第三讲-三极管要点

1、1/60 三极管三极管 半导体三极管是最重要的半导体器件，是电子电路中的核心器件，被广泛应用到了各种电子线路中，是电子线路的灵魂。 本节主要介绍双极性三极管的结构、特点及电流分本节主要介绍双极性三极管的结构、特点及电流分配关系，输入输出特性。配关系，输入输出特性。2/601 双极型半导体三极管双极型半导体三极管 三极管是组成各种电子电路的核心器件。通过一定的制造工艺，将两三极管是组成各种电子电路的核心器件。通过一定的制造工艺，将两个个PN结结合在一起，是三极管具有放大作用。三极管的产生使结结合在一起，是三极管具有放大作用。三极管的产生使PN结的结的应用发生了质的飞跃。应用发生了质的飞跃。1.1

2、 双极型三极管的基本结构类型和符号双极型晶体管分有双极型晶体管分有NPN型和型和PNP型，虽然它们外形各异，品种繁多，但型，虽然它们外形各异，品种繁多，但它们的共同特征相同：都有三个分区、两个它们的共同特征相同：都有三个分区、两个PN结和三个向外引出的电极：结和三个向外引出的电极：发射极发射极e发射结发射结集电结集电结基区基区发射区发射区集电区集电区集电极集电极c基极基极b发射区发射区基区基区集电区集电区发射结发射结集电结集电结3/60 根据制造工艺和材料的不同，三极管分有双极型和单极型两种类型。若三极管内部的自由电子载流子和空穴载流子同时参与导电，就是所谓的双极型。如果只有一种载流子参与导电

3、，即为单极型。大功率低频三极管大功率低频三极管小功率高频三极管小功率高频三极管中功率低频三极管中功率低频三极管BJT（Bipolar Junction Transistor）4/60NPN型三极管图符号型三极管图符号PNP型三极管图符号型三极管图符号图中箭头方向为发射极电流的方向5/60以以 NPN 型三极管为例讨论型三极管为例讨论三极管中的两个三极管中的两个 PN 结结cNNPebbec表面看表面看三极管若实三极管若实现放大，必须从现放大，必须从三极管内部结构三极管内部结构和和外部所加电源外部所加电源的极性的极性来保证。来保证。不具备不具备放大作用放大作用1 1、放大条件、放大条件1.2 双

4、极型三极管的电流分配关系及放大作用6/60晶体管实现电流放大作用的(1)发射区掺杂浓度很高，以便有足够的载流子供“发射”。(2)为减少载流子在基区的复合机会，基区做得很薄，一般为几个微米，且掺杂浓度极低。(3)集电区体积较大，且为了顺利收集边缘载流子，掺杂浓度界于发射极和基极之间。 可见，双极型三极管并非是两个PN 结的简单组合，而是利用一定的掺杂工艺制作而成。因此，绝不能用两个二极管来代替，使用时也决不允许把发射极和集电极接反。7/60晶体管实现电流放大作用的(1)发射结必须“正向偏置”，以利于发射区电子的扩散，扩散电流即发射极电流ie，扩散电子的少数与基区空穴复合，形成基极电流ib，多数继

5、续向集电结边缘扩散。(2)集电结必须“反向偏置”，以利于收集扩散到集电结边缘的多数扩散电子，收集到集电区的电子形成集电极电流ic。（1 1）放大的偏置条件：）放大的偏置条件：发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏（2 2）NPNNPN管具有放大作用时的电位关系：管具有放大作用时的电位关系：U UC CU UB BU UE E； PNP PNP管：管：U UC CU UB BU UE E 8/60（1）内部条件：）内部条件：发射区高掺杂发射区高掺杂基区做得很薄基区做得很薄。通常只有几微米。通常只有几微米到几十微米，而且到几十微米，而且掺杂较少掺杂较少集电结面积大集电结面积大（2）外部条件：

6、）外部条件：小 结9/60becRcRb2 2、三极管中载流子运动过程、三极管中载流子运动过程I EIB1. 发射发射发射区的发射区的电子越过发射结扩散到电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散基区，基区的空穴扩散到发射区到发射区形成发射极形成发射极电流电流 IE ( (基区多子数目较基区多子数目较少，空穴电流可忽略少，空穴电流可忽略) )。2. 复合和扩散复合和扩散电子电子到达基区，少数与空穴复到达基区，少数与空穴复合形成基极电流合形成基极电流 IBN，复复合掉的空穴由合掉的空穴由 VBB 补充补充。多数电子在基区继续扩多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。散，到达集电结的一侧。三极管中

