模拟电子技术2.ppt

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1、1.3.1 1.3.1 背靠背的背靠背的pnpn结结三极管工作原理三极管工作原理1.3.2 1.3.2 三极管三极管输入、传输、输出输入、传输、输出三特性及其饱和三特性及其饱和1.3.3 1.3.3 三极管数理模型三极管数理模型 1.1.三极管极性三极管极性-NPN BJT-NPN BJT与与PNP BJTPNP BJT及其电流方向及其电流方向 2.2.三极管数理模型三极管数理模型第第1 1章章 晶体管晶体管(3)(3)1.3 1.3 晶体三极管传输特性及其数学模型晶体三极管传输特性及其数学模型PPT3PPT31.4 1.4 三极管技术参数及测试应用三极管技术参数及测试应用1.4.1 1.4.

2、1 三极管技术参数三极管技术参数1.4.2 1.4.2 三极管测试鉴别三极管测试鉴别1.4.3 1.4.3 三极管产品形态三极管产品形态1.4.4 1.4.4 三极管封装应用三极管封装应用本节要务本节要务三极管工作原理三极管工作原理1.内因：结构尺寸及各区有别掺杂内因：结构尺寸及各区有别掺杂 外因：发射结正偏、集电结反偏外因：发射结正偏、集电结反偏2.三极管三特性三极管三特性艾碧顺着发射结艾碧顺着发射结,携来电子多如云携来电子多如云;小小艾碧大艾西小小艾碧大艾西,艾西顺着艾碧循。艾西顺着艾碧循。艾西电压落电阻艾西电压落电阻,剩余才给集射极剩余才给集射极;集射压降太少了集射压降太少了,管子饱和限

3、艾西。管子饱和限艾西。3.三极管主参数三极管主参数电流放大倍数电流放大倍数值值1.3.1 1.3.1 背靠背的背靠背的PNPN结结BJTBJT原理原理1.3 1.3 晶体三极管及其数理模型晶体三极管及其数理模型 掺掺杂杂浓浓度度:基基区区集集电电区区UbUe百度知道http:/ 提问：模拟电路的数个问题(为什么集电结反偏不影响晶体管工作？)A491617157b 2013-10-7 19:26 好比喻，怎么想到的。好比喻，怎么想到的。一叶扁舟轻轻地一叶扁舟轻轻地 2013-10-7 20:08 做了几十年了，就像学游泳，呛到嘴里的水喝得太做了几十年了，就像学游泳，呛到嘴里的水喝得太多了，终于懂

4、得了一点点水性。本友很笨，都是憋出来的，哈哈哈！多了，终于懂得了一点点水性。本友很笨，都是憋出来的，哈哈哈！1.3.2 1.3.2 三极管三特性三极管三特性 1.1.三极管输入特性三极管输入特性基极电流与发射结电压的关系基极电流与发射结电压的关系图图1.3.2 BJT实验电路实验电路 图图1.3.3 BJT集集-射恒压输入特性曲线射恒压输入特性曲线 图图1.3.4 BJT实验电路实验电路 图图1.3.5 BJT实际输入特性曲线及直线拟合实际输入特性曲线及直线拟合 BJT输入特性曲线的斜率叫做交流输入电阻，简称输入电阻，用输入特性曲线的斜率叫做交流输入电阻，简称输入电阻，用rbe表示。表示。BJ

5、T输入特性的数值化及简化可参照二极管输入特性的数值化及简化可参照二极管(pn结结)的四个模型进行。的四个模型进行。或或 公式公式(1.3.2)是整个是整个模模拟电拟电子技子技术术中最常用的，必中最常用的，必须给须给予足予足够够重重视视。rbe计算公式计算公式(1.3.2)使用技巧使用技巧 1)灵活灵活选选用，已知用，已知Ib、Ic、Ie时时各用第一、二、三个公式。各用第一、二、三个公式。2)计计算算rbe时时UT单单位位应应使使用用mV，电电流流Ib、Ic或或Ie单单位位应应使使用用mA，这这样样所所计计算算rbe的的单单位位是是，与与rbb单单位位相相同同，便便于于直直接接相相加加，不不易易

