双极性晶体三极管精

双极性晶体三极管精第1页/共33页1、双极型晶体三极管的基本结构三极管由两个PN结构成。两个PN结的连接方式不同有不同的类型：NPN型和PNP型发射区基区集电区发射区基区集电区从三个区分别引出一个端，分别称发射极E、基极B、集电极CEEBBCPPNNNPC三个区的结合界面形成两个PN结，基区与发射区之间的PN结称为发射结（EB结），基区与集电区之间的PN结称为集电结（CB结）在三个半导体区中，基区非常薄，使得两个PN结之间的工作互相影响，从而使它们与两个独立二极管串联存在本质上的性能差别。NPN三极管PNP三极管双极型晶体三极管三个半导体区分别称为发射区、基区、集电区。集电结集电结发射结发射结第2页/共33页2、三极管的电路符号PNP三极管NPN三极管CEBiCiBiECEBiCiBiE3、三极管的电流放大作用要使三极管具有放大作用，基本条件是发射结加正向电压（正偏），集电结加反向电压（反偏）。第3页/共33页电流放大原理BECNNPEBRBEc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。IE基区空穴向发射区的扩散可忽略。IBE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。第4页/共33页BECNNPEBRBEcIE集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。ICBO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。IC=ICE+ICBOICEIBEICE第5页/共33页IB=IBE-ICBOIBEIBBECNNPEBRBEcIEICBOICEIC=ICE+ICBOICEIBE第6页/共33页ICE与IBE之比称为电流放大倍数表明基极电流对集电极电流具有控制作用。这就是三极管的电流放大作用。注意：这个放大作用是指一个小电流控制一个大电流的作用。而不是能量的放大。能量是不能放大的。从这个意义上看：三极管是个电流放大元件第7页/共33页PNP管的分析同NPN管相同。使用时注意各极极性和电流方向：NPN三极管CEBiCiBiEUBE+-+-UCE-+PNP三极管CEBiCiBiE+-+-UEBUEC+-第8页/共33页为了保证受控载流子流的传输，制造晶体三极管时应满足两个条件：a>

发射区掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。b>

基区宽度应很小，以保证IE中被复合的成份少，大部分能到达集电极，成为可控的集电极电流。三极管产生放大作用的条件：1、内部条件：2、外部条件：a>发射结加正向电压（正偏）b>集电结加反向电压（反偏）NPN管：UC>UB>UEPNP管：UC<UB<UE第9页/共33页4、晶体管的三种连接方式晶体管有三个极（发射极、基极、集电极），两个端口（输入、输出）。因此有一个极是输入、输出共用的。以NPN管为例，说明三种连接方式。a>共发射极连接CEBiCiBiEEb>共基极连接EBCBiEiBiCiEiCiBBCECc>共集电极连接注意：箭头表示电流的真实方向第10页/共33页输入特性曲线：因为晶体管有一对输入端和一对输出端，因此，要完整地描述晶体管的伏安特性，就必须用两组表示不同端电压、电流之间关系的特性曲线来表示。以共发射极为例来具体分析。输入特性曲线是指当集—射极之间的电压UCE为某一常数时，输入回路中的基极电流IB与加在基—射极间的电压UBE之间的关系曲线。5、晶体三极管的特性曲线晶体管的特性曲线是用来表示各极电压和电流之间相互关系，反映的是晶体管的性能。IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。工作压降：硅管UBE0.6~0.7V,锗管UBE0.2~0.3V。第11页/共33页输出特性曲线0uCEiCNPNiB=0iB3iB2iB1iB3>iB2>iB1>0从输出特性上，可将三极管分为三个工作区（工作状态）：截止(Cutoff)、饱和(Saturation)、放大(Active)。截止饱和放大集电极电流受基极电流控制，所以晶体三极管又称为电流控制器件输出特性曲线是指当基极电流IB为常数时，输出电路中集电极电流IC与集—射极间的电压UCE之间的关系曲线。第12页/共33页输出特性曲线IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。第13页/共33页IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中UCEUBE,集电结正偏，IB>IC，UCE0.3V称为饱和区。第14页/共33页IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死区电压，称为截止区。第15页/共33页1）截止区0uCEiCiB=0iB3iB2iB1iB3>iB2>iB1>0截止饱和放大IB=0曲线以下的区域。条件：发射结零偏或反偏集电结反偏RCUCCTRBUBBIBICIEIB=0,IC=IE=ICEO