7、载流子的运动三极管中载流子的运动10/60becI EI BRcRb3. 收集收集集电结反偏，有集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流而形成集电极电流 ICN。其能量来自外接电源其能量来自外接电源VCC 。I C另外，集电区和基区另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成将进行漂移运动而形成反反向向饱和电流饱和电流，用用ICBO表示表示。ICBO三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动动画动画11/60晶体管的电流分配关系动画演示晶体管的电流分配关系动画演示12/60beceRcRb三极管的电流分配关系三极管的

8、电流分配关系IEPICBOIEICIBIENIBNICNIC = ICN + ICBO IE = IEN+ IEP = ICN + IBN + IEp 一般要求一般要求 ICN 在在 IE 中占的比例中占的比例尽量大。一般可达尽量大。一般可达 0.95 0.99。13/60 为电流放大倍数，其范围约为：为电流放大倍数，其范围约为：20200。BCEBCEIBICIEIBICIENPNPNP14/60一组三极管电流关系典型数据一组三极管电流关系典型数据1. 任何一列电流关系符合任何一列电流关系符合 IE = IB + IC，IB IC1V的的特性曲线特性曲线21/60(2) 输出特性曲线先把先把

9、IB调到调到某一固定值某一固定值保持不变。保持不变。 当IB不变时，输出回路中的电流IC与管子输出端电压UCE之间的关系曲线称为输出特性。然后调节然后调节UCC使使UCE从从0增增大，观察毫安表中大，观察毫安表中IC的变的变化并记录下来。化并记录下来。UCEUBBUCCRCRBICIBUBEmA AIE 根据记录可给出IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线就是晶体管的输出特性曲线。IBUCE / VIC /mA022/60UBBUCCRCRBICIBUBEmA AIE再调节再调节IB1至至另一稍小的另一稍小的固定值上保固定值上保持不变。持不变。仍然调节仍然调节UCC使使UCE从从0增增大，继续

10、观察毫安表中大，继续观察毫安表中IC的变化并记录下来。的变化并记录下来。UCE 根据电压、电流的记录值可绘出另一条IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线较前面的稍低些。UCE / VIC /mA0IBIB1IB2IB3IB=0 如此不断重复上述过程，我们即可得到不同基极电流IB对应相应IC、UCE数值的一组输出特性曲线。输出曲线开始部分很输出曲线开始部分很陡，说明陡，说明IC随随UCE的增的增加而急剧增大。加而急剧增大。当当UCE增至一定数值时增至一定数值时(一般小于一般小于1V)，输出特性曲线变得平坦，表明，输出特性曲线变得平坦，表明IC基基本上不再随本上不再随UCE而变化。而变化。23/6

11、0 当IB一定时，从发射区扩散到基区的电子数大致一定。当UCE超过1V以后，这些电子的绝大部分被拉入集电区而形成集电极电流IC 。之后即使UCE继续增大，集电极电流IC也不会再有明显的增加，具有恒流特性。UCE / VIC /mA020 AIB=040 A60 AIB=100 A80 A43211.52.3 当IB增大时，相应IC也增大，输出特性曲线上移， 且IC增大的幅度比对应IB大得多。这一点正是晶体管的电流放大作用。从输出特性曲线可求出三极管的电流放大系数。IB=40 AIC 由此可得：微小的基极电流IB可以控制较大的集电极电流IC，故双极型三极管属于电流控制器件。24/60UCE /

12、VIC /mA020 AIB=040 A60 AIB=100 A80 A43211.52.3输出特性曲线上一般可分为三个区：饱和区饱和区。当。当发射结和发射结和集电结均为正向偏置集电结均为正向偏置时，三极管处于饱和时，三极管处于饱和状态。此时集电极电状态。此时集电极电流流IC与基极电流与基极电流IB之之间不再成比例关系，间不再成比例关系，IB的变化对的变化对IC的影响的影响很小。很小。截止区截止区。当基极电。当基极电流流IB等于等于0时，晶体时，晶体管处于截止状态。管处于截止状态。实际上当发射结电实际上当发射结电压处在正向死区范压处在正向死区范围时，晶体管就已围时，晶体管就已经截止，为让其可经

