模拟电子电路 第1章 常用半导体器件2

1、2021-6-17第3章11.3晶体三极管晶体三极管( (BJT) )1.3.1BJT的结构及类型的结构及类型BJT通常称为晶体三极管，简称为三极管通常称为晶体三极管，简称为三极管或晶体管。或晶体管。1.1.分类：分类：按频率分：有高频管、低频管；按频率分：有高频管、低频管；按功率分：有大、中、小功率管；按功率分：有大、中、小功率管；按材料分：有硅管、锗管。按材料分：有硅管、锗管。其外型如图其外型如图3.1.1所示所示( (实物对照实物对照) )。2021-6-17第3章22021-6-17第3章32021-6-17第3章42.BJT 的结构的结构组成：组成：BJT有两个有两个PNJ，三，三个

2、接触电极，三根引线及其外壳组个接触电极，三根引线及其外壳组成。成。2021-6-17第3章5(2)BJT的制造工艺特点：的制造工艺特点：a.e区掺杂浓度最高，以有效的发射区掺杂浓度最高，以有效的发射载流子；载流子；b.b区掺杂浓度最低且最薄，以有区掺杂浓度最低且最薄，以有效的传输载流子；效的传输载流子；c.c区掺杂浓度适中，面积最大，以区掺杂浓度适中，面积最大，以有效的收集载流子。有效的收集载流子。2021-6-17第3章6(3)NPN型型BJT的结构的结构如图如图P241.3.2所示。所示。发射结发射结集电结集电结(c)(c)电路符号电路符号图图1.3.2 (b)NPN型管的结构示意图型管的

3、结构示意图2021-6-17第3章7(4)PNP型型BJT的结构如下图所示。的结构如下图所示。PNP型型BJT的结构示意图和电路符号的结构示意图和电路符号2021-6-17第3章81.3.2BJT的电流分配关系与放大作用的电流分配关系与放大作用1.BJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程( (运运动规律动规律)()(观看课件观看课件) )为了使为了使BJTe区能有效的发射载流子、区能有效的发射载流子、c区有效的收集载流子，必须具备的条件：区有效的收集载流子，必须具备的条件：发射结正偏集电结反偏发射结正偏集电结反偏2021-6-17第3章9图图1.3.4 BJT内部载流子的运动规律内部载流

4、子的运动规律发射区向基区发射区向基区注入载流子注入载流子载流子在基区的载流子在基区的扩散与复合扩散与复合集电区收集集电区收集载流子载流子BJT内部载流子的内部载流子的传输过程分三步传输过程分三步( (如图如图P251.3.4所示所示) )：2021-6-17第3章10有上分析可知，有上分析可知，BJT内部有两种载流内部有两种载流子参与导电，故称之为双极型晶体管。子参与导电，故称之为双极型晶体管。 2.三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系以上式子，也适用于三极管纯交流以上式子，也适用于三极管纯交流电流或交直流共存的情况，即：电流或交直流共存的情况，即：BCEOBCIIII CBOCEO)(I

5、I 1BCEIII 2021-6-17第3章11纯交流时：纯交流时：i ei c+ i bi ci b交直流共存时：交直流共存时：i EiC + iB( ie+ IE )( ic+ IC )+( ib+ IB)( ic+ IC )(ib+ IB)+(1+ )ICBO2021-6-17第3章12而且：而且：对同一只晶体管有：对同一只晶体管有： /(1) ：共基极电流放大系数，共基极电流放大系数， IC / IE 2021-6-17第3章13图图1.3.3 基本共射放大电路基本共射放大电路 3.放大作用放大作用晶体管最基本的一种应用，就是把微弱晶体管最基本的一种应用，就是把微弱的电信号加以放大。简

6、单的放大电路如图的电信号加以放大。简单的放大电路如图1.3.3所示。所示。 uBEiBIB + iBiCIC + iCiEIE + iEuOuO iCRLuBE UBB+uI2021-6-17第3章14 综上所述：综上所述：(1)要使晶体管具有放大作用必须要使晶体管具有放大作用必须保证：保证：a. 内部条件：内部条件：e区的掺杂浓度要远区的掺杂浓度要远大于大于b区的掺杂浓度，且区的掺杂浓度，且b区的厚度要很区的厚度要很薄。薄。b. 外部条件：外部条件：eJ正偏，正偏，cJ反偏。反偏。2021-6-17第3章15(2)当晶体管制成之后，晶体管各极当晶体管制成之后，晶体管各极之间的电流关系是确定的

