电工电子学2第4章晶体管电路基础

晶体管基础晶体管更多的时候我们称它为三极管晶体管是流控器件，用小电流控制大电流（顺带提一下场效应管是压控器件，小电压控制大电压）一、晶体管箭头的作用：晶体管中箭头方向代表了管子的类型：箭头向外的，是NPN 型，箭头朝里的，是PNP 型。

晶体管有箭头的管脚表示三极管的发射极。

二、晶体管的电流方向对于NPN 管，发射极电流iE是流出的，基极电流iB和集电极电流iC都定义为流入的。

对于PNP管，发射极电流iE是流入的，基极电流iB和集电极电流iC都定义为流出的。

三、晶体管的三个公式1、基尔霍夫电流定律：2、集电极电流i C唯一受控于基极电流i B:（β为晶体管的放大倍数）3、由公式2可以推导出：四、晶体管的伏安特性曲线输出伏安特性中的区域划分1）放大区。

图中标注的中心空白区域。

在此区域内，晶体管的iC几乎不受电压uCE 控制，近似满足下式：2）饱和区。

图中标注的竖线区域。

在此区域内，iC 随着电压uCE 增大而增加。

为了简单表示，一般认为当uCE<UCES，属于饱和区。

（其中UCES 称为晶体管的饱和压降，是饱和区和放大区的分界电压，晶体管一般为0.3V/0.7v。

很显然，在饱和区时，随着IB 的增加，饱和压降会上升。

）3）截止区。

IB=0 的那根线。

当IB=0 时，iC并不为0，而是存在与uCE 相关的漏电流。

定义当IB=0 的区域为截止区。

截止区的含义是使得晶体管处于几乎没有任何电流流进流出的状态，就像完全关闭一样。

NPN管由Ube控制三极管的导通，就是由基极对发射机电压>07v(Ub-Ue>=0.7v)时导通。

PNP管由Ueb控制三极管导通，由发射极对基极的电压>0.7v（Ue-Ub>=0.7v）时导通。

由于这个特性，PNP三极管在蜂鸣器或者喇叭电路中广泛应用。

《晶体管》讲义一、什么是晶体管在现代电子世界中，晶体管无疑是最为关键的元件之一。

那么，究竟什么是晶体管呢？简单来说，晶体管是一种用于控制电流的半导体器件。

它就像是电子电路中的一个“开关”，能够根据输入的电信号来决定电流是否通过，以及通过的电流大小。

晶体管的出现，彻底改变了电子技术的发展进程。

在晶体管发明之前，电子设备大多使用真空管来实现类似的功能。

但真空管体积大、能耗高、寿命短，而且容易出故障。

而晶体管则具有体积小、重量轻、能耗低、可靠性高以及工作速度快等众多优点。

二、晶体管的工作原理要理解晶体管的工作原理，我们首先需要了解一些半导体的基本知识。

半导体材料，如硅和锗，其导电性能介于导体（如铜、铝）和绝缘体（如橡胶、塑料）之间。

在纯净的半导体中，掺入少量的杂质，可以显著改变其导电性能。

晶体管主要有两种类型：双极型晶体管和场效应晶体管。

双极型晶体管由发射极、基极和集电极三个电极组成。

当在发射极和基极之间加上适当的正向电压，同时在集电极和基极之间加上适当的反向电压时，晶体管就会导通，电流从发射极流向集电极。

场效应晶体管则分为结型场效应管和金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）。

以 MOSFET 为例，它通过在栅极上施加电压来控制源极和漏极之间的导电沟道的宽窄，从而实现对电流的控制。

三、晶体管的分类晶体管的分类方式有很多种。

按照结构，可以分为平面型晶体管和台面型晶体管。

按照材料，可以分为硅晶体管和锗晶体管。

按照工作频率，可以分为低频晶体管、中频晶体管和高频晶体管。

按照功率，可以分为小功率晶体管、中功率晶体管和大功率晶体管。

不同类型的晶体管在不同的电子设备中有着各自的应用场景。

四、晶体管的制造工艺晶体管的制造是一个非常复杂且精细的过程。

首先，需要准备高纯度的半导体材料，如硅晶圆。

然后，通过一系列的工艺步骤，如光刻、蚀刻、扩散、离子注入等，在晶圆上形成晶体管的各个结构。

光刻工艺就像是在晶圆上“绘图”，使用光刻胶和紫外线将设计好的电路图案转移到晶圆上。