6、出出错错。还应记还应记住常温条件下住常温条件下UT=26mV。3)rbb=200300，作作为为一一个个已已知知条条件件使使用用。未未给给定定rbb时时，可可以令以令rbb=200或或300进进行行试试算。算。(1.3.2)或或 BJT输入电阻计算公式输入电阻计算公式2.2.三极管传输特性三极管传输特性基极电流放大为集电极电流基极电流放大为集电极电流图图1.3.6 BJT传输特性曲线传输特性曲线从从(1.3.3)可看出，基极电流较大、放大的集电极电流也较大时，由于电阻可看出，基极电流较大、放大的集电极电流也较大时，由于电阻Rc压压降的影响，降的影响，BJT集集-射压降作为一个派生参数，自然降低

7、为很小的数值。射压降作为一个派生参数，自然降低为很小的数值。基极电流很大但集基极电流很大但集-射压降很小时，集电极电流不再与基极电流同比上升，原射压降很小时，集电极电流不再与基极电流同比上升，原因是集因是集-射压降小就意味着射压降小就意味着BJT净动力少。把基极电流很大，集净动力少。把基极电流很大，集-射压降变得很小，射压降变得很小，外部动力不足，基极电流消化不了的现象，叫做饱和。外部动力不足，基极电流消化不了的现象，叫做饱和。BJT饱和就像动物吃撑了饱和就像动物吃撑了难以消化。难以消化。该该式式代代表表了了BJT实实验验电电路路中中集集-射射压压降降Uce与与集集电电极极电电流流Ic的的逻逻

8、辑辑关关系系。从从能能量量看看，Uce是是BJT放放大大电电流流的的净净动动力力。从从逻逻辑辑关关系系看看，Uce是是一一个个派派生生参参数数，说说明明BJT主主电电极极接有电阻时，净能量受到电阻的限制。接有电阻时，净能量受到电阻的限制。(1.3.3)根据图根据图1.3.4 可写出可写出图图1.3.7 1.3.7 某型某型BJTBJT输出特性曲线族输出特性曲线族 图图1.3.8 1.3.8 某型某型BJTBJT工作区与红灯区工作区与红灯区3.3.三极管输出特性三极管输出特性集集-射压降对集电极电流的影响射压降对集电极电流的影响 例例1.3.1 试从图试从图1.3.7读取某晶体管读取某晶体管值、

9、值、U(br)ceo和极限功率和极限功率PCM。解解 从最右一条输出特性曲线可看出，从最右一条输出特性曲线可看出，ib=0.8mA时，时，ic30mA，由此计算，由此计算=ic/ib30/0.8=37.5倍。读出倍。读出U(br)ceo=50V。从虚线任取一点。从虚线任取一点uce=20V，ic=10mA，由此计算该型，由此计算该型BJT极限耗散功率极限耗散功率PCM=2010mW=200mW。BJT输出特性曲线的功能输出特性曲线的功能(1)电流放大倍数电流放大倍数(2)输出电阻输出电阻rce(3)集集-射漏电流射漏电流Iceo(4)集集-射击穿电压射击穿电压U(br)ceo实际能从输出特性曲

10、线上得到的数据只有实际能从输出特性曲线上得到的数据只有U(br)ceo、和和U(br)ceo。4.4.三极管的饱和三极管的饱和图图1.3.9 BJT的甲类饱和的甲类饱和图图1.3.9饱饱和和原原因因是是随随着着ic增增长长，uce太太小小即即电电能能供供应应缺缺乏乏。认认为为饱饱和和压压降降Uce(sat)=0，可可由由电电流流比比对对法法或或电电阻阻比对法判断比对法判断BJT甲类饱和甲类饱和ibUcc/Rc (1.3.4)RbRc (1.3.4a)甲类饱和时电流放大能力利用率甲类饱和时电流放大能力利用率(1.3.4b)根据根据1、=1及及Rc 判断该图晶体管处于放大状态，选答案判断该图晶体管