7、：之间的电流关系是确定的：IEIC+IB IC I B+I CEOIB 或或 i EiC + iB2021-6-17第3章164.共发射极连接方式共发射极连接方式(1)(1)三种连接方式：三种连接方式：以三极管的某一个极为公共端可组以三极管的某一个极为公共端可组成三种基本放大电路，即：共基极、共成三种基本放大电路，即：共基极、共发射极、共集电极放大电路，如下图所发射极、共集电极放大电路，如下图所示。示。2021-6-17第3章17基极为公共端基极为公共端输入端输入端输出端输出端2021-6-17第3章18发射极为公共端发射极为公共端输入端输入端输出端输出端2021-6-17第3章19集电极为公

8、共端集电极为公共端输入端输入端输出端输出端2021-6-17第3章201.3.3BJT的共射特性曲线的共射特性曲线晶体管特性曲线的获得有两种方法：晶体管特性曲线的获得有两种方法：一是通过实验测量电路和求点描迹的一是通过实验测量电路和求点描迹的方法，在平面坐标上画出输入输出特性曲方法，在平面坐标上画出输入输出特性曲线；线；另一种方法是利用专用的晶体管特性另一种方法是利用专用的晶体管特性图示仪在示波管上显示出来。图示仪在示波管上显示出来。2021-6-17第3章211.共发射极放大电路的特性曲线共发射极放大电路的特性曲线(1)(1)输入特性曲线输入特性曲线输入特性曲线是描述当输入特性曲线是描述当u

9、CE为某常数为某常数时，时，iB与与uBE之间的关系曲线。其函数关之间的关系曲线。其函数关系可表示为：系可表示为：NPN型管的输入特性曲线如图型管的输入特性曲线如图P271.3.5所所示。示。iB=f(uBE)uCE=C2021-6-17第3章22特点：特点：a.UCE0的一条曲的一条曲线与二极管的正向特性相线与二极管的正向特性相似。似。原因是：原因是：UCE0时，时，集射短路，相当于两个二集射短路，相当于两个二极管并联，极管并联，iB与与uBE的关的关系曲线就成了两个二极管系曲线就成了两个二极管并联的伏安特性曲线。并联的伏安特性曲线。2021-6-17第3章23b.uCE 0，且且uCE逐渐

10、增大时，逐渐增大时，曲线右移；当曲线右移；当uCE 1V以后，各条曲以后，各条曲线重合。线重合。2021-6-17第3章24原因：原因：右移：右移：uCE ，cJ变宽，变宽，b b区宽度区宽度 b b区载流子数区载流子数 复合复合 iB ，要保持，要保持iB的的原值，必须使原值，必须使uBE 。所以曲线右移。所以曲线右移。重合：当重合：当uCE1V以后，以后，b区注入的载区注入的载流子绝大部分被流子绝大部分被cJ收集，收集，uBE再再 ，iB无明无明显变化。曲线几乎重合。显变化。曲线几乎重合。2021-6-17第3章25c.晶体管晶体管BE间的门限电压：间的门限电压：硅管：硅管：0.5V左右，

11、锗管：左右，锗管：0.1V左右。左右。d.晶体管晶体管BE间的工作电压：间的工作电压：硅管：硅管：0.7V左右，锗管：左右，锗管：0.2V左右。左右。2021-6-17第3章26(2)(2)输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲线是描述输出特性曲线是描述当当iB为某常数时为某常数时，uCE与与iC之间的关系曲线。其函数关系可之间的关系曲线。其函数关系可表示为表示为：iC=f(uCE)iB=C2021-6-17第3章27 NPN型管的输特性曲线如图型管的输特性曲线如图P281.3.6所示。所示。图图1.3.6 NPN型管的输出特性曲线型管的输出特性曲线uCE(V)iC (mA)IB2IB3IB4截止

12、区截止区饱饱和和区区IB =0IB1线线性性放放大大区区2021-6-17第3章28 特点：特点：a.当当uCE 0.5V后，后，iC 基本不受基本不受uCE的控制作用，的控制作用，iC基本不变。基本不变。原因：此时，原因：此时，uCE已足够大，已足够大，J内的总内的总场强可把场强可把e区注入到区注入到b区的大部分非平衡载区的大部分非平衡载流子全部拉到流子全部拉到c区，形成区，形成iC；另外，因为；另外，因为iB一定，一定，b区的非平衡载流子数目一定，所区的非平衡载流子数目一定，所以，随着以，随着uCE的增大，的增大，iC基本恒定不变。基本恒定不变。2021-6-17第3章301.3.4BJT

