晶體三極體的結構特性與檢測

2021-03-04 02:25:15 字數 2707 閱讀 8600

引入:半導體三極體,也稱雙極型電晶體、晶體三極體,是一種電流控制電流的半導體器件。其作用是把微弱訊號放大成輻值較大的電訊號, 也用作無觸點開關。本次課主要學習三極體的相關知識。

一、 晶體三極體的結構、符號和型別

1、 結構和符號

三極體的結構如圖所示,在一塊極薄的矽或鍺基片上經過特殊的加工工藝製作出兩個pn結,對應的三個半導體區分別稱為發射區、基區和基電區,從三個區引出的三個電極分別為:發射極、基極和集電極,分別用符號e、b、c或e、b、c表示。發射區與基區之間的pn結稱為發射結,基電區與基區之間的pn結稱為集電結。

按照兩個pn結的組合方式不同,三極體分為npn型和pnp型兩大類,其結構和圖形符號如圖所示,文字元號用v表示。圖形符號中,箭頭方向表示發射結正向偏置時發射極電流方向,箭頭朝外的是npn型三極體,箭頭朝內的是pnp型三極體。

雖然發射區和集電區半導體型別一樣,但發射區的參雜濃度比集電區高,在幾何尺寸上,集電區面積比發射區大,它們並不對稱,因此,發射極和集電極不能互換。

2、 型別

三極體種類很多,按不同的分類方法可分為多種。(課本12頁)

二、 晶體三極體的電流放大作用

1、 三極體的工作電壓

三極體要實現放大作用,必須滿足一定的外部條件,即發射結加正向電壓,集電結加反向電壓。由於npn型和pnp型三極體極性不同,所以外加電壓的極性也不同。

對於npn型三極體,c、b、e三個電極的電位必須符合:uc>ub>ue;對於pnp型三極體,電源的極性與npn型三極體相反,c、b、e三個電極的電位應符合:uc<ub<ue。

2、 三極體的電流放大作用

通過調節電位器rb的阻值,可調節基極的偏壓,從而調節基極電流ib的大小。每取乙個ib值,從毫安表可讀取集電極電流ic和發射電流ie的相應值。

三、 晶體三極體的特性曲線

三極體各極上的電壓和電流之間的關係,可通過伏安特性曲線直觀地描述。三極體的特性曲線主要有輸入特性曲線和輸出特性曲線兩種,它可以用電晶體特性圖示儀直接觀察,也可以通過實驗電路來測試。

1、 輸入特性

輸入特性是指在uce一定的條件下,加在三極體基極與發射極之間的電壓ube和基極電流ib之間的關係曲線。

從輸入特性曲線可以看出,三極體的輸入特性曲線與二極體的正向特性曲線相似,只有當發射結的正向電壓ube大於死區電壓(矽管0.5v,鍺管0.2v)時,才產生基極電流ib,這時三極體處於正常放大狀態,發射結兩端電壓為ube(矽管0.

7v,鍺管0.3v)。

2、 輸出特性

輸出特性是指在ib一定條件下,三極體集電極與發射極之間的電壓uce與集電極電流ic之間的關係曲線。

每條曲線可分為線性上公升、彎曲、平坦三部分。

對應不同ib值得不同的曲線,從而形成曲線簇。各條曲線上公升部分很陡,幾乎重合,平坦部分則按ib值從下往上排列,ib的取值間隔均勻,相應的特性曲線在平坦部分也均勻分布,且與橫軸平行。

提示:對於npn型三極體:工作於放大區時,uc﹥ub﹥ue;工作於截止區時, ub≤ue;工作於飽和區時,uc≤ub。pnp型三極體與之相反。

在模擬電子電路中三極體大多任務作在放大狀態,作為放大管使用;在數字電子電路中三極體工作在飽和或截止狀態,作為開關管使用。

四、 三極體的主要引數

1、電流放大係數

反映三極體的電流放大能力。

(1)共射極直流電流放大係數hfe

三極體集電極電流與與基極電流的比值,即hfe=ic/ib。反映三極體的直流電流放大能力。

(2)共射極交流電流放大係數β

三極體集電極電流的變化量與基極電流的變化量之比,即β=△ic/△ib。反映三極體的交流電流放大能力。

同一只三極體,在相同的工作條件下hfe≈β,應用中不再區分,均用β來表示。

選管時,β值應恰當,β太小,放大作用差;β太大,效能不穩定,通常選用30~100之間的管子。

2、極間反向電流

反映三極體的***壞。

(1)集電極-基極間的反向飽和電流icbo

發射極開路時,c-b極間的反向飽和電流。icbo越小,集電結的單向導電性越好。

(2)集電極-發射極間反向飽和電流iceo

基極開路時(ib=0),c-e極間的反向電流。好象是從集電極直接穿透三極體到達發射極的電流,故又叫「穿透電流」。

iceo=(1+β)icbo,反映了三極體的穩定性。選管子時,iceo越小,管子受溫度影響越小,工作越穩定。

3、極限引數

表示三極體工作時,不允許超過的極限值。

(1)集電極最大允許電流icm

集電極電流過大時,三極體的β值要降低,一般規定β值下降到正常值的2/3時的集電極電流為集電極最大允許電流。

使用時一般ic<icm,否則管子易燒毀。選管時,icm≥ic。

(2)集電極-發射極間的反向擊穿電壓u(br)ceo

基極開路時,加在c與e極間的最大允許電壓。

使用時,一般uce<u(br)ceo,否則易造成管子擊穿。選管時,u(br)ceo≥uce。

(3)集電極最大允許耗散功率pcm

集電極消耗功率的最大限額。根據三極體的最高溫度和散熱條件來規定最大允許耗散功率pcm,要求pcm≥icuce 。

pcm的大小與環境溫度有密切關係,溫度公升高, pcm減小。對於大功率管,常在管子上加散熱器或散熱片,降低管子的環境溫度,從而提高pcm。

工作時, icuce<pcm,否則管子會因過熱而損壞。選管時,pcm≥icuce。

小結、作業:

本次課主要學習了三極體的結構、符號和型別以及三極體的特性曲線和主要引數,通過學習,要求學生重點理解三極體的特性曲線。

完成習題冊上的練習題。

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