小模电的重难点——晶体三极管

吴少琴的模电课

azpzt0rpwj464017236124.jpg

: z2 v' \* ~  G这节课我们接触了新的电子器件——晶体三极管~~~

rrlrmuqeswp64017236224.jpg

晶体三极管也称双极结型晶体管(Bipolar Junction Transistor, BJT)，它是模电课绝对的主角，在它问世后的几十年里，一直是电子电路的宠儿。虽然现在MOSFET以其低功耗、高效能、易于集成等优势，获得更广泛的应用，但BJT凭借在高频、高温表现上的得天独厚优势，在很多领域，比如功率电子、模拟放大器、射频放大器、温度控制等，仍保持其重要性。在现代集成技术中还常常把BJT和MOSFET结合，充分发挥他们的优势。我们这周会先讲BJT，然后再讲MOSFET，带着大家领略电子器件的真正魅力~~~

+ K- B7 n/ f6 o% e3 v

1f2vilfkcxl64017236325.jpg

8 [/ b( U* t. e! |3 k先通过一个简单的视频科普一下(只是科普，里面的电路并不严谨哦)
6 i9 ~% m( G1 W) o接着进入本次课的重难点：
' E$ p# A* A, E$ Q  a

4 t) p) h9 G8 n3 F% Z; H* x6 C' u重点1
5 r" s) p/ Z2 w5 W) ^
- BJT的结构和特点 -
晶体管三极管的制造工艺特点是：发射区的掺杂浓度远高于集电区，基区很薄且掺杂浓度低，集电结的面积大，这些特点是保证晶体管具有电流放大作用的内部条件
0 g- z0 P6 v& r: r- y0 B8 b4 B

tt4cphwvb3f64017236425.png

大家要注意三极管的符号，箭头方向表示电流方向哦~~~
2 w5 k8 w5 a$ _. J7 |$ g
% n3 b* A9 |, H' e& D/ M
' ?1 M$ T0 H( W% P/ q* F5 a重点2

+ m; a! S. Y+ {& T$ N1 {2 d- 三极管的电流放大作用 -
晶体三极管的放大作用表现为小的基极电流可以控制大的集电极电流
使晶体管工作在放大状态的外部条件是发射结正向偏置，且集电结反向偏置
/ f) p" I0 n) N0 N: H! F" \也就是下图(NPN管)中直流电源和电阻的设置要确保集电极c的电位高于基极b，高于发射极e，即Vc>Vb>Ve
/ k9 g& q* m1 j

erc1hdkzpmk64017236525.jpg

7 P3 l7 |/ I; o: V* z) y/ V( V1 J发射结正向偏置使得发射区发射电子，基区很薄，复合掉一部分后，大量电子穿过基区到达集电区，IE=IB+IC

ss1xdfmtg5j64017236625.gif

  l" [8 B' Z0 e8 b+ e) ^$ x如果基极电压翻倍，那么基区复合的电子也会翻倍，自然集电极电流也会翻倍。
/ M% J: C) @  i/ G# u

ykybc5wlf3g64017236728.gif

+ d. M: C8 ]6 F0 U- Z/ O1 R因此定义
, w( H* b. F( \6 ^- r

s02utim3dsd64017236828.jpg

7 w1 g1 }4 x' d# F8 ]0 \

akezrwsclgz64017236928.png

4 P. t+ e9 t" A8 u) J/ s6 p因此如果一个晶体管处于放大状态，那么它三个管脚的电压一定满足发射结正偏，集电结反偏。对于NPN管就要求：Vc>Vb>Ve；对于PNP管要求：Ve>Vb>Vc
1 v" S: n6 n. E2 G9 k# P) \同时，由于发射结正偏，那么发射结的正向导通电压就近似为一个恒定值，硅管约为0.7V，锗管约为0.2V
* S) B$ q9 b( l( r- v

dn3ccsogrv164017237028.gif

6 \+ }* S  o$ R6 b( x0 Z" y! k测得放大电路中晶体三极管的电流或电位如下图所示，试在圆圈中画出管子
- d0 a2 `6 P2 |* C; d; k

