03第1章-常用半导体器件-三极管及应用

2024/8/16模拟电子技术基础北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院主讲：赵建辉第一章常用半导体器件(2)

三极管原理与应用2024/8/161.1半导体基础知识1.2半导体二极管1.3双极型晶体管1.4场效应管1.5单结晶体管和晶闸管1.6集成电路中的元件第1章常用半导体器件本节课内容2024/8/161.3双极型晶体管(三极管)重点：晶体管放大原理、特性曲线。难点：1.晶体管电流分配及控制

2.晶体管输入输出曲线3.晶体管主要参数及意义重点难点1.3.1晶体管结构及类型1.3.2晶体管电流放大作用1.3.3晶体管共射特性曲线1.3.4晶体管主要参数1.3.5温度对晶体管特性几参数的影响1.3.6光电晶体管2024/8/16结构：有PNP型和NPN型；材料：硅管和锗管；功率：大功率管和小功率管；频率：高频管和低频管。常见三极管封装2024/8/16结构与类型1.3.1晶体管结构与类型BECNNP基极集电极发射极BECPPN基极集电极发射极NPN型PNP型becbec结构符号箭头指向：P—>N2024/8/16BECNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：结面积较大发射区：掺杂浓度较高结构特点:(三极两结)目的:有利于电流的控制(放大)作用发射结集电结2024/8/16（注意：为何不是6种！）1.3.2电流分配（放大）作用三种接法：（三极双端口网络）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；BJT的三种组态IE=(1+β)IB？2024/8/16共射放大电路：（条件：发射结正偏，集电结反偏）ICUCEIBVCCRBVBBCBERCUBEuo

放大：输入电压微小变化，反映在输出中。2024/8/16载流子运动（发射、复合、收集）发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IEN。发射结正偏，基区空穴向发射区的扩散很小,可忽略。进入基区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBN

，多数扩散到集电结。集电结反偏，极经发射结扩散到基区的电子作为非平衡少子，经集电结漂移被C极收集，形成ICN。集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。2024/8/16IB=IBN+IEP-ICBOIC=ICN+ICBO

ICN二、各极电流分配关系(P25)IE=IEP+IEN

IEN

外部关系：IE=IC+IBCB结平衡少子漂移形成ICBOCB结非平衡少子漂移被C极收集2024/8/16ICN与(IB)’之比称为共射电流放大倍数意义：(IB+ICBO)对ICN的控制能力（内部）。

IB对IC的控制能力（外部）。三、共射电流放大系数表示直流放大倍数ICEO集电结反向饱和电流(可忽略)交流放大倍数整理:2024/8/16ICN与IE之比称为共基电流放大倍数三、共基电流放大系数表示直流放大倍数交流放大倍数意义：ICN对IE的控制/放大能力（内部）。

IC对IE的控制/放大能力（外部）。2024/8/16三极管电流分配：注意：要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。三、近似公式（外部特性）BECIBIEICNPNBECIBIEICPNP记住！！2024/8/16ICmA

AVVUCEUBERBIBECEB测试实验电路1.3.3晶体管共射特性曲线各极间电压电流关系（实验）2024/8/16一、输入特性曲线IB(

A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V工作压降：硅管UBE0.6~0.7V锗管BE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V死区电压：硅管0.5V，锗管0.2V。注意：输入曲线是一簇曲线！2024/8/16二、输出特性曲线IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A放大区：发射结正偏集电结反偏

IC=

IBUCE变化截止区:UBE<UON集电结反偏,IB=0IC=ICEO饱和区：发射结正偏集电结正偏UCE

UBE

IB>IC，UCE0.3VIC=ICEO2024/8/16输出特性三个区域的特点:放大区：发射结正偏，集电结反偏。（线性放大）即：UCE≥UBE

，

IC=IB,且

IC

=

IB(2)饱和区：发射结正偏、集电结正偏（二PN结均导通）即：UCE

UBE

，

IC<IB，UCE0.3V

(3)截止区：UBE<UON（或反偏），集电结反偏）。

IB=0，IC≤ICEO

0，UCE≥UBE

三种状态的判断：(根据UBE,UCE，IB,IC同时判断)2024/8/16例：

=50，USC

=12V，

RB

=70k，RC

=6k

当USB

=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？当USB

=-2V，（发射结反偏，集电结反偏）ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0，IC=0IC最大（可能）饱和电流：Q位于截止区

