《双极型晶体管》

双极型晶体管晶体管的结构和类型晶体管的电流分配关系和放大作用晶体管的特性曲线晶体管的主要参数温度对晶体管参数的影响第三节第四章整理课件第三节双极型晶体管一、晶体管的结构和类型晶体管硅晶体管锗晶体管晶体管类型NPN型PNP型第三节双极型晶体管可简称为晶体管，或半导体三极管，用BJT（BipolarJunctionTransistor）来表示。整理课件becNPNN型硅SiO2绝缘层bceNN型锗P钢球钢球晶体管外形及结构示意图NPN型硅管结构图PNP型锗管结构图外形示意图3DG63AX31第三节整理课件三极管集电区基区发射区集电区，基区，发射区集电结，发射结集电极，基极，发射极集电区发射区基区集电结发射结集电结发射结PNNPPNcbecbcbeecbe集电极基极发射极集电极基极发射极PNP管NPN管晶体管的原理结构图和符号第三节整理课件特点晶体管在结构上必须具有下面特点发射区掺杂浓度远大于集电区掺杂浓度，集电区掺杂浓度大于基区掺杂浓度基区必须很薄，一般只有几微米第三节整理课件二、晶体管的电流分配关系和放大作用晶体管放大作用原理晶体管结构上的特点晶体管的发射结加正向电压，集电结加反向电压。P区接正,N区接负N区接正,P区接负第三节整理课件晶体管电源接法共基接法共射接法在基极与发射极之间加正向电压，基极与集电极之间加正向电压，即以基极为公共端。在基极与发射极之间加正向电压，集电极与发射极之间加一更大的正向电压，使uCE>uBE，这样uBC<0，即集电结反向偏置。这种接法以发射极为公共端。eVEEVCCcbNPNReiEiciBeVCCRcNNbcVBBRbiEiciB+---++uCEuBEuBC第三节整理课件（一）晶体管内部载流子的运动载流子运动主要表现为发射区向基区注入电子，形成电流iE≈iEn.1.发射区向基区注入电子的过程发射结加正向电压2.电子在基区的扩散过程注入的电子在扩散的过程中，极少数与基区的空穴复合形成i'B，绝大部分扩散到集电结边界。3.电子被集电级收集的过程集电结反向偏置电子受到集电结上的电场吸引而迅速漂移过集电结，形成iCn集电结反向偏置必然要使集电区与基区的少子漂移，形成ICBO。RbVBBVCCNNPiEiBiCiEniCniCBO第三节Rc整理课件(二）晶体管的电流分配关系晶体管各极的电流构成发射极电流iE大部分流入集电极形成iCn令称为共射电流直流放大系数VBBVCCRbiBiCiEICBOiCniE第三节Rc整理课件各极的电流分配关系令则当iB=0时，iC=ICEO称ICEO为穿透电流如ICEO≈0,则代表iB对iC的控制作用，越大，控制作用越强。即iC≈iB第三节VBBVCCRbiBiCiEICBOiCniE整理课件（三）晶体管的放大作用本质电流控制作用，即iB对iC或iE对iC的控制作用。共发射极放大电路输入信号becVBBVCC负载iCiB+-uBE基极电流iB是由发射结间电压uBE控制的。在集电极回路中串接一个负载电阻，就可以在负载电阻两端得到相应的幅度较大的变化电压。第三节整理课件共基极放大电路输入信号iC负载VCCVEE+-becuBEiEiC通过iE的控制作用而产生相应的变化集电极回路中接入的负载电阻上，仍可得到较大的输出信号电压。共基极第三节整理课件（四）关于PNP型晶体管VBBVCCiCbceVBBiEiCiBVCCbceiEiB1.电源极性不同2.