(参考)半导体三极管课件

3.1半导体BJT返回半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor，简称BJT）。BJT是由两个PN结组成的。一.BJT的结构简介【分类】（参见教材P67下）①按频率分高频管低频管②按功率分大功率管中功率管小功率管③按半导体材料分硅管锗管④按结构不同分NPN型PNP型NPN型发射区集电区基区发射结（Je）集电结（Jc）e【Emitter】c【Collector】b发射极集电极基极NNP【Base】代表符号:箭头方向：由P区→N区PNP型发射区集电区基区发射结（Je）集电结（Jc）ecb发射极集电极基极PPN代表符号:箭头方向：由P区→N区比如：NPN型三极管剖面图结构制作要求：①发射区：高杂质掺杂浓度；②基区：很薄（通常为几微米～几十微米），低掺杂浓度；③集电区：掺杂浓度要比发射区低；结面积比发射区大；晶体管的几种常见外形二.BJT的电流分配与放大作用bNNPeccbe为实现放大，必须满足三极管的内部结构和外部条件两方面的要求。对其内部结构要求：①发射区进行高掺杂，因而其中的多数载流子浓度很高。②基区很薄，且掺杂比较少，则基区中多子的浓度很低。二.BJT的电流分配与放大作用bNNPeccbe为实现放大，必须满足三极管的内部结构和外部条件两方面的要求。从外部条件来看：①发射结正向偏置②集电结反向偏置要求外加电源电压的极性必须满足：即在满足内部结构要求的前提下，三极管要实现放大，必须连接成如下形式：e区c区b区JeJcecbNNPVBBVCCRbRc＋－VBE＋－VCB＋－VCE例：共发射极接法三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。集电结反偏：由VBB保证由VCC、

VBB保证VCB=VCE-VBE>0发射结正偏：三极管内部载流子运动分为三个过程：BJT内部载流子的传输过程VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IENIEP（1）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流IE。三极管内部载流子运动分为三个过程：BJT内部载流子的传输过程（1）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流IE。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IE=IEN+IEP≈IEN三极管内部载流子运动分为三个过程：BJT内部载流子的传输过程（1）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流IE。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IE（2）在基区中①电子继续向集电结扩散；②少数电子与基区空穴相复合，形成IB电流。IB复合IBE≈IBE三极管内部载流子运动分为三个过程：BJT内部载流子的传输过程（1）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流IE。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IE（2）在基区中①电子继续向集电结扩散；②少数电子与基区空穴相复合，形成IB电流。IB（3）集电区收集大部分的电子，形成IC电流。ICICN≈ICNIBE三极管内部载流子运动分为三个过程：BJT内部载流子的传输过程（1）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流IE。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IE（2）在基区中①电子继续向集电结扩散；②少数电子与基区空穴相复合，形成IB电流。IB（3）集电区收集大部分的电子，形成IC电流。IC另外，集电区的少子形成反向饱和电流ICBOICBOICNIBE三极管内部载流子运动分为三个过程：BJT内部载流子的传输过程VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IEIBICICBOICNIBE实际上：IC=ICN+ICBOIE=IEN+IEP≈IEN≈ICNIB+ICBO=IBE由KCL，有：IB=IBE-ICBO≈IBE电流分配关系由载流子的传输过程可知，由于电子在基区的复合，发射区注入到基区的电子并非全部到达集电极，管子制成后，复合所占的比例就定了。也就是由发射区注入的电子传输到集电结所占的百分比是一定的，这个百分比用α表示，称为共基极电流放大系数。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共发射极接法IEIBICICBOICIBIE可简化为将三极管看成一个广义的节点（如下图），有：ICIBIE将三极管看成一个广义的节点（如下图），有：IE=IC+IBIC≈αIEIB=IE-IC=IE-αIE=(1-α)IE故集电极与基极电流的关系为：=β共射电流放大倍数注：α和β是两种电流放大系数，它们的值主要取决于基区、集电区和发射区的杂质浓度以及器件的几何结构。基极电流是电子在基区与空穴复合的电流，复合过程对α和β的值有影响。利用BJT组成的放大电路，其中一个电极作为信号输入端，一个电极作为输出端，另一个电极作为输入、输出回路的共同端。根据共同端的不同，BJT可以有三种连接方式（称三种组态）：①共基极接法②共发射极接法（最为常用！）③共集电极接法三.BJT的特性曲线BJT的特性曲线是指各电极电压与电流之间的关系曲线，它是BJT内部载流子运动的外部表现。由于BJT也是非线性元件，它有三个电极，故要通过它的伏安特性曲线来对它进行描述，但它的伏安特性并不向二极管那样简单。工程上最常用的是BJT的输入特性和输出特性曲线。RL+-ΔvObceΔvIiB=IB+ΔiBiC=IC+ΔiCiE=IE+ΔiEvBE+-+-vCE以共射放大电路为例：输入回路输出回路输入特性：输出特性：共射极电路特性曲线的实验线路微安表毫安表简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性曲线，现讨论iB与vBE之间的函数关系。因为有集电结电压的影响，它与一个单独的PN结的伏安特性曲线不同。为了排除vCE的影响，在讨论输入特性曲线时，应使vCE=常数。vCE的影响，可以用三极管的内部反馈作用解释，即vCE对iB的影响。输入特性曲线BJT共射接法的输入特性曲线分三部分：①死区②非线性区③线性区iB/μAvBE/V①③②vCE

