半导体三极管分享

三极管也叫双极型晶体管,1.3 半导体三极管,1.3.1结构与符号,由三层半导体、两个PN结构成,由两块N型半导体中间夹着一块P型半导体的管子称为NPN管。还有一种与它成对偶形式的，即两块P型半导体中间夹着一块N型半导体的管子，称为PNP管。晶体管制造工艺上的特点是：发射区是高浓度掺杂区，基区很薄且杂质浓度底，集电结面积大。这样的结构才能保证晶体管具有电流放大作用。,基极,发射极,集电极,晶体管有两个结,晶体管有三个区,晶体管有三个电极,三层半导体材料构成NPN型、PNP型,发射极 E,基极 B,集电极 C,发射结,集电结, 基区, 发射区, 集电区,emitter,base,collector,NPN 型,各区主要作用及结构特点： 发射区：作用：发射载流子 特点：掺杂浓度高 基区：作用：传输载流子 特点：薄、掺杂浓度低 集电区：作用：接收载流子 特点：面积大,符号,按材料分： 硅管、锗管 按结构分： NPN、 PNP 按使用频率分： 低频管、高频管 按功率分： 小功率管 1 W,PNP 型,二、类型,基极,发射极,集电极,NPN型,符号：,NPN型三极管,PNP型三极管,1. 3. 2 电流分配和放大原理,1. 三极管放大的外部条件,发射结正偏、集电结反偏,PNP 发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVB,从电位的角度看： NPN 发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVB,晶体管放大的条件,1.内部条件,发射区掺杂浓度高,基区薄且掺杂浓度低,集电结面积大,2.外部条件,发射结正偏,集电结反偏,晶体管的电流分配和放大作用,实验电路,电路条件: ECEB 发射结正偏 集电结反偏,2. 各电极电流关系及电流放大作用,结论:,1）三电极电流关系 IE = IB + IC 2） IC IB ， IC IE 3） IC IB,把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。 实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化。,晶体管的电流放大原理：,1、发射区向基区扩散电子的过程： 由于发射结处于正向偏置，发射区的多数载流子自由电子将不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。,2、电子在基区的扩散和复合过程： 由于基区很薄，其多数载流子空穴浓度很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少一部分和基区空穴复合，剩下的绝大部分都能扩散到集电结边缘。,实验表明： IC比IB大数十至数百倍，因而IB虽然很小，但对IC有控制作用，IC随IB的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极电流具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。,3、集电区收集从发射区扩散过来的电子过程： 由于集电结反向偏置，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流IC。,基区空穴向发射区的扩散可忽略。,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。,进入P 区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE ，多数扩散到集电结。,从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。,集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。,IC = ICE+ICBO ICE,IB = IBE- ICBO IBE,ICE 与 IBE 之比称为共发射极电流放大倍数,集射极穿透电流, 温度ICEO,(常用公式),若IB =0, 则 IC ICE0,1.3.3 特性曲线,即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。,为什么要研究特性曲线： 1）直观地分析管子的工作状态 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路,重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线,一、输入特性,输入 回路,输出 回路,与二极管特性相似,特性基本重合(电流分配关系确定),特性右移(因集电结开始吸引电子，同一UBE下IB小),导通电压 UBE,Si 管: (0.6 0.8) V,Ge管: (0.2 0.3) V,取 0.7 V,取 0.2 V,发射极是输入回路、输出回路的公共端,共发射极电路,输入回路,输出回路,测量晶体管特性的实验线路,1. 输入特性,特点:非线性,死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。,正常工作时发射结电压： NPN型硅管 UBE 0.60.7V PNP型锗管 UBE 0.2 0.3V,二、输出特性,1.调整RB使基极电流为某一数值。 2.基极电流不变，调整EC测量集电极电流和uCE 电压。,输出特性,IB=0,20A,放大区,输出特性曲线通常分三个工作区：,(1) 放大区,在放大区有 IC= IB ，也称为线性区，具有恒流特性。,在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。,（2）截止区,IB 0 以下区域为截止区，有 IC 0 。