第四版第讲晶体三极管修改课件

1、第三讲 晶体三极管一、晶体管的结构和符号二、晶体管的放大原理三、晶体管的共射输入特性和输出特性四、温度对晶体管特性的影响五、主要参数第三讲 晶体三极管一、晶体管的结构和符号二、晶体管的放大原 一、晶体管的结构和符号小功率管中功率管大功率管为什么有孔？ 一、晶体管的结构和符号小功率管中功率管大功率管为什么有孔？1）三极管的结构根据结构不同，三极管有两种类型：NPN 和 PNP 型。主要以 NPN 型为例进行讨论。图1.3.2三极管的结构(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NecNPb二氧化硅becPNPe 发射极，b基极，c 集电极。1）三极管的结构根据结构不同，三极管有两种类型：NPN

2、 和平面型(NPN)三极管制作工艺NcSiO2b硼杂质扩散e磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散PN在 N 型硅片(集电区)氧化膜上刻一个窗口，将硼杂质进行扩散形成 P 型(基区)，再在 P 型区上刻窗口，将磷杂质进行扩散形成N型的发射区。引出三个电极即可。合金型三极管制作工艺：在 N 型锗片(基区)两边各置一个铟球，加温铟被熔化并与 N 型锗接触，冷却后形成两个 P 型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。平面型(NPN)三极管制作工艺NcSiO2b硼杂质扩散e磷杂图 1.3.3三极管结构示意图和符号(a)NPN 型ecb符号集电区集电结基区发射结发射区集电极 c基极 b发射极

3、 eNNP2）三极管的符号图 1.3.3三极管结构示意图和符号(a)NPN 型e集电区集电结基区发射结发射区集电极 c发射极 e基极 bcbe符号NNPPN图 1.3.3三极管结构示意图和符号(b)PNP 型集电区集电结基区发射结发射区集电极 c发射极 e基极 b以 NPN 型三极管为例讨论图1.3.4三极管中的两个 PN 结cNNPebbec表面看三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。不具备放大作用二、晶体管的放大原理以 NPN 型三极管为例讨论图1.3.4三极管中的两个 P三极管内部结构要求：NNPebcNNNPPP1. 发射区高掺杂。2. 基区做得很薄。通常只

4、有几微米到几十微米，而且掺杂较少。三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。3. 集电结面积大。三极管内部结构要求：NNPebcNNNPPP1. 发射区三极管中载流子运动过程1. 发射发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区形成发射极电流 IE (基区多子数目较少，空穴电流可忽略)。2. 复合和扩散电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流 IBN，复合掉的空穴由 VBB 补充，形成基级电流IB。多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。图 1.3.4三极管中载流子的运动三极管中载流子运动过程1. 发射发射区的电子越过发射结三极管中

5、载流子运动过程3. 收集集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流 ICN。另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流，用ICBO表示。图 1.3.4三极管中载流子的运动 可见，在集电极VCC作用下形成集电极电流IC。 由于三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 三极管中载流子运动过程3. 收集集电结反偏，有利于收集 三极管的三种组态共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；共发射极接法，发射极作为公共电极，

6、用CE表示；BJT的三种组态 三极管的三种组态共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表三极管的电流分配关系IC = ICN+ ICBO IE = ICN + IBN + IEN = IEN+ IEP图 1.3.4三极管中载流子的运动IB=IBN + IEP - ICBO三个极的电流之间满足节点电流定律，即IE = IC + IB三极管的电流分配关系IC = ICN+ ICBO IE 三极管的电流分配关系IC = ICN+ ICBO IE = ICN + IBN + IEN = IEN+ IEP一般 ICN 在 IE 中占的比例大。而二者之比称直流电流放大系数，即一般可达 0.95 0.99图

7、 1.3.4三极管中载流子的运动IB=IBN + IEP - ICBO三极管的电流分配关系IC = ICN+ ICBO IE 整理可得:三极管的电流放大系数：一般 ICN 在 之比称为共射直流电流放大系数 。即上式中的后一项常用 ICEO 表示，ICEO 称穿透电流。当 ICEO IC 时，忽略 ICEO，则由上式可得共射直流电流放大系数 近似等于 IC 与 IB 之比。 一般 值约为几十 几百。整理可得:三极管的电流放大系数：一般 ICN 在 将IE = IC + IB代入(1)式，得其中：共射直流电流放大系数。三极管的电流放大系数：一般 ICN 在 IE 中占的比例大。而二者之比称为共基极

8、直流电流放大系数，即一般可达 0.95 0.99将IE = IC + IB代入(1)式，得其中：共射直流三极管的电流分配关系一组三极管电流关系典型数据IB/mA -0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05IC/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91 IE/mA 0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.961. 任何一列电流关系符合 IE = IC + IB，IB IC 0 时的输入特性曲线当 UCE 0 时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。UCE UBE ，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基

9、区复合减少，同样的UBE下 IB减小，特性曲线右移。 * UCE UBE，三极管处于放大状态OIB/AUCE 1 时的输入特性具有实用意义。IBUCEICVCCRbVBBcebRCV+V+A+mAUBE* UCE 1 V，特性曲线重合。图 1.3.6三极管共射特性曲线测试电路图 1.3.8三极管的输入特性(2) UCE 0 时的输入特性曲线当 UCE 1）晶体管的共射输入特性CE)(BEBUufi=为什么UCE增大曲线右移？ 对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。为什么像PN结的伏安特性？为什么UCE增大到一定值曲线右移就不明显了？1. 输

