半导体三极管.ppt

1、4.1.1 BJT的结构简介,(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管,4.1 半导体三极管(BJT、晶体管),1.结构,发射极用e 表示(Emitter),集电极用c 表示(Collector),基极用b表示(Base),发射区,集电区,基区,半导体三极管为三层半导体形成两个PN结组成。它有两种类型:NPN型和PNP型。结构如图所示，有三层半导体、两个结、三个电极。,2.分类,(3) 按功率： 小、大、中功率管,型号命名方法 (模拟四版 P44),如3DG6、2DW7,(4) 按工作频率 ： 低频管、高频管,3.结构特点, 发射区e掺杂浓度最高；, 集电区c掺杂

2、浓度低于发射区，且面积大；, 基区b很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。,这些特点使BJT不同于两个单独的PN结，而呈现出极间电流放大作用。,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,外部条件：,NPN 管:,PNP 管:,放大状态下BJT中载流子的传输过程,e结正偏，c结反偏,1.内部载流子的传输过程 (以NPN为例),(1)e区向b区注入电子流, e结正偏有利于多子扩散 主要为e区向b区注入电子流，形成流出e极的射极电流 IE,(2)电子在b区扩散与复合,浓度差电子继续向c极扩散，同时有一小部分与空穴复合 形成b区复合电流 IBN 又b区掺杂极低且薄 IBN很小。,放大状态下B

3、JT中载流子的传输过程,(3)c结收集扩散过来的电子, c 结反偏，电子漂移渡过c结 c区形成集电极电流 IC,电子扩散电流,c、b间的反向饱和电流,BJT内两种载流子都参与导电，称为双极型晶体管。,另有,代入,放大状态下BJT中载流子的传输过程,2. BJT的三种组态,(c) 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。,(b) 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；,(a) 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；,BJT的三种组态,根据传输过程可知,3. 极间电流分配,放大状态下BJT中载流子的传输过程,体现了共基接法时输入电流对输出电流的控制作用,又BJT相当于一个广义节点

4、（KLV）,放大状态下BJT中载流子的传输过程,有,将上式代入,得,令,则,则,共射极电流放大倍数一般 几十几百,b极开路时ce间的反向饱和电流(穿透电流),(ICEO0),体现了共射接法时输入电流对输出电流的控制作用,结论(BJT放大状态下的极间电流分配）,很小,又,体现了共集电极接法时输入电流对输出电流的控制作用,电压放大倍数,vO = -iC RL = 0.98 V，,4.BJT的放大作用,共基极接法中,只有电压放大，没有电流放大,vI 很小， 设 vI = 20mV,电压放大,共基极接法：,e结正偏 (设Je处于V-I特性的指数曲线段） ， iE很大,共射极接法,共射极接法中,既有电压

5、放大，又有电流放大,电流放大,若 vI = 20mV ， 使 iE = 1mA。,电压放大倍数,使 iC = 0.98mA 。 (设 = 0.98),vO = -iC RL = -0.98 V，,倒相作用,共射极接法电压放大作用,4.1.3 BJT的特性曲线(以共射极放大电路为例),输入特性曲线输入回路电压、电流之间的关系曲线。,iB=f(vBE) vCE=常数,输出特性曲线输出回路电压、电流之间的关系曲线。,iC=f(vCE) iB=常数,iB=f(vBE) vCE=常数,1. 输入特性曲线,(2) 死区或门坎电压,(3) vBE Vth时iB随vBE而,(1)在vCE=0时，相当于两个PN

6、结 并联的V-I特性曲线。 Vth=0.5 V左右,vCE 输入曲线稍右移,vCE 1V以后曲线基本重合,共射极连接,2.输出特性曲线,iC=f(vCE) iB=常数,先分析iB=40A时的输出特性曲线,当vCE1V时, 集电极收集电子的能力弱， iC随vCE的明显；,特点： iB对i C有控制作用 为随iB不同而不同的一族曲线。,当vCE1V后, 集电极已能收集几乎所有扩散到基区的电子， iC不再随vCE的明显；,共射极连接,截止区,iB=0，i C= ICEO 0,称为BJT截止。C、E两点相当于开关断开。,(2) 放大区,iC不再随vCE 而 恒流特性,又i C= iB 电流控制作用,e

7、结正偏、c结反偏,输出特性曲线分三个区域,体现为一族平行线。,发射结反偏或Vth,iC 对 iB 做线性放大,共射极连接,(3) 饱和区,在放大区，iB iC vCE 当vCE 至vCE vBE时，,e结、c结均正偏，iC 不再随iB 而，趋于饱和值ICS,体现对不同iB， iC曲线基本重合。,此时vCE= VCES 饱和管压降 称为BJT饱和导通， C、E间相当于开关闭合,此时不存在iC= iB,共射极连接,但iC明显受vCE的影响，随vCE而,在模拟电路中，BJT工作在放大区；（线性放大小信号） 在数字电路中，BJT工作在截止区、饱和区（做数字开关）。,BJT工作在截止区，C、E间相当于开

8、关断开； BJT工作在饱和区， C、E间相当于开关闭合。,数字开关：,解：（1）A （2）C （3）C （4）B,1、选择正确答案填入空内。 （1）PN结加正向电压时，空间电荷区将 。 A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽 （2）设二极管的端电压为U，则二极管的电流方程是 。 A. ISeU B. C. （3）稳压管的稳压区是其工作在 。 A. 正向导通 B.反向截止 C.反向击穿 （4）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为 。 A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏 C. 前者正偏、后者也正偏,2、电路如图所示，晶体管导通时UBE0.7V，=50。试分析uI为0

9、V、1V、2V三种情况下T的工作状态及输出电压uO的值。,解：（1）当uI0时，T截止，uO12V。,A,所以T处于放大状态。,（2）当uI1V时，因为,（3）当uI2V时，因为,所以T处于饱和状态。,而实际上,3、分别判断图所示各电路中晶体管是否有可能工作在放大状态。,可能,可能,不能,（d）不能，T的发射结会因电流过大而损坏。,可能,作业,模电五版：P185 4.1.1、4.1.2、4.2.3,(1) 共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const.,1. 电流放大系数,4.1.4 BJT的主要参数,与iC的关系曲线,(2) 共发射极交流电流放大系数

10、=iC/iBvCE=const.,1. 电流放大系数,(3) 共基极直流电流放大系数 =（ICICBO）/IEIC/IE,(4) 共基极交流电流放大系数 =iC/iEvCB=const.,当ICBO和ICEO很小时， 、 ，可以不加区分。,4.1.4 BJT的主要参数,2. 极间反向电流,(1) 集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。,4.1.4 BJT的主要参数,(2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO,ICEO=（1+ ）ICBO,4.1.4 BJT的主要参数,2. 极间反向电流,(1) 集电极最大允许电流ICM,(2) 集电极最大允许功率损耗PCM,PCM= ICVCE,3. 极限参数,4.1.4 BJT的主要参数,3. 极限参数,4.1.4 BJT的主要参数,(3) 反向击穿电压, V(BR)CBO发射极开路时的集电结反 向击穿电压。, V(BR) EBO集电极开路时发射结的反 向击穿电压。, V(BR)CEO基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。,几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO,4.1.5 温度对BJT参数及特性的影