13、的主要参数的主要参数1.电流放大系数电流放大系数a. a. 直流共发电流放大系数：直流共发电流放大系数：ICIBb. b. 交流共发电流放大系数：交流共发电流放大系数：iCi B也就是也就是h参数中的参数中的hfe，由于，由于和和相差不大，通常认为相差不大，通常认为2021-6-17第3章31c. c. 直流共基电流放大系数：直流共基电流放大系数： ICIEd. d. 交流共基电流放大系数：交流共基电流放大系数： i iC Ci i E Ee. e. 共基与共发电流放大系数的关系：共基与共发电流放大系数的关系：(1)， (1 )(1)， (1 )2021-6-17第3章322.极间反向电流极间

14、反向电流(1)集电极基极反向饱和电流集电极基极反向饱和电流ICBOICBO：表示发射极开路时，表示发射极开路时，c、b之间加之间加上一定反向电压时的反向电流。上一定反向电压时的反向电流。如图所示如图所示，为其测量电路。为其测量电路。ICBO一般很小，常温下，小功率硅管约一般很小，常温下，小功率硅管约为为1A，锗管约为，锗管约为10A，ICBO随温度的升高随温度的升高而增大，在温度变化范围大的工作环境中，而增大，在温度变化范围大的工作环境中，应选用硅管。应选用硅管。转转342021-6-17第3章33ICBO 的测量电路的测量电路2021-6-17第3章34(2)集电极发射极反向饱和电流集电极发

15、射极反向饱和电流 ICEO（ 又称之为穿透电流）又称之为穿透电流）ICEO：表示基极开路时，表示基极开路时，c、e之间加之间加上一定反向电压时的集电极电流。上一定反向电压时的集电极电流。如图所如图所示，为其测量电路。示，为其测量电路。ICEOICBOICBO(1)ICBO转转362021-6-17第3章35ICEO 的测量电路的测量电路2021-6-17第3章36通常把通常把ICEO作为判断管子质量的重作为判断管子质量的重要依据，常温下，小功率硅管约为要依据，常温下，小功率硅管约为A级，级，锗管约为锗管约为mA级，和级，和ICBO一样，一样，ICEO也随也随温度的升高而增大，在温度变化范围大温

16、度的升高而增大，在温度变化范围大的工作环境中，应选用硅管。的工作环境中，应选用硅管。2021-6-17第3章373.极限参数极限参数P30(1)(1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICMICM 是指是指BJT 的参数变化不超过允许的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流。当集电极电值时集电极允许的最大电流。当集电极电流超过此值时，管子的性能将显著下降，流超过此值时，管子的性能将显著下降，甚至烧坏管子。甚至烧坏管子。2021-6-17第3章38 (2)集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗( (功功耗耗) ) PCMPCM：表示集电结上允许功率损耗表示集电结上允许功率损耗的最大

17、值。当集电结上的功耗超过此值的最大值。当集电结上的功耗超过此值时，管子的性能变坏或烧坏管子。因为时，管子的性能变坏或烧坏管子。因为PCMiC uCE2021-6-17第3章39图图1.3.7 晶体管的极限参数晶体管的极限参数安全工作区安全工作区过过损损耗耗区区PCE=iCuCE由上式可在输出特性曲线上画出管由上式可在输出特性曲线上画出管子的允许功率损耗线，如图子的允许功率损耗线，如图P301.3.7所示。所示。PCM与环境温与环境温度有关，温度度有关，温度越高，越高，PCM值值越小。越小。2021-6-17第3章40硅管的上限温度达硅管的上限温度达150oC；锗管则低的多，约锗管则低的多，约7

18、0oC。转转452021-6-17第3章41(3)反向击穿电压反向击穿电压U(BR)EBO是指集电极开路时发射是指集电极开路时发射极极- -基极之间的反向电压。基极之间的反向电压。U(BR)CBO是指发射极开路时集电是指发射极开路时集电极极- -基极之间的反向电压。它决定于集电基极之间的反向电压。它决定于集电结的雪崩击穿电压，其数值较高。结的雪崩击穿电压，其数值较高。2021-6-17第3章42U(BR)CEO是指基电极开路时是指基电极开路时集电极集电极- -发射极之间的反向电压。该发射极之间的反向电压。该电压与电压与BJT的穿透电流的穿透电流 ICEO直接相联直接相联系，一般系，一般U(BR

