2-2半导体三极管解析

1、二极管（1）二极管的结构（2）二极管的伏安特性上节课内容提要2024/8/161（3）二极管的开关特性存在反向恢复时间（4）二极管的电路模型直流模型（5）特殊二极管稳压二极管（6）二极管整流电路（精密整流电路）利用二极管的单向导电性

2024/8/162

半导体三极管有两大类型，一是双极型半导体三极管（三极管）

双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两个PN结组合而成，是一种CCCS器件。

场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种VCCS器件。2.2半导体三极管二是场效应半导体三极管（场效应管）2024/8/1632.2.1三极管的结构及工作原理2.2.2三极管的基本特性2.2.3三极管的主要参数及电路模型2024/8/1642.2.1三极管的结构及工作原理双极型半导体三极管有两种类型:NPN型和PNP型。

1.结构、符号和分类NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECB2024/8/165从外表上看两个N区,(或两个P区)是对称的，实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。PPNEBCNNPBECNPN型PNP型2024/8/166按材料分：硅管、锗管按功率分：

小功率管<500mW按结构分：NPN、PNP按使用频率分：低频管、高频管大功率管>1W中功率管0.5

1W分类：2024/8/1672.三极管的电流分配与控制双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。

现以

NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系。(动画2-1)双极型三极管内载流子的运动2024/8/168可得如下电流关系式:

IE=IEN+IEP

且有IEN>>IEP

IEN=ICN+IBN

且有IEN>>IBN，ICN>>IBNIC=ICN+ICBO

IB=IEP+IBN－ICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN

=(ICN+ICBO)+(IBN+IEP－ICBO)

IE=IC+IB2024/8/1693.三极管的电流关系(1)三种组态

双极型三极管有三个电极，其中一个可以作为输入,一个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态。

共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示;共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；三极管的三种组态2024/8/1610(2)三极管的电流放大系数

对于集电极电流IC和发射极电流IE之间的关系可以用系数来说明，定义:

称为共基极直流电流放大系数。它表示最后达到集电极的电子电流ICN与总发射极电流IE的比值。ICN与IE相比，因ICN中没有IEP和IBN，所以的值小于1,但接近1。由此可得:2024/8/1611因≈1,所以

>>1IC=ICN+ICBO=IE+ICBO=(IC+IB)+ICBO称为共发射极接法直流电流放大系数

IC=IB+(1+)ICBO2024/8/1612穿透电流2024/8/1613由以上分析可知，发射区掺杂浓度高，基区很薄，是保证三极管能够实现电流放大的关键。若两个PN结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。2024/8/16142.2.2三极管的基本特性输入特性曲线——

iB=f(uBE)

uCE=const

输出特性曲线——

iC=f(uCE)

iB=const以NPN型共发射极接法为例，介绍三极管的特性曲线。2024/8/16151.输入特性曲线输入特性曲线——

iB=f(uBE)

uCE=const

简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性曲线。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。

2024/8/1616与二极管特性相似O①2024/8/1617②uCE≥1V

uCB=uCE

-uBE>0，集电结已进入反偏状态，三极管处于放大状态，集电极更易收集电子，且基区复合更少，IB减小。特性曲线将向右稍微移动一些。但uCE再增加时，曲线右移很不明显。

O2024/8/16182.输出特性曲线它是以iB为参变量的一族特性曲线。现以其中任何一条加以说明，当uCE=0

V时，因集电极无收集作用，iC=0。当uCE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

uCE<1

V

uBE=0.7

V

uCB=uCE-uBE=<0.3

V集电区收集电子的能力很弱，iC主要由uCE决定。

输出特性曲线——

iC=f(uCE)

iB=const2024/8/1619当uCE增加到使集电结反偏电压较大时，如

uCE

≥1

V

uCB

≥0.3

V运动到集电结的电子基本上都可以被集电区收集，此后uCE再增加，电流也没有明显的增加，特性曲线进入比较平坦的区域，略微上翘——基区宽度调制效应。（动画2-2）

2024/8/1620

输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区——iC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE的数值较小。三极管的饱和压降UCES。此时发射结正偏，集电结正偏或零偏。截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区——满足的关系，曲线基本等距。此时，发射结正偏，集电结反偏，uCE电压大于0.7