13、截止，为让其可靠截止，常使靠截止，常使UBE小于和等于零。小于和等于零。 晶体管工作在放大状态时，发射结正偏，集电结反偏。在放大区，集电极电流与基极电流之间成倍的数量关系，即晶体管在放大区时具有电流放大作用。25/60输出特性三个区域的特点输出特性三个区域的特点:(1) 放大区放大区 发射结正偏，集电结反偏，发射结正偏，集电结反偏， IC= IB 。对对NPN型的三极管，有电位关系：型的三极管，有电位关系：UCUBUE；有发射结电压有发射结电压UBE0.7V；对；对PNP型锗三极管，有型锗三极管，有UBE0.2V,UCUBIC，UCE的值很小；称此时的电压的值很小；称此时的电压UCE为三极管为

14、三极管的饱和压降，用的饱和压降，用UCES表示。表示。一般硅三极管的一般硅三极管的UCES约为约为0.3V，锗三极管的，锗三极管的UCES约为约为0.1V； 三极管的集电极和发射极近似短接，三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关导通。三极管类似于一个开关导通。27/60(3) 截止区截止区 UBE0, UBC0此时UBE0, UBC0, UBC029/60例例2: 2: 用直流电压表测得放大电路中晶体管用直流电压表测得放大电路中晶体管T T1 1各电极的对地各电极的对地电位分别为电位分别为V V1 1 = +10V= +10V，V V2 2= 0V= 0V，V V3 3= +0.

15、7V= +0.7V，如图（，如图（a a）所）所示示, T, T2 2管各电极电位管各电极电位V V1 1 = +0V= +0V，V V2 2= -0.3V= -0.3V，V V3 3= -5V= -5V，如图，如图（b b）所示，试判断）所示，试判断T T1 1和和T T2 2各是何类型、何材料的管子，各是何类型、何材料的管子，x x、y y、z z各是何电极？各是何电极？ 2 3 21T131T1 (a) (b)解解： 工作在放大区的工作在放大区的NPN型晶体管应满足型晶体管应满足VCVB VE ，PNP型晶体管应满足型晶体管应满足VCVBV3 V2,，所以，所以1为集电极，为集电极，3为

16、发射极，为发射极，2为基极，满为基极，满足足VCVB VE,的关系，管子为的关系，管子为NPN型。型。 2 3 21T131T1 (a) (b)V1 = +10V，V2= 0V，V3= +0.7VV1 = +0V，V2 = -0.3V，V3= -5V（2）在图（）在图（b）中，）中，1与与2的电压为的电压为0.3V，可确定为锗管，又，可确定为锗管，又因因V3V2 V1,，所以，所以3为集电极，为集电极，1为发射极，为发射极，2为基极，满足为基极，满足VCVB VE的关系，管子为的关系，管子为PNP型。型。31/60 解解: :发射结正偏，集电结反偏。对于发射结正偏，集电结反偏。对于NPNNPN

17、管管U UBEBE0 0， U UBCBC0 0，相，相反反PNPPNP管管U UBEBE000。 先求先求U UBEBE，若等于，若等于0.6-0.7V0.6-0.7V，为硅管；若等于，为硅管；若等于0.2-0.3V0.2-0.3V，为锗管。，为锗管。32/60例例4 现测得放大电路中两只管子两个电极的电流如图所示。现测得放大电路中两只管子两个电极的电流如图所示。分别求另一电极的电流，标出其实际方向，并在圆圈中画分别求另一电极的电流，标出其实际方向，并在圆圈中画出管子。出管子。1005033/60课堂练习：测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图所课堂练习：测得放大电路中六只晶体管的直流电位如

18、图所示。在圆圈中画出管子，并分别说明它们是硅管还是锗管。示。在圆圈中画出管子，并分别说明它们是硅管还是锗管。34/60三极管均处于放大状态(1)找出相差0.2V或0.7V的两个极，为基极和发射极；并确定三极管为硅管还是锗管。(2)根据第三极是最高还是最低确定为NPN型还是PNP型。EBUUUCCBUUUE(3)正确画出三极管。硅管ube=0.7V锗管ueb=0.2V35/60 晶体管的发射极和集晶体管的发射极和集电极是不能互换使用的电极是不能互换使用的。因为发射区和集电区。因为发射区和集电区的掺杂质浓度差别较大的掺杂质浓度差别较大，如果把两个极互换使，如果把两个极互换使用，则严重影响晶体管用，