c1a1bjcnnp364017237128.jpg

思路：
(1)(2)考察根据晶体管各级的电流判断类型
晶体三极管放大状态时集电极电流与发射极电流近似相等，基极电流最小，因此(1)(2)中两个已知电流相差悬殊，小的一定是基极电流，大的可能是集电极电流或者发射极电流
(1)中10uA电流是流入管子，那一定是NPN管，1mA也是流入，那就是集电极电流，因此另一端是发射极，电流为1.01mA
(2)中100uA电流是流出，那一定是PNP管，5.1mA是流入管子，只能是发射极电流，因此另一端就是集电极，电流为5mA
(3)(4)考察根据晶体管各级电位判断类型
给的是三个电极对地电位，因为晶体三极管放大状态时发射结是正偏，所以发射极和基极电位相近，电位相近的那两端就分别为发射极和基极，那么另一端就是集电极；若集电极电位最高，为NPN管，如果集电极电位最低，为PNP管。电位居中的是基极。若b-e电压为0.1-0.3V之间，为锗管，b-e之间电压为0.6-0.8V之间，为硅管。

答案
% Y  z1 z# `* o# a, [, T
, O/ G) z4 A4 J* E# ~

4p4flpqllbw64017237228.png

0 `" V7 y1 ]1 b( {

l2lflsmpfcl64017237329.jpg

难点
& c, o+ }- A! L4 P  ^- |
- 晶体三极管的伏安特性 -
5 X% x4 w( o& O% S输入特性曲线
' V- q2 y/ ?$ S! A' |描述输出vCE为常数时，基极电流和发射结电压之间的关系

df3oucccc2564017237429.jpg

; s4 \9 v2 J$ ~) L

kxiehoyq2so64017237529.jpg

工程上，常用VCE=1时的输入特性曲线近似代替VCE>1时的输入特性曲线。
1 T( @# N3 u5 |: M2 R  C, G输出特性曲线
描述基极电流为常数时，集电极电流和输出管压降vCE之间的关系
& Q/ S- B! v5 U

sz3s3ootwti64017237629.jpg

0ifpxwah51564017237729.jpg

. ]0 W2 }/ L( L% r上图可看出输出特性曲线被分出三个区
1
+ z/ _' L3 I  f8 @7 p9 y. s放大区

1 ]+ n3 f3 p+ t1 M6 k- D" b
这个区域曲线平行等距，说明集电极电流受基极电流控制,
6 k+ I# H5 T: @" I& A' `% e) ]

ydds4b1zx2h64017237829.jpg

此时需要：发射结正偏，集电结反偏



饱和区
4 P5 [1 Q8 }$ o9 P$ e2
这个区域基极电流iB几乎都重叠在一起，集电极电流直接受Vce影响。此时：发射结和集电结均为正向偏置,集电极和发射极呈低阻状态,晶体管工作在短接状态,近似等效于开关的关闭状态。
' l: e  j6 h& X8 |

gcrpuihlb4q64017237929.jpg

- L! H/ x! r, R3 W; E3
9 T* f4 b- e/ {6 t* N  M截止区
8 J/ A1 d7 d% r( `7 n3 @. ^( n1 r$ _
, ~; D; g8 X% |4 B
3 N  S# t) w( k( N2 [* o这个区域是基极电流为零的曲线和vCE轴之间的区域。此时：发射结零偏或反偏，集电结也为反向偏置,集电极和发射极呈高阻状态,晶体管工作在断开状态,近似等效于开关的打开状态。
. O- t5 x: J3 j0 _
! s5 y' y7 ^) f+ c& z/ O

g22jlyp1eoa64017238029.jpg

注意上面标红加粗的文字，然后回答下面的抢答题??????
* E' {2 O- L4 A互动时间
电路图如下图所示，输入信号是左边的方波，大家猜猜输出波形是什么样？图中的三极管工作在什么状态？这个电路是想实现什么功能呢？

留言区里

* X9 K: T/ z9 d7 J' U0 _: C/ V# I
邀请大模电的小伙伴们也一起加入，惯例前十送花哟????????
' J$ V& @/ E3 t# U! i
* q/ ~# H$ h. B0 A. r
· END·