电流方向不同差别NPN型PNP型NPN型电流从集电极流向发射极PNP型电流从发射极流向集电极第三节整理课件三、晶体管的特性曲线晶体管有三个电流iC、iB、iE，iBiCiEbce-uBE+--++uCEuBCNPN型晶体管的电压和电流参考方向以及三个电压uCE、uBC、uBE，它们之间的关系为：第三节整理课件晶体管特性曲线VBBVCCiCiBuBE+-+++---uCERbRW1RW2测量NPN管共射特性曲线的电路图第三节整理课件（一）共射输入特性测试调节RW2，使uCE=0，然后通过调节RW1改变iB，测出各个iB和对应的uBE在uBE-iB坐标系画出一条输入特性曲线。再调节RW2使uCE固定为不同的值，可画出一族输入特性曲线。iB(mA)0.080.060.040.0200.20.40.60.8uBE(V)3DG4的输入特性20℃uCE=0V1V5V第三节VBBVCCiCiBuBE+-+++---uCERbRW1RW2整理课件输入特性的特点iB(mA)0.080.060.040.0200.20.40.60.8uBE(V)20℃5V1VuCE=0V1.当uCE=0时，输入特性曲线与二极管的正向伏安特性曲线形状类似。cebuBE+-VBBRW1iB2.uCE增加，曲线右移。3.继续增大uCE，曲线右移的距离很小。常用uCE=1V的一条曲线来代表uCE>1V的所有输入特性曲线第三节uCE增加，集电结加宽，基区变窄，载流子复合机会减少，基极电流减小。整理课件PNP型锗晶体管和NPN型硅晶体管输入特性比较PNP型管，其电压极性、电流方向与NPN型管不同。正常工作时，PNP型管电流为正值；电压为负值。锗管死区电压比硅管小，硅管放大工作时uBE约为0.6~0.8V，而锗管uBE约为-0.2V~-0.3V。iB(mA)0.080.060.040.0200.20.40.60.8uBE(V)20℃5V1VuCE=0V-00.10.20.30.40.040.080.120.16iB(mA)-uBE(V)uCE=0V-6VbeciEiCuBE+-+iB-uCE3AX1输入特性3DG4输入特性第三节整理课件（二）共射输出特性测试3AX1输出特性3DG4输出特性-uCE(V)0.06iC(mA)024681012144681012iB=00.02mA0.040.080.100.1220℃2iC(mA)iB=0uCE(V)051015202510203040500.2mA0.40.60.81.020℃第三节VBBVCCiCiBuBE+-+++---uCERbRW1RW2整理课件iB≤0；iC≤ICEO集电结正向偏置放大区发射结正偏，集电结反偏。晶体管的三个区0.06iC(mA)024681012144681012-uCE(V)iB=00.02mA0.040.080.100.1220℃2放大区饱和区截止区截止区晶体管完全截止，必须给发射结加反向电压。饱和区uCE<uCES饱和压降uCESiC只随iB的变化而变化，表现了iB对iC的控制作用。bce-uBE+--++uCEuBC第三节整理课件四、晶体管的主要参数表示晶体管的各种性能的指标评价晶体管的优劣和选用晶体管的依据设计计算和调整晶体管电路时不可缺少的根据参数作用第三节整理课件晶体管的主要参数电流放大系数极间反向电流极限参数频率参数第三节整理课件（一）电流放大系数1.共射直流电流放大系数2.共射交流短路电流放大系数β电流放大系数3.共基直流电流放大系数和共基交流放大系数第三节整理课件如图求A点的1.共射直流电流放大系数表示静态（无输入信号）时的电流放大系数。即集电极电压UCE一定时，集电极电流和基极电流之间的关系。A点对应的iC=6mA;iB=40μA,则3DG6的输出特性硅管的ICEO≈0第三节iC

