半导体三极管

1、第三节 半导体三极管 一、三极一、三极管的结构管的结构与分类与分类 NPN NPN 型型PNP PNP 型型 E C B E C B 1 1晶体管的电流放大原理晶体管的电流放大原理 结构特点：结构特点： 发射区的掺杂浓度最高；发射区的掺杂浓度最高； 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大； 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且 掺杂浓度最低。掺杂浓度最低。 管芯结构剖面图管芯结构剖面图 2 2三极管的外形结构三极管的外形结构 3 3三极管的电流分配与放大作用三极管的电流分配与放大作用 UBB RB UCC RC 晶体管

2、实现电流放大作用的晶体管实现电流放大作用的 发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 共射极放大电路共射极放大电路 EB RB B E C EC RC PNP ：VCVBVBVE U UCC CC R RC C U UBB BB R RB B I IE E I IC C I IB B 三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程 1. 1. 发射区向基区注入电子的过程发射区向基区注入电子的过程 2. 2. 电子在基区的扩散和复合过程电子在基区的扩散和复合过程 3. 3. 集电区收集电子的过程集电区收集电子的过程 I IC C I IB B U UCC CC R RC C U UBB

3、 BB R RB B a. a. 发射区向基区扩散电子发射区向基区扩散电子, ,形成发射极电流形成发射极电流I IE E b. b. 基区向发射区扩散空穴基区向发射区扩散空穴, ,形成空穴电流形成空穴电流 I IC C I IB B I IE E 因为发射区的掺因为发射区的掺 杂浓度远大于基杂浓度远大于基 区浓度，区浓度，空穴电空穴电 流可忽略不记。流可忽略不记。 U UCC CC R RC C U UBB BB R RB B I IC C I IB B I IE E c. c. 基区电子的扩散和复合基区电子的扩散和复合, ,形成形成I IB B U UCC CC R RC C U UBB B

4、B R RB B I IC C I IB B I IE E d. d. 集电区收集从发射区扩散过来的电子集电区收集从发射区扩散过来的电子, ,形成发形成发 射极电流射极电流I IC C e. e. 集电区、基区少子相互漂移集电区、基区少子相互漂移I ICBO CBO 少子漂移形成反少子漂移形成反 向饱和电流向饱和电流ICBO 集电区少子空集电区少子空 穴向基区漂移穴向基区漂移 基区少子电子基区少子电子 向集电区漂移向集电区漂移 少子漂移形成反少子漂移形成反 向饱和电流向饱和电流I ICBO CBO 集电区少子空集电区少子空 穴向基区漂移穴向基区漂移 基区少子电子基区少子电子 向集电区漂移向集电

5、区漂移 晶体管的电流分配关系动画演示晶体管的电流分配关系动画演示 由于发射结处正偏，发射区的多数载流子自由电子将不由于发射结处正偏，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，形成发射极电断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电 流流I IE E。 由于基区很薄，且多数载流子浓度又很低，所以从发射极由于基区很薄，且多数载流子浓度又很低，所以从发射极 扩散过来的电子只有很少一部分和基区的空穴相复合形成基扩散过来的电子只有很少一部分和基区的空穴相复合形成基 极电流极电流I IB B，剩下的绝大部分电子则都扩散到了集电结边缘。，剩下的绝大部分电子则都扩散到了集电结

6、边缘。 集电结由于反偏，可将从发射区扩散到基区并到达集电集电结由于反偏，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区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流I IC C。 只要三极管符合基区很薄、低掺杂，发射区高掺杂，只要三极管符合基区很薄、低掺杂，发射区高掺杂， 发射结面积远小于集电结面积的发射结面积远小于集电结面积的内部条件内部条件，再加上发，再加上发 射结正偏、集电结反偏的射结正偏、集电结反偏的外部条件外部条件，三极管就具有了，三极管就具有了 放大电流的能力。放大电流的能力。 3. 集电区收集电子的过程集电区收集电子的过程 1. 发射区向基区

7、扩散电子的过程发射区向基区扩散电子的过程 2. 电子在基区的扩散和复合过程电子在基区的扩散和复合过程 IB(mA) IC(mA) IE(mA) 00.02 0.040.06 0.080.10 0.001 0.701.502.303.103.95 1V 1V的特的特 性曲线性曲线 (2) (2) 输出特性曲线输出特性曲线 先把先把IB调到调到 某一固定值某一固定值 保持不变。保持不变。 当输入回路电流当输入回路电流I IB B一定时，输出回路中的电流一定时，输出回路中的电流 I IC C与管子输出端电压与管子输出端电压U UCE CE 之间的关系曲线称为输出特性 之间的关系曲线称为输出特性 。

8、然后调节然后调节UCC使使UCE从从0增增 大，观察毫安表中大，观察毫安表中IC的变的变 化并记录下来。化并记录下来。 UCE UBB UCC RC RB IC IB UBE mA A IE 根据记录可给出根据记录可给出I IC C随随U UCE CE 变化的伏安特性曲线，此曲变化的伏安特性曲线，此曲 线就是三极管的线就是三极管的输出特性输出特性曲曲 线。线。 IB UCE / V IC /mA 0 () | B CCEI If U 常数 UBB UCC RC RB IC IB UBE mA A IE 再调节再调节IB至至 另一稍小的另一稍小的 固定值上保固定值上保 持不变。持不变。 仍然调节

