三极管的结构及工作原理课件

三极管的结构及工作原理深入了解三极管的基本组成结构和工作机制,掌握其电子元器件在现代电子电路中的重要作用三极管的基本结构三极管由三个半导体区域组成:发射极E、基极B和集电极C发射极和集电极之间形成PN结,基极与发射极之间形成另一个PN结这种特殊的结构使三极管具有放大和开关功能,广泛应用于电子电路中结的特性PN正向偏压反向偏压温度特性当PN结正向偏压时,使p区和n区之间的势当PN结反向偏压时,使p区和n区之间的势PN结的电特性会随温度变化而改变,如电压垒减小,电子和空穴可以互相注入并发生复垒增大,产生少量反向电流这样可以用来和电流随温度上升而增大这种温度依赖性合,产生正向电流制造二极管和三极管等元件在器件设计时需要加以考虑三极管的三个极端发射极提供大量载流子以形成电流的区域基极控制三极管工作的关键区域，负责调节电流集电极收集发射极提供的载流子形成输出电流三极管的工作模式放大模式开关模式稳压模式振荡模式三极管工作时可以作为放大器,三极管还可以作为开关,在两三极管可以在偏置电路中工作三极管还可以与反馈电路形成将小信号电压或电流放大到所种状态之间快速切换,实现开在稳压状态,为其他电路提供振荡电路,产生周期性的交流需大小,从而实现电压放大、关控制的功能,广泛应用于数稳定的电压或电流,起到电源信号,用于时钟信号发生、RF电流放大或功率放大的功能字电路中稳压的作用发射等应用三极管的放大作用输入信号放大三极管可以将微弱的输入信号有效地放大和增强这是三极管最常见和最重要的功能之一电压放大三极管能够放大输入电压信号,将小的输入电压转换成更大的输出电压电流放大三极管还可以放大输入电流信号,将小的输入电流转换成更大的输出电流阻抗匹配三极管可以实现输入和输出端的阻抗匹配,提高电路的功率传输效率共射放大电路电路结构1共射放大电路以三极管的基极和集电极作为输入端，发射极作为输出端输入信号加到基极和发射极之间工作原理2基极电流变化会引起集电极电流的变化,从而在负载电阻上产生放大后的输出电压主要特点3共射放大电路具有较高的电流放大倍数,但电压放大倍数相对较低适合于需要大电流的应用共射放大的特点高输入阻抗中等输出阻抗12共射放大电路具有高的输入阻共射放大电路的输出阻抗适中,抗,能够很好地驱动前级电路既能为后级电路提供足够的驱动能力,又能减小负载对放大电路的影响中等电压放大倍数较高的功率放大倍数34共射放大电路的电压放大倍数共射放大电路能够提供较高的一般在10-100之间,适合于中功率放大倍数,适合于输出功率等放大需求较大的应用场合共集放大电路输入信号1集电极放大2共集电路对输入信号进行放大输出信号3经过三极管放大后的输出信号共集放大电路是三种基本放大电路之一,其特点是三极管的集电极作为输出端,电流放大能力强,输入阻抗也较高它可以实现对输入信号的有效放大,并将放大后的信号输出至后级电路,在放大电路中广泛应用共集放大的特点高输入阻抗低输出阻抗共集放大电路的输入阻抗很高,可共集放大电路的输出阻抗很低,可达数十兆欧,不会对前级电路产生为数百欧,能为后级电路提供较大负载的输出电流极性反转无功率放大共集放大电路的电压增益为负值,共集放大电路并不能实现功率放即输出电压与输入电压相反大,只能实现电压放大共基放大电路共基放大电路1三极管共基放大电路是三种基本放大电路之一特点2输入阻抗低、输出阻抗高、电流增益大应用3用于信号跟随、缓冲、整形等场合共基放大电路利用三极管的共基特性进行放大,输入信号施加在基极和发射极之间,输出信号从集电极和发射极之间获得该电路具有低输入阻抗、高输出阻抗和大电流增益的特点,常用于信号跟随、缓冲和整形等场合共基放大的特点低噪声高输入阻抗宽带特性稳定性好共基放大电路