半导体三极管04961课件

半导体三极管

晶体三极管(以下简称三极管)是内部含有两个PN结、外部具有三个电极的半导体器件。由于它的特殊构造，在一定条件下具有“放大”作用，被广泛应用于收音机、录音机、电视机、扩音机及各种电子设备中。三极管的结构及电路符号发射结

集电结基极发射极

集电极

在一块半导体芯片上，通过掺杂等工艺形成三个导电区域和两个PN结，分别从三个区引出电极引线，加上管壳封装，就制成了三极管。发射区基区

集电区小功率三极管大功率三极管大功率三极管贴片式三极管三极管的作用：电流放大作用！注意：三极管按芯片材料分，有硅管和锗管。两种管型的工作原理相同，但在构成电路时，外接直流电源的极性不同，管内各极电流方向不同。1、结构特点：（内部条件）•发射区的掺杂浓度最高；•集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；•基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。管芯结构剖面图2、偏置条件：发射结正偏，集电结反偏。2、外部条件：RCVBCEmAμAVVRBRPICGCIBGB1)Ie=Ib+Ic2)

β为共发射极电流放大倍数IcIbIe电流分配关系β=IC／IB二、晶体三极管的输入特性曲线RCVBCEmAμAVVRBRPICGCIBGB三极管特性测试电路1、定义：在VCE一定时,ＩB与VBE对应值之间的关系2、三极管的输入特性曲线：死区电压正向压降0VBE/VIB/μA死区电压：正向压降：硅锗0.5V0.7V0.3V0.2V15输入特性UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：硅管UBE0.6~0.7V,锗管UBE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V

死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。半导体三极管输出特性曲线iC是输出电流，vCE是输出电压。

⑴放大区：三极管工作在放大区时，三极管具有电流放大作用，IC=βIB。IC受IB控制,而不与UCE无关.实践证明：处于放大状态的三极管发射结正偏，集电结反偏。⑵截止区：⑶饱和区：发射结和集电结均为正偏。UCE很低（UCE〈UBE，IC不受IB控制，三极管失去控制作用。发射结和集电结均为反偏。IB=0,IC=0,C、E间相当于短路。18输出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。

当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。19IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中UCEUBE,集电结正偏，IB>IC，UCE0.3V称为饱和区。21输出特性曲线簇22输出特性三个区域的特点:放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：IC=IB,且IC

=

IB(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止区：

UBE<死区电压，IB=0，IC=ICEO

0

3、三极管工作在正常放大区时三极电位关系：PNP型：Uc<Ub<UeNPN型：Uc>Ub>Ue例题：例2：测量三极管三个电极电位为U1=5V，U2=1.7V,U3=1V,试判断该管为何种类型?是何种材料?并确定e、b、c三极?解：因为：U2、U3间电压相差0.7V。

所以：为硅管所以：U2为B极，U3为E极，U1为C极。又：U1>U2>U3,即UC>UB>UE所以:为NPN型.2023/2/6

3.1.6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:3

D

G

110B

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2023/2/6

表02.01双极型三极管的参数

参

数型

号

PCMmWICMmAVR

CBOVVR

CEO

VVR

EBO

VIC

BO

μAf

T

MHz3AX31D1251252012≤6*≥83BX31C1251254024≤6*≥83CG101C10030450.11003DG123C5005040300.353DD101D5W5A3002504≤2mA3DK100B100302515≤0.13003DKG23250W30A4003258注：*为f

半导体三极管的测试与应用半导体三极管使用基本知识一、外型及引脚排列EBCEBCEBCBEC二、万用表检测晶体三极管的方法1.根据外观判断极性3.用万用表电阻挡测量三极管的好坏PN结正偏时电阻值较小(几千欧以下)反偏时电阻值较大(几百千欧以上)指针式万用表在R1k挡进行测量红表笔是(表内)负极,黑表笔是(表内)正极注意事项:测量时手不要接触引脚1kBEC1kBEC2.插入三极管挡(hFE)，测量值或判断管型及管脚三、晶体三极管的选用1.根据电路工作要求选择高、低频管2.根据电路工作要求选择PCM、ICM

、U(BR)CEO

应保证：3.一般三极管的值在40~100之间为好,9013、9014等低噪声、高的管子不受此限制…..4.穿透电流ICEO越小越好，硅管比锗管的小数字万用表1.可直接用电阻挡的PN结挡分别测量判断两个结的好坏注意事项:红表笔是(表内)正极,黑表笔是(表内)负极NPN和PNP管分别按EBC排列插入不同的孔需要准确测量值时，应先进行校正2.插入三极管挡(hFE)，测量值或判断管型及管脚PC>PCｍ

ICM>ＩCｍ

U（BR）CEO>ＶCＣ附录：半导体器件的命名方式第一部分数字电极数2—二极管3—三极管第二部分第三部分字母(汉拼)材料和极性A—锗材料N型B—锗材料P型C—硅材料N型D—硅材料P型A—锗材料PNPB—锗材料NPNC—硅材料PNPD—硅材料NPN字母(汉拼)器件类型P—普通管W—稳压管Z—整流管K—开关管U—光电管X—低频小功率管G—高频小功率管D—低频大功率管A—高频大功率管第四部分第五部分数字器件序号字母(汉拼)规格号例如:2CP2AP2CZ2CW3AX313DG12B3DD63CG3DA3AD3DK常用小功率进口三极管9011901833§晶体三极管的伏安特性曲线

