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4-1 雙極性電晶體之構造及特性

4-1 雙極性電晶體之構造及特性. 4-2 電晶體放大器的三種組態. 4-3 電晶體之開關作用. P118. 4-1 雙極性電晶體之構造及特性. 雙極性電晶體 ( bipolar junction transistor ，簡稱為 BJT ) 。 　雙極 ( bipolar ) 是指在電晶體中同時使用電子與電洞做為 　電流載子。. 一、電晶體的結構. P118. 4-1 雙極性電晶體之構造及特性. 因為摻雜的濃度與厚度不同，所以電晶體的射極與集極不 　可對調使用。若把電晶體的射極與集極對調使用，則電晶 　體的電流放大率和耐壓都會降低。. P119.

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4-1 雙極性電晶體之構造及特性

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Presentation Transcript

  1. 4-1 雙極性電晶體之構造及特性 4-2 電晶體放大器的三種組態 4-3 電晶體之開關作用

  2. P118 4-1 雙極性電晶體之構造及特性 • 雙極性電晶體(bipolar junction transistor，簡稱為BJT)。 　雙極(bipolar)是指在電晶體中同時使用電子與電洞做為 　電流載子。 一、電晶體的結構

  3. P118 4-1 雙極性電晶體之構造及特性 • 因為摻雜的濃度與厚度不同，所以電晶體的射極與集極不 　可對調使用。若把電晶體的射極與集極對調使用，則電晶 　體的電流放大率和耐壓都會降低。

  4. P119 4-1 雙極性電晶體之構造及特性 二、電晶體的特性

  5. P119 4-1 雙極性電晶體之構造及特性 • 此時我們發現IE＝IB＋IC而且IC≒IE IB，換句話說，由射 　極流入之電流幾乎完全由集極流出，而基極電流只是很小 　的一部份。為什麼會這樣呢？這是因為電晶體的基極很薄 　的緣故。

  6. P120 4-1 雙極性電晶體之構造及特性

  7. P120 4-1 雙極性電晶體之構造及特性 三、電晶體的β • 比較圖4-1-2(b)和圖 4-1-2(c)，我們可以發現之有無是由 　加以控制。 • 由於IB IC，而我們只要控制IB即可控制IC，因此電晶體具 　有放大作用。人們把電晶體的電流放大率以β或hFE表之，　 　其定義為： • 一般電晶體的β≒10～300左右。β＞300的電晶體比較少 　。

  8. P121 4-1 雙極性電晶體之構造及特性 四、電晶體的符號

  9. P121 4-1 雙極性電晶體之構造及特性

  10. P121 4-1 雙極性電晶體之構造及特性 五、電晶體的α • α亦可使用hFB表之，定義如下： • 由於IC略小於IE，故α略小於1。

  11. P122 4-1 雙極性電晶體之構造及特性 六、α與β之關係 因為 但 且 所以

  12. P122 4-1 雙極性電晶體之構造及特性 即 又因 所以 即

  13. P123 4-1 雙極性電晶體之構造及特性

  14. P123 4-1 雙極性電晶體之構造及特性 七、電晶體的輸入特性曲線 • VBE-IB特性曲線是用來描述電晶體的輸入電壓和輸入電流 　之間的關係，所以稱為輸入特 　性曲線，如圖4-1-7所示。特性 　與PN接面二極體一樣。電晶體 　導通後，鍺電晶體的VBE約為0.2 　～0.3V，矽電晶體的VBE約為0.6 　～0.7V。

  15. P124 4-1 雙極性電晶體之構造及特性 八、電晶體的集極特性曲線(輸出特性曲線) • 最常用的電晶體特性曲線是如圖4-1-8所示之集極特性曲 　線(又稱為輸出特性曲線或VCE-IC特性曲線)。 (1)截止區：當IB＝0時，IC≒0，此時電晶體截止，電晶體的 　 集極與射極間猶如一個開關打開(OFF)。 (2)飽和區：在飽和區(saturation region)內，當VCE從0V上升 　時，IC會迅速上升，很顯然在飽和區內IC會明顯受VCE影 　響，在飽和區內IC＝IB×β並不成立。電晶體工作在飽和 　區時， B-E極間為順向偏壓，B-C極間也是順向偏壓。

  16. P124 4-1 雙極性電晶體之構造及特性 (3)工作區：工作區(active region)又稱為線性區(linear region)。在圖4-1-8中，截止區與飽和區除外的區域稱 　 為工作區。在工作區中，電晶體的集極電流由IC＝IB×β 　 決定，幾乎不受VCE影響。 　 在工作區中，電晶體的B-E極間為順向偏壓，B-C極間為 　 逆向偏壓，IC只受IB控制，我們設計放大電路時就是讓 　 電晶體在工作區內動作。

  17. P124 4-1 雙極性電晶體之構造及特性

  18. P124 4-1 雙極性電晶體之構造及特性

  19. P125 4-1 雙極性電晶體之構造及特性

  20. P125 4-1 雙極性電晶體之構造及特性 • 由上述兩個例子，我們得知：縱然是同一個電晶體，在不 　同的工作條件下，其β值會有一些變動。實際上，電晶體 　的β值會隨IC及溫度而變，圖4-1-9就是一個典型的例子。

  21. P126 4-2 電晶體放大器的三種組態 • 放大器基本上都如圖4-2-1所示，有一個輸入端連接至 　輸入信號(信號源)，有一個輸出端連接至負載，還有一 　個共同參考點(接地點)。 • 當出現在負載的電壓Vout比輸入電壓Vin更大時，我們說這 　個放大器有電壓放大作用。當流至負載的電流Iout比輸入 　電流Iin大時，我們說這個放大器有電流放大作用。