9、仍然调节UCC使使UCE从从0增增 大，继续观察毫安表中大，继续观察毫安表中IC 的变化并记录下来。的变化并记录下来。 UCE UCE / V IC /mA 0 IB IB1 IB2 IB3 IB=0 输出曲线开始部分很输出曲线开始部分很 陡，说明陡，说明IC随随UCE的增的增 加而急剧增大。加而急剧增大。 当当UCE增至一定数值时增至一定数值时(一般小于一般小于1V) ，输出特性曲线变得平坦，表明，输出特性曲线变得平坦，表明IC基基 本上不再随本上不再随UCE而变化。而变化。 当当I IB B一定时，从发射区一定时，从发射区 扩散到基区的电子数大致扩散到基区的电子数大致 一定。当一定。当U

10、UCE CE超过 超过1V1V以后，以后， 集电极电流集电极电流I IC C基本不变，基本不变， 体现出体现出恒流特性恒流特性。 UCE / V IC /mA 0 20 A IB=0 40 A 60 A IB=100 A 80 A 4 3 2 1 1.5 2.3 当当I IB B增大时，相应增大时，相应I IC C也也 增大，输出特性曲线上移，增大，输出特性曲线上移， 且且I IC C增大的幅度比对应增大的幅度比对应I IB B 大得多。这一点正是三极大得多。这一点正是三极 管的管的电流放大作用电流放大作用。 从输出特性曲线可求出三极管的电流放大从输出特性曲线可求出三极管的电流放大 系数系数：

11、 IB=40 A IC UCE / V IC /mA 0 20 A IB=0 40 A 60 A IB=100 A 80 A 4 3 2 1 1.5 2.3 输出特性曲线上一般可分为三个区：输出特性曲线上一般可分为三个区： 饱和区饱和区。当。当发射结和集发射结和集 电结均为正向偏置电结均为正向偏置时，时， 三极管处于饱和状态。三极管处于饱和状态。 IC不受不受IB控制，只受控制，只受 UCE（UCE I ICM CM时，晶体管不一定烧 时，晶体管不一定烧 损，但损，但值明显下降。值明显下降。 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗P PCM CM CM P 三极管上的功三极管上的功 耗超过耗超过

12、P PCM CM，管 ，管 子将损坏。子将损坏。 ：集电结允许损耗功率的最大值。：集电结允许损耗功率的最大值。 1. 1. 温度升高，输入特性曲线温度升高，输入特性曲线向左移。向左移。 温度每升高温度每升高 1010 C C，I ICBO CBO 约增大 约增大 1 1 倍。倍。 BE u B i O O T T2 2 T T1 1 三极管的温度特性三极管的温度特性 温度每升高温度每升高 1 1 C C，U UBE BE (2 (2 2.5) mV 2.5) mV。 (1) (1) 温度对温度对 的影响的影响 温度升高，电流放大系数温度升高，电流放大系数 值增大，使输出特性曲线之值增大，使输出

13、特性曲线之 间的间隔变宽，从而使集电极电流间的间隔变宽，从而使集电极电流I IC C增加。增加。 (2) (2) 温度对温度对I ICBO CBO的影响 的影响 温度升高，温度升高， I ICBO CBO按指数规律增大，使集电极电流 按指数规律增大，使集电极电流I IC C增增 加。加。 CBCEO III BE u B i O O T T2 2 T T1 1 2. 2. 温度升高，输出特性曲线温度升高，输出特性曲线向上移。向上移。 温度每升高温度每升高 1 1 C C， (0.5 (0.5 1)% 1)%。 输出特性曲线间距增大输出特性曲线间距增大 综合，综合，温度升高时温度升高时，由于，由

14、于I ICEO CEO、 、 增大，且输入增大，且输入 特性左移，所以导致特性左移，所以导致集电极电流集电极电流i iC C增大增大。 iC uCE T1 iB = 0 T2 iB = 0 iB = 0 O 半导体三极管的型号半导体三极管的型号（补充）（补充） 国家标准对半导体三极管的命名如下： 3 D G 110 B 用字母表示同一型号中的不同规格 用数字表示同种器件型号的序号 用字母表示器件的种类 用字母表示材料 三极管 第二位：A表示锗PNP管、B表示锗NPN管、C表示硅PNP管、 D表示硅NPN管 第三位：X表示低频小功率管、D表示低频大功率管、G表 示高频小功率管、A表示高频小功率管、K表示开关管。 三极管的选用原则与使用注意事项三极管的选用原则与使用注意事项 所加电压极性必须正确所加电压极性必须正确 电路在工作中，均须防止三极管的电流、电压超出最大电路在工作中，均须防止三极管的电流、电压超出最大 极限值，不得有两项或两项以上参数同时达到极限值，极限值，不得有两项或两项以上参数同时达到极限值， 管子必须工作在安全区，还需注意满足规定的散热要求。管子必须工作在安全区，还需注意满足规定的散热要求。 同型号的管子，应选