11、处于放大状态，选答案C(a)符号符号 (b)输入特性曲线输入特性曲线 (c)输出特性曲线输出特性曲线族族图图1.3.11 NPN晶体管符号、输入特性曲线及输出特性曲线晶体管符号、输入特性曲线及输出特性曲线族族(a)符号符号 (b)输入特性曲线输入特性曲线 (c)输出特性曲线族输出特性曲线族图图1.3.12 PNP晶体管符号、输入特性曲线及输出特性曲线族晶体管符号、输入特性曲线及输出特性曲线族 5.5.三极管极性三极管极性NPN BJTNPN BJT与与PNP BJTPNP BJT及各电流方向及各电流方向三极管集电极和发射极电流与基极的关系各为三极管集电极和发射极电流与基极的关系各为 ic=ib

12、 ie=ib+ib=(+1)ibic稍小于发射极电流稍小于发射极电流ie。通常可认为。通常可认为+1、ieic。基基极极电电流流ib只只能能顺顺着着发发射射结结正正向向流流动动，小小小小ib放放大大成成为为大大大大的的集集电电极极电电流流ic，ic方方向向受受控控于于ib，ic方方向向自自然然与与ib一一致致，ic优优先先在在电电阻阻Rc上上产产生生电电压压降降，剩剩余余才才是是集集射极压降射极压降uce，uce太少了又反过来限制太少了又反过来限制ic的客观规律，可用口诀来形容。的客观规律，可用口诀来形容。艾碧顺着发射结，携来电子多如云；小小艾碧大艾西，艾西顺着艾碧循。艾碧顺着发射结，携来电子

13、多如云；小小艾碧大艾西，艾西顺着艾碧循。艾西电压落电阻，剩余才给集射极；集射压降太少了，管子饱和限艾西。艾西电压落电阻，剩余才给集射极；集射压降太少了，管子饱和限艾西。BJT图形符号的发射结箭头有三个功能。图形符号的发射结箭头有三个功能。(1)箭头代表管子发射结箭头代表管子发射结(2)箭头方向指示管子极性箭头方向指示管子极性箭头从基极指向发射极即从里指向外，代表箭头从基极指向发射极即从里指向外，代表NPN管，否则为管，否则为PNP管。管。(3)箭头表明基极电流方向及发射极电流方向箭头表明基极电流方向及发射极电流方向BJT符号的箭头功能很多，画图时一定要按照应有方向将其画在正确位置上。符号的箭头

14、功能很多，画图时一定要按照应有方向将其画在正确位置上。1.3.3 1.3.3 BJTBJT数理模型数理模型按按照照近近似似程程度度，BJT数数理理模模型型分分为为非非线线性性模模型型和和线线性性化化模模型型。非非线线性性模模型型有有埃埃伯伯斯斯-莫莫尔尔模模型型(Ebers-Moll模模型型，EM模模型型)，1954年年Ebers和和Moll提提出出；葛葛牟牟-潘潘模模型型(Gummel-Poon模模型型，GP模模型型)，1970年年Gummel和和Poon提提出出。非非线线性性模模型型全全面面但但复复杂杂。GP模模型型有有几十个参数。本课程主要介绍线性化模型。几十个参数。本课程主要介绍线性化

15、模型。按照信号，按照信号，BJT模型首先分模型首先分为为直流模型与交流模型。直流模型与交流模型。1.1.直流数理模型直流数理模型 忽略管子输入电阻忽略管子输入电阻rbe等参数，等参数，BJT可以等效为图可以等效为图1.3.12(d)所示直所示直流流CCCS数理模型。数理模型。图图1.3.12(d)BJT的直流数理模型的直流数理模型(直流直流CCCS)1)H四参数数理模型四参数数理模型(rbe)()(1/rce)按按照照工工作作频频率率，BJT线线性性化化数数理理模模型型又又可可分分为为中中低低频频数数理理模模型型和和高频数理模型。高频数理模型。其中其中(hre0.001)(1.3.6)理想理想

