第2章双极型三极管及其放大电路 山东理工大学教案 第二(2)次课教学课型：理论课口√实验课口习题课口实践课口技能课口其它口 主要教学内容（注明：幸重点#难点）： 2.1双极型三极管 2.1.1三极管的基本结构 2.1.2三极管的电流分配和放大原理 2.1.3三极管的伏安特性曲线 2.1.4三极管类型和工作状态的判断 2.1.5三极管的主要参数 2.1.6温度对三极管参数的影响 2.1.7三极管的类型、型号和选用原则2.1.8特殊三极管 重点： 1.三极管的结构类型、原理、伏安特性和主要参数 难点： 三极管的伏安特性 教学目的要求： 1.了解三极管的放大原理 2.理解三极管的结构类型、原理、伏安特性和主要参数 教学方法和教学手段： 板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论 讨论、思考题、 1.对于双极型三极管，是否可以将其发射极和集电极对换使用？为什么？ 2.请分别说明三极管工作在放大、截止和饱和状态时两个结的偏置情况？ 对于NPN管和PNP应怎样加电源电压使其满足放大条件？ 作业2.2；2.3 参考资料： 童诗白主编《模拟电子技术基础》 北京高等教育出版社 康华光主编《电子技术基础》模拟部分 北京高等教育出版社
第 2 章 双极型三极管及其放大电路 36 山 东 理 工 大 学 教 案 第 二 （2） 次课 教学课型：理论课□√ 实验课□ 习题课□ 实践课□ 技能课□ 其它□ 主要教学内容（注明：* 重点 # 难点 ）： 2.1 双极型三极管 2.1.1 三极管的基本结构 2.1.2 三极管的电流分配和放大原理 2.1.3 三极管的伏安特性曲线 2.1.4 三极管类型和工作状态的判断 2.1.5 三极管的主要参数 2.1.6 温度对三极管参数的影响 2.1.7 三极管的类型、型号和选用原则 2.1.8 特殊三极管 重点： 1. 三极管的结构类型、原理、伏安特性和主要参数。 难点： 三极管的伏安特性 教学目的要求： 1. 了解三极管的放大原理 2．理解三极管的结构类型、原理、伏安特性和主要参数, 教学方法和教学手段： 板书和多媒体教学相结合，以教师讲授为主，结合学生的课堂练习和讨论。 讨论、思考题、 1. 对于双极型三极管，是否可以将其发射极和集电极对换使用?为什么? 2. 请分别说明三极管工作在放大、截止和饱和状态时两个结的偏置情况？ 对于 NPN 管和 PNP 应怎样加电源电压使其满足放大条件？ 作业 2.2;2.3 参考资料： 童诗白主编 《模拟电子技术基础》 北京高等教育出版社 康华光主编《电子技术基础》模拟部分 北京高等教育出版社
第2章双极型三极管及其放大电路 第2章双极型三极管及其放大电路 双极型三极管又常称为双极型晶体管(Bipolar Junction Transistor,缩写BJT)、 简称晶体管或三极管，常常是组成各种电子电路的核心器件。本章首先介绍三极 管的结构、工作原理、特性曲线、主要参数，工作状态的判断及特殊三极管等。 然后在阐明放大概念的基础上，以单管共发射极放大电路为例介绍放大电路的工 作原理，通过两种基本分析方法，即图解法和微变等效电路法对电路进行静态和 动态分析：然后介绍静态工作点稳定电路及共集电极和共基极放大电路：最后介 绍多级放大电路四种常用的耦合方式及静态和动态的分析计算 2.1双极型三极管 2.1.1三极管的基本结构 从三极管的外形来看，三极管都有三个电极，根据结构的不同，三极管一般 可分成两种类型：NPN型和PNP型。 半导体采用光刻、扩散等工艺在同一块半导体硅（储）片上掺杂形成三个区、两 个PN结，并引出三个电极，就构成了三极管。常见三极管的外型和封装图如图 2.1.1所示。NPN型三极管的结构示意图如图21.2(a)所示，硅平面管的管芯结构如 图2.1.2b)所示，位于中间的P区称为基区，它很簿并且掺杂浓度很低，位于上层 的N区是发射区，掺杂浓度高，位于下层的N区是集电区，集电区掺杂浓度比发 射区低，且集电区面积比发射区大。因此三极管有三个区：基区、集电区和发射 区；两个PN结：集电区和基区之间的PN结称为集电结，基区和发射区之间的PN 结称为发射结：三个电极：基极b、集电极c和发射极eNPN三极管符号如图2.1.2(C) 所示，图中的箭头方向是表示发射结正偏时的电流方向。 限分异杀开停 a)常见三极管封装图 37