(穿透电流)

ICEO受温度影响很大,温度升高,

ICEO增大。由于ICEO很小，此时UCE近似等于ECC，C与E之间相当与断路。2）饱和区条件：发射结正偏，集电结正偏。饱和电压记为UCES，硅管UCES=0.3~0.5V锗管UCES=0.1~0.2V。C与E之间相当于短路。第16页/共33页3）放大区条件：发射结正偏；集电结反偏。晶体管具有放大作用。特点：①当IB有很小的变化时，IC变化很大。②UCE变化时，IC基本不变。对于三极管的输出特性，以下三点应有深刻认识：ⅰ☆三极管工作在放大区时，改变IB的大小，IC的大小会随之改变。因此，改变IC的唯一途径就是改变IB，而这正是IB对IC的控制作用。ⅲ☆三极管电流放大作用能力的大小，反映在输出特性曲线平坦部分间隔的大小上。间隔大，即△IC大，因而放大能力（即）也大。ⅱ☆三极管具有恒流特性。在放大区时，增大UCE，IC不会明显增加，这就是三极管的恒流特性。第17页/共33页6、三极管的作用1）用作放大元件2）用作开关元件。——工作在放大区，构成放大电路——工作在截至区、饱和区，构成数字电路等第18页/共33页例判断图中晶体管的工作状态。解：（a）∵是NPN管，

UC＞UB＞UE∴工作在放大状态。（b）∵是PNP管，

UE＞UB＞UC∴工作在放大状态。（c）∵是NPN管，

UE＞UB，UC＞UB,发射结、集电结均反偏∴工作在截止状态。第19页/共33页6、晶体管的主要参数共射直流电流放大倍数：1）电流放大倍数和工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：第20页/共33页

和含义不同，但在输出特性放大区内，曲线接近于平行等距:所以今后在使用时，一般用代替，而不将二者分开。由于制造工艺的分散性，同一型号的晶体管，值也有很大差别。常用的晶体管的值一般在20~100之间。第21页/共33页例：UCE=6V时：IB=40A,IC=1.5mA；IB=60A,IC=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：=第22页/共33页2）集-基极反向截止电流ICBOAICBOICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。

通常希望ICBO越小越好。在温度稳定性方面，硅管比锗管好。第23页/共33页3）集-射极反向截止电流ICEOAICEO第24页/共33页BECNNPICBOICEO=ICBO+ICBO

IBEIBEICBO进入N区，形成IBE。根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流

IBE。集电结反偏有ICBO第25页/共33页4）集电极最大电流ICM集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。所以集电极电流应为：IC=IB+ICEO而ICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。第26页/共33页5）集-射极反向击穿电压手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。是指当基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压。集—射极之间电压超过U(BR)CEO时，集电极电流会大幅度上升，此时，三极管被击穿而损坏。第27页/共33页6）集电极最大允许功耗PCM集电极电流IC流过三极管，所发出的功率为：PC=ICUCEPCPCM两个结上消耗的功率分别等于通过结的电流乘以加在结上的电压，一般集电结上消耗的功率比发射结大得多，用PCM表示，这个功率将导致集电结发热，结温上升，当结温超过最高工作温度时，管子性能下降，甚至被烧坏。因此集电结的最高工作温度决定了三极管的最大集电极耗散功率。第28页/共33页ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由U(BR)CEO、PCM、ICM共同确定三极管的安全工作区，如图所示。第29页/共33页第30页/共33页第31页/共33页6、半导体三极管的主要参数（1）电流放大系数(a)直流(静态)(hFE)(b)交流(动态)(hfe)和含义不同，但在输出特性放大区内，曲线接近