16、hoe0，rce。2.交流数理模型交流数理模型3)H3)H两参数数理模型两参数数理模型(、r rbebe模型模型)图图1.3.14 BJT两参数两参数数理模型的交流等效电路数理模型的交流等效电路或或(1.3.6d)2)H2)H三参数数理模型三参数数理模型(、r rbebe、r rcece模型模型)图图1.3.13 H三参数三参数数理模型的交流等效电路数理模型的交流等效电路 通通常常hre0.001，认认为为hre=0，晶晶体体管管H四四参参数数模模型型就就简简化化为为H三三参参数数模模型型。H三三参参数数模模型型实实质质就就是是基基极极电电流流控控制制的的电电流流源源，简简称称为为流流控控电电

17、流流源源(CCCS)，见图，见图1.2.13。通常通常rce约为约为100k。作。作为CCCS的内阻，可的内阻，可认为rce。认为rce 时，CCCS简化化为理想理想CCCS，见图1.3.14。(1.3.6a)H三参数数理模型中，第一个式子显得尤为重要，故经常写为三参数数理模型中，第一个式子显得尤为重要，故经常写为(1.3.6b)H三参数模型可用于分析有源负载放大器等三参数模型可用于分析有源负载放大器等.(1.3.6c)或或(1.3.6e)4)4)高频数理模型高频数理模型(a)(b)(c)图图1.3.15 BJT高频数学模型高频数学模型 由由于于极极间间分分布布电电容容影影响响，工工作作频频率

18、率很很高高时时BJT的的值值将将下下降降且且非非实实数数。把把BJT的的值值下下降降到到正正常常值值的的70.7%(增增益益下下降降3dB)时时的的工工作作频频率率称称为为管管子子的的截截止止频频率率，用用f表示，把表示，把下降到下降到|=1时的工作频率称为特征频率，用时的工作频率称为特征频率，用fT表示。表示。fT0f(1.3.7)或或 或或在在(1.3.7a)中令中令|=1即得到即得到 BJT的特征频率的特征频率fT与截止频率与截止频率f的关系为的关系为(1.3.8)特征频率特征频率fT也叫管子的增益带宽积。手册给定也叫管子的增益带宽积。手册给定BJT管子的特征频率管子的特征频率fT。1.

19、中低频电流放大倍数中低频电流放大倍数 2.集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM 3.集集-射击穿电压射击穿电压U(br)ceo(分类指标分类指标)4.集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM(分类指标分类指标)5.截止频率截止频率f、特征频率、特征频率fT(fT为分类指标为分类指标)6.输入电阻输入电阻rbe 应用非常广泛，计算公式非常重要应用非常广泛，计算公式非常重要 7.输出电阻输出电阻rce Ic越小，越小，rce越大。越大。Ic为为mA级时级时rce100 8.极间漏电流极间漏电流 9.发射结反向耐压发射结反向耐压 1.4.1 1.4.1 三极管技术参数三极管技术参数图

20、图1.4.2 Iceo检测电路检测电路图图1.4.1 Icbo检测电路检测电路 1.4 三极管技术参数及测试应用三极管技术参数及测试应用(1)10.10.有关参数的温度系数有关参数的温度系数(1)电流放大倍数电流放大倍数的温度系数的温度系数 数值数值=0.5%1%/C(2)发射结压降发射结压降Ube的温度系数的温度系数 数值数值=-2mV/C(3)反向漏电流反向漏电流Icbo、Iceo的温度系数的温度系数温度每上升温度每上升10C，晶体管的，晶体管的Icbo大约增加大约增加1倍。倍。11.BJT11.BJT技术参数的分类技术参数的分类个性参数和共性参数个性参数和共性参数(1)个性参数：第个性参