19、)CEOU(BR)CEO，原因是基极电阻，原因是基极电阻Rb对对发射结有分流作用，延缓了集电结雪崩击发射结有分流作用，延缓了集电结雪崩击穿的产生。集电结击穿电压的测量如图所穿的产生。集电结击穿电压的测量如图所示。示。2021-6-17第3章44BJT电击穿后可以恢复，但出现热击电击穿后可以恢复，但出现热击穿将损坏管子。穿将损坏管子。集电极击穿电压的测量集电极击穿电压的测量U(BR)CER2021-6-17第3章451.3.5温度对晶体管特性及参数的影温度对晶体管特性及参数的影响响(后续讲后续讲)1.3.6光电三极管光电三极管光电三极管依据光照的强度来控制集光电三极管依据光照的强度来控制集电极电

20、流的大小，其功能可等效为一只光电极电流的大小，其功能可等效为一只光电二极管与一只晶体管相连，并仅引出集电二极管与一只晶体管相连，并仅引出集电极与发射极，如图电极与发射极，如图1.3.10(a)所示。所示。其符其符号如图号如图(b)所示，常见外形如图所示，常见外形如图(c)所示。所示。2021-6-17第3章46图图1.3.10 (a)等效电路等效电路 2021-6-17第3章47(b)符号符号 (c)外形外形图图1.3.102021-6-17第3章48光电三极管与普通三极管的输出特光电三极管与普通三极管的输出特性曲线相类似，只是将参变量基极电流性曲线相类似，只是将参变量基极电流IB用入射光强用

21、入射光强E取代，如取代，如图图1.3.11所示。所示。无光照时的集电极电流称为暗电流无光照时的集电极电流称为暗电流ICEO，它比光电二极管的暗电流约大两，它比光电二极管的暗电流约大两倍，而且受温度的影响很大，温度每上倍，而且受温度的影响很大，温度每上升升25， ICEO上升约上升约10倍。倍。转转502021-6-17第3章49图图1.3.11 光电三极管的输出特性曲线光电三极管的输出特性曲线2021-6-17第3章50有光照时的集电极电流称为光电流。有光照时的集电极电流称为光电流。当管压降当管压降uCE足够大时，足够大时，iC几乎仅仅决定几乎仅仅决定于入射光强于入射光强E。对于不同型号的光电

22、三极管，当入对于不同型号的光电三极管，当入射光强射光强E为为1000lx时，光电流从小于时，光电流从小于1mA到几毫安不等。到几毫安不等。2021-6-17第3章51使用光电三极管时，也应特别注意使用光电三极管时，也应特别注意其反向击穿电压、最高工作电压，最大其反向击穿电压、最高工作电压，最大集电极功耗等极限参数。集电极功耗等极限参数。2021-6-17第3章52例例1.3.1 现已测得某电路中几只现已测得某电路中几只NPN型晶体管三个极的直流电位如表型晶体管三个极的直流电位如表1.3.1所示，所示，各晶体管各晶体管b-e间开启电压间开启电压Uon均为均为0.5V。试分别说明各管子的工作状态。

23、试分别说明各管子的工作状态。晶体管晶体管T1T2T3T4基极直流电位基极直流电位UB/V0.7110发射极直流电位发射极直流电位UE/V00.3 1.70集电极直流电位集电极直流电位UC/V50.7015表表1.3.1 例例1.3.1中各晶体管电极直流电位中各晶体管电极直流电位2021-6-17第3章53解：在电子电路中，可以通过测试解：在电子电路中，可以通过测试晶体管各极的直流电位来判断晶体管的晶体管各极的直流电位来判断晶体管的工作状态。工作状态。对于对于NPN型管，型管，当当UBEUon、UCEUBE( (或或UcUB) )时，时，管子处于管子处于放大放大状态；状态；当当UBEUon且管压降且管压降UCEUBE( (或或UcUon时，管子时，管子截止截止；当当UBEUon、UCEUBE( (或或UcUD) )时，时，管子处于管子处于放大放大状态；状态；当当UBEUB)