《md04半导体三极管》PPT课件.ppt

第4次课 半导体三极管,主要内容 三极管的结构 三极管的放大作用和载流子的运动 三极管的特性曲线 三极管的主要特性及应用 三极管的主要参数 基本要求 了解三极管的结构特点 理解三极管的电流放大作用 掌握三极管的输出特性曲线及其三个工作区 理解三极管的电流分配关系 掌握三极管的主要特性及应用 了解三极管的主要参数 重点难点,半导体三极管,别称双极结型三极管（BJT）、双极型三极管、晶体管、三极管 分类 按结构分 NPN型 PNP型 按材料分 硅三极管 锗三极管 按功率大小分 大功率管 小功率管 按工作频率分 高频管 低频管,集电极,一、三极管的结构,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,制作工艺 在N 型硅片(集电区)的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（发射区）； 引出三个电极即可。 问题 各区掺杂浓度的差异？ 各区厚度的差异？ PN 结面积的差异？,一、三极管的结构,N 型半导体P 型半导体,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,一、三极管的结构,结构示意图（NPN 型） 结构 三区 三极 两结 结构特点 基区很薄 发射区高掺杂 集电结面积大 符号 箭头方向表示发射结正偏时电流方向 问题 发射极和集电极可否互换？ 结构特点与功能的关系？,结构示意图（PNP 型）,一、三极管的结构,一、三极管的结构,外形,为什么有孔？,集电极,二、三极管的放大作用和载流子的运动,三极管实现放大所需条件 三极管中载流子的运动 三极管的电流分配关系,1、三极管实现放大所需条件,三极管中的两个PN结 三极管可以看成两个背靠背的二极管； 将三极管接成二极管使用; 表面看，三极管不具备放大作用。,三极管实现放大所需条件 内部结构条件 外部条件 发射结正偏 集电结反偏 外部条件具体化 NPN 管： UCUB UE PNP 管： UCUB UE,2、三极管中载流子的运动,发射 发射结正偏，发射区的电子越过发射结到达基区，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)。 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VBB 补充。 多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。 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VCC 。 集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流，用ICBO表示。,IEp,ICBO,IE,IC,IB,IEn,IBn,ICn,3、三极管的电流分配关系,IC = ICn + ICBO,IE = ICn + IBn + IEp = IEn+ IEp,一般要求ICn 在IE 中占的比例尽量大，而二者之比称共基直流电流放大系数，即,一般可达 0.95 0.99,三个极的电流之间满足节点电流定律，即,得,其中,共射直流电流放大系数,3、三极管的电流分配关系,整理化简，得,上式中的后一项常用 ICEO 表示，ICEO 称穿透电流。,当 ICEO IC 时，忽略 ICEO，则由上式可得,共射直流电流放大系数 近似等于 IC 与 IB 之比。一般约为几十几百。 若将发射极和集电极对换，则反0.05。,3、三极管的电流分配关系,则,任何一列电流关系符合,一组三极管电流关系典型数据,3、三极管的电流分配关系,电流放大作用当 IB 有微小变化时， IC 有较大变化。 共射电流放大倍数 共基电流放大倍数,反向饱和电流ICBO,第一列数据中，IE = 0 时， ICBO = IC = 0.001mA。,穿透电流ICEO,第二列数据中， I B = 0时，IC = ICEO = 0.01mA 。,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。,3、三极管的电流分配关系,三极管的三种基本组态,(c) 共集电极接法 （CC）,(a) 共基极接法 （CB）,(b) 共发射极接法 （CE）,+ UCE -,三、三极管的特性曲线,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；或用晶体管 特性图示仪测量。,UCE,实验室：三极管共射特性曲线测试电路,输入特性：,输出特性：,+ UCE -,+ UCE -,UBE,1、输入特性,当 UCE = 0 时，基极和发射极之间 相当于两个 PN 结并联。,UCE =0 时的输入特性曲线 电路 等效电路 输入特性曲线,两个二极管并联后的正向伏安特性。,1、输入特性,UCE0 时的输入特性曲线 电路 UCE 0 有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极 基区电子和空穴的复合减少 输入特性曲线 右移 UCE1V时的输入特性曲线重合,2、输出特性,NPN 三极管的输出特性曲线,截止区 工作条件 发射结反偏 集电结反偏 工作模式 截止模式 IB 0 IC 0 等效电路模型 三极管输出端近似开关断开,放 大 区,2、输出特性,NPN 三极管的输出特性曲线,放大区 工作条件 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； 等间隔； 具有电流放大作用。 等效电路模型 受控电流源 受基极电流控制 电流控制型器件,2、输出特性,NPN 三极管的输出特性曲线,饱和区 工作条件 发射结正偏 集电结正偏 特点 IC 基本上不随 IB 而变化； 失去电流放大作用； I C IB 等效电路模型 0.20.3V恒压源 近似看成开关闭合,四、三极管的主要特性及应用,开关特性 开关特性 发射结、集电结都反偏，三极管截止，相当于开关断开 发射结、集电结都正偏，三极管饱和，相当于开关闭合 应用：开关器件 放大特性 放大特性 发射结正偏、集电结反偏 当基极电流有一个微小变化，相应的集电极电流有较大变化。 应用：放大器件 恒流特性 恒流特性：在放大区，若iB不变，则iC不随uCE的变化而变化。 应用：恒流源 温度特性,温度特性 温度对参数的影响 温度对ICBO的影响温度每升高10，ICBO约增加一倍。 温度对 的影响温度每升高1， 值约增大0.5%1%。 温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响 提高 温度对输出特性曲线的影响 水平上移 间距有所增大 应用：温度补偿三极管,四、三极管的主要特性及应用,电流放大系数 反向饱和电流 极限参数,五、三极管的主要参数,1）共射电流放大系数 ,2）共射直流电流放大系数,忽略穿透电流 ICEO 时，,3）共基电流放大系数 ,4）共基直流电流放大系数,忽略反向饱和电流 ICBO 时，, 和 这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：,1、电流放大系数,表征管子放大作用的参数。,2、反向饱和电流,值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。,集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO 测量电路 大小 小功率锗管几微安 硅管纳安量级 集电极和发射极之间的反向饱和电流 ICEO 当 b 开路时， c 和 e 之间的电流 测量电路 反向饱和电流间