电子技术傅颖39课件

电子技术主讲教师：傅颖项目一晶体管4.晶体三极管的基本特性4.1晶体管的结构类型与特性4.2晶体管的特性曲线4.3晶体管的主要参数双极型结型三极管(BJT)，又称半导体三极管，简称为三极管或晶体管。三极管的外形如下图所示。

4.1.1

晶体管的结构类型

三极管的外形：(BipolarJunctionTransistor)具有了不同于单个PN结的特性。三极管有两种类型：NPN和PNP型。

4.1.1晶体管的结构类型

三极管结构示意图和符号

ecb符号集电区集电结基区发射结发射区集电极c基极b发射极eNNP(a)NPN型

4.1.1晶体管的结构类型集电区集电结基区发射结发射区集电极c发射极e基极b

cbe符号NNPPN三极管结构示意图和符号

(b)PNP型

4.1.1晶体管的结构类型三极管内部结构要求：

1.发射区高掺杂。

2.基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。3.集电结面积大。NNPebcNNNPPP平面型(NPN)三极管制作工艺：在N型硅片(集电区)氧化膜上刻一个窗口，将硼杂质进行扩散形成P型(基区)，再在P型区上刻窗口，将磷杂质进行扩散形成N型的发射区。引出三个电极即可。4.1.1晶体管的结构类型NcSiO2b硼杂质扩散e磷杂质扩散PN4.1.2晶体管的放大作用和载流子的运动以NPN型三极管为例讨论:三极管中的两个PN结cNNPebbec表面看三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。不具备放大作用4.1.2晶体管的放大作用和载流子的运动becRcRbIEIB三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。NPN:UC>UB>UEPNP?PNP:UC<UB<UE4.1.2晶体管的放大作用和载流子的运动1.三极管中载流子运动过程发射：发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区—形成发射极电流IE(基区多子数目较少，空穴电流可忽略)。复合和扩散：电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流IB，复合掉的空穴由VBB补充。多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。becRcRbIEIBIENIEP4.1.2晶体管的放大作用和载流子的运动1.三极管中载流子运动过程收集：集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成漂移电流ICE。其能量来自外接电源VCC。另外，集电区的少子(空穴)和基区少子（电子）在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流，用ICBO表示。becIEIBRcRbICICBOICE4.1.2晶体管的放大作用和载流子的运动2.三极管的电流分配关系beceRcRbIEpICBOIEICIBIEnIBEICEIC=ICE+ICBO≈ICE

IE=IEN+IEp=ICE+IBE+IEp≈ICE+IBE

=IC+IBIB=IBE-ICBO+IEp≈IBE-ICBO≈IBE

4.1.2晶体管的放大作用和载流子的运动3.三极管的电流放大作用由三极管的内部结构决定：从发射区注入到基区的电子只有很少一部分在基区复合掉（IBE），较大的电子流部分形成ICE。

称为本征电流放大系数

=ICE/IBEbeceRcRbIEpICBOIEICIBIEnIBEICE4.1.2晶体管的放大作用和载流子的运动PNP型三极管为例：1.发射区向基区扩散空穴，形成发射极电流；2.空穴在基区扩散和复合，形成了基区复合电流ICB；3.集电极收集从发射区扩散到基区的空穴，形成了电流ICE。同时由于集电结反偏，少子在电场的作用下形成了漂移电流ICBO。电流之间的分配关系：IB=IBC-ICBOIC=ICE

+ICBOIE=IB+ICPNPebcIEIBCICEICBOIBIC4.1.2晶体管的放大作用和载流子的运动

例1：已知两只晶体管的电流放大系数分别为100和50，现在测得放大电路中这两只管子两个电极的电流下图所示。分别求另一电极的电流，标出其实际方向，并在圆圈中画出管子。

解：（1）图a，IB=10A，IC=1mA，根据电流方向判断为NPN管，IE=1.01mA.可判断晶体管管脚如图：解：（2）图b，IB=100A，IE=5.1mA，根据电流方向判断为PNP管，IC=5mA.可判断晶体管管脚如图：4.1.2晶体管的放大作用和载流子的运动例2：某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。IA＝-2mA,IB＝-0.04mA,IC＝+2.04mA,试判断管脚、管型。解：电流判断法。电流的正方向和KCL。IE=IB+ICC为发射极B为基极A为集电极管型为NPN管管脚、管型的判断法也可采用万用表测量法。参考实验。ABC

IAIBIC4.2晶体管的特性曲线特性曲线是选用三极管的主要依据，可从半导体器件手册查得。以共射组态为例：输入特性：输出特性：输出回路输入回路+UCE-IBUCE

三极管共射特性曲线测试电路ICVCCRbVBBcebRcV

+V

+

A

++

mAIBUBE4.2晶体管的特性曲线一、输入特性

(1)UCE=0时的输入特性曲线当UCE=0时，集电结和发射结短路，基极和发射极之间相当于两个PN结并联。所以，当b、e之间加正向电压时，应为两个二极管并联后的正向伏安特性。RbVBBcebIB+UBE_VBBIB+UBE_bceOIB/AUCE=04.2晶体管的特性曲线一、输入特性(2)UCE>0时的输入特性曲线当UCE>0时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。特性右移(因集电结开始吸引电子)UCE≥1V，特性曲线重合。UCE≥1时的输入特性具有实用意义。OIB/AUCE=1VIBUCEICVCCRbVBBcebRCV