  22. P127 4-2 電晶體放大器的三種組態 一、共射極放大器 • 共射極放大器(common emitter放大器，簡稱為CE放大器) 　的基本電路，如圖4-2-2所示。信號由基極輸入，由集極 　輸出，射極則為共同點(這就是我們稱這種組態為共射極 　的原因)。

  23. P127 4-2 電晶體放大器的三種組態 • 共射極放大器不但具有電壓放大作用，也具有電流放大 　作用，所以是最常用的一種組態。 • 共射極放大器之VBE-IB輸入特性曲線及在不同IB時之VCE- IC輸出特性曲線，請見下頁圖4-2-3。由圖4-2-3(a)可知 　改變VBE即可控制IB的大小。由圖4-2-3(b)可知，在工作 　區IC只受IB控制(即IC＝IB×β)，VCE對IC的影響很小。

  24. P128 4-2 電晶體放大器的三種組態

  25. P128 4-2 電晶體放大器的三種組態 二、共集極放大器 • 共集極放大器(common collector放大器，簡稱為CC放大 　器)的基本電路，如圖4-2-4所示。信號由基極輸入，由 　射極輸出，集極則為共同點。

  26. P128 4-2 電晶體放大器的三種組態 • 因為共集極放大器只有電流放大作用，沒有電壓放大作用 　，所以只用在某些特定的用途。 • 共集極放大器VBE-IB之輸入特性曲線及在不同IB時之VCE- IE輸出特性曲線，請見圖4-2-5。由圖4-2-5(a)可知改變 VBE即可控制IB的大小。由圖4-2-5(b)可知，在工作區IE只 　受IB控制(即IE＝IB×(β＋1))，VCE對IE的影響很小。

  27. P129 4-2 電晶體放大器的三種組態

  28. P129 4-2 電晶體放大器的三種組態 三、共基極放大器 • 共基極放大器(common base放大器，簡稱為CB放大器)的 　基本電路，如圖4-2-6所示。信號由射極輸入，由集極輸 　出，基極則為共同點。

  29. P129 4-2 電晶體放大器的三種組態 • 因為共基極放大器只有電壓放大作用，沒有電流放大作用 　，所以只用在某些特定的用途。 • 共基極放大器之VBE-IE輸入特性曲線及在不同IE時之 VCB-IC輸出特性曲線，請見圖4-2-7。由圖4-2-7(a)可知 　改變VBE即可控制IE的大小。由圖4-2-7(b)可知，在工作 　區IC只受IE控制(即IC＝IE×α)，VCB對IC的影響很小。

  30. P130 4-2 電晶體放大器的三種組態

  31. P130 4-2 電晶體放大器的三種組態 四、如何辨別電晶體放大器的三種組態 • 只要觀察放大器的信號是由哪一極輸入，由哪一極輸出， 　就可知道它是工作於哪一種組態，請見表4-3。

  32. P131 4-3 電晶體之開關作用 • 當作為電子開關使用時，電晶體是交替的工作在截止區和 　飽和區。許多數位電路都利用電晶體作為開關。 一、截止的條件 • 當IB＝0時(VBE＝0或VBE為逆向偏壓，都會令IB＝0)，電晶 　體就是在截止(cut-off)狀態。此時 　 電晶體的C-E間猶如一個開關打開(OFF)一樣。

  33. P132 4-3 電晶體之開關作用

  34. P132 4-3 電晶體之開關作用 二、飽和的條件 集極飽和電流等於

  35. P132 4-3 電晶體之開關作用 但是VCE(sat)通常都小於0.2V，所以可以忽略，因此 因為要達到飽和所需的最小基極電流為 所以要保證電晶體飽和的條件為 或

  36. P133 4-3 電晶體之開關作用

  37. P133 4-3 電晶體之開關作用

  38. P134 4-3 電晶體之開關作用

  39. P134 4-3 電晶體之開關作用 三、飛輪二極體 • 在電晶體被當作電子開關使用時，假如負載是電感性負載 　，會見到如圖4-3-5所示，在電感性負載兩端逆向並聯一 　個二極體，這個二極體是用來保護電晶體。擔任此種用途 　的二極體，特別稱為飛輪二極體(flywheel diode)。

  40. P135 4-3 電晶體之開關作用

  41. P136 4-3 電晶體之開關作用

  42. P136 4-3 電晶體之開關作用 四、開關時間的認識

  43. P137 4-3 電晶體之開關作用 五、縮短開關時間，提高啟閉速度的方法 • 影響開關時間之因素及提高啟閉速度之方法說明如下： (1)電晶體類別的影響 使用高速開關專用之電晶體比使用普通的電晶體來得好。 截止頻率愈高的電晶體，其開關時間愈短。 NPN電晶體之開關速度比PNP電晶體稍快些。

  44. P138 4-3 電晶體之開關作用 (2)集極飽和電流IC(sat)的影響： 　電晶體ON時之飽電流IC(sat)若愈大，則tON及tOFF都會愈長。 (3)輸入信號的影響： 順向輸入電流IB愈大時，tON愈短，但tOFF愈長。 逆向偏壓愈大時， tOFF愈短，但tON愈長。 欲使tON及tOFF均愈短，可使用較大的順向電壓與較大的逆 　向電壓。

  45. P135 4-3 電晶體之開關作用 (4)電晶體開關的加速方法 　如圖4-3-9所示。加入CB可同時縮短tON及tOFF。

  46. P139 4-3 電晶體之開關作用 　圖4-3-10中的CB稱為加速電容器(speed up capacitor)，一 　般電路均採用250pF以下的電容器作為CB。

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