双极型三极管.ppt

1、1,双极型三极管(BJT) 又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。,(Bipolar Junction Transistor),三极管的外形如下图所示。,三极管有两种类型：NPN 和 PNP 型。主要以 NPN 型为例进行讨论。,2,1.3.1晶体管的结构,常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。,(a)平面型(NPN),(b)合金型(PNP),e 发射极，b基极，c 集电极。,3,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。,合金型三极

2、管制作工艺：在 N 型锗片(基区)两边各置一个铟球，加温铟被熔化并与 N 型锗接触，冷却后形成两个 P 型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。,4,(a)NPN 型,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,基极 b,发射极 e,5,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,6,1.3.2晶体管的电流放大原理,以 NPN 型晶体三极管为例讨论,晶体管若实现放大，必须从晶体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,7,晶体管内部结构要求：,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。

3、,8,晶体管放大的外部条件： 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。,9,1. 三极管中载流子运动过程,（1） 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)。,（2） 复合和扩散电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流 Ibn，复合掉的空穴由 UBB 补充。,多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。,10,1. 三极管中载流子运动过程,（3） 收集集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流 Icn。 其能量来自外接电源 UCC 。,另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进

4、行漂移运动而形成反向饱和电流，用ICBO表示。,11,2.三极管的电流分配关系,IC = ICN + ICBO,IE = ICN + IBN + ICBO = IEN+ IEP,IE = IC + IB,IB=IBN+IPE-ICBO,三个极的电流之间满足节点电流定律，即,12,3. 晶体管电流放大系数,(1)直流电流放大系数,一般要求 ICN 在 IE 中占的比例尽量大。而二者之比称直流电流放大系数，即,一般可达 0.95 0.99,为共基极直流放大系数,13,将(1)式代入IE = IC + IB 得,14,上式中的后一项常用 ICEO 表示，ICEO 称穿透电流。,当 ICEO IC 时

5、，忽略 ICEO，则由上式可得,共射极直流电流放大系数 近似等于 IC 与 IB 之比。 一般 值约为几十 几百。,15,（2）交流电流放大系数,在共射极放大电路中，当有输入电压ui作用时，则晶体管的基极电流将在IB的基础上叠加动态电流iB，集电极电流也将在IC的基础上叠加动态电流iC。通常将集电极电流变化量iC与基电极电流变化量iB之比定义为共射极交流电流放大系数，用 表示。即：,共射电流放大系数,同样iC与iE之比定义为共基极交流电流放大系数。,共基电流放大系数,16,根据 和 的定义，以及三极管中三个电流的关系，可得,故 与 两个参数之间满足以下关系：,直流参数 与交流参数 、 的含义是

6、不同的，但是，对于大多数三极管来说， 与 ， 与 的数值却差别不大，计算中，可不将它们严格区分。,17,+ UCE -,1.3.3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。特性曲线分为输入特性曲线与输出特性曲线。,UCE,输入特性：对共发射极放大电路而言，输入特性曲线是描述基极电流iB与电压uBE之间的关系。,输出特性：是描述集电极电流iC与电压uCE之间的关系。,+ UCE -,+ UCE -,UBE,共射特性曲线测试电路,18,1、输入特性,(1) uCE = 0 时的输入特性曲线,当 uCE = 0 时，基极和发射极之间相当于两个 PN 结并联。所以，当

7、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。,19,(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。,uCE uBE，三极管处于放大状态。,* 特性右移(因集电结开始吸引电子),uCE 1 时的输入特性具有实用意义。,* uCE 1 V，特性曲线重合。,20,2、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。,两个结都处于反向偏置。,iB= 0 时，iC = ICEO。 硅管约等于 1 A，锗管约为几十 几百微安。,21,(2) 放大区：,条件：发射结正偏 集电结反偏,特点：各条输出

8、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,对 NPN 管 uBE 0，uBC 0,2、输出特性,22,(3) 饱和区：,条件：两个结均正偏,对 NPN 型管，uBE 0 uBC 0 。,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。 i C iB。,当 uCE = uBE，即 uCB = 0 时，称临界饱和，uCE uBE时称为过饱和。,饱和管压降 UCES 0.4 V(硅管)，UCES 0. 2 V(锗管),2、输出特性,23,1.3.4晶体管的主要参数,三极管的连接方式,24,(2)共射直流电流放大系数,忽略穿透电流 ICEO 时

9、，,(1)共基直流电流放大系数,忽略反向饱和电流 ICBO 时，,1、直流参数,是表征管子在直流电压作用下的参数。有以下几个：,25,(3) 集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO,(4)集电极和发射极之间的反向饱和电流 ICEO,(a)ICBO测量电路,(b)ICEO测量电路,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 b 开路时， c 和 e 之间的电流。,值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。,26,(1)共射电流放大系数 ,(1) 共基电流放大系数 , 和 这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：,2. 交流参数,交流参数是交流条件下起作用的参数

10、，它反映三极管对动态信号的性能指标。,27,3、 极限参数,(1) 集电极最大允许电流 ICM,当 iC 过大时，三极管的 值要减小。在 iC = ICM 时， 值下降到额定值的三分之二。,(2)集电极最大允许耗散功率 PCM,将 iC 与 uCE 乘积等于规定的 PCM 值各点连接起来，可得一条双曲线。,iCuCE PCM 为安全工作区,iCuCE PCM 为过损耗区,28,(3)极间反向击穿电压,外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压。,U(BR)CEO：基极开路时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。,U(BR)CBO：发射极开路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。,安全工作区同时要受 PCM、ICM 和U(BR)CEO限制。,29,1.3.5PNP 型三极管,放大原理与 NPN 型基本相同，但为了保证发射结正偏，集电结反偏，