郑州大学模电1.3-BJ.ppt

1.3 晶体三极管 双极型三极管：Bipolar Junction Transistor 只有一种极性的载流子参与导电. 三 极 管 有两种极性的载流子参与导电. 单极型三极管 (场效应管)：Field Effect Transistor 按工作频率分：高频管、低频管 按功率分：小、中、大功率管 按材料分：硅管、锗管 按结构分：NPN型、PNP型 BJT的类型： 一、BJT的结构和工作原理 二、BJT的静态特性曲线 三、BJT的主要参数 四、BJT的交流小信号模型 晶体三极管又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管 1.3.1 三极管的结构 硅平面管 平面型(NPN) N e c N P b 二氧化硅 e 发射极 b基极 c 集电极 三极管结构示意图和符号 (a)NPN 型 e c b 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 e N N P 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 c b e 符号 N NP P N 三极管结构示意图和符号 (b)PNP 型 re BJT由两个PN结和三个电极构成 + NPN管比PNP管应用更广泛，特别在一般的半导体集成 电路中，NPN管性能优于PNP管，故重点讨论NPN管。 基区 发射区集电区 发射结 集电结 发射极 基极 集电极 注意区分两者的符号 箭头方向表示电 流的实际方向 BJT结构特点： （1）发射区的高掺杂； （2）基区很薄，且掺杂浓度很低(几微米至几十微米); （3）集电区面积很大. 管芯结构剖面图 发射区 基区 集电区 + 是BJT具有电流放大作用的内部因素。 BJT的放大偏置 1、什么叫放大偏置？ 放大偏置“发射结正偏、集电结反偏” P P N N P P b c e + - + - UBE UCE b c e iC ie ib + - + - UBE UCE b c e iC ie ib N N P P N N b c e 2、放大偏置时BJT三个电极电位之间的关系： 识别管脚和判断管型的依据 是BJT具有电流放大作用的外部因素 例 ：测得放大电路中的某只晶体管三个管脚 对机壳的电压如图所示：试判断该管管脚对应 的电极，该管的类型及材料。 0.1V 0.78V -11.5V 1、基极电位UB居中（可先识别基极）； 3、NPN管各极的电位关系：UCUBUE； PNP管各极的电位关系：UCUBUE； PNP管各极的电位关系：UC 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) O IB/A UCE 1 时的输入特性具有实用意义 IB UCE IC VCC Rb VBB c e b RC V + V + A + + mA UBE * UCE 1 V，特 性曲线几乎重合 三极管的输入特性 二、输出特性 NPN 三极管的输出特性曲线 IC / mA UCE /V 100 A 80A 60 A 40 A 20 A IB = 0 O 5 10 15 4 3 2 1 划分三个区：截止区 、放大区和饱和区。 截止区 放 大 区 饱 和 区 放 大 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。 截止区截止区 2. 放大区： 条件：发射结正偏 集电结反偏 特点：各条输出特性曲 线比较平坦，近似为水平线 ，且等间隔。 IC / mA UCE /V 100 A 80A 60 A 40 A 20 A IB =0 O 5 10 15 4 3 2 1 放 大 区 微小的基极电流变化能 引起较大的集电极电流变化 ，体现了管子的放大作用， 即 放 大 区 放 大 区 对 NPN 管 UBE 0，UBC 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 PCM 为过损耗区 IC UCE O PCM = ICUCE 安 全 工 作 区 安 全 工 作 区 过 损 耗 区 过 损 耗 区 三极管的安全工作区 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 过 电 压 IC U(BR)CEO UCE O 过 损 耗 区 安 全 工 作 区 ICM 过流区 三极管的安全工作区 常用作选取BJT集电极电源 电压的依据。 f0 共射截止频率f： 特征频率fT：（BJT最重要的频率参数） =1时对应的频率，与结电容有关。 fT 1 f 应用BJT时，工作频率应远小于fT 。 由于结电容的影响，频率较高时BJT的值会随频率而变化： 时对应的频率。 0BJT的直流(低频)电流放大系数。 4、BJT的频率参数： PNP 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，外加电源的极性与 NPN 正好相反。 三极管外加电源的极性 (a) NPN 型 VCC VBB RC Rb N N P + + uo ui (b) PNP 型 VCC VBB RC Rb + + uo ui PNP 三极管电流和电 压实际方向。 UCE UBE + + IE IB IC e b C UCE UBE (+) () IE IB IC e b C (+) () PNP 三极管各极电流 和电压的规定正方向。 PNP 三极管中各极电流实际方向与规定正方向一致。 电压(UBE、UCE)实际方向与规定正方向相反。计算中 UBE 、UCE 为负值；输出特