第2章ch1双极型三极管.ppt

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1、第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路又称半导体又称半导体三极管、三极管、晶体管，或简称为三极管。晶体管，或简称为三极管。(Bipolar Junction Transistor 或或BJT)三极管的外形如下图所示。三极管的外形如下图所示。三极管按结构分有两种类型：三极管按结构分有两种类型：NPN型型和和 PNP 型。型。这这里主要以里主要以 NPN 型为例进行讨论。型为例进行讨论。图图 2.1三极管的外形和管脚排列三极管的外形和管脚排列2.1.1双极型三极管双极型三极管第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路一、三极管的结构一、三极管的结构国

2、产的三极管，目前最常见的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。国产的三极管，目前最常见的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。图图2.2三极管的结构三极管的结构(a)平面型平面型(NPN)(b)合金型合金型(PNP)NecNPb二氧化硅二氧化硅becPNPe 发射极，发射极，b 基 极，基 极，c 集电极。集电极。第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路图图 2.3 NPN 型型三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号ecb符号符号集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 eNNP第第2章章 半导体三极管及基本放大电路

3、半导体三极管及基本放大电路集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c发射极发射极 e基极基极 bcbe符号符号NNPPN图图 2.4 PNP 型型三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路以以 NPN 型三极管为例讨论型三极管为例讨论图图2.5三极管中的两个三极管中的两个 PN 结结cNNPebbec表面看表面看若要使三极若要使三极管实现放大，必管实现放大，必须由须由三极管的内三极管的内部结构部结构和和外部所外部所加电源的极性加电源的极性两两方面的条件方面的条件来保来保证。证。不具备不具备放大作用放

4、大作用2.1.2三极管的电流分配与放大原理三极管的电流分配与放大原理第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路三极管内部结构要求：三极管内部结构要求：NNPebcN N NP P P1.发射区高掺杂。发射区高掺杂。2.基区做得很薄基区做得很薄。通常只有。通常只有几微米到几十微米，而且几微米到几十微米，而且掺杂较掺杂较少少。三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使：外加电源的极性应使发射发射结处于正向偏置结处于正向偏置，而，而集电结处于反向偏置集电结处于反向偏置状态。状态。3.集电结面积大。集电结面积大。第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管

5、及基本放大电路becRcRb三极管中载流子运动过程三极管中载流子运动过程I EIB1.发射发射发射区的发射区的电子越过发射结扩散到电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散基区，基区的空穴扩散到发射区到发射区形成发射极形成发射极电流电流 IE(基区多子数目较基区多子数目较少，空穴电流可忽略少，空穴电流可忽略)。2.复合和扩散复合和扩散电子电子到达基区，少数与空穴复到达基区，少数与空穴复合形成基极电流合形成基极电流 Ibn，复合复合掉的空穴由掉的空穴由 VBB 补充补充。多数电子在基区继续扩多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。散，到达集电结的一侧。图图 2.6三极管中载流子的运动三极管中载流

6、子的运动第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路becI EI BRcRb三极管中载流子运动过程三极管中载流子运动过程3.收集收集集电结反偏，集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流电子而形成集电极电流 Icn。其能量来自外接电源其能量来自外接电源 VCC。I C另外，集电区和基区的另外，集电区和基区的少子在外电场少子在外电场VCC的作用下的作用下将（被吸引过来）进行漂移将（被吸引过来）进行漂移运动而形成运动而形成反向反向饱和电流饱和电流，用用ICBO表示表示。ICBO图图 2.7三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动第第2章章

7、 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路beceRcRbIEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBO ICn IE=ICn+IBn+ICEO 一般要求一般要求 ICn 在在 IE 中占的比例尽量大。而中占的比例尽量大。而二者之比定义为二者之比定义为共基极共基极直流电流放大系数直流电流放大系数，即，即ECnII 一般可达一般可达 0.95 0.99三极管的电流分配关系（动画）三极管的电流分配关系（动画）第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路三个极的电流之间满足节点电流定律，即三个极的电流之间满足节点电流定律，即IE=IC+IB定义共发

8、射极直流电流放大倍数：定义共发射极直流电流放大倍数：第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路BCEIII BC II BE)1(II 表一：一组三极管电流关系典型数据表一：一组三极管电流关系典型数据IB/mA -0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05IC/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91 IE/mA 0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.961.任何一列电流关系符合任何一列电流关系符合 IE=IC+IB，IB IC 0 时的输入特性曲线时的输入特性曲线当当 UCE 0 时，这个电压

9、有利于将发射区扩散到基区的时，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。电子收集到集电极。UCE UBE，三极管处于放大状态。，三极管处于放大状态。*特性右移特性右移(因集电因集电结开始吸引电子结开始吸引电子)V2CE UV/BEUO0CE UIB/AUCE 1 时的输入特性具有实用意义。时的输入特性具有实用意义。IBUCEICVCCRbVBBcebRCV-V-A-mAUBE*UCE 1 V，特，特性曲线重合。性曲线重合。三极管共射特性曲线测试电路三极管共射特性曲线测试电路三极管的输入特性三极管的输入特性第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路NPN 三极管的

