双极型半导体三极管
双极型半导体三极管的特性曲线课件
输入电容的大小也取决于三极 管的材料、结构以及工作状态 ，通常在皮法拉级。
输入电容越大，信号的频率特 性越差，即高频信号的衰减越 大。
输入电流与电压的关系
当三极管处于放大状态时，其输 入电流与输入电压之间存在一定
的关系。
在共基极电路中，输入电流与输 入电压成线性关系；在共发射极 电路中，输入电流与输入电压成
输出电流与电压的关系
定义
影响因素
输出电流与电压的关系是指在特定工 作点上，三极管的输出电流与输出电 压之间的关系。
输出电流与电压的关系受到温度、工 作点、偏置条件等多种因素的影响。
特性曲线
输出电流与电压的关系通常用特性曲 线表示，曲线形状反映了三极管的工 作状态和性能。
04
频率特性曲线
截止频率
02
输入特性曲线
输入电阻
输入电阻是指三极管输入端的等效电阻，它反映了三极管输入端对信号的阻碍作用 。
输入电阻的大小取决于三极管的材料、结构以及工作状态，通常在兆欧级。
输入电阻越大，信号源的信号越不容易被三极管吸收，即信号源的信号衰减越小。
输入电容
输入电容是指三极管输入端的 等效电容，它反映了三极管输 入端对信号的存储能力。
作用
输出电阻的大小决定了三 极管在工作点附近的电压 放大倍数和输出信号的稳 定性。
输出电容
定义
输出电容是指三极管在特 定工作点上的等效电容， 通常表示为Cout。
影响因素
输出电容的大小与三极管 的材料、结构、工作状态 等因素有关。
作用
输出电容对三极管的频率 响应和稳定性有较大影响 ，是三极管的重要参数之 一。
指数关系。
了解输入电流与电压的关系有助 于理解三极管的工作原理和特性
双向三极管工作原理及用途
双向三极管工作原理及用途
双向三极管的工作原理和用途如下：
双向三极管，全称应为半导体双向三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种电流控制电流的半导体器件。
其作用是把微弱信号放大成幅度值较大的电信号，也用作无触点开关。
工作原理：三极管是由两个PN结构成的，两个PN结把整块半导体分成三个部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。
正常正偏逻辑是P流向N，换言之反向偏置就是N到P。
根据这个P流向N，能根据原理图区分PNP和NPN型。
三极管的工作状态有四个，放大、截止、饱和、倒置。
当基极补充一个很小的IB，就可以在集电极上得到一个较大的IC，这就是所谓电流放大作用，IC与IB是维持一定的比例关系，β1称为直流放大倍数。
三极管有3种工作状态，分别是截止状态、放大状态、饱和状态。
具体用途：三极管是电子电路的核心元件，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。
可广泛用于开关逻辑电路、大电流驱动、控制电路、低噪声放大器、漏电报警电路、稳压电路以及运算放大电路等。
两种极性的双极型三极管及其符号
中间部分称为基区，与之相连接的电极称为基极，用B或b表示（Base）；一侧称为发射区，与之相连接的电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）；另一侧称为集电区，与之相连电极称为集电极，用C或c表示（Collector）。
E-B间的PN结称为发射结（Je）；C-B间的PN结称为集电结（Jc）。
图2-1-1 两种极性的双极型三极管及其符号双极型三极管的符号在图2-1-1的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。
从外表上看，NPN型三极管的两个N区(或PNP型三极管的两个P 区)是对称的，发射极和集电极可以互换。
实际上在制造时，由于发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大，基区掺杂浓度低并要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米，所以发射极和集电极是不能互2.1.2 双极型半导体三极管的电流分配关系双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。
若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。
现以NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系，见图2-1-2。
由图2-1-2可知对于NPN型三极管，集电极电流和基极电流是流入三极管，发射极电流是流出三极管，流进的电流等于流出的电流。
由以上分析可知，发射区掺杂浓度高，基区掺杂浓度低且很薄，是保证三极管能够实现电流放大的关键。
若两个PN结对接，相当基区很厚，将没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。
动画02-1在工艺上要求发射区搀杂浓度高，基区掺杂浓度低且要制作得很薄，集电区掺杂浓度低。