(mA)uCE

(V)20406080iB=100μA0510154812A整理课件如图所示求B点B-uCE(V)iC(mA)0481216202468iB=00.02mA0.040.060.080.100.123AX3的输出特性B点对应的iC=3mAiB=0.04mAICEO=0.8mA所以第三节整理课件2.共射交流电流放大系数β表示动态（有输入信号）时的电流放大系数。即集电极电流的变化量与相应的基极电流变化量之比。3DG6的输出特性iC

(mA)uCE

(V)20406080iB=100μA0510154812CDC点iC=8.8mA;iB=60μAD点iC=3.3mA;iB=20μA第三节如图求A点的βA整理课件如图所示求B点B-uCE(V)iC(mA)0481216202468iB=00.02mA0.040.060.080.100.12FG3AX3的输出特性所以第三节F点iC=4mA;

iB=60μAG点iC=2mA;

iB=20μA整理课件对晶体管放大系数的说明在常用工作范围内,一般均用β表示β变大晶体管工作在放大区β表示对电流的放大作用晶体管工作在饱和区β变大,即间距变大第三节02426810134iC(mA)uCE(V)0020204040iB=60μAiB=60μA不同iB时的输出特性曲线几乎重合。使用时，β只适用于指定工作点附近，特性曲线较为均匀的范围。整理课件3.共基直流电流放大系数和共基交流放大系数根据晶体管电流的分配关系第三节整理课件整理课件（二）极间反向电流1.集电极-基极反向饱和电流ICBOICBO是指发射极开路，集电极与基极之间加反向电压时产生的电流，也就是集电结的反向饱和电流。VICBOVICBOICBO是少子形成的，随温度升高而指数上升。硅管的ICBO比锗管的小得多；大功率的ICBO值较大。ICBO的测量NPN管PNP管ICBO越小越好。第三节整理课件2.穿透电流ICEOICEO是基极开路，集电极与发射极间加反向电压时的集电极电流。根据晶体管的电流分配关系可知VICEOcbeVICEOcbeICEO的测量NPN管PNP管第三节所以，ICEO也受温度影响而改变。整理课件（三）极限参数(1)集电极最大允许耗散功率PCM(2)反向击穿电压（3）集电极最大允许电流ICM极限参数第三节整理课件（1）集电极最大允许耗散功率PCM若温度升高会引起PCM值下降第三节iC(mA)6030201010203040500uCE(V)0.20.40.80.6iB=1.0mA20℃0晶体管电流iC与电压uCE的乘积称为集电极耗散功率PC，即工作时，管子的PC值必须小于集电极最大耗散功率PCM。在输出特性的坐标系上画出的曲线，称为集电极最大功率损耗线。整理课件（2）反向击穿电压cbe-++--+发射极开路时，集电极-基极间的反向击穿电压U(BR)CBO

。极间允许加的最高反向电压。集电极开路时，发射极-基极间的反向击穿电压U(BR)EBO

。基极开路时，集电极-发射极间的反向击穿电压U(BR)CEO

。高低中第三节整理课件（3）集电极最大允许电流ICM使用时，若iC>ICM，晶体管的β值就要显著下降，甚至可能损坏。3DG4的安全工作区iC(mA)6030201010203040500uCE(V)0.20.40.80.6iB=1.0mA20℃0安全工作区工作在放大区第三节整理课件（四）频率参数用来评价晶体管高频放大性能β1000100101β00.707β0β的频率特性β0表示低频时的β值是β下降到β0的0.707倍时的频率是β下降到1时的频率2.特征频率1.共射极截止频率时第三节整理课件（一）温度对ICBO的影响（二）温度对β的影响（三）温度对uBE的影响五、温度对晶体管参数的影响对输出特性的对输入特性的第三节整理课件（一）温度对ICBO的影响ICBO是少子形成的电流，随T↑而增加。ICEO也随T↑而增加输出特性曲线向上平移（二）温度对β的影响温度升高时，β随之增大。体现在输出特性曲线的间隔距离增大温度对输出特性曲线的影响第三节02426810134iC(mA)uCE(V)0020204040iB=60μAiB=60μA整理课件（三）温度对uBE的影响-00.30.60.9iB(μA)uBE(V)2040608025℃150℃uCE=2V温度对输入特性曲线的影响温度升高，曲线向左移，即当iB一定时，uBE下降。温度每升高1℃，uBE约减小1.8mV~2.5mV。T↑→uBE↓ICBO↑β↑→iC↑第三节整理课件本节知识要点一、晶体管的放大作用晶体管放大作用主要依靠它的发射极电流能通过基极传输，然后到达集电极实现的。为保证这个传输过程，