19、则严重影响晶体管的电流放大能力，甚至的电流放大能力，甚至造成放大能力丧失。造成放大能力丧失。晶体管的发射极晶体管的发射极和集电极能否互和集电极能否互换使用？为什么换使用？为什么? 晶体管在输出特性曲线的晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，饱和区工作时，UCEUBE，集电结也处于正偏，这时内集电结也处于正偏，这时内电场被大大削弱，因此极不电场被大大削弱，因此极不利于集电区收集从发射区到利于集电区收集从发射区到达集电结边缘的电子，这种达集电结边缘的电子，这种情况下，集电极电流情况下，集电极电流IC与基与基极电流极电流IB不再是不再是倍的关系倍的关系，因此，晶体管的电流放大能因此，晶体管的电流放大能

20、力大大下降。力大大下降。晶体管在输出特性曲线的晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，其电流放饱和区工作时，其电流放大系数是否也等于大系数是否也等于？为什么晶体管基区掺杂为什么晶体管基区掺杂质浓度小？而且还要做质浓度小？而且还要做得很薄？得很薄？ 为了使发射区扩散电子的绝大多数无为了使发射区扩散电子的绝大多数无法在基区和空穴复合，由于基区掺杂深法在基区和空穴复合，由于基区掺杂深度很低且很薄，因此只能有极小一部分度很低且很薄，因此只能有极小一部分扩散电子与基区空穴相复合形成基极电扩散电子与基区空穴相复合形成基极电流，剩余大部分扩散电子继续向集电结流，剩余大部分扩散电子继续向集电结扩散，由于集成电结反

21、偏，这些集结到扩散，由于集成电结反偏，这些集结到集电结边缘的自由电子被集电极收集后集电结边缘的自由电子被集电极收集后形成集电极电流。形成集电极电流。36/60 直流参数直流参数： 、 、ICBO、 ICEOc-ec-e间击穿电压间击穿电压最大集电最大集电极电流极电流最大集电极耗散功最大集电极耗散功率，率，P PCMCMi iC Cu uCECE安全工作安全工作区区 交流参数：交流参数：、fT（使1的信号频率） 极限参数极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO晶体管的主要参数晶体管的主要参数37/60 温度对晶体管特性及参数的影响温度对晶体管特性及参数的影响一、温度对一、温度对I ICBOCB

22、O的影响的影响温度升高时，温度升高时， I ICBOCBO增大，温度每升高增大，温度每升高1010C C， I ICBOCBO增加一倍。增加一倍。二、温度对输入特性的影响二、温度对输入特性的影响 温度每升高温度每升高1 1C,C,正向压正向压降减小降减小22.5mV22.5mV。38/60温度对输出特性的影响温度对输出特性的影响温度升高，温度升高， i iC C明显增大。明显增大。39/60 2.1.5 三极管的判别及手册的查阅方法三极管的判别及手册的查阅方法 要准确地了解一只三极管类型、要准确地了解一只三极管类型、 性能与参数性能与参数, 可用专可用专门的测量仪器进行测试门的测量仪器进行测试

23、, 但一般粗略判别三极管的类型和但一般粗略判别三极管的类型和管脚管脚, 可直接通过三极管的型号简单判断可直接通过三极管的型号简单判断, 也可利用万用也可利用万用表测量方法判断表测量方法判断. 1三极管型号的意义三极管型号的意义 三极管的型号一般由五大部分组成三极管的型号一般由五大部分组成,如如3AX31A、3DG12B、3CG14G等。等。40/60例例 3AX81表示为表示为PNP型锗材料，低频小功率管三极管型锗材料，低频小功率管三极管三极管型号的意义三极管型号的意义第一部分第一部分第二部分第二部分第三部分第三部分第四部分第四部分第五部分第五部分3A：PNP型锗材料型锗材料B：NPN型锗材料