2024/8/16例：

=50，USC

=12V，

RB

=70k，RC

=6k

当USB

=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？IC<

ICmax(=2mA)

，

Q位于放大区。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB

=2V时：（发射结正偏，集电结反偏）2024/8/16USB

=5V时:（发射结正偏，最终导致集电结反偏

正偏）例：

=50，USC

=12V，

RB

=70k，RC

=6k

当USB

=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ位于饱和区，此时IC和IB

已不是倍线性关系。UCE=0,集电结正偏！而非反偏！2024/8/161.3.4晶体管的主要参数由三极管结构决定，由实验测得（一定范围），通常在半导体手册（元件手册）中查到。分为：直流参数交流参数极限参数（应用极限）。2024/8/161.共射电流放大倍数一、直流参数IB对IC控制/放大能力（几十~几百）2.共基电流放大倍数IE对IC控制/放大能力（小于1，接近1）3.极间反向电流ICBO集电结反向饱和电流(尽量小)ICEO集电结到发射结穿透电流2024/8/161.共射交流电流放大倍数二、交流参数IB变化对IC变化的控制/放大能力（叠加于直流上）2.共基电流放大倍数IE的变化对IC的变化的控制/放大能力（叠加于直流上）3.特征频率使下降到1的信号频率，与结电容有关2024/8/161.集电极最大允许功耗PCM

集电极电流IC

流过三极管，所发出的焦耳热功率为：PC=ICUCE

必定导致结温上升，所以PC

有限制。PC

PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区三、极限参数2024/8/162.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2/3时的集电极电流即为ICM。3.极间反向击穿电压(一极开路，另2极最高电压)UCBO：发射极开路，C、B之间击电压(CB间最大电压)UCEO：基极开路，C、E之间击穿电压(CE间最大电压)参考上图2024/8/16三极管极间反向电流的测量4.极间反向电流平衡少子漂移形成，越小越好，温度敏感CE极间穿透电流CB极间反向饱和电流2024/8/161.3.5温度对特性及参数的影响温度影响很大，过高温度导致性能下降，甚至不能用。一、温度对ICBOI/ICEO的影响ICBO由集电结反向平衡少子漂移形成，温度↑

少子数目↑

ICBO

↑温度每升高10oC，ICBO增加一倍（反向饱和电流）。硅管比锗管ICBO小的多，温度影响小。2024/8/16二、温度对输入特性的影响IBUBEUBE260OC20OCUBE1温度升高↑输入曲线左移（同二极管输入特性）温度每升高1oC，UBE减小2-2.5mV（负温度系数）2024/8/16三、温度对输出特性的影响ICUCE20OC60OC温度升高↑曲线上移（间隔不等），β、ICEO↑温度每升高1oC，β增加0.5-1%，（ICBO增加1倍/10oC）2024/8/161.3.6其它三极管光电三极管（见课本P33）三极管应用模拟电路：线性放大（线性放大区）数字电路：开关逻辑（截止/饱和区）（精度、稳定性等）（开关频率、功耗、可靠性）2024/8/161.既然BJT具有两个PN结，可否用两个二极管相联以构成一只BJT，试说明其理由。2.能否将BJT的e、c两个电极交换使用，为什么？3.BJT是电流控制器件，还是电压控制器件？4.放大电路输出端增加的能量是从哪里来的？？思考题5.三极管如何用于开关电路（数字电路/模电区别）？2024/8/16小结

晶体三极管是电流控制元件，通过控制基极电流或射极电流可以控制集电极电流（电流可控性）。要使三极管正常工作并有放大作用，管子的发射结必须正向偏置