当发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成电子的扩散电流I EN，而从基区向发射区扩散的空穴电流I EP却很小，见图2-1-2，图中箭头为载流子的运动方向。
于是有I E= I EN＋I EP 且有I EN>>I EP图2-1-2 双极型三极管的电流传输关系因基区掺杂浓度低，所以发射区扩散过来的载流子电子被复合的很少，只形成很小的基极电流I BN。
半导体三极管
放大 截止 饱和 倒置
正向 反向 三极管饱和 反向时的管压降 反向 正向UCE被称作 正向
为三极管的 反向饱和压降
放大状态时有： IC=β IB+ICEO≈βIB
UCE=UCC-IC*Rc 减小Rb，IB增大； IC增大，UCE减小 集电结反偏电压减小。 饱和后，UCE≈0, IC=(UCC-UCES)/Rc IC≈UCC/Rc 饱和条件： IB>IC/β IB>(UCC-UCES)/βRc≈UCC/(β Rc）
半导体三极管
3.1 概述
半导体三极管，又称为双极结型晶体管（BJT）
c
N P N 集电极 集电结
NPN型 c b
PNP型
c b
b
基极
发射结
e
e
发射极
e
三极管的发射极的箭头方向， 代表三极管工作在放大，饱和 状态时，发射极电流（IE）的 实际方向。
半导体三极管的分类：
按材料分： 按结构分： 按使用频率分： 按功率分： 硅管、锗管 NPN、 PNP 低频管、高频管 小功率管 < 500 mW 中功率管 0.5 1 W 大功率管 > 1 W
NPN: 0.35V,0.3V,1V 1V
+VCC
-VCC
PNP: -0.2V,0V,-0.05V -0.05V -0.2V
PNP
0.35V
NPN
0.3V
0V
由引脚电压判断三极管管脚和工作状态
工作状态 发射结电压 集电结电压
放大 截止 饱和
正向 反向 正向
反向 反向 正向
1、无正向导通电压的处在截止状态 2、根据三个电位的集中程度判断是否饱和 3、如果饱和则先判断基极，再判断集电极和发射极 4、不饱和则看有没有两个电压差为正向导通电压 例1-5 NPN: (1) 1V,0.3V,3V (2) 0.3V,0.3V,1V (3)2V,5V,1V PNP: (1) -0.2V,0V,0V (2) -3V,-0.2V,0V (3)1V,1.2V,-2V
2.简述bjt三极管原理
2. 简述BJT三极管原理
双极结型晶体管（BJT）是半导体三极管的一种，其工作原理基于半导体材料中的载流子输运现象。
以下是对BJT三极管原理的简要描述：
1. 结构：BJT三极管由三个半导体区域组成，分别是发射区、基区和集电区。
这三个区域之间由两个PN结隔开。
发射区掺杂浓度高，集电区面积大，基区则介于两者之间。
2. 电流传输过程：当在BJT的发射极和基极之间加上正向电压时，载流子（空穴和电子）将从发射区注入到基区。
其中，高能量的电子能够穿过基区的势垒，进入集电区，形成集电极电流。
集电极电流的大小可以用来控制BJT的导通状态。
3. 放大作用：BJT的一个重要特性是它能够放大电流。
这是由于在基区，载流子经历了两次扩散-漂移过程。
第一次是从发射区注入到基区的载流子在基区的扩散-漂移过程；第二次是从基区扩散到集电区的载流子的漂移过程。
在这个过程中，空穴和电子分别被电场力拉向集电极和发射极，形成集电极电流。
4. 输出特性：BJT的输出特性是指集电极电流与基极-发射极电压之间的关系。
这个关系通常被表示为一个曲线，称为三极管的输入特性曲线。
在不同的基极-发射极电压下，会有不同的输出状态，包括放大区、饱和区和截止区。
5. 频率响应：BJT的频率响应是其工作频率与电压增益之间的关系。
在高频条件下，由于载流子的渡越时间效应和结电容的影响，BJT 的性能会受到限制。
6. 温度特性：温度对BJT的性能有很大影响。
随着温度的升高，载流子的传输过程会受到影响，导致电流增大，电压增益下降。
因此，在高温环境下，需要对BJT进行适当的散热设计。
NPN双极型晶体管
双极型晶体管双极型三极管又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。
双极型三极管有三个电极。
三极管可以用半导体材料硅或锗制成。
有两类标准的三极管：NPN 和PNP型。
现在用的三极管大多是NPN型。
NPN三极管由一块N型发射极（E）、一块P型基极（Ｂ）和一块N型集电极（Ｃ）组成。
三极管具有电流放大作用。
集电极电流Ic与基极电流I B成正比，小于发射极电流。
三个电流之间的关系是I E=Ic+I B。
三极管的电流放大系数通常用β表示，当Ｃ、E两端的电压保持不变时有β=△Ic/△IＢ。
当基极电压略高于发射极的正向电压（约为0.6V），三极管导通。
一般认为，当U CE=U BE，即U CB=0时，晶体管趋于饱和状态，这个电压大约是+0.7V。
这时C极与E极之间的电阻很小，甚至几乎可以看成短路。
一般将I B≤0的区域称为截至区，此时I C也近似为零。
