《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 UC UB UEPNP管 UC UB 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 IB 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 UCE 0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UCE 1V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 0IC 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 IC IB等效电路模型0 2 0 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的关系 3 极限