21、数：第16项项(2)共性参数：第共性参数：第79项项1.4 三极管技术参数及测试应用三极管技术参数及测试应用(2)点评点评 这是模拟电子学的基本常识。这是模拟电子学的基本常识。2009年注册年注册电电气工程气工程师师(发输变电发输变电)职业资职业资格考格考试专业试专业基基础础第第22题题1.4.2 三极管测试鉴别三极管测试鉴别1.BJT1.BJT种类种类(1)低压晶体管、中压晶体管与高压晶体管低压晶体管、中压晶体管与高压晶体管(高反压晶体管高反压晶体管)击击穿穿电电压压Ubr(ceo)100V、100VUbr(ceo)800V，Ubr(ceo)800V的的管管子各叫低压晶体管、中压晶体管和高压

22、晶体管。子各叫低压晶体管、中压晶体管和高压晶体管。(2)低频晶体管、中频晶体管与高频晶体管低频晶体管、中频晶体管与高频晶体管特特征征频频率率fT3MHz的的晶晶体体管管叫叫做做低低频频晶晶体体管管，3MHzfT30MHz的晶体管叫做中频晶体管，的晶体管叫做中频晶体管，fT30MHz的晶体管叫做高频晶体管。的晶体管叫做高频晶体管。(3)小功率晶体管、中功率晶体管与大功率晶体管小功率晶体管、中功率晶体管与大功率晶体管极极限限功功率率PCM500mW、500mWPCMIcIb，NPN管管基基极极电电流流流流进进管管子子，可可判判断断电电流流居居间间的的是是集集电电极极，最最大大的的是是发发射射极极，

23、最最小小的的是是基基极极。若若基基极极电电流流流流进进管子，则为管子，则为NPN管，否则为管，否则为PNP管。管。能判别管子极性及各脚功能并识别能判别管子极性及各脚功能并识别值，但不能判别材料。值，但不能判别材料。3)电压比对法电压比对法由由管管子子放放大大时时发发射射结结正正偏偏、集集电电结结反反偏偏知知，BJT具具有有基基极极电电压压接接近近发发射射极极、集集电电极极电电压压明明显显不不同同于于另另两两极极电电压压，NPN管管UcUbUe、PNP管管UcUbUe等等基基本本特特征征。给给定定三三电电压压，可可判判断断电电压压居居间间的的为为基基极极B，电电压压特特高高，似似鹤鹤立立鸡鸡群群

24、，为为集集电电极极，电电压压比比基基极极低低0.2V0.7V的的为为发发射射极极，管管子子为为NPN管管；电电压压特特低低，似似鱼鱼翔翔浅浅底底，也也是是集集电电极极，电电压压比比基基极极高高0.2V0.7V的的为为发发射射极极，管管子子为为PNP管管。基极发射极电压差基极发射极电压差0.2V0.3V为锗管，差为锗管，差0.6V0.7V为硅管。为硅管。能判别管子极性及各脚功能并判别材料，但不能识别能判别管子极性及各脚功能并判别材料，但不能识别值值。4)仪表测试法仪表测试法 a)指指针针万万用用表表 万万用用表表置置于于电电阻阻档档。黑黑表表笔笔接接任任意意一一脚脚,红红表表笔笔接接另另两两脚脚

25、时时若若都都通通,则则为为NPN，黑黑笔笔所所接接为为基基极极；红红接接任任意意一一脚脚，黑黑笔笔接接另另外外两两脚脚时时若若都都通通，则则管管子子为为PNP，红红笔笔所所接接为为基基极极。再再用用手手指指等效电阻法辨别集电极与发射极。等效电阻法辨别集电极与发射极。b)数数字字万万用用表表 万万用用表表置置于于pn结结档档。红红笔笔接接任任意意一一脚脚，黑黑笔笔接接另另外外两两脚脚时时若若都都通通，则则管管子子为为NPN，红红笔笔所所接接为为基基极极；黑黑笔笔接接任任意意一一脚脚，红红笔笔接接另另外外两两脚脚时时若若都都通通，则则管管子子为为PNP，黑黑笔笔所所接接为为基基极极。再用以下两法辨