10、入特性1）晶体管的共射输入特性CE)(BEBUufi=为什么UCE二、输出特性图 1.3.9NPN 三极管的输出特性曲线IC / mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB = 0O 5 10 154321划分三个区：截止区、放大区和饱和区。截止区放大区饱和区放大区1. 截止区IB 0 的区域。两个结都处于反向偏置。IB= 0 时，IC = ICEO。 硅管约等于 1 A，锗管约为几十 几百微安。截止区截止区二、输出特性图 1.3.9NPN 三极管的输出特性曲线IC2. 放大区：条件：发射结正偏集电结反偏特点： iC 受 iB 的控制,而与uCE无关，各条输出特性曲线比较平坦

11、，近似为水平线，且等间隔。二、输出特性IC / mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB =0O 5 10 154321放大区集电极电流和基极电流体现放大作用，即放大区放大区对 NPN 管 UBE 0，UBC 0 UBC 0 。 特点：IC 基本上不随 IB 而变化，在饱和区三极管失去放大作用。 I C IB。 当 UCE = UBE，即 UCB = 0 时，称临界饱和，UCE UBE时称为过饱和。饱和管压降 UCES 0.4 V(硅管)，UCES 0. 2 V(锗管)饱和区饱和区饱和区3. 饱和区：条件：两个结均正偏IC / mAUCE /V四、三极管的主要参数 直流参数

12、： 、 、ICBO、 ICEO1.共射直流电流放大系数忽略穿透电流 ICEO 时，2. 共基直流电流放大系数忽略反向饱和电流 ICBO 时，四、三极管的主要参数 直流参数： 、 、ICBO3. 集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO4.集电极和发射极之间的反向饱和电流 ICEO(a)ICBO测量电路(b)ICEO测量电路ICBOcebAICEOAceb 小功率锗管 ICBO 约为几微安；硅管的 ICBO 小，有的为纳安数量级。当 b 开路时， c 和 e 之间的电流。值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。图 1.3.11反向饱和电流的测量电路3. 集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO4.集

13、电极和发 交流参数：、fT（使1的信号频率）1. 共射电流放大系数 2. 共基电流放大系数 和 这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为： 交流参数：、fT（使1的信号频率）1. 共射电3. 特征频率 由于晶体管中的PN结结电容的存在，晶体管的交流电流放大系数是所加信号的函数。频率高到一定程度，集电极电流与基极电流之比不但数值下降，而且产生相移。使共射极电留放大系数的数值下降到1的信号频率称为特征频率3. 特征频率 由于晶体管中的PN结结电容的存在，1. 集电极最大允许电流 ICM 当 IC 过大时，三极管的 值要减小。在 IC = ICM 时， 值下降到额定值的三分之二。2. 集电极最大允

14、许耗散功率 PCM过损耗区安全 工 作 区 将 IC 与 UCE 乘积等于规定的 PCM 值各点连接起来，可得一条双曲线。ICUCE PCM 为过损耗区ICUCEOPCM = ICUCE安全 工 作 区安全 工 作 区过损耗区过损耗区图 1.3.11三极管的安全工作区 极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO1. 集电极最大允许电流 ICM 当 IC 过3. 极间反向击穿电压外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压。U(BR)CEO：基极开路时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。U(BR)CBO：发射极开路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。安全工作区同时要受 PCM、ICM 和U(BR)C

15、EO限制。过电压ICU(BR)CEOUCEO过损耗区安全 工 作 区ICM过流区图 1.3.11三极管的安全工作区3. 极间反向击穿电压外加在三极管各电极之间的最大允许反向电(1) 温度对ICBO的影响温度每升高10，ICBO约增加一倍。 (2) 温度对 的影响温度每升高1， 值约增大0.5%1%。 (3) 温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。 2. 温度对晶体管特性曲线的影响1. 温度对晶体管参数的影响end五、温度对晶体管特性的影响(1) 温度对ICBO的影响温度每升高10，ICBO约增加2. 温度对晶体管特

16、性曲线的影响1）温度对输入特性曲线的影响五、温度对晶体管特性的影响2. 温度对晶体管特性曲线的影响1）温度对输入特性曲线的影响2）温度对输出特性曲线的影响五、温度对晶体管特性的影响2）温度对输出特性曲线的影响五、温度对晶体管特性的影响PNP 型三极管放大原理与 NPN 型基本相同，但为了保证发射结正偏，集电结反偏，外加电源的极性与 NPN 正好相反。图 1.3.13三极管外加电源的极性(a) NPN 型VCCVBBRCRb N NP+uoui(b) PNP 型VCCVBBRCRb+uouiPNP 型三极管放大原理与 NPN 型基本相同，但为了保 PNP 三极管电流和电压实际方向。UCEUBE+IEIBICebCUCEUBE(+)()IEIBICebC(+)() PNP 三极管各极电流和电压的规定正方向。PNP 三极管中各极电流实际方向与规定正方向一致。电压(UBE、UCE)实际方向与规定正方向相反。计算中UBE 、UCE 为负值；输入与输出特性曲线横轴为(- UBE) 、(- UCE)。 PNP 三极管电流和电压实际方向。UCEUB讨