第6章 半导体器件基本特征2

1、第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性一一. . 晶体管的结构和类型晶体管的结构和类型 有有NPNNPN和和PNPPNP两种结构类型。核心部分都是两个两种结构类型。核心部分都是两个PNPN结。结。 第三节第三节 半导体晶体管半导体晶体管 3AD10第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性NNPcbeSiO2绝缘层(a) NPN硅管结构图NcbePN型锗铟球铟球(b) PNP锗管结构图第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 PNP型c集电极b基极集电区PN基区发射区P集电结发射结e发射极(a) PNP型ebc第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器

2、件的基本特性 NPN型c集电极b基极集电区NP基区发射区N集电结发射结e发射极(b) NPN型ebc第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性三极管在结构上的两个特点：三极管在结构上的两个特点： (1)掺杂浓度：发射区掺杂浓度：发射区集电区集电区基区；基区； (2)基区必须很薄。基区必须很薄。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性二、二、 晶体管的电流分配关系和放大作用晶体管的电流分配关系和放大作用 内部条件内部条件外部条件外部条件 发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。电路接法：共基接法。电路接法：共基接法。NPNVEEVCCiBRcReiEiCbec第

3、六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 共射接法。共射接法。RbVBBVCCRciBiCbecNPNuBEuCEiEuBC+第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性1、晶体管内部载流子的运动晶体管内部载流子的运动 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 电子在基区中的扩散过程电子在基区中的扩散过程 电子被集电极收集的过程电子被集电极收集的过程 iBiCiEVCCVBBRbNPN(a) 载流子运动情况载流子运动情况iBiEiCnICBOiEiBRbVBBVCCiC(b)各极电流分配情况各极电流分配情况 晶体管中的电流晶体管中的电流iEniEpiBiCnI

4、CBO第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性2、晶体管的电流分配关系晶体管的电流分配关系CBOBBIii-=CBOCnCIii+=CnBEiii+=iBiEiCnICBOiEiBRbVBBVCCiC(b)各极电流分配情况Cni= =b bBi,iCn= =b bBi,令令= =Bi,CnCCBOIii+ += =+ +CBOI= =b bCBOI+ +CBOI+ +Bib bb b第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性CEOBCIii+ += =b bCEOBBCEIiiii+ + += =+ += =)1(b bBCEOCiIi - -= =b bCBOCEO

5、II)1(b b+ += =令：CBOBCI1ii)(b bb b+ + += =第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性bb系数系数 代表代表iB对对iC的控制作用的大小，的控制作用的大小， 越大，控制作用越强。越大，控制作用越强。电流电流iC由两部分组成：由两部分组成： 一部分是一部分是ICEO，它是，它是iB=0时流经集电极与时流经集电极与发射极的电流，称为穿透电流。发射极的电流，称为穿透电流。另一部分是另一部分是 ，它表示，它表示iC中受基极电流中受基极电流iB控制的部分。控制的部分。Bib第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性3、 晶体管的放大作用晶体管

6、的放大作用晶体管放大作用的本质：晶体管放大作用的本质： iB对对iC或或iE对对iC的控制作用。的控制作用。为什么能实现放大呢？为什么能实现放大呢？ 输入信号负载VEEVCCecbiEiC晶体管共基电路晶体管共基电路iBiC输入信号负载VCCVBB晶体管共射电路晶体管共射电路第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性4、关于关于PNP型晶体管型晶体管PNP管与管与NPN管之间的差别：管之间的差别： (1)电压极性不同。电压极性不同。 (2)电流方向不同。电流方向不同。 VBBVCCbceiBiCiE(a) NPN型VBBVCCbceiBiCiE(b) PNP型NPN型和型和PNP型

7、晶体管电路的差别型晶体管电路的差别第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性三、三、 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线 晶体管特性曲线是表示晶体管各极间电压和电流之间的晶体管特性曲线是表示晶体管各极间电压和电流之间的关系曲线。关系曲线。bceiBiEiCuBCuCEuBE+-+-+- NPN型晶体管的电压和电流参考方向型晶体管的电压和电流参考方向l iC+iB=iE uCE =uBEuBC l通常是以发射极为公共端，通常是以发射极为公共端，画出画出iC、iB，uCE和和uBE四个四个量的关系曲线，称为共射量的关系曲线，称为共射极特性曲线。极特性曲线。 第六章第六章 半导体器件的基本

8、特性半导体器件的基本特性AVVmAiBiCVBBRW1RbRW2VCCuCE+uBE-+-测量测量NPN管共射特性曲线的电路图管共射特性曲线的电路图第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性1、共射输入特性共射输入特性 uCE为一固定值时，为一固定值时，iB和和uBE之间的关系曲线称为共射输入特之间的关系曲线称为共射输入特性，即性，即CEuBEBufi)(= =iB(mA)uBE(V)0.20.40.60.80.020.040.060.080uCE = 0V1V5V3DG4的输入特性的输入特性20第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性输入特性有以下几个特点：输入特性