具有优异的噪声共基放大电路的输入阻抗非常共基放大电路具有较宽的频带共基放大电路的稳定性较好,对特性,可以放大微弱的信号而不高,可以有效地减少对前级电路特性,可以放大高频信号而不会温度和电压变化的抗干扰能力会引入太多噪声的负载出现信号失真较强三极管的开关作用作为开关的三极管开关工作模式三极管除了具有放大功能外,还可以作为开关使用通过施加适当在开关工作模式下,三极管有两个稳定状态:饱和状态下电流最大,相的基极电压,可以控制三极管在饱和和截止状态之间切换,实现开关当于开关打开;截止状态下电流最小,相当于开关关闭这两种状态功能可以用来实现数字开关电路三极管作为开关的特点快速切换低导通损耗三极管作为开关时能够快速地在导通和截止状态之间切换,适合三极管在导通状态下的电压降较小,能够减少能量损耗应用于高速开关电路隔离性强可放大驱动三极管的输入电路和输出电路相互隔离,可以避免相互干扰三极管可以放大输入信号,为后级电路提供足够的驱动能力三极管的功率放大作用功率放大的重要性功率放大电路结构功率放大特性三极管的功率放大功能非常重要，可以将一三极管功率放大电路由放大级和输出级组成，三极管功率放大电路的特性曲线展示了输入个较弱的输入信号放大到足以驱动负载的强其中输出级负责将放大后的信号转换为足够信号幅度与输出功率之间的非线性关系，设度，广泛应用于音频放大、电机驱动等领域功率的输出计时需要考虑达到最大功率输出的条件三极管的反馈和稳定正反馈负反馈12正反馈会导致三极管的输出振负反馈能提高三极管电路的稳荡不稳定,需要进行合理的电路定性和可靠性,减小输出的失真设计来避免这种情况温度补偿电源抑制34三极管的工作特性容易受温度良好的电源抑制设计有助于降变化的影响,需要采取一些温度低电源噪声对三极管电路的干补偿措施来确保电路的稳定运扰行三极管的热稳定性温度对三极管的影响热稳定性的重要性三极管的工作特性会随着温度的变化而发生变化随着温度的升因此,良好的热稳定性对三极管电路的正常工作至关重要设计时高,三极管的电流放大倍数会降低,电压放大倍数也会有所下降这需要考虑温度对三极管特性的影响,并采取相应的补偿措施,如采用会影响到三极管电路的性能稳定性恒流源等三极管的噪声特性噪声源噪声因子噪声抑制三极管内部存在各种噪声源,包括热噪声、噪声因子描述了三极管的噪声水平,是衡量通过采取反馈、负载改变等措施,可以有效shot噪声、闪烁噪声等,这些噪声会影响电三极管噪声性能的重要指标合理选择三极抑制三极管的噪声,提高信噪比,改善电路性路的性能管可降低噪声因子能三极管的频率特性频带宽度频响特性12三极管的最高工作频率由其内三极管的频响特性随频率的变部寄生参数决定,通常几百兆赫化而降低,主要受限于载流子的兹响应速度小信号分析高频放大电路34通过小信号分析法可以获得三三极管可应用于射频放大、振极管在高频工作时的各种参数荡、混频等高频电路的设计三极管的饱和特性饱和电压当三极管处于饱和状态时,集电极与发射极之间会出现饱和电压,这是一种不可逆转的状态饱和电流在饱和状态下,三极管的集电极电流几乎不再受控制,保持在一个较大的恒定值开关应用利用三极管的饱和状态特性,可以将其作为开关电路使用,实现快速切换及稳定输出三极管的截止特性完全关断状态高输入阻抗在截止区工作时,三极管达到完全在截止区工作时,三极管输入端表关断状态,几乎没有任何电流通过现为高阻抗,可以隔离前级电路和这种状态可用于开关和放大电路后级电路低静态功耗三极管截止时,功耗接近于零,可以有效节约能源这使其在开关电路和逻辑电路中广泛应用三极管的电流放大作用电流放大原理电流放大机制12三极管能将输入电流放大数十或数百倍,输出电流远大于输入通过三极管基极和发射极之间的PN结电流,控制集电极与发