,在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。,饱和区,截止区,（3）饱和区,当UCE UBE时，晶体管工作于饱和状态。 在饱和区，IB IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。 深度饱和时， 硅管UCES 0.3V， 锗管UCES 0.1V。,1.3.4 主要参数,一. 共发射极电流放大系数,直流电流放大系数,交流电流放大系数,当晶体管接成发射极电路时，,表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。,注意：,和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0 较小的情况下，两者数值接近。,常用晶体管的 值在20 200之间。,例：在UCE= 6 V时， 在 Q1 点IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 点IB=60 A, IC=2.3mA。,在以后的计算中，一般作近似处理： =,Q1,Q2,在 Q1 点，有,由 Q1 和Q2点，得,1.集-基极反向截止电流 ICBO,ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。 温度ICBO,2.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEO,ICEO受温度的影响大。 温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。,二、极间反向饱和电流,发射极开路,基极开路,1. 集电极最大允许电流 ICM,（1） 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO,集电极电流 IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 ICM。,当集射极之间的电压UCE 超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR) CEO。基极开路时 C、E极间反向击穿电压。,三、极限参数,2.反向击穿电压,（2）集电极基极反向击穿电压U(BR)CBO 发射极开路时 C、B极间反向击穿电压。,（3）发射极基极反向击穿电压U(BR)EBO 集电极开路时 E、B极间反向击穿电压。,ICUCE=PCM,安全工作区,由三个极限参数可画出三极管的安全工作区,3、 集电极最大允许耗散功耗PCM ：PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。 PC PCM =IC UCE,硅管允许结温约 为150C，锗管约 为7090C。,晶体管参数与温度的关系,1、温度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管优 于锗管。,2、温度每升高 1C，UBE将减小 (22.5)mV， 即晶体管具有负温度系数。,3、温度每升高 1C， 增加 0.5%1.0%。,学习与探讨,晶体管的发射极和集电极是不能互换使用的。因为发射区的掺杂质浓度很高，集电区的掺杂质浓度较低，这样才使得发射极电流等于基极电流和集电极电流之和，如果互换作用显然不行。,晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，UCEUBE，集电结也处于正偏，这时内电场大大削弱，这种情况下极不利于集电区收集从发射区到达基区的电子，因此在相同的基极电流IB时，集电极电流IC比放大状态下要小很多，可见饱和区下的电流放大倍数不再等于。,晶体管的发射极 和集电极能否互 换使用？为什么?,1.3.5 应用实例,晶体管作开关使用的电路如右图所示。试根据输入信号来验证晶体管是否工作在开关状态？,想一想，做一做。,1、开关状态 2、放大状态,解：,说明晶体管处于截止状态,当,时，取,则基极电流,集电极电流,集射极电压,晶体管工作在饱和状态。 故输入信号为幅值达3V的方波时，晶体管工作在开关状态。,1.4 特种半导体器件简介,1.4.1 光敏电阻,光敏电阻有暗电阻、亮电阻和光电流等参数。,（1）暗电阻 光敏电阻在室温下，全暗后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电流，称为暗电流。,(2）亮电阻 光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻。此时流过的电流称为亮电流。,（3）光电流 亮电流与暗电流之差，称为光电流。,1.4.2 热敏电阻,热敏电阻的主要参数有标称电阻值、电阻温度系数和耗散系数等。,（1）标称电阻值R25 热敏电阻在25时的阻值，又称冷阻。标称电阻是阻值的大小由热敏电阻材料和几何尺寸决定。,（2）电阻温度系数 电阻温度系数是指热敏电阻的温度变化1 时其阻值变化率与其值之比，即,（3）耗散系数H 耗散系数是指热敏电阻温度变化1 所耗散的功率。其大小与热敏电阻的结构、形状以及所处介质的种类、状态等有关。,1.4.3 压敏电阻,压敏电阻的主要参数有压敏电压、电压温度系数和非线性系数等。,（1）压敏电压U1mA 压敏电压是指在直流工作电压条件下，压敏电阻中流过规定直流电流时，其两端的端电压。一般规定此直流电流的值为1mA。,（2）电压温度系数u 当通过压敏电阻的电流保持恒定时，温度每变化1电压的相对变化百分比，称为压敏电阻的电压温度系数u。,（3）非线性系数 非线性系数是表征压敏电阻伏安特性非线性程度的一项重要参数。越大越好。越大，表明通过压敏电阻的电流随外加电压的变化越大。,本 章 小 结,光敏电阻、热敏电阻和压敏电阻是三种特殊的半导体器件。常用于温度测量、控制、稳压和过压保护等电路中。,杂质半导体分