第 2 章 双极型三极管及其放大电路 37 第 2 章 双极型三极管及其放大电路 双极型三极管又常称为双极型晶体管(Bipolar Junction Transistor，缩写 BJT)、 简称晶体管或三极管，常常是组成各种电子电路的核心器件。本章首先介绍三极 管的结构、工作原理、特性曲线、主要参数，工作状态的判断及特殊三极管等。 然后在阐明放大概念的基础上，以单管共发射极放大电路为例介绍放大电路的工 作原理，通过两种基本分析方法，即图解法和微变等效电路法对电路进行静态和 动态分析；然后介绍静态工作点稳定电路及共集电极和共基极放大电路；最后介 绍多级放大电路四种常用的耦合方式及静态和动态的分析计算。 2.1 双极型三极管 2.1.1 三极管的基本结构 从三极管的外形来看，三极管都有三个电极，根据结构的不同，三极管一般 可分成两种类型：NPN 型和 PNP 型。 半导体采用光刻、扩散等工艺在同一块半导体硅(锗)片上掺杂形成三个区、两 个 PN 结，并引出三个电极，就构成了三极管。常见三极管的外型和封装图如图 2.1.1 所示。NPN 型三极管的结构示意图如图 2.1.2(a)所示，硅平面管的管芯结构如 图 2.1.2(b)所示，位于中间的 P 区称为基区，它很簿并且掺杂浓度很低，位于上层 的 N 区是发射区，掺杂浓度高，位于下层的 N 区是集电区，集电区掺杂浓度比发 射区低，且集电区面积比发射区大。因此三极管有三个区：基区、集电区和发射 区；两个 PN 结：集电区和基区之间的 PN 结称为集电结，基区和发射区之间的 PN 结称为发射结；三个电极：基极b、集电极c和发射极e。NPN三极管符号如图2.1.2(c) 所示，图中的箭头方向是表示发射结正偏时的电流方向。 (a) 常见三极管封装图
第2章双极型三极管及其放大电路 (d)常见三极管的外型 图2.1.1几种常见三极管的外型和封装 集电区 集电结 基区 发射 入发射反 发射极e (a)NPN型三极管的结构示意图(b)硅平面管的管芯结构 (@)符号 图2.1.2NPN型三极管的结构、管芯和符号 PNP型三极管结构示意图如图2.13(a)所示，图2.1.3b)是PNP型三极管的符 号，注意发射极的箭头是指向里的。目前我国生产的硅管多为NPN型，锗管多为 PNP型
第 2 章 双极型三极管及其放大电路 38 （d）常见三极管的外型 图 2.1.1 几种常见三极管的外型和封装 (a)NPN 型三极管的结构示意图 (b)硅平面管的管芯结构 (c) 符号 图 2.1.2 NPN 型三极管的结构、管芯和符号 PNP 型三极管结构示意图如图 2.1.3(a)所示，图 2.1.3(b)是 PNP 型三极管的符 号，注意发射极的箭头是指向里的。目前我国生产的硅管多为 NPN 型，锗管多为 PNP 型
第2章双极型三极管及其放大电路 集电极e 集电区 集电 发射 发射区 发射极e (a)PNP型三极管的结构示意图 )符号 图2.1,3PNP型三极管的结构、管芯和符号 NPN型和PNP型三极管的工作原理类似，仅在使用时电源极性连接不同而已。 下面以NPN型三极管为例来分析三极管的放大原理。 2.1.2三极管的电流分配和放大原理 1.实验及测量 三极管电流放大的实验电路如图2.1.4所示，把三极管接成两个回路：基极回 路和集电极回路。发射极是公共端，因此这种接法称为三极管的共发射极接法。 如果用的是NPN型三极管，电源VB和Cc的极性如图2.14所示，外加电源的极 性使发射结处于正向偏置，而集电结处于反向偏置。 图2.1,4三极管电流放大的实验电路 改变可变电阻R。,则基极电流B、集电极电流c和发射极电流E都发生变化。 测量结果如表2.1.1所示。 39
