半导体三极管概述课件

1、 半导体三极管概述一. 基本结构NNP基极发射极集电极NPN型BECBECPNP型PPN基极发射极集电极符号：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三极管PNP型三极管 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，即为单极型。大功率低频三极管小功率高频三极管中功率低频三极管 目前国内生产的双极型硅晶体管多为NPN型(3D系列)，锗晶体管多为PNP型(3A系列)，按频率高低有高频管、低频管之别；根据功率大小可分为大、中、小功率管。 基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高

2、发射结集电结BECNNP基极发射极集电极结构特点：集电区：面积最大二. 三极管的电流分配和放大原理1. 三极管放大的外部条件BECNNPEBRBECRC发射结正偏、集电结反偏 PNP发射结正偏 VBVE集电结反偏 VCVE集电结反偏 VCVB ICEBmAAVUCEUBERBIBECV+2. 三极管的电流分配和放大原理 实验如图，把三极管接成二个电路，基极电路和集电极电路，发射极是公共端，这种接法称为三极管的共发射极接法。以NPN管为例，发射结加正向电压，集电极加反向电压，三极管才能起放大作用。三极管电流测量数据IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.100.

3、0010.701.502.303.103.950.0010.721.542.363.184.05（1）三电极电流关系 IE = IB + IC（2） IC IB ， IC IE （3） IB =0 ，IC0.001 mABECNNPEBRBECIEIBEICEICBO 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。 实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，三极管内载流子运动过程1. 发射区向基区注入电子2. 基区中电子的扩散与复合3.集电区收集扩散过来的电子三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO基区空穴向发射区的扩

4、散可忽略。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。进入P 区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE ，多数扩散到集电结。从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。三. 三极管的输入、输出特性 1. 输入特性曲线的描述与分析 三极管的输入特性是指当集电极与发射极之间的电压 为常数时,输入回路中基极静态电流 与发射结二端的静态电压 之间的关系特性,即:IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO特征（1） 变化一点，基极电流变化很大，呈现出恒压特性。（2） 不同材料的三极管，完全导通时

5、的发射结电压降也不同。另外当 1 V 后，曲线基本不移动了。 三极管的输入特性曲线是一条非线性曲线，发射结二端电压 与基极电流 的关系随曲线上的点的位置不同而不同，因此要确定一个合适的电压和电流，即在输入特性曲线上找一个合适的点，这个点称之为三极管的静态工作点，通常用 Q 表示。2. 输出特性曲线的描述与分析 三极管的输出特性是指在基极电流 一定的情况下，三极管输出回路中的集电极电流 与集电极和发射极之间的电压 之间的关系特性，即： 当电流 和温度为某一定值时，输出特性曲线为一根特性曲线。当基极电流取值不同时，输出特性曲线是一簇曲线。 当 1V后，集电极电流 不再有明显的增加。2 .输出特性曲

6、线的描述与分析IB=020A40A60A80A100A36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区输出特性曲线通常分三个工作区：(1) 放大区 在放大区有 IC= IB ，也称为线性区，具有恒流特性。 在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA )1234UCE(V)912O（2）截止区IB 0 以下区域为截止区，有 IC 0 。 在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。饱和区截止区（3）饱和区当UCE UBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，IB IC，发射结处于正向偏

7、置，集电结也处于正偏。 深度饱和时，硅管UCES 0.3V，锗管UCES 0.1V。四. 三极管的主要参数1. 电流放大系数直流电流放大系数交流电流放大系数 三极管的参数是用来表征管子性能优劣和适应范围的，是选用三极管的依据。注意： 和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0 较小的情况下，两者数值接近。 常用晶体管的 值在20 200之间。为了使三极管具有电流放大能力，必须使三极管工作在放大区，并且工作在一个合适的点，这个点称为三极管的静态工作点，即具有一个合适的电压 与电流 。例：在UCE= 6 V时， 在 Q1 点IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 点IB=60 A,