9、有以下几个特点： 当当uCE=0时，输入特性曲线与二极管的正向伏时，输入特性曲线与二极管的正向伏安特性曲线形状类似。安特性曲线形状类似。ARW1VBBbecVuBE+-iBuCE =0时的晶体管时的晶体管第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 uCE增加，特性曲线右移。增加，特性曲线右移。 uCE的大小影响基区内集电结边界电子的分布。的大小影响基区内集电结边界电子的分布。 uCE1V以后以后，特性曲线几乎重合。，特性曲线几乎重合。 uCE1V以后以后，基区中集电结边界处的电子浓度很，基区中集电结边界处的电子浓度很低。低。 与二极管的伏安特性相似与二极管的伏安特性相似 uBEUr

10、 时，时，iB =0； Ur =0.5V (Si) Ur =0.1V (Ge) 正常工作时正常工作时 uBE=0.7V (Si) uBE= 0.2V (Ge)第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性cebuBEiBiCiEuCE+_+_ PNP型晶体管的电压电流参考方向型晶体管的电压电流参考方向 电压极性、电流方向与电压极性、电流方向与NPN型管不同。型管不同。PNP管的管的参考方向参考方向-uBE(V)iB(mA)00.10.20.30.40.040.080.120.16uCE = 0V-6V3AX1的输入特性的输入特性第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性2、

11、 共射输出特性共射输出特性 iB为固定值时，为固定值时，iC和和uCE之间的关系曲线称为共射输出特性，即之间的关系曲线称为共射输出特性，即BiCECufi|)(= =(a)3AX1的输出特性的输出特性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区204682026810 12晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性

12、的输出特性510 15 20 25 30 3550第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 截止区截止区: 指指iB0，iCICEO的工作区域。在这个区域中，电流的工作区域。在这个区域中，电流iC很小，基本不导通，故称为截止区。工作在截止区时，晶体很小，基本不导通，故称为截止区。工作在截止区时，晶体管基本失去放大作用。管基本失去放大作用。(a)3AX1的输出特性的输出特性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区204682026810 12

13、晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性的输出特性510 15 20 25 30 3550第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 实际上，三极管在实际上，三极管在iB=0时并没有完全截止。为使三极管真正截止，时并没有完全截止。为使三极管真正截止，必须给发射结加反向偏压，使发射区不再向基区注入载流子。必须给发射结加反向偏压，使发射区不再向基区注入载流子。(a)3AX1的输出特性的输出特性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02m

14、A0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区204682026810 12晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性的输出特性510 15 20 25 30 3550第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 饱和区饱和区: 指输出特性中指输出特性中iC上升部分与纵轴之间的区域。饱和区特上升部分与纵轴之间的区域。饱和区特性曲线的特点是固定性曲线的特点

15、是固定iB不变时，不变时，iC随随uCE的增加而迅速增大。的增加而迅速增大。(a)3AX1的输出特性的输出特性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区204682026810 12晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性的输出特性510 15 20 25 30 3550第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体

16、器件的基本特性l饱和区是对应于饱和区是对应于uCE较小（较小（uCEUr，uBC0)。CEuCESUl饱和时的饱和时的 值称为饱和压降值称为饱和压降 BECEuu= =rBEBCUuu = = , 0l当当 时时 （ ），称为），称为临界饱和。临界饱和。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 放大区放大区: 输出特性上在饱和区和截止区之间的区域为放大区。在输出特性上在饱和区和截止区之间的区域为放大区。在这个区域里，这个区域里，iB0，uCEuBE，即，即发射结是正向偏置，集发射结是正向偏置，集电结是反向偏置。电结是反向偏置。(a)3AX1的输出特性的输出特性iC(mA)-uCE

17、(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区204682026810 12晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性的输出特性510 15 20 25 30 3550第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 放大区的特点：放大区的特点：iB固定，固定，uCE增加增加iC略有增加。略有增加。 uCE固定，固定，iB变化变化

18、iC变化很大，变化很大，iB对对iC的强烈控制作用。的强烈控制作用。(a)3AX1的输出特性的输出特性iC(mA)-uCE(V)iB = 00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区204682026810 12晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB= 00. 2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性的输出特性510 15 20 25 30 3550第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基