第 2 章 双极型三极管及其放大电路 39 (a)PNP 型三极管的结构示意图 (b) 符号 图 2.1.3 PNP 型三极管的结构、管芯和符号 NPN 型和 PNP 型三极管的工作原理类似，仅在使用时电源极性连接不同而已。 下面以 NPN 型三极管为例来分析三极管的放大原理。 2.1.2 三极管的电流分配和放大原理 1．实验及测量 三极管电流放大的实验电路如图 2.1.4 所示，把三极管接成两个回路：基极回 路和集电极回路。发射极是公共端，因此这种接法称为三极管的共发射极接法。 如果用的是 NPN 型三极管，电源 VBB和 VCC的极性如图 2.1.4 所示，外加电源的极 性使发射结处于正向偏置，而集电结处于反向偏置。 图 2.1.4 三极管电流放大的实验电路 改变可变电阻 Rb，则基极电流 IB、集电极电流 IC和发射极电流 IE都发生变化。 测量结果如表 2.1.1 所示
第2章双极型三极管及其放大电路 表2.1.1三极管电流测量数据 IB(mA 0 0.02 0.04 0.06 0.08 Ic(mA <0.0010.70 1.50 2.303.10 I(mA 0.001 0.72 1.54 2.363.18 由此实验及测量结果可得出如下结论： ()观察实验数据中的每一列，可得 此结果符合基尔霍夫电流定律。 (2)c和E都比1大得多。从第三列和第四列的数据可知，k与的比值分别 为 先-675及后-83 这就是三极管的电流放大作用。电流放大作用还体现在基极电流的少量变化 △B可以引起集电极电流较大的变化△1c。还是比较第三列和第四列的数据，可得 出 △e_(2.3-1.5)mA」 4a(006-0o4m440 (3)当1=0（将基极开路）时，=co,表中cEo<0.001mA=lμA,下面用载流子 在三极管内部的运动规律来解释上述结论。 2.载流子的运动 (1)发射区向基区扩散电子 由于发射结正向偏置，发射区的多数载流子自由电子不晰通过发射结扩散到 基区，形成电子电流，其方向与电子流动方向相反，如图2.15所示。与此同时 基区的多数载流子空穴也扩散到发射区，形成空穴电流仰，但由于发射区杂质浓 度比基区高得多（一般高几百倍），与电子电流相比，这部分空穴电流可忽略不计， 因此发射极电流em 40
第 2 章 双极型三极管及其放大电路 40 表 2.1.1 三极管电流测量数据 IB(mA ) 0 0.02 0.04 0.06 0.08 IC(mA ) <0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 IE(mA ) <0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 由此实验及测量结果可得出如下结论： (1)观察实验数据中的每一列，可得 IE=IC+IB 此结果符合基尔霍夫电流定律。 (2)IC和 IE都比 IB大得多。从第三列和第四列的数据可知，IC与 IB的比值分别 为 IC IB = mA mA 0.04 1.50 =37.5 及 IC IB = mA mA 0.06 2.3 =38.3 这就是三极管的电流放大作用。电流放大作用还体现在基极电流的少量变化 △IB可以引起集电极电流较大的变化△IC。还是比较第三列和第四列的数据，可得 出 △IC △IB = mA mA (0.06 0.04) (2.3 1.5) − − =40 (3)当 IB=0(将基极开路)时，IC=ICEO，表中 ICEO<0.001mA=1µA，下面用载流子 在三极管内部的运动规律来解释上述结论。 2．载流子的运动 (1)发射区向基区扩散电子 由于发射结正向偏置，发射区的多数载流子-自由电子不断通过发射结扩散到 基区，形成电子电流 IEn，其方向与电子流动方向相反，如图 2.1.5 所示。与此同时， 基区的多数载流子空穴也扩散到发射区，形成空穴电流 IEP，但由于发射区杂质浓 度比基区高得多(一般高几百倍)，与电子电流相比，这部分空穴电流可忽略不计， 因此发射极电流 IE≈IEn