晶体管的伏安特性曲线是描述三极管的各端电流与两个PN结外加电压之间的关系的一种形式，其特点是能直观，全面地反映晶体管的电气性能的外部特性。晶体管的特性曲线一般用实验方法描绘或专用仪器（如晶体管图示仪）测量得到。晶体三极管为三端器件，在电路中要构成四端网络，它的每对端子均有两个变量（端口电压和电流），因此要在平面坐标上表示晶体三极管的伏安特性，就必须采用两组曲线簇，我们最常采用的是输入特性曲线簇和输出特性曲线簇。34

输入特性是指三极管输入回路中，加在基极和发射极的电压UBE与由它所产生的基极电流IB之间的关系。（1）UCE=0时相当于集电极与发射极短路，此时，IB和UBE的关系就是发射结和集电结两个正向二极管并联的伏安特性。因为此时JE和JC均正偏，IB是发射区和集电区分别向基区扩散的电子电流之和。一、输入特性曲线35输入特性曲线簇36（2）UCE≥1V即：给集电结加上固定的反向电压，集电结的吸引力加强！使得从发射区进入基区的电子绝大部分流向集电极形成Ic。同时，在相同的UBE值条件下，流向基极的电流IB减小，即特性曲线右移，

总之，晶体管的输入特性曲线与二极管的正向特性相似，因为b、e间是正向偏置的PN结（放大模式下）371.3.4

特性曲线ICmAAVVUCEUBERBIBECEB

实验线路38一、输入特性UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：硅管UBE0.6~0.7V,锗管UBE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V

死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。39二、输出特性曲线

输出特性通常是指在一定的基极电流IB控制下，三极管的集电极与发射极之间的电压UCE同集电极电流Ic的关系。现在我们所见的是共射输出特性曲线表示以IB为参变量时，Ic和UCE间的关系：即Ic=f(UCE)|IB=常数实测的输出特性曲线如图所示：根据外加电压的不同，整个曲线可划分为四个区：

放大区、截止区、饱和区、击穿区40二、输出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。

当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。41IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中UCEUBE,集电结正偏，IB>IC，UCE0.3V称为饱和区。42IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死区电压，称为截止区。43输出特性曲线簇44输出特性三个区域的特点:放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：IC=IB,且IC

=

IB(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止区：

UBE<死区电压，IB=0，IC=ICEO

0

451、截止区：

晶体管工作在截止模式下，有：

UBE<0.7V，UBC<0

所以：IB≤0，IE=IC=0

结论：发射结Je反向偏置时，晶体管是截止的。462、放大区晶体管工作在放大模式下:UBE>0.7V,UBC<0，此时特性曲线表现为近似水平的部分，而且变化均匀，它有两个特点：①Ic的大小受IB的控制；ΔIc>>ΔIB；②随着UCE的增加，曲线有些上翘。此时:ΔIc>>ΔIB，管子在放大区具有很强的电流放大作用。47

结论：在放大区，UBE>0.7V，UBC<0，Je正偏，Jc反偏，Ic随IB变化而变化，但与UCE的大小基本无关。

ΔIc>>ΔIB，具有很强的电流放大作用！483、饱和区：

晶体管工作在饱和模式下：

UBE>0.7V，UBC>0，即：Je、Jc均正偏。特点：曲线簇靠近纵轴附近，各条曲线的上升部分十分密集，几乎重叠在一起，可以看出：当IB改变时，Ic基本上不会随之而改变。晶体管饱和的程度将因IB和Ic的数值不同而改变，49一般规定：当UCE=UBE时的状态为临界饱和（VCB=0）当UCE＜UBE时的状态为过饱和；饱和时的UCE用UCES表示，三极管深度饱和时UCES很小，一般小功率管的UCES＜0.3V，而锗管的UCES＜0.1V，比硅管还要小。504、击穿区

随着UCE增大，加在JE上的反向偏置电压UCB相应增大。当UCE增大到一定值时，集电结就会发生反向击穿，造成集电极电流Ic剧增，这一特性表现在输出特性图上则为击穿区域。

造成击穿的原因：由于集电结是轻掺杂的，产生的反向击穿主要是雪崩击穿，击穿电压较大。除此之外，在基区宽度很小的三极管中，还会发生特有的穿通击穿，即：当UCE增大时，UCB相应增大，导致集电结Jc的阻挡层宽度增宽，直到集电结与发射结相遇，基区消失，这时发射区的多子电子将直接受集电结电场的作用，引起集电极电流迅速增大，呈现类似击穿的现象。三极管的反向击穿主要表现为集电结的雪崩击穿。515、晶体管三极管的工作特点如下：（1）为了在放大模式信号时不产生明显的失真，三极管应该工作在输入特性的线性部分，而且始终工作在输出特性的放大区，任何时候都不能工作在截止区和饱和区。（2）为了保证三极管工作在放大区，在组成放大电路时，外加的电源的极性应使三有管的发射结处于正向偏置状态，集电结则处于反向偏置状态。52（3）即使三极管工作在放大区，由于其输入，输出特性并不完全理想（表现为曲线而非直线），因此放大后的波形仍有一定程度的非线性失真。（4）由于三极管是一个非线性元件，其各项参数（如β、rbe等）都不是常数，因此在分析