V左右(硅管)。2024/8/16213.三极管的开关特性(1)开关作用

截止状态IB＝0，IC＝0，UCE＝VCC饱和状态IC＝ICS，VCE＝UCES＝0集电极饱和电流基极临界饱和电流2024/8/1622上节课内容提要1、三极管的结构、符号工艺特点：发射区高掺杂，基区低掺杂、宽度窄，集电区结面积大、掺杂浓度低。NNP发射极E基极B集电极C—基区NPN型ECB—发射区—集电区PNP型ECB2024/8/16232、三极管的电流分配与控制保证三极管处于放大状态：发射结正偏、集电极反偏。IE=IC+IB双极型三极管内载流子的运动2024/8/16243、三极管的电流关系（1）组态

CE、CB、CC（2）电流放大系数

共基极直流电流放大系数。它表示最后达到集电极的电子电流ICN与总发射极电流IE的比值。

共发射极直流电流放大系数穿透电流≈1,

>>12024/8/16254、三极管的伏安特性输入特性O2024/8/1626输出特性曲线饱和区：发射结正偏、集电结正偏放大区：发射结正偏、集电结反偏截止区：发射结反偏、集电结反偏2024/8/16275、三极管的开关特性截止状态IB＝0，IC＝0，UCE＝VCC饱和状态IC＝ICS，VCE＝UCES＝02024/8/1628(2)三极管的开关时间延迟时间td

+uB2加入→0.1ICS上升时间tr

0.1ICS→0.9ICS存储时间ts

-uB1

加入→0.9ICS下降时间tf

0.9ICS→0.1ICS开通时间ton=td+tr

；关闭时间toff=ts+tf。开通时间ton与关闭时间toff也总称为三极管的开关时间。2024/8/16292.2.3三极管的主要参数及电路模型

半导体三极管的参数分为三大类:

直流参数交流参数极限参数

(1)直流参数

①直流电流放大系数

a.共发射极直流电流放大系数

1.主要参数2024/8/1630

在放大区基本不变。在共发射极输出特性曲线上，通过垂直于X轴的直线(uCE=const)来求取IC

/IB

。从IC较小到IC较大，会有所减小。值与IC的关系在输出特性曲线上决定2024/8/1631

b.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+

2024/8/1632

②极间反向电流

a.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。

b.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。2024/8/1633ICEO在输出特性曲线上的位置2024/8/1634(2)交流参数①交流电流放大系数

a.共发射极交流电流放大系数

=

IC/

IB

uCE=const在放大区

值基本不变，可在共射接法输出特性曲线上，通过垂直于X轴的直线求取

IC/

IB。

在输出特性曲线上求β2024/8/1635

b.共基极交流电流放大系数α

α=

IC/

IE

UCB=const当ICBO和ICEO很小时，≈

、≈

，可以不加区分。

②特征频率fT

三极管的

值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的

将会下降。当

下降到1时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。2024/8/1636

(3)极限参数

①集电极最大允许电流ICM当集电极电流增加时，

就要下降，当

值下降到线性放大区

值的2/3时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。至于

值下降多少，不同型号的三极管，不同的厂家的规定有所差别。可见，当IC＞ICM时，并不表示三极管会损坏。值与IC的关系2024/8/1637②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=ICUCB≈ICUCE，

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UCE取代UCB。2024/8/1638

③反向击穿电压反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力。三极管击穿电压的测试电路2024/8/1639

a.U(BR)CBO——发射极开路时的集电结击穿电压。下标BR代表击穿之意，是Breakdown的字头，CB代表集电极和基极，O代表第三个电极E开路。

b.U(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。对于U(BR)CER表示BE间接有电阻，U(BR)CES表示BE间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系

U(BR)CBO>U(BR)CES＞U(BR)CER＞U(BR)CEO2024/8/1640

由PCM、ICM和U(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。输出特性曲线上的过损耗区和击穿区2024/8/1641⑴三极管的物理结构如图所示双极型三极管物理模型2.电路模型rb'e---re归算到基极回路的电阻

---发射结电容，也用C

这一符号---集电结电阻---集电结电容，也用C

这一符号

rbb'---基区的体电阻，b'是假想的基区内的一个点。---发射结电阻

re2024/8/1642⑵混合π型微变等效电路－物理模型简化：忽略rb’c

、rce忽略Cb’c、Cb’e2024/8/1643⑶参数计算2024/8/1644跨导定义：2024/8/1645

附录：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：