电流,从而实现电流放大的功能射极之间的电流流动,从而实现电流放大电流放大能力电流放大应用34三极管的电流放大作用主要体现在电流放大倍数上,通常可达三极管的电流放大作用广泛应用于各种电子电路中,如放大电数十到数百倍路、开关电路、功率放大电路等三极管的电压放大作用电压放大放大倍数三极管具有电压放大的功能,能够将输入的微弱信号放大成更大幅三极管的电压放大倍数取决于设计参数,通常可达到几十倍甚至上度的输出信号这种电压放大作用主要依赖于三极管的内部结构百倍这使三极管广泛应用于各种放大电路中,如功率放大、小信和工作原理号放大等三极管的输入阻抗和输出阻抗输入阻抗输出阻抗输入输出关系三极管的输入阻抗是指晶体管基极与发射极三极管的输出阻抗是指三极管集电极与发射输入阻抗和输出阻抗在三极管放大电路中起之间的等效电阻它决定了三极管放大电路极之间的等效电阻它决定了三极管放大电着重要作用,决定了电路的输入信号和输出的输入阻抗值路的负载能力信号的传递特性三极管参数的测量方法收集数据1使用相关测量仪器对三极管参数进行测量和记录分析参数2根据测量数据分析三极管的各项性能指标确定特性曲线3将测量数据绘制成三极管的工作特性曲线评估性能4结合特性曲线分析三极管的性能优缺点测量三极管参数是衡量其性能的关键步骤通过使用多种测试仪器对三极管的各项参数进行全面测试,并绘制出其工作特性曲线,可以深入分析三极管的优缺点,为后续电路设计提供重要依据三极管的工作特性曲线三极管的工作特性曲线是描述三极管性能的重要指标,包括输出特性曲线和输入特性曲线输出特性曲线反映三极管在不同偏置电压和集电极电流下的工作状态,输入特性曲线则反映三极管放大作用的变化这些曲线可以帮助设计师选择合适的工作状态,提高三极管的实际应用性能三极管的应用领域电子电路放大开关控制三极管可作为电压放大器和功率三极管可作为高速电子开关,用于放大器,广泛应用于音频、收音机、逻辑电路、计算机和各种数字电电视等电子设备中子设备模拟信号处理功率控制三极管可用于滤波、混频、调制三极管可作为功率开关器件,用于等模拟信号处理电路,应用于通信电机驱动、电源控制等领域和信号处理领域三极管的发展历史1947年贝尔实验室的三名科学家发明了第一个晶体管,这标志着电子学和信息技术的新时代1950年代晶体管迅速取代真空管,成为电子设备的核心元器件,极大地推动了电子工业的发展1960年代集成电路的问世标志着晶体管向集成化发展,推动了计算机和微电子技术的快速发展现今晶体管不断朝着小型化、高集成度、高性能的方向发展,为信息时代的来临奠定了基础三极管的未来发展趋势微型化高能效三极管向更小型化和集成化发展,有利三极管性能不断提升,功耗降低,有助于于电子产品的小型化和便携性提高电子设备的能源利用效率高速度多功能三极管开关速度越来越快,可应用于高三极管功能不断扩展,可在同一芯片上频、高速的电子信息系统集成多种功能,实现器件的多功能化本课件的小结与回顾三极管基本原理三极管主要功能12我们详细探讨了三极管的基本课程重点介绍了三极管的放大、结构、PN结特性及三个极端的开关和功率放大等关键功能和工作原理应用三极管关键特性三极管发展历史34我们还分析了三极管的热稳定最后回顾了三极管的发展历程性、噪声特性、频率特性等重及其在电子领域的广泛应用要性能课件内容总结与展望全面系统实用性强本课件全面介绍了三极管的基本讲解了三极管的放大、开关、功结构、工作原理及其在电路中的率放大等重要功能,以及热稳定性、各种应用,内容丰富而系统噪声特性等关键性能指标前瞻性强启发性强展望了三极管的未来发展趋势,如通过对三极管结构和工作原理的向高频高功率方向发展,为学生未深入探讨,启发学生独立思考和分来的学习和工作做好铺垫析电子电路的问题。