晶体管及放大电路基础一、概念及知识点1、三极管的四种工作状态a ．发射结正偏而集电结反偏，三极管工作在放大状态b ．发射结正偏而集电结正偏，三极管工作在饱和状态c ．发射结反偏而集电结反偏，三极管工作在截止状态d ．发射结反偏而集电结正偏，三极管工作在倒置状态2、三极管的主要参数3、共射基极放大电路：输出电压与输入电压反相，有电压和电流放大能力；共集电极放大电路：输出电压与输入电压同相；电压放大倍数≦1；输入阻抗大，输出阻抗小，常用于多级放大电路的输入级和中间级之间的阻抗匹配。

二、例题1、判断如图2-1所示中，各管的工作状态图2-1答：（a ）发射结反偏，集电结反偏，三极管工作在截止状态； （b ）发射结正偏，集电结反偏，三极管工作在放大状态； （c ）发射结反偏，集电结正偏，三极管工作在倒置状态； （d ）发射结正偏，集电结正偏，三极管工作在饱和状态； （e ）发射结正偏，集电结反偏，三极管工作在放大状态； （f ）发射结正偏，集电结正偏，三极管工作在饱和状态； （g ）发射结正偏，集电结反偏，三极管工作在放大状态；0.3BE U V =-3BC U V =-0.3BE U V =- 2.7BC U V =3.5BE U V =0.7BC U V =-0.3BE U V =0.2BC U V =0.7BE U V = 1.4BC U V =-0.3BE U V =-0.1BC U V =-0.3BE U V = 1.9BC U V =-（h ），，管子损坏。

2、：如图2-2所示中，各管处于放大状态，判断各管的管脚名称及类型第一步：根据U BE 为0.7V 判断是硅管，U BE 为0.3V 是锗管，同时可知第三脚为集电极。

第二步：如果集电极电位最低表明是PNP 管，如果集电极电位最高表明是NPN 管；如果是PNP 管则最高电位表明是发射极；如果是NPN 管则电位最低电位表明是发射极。

图2-2答：（a ）第一步：，可判断为锗管且X 为集电极；由于为三脚最低，可知该管为PNP 管；第二步：因为判断为PNP 管，则最高电位表明是发射极，即Y 发射极，Z 为基极；或者根据放大状态下发射结必须为正偏可得：Y 发射极，Z 为基极。

晶体管主要内容：双极型晶体管的基本结构；电流分配与放大原理；特性与参数。

重点难点：晶体管的电流分配与放大原理。

(b) 合金型铟球N 型锗BECPP铟球(a) 平面型 常见双极性晶体管的外形图BEP 型硅 N 型硅SiO 2保护膜N 型硅C1. 基本结构双极型晶体管晶体管的结构示意图和表示符号 (a)NPN 型晶体管； (b)PNP 型晶体管CET BI B I E I CE TC B I B I EI C发射区集电结N NP基极 发射极 B (a) 集电极CE发射区集电区 基区 集电结发射结P PN基极 发射极 B (b)集电区 基区 集电极CE发射结基区：最薄， 掺杂浓度最低发射区：掺 杂浓度最高发射结集电结BE C N NP 基极 发射极集电极 结构特点：集电区： 面积最大2. 电流分配和放大原理 (1) 晶体管放大的外部条件 发射结正偏、集电结反偏PNP V B <V E V C <V BNPN V B >V E V C >V B B ECNN P + U CC -R C + U BB -R B 从电位的角度：晶体管电流放大的实验电路设 U CC = 6 V ，改变可变电阻 R B , 则基极电流 I B 、集电极电流 I C 和发射极电流 I E 都发生变化。

(2) 各电极电流关系及电流放大作用 输入回路 输出回路共发射极电路mAμA V V mA I CI B I E R B +U BE-+ U CE-C EB3DG100U BB+ U CC -+-双极型晶体管晶体管电流测量数据I B (mA) I C (mA) I E (mA)0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10 <0.001 0.70 1.502.303.103.95<0.001 0.721.542.363.184.05结论: (1) I E = I B + I C 符合基尔霍夫定律(2) I C >> I B ， I C ≈ I E (3) ∆ I C >> ∆ I B把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。