=1VvCE

>1VvCE

=0V记住：①当vCE>1时，各条特性曲线基本重合。②当vCE增大时特性曲线相应的右移。25℃输出特性曲线它是以iB为参变量的一族特性曲线。vCE/ViC/mA25℃BJT共射接法的输出特性曲线=20μA=40μA=60μA=80μA现以iB=40uA一条加以说明：vCE/ViC/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA（1）当vCE=0V时，因集电极无收集作用，iC=0。（2）当vCE稍增大时，发射结虽处于正向电压之下，但集电结反偏电压很小，如：vCE<1VvBE=0.7VvCB=vCE-vBE≤0.7V集电区收集电子的能力很弱，iC主要由vCE决定：vCE↑→ic↑现以iB=40uA一条加以说明：vCE/ViC/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA（3）当uCE增加到使集电结反偏电压较大时，如：vCE≥1VvCB≥0.7V运动到集电结的电子基本上都可以被集电区收集，此后vCE再增加，电流也没有明显得增加，特性曲线进入与vCE轴基本平行的区域。同理，可作出iB=其他值的曲线。vCE/ViC/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA输出特性曲线可以划分为三个区域：饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的数值较小，一般vCE<0.7V（硅管）。此时Je正偏，Jc正偏。vCE/ViC/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA输出特性曲线可以划分为三个区域：饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的数值较小，一般vCE<0.7V（硅管）。此时Je正偏，Jc正偏或反偏电压很小。截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时Je反偏，Jc反偏。vCE/ViC/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA输出特性曲线可以划分为三个区域：饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的数值较小，一般vCE<0.7V（硅管）。此时Je正偏，Jc正偏或反偏电压很小。截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时Je反偏，Jc反偏。放大区——iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。

此时Je正偏，Jc反偏。电压大于0.7V左右（硅管）。模电着重讨论的就是该放大区！vCE/ViC/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA当vCE大于一定的数值时，IC只与IB有关,满足IC=βIB关系，该区域称为线性区（即放大区）。四.BJT的主要参数电流放大系数α——共基电流放大系数β——共射电流放大系数α与β的关系：α的值小于1，但接近于1。β的值远大于1，通常在20～200范围内。极间反向电流（1）ICBO：集电极－基极反向饱和电流O是Open的字头，代表第三个电极E开路。它相当于单个集电结的反向饱和电流。因此，它只决定于温度和少子的浓度。ICBO的值很小硅管：ICBO为纳安数量级锗管：ICBO为微安数量级由于这个电流从集电区穿过基区流至发射区，所以又叫穿透电流。（2）ICEO：集电极－发射极反向饱和电流vCE/ViC/mA=20μA=40μA=60μA=80μAICEO点击右面按钮查看ICE