+V

+

A

++

mAUBE

三极管共射特性曲线测试电路三极管的输入特性UCE=04.2晶体管的特性曲线一、输入特性①UCE=0V时，IB与UBE的关系曲线与二极管的正向伏安特性相似，（此时，相当于两个二极管正向并联接在b、e间）；②UCE从0增加到1V时，曲线右移显著；当UCE>1V后，IB与UBE的关系曲线几乎重叠在一起，故输入特性通常用UCE=1V时的一条曲线来表示即可。只要UBE保持不变，从发射区注入到基区的载流子数不变，而电极所加的反向电压量足够把扩散的载流子拉到集电区，因此UCE再增加，IB也不会有明显减少。OIB/AUCE=1VUCE=04.2晶体管的特性曲线一、输入特性输入特性曲线的应用：如图所示，三极管处于放大状态。试问：Rb=50kΩ时，IB=?4.2晶体管的特性曲线

二、输出特性

划分三个区：截止区、放大区和饱和区。1.截止区IB≤0的区域。IB=0时，IC=ICEO很小，叫做穿透电流。硅管约等于1A，锗管约为几十~几百微安。条件：发射结反偏，集电结反偏。

NPN三极管的输出特性曲线IC

/mAUCE

/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O510154321截止区4.2晶体管的特性曲线

二、输出特性

2.放大区条件：发射结正偏集电结反偏对NPN型管，UC﹥UB﹥UE特点：各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平线，且等间隔。集电极电流和基极电流体现放大作用，即IC

/mAUCE

/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O510154321放大区NPN三极管的输出特性曲线4.2晶体管的特性曲线

二、输出特性3.饱和区条件：两个结均正偏对NPN型管，UCE﹤UBE特点：IC基本上不随IB而变化，在饱和区三极管失去放大作用。ICIB。当UCE=UBE时，称临界饱和，UCE<UBE时称为过饱和。饱和管压降UCES<0.4V(硅管)，UCES<0.2V(锗管)IC

/mAUCE

/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O510154321饱和区饱和区4.2晶体管的特性曲线

输出特性三个区域的特点:

（1）放大区：发射结正偏，集电结反偏。即UCE>UBE,且IC=IB。(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。即：UCEUBE，低阻，短路，饱和导通。(3)截止区：发射结反偏，集电结反偏，IB=0，高阻，截止，类似开关断开。输出特性曲线的应用：如图所示，VCC=15V，β=100。试问：Rb=50kΩ时，UO=?4.2晶体管的特性曲线例：三极管工作状态的判断。测量某硅材料NPN型BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？（1）

VC＝6VVB＝0.7VVE＝0V（2）VC＝6VVB＝3.3VVE＝4V（3）VC＝3.6VVB＝4VVE＝3.3V

解：原则正偏反偏反偏集电结正偏正偏反偏发射结饱和放大截止

故(1)放大，（2）截止，（3）饱和。4.2晶体管的特性曲线课堂练习：1.工作在放大区的三极管，当IB从20μA增大至40μA时，IC从2mA变为4mA，其β值约为______。

A.50B.100C.500D.10002.一个三极管电路，IB=60μA，IC=2mA，β值50，这个三极管在什么状态？

A.放大B.饱和C.截止D.击穿3.工作在放大区的三极管，已知β值100，IB=20μA，IE约为____mA。

A.1B.2C.3D.44.试判断各工作在截止区、放大区还是饱和区。4.2晶体管的特性曲线课堂练习：5.如图所示，VCC=15V，β=100，UBE=0.7V。试问：（1）Rb=50kΩ时，UO=?（2）若T临界饱和，则Rb=？解：（1）若Rb=50kΩ，则解：（2）若T临界饱和，则4.2晶体管的特性曲线课堂练习：6.如图所示，晶体管导通时UBE=0.7V,β=50。试分析u1=0V，u1=1V，u1=3V三种情况下T的工作状态及输出电压uo的值。解：（1）当U1=0，发射结零偏，截止状态，uo=12V。

（2）U1=1V，发射结正偏，集电结反偏，放大状态。

（3）当U1=3V。故T处于饱和状态，Uo=UCES≈0.4V(硅)4.3晶体管的主要参数一、电流放大系数表征管子放大能力的参数。有以下两种：1.静态（直流）共射电流放大系数忽略穿透电流ICBO时，2.动态（交流）共射电流放大系数

当晶体管工作在放大区域时，可以认为两者基本相同。在实际应用中，一般选取值为20~100的晶体管为宜。4.3晶体管的主要参数二、反向饱和电流是表征晶体管工作稳定性的参数。当环境温度增加时，极间反向电流会加大，晶体管工作不稳定。1.集电极和基极之间的反向饱和电流ICBO小功率锗管ICBO约为几微安；硅管的ICBO小，有的为纳安数量级，当温度变化较大时，应选用硅晶体管。2.集电极和发射极之间的反向饱和电流ICEO当b开路时，c和e之间的电流。值愈大，则该管的ICEO也愈大。(a)ICBO测量电路ICBOceb

A(b)ICEO测量电路ICEO

Aceb反向饱和电流的测量电路4.3晶体管的主要参数二、反向饱和电流反向饱和电流ICBO与ICEO：无论