10、输出特性曲线三极管的输出特性曲线IC/mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321划分三个区：截止区、划分三个区：截止区、放大区和饱和区。放大区和饱和区。截止区截止区放放大大区区饱饱和和区区放放大大区区1.截止区截止区IB 0 的的区域。区域。两个结都处于反向偏两个结都处于反向偏置。置。IB=0 时，时，IC=ICEO。硅管约等于硅管约等于 1 A，锗管，锗管约为几十约为几十 几百微安。几百微安。截止区截止区截止区截止区二、输出特性二、输出特性第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路2.放大区：放大区：条件：条件：发射结正偏

11、发射结正偏集电结反偏集电结反偏特点特点：各条输出特性曲各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平线，线比较平坦，近似为水平线，且等间隔。且等间隔。二、输出特性二、输出特性IC/mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321放放大大区区集电极电流和基极电流集电极电流和基极电流体现放大作用，即体现放大作用，即BC II 放放大大区区放放大大区区对对 NPN 管管 UBE 0，UBC 0 UBC 0。特点特点：IC 基本上不随基本上不随 IB 而变化，在饱和区三极管失而变化，在饱和区三极管失去放大作用。去放大作用。I C IB。当当 UCE=UBE，即，即 UC

12、B=0 时，称时，称临界饱和临界饱和，UCE UBE时称为时称为过饱和过饱和。饱和管压降饱和管压降 UCES 0.4 V(硅管硅管)，UCES 0.2 V(锗管锗管)饱饱和和区区饱饱和和区区饱饱和和区区第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路一、电流放大系数一、电流放大系数三极管的主要参数三极管的主要参数ICIE+C2+C1VEEReVCCRc(b)共基极接法共基极接法VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+(a)共发射极接法共发射极接法（表征管子放大作用的参数）（表征管子放大作用的参数）1.共射电流放大系数共射电流放大系数 第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导

13、体三极管及基本放大电路二、极间反向电流二、极间反向电流1.集电极和基极之间的反向饱和电流集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO2.集电极和发射极之间的反向饱和电流集电极和发射极之间的反向饱和电流 ICEO(a)ICBO测量电测量电路路(b)ICEO测量电测量电路路ICBOceb AICEO Aceb 小功率锗管小功率锗管 ICBO 约为几微约为几微安；硅管的安；硅管的 ICBO 小，有的为纳小，有的为纳安数量级。安数量级。当当 b 开路时，开路时，c 和和 e 之间的电流。之间的电流。CBOCEO)1(II 值愈大，则该管的值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。也愈大。右图右图:反向饱和电流的

14、测量电路反向饱和电流的测量电路第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路 因为因为ICBO 和和ICEO 都是由少数载流子的运都是由少数载流子的运动形成的动形成的,所以对温度比较敏感所以对温度比较敏感.当温度升高时当温度升高时 ICBO 和和ICEO 都将急剧地增大都将急剧地增大.选用三极管时选用三极管时,要求三极管的反向饱和电流要求三极管的反向饱和电流ICBO 和穿透电流和穿透电流ICEO 尽可能小些尽可能小些,这两个参数的这两个参数的值愈小值愈小,表明三极管的质量愈好表明三极管的质量愈好.第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路三、三、极限参数

15、极限参数1.集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM 当当 IC 过大时，三极管的过大时，三极管的 值要减小。在值要减小。在 IC=ICM 时，时，值下降到额定值的三分之二。值下降到额定值的三分之二。2.集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率 PCM过过损损耗耗区区安安全全 工工 作作 区区 将将 IC 与与 UCE 乘积等于乘积等于规定的规定的 PCM 值各点连接起值各点连接起来，可得一条双曲线。来，可得一条双曲线。ICUCE PCM 为过损耗区为过损耗区ICUCEOPCM=ICUCE安安全全 工工 作作 区区安安全全 工工 作作 区区过过损损耗耗区区过过损损耗耗区区三极管的安全工

16、作区三极管的安全工作区第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路3.极间反向击穿电压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。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：基极开路时，集电极和发射极之间时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。的反向击穿电压。U(BR)CBO：发射极开：发射极开路时，集电极和基极之间路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。的反向击穿电压。安全工作区安全工作区同时要受同时要受 PCM、ICM 和和U(BR)CEO限制。限制。过过电电压压ICU(BR)CEOUCEO过过损损耗耗区区安安全全 工工 作作 区区ICM过流区过流区三极管的安全工作区三极管的安全工作区第第2章章 半导体三极管及基本放大电路半导体三极管及基本放大电路*三极管的选用原则三极管的选用原则1.1.必须保证三极管工作在安全区必须保证三极管工作在安全区.2.2.当输入信号频率高时当输入信号频率高时,应选用高频管或超高频管应选用高频管或超高频管;若若用于开关电路用于开关电路,应选用开关管应选用开关管.3.3.当要求反向电流小当要求反向电流小