8、 IC=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理： = 。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA )1234UCE(V)9120Q1Q2在 Q1 点，有由 Q1 和Q2点，得（1）集-基极反向饱和电流 ICBO ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。 温度ICBOICBOA+EC（2）集-射极反向饱和电流(穿透电流)ICEOAICEOIB=0+ ICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。2. 极间反向电流 （1） 集电极最大允许电流 ICM（3） 最大反向击穿电压UCEO 集电极电流 IC上升会导致三极管的 值的下

9、降，当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 ICM。 当集射极之间的电压UCE 超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR) CEO。（2） 集电极最大允许功率损耗（耗散功耗）PCM PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。 PC PCM =IC UCE 硅管允许结温约为70C，锗管约为7090C。3. 极限参数ICUCEOICUCE=PCM安全工作区UCEOICM由三个极限参数可画出三极管的安全工作区4. 结电容 结电容是指PN结在结两端电压作用下形成的电容效应。结电容主要由两部分组成：一是PN结在正向电压作用

10、下，扩散电流的变化形成的电容效应，称之为扩散电容，通常记作 ，它与通过PN结的扩散电流的大小成正比例；二是PN结在反向电压作用下，电场的变化形成的电容效应，称之为势垒电容，通常记作 ，它与作用在PN结两侧的反向电压的大小成反比例。结电容是造成三极管产生频率响应的主要原因，也是影响三极管开关速度的主要原因。五. 三极管的工作状态 三极管的工作状态主要由三极管的二个PN结各自所承受的偏置电压的大小和极性所决定的。三极管有二个PN结，而每一个偏置电压又有二种可能的极性，即正向偏置和反向偏置，因此，可构成三极管的三种工作状态：饱和、放大、截止。单极型三极管 双极型三极管是利用基极小电流去控制集电极较大

11、电流的电流控制型器件，因工作时两种载流子同时参与导电而称之为双极型。单极型三极管因工作时只有多数载流子一种载流子参与导电，因此称为单极型三极管；单极型三极管是利用输入电压产生的电场效应控制输出电流的电压控制型器件。中又分增强型和耗尽型两类，且各有N沟道和P沟道之分。MOS管的基本结构N+N+以P型硅为衬底BDGS二氧化硅(SiO2)绝缘保护层两端扩散出两个高浓度的N区N区与P型衬底之间形成两个PN结由衬底引出电极B由高浓度的N区引出的源极S由另一高浓度N区引出的漏极D由二氧化硅层表面直接引出栅极G杂质浓度较低，电阻率较高。不同类型MOS管的电路图符号D S GB衬底 N沟道增强型符号D S G

12、B衬底 P沟道增强型符号D S GB衬底 N沟道耗尽型符号D S GB衬底 P沟道耗尽型符号 由图可看出，衬底的箭头方向表明了场效应管是N沟道还是P沟道：箭头向里是N沟道，箭头向外是P沟道。虚线表示增强型实线表示耗尽型单极型晶体管和双极型晶体管的性能比较 场效应管的源极S、栅极G、漏极D分别对应于双极型晶体管的发射极e、基极b、集电极c，它们的作用相似。 2. 场效应管是电压控制电流器件，场效应管栅极基本上不取电流，而双极型晶体管工作时基极总要取一定的电流。所以在只允许从信号源取极小量电流的情况下，应该选用场效应管；而在允许取一定量电流时，选用双极型晶体管进行放大可以得到比场效应管较高的电压放大倍数。3. 场效应管是多子导电，而双极型晶体管则是既利用多子，又利用少子。由于少子的浓度易受温度、辐射等外界条件的影响，因而场效应管比晶体管的温度稳定性好、抗辐射能力强。在环境条件（温度等）变化比较剧烈的情况下，选用场效应管比较合适。4. 场效应管的源极和衬底通常是连在一起时，源极和漏极可以互换使用，耗尽型绝缘栅型管的栅极电压可正可负，灵活性比晶体管强；而双极型晶体管的集电极与发射极互换使用时，其特