24、型锗材料C：PNP型硅材料型硅材料D：NPN型硅材料型硅材料E：化合物材料：化合物材料X：低频小功率管：低频小功率管G：高频小功率管：高频小功率管D：低频大功率管：低频大功率管A：高频大功率管：高频大功率管K：开关管：开关管T：闸流管：闸流管J：结型场效应管：结型场效应管O：MOS场效应场效应管管U：光电管：光电管序号序号规格（可缺）规格（可缺）41/60 2.判别三极管的管型和管脚判别三极管的管型和管脚 (1）根据三极管外壳上的型号）根据三极管外壳上的型号,初判其类型初判其类型 (2）根据三极管的外形特点）根据三极管的外形特点,初判其管脚初判其管脚 42/60bcebcecbecebecbc

25、becbeebc凸片凸片焊接片接管壳接管壳凸片距发射极引线45 角凸片距发射极引线45 角以色点辨认集电极以色点辨认集电极ebc以色点辨认集电极ecb 图图2.10 典型三极管的管脚排列图典型三极管的管脚排列图 43/60判断基极判断基极B和管子类型和管子类型(3）用万用表判别三极管的管脚及管型。）用万用表判别三极管的管脚及管型。 n n 选择万用表选择万用表“R1K”挡。挡。n n 用黑表笔接一管脚（假定其为用黑表笔接一管脚（假定其为B极），红表笔分别接另外极），红表笔分别接另外两管脚，测得两个电阻值。两管脚，测得两个电阻值。图2.11 二个阻值均为小数值，则管子为二个阻值均为小数值，则管子

26、为NPN管，则黑表笔接触的为管，则黑表笔接触的为B极极44/60 （3 3）如）如一个一个阻值均为阻值均为无穷大无穷大，另，另一个一个为为小数值小数值，则，则黑表棒假定的黑表棒假定的B B极错误，需重新假定直致找到为止。极错误，需重新假定直致找到为止。 （1）如二个阻值均为）如二个阻值均为小数值小数值，则管子为，则管子为PNP管管，则，则红红表笔接触的为表笔接触的为B极，极， 假定正确。假定正确。 （2）如二个阻值均为）如二个阻值均为小数值小数值，则管子为，则管子为NPN管管，则，则黑黑表笔接触的为表笔接触的为B极，极， 假定正确。假定正确。判别三种情况：判别三种情况：45/60l l 具有具

27、有“或或h hFEFE”挡的万用表测量（如挡的万用表测量（如MF47）图图2.12测电流的放大系数测电流的放大系数将万用表置于将万用表置于“h hFEFE”挡，如图所示挡，如图所示将三极管插入测量插座（基极插入将三极管插入测量插座（基极插入b孔，另两管脚随意插孔，另两管脚随意插入），记下入），记下读数。再将另两管脚对调后插入，也记下读数。再将另两管脚对调后插入，也记下读读数。两次测量中，数。两次测量中，读数大的那一次管脚插入是正确的。测读数大的那一次管脚插入是正确的。测量时需注意量时需注意NPN管和管和 PNP管应插入各自相应的插座。管应插入各自相应的插座。图图2.12测电流的放大系数测电流的

28、放大系数 识别集电极识别集电极c和发射极和发射极e常利用测量三极管的电流放大系数常利用测量三极管的电流放大系数来判别。来判别。46/60l 没有没有“或或hFE”挡的万用表测量（如挡的万用表测量（如MF30）将万用表置）将万用表置于于“R1K”挡（以挡（以NPN管为例），红表笔接基极以外后管管为例），红表笔接基极以外后管脚，左手拇指与中指将黑表笔与基极以外的另一管脚捏在一脚，左手拇指与中指将黑表笔与基极以外的另一管脚捏在一起，同时用左手食指触摸余下的管脚，起，同时用左手食指触摸余下的管脚， 这时表针应向右摆动。将基极以外的两管脚对调后再测一这时表针应向右摆动。将基极以外的两管脚对调后再测一次。两次测量中，表针摆动幅度较大的那一次，黑表笔所接次。两次测量中，表针摆动幅度较大的那一次，黑表笔所接为集电极，红表笔所接为发射极。表针摆动幅度越大，说明为集电极，红表笔所接为发射极。表针摆动幅度越大，说明被测三极管的被测三极管的值越大。（如图值越大。（如图2.13所示）所示）图图2.13 MF30测量电流放大系数测量电流放大系数47/60 4）判断管子的材料）判断管子的材料 根据硅管的发射结正向压降大于锗管的正向压降的特根据硅管的发射结正向压降大于锗管的正向压降的特点