26、别集电极与发射极。再用以下两法辨别集电极与发射极。(a)试测试测值，以读数较大的那次测量所连接来判别值，以读数较大的那次测量所连接来判别C极与极与E极极(b)测试结压降，结压降较小时为集电极，较大时为发射极。测试结压降，结压降较小时为集电极，较大时为发射极。解解 用电压比对法，用电压比对法，6V电压相对于电压相对于9.8V和和10V特低，为特低，为PNP管。管。9.8V与与10V相差相差0.2V，为锗管。，为锗管。选答案选答案D2007年注册年注册电电气工程气工程师师(供配供配电电)职业资职业资格考格考试专业试专业基基础础第第26题题1.4.3 1.4.3 三极管产品形态三极管产品形态BJT产

27、品形态很多，这里列出如下。产品形态很多，这里列出如下。分立分立BJT 复合复合BJT 孪生孪生BJT 带阻尼带保护的带阻尼带保护的BJT BJT阵列阵列 集成电路的单元细胞集成电路的单元细胞 BJT与与LED组合为光电耦合器组合为光电耦合器(b)两只两只PNP管管复合为复合为PNP管管(d)PNP管与管与NPN管管复合为复合为PNP管管(a)两只两只 NPN管管复合为复合为NPN管管(c)NPN管与管与PNP管管复合为复合为NPN管管图图1.4.5 复合复合BJT同极性管子形成的复合管的极性不变，管脚功能不变。同极性管子形成的复合管的极性不变，管脚功能不变。异极性管子形成的复合管的极性与前管相

28、同。基极不变，后管发异极性管子形成的复合管的极性与前管相同。基极不变，后管发射极作为复合管集电极，后管集电极作为复合管发射极。射极作为复合管集电极，后管集电极作为复合管发射极。由异极性由异极性BJT构成的复合构成的复合BJT的发射结压降与前管相同，而由同的发射结压降与前管相同，而由同极性极性BJT构成的复合构成的复合BJT的发射结压降是的发射结压降是2倍的倍的pn结压降。结压降。由异极性由异极性BJT构成的复合构成的复合BJT的发射结压降比较小，由同极性的发射结压降比较小，由同极性BJT构成的复合构成的复合BJT的输入电阻比较大。选用复合的输入电阻比较大。选用复合BJT可灵活考虑。可灵活考虑。

29、复合管的复合管的输输入入电电阻阻同极性复合管同极性复合管输输入入电电阻阻为为 rbe=rbe1+1rbe2 (1.4.3)由由图图1.4.5(c)、(d)知知，异异极极性性管管子子组组成成的的复复合合管管的的输输入入电电阻阻等等于于前前管的管的输输入入电电阻。阻。rbe=rbe1 (1.4.4)2009年注册年注册电电气工程气工程师师(供配供配电电)职业资职业资格考格考试专业试专业基基础础第第28题题答答 选答案选答案D1.1.模拟应用模拟应用2.2.开关应用开关应用3.3.半导体器件及集成电路封装技术简介半导体器件及集成电路封装技术简介 1.4.4 1.4.4 三极管封装应用三极管封装应用(a)小型金封小型金封 (b)TO-92塑封塑封 (c)TO-92塑封塑封 (d)TO-220塑封塑封图图1.4.12 三极管常见封装外型及其管脚功能三极管常见封装外型及其管脚功能图图1.4.13 贴片三极管正视图及管脚功能贴片三极管正视图及管脚功能图图1.4.14 著名的二保三电路著名的二保三电路谢谢大家！谢谢大家！