19、本特性四、四、晶体管的主要参数晶体管的主要参数1、电流放大系数电流放大系数BCEOCiIi - -= =b bb（1）共射直流电流放大系数）共射直流电流放大系数n它表示集电极电压它表示集电极电压uCE一定时，集电极电流和一定时，集电极电流和基极电流之间的关系基极电流之间的关系如果如果iCICEO则则BCii b b晶体管的参数是用来表示晶体管的各种性能指标。晶体管的参数是用来表示晶体管的各种性能指标。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 A点对应的点对应的iC=6mA，iB=40AuCE(V)iC(mA)051015483.368.81216A20406080iB =100A

20、3DG6的输出特性的输出特性15004. 06BC=iib第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 晶体管晶体管3AX33AX3有较大的穿透电流有较大的穿透电流ICEOICEO5504. 08 . 03= =- -= =- -= =BCEOCiIib b0.823468-uCE(V)iC(mA)iB=00.02mA0.040.060.080.10.140.18B0 3AX3的输出特性的输出特性第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性（2）共射交流短路电流放大系数）共射交流短路电流放大系数 表示集电极负载短路（即表示集电极负载短路（即u uCECE保持不变）的条件下，

21、集电保持不变）的条件下，集电极电流的变化量与相应的基极电流变化量之比，即极电流的变化量与相应的基极电流变化量之比，即常数=CEBCuiib大表示只要基极电流很小的变化，就可以控制大表示只要基极电流很小的变化，就可以控制产生集电极电流大的变化，即电流放大作用好。产生集电极电流大的变化，即电流放大作用好。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性值的求法：值的求法：b在在A点附近找两个点附近找两个uCE相同的点相同的点C和和D13804. 05 . 5= = = = =BCiib b所以所以对应于对应于C点，点，iC=8.8mA，iB=60A；对应于对应于D点，点，iC=3.3mA，i

22、B=20A，iC =8.8-3.3=5.5mA，iB=60-20=40A，uCE(V)iC(mA)051015483.368.81216CDA20406080iB =100A3DG6的输出特性的输出特性第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性用同样办法可以求出用同样办法可以求出3AX3工作在工作在B点的点的 值。值。 b找出找出F点和点和G点，点，对应于对应于F点，点，iC=3.9mA，iB=0.06mA；对应于对应于G点，点，iC=1.8mA，iB=0.02mA；于是于是iC=3.9-1.8=2.lmA， iB=0.06-0.02=0.04mA，b所以所以 =2.1/0.04=

23、52.5-uCE(V)iC(mA)iB=00.02mA0.040.060.080.10.140.18FBG0 3AX3的输出特性的输出特性0.823468第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性2、极间反向电流极间反向电流 集电极集电极-基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBO ICBO是指发射极开路，集电极与基极之间加反向电压时是指发射极开路，集电极与基极之间加反向电压时产生的电流，也就是集电结的反向饱和电流。可用下图产生的电流，也就是集电结的反向饱和电流。可用下图电路测出。电路测出。AICBO(b) PNP管VAICBO(a) NPN管VICBO的测量第六章第六章 半导体器件

24、的基本特性半导体器件的基本特性 反向电压大小改变时，反向电压大小改变时，ICBO的数值可能稍有改变。的数值可能稍有改变。 ICBO是少数载流子电流，受温度影响很大，是少数载流子电流，受温度影响很大，ICBO越小越好。越小越好。 硅管的硅管的ICBO比锗管的小得多，要求在温度变化范比锗管的小得多，要求在温度变化范围宽的环境下工作时，应选用硅管；大功率管的围宽的环境下工作时，应选用硅管；大功率管的ICBO值较大，使用时应予以注意。值较大，使用时应予以注意。第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 穿透电流穿透电流ICEO ICEO是基极开路，集电极与发射极间加反向电压时的集电是基极开

25、路，集电极与发射极间加反向电压时的集电极电流。由于这个电流由集电极穿过基区流到发射极，故极电流。由于这个电流由集电极穿过基区流到发射极，故称为穿透电流。测量称为穿透电流。测量ICEO的电路如图所示。的电路如图所示。AbceICEO(a) NPN管管AbceICEO(b) PNP管管ICEO的测量的测量第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性 由图可见，由图可见，ICEO不单纯是一个不单纯是一个PN结的反向电流结的反向电流CBOCEOII)1(b b+ += =所以，所以， 大的三极管的温度稳大的三极管的温度稳定性较差定性较差AbceICEO(a) NPN管管AbceICEO(b) PNP管管ICEO的测量的测量第六章第六章 半导体器件的基本特性半导体器件的基本特性3、 极限参数极限参数 （1）集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM晶体管电流晶体管电流iC与电压与电压uCE的乘积称为集电极耗散功率的乘积称为集电极耗散功率PC =iCuCE，这个功率将导致集电结发热，温度升高。，这个功率将导致集电结发热，温度升高。因此，定出