电工学三极管

电工学三极管第一页，共十八页，编辑于2023年，星期一

在一个硅（锗）片上生成三个杂质半导体区域，一个P区（N区）夹在两个N区（或P区）中间。从三个杂质区域各自引出一个电极，分别称发射极，集电极，基极，它们对应的杂质区域分别为发射区、集电区，基区。一晶体管的基本结构

特点：基区很薄（微米数量级），而且掺杂浓度很低，发射区和集电区是同类型的杂质半导体，但前者比后者掺杂浓度高很多，而集电区的面积比发射区面积大，因此它们不是电对称的。第二页，共十八页，编辑于2023年，星期一二三极管的工作原理1.BJT内部载流子传输过程（1）.发射区向基区扩散载流子，形成发射极电流。

由于发射结外加正向电压，发射区的多子电子将不断通过发射结扩散到基区，形成发射结电子扩散电流IEN，其方向与电子扩散方向相反，同时，基区的多子空穴也要扩散到发射区，形成空穴扩散电流IEP，方向与IEN相同，IEN和IEP一起构成受发射结正向电压UBE控制的发射结电流（即发射极电流）IE。

即IE＝IEN＋IEP。由于基区掺杂浓度很低，IEP很小，所以IE≈IEN

第三页，共十八页，编辑于2023年，星期一（2）.载流子在基区扩散与复合，形成复合电流IBN

由发射区扩散到基区的载流子电子在发射结边界附近浓度最高，离发射结越远浓度越低，形成了一定的浓度梯度，浓度差使扩散到基区的电子继续向集电结方向扩散，在扩散过程中，有一部分电子与基区的空穴复合，形成基区复合电流IBN，由于基区很薄，掺杂浓度又低，因此电子与空穴复合机会很小，IBN很小，大多数电子都能扩散到集电结边界。

（3）.集电区收集载流子，形成集电极电流IC。

由于集电结上加反向电压，空间电荷区的内电场被加强，对基区扩散到集电结边缘的载流子电子有很强的吸引力，使它们很快漂移过集电结，被集电区收集，形成集电极电流中受发射结电压控制的电流ICN，其方向与电子漂移方向相反，显然ICN＝IEN－IBN

与此同时，基区自身的少子电子和集电区的少子空穴也要在集电结反偏作用下产生漂移运动，形成集电结反向饱和电流ICBO，其方向与ICN方向一致，ICN和ICBO一起构成集电极电流IC，即IC＝ICN＋ICBO第四页，共十八页，编辑于2023年，星期一（4）.基极电流IB

IB＝IEP＋IBN－ICBO＝IEP＋IEN－ICN－ICBO＝IE－IC晶体管内部的电流存在一种比例分配关系，IC和IB分别占IE的一定比例，且IC接近于IE，IC远大于IB，IC和IB间也存在比例关系。这样，当基极电路由于外加电压或电阻改变而引起IB的微小变化时，IC必定会发生较大的变化。这就是晶体管的电流放大作用，也就是通常所说的基极电流对集电极电流的控制作用。

第五页，共十八页，编辑于2023年，星期一三极管的连接方式共集电极接法：集电极作为公共端共基极接法：基极作为公共端共发射极接法：发射极作为公共端第六页，共十八页，编辑于2023年，星期一综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。第七页，共十八页，编辑于2023年，星期一三BJT的V-I特性曲线

iB=f(vBE)

vCE=const(2)当vCE≥1V时，vCB=vCE-vBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的vBE下IB减小，特性曲线右移。(1)当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1.输入特性曲线（以共射极放大电路为例）共射极连接第八页，共十八页，编辑于2023年，星期一饱和区：iC明显受vCE控制的区域，该区域内，一般vCE＜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(vCE)

iB=const2.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，vBE小于死区电压。放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。第九页，共十八页，编辑于2023年，星期一

例1.测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。放大截止饱和-+正偏反偏-++-正偏反偏+-放大Vc>Vb>Ve放大Vc<Vb<Ve第十页，共十八页，编辑于2023年，星期一例2：有两个三极管分别接在放大电路中，今测得它们的管脚对地的电位分别如表所列，试判断（1）三极管的管脚，并在各电极上注明e、b、c；（2）是NPN管还是PNP管，是硅管还是锗管？管脚123电位/V43.49管脚123电位/V-6-2.3-2第十一页，共十八页，编辑于2023年，星期一解：由表可见，三极管І的l脚和2脚电位差为0.6V，所以三极管І是硅管；三极管Ⅱ的2脚和3脚电位差为0.3V，所以晶体管Ⅱ是锗管。

三极管І的1脚为基极，2脚为发射极，3脚为集电极。三极管І是NPN管。同理可知，三极管Ⅱ的1脚为集电极，2脚是发射极，3脚是基极，且三极管Ⅱ是NPN管。第十二页，共十八页，编辑于2023年，星期一5.2.4半导体三极管的参数

直流参数、交流参数、极限参数①直流电流放大系数

1.共发射极直流电流放大系数

=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=常数一.直流参数

2.共基极直流电流放大系数

=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE

显然与之间有如下关系:=IC/IE=IB/1+IB=/1+第十三页，共十八页，编辑于2023年，星期一②极间反向电流

1.集电极基极间反向饱和电流ICBO

ICBO的下标CB代表集电极和基极，

O是Open的字头，代表第三个电极E开路。它相当于集电结的反向饱和电流。

2.集电极发射极间的反向饱和电流ICEO

ICEO和ICBO有如下关系

ICEO=（1+）ICBO

相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应的Y坐标的数值。第十四页，共十八页，编辑于2023年，星期一二.交流参数①交流电流放大系数

1.共发射极交流电流放大系数

=IC/IBvCE=const

在放大区值基本不变，通过垂直于X轴的直线，由IC/IB求得。

在输出特性曲线上求β

2.共基极交流电流放大系数α

α=IC/IE

VCB=const当ICBO和ICEO很小时，可以不加区分。第十五页，共十八页，编辑于2023年，星期一①集电极最大允许电流ICM

三极管集电极最大允许电流ICM。当IC＞ICM时，管子性能将显著下降，甚至会损坏三极管。②集电极最大允许功率损耗PCM

集电极电流通过集电结时所产生的功耗，

PCM=ICVCB≈ICVCE，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用VCE取代VCB。三.极限参数第十六页，共十八页，编辑于2023年，星期一(3)反向击穿电压

V(BR)CBO——发射极开路时的集电结反 向击穿电压。V(BR)EBO——集电极开路时发射结的反 向击穿电压。

V(BR)CEO——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

V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO第十七页，共十八页，编辑于2023年，星期一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