由于管子各极电流都基本上等于零，所以三极管处于截至状态，没有放大作用。
此时C级与E级之间的电阻很大，可以看成开路。
其实当I B=0时，集电极回路的电流并不正真为零，有一个极小的漏电流I CBO 从集电极流到基极。
PNP三极管的发射区和集电区是P型半导体，而基区是N型半导体。
PNP型三极管放大原理与NPN型三极管基本相同。
但由于结构的不同，三极管工作在放大区，外加电压的极性U BE<0，而UBC>0，正好与NPN三极管相反。
PNP三极管的各种参数含义也与NPN三极管相同,这里就不再重复了。
Bipolar TransistorBipolar transistor also known as semiconductor transistor\transistor, Or be called bipolar-junction transistor.Bipolar transistor has three electrodes.Bpolar transistor are made of semiconductor material silicon or Ge .There are two types of standard bipolar transistors ,NPN and PNP.Most transistors used today are NPN.The NPN bipolar transistor consists of an N-type emitter(E),P-type base(B),and N-type collector(C).Bipolar transistor have the function of amplifing current.The amount of collector curret is directly proportionalto the amount of base current and will be less than the emitter current.The relationship of the current is Ie=Ic+Ib.The current gain cofficient usually be expressed by B and is expressed as =△Ic/△IＢ,when the voltage from C to E( Uce)is held constant.An NPN bipolar transistor turn on when the base is more positive than the emitter（about 0.6V）.It was generally think that the transistor is in saturation when Uce eaqual Ube,namely Ucb=0.The voltage is about positive 0.7V and the resistance from C to E is low and may even appear almost as a short The transistor is off When I B≤0,I C is about 0.Becase the current of all electrodes is disposed 0,the transistor is off and has not the function of amplifing current.The resistance from C to E now is and may appear as an open.Actually the current of collector is not 0 when Ib is 0,a small leakage current Icbo from C to E is always present .The emitter and collector of the PNP transistor are P semiconductor andThe base is N semiconductor.The amplifing principle of PNP is same as NPN.Becase of different strucure, the transistor has the function of amplifing when Ube<0.But UBC>0and is opposite from NPN.The parameter of the PNP is same with NPN,we will not repeat.。
第3章 半导体三极管及其基本放大电路
3.2 三极管基本应用电路及其分析 方法
3.2.3图解分析法
1.用图解法确定静态工作点 在分析静态值时，只需研究直流通路，图3-19用图解法分析 电路的步骤如下: 1)作直流负载线
U CE U CC I C RC
