模拟电子技术-13

半导体三极管有两大类型，一是双极型半导体三极管二是场效应半导体三极管

双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两个PN结组合而成，是一种CCCS器件。

场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种VCCS器件。1.3晶体三极管双极型晶体管(BJT)又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。(BipolarJunctionTransistor)三极管的外形如下图所示。三极管有两种类型：NPN型和PNP型。主要以NPN型为例进行讨论。图1.3.1三极管的外形X：低频小功率管D：低频大功率管G：高频小功率管A：高频大功率管我国晶体管得型号命名方法

半导体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下:

3DG110B

第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、

G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管用字母表示材料用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格三极管1.3.1双极型半导体三极管的结构

双极型半导体三极管的结构示意图如图02.01所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。图02.01两种极性的双极型三极管e-b间的PN结称为发射结(Je)

c-b间的PN结称为集电结(Jc)中间部分称为基区，连上电极称为基极，用B或b表示（Base）；一侧称为发射区，电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）；另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。双极型半导体三极管晶体管的类型常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。三极管的结构(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)ebbecPNPe发射极，b基极，c集电极。c基区发射区集电区NNP二氧化硅发射区集电区基区双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。从外表上看两个N区,(或两个P区)是对称的，实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。1.3.2晶体管的电流放大作用以NPN型三极管为例讨论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。不具备放大作用三极管内部结构要求：NNPebcNNNPPP

1.发射区高掺杂。

2.基区做得很薄。通常只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。实验+-bce共射极放大电路UBBUCCuBEiCiB+-uCEiEiB00.02 0.04 0.060.080.10iC

<0.0010.70 1.502.303.103.95iE

<0.0010.72 1.542.363.184.05表1-1电流单位：mAbecRcRb一、晶体管内部载流子的运动IEIB发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流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.扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流

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。多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。晶体管内部载流子的运动becIEIBRcRb3.集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流Ic

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。其能量来自外接电源VCC

。IC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。ICBO晶体管内部载流子的运动（动画201）beceRcRb二、晶体管的电流分配关系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBO

IE=ICn+IBn+IEp

=IEn+IEpIE=IC+IB图1.3.4晶体管内部载流子的运动与外部电流IB=IEP+IBN－ICBO

~IBN－ICBO~三、晶体管的共射电流放大系数整理可得：ICBO称反向饱和电流ICEO称穿透电流1、共射直流电流放大系数2、共射交流电流放大系数VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共发射极接法3、共基直流电流放大系数或4、共基交流电流放大系数直流参数与交流参数、的含义是不同的，但是，对于大多数三极管来说，与，与的数值却差别不大，计算中，可不将它们严格区分。5.与的关系ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基极接法双极型半导体三极管的电流关系三种组态双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见下图。

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，用CE表示；三极管的三种组态三极管放大的实质发射结正向电压大小控制基区少子浓度影响集电极电流大小即由Vbe控制Ic，由于Ib正比于Vbe，所以有Ib正比于Ic。双极型半导体三极管的特性曲线

这里，B表示输入电极，C表示输出电极，E表示公共电极。所以这两条曲线是共发射极接法的特性曲线。

iB是基极输入电流，vBE

是基极输入电压，加在B、E两电极之间。

iC是输出电流，vCE是输出电压，从C、E两电极取出。

输入特性曲线——

iB=f(vBE)

vCE=const

输出特性曲线——

iC=f(vCE)

iB=const本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线，即uCE=0VuBE

/V

iB=f(uBE)

UCE=const(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，基区复合减少，在同样的uBE下IB减小，特性曲线右移。(1)当uCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。一.输入特性曲线uCE=0VuCE

1VuBE

/V+-bce共射极放大电路UBBUCCuBEiCiB+-uCE饱和区：iC明显受uCE控制的区域，该区域内，一般uCE＜0.7V(硅管)。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。iC=f(uCE)

IB=const二、输出特性曲线输出特性曲线的三个区域:截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，uBE小于死区电压，集电结反偏。放大区：iC平行于uCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。晶体管输出特性曲线（动画202）三极管的参数分为三大类:

直流参数、交流参数、极限参数一、直流参数1.共发射极直流电流放大系数=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=const1.3.4晶体管的主要参数2.共基直流电流放大系数3.集电极基极间反向饱和电流ICBO集电极发射极间的反向饱和电流ICEOICEO=（1+）ICBO二、交流参数1.共发射极交流电流放大系数

=iC/iBUCE=const2.

共基极交流电流放大系数α

α=iC/iE

UCB=const3.特征频率fT值下降到1的信号频率1.最大集电极耗散功率PCM

PCM=

iCuCE

三、极限参数2.最大集电极电流ICM3.

反向击穿电压

UCBO——发射极开路时的集电结反 向击穿电压。UEBO——集电极开路时发射结的反 向击穿电压。

UCEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系

UCBO＞UCEO＞UEBO

由PCM、ICM和UCEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。输出特性曲线上的过损耗区和击穿区

PCM=

iCuCE

U(BR)CEOUCE/V1.3.5温度对晶体管特性及参数的影响一、温度对ICBO的影响温度每升高100C，ICBO增加约一倍。反之，当温度降低时ICBO减少。硅管的ICBO比锗管的小得多。二、温度对输入特性的影响温度升高时正向特性左移，反之右移60402000.40.8I/mAU/V温度对输入特性的影响200600三、温度对输出特性的影响温度升高将导致IC

增大iCuCEOiB200600温度对输出特性的影响三极管工作状态的判断[例1]：测量某NPN型BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域(Uon=0.7V)？（1）

VC

＝6V

VB

＝0.7V

VE

＝0V（2）VC

＝6V

VB

＝4V

VE

＝3.6V（3）VC

＝3.6V

VB

＝4V

VE

＝3.4V解：原则：正偏反偏反偏集电结正偏正偏反偏发射结饱和放大截止对NPN管而言，放大时VC

＞VB

＞VE

对PNP管而言，放大时VC

＜VB

＜VE

（1）放大区（2）截止区（3）饱和区[例2]

某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。

IA＝-2mA,IB＝-0.04mA,IC＝+2.04mA,试判断管脚、管型。解：电流判断法。

电流的正方向和KCL。IE=IB+ICABC

IAIBICC为发射极B为基极A为集电极。管型为NPN管。管脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。例[3]：测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位U1、U2、U3分别为：

（1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V

（2）U1=3V、U2=2.8V、U