模拟电子技术基础：1.3 晶体三极管

1、模拟电子技术晶体三极管辉煌历史1999年，洛杉矶时报评选出了“本世纪经济领域50名最有影响力人物”，并列第一的是美国发明家维廉肖克利（William Shockley，1910-1989）、罗伯特诺伊斯（Robert N.Noyce，1927-1990）和杰克基尔比（Jack S.Kilby）， transconductance(跨导)的前缀与varistor(可变电阻)的后缀构成一个新词transistor(晶体管)，1957年获得诺贝尔物理学奖。晶体三极管1947集成电路1958集成电路1958贝尔实验室肖克利巴丁布拉担肖克利实验室（1955）硅谷仙童（1957）Intel（1968）两次

2、获得诺贝尔物理学奖第一章常用半导体器件1.3 晶体三极管双极型：参与导电的有空穴和电子两种载流子。分类：按材料：硅管、锗管按功率：大功率、中功率、小功率按工作频率：高频管、低频管（Bipolar Junction Transistor,简称BJT）一、晶体管的结构和类型两种结构类型：NPN、PNP1. 由三层半导体组成，有三个区、三个极、两个结。2. 发射区掺杂浓度高、基区薄且掺杂浓度低、集电结面积大BECBEC （1）因为发射结正偏，所以发射区向基区注入电子 ，形成了扩散电流IEN 。同时从基区向发射区也有空穴的扩散运动，形成的电流为IEP。但其数量小，可忽略。 所以发射极电流I E I E

3、N 。 （2）发射区的电子注入基区后，少部分遇到的空穴复合掉，形成IBN。所以基极电流I B I BN 。大部分到达了集电区的边缘。二、晶体管的电流放大作用1.内部载流子的运动IBN（3）因为集电结反偏，收集扩散到集电区边缘的电子，形成集电极收集电流ICN 。另外，集电结区的少子形成漂移电流ICBO。2.电流之间的分配关系IB = IBN +IEP- ICBOIC = ICN +ICBOIE = ?IE = IEN + IEP= ICN +IBN+ IEP IBN三极管各区的作用:发射区向基区提供载流子基区传送和控制载流子集电区收集载流子发射结加正向电压集电结加反向电压三极管在工作时一定要加上

4、适当的直流偏置电压， 才能起放大作用。外部工作条件：发射结加正向电压即发射结正偏；集电结加反向电压即集电结反偏。3.晶体管的共射电流放大系数为了反映扩散到集电区的电流ICN与基区复合电流IBN之间的比例关系，定义共发射极直流电流放大系数为 含义是：基区每复合一个电子，则有个电子扩散到集电区去。 其中，穿透电流 很小，近似认为： 发射区掺杂浓度高，基区很薄，是保证三极管能够实现电流放大的关键。 三、晶体管的共射特性曲线1.输入特性曲线 iB=f (uBE) uCE=CONST CB EB是输入电极，C是输出电极，E是公共电极。iB是输入电流，uBE是输入电压，加在B、E两电极之间。iC是输出电流

5、，uCE是输出电压，从C、E两电极取出。 1. Uce=0V时，发射极与集电极短路，发射结与集电结均正偏，实际上是两个二极管并联的正向特性曲线。2. 当Uce 1V时， Ucb= Uce - Ube 0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少， 要获得同样的iB，就必须加大uBE，特性曲线将向右稍微移动。但Uce再增加时，曲线右移很不明显。通常只画一条。现以IB=60uA一条加以说明。 （1）当uCE=0 V时，因集电极无收集作用，iC=0。（2） uCE Ic 。 （3） 当uCE 1V后，收集电子的能力足够强。这时，发射到基区的电子都被集电极收集，形成iC。所以uCE再增加，i

6、C基本保持不变。同理，可作出iB=其他值的曲线。 2.输出特性曲线 iC=f (uCE) IB=CONST饱和区:iC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE的数值较小，一般 uCE 0.7V(硅管)。发射结正偏，集电结正偏截止区：iB=0的曲线的下方的区域iB=0, iC=iCEO NPN：uBE0.5V,管子就处于截止状态通常该区：发射结反偏，集电结反偏。输出特性曲线可以分为三个区域:放大区iC平行于uCE轴的区域，曲线基本平行等距。(1) 发射结正偏，集电结反偏，电压uBE大于0.7V左右(硅管) 。(2) iC= iB,即IC主要受IB的控制。(3) 四、晶体管的主要参数直流参数共基直流

7、电流放大系数共基交流电流放大系数共射交流电流放大系数共射直流电流放大系数极间反向电流2. 交流参数特征频率fTiCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI=100uACBI=60uAi3. 极限参数四、晶体管的主要参数 ICM 集电极最大允许电流 当集电极电流增加时， 就要下降，当值下降到线性放大区值的2/3时所对应的最大集电极电流当ICICM时，三极管并不一定会损坏。 PCM 集电极最大允许功耗晶体管工作在放大状态时，c结承受着较高的反向电压，同时流过较大的电流。集电极电流通过集电结时所产生的功耗 PCM= iC uCE ，反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力。V (BR) CBO V (BR) CES V (BR) CER V (BR) CEO四、晶体管的主要参数3. 极限参数-(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU 温度对晶体管的uBE、ICBO和有不容忽视的影响。 uBE 、 ICBO随温度变化的规律与PN结相同，即温度每升高1， uBE减小2-2.5mV； 温度每升高10， ICBO增大一倍。 温度对的影响表现为，随温度的升高而增大，变化规律是：温度每升高1，值增大0.5%-1%。 五、温度对晶体管特性和参数的影响小结由晶体管的伏安特性曲线可知，