上式确定的直线就是直流负载线。 2)确定静态工作点 利用 I BQ (UCC U BEQ ) I RB ，求得IBQ的近似值。在输出特 性曲线上，确定IB=IBQ的一条曲线。该曲线与直线MN的交 点Q就是静态工作点。 上一页 下一页
3.1.5温度对三极管的特性与参数的影响
1.温度对UBE的影响 三极管的输入特性曲线与二极管的正向特性曲线相似，温度 升高，曲线左移，如图3-9所示。 2.温度对ICBO的影响 三极管输出特性曲线随温度升高将向上移动，如图3 -10所 示。 3.温度对β的影响 温度升高，输出特性各条曲线之间的间隔增大，从而β值增 大，如图3-10所示。
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3.1 双极型半导体三极管
3.1.6三极管的判别及其手册的查阅方法
1.三极管型号的意义 三极管的型号一般由五大部分组成如3AX31A、3DG12B、 3CG14G等。 2.三极管手册的查阅方法 1)三极管手册的基本内容 (1)三极管的型号。 (2)电参数符号说明。 (3)主要用途。 (4)主要参数。 2)三极管手册的查阅方法 (1)已知三极管的型号查阅其性能参数和使用范围。 (2)根据使用要求选择三极管。
3.1.4三极管的主要参数
3.极限参数 1)集电极最大允许电流ICM 2)反向击穿电压U(BR)CEO 3)集电极最大允许功耗PCM 根据给定的PCM值可以作出一条PCM曲线如图3-8所示，由 PCM、ICM和U(BR)CEO包围的区域为三1 双极型半导体三极管
3 三极管
0 0 0.02 0.7 0.03 1.11 0.04 1.48 0.06 2.75 0.08 2.8 0.1 3.5 0.12 3.6 0.14 3.6
IE/mA
0
0.72
1.14
1.52
2.82
2.88
3.6
3.72
3.74
（2）观察与分析IB 、IC、两者之间的电流关系? 实验表明： 放大状态
在三极管型号命名方法中，涉及到材料、 结构、功率等(P126) 如3DG6、2DW7
(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管
常用三极管引脚按一定顺序排列，例 如C90系列的三极管，平面朝向自己时， 从左到右分别是ebc排列
三、半导体三极管分类
(1) 按材料 Si管 Ge管
(2) 按排列顺序
NPN管
PNP管
(3) 按功率： 小、大、中功率管 (4) 按工作频率 ： 低频管、高频管 (5) 按用途分： 普通放大三极管、开关三极管
• 集电区c掺杂浓度低于发射区，且面积大；
这些特点使BJT不同于 两个单独的PN结，而呈 现出极间电流放大作用。
二、半导体三极管的电流分配和放大原理 实验电路接线图
输出 回路
输入 回路
三极管电流关系的一组典型实验数据
IB/mA IC/mA
0 0 0.02 0.7 0.03 1.11 0.04 1.48 0.06 2.75 0.08 2.8 0.1 3.5 0.12 3.6 0.14 3.6
三种工作状态的应用
在模拟电路中，BJT工作在放大区；（线性放大小 信号） 在数字电路中，BJT工作在截止区、饱和区（做 数字开关）。
数字开关：
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双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件， 它由两个 PN 结组合而成，是一种电流控制电流源器件（CCCS）。
场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种电压 控制电流源器件（VCCS）。
2.1.1 双极型半N导PN体型三极管的结构
PNபைடு நூலகம்型
c NPN型
一双侧极称用型为E或发半e射表导区示体，（电三E极m极i称tte管为r）发的；射结极构， 示另意用一C图侧或称如c表为图示集（0电2C区.o0l和l1ec所集tor电示）极。。， 它有两种类型:NPN型和PNP型。
e-b间的PN结称为发射结(Je)
c-b间的PN结称为集电结(Jc)
中间部分称为基区，连上电极称为基极，
所以，发射极电流又可以写成
IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEP－ICBO)=IC+IB
从以上分析可知，对于NPN型三极管，集电极电流和基极电流 是流入三极管，发射极电流是流出三极管，流进的电流等于流出
的电流。由以上分析可知，发射区掺杂浓度高，基区掺杂浓度低
=(ICN+ICBO)+(IBN+IEP－ICBO)
IE =IC+IB
以上关系在图02.02的动画中都给予 了演示。由以上分析可知，发射区掺杂 浓度高，基区很薄，是保证三极管能够 实现电流放大的关键。若两个PN结对接 ，相当基区很厚，所以没有电流放大作 用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三 极管，这是量变引起质变的又一个实例 。
