使得三极管B、E极之间的电压u

BE

在原

有直流电压U

BEQ

的基础上，按

u

i

的变化规律而变化，即

u

BE

=U

BEQ

+

u

i

=U

BEQ

+U

im

sint，其波形如图

(b)中①所示。根据

u

BE的变化

(2)输出回路的图解根据V

CC

及R

C

值可在上图(b)所示输出特性曲线中作出直流负载线NM，它与i

B

=

ＴＢI

BQ

=30A的输出特性曲线相交于Q点，Q点便是集电极回路的直流工作点。由图可知，其对应的I

CQ

=3mA、

U

CEQ

=3V。随着基极电流的变化，负载线MN与输出特性曲线簇的交点也随之变化。按基极电流i

B

在不同时

间的数值，找出相应的输出特性曲线及其与负载线MN的交点，便可画出集电极电流i

C

和C、E极间电压u

CE

的波形，如上图(b)中③、④所示，由图可知，输出电流i

C

和输出电压u

CE

都在原来静态直流的基础上叠加了

一交流量。由于输出特性曲线间距近似相等，故i

c

与i

b

成正比，因此，有i

C

=I

CQ

+i

c

=I

CQ

+I

cm

sint

，

u

CE

=U

CEQ

+u

ce

=U

CEQ

+U

cem

sin(t-180)，式中，u

ce

=-i

c

R

C

，U

cem

=I

cm

R

C

。

由上图(b)可读出i

C

的瞬时项目申报书模板 值在2～4mA之间变动，i

c

的幅度I

cm

=1mA；而u

CE

的瞬时值在2～4V之间变

动，u

ce

的幅度U

cem

=1V。可见，U

cem

＞U

im

，电路实现了交流电压放大作用。此外，可看出u

ce

波形与u

i

波形

的相位相差180(即反相关系)。

2.小信号等效电路分析法（微变等效）

输入信号过小时，用图解法进行交流分析误差较大，通常采用微变等效电路来分析。

（1）晶体三极管电路小信号等效电路分析方法

晶体三极管H（Hybrid）参数小信号电路模型等效依据：交流信号很小时，三极管的动态参数呈线性变

化，此时，三极管各极交流电压、电流的关系近似为线性关系。

r

be

（h

ie

）——三极管输出端交流短路时的输入电阻。其值与三极管的静态工作点Q有关。

r

bb

——三极管基区体电阻。对于低频小功率管r

bb

约为200/。

输入端口：从输入端看进去，相当于电阻r

be

。

输出端口：从输出端看进去，相当于一个受i

b

控制的电流源。i

c

=i

b

，相当于H参数模型中的H

fe

。

晶体三极管电路的交流分析

分析步骤：A.分析直流电路，求出“Q”点上各直流电压和电流，计算r

be

；

B.画出电路的交流通路，并在交流通路上把三极管画成H参数模型。

C.利用叠加定理分析计算“Q”点上各极的交流量。

（2）场效应管电路小信号等效电路朱可夫 分析法

2.4三极管的测试与应用

教学要求

1.悉晶体三极管的外形及引脚识别方法；

2.用万用表检测半导体三极管性能的方法；3.握三极管应用电路的测试方法。

一、三极管使用的基本知识

(一)外型及引脚排列

（二）晶体三极管的检测方法

1.用万用表检测晶体三极管的方法

基极判别：将万用表置于R1K挡，用红黑表笔搭接三极管的任意两管脚，如测得阻值大于几百千欧，将红黑表

极为集电极；如果万用表指针偏转较小，则与红表笔相连的极为集电极。

2.使用指针式万用表应注意的事项：R1k挡进行测量；红表笔是(表内)负极，黑表笔是(表内)正极。

测量时手不要接触引脚。

3.数字万用表的使用

接用电阻挡的

挡，分别测量判断两个结的好坏；插入三极管挡(h

FE

)，测量b值或

判断管型及管脚。

注意事项：（1）红表笔是(表内电源)正极；黑表笔是(表内电源)负极。

（2）NPN和PNP管分别按EBC排列插入不同的孔。（3）需要准确测量b

（三）晶体三极管的选用

1.根据电路工作频率选择高、低频管。

2.根据电路实际工作要求选择管耗P

CM

、最大集电极电流I

CM

、反向击穿电压U

(BR)CEO

及电源电压V

CC

。

要保证：P

CM

>P

Cm

，

I

CM

>

Ｉ

Cm

，

U

(BR)CEO

>VCC

3.三极管b值的选择，在40~100之间为好，9013、9014等低噪声、高b的管子不受此限制。

4.选用管子的穿透电流I

CEO

越小越好，硅管比锗管的小。