晶体管知识点总结晶体管是一种半导体器件，广泛应用于电子设备中，是现代电子技术的基础。

晶体管的发明和应用，极大地推动了电子技术的发展，使得现代电子设备变得更加小型化、高效、稳定和便携。

下面我们将对晶体管的基本原理、结构、工作原理和应用进行详细介绍。

一、晶体管的基本原理1. 电子运动的基本原理电子是原子的一个组成部分，带有负电荷。

在半导体晶体中，有大量的自由电子，在外加电压的作用下，这些自由电子会受到电场的驱动，从而在晶格中运动。

同时，半导体中还有空穴，即电子从原子轨道中跃迁出去后留下来的空位，空穴带有正电荷，也会在外加电压下发生移动。

2. PN结和二极管的基本原理PN结是由n型半导体和p型半导体组成的结构，它具有正向导通和反向截止的特性。

当PN结处于正向偏置时，n区的自由电子会向p区移动，p区的空穴会向n区移动，导致电子和空穴的复合，形成导电通道，电流得以通过。

而当PN结处于反向偏置时，n区和p区的电荷云层会被电场的作用扩散，形成空间电荷区，此时电流不能通过。

3. 晶体管的基本原理晶体管是由两个PN结构组成的器件，即P型区和N型区交替排列，整体上形成三个电极分别为集电极、发射极和基极。

当在基极和发射极之间加上正向偏置电压时，n区的自由电子会向p区移动，电子和空穴会在P区与N区的交界处结合而产生电流放大的效应。

这样，就实现了晶体管的放大功能，使得电子信号得以放大，并通过集电极输出。

二、晶体管的结构1. 晶体管的主要构成晶体管主要由P型半导体、N型半导体和金属电极组成。

P型半导体富含空穴，电子的迁移率较低；N型半导体富含自由电子，电子的迁移率较高；金属电极则起到了连接内部半导体材料的作用。

2. 晶体管的结构类型晶体管有多种不同的结构类型，包括双极型晶体管、场效应晶体管、异质结晶体管等。

不同结构的晶体管在性能和应用方面都有所不同，需根据具体的应用场景进行选择。

三、晶体管的工作原理1. 晶体管的工作状态晶体管主要有截止状态和放大状态两种工作状态。

前言集成电路只有在高倍放大的情况下才能看到它的真面目。

它的表面到处是错综复杂的细微的连线，而在这下面则是同样错综复杂的掺杂硅的图形，所有这些都是按照一套称作layout的蓝图做出来的。

模拟和混合信号集成电路的layout很难做到自动化。

每个多边形的shape和placement都需要对器件物理，半导体制造和电路理论的深刻理解。

尽管已经有30年的研究了，但仍旧有许多不确定性。

这些知识分布在艰涩难懂的期刊文章和未出版的手稿里。

本书则把这些知识整体统一串连了起来。

原本这本书是打算写给LAYOUT设计师看的，同时它也适合那些希望更好的理解电路和LAYOUT之间关系的电路设计师。

由于本书拥有大量的读者，特别是那些对于高等数学和固体物理学不是很精通的人，所以本书尽量降低了数学运算，并使用了最普遍使用的变量和单位。

读者只要会基本代数和基本的电子学就可以。

书中的练习假定读者能使用LAYOUT编辑软件，不过即使没有，大部分习题还是能用笔和纸完成的。

本书有14章和5篇附录。

前2章是对器件物理学和半导体工艺的一个整体概括。

在这2章里，简单的文字解释和图形模型代替了数学推导。

第3章是关于3种原型工艺：标准BIPOLAR, SILICON-GATE CMOS 和ANALOG BICOMS。

重点将放在截面图和这些截面图与样品器件的传统layout之间的相互关系。

第4章着重讨论了LAYOUT在决定可靠性方面的作用和通常的失效机制。

第5和6章则是电阻和电容的LAY OUT。

第7章以电阻和电容为例讨论了匹配的原理。

第8章到第10章是BIPOLAR器件的LAYOUT，而第11，12章有关场效应管的LAYOUT和匹配。

第13，14章讨论了一些更深入的话题，包括器件合并，G UARD RINGS，ESD保护结构和FLOORPLANNING。

附录则包含缩写表，MILLER指数的讨论，习题中需要的样例LAYOUT规则和书中使用的公式的推导。