注意双图极中型画半的导是体载流三子极的管运在动工方作向时，一空定穴流要与加电上流适方当向的相直同流；偏电子置流电与压电。 流若方在向放相大反工。为作此状可态确：定发三射个结电极加的正电向流电压，集电结加反向电压。现 以 NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部载流子的运 动关系，见下图。
N
P
IE=IEN + IEP 且IEN >> IEP
双极型半导体三极管是由两种载 流子参与导电的半导体器件，它由两 个 P场N效结应组型合半而导成体，三是极一管种仅CC由C一S器种件。 半导体三极载管流有子两参大与类导型电，，是一种VCCS器件。 一是双极型半导体三极管 二是场效应半导体三极管
2.1 双极型半导体三极管
2.2 场效应半导体三极管
2.1.1双极型半导体三极管的结构
问题1：除了从三极管的电流分配关系可以 证明 IE=IC+IB 。还可以通过什么方 法加以说明？
问题2：为什么当温度升高时，三极管将失 去放大作用？从物理概念上加以说 明。
2.1.2 双极型半导体三极管的 电流分配与控制
❖ 改进的电子教案
2.1 双极型半导体三极管的工作原理
半导体三极管在英文中称为晶体管(Transister)，半导体三极管有 两大类型，一是双极型半导体三极管(BJT)，
be
NP N
c
cb e
P
这是这发是射发N极射Pe结Ne型Je 这是b基极这b是集这电是结集J电c 极PNc P型e
PNP型 三极管的
符号短粗线代 N 表基P极,发射c极
的箭头方向,代 表发射极电流 b 的实际方向。
2.1.2 双极型半导体三极管的电流分配关系
双极型三极管在制造时，要求发射区的掺杂浓度大，基区掺杂 浓度低并要制造得很薄，集电区掺杂浓度低，且集电结面积较大。 从结构上看双极型三极管是对称的，但发射极和集电极不能互换。
IEP IE
N
IC= ICN +ICBO
IC ICN= IEN - IBN
IEN
e
ICN
c
ICEO
IBN
b IB
电子 空穴
IB= IEP + IBN - ICBO
N
P
IE=IEN + IEP 且IEN >> IEP
IEP IE
N
IC= ICN +ICBO
IC ICN= IEN - IBN
IEN
e
ICN
用B或b表示（Base）；
图 02.01 两种极性的双极型三极管
双极型三极管的符号在图的下方给出，发 射极的箭头代表发射极电流的实际方向。
从外表上看两个N区,(或两个P区)是对称的， 实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度 低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其 厚度一般在几个微米至几十个微米。
且很薄，是保证三极管能够实现电流放大的关键。
若两个PN结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基 区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个 实例。
e
c
b
动画2-1
2.1.3 双极型半导体三极管的电流关系
2.1.2 双极型半导体三极管的 电流分配与控制
双极型半导体三极管在工作时一定要加上 适当的直流偏置电压。
若在放大工作状态：发射结加正向电压， 集电结加反向电压。
现以 NPN型三 极管的放大状态为 例，来说明三极管 内部的电流关系， 见图02.02。动画2-1
图 02.02 双极型三极管的电流传输关 系
另外因集电结反偏， 使集电结区的少子形成 漂移电流ICBO。于是可
得如下电流关系式:
IE= IEN+ IEP 且有IEN>>IEP IEN=ICN+ IBN 且有IEN>> IBN ，ICN>>IBN
IC=ICN+ ICBO IB=IEP+ IBN－ICBO IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN
发射结加正偏时，从发射区将有大量 的电子向基区扩散，形成的电流为IEN。与 PN结中的情况相同。。
从基区向发射区也有空穴的扩散运动， 但其数量小，形成的电流为IEP。这是因为 发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。
进入基区的电子流因基区的空穴浓度 低，被复合的机会较少。又因基区很薄， 在集电结反偏电压的作用下，电子在基区 停留的时间很短，很快就运动到了集电结 的边上，进入集电结的结电场区域，被集 电 被极 复所 合收 的集电，子形形成成集的电电极流电是流IBINC。N。在基区
c
ICEO
IBN
b IB
电子 空穴
IB= IEP + IBN - ICBO
由此可写出三极管三个电极的电流
发射极电流：IE= IEN＋ IEP 集电极电流：IC=ICN+ ICBO
ICN=IEN- IBN
且有IEN>>IEP 且有IEN>> IBN ， ICN>>IBN
基极电流： IB=IEP+ IBN－ICBO