晶体管基础知识目录1. 晶体管概述 (2)1.1 晶体管的概念与分类 (3)1.1.1 pn结的工作原理 (3)1.1.2 双极型晶体管 (5)1.1.3 场效应型晶体管 (6)1.1.4 其他晶体管类型 (6)1.2 晶体管的重要特性 (8)1.2.1 集电极电流、基极电流、发射极电流 (9)1.2.2 放大倍数 (10)1.2.3 阈值电压 (11)1.2.4 饱和电压 (11)1.3 晶体管的应用 (12)1.3.1 数码电路 (14)1.3.3 其他应用领域 (16)2. PNP和NPN晶体管 (17)2.1 PNP晶体管的工作原理 (18)2.2 NPN晶体管的工作原理 (19)2.3 PNP和NPN晶体管的区别 (21)3. 双极型晶体管电路 (22)3.1 あげ列连接电路 (22)3.2 发射极跟随电路 (24)3.3 共基路放大电路 (25)3.4 共集路放大电路 (26)4. 场效应型晶体管电路 (27)4.1 简述MOSFET的工作原理 (29)4.2 n沟道和p沟道 (30)4.3 源极跟随电路 (31)4.5 共源放大电路 (34)5. 晶体管的模型和参数 (34)5.1 直流特性模型 (35)5.2 典型晶体管参数 (36)5.3 频率特性 (37)6. 晶体管的损坏原因及避免措施 (38)6.1 过大电流过电压 (40)6.2 静电放电 (41)1. 晶体管概述晶体管是一种以半导体为基本材料的电子元件，于1947年由贝尔实验室的约翰巴丁、沃尔特布拉顿和威廉肖克利首次发明并演示。

晶体管的出现标志着电子技术的一次革命，极大地推动了信息技术领域的发展。

晶体管的核心作用在于它能够控制电流的流动，这使它在许多电子设备中担当关键的开关和放大角色。

晶体管主要有三种类型：双极型晶体管以及隧道型晶体管。

每种晶体管都有其独特的特性和应用领域。

当施加到晶体管栅极的电压变化时，可以显著改变其电流特性。

《晶体管》讲义一、引言在现代电子技术的发展历程中，晶体管无疑是一项具有划时代意义的发明。

它的出现彻底改变了电子设备的面貌，为我们的生活带来了翻天覆地的变化。

从计算机到通信设备，从家用电器到航天航空，晶体管的身影无处不在。

那么，晶体管究竟是什么？它是如何工作的？又有哪些类型和特点呢？接下来，让我们一起深入了解晶体管的奇妙世界。

二、晶体管的定义与基本原理晶体管是一种半导体器件，具有放大、开关等功能。

它由三个区域组成：发射极、基极和集电极。

晶体管的工作原理基于半导体的特性。

在 NPN 型晶体管中，当基极加上正向电压时，会有少量的电子从发射极注入基区。

由于基区很薄且掺杂浓度低，这些电子很容易扩散到集电极，从而形成较大的集电极电流。

通过控制基极电流的大小，可以有效地控制集电极电流的大小，实现电流的放大作用。

对于 PNP 型晶体管，工作原理类似，只是电流的流动方向相反。

三、晶体管的类型1、双极型晶体管（BJT）双极型晶体管是最早出现的晶体管类型，分为 NPN 型和 PNP 型。

它具有较高的电流放大倍数和较低的输入电阻，但工作频率相对较低。

2、场效应晶体管（FET）场效应晶体管又分为结型场效应管（JFET）和金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）。

MOSFET 具有输入电阻高、功耗低、工作频率高等优点，是目前应用最为广泛的晶体管类型之一。

3、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）IGBT 结合了 BJT 和 MOSFET 的优点，具有高输入阻抗、低导通压降和高电流密度等特性，广泛应用于电力电子领域。

四、晶体管的特点1、体积小、重量轻晶体管的尺寸可以做得非常小，这使得电子设备能够实现微型化和集成化。

2、功耗低晶体管在工作时消耗的电能相对较少，有助于提高电子设备的能效。

3、可靠性高相比于真空管等早期器件，晶体管的寿命更长，稳定性更好。

4、性能优越具有良好的放大、开关和频率响应特性，能够满足各种复杂的电子电路需求。

五、晶体管的应用1、集成电路晶体管是集成电路的基本组成单元。