模拟电子技术31半导体三极管BJT★汉魅huntmine—高校学习资料、教育视频分享

1、3.1.1 bjt的结构简介的结构简介3.1.2 bjt的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理3.1.3 bjt的特性曲线的特性曲线3.1.4 bjt的主要参数的主要参数3.1 半导体三极管（半导体三极管（bjt）3.1.1 bjt结构简介结构简介1.三极管的构造核心：一块有两个相互联系的三极管的构造核心：一块有两个相互联系的pn结单晶；结单晶；示意图如下示意图如下 发射区发射区发射极发射极，用e或e表示（emitter）发射结发射结(je)基极基极，用b或b表示（base）集电极集电极，用c或c表示（collector）集电区集电区基区基区 集电结集电结(jc) 两种类型的三极管两种类型的

2、三极管2. 两种两种bjt类型类型npn型和型和pnp型型及其符号及其符号3.1.1 bjt简介3. bjt制造工艺：合金法、扩散法制造工艺：合金法、扩散法 按材料：硅三极管、锗三极管 按用途：高频管、低频管、功率管、开关管 (国标) ：国产三极管的命名方案3.1.1 bjt简介4. bjt的分类的分类 bjt的外形图的外形图3.1.2 bjt的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理 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集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；区，且面积大； 基区很薄，一般在几个微基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂米至

3、几十个微米，且掺杂浓度最低。浓度最低。管芯结构剖面图管芯结构剖面图三极管的放大原理归结为三极管的放大原理归结为外部条件：外部条件：内部机制：内部机制：载流子传输载流子传输 发射区：发射载流子（发射区：发射载流子（ie）基基 区：载流子复合（区：载流子复合（ib）与与扩散扩散集电区：收集扩散载流子（集电区：收集扩散载流子（inc）并存在反向漂移电流并存在反向漂移电流（icbo） 载流子的传输过程载流子的传输过程3.1.2 bjt的电流分配与放大原理1. 内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程以上看出，三极管内有以上看出，三极管内有两种载流子两种载流子(自由电子自由电子和空穴和空穴)都参与导电，

4、都参与导电，故称为双极型三极管。故称为双极型三极管。或或bjt (bipolar junction transistor)。（以（以npn为例）为例） 载流子的传输过程载流子的传输过程发发射射极极注注入入电电流流传传输输到到集集电电极极的的电电流流设设 nce ii即通常通常 inc icbo ceii有 为电流放大系为电流放大系数，数，与管子的结构尺与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，寸和掺杂浓度有关，一般一般 = 0.9 0.992. 2. 电流分配关系电流分配关系3.1.2 bjt的电流分配与放大原理 ic= inc+ icboib= ib - icboie=ib+ ic（1 1）三个电极电

5、流总关系）三个电极电流总关系 （2 2）基极电流传输系数）基极电流传输系数 1 由由 是另一个电流放大是另一个电流放大系数，系数，同样，它也与管同样，它也与管子的结构尺寸和掺杂浓子的结构尺寸和掺杂浓度有关。度有关。一般一般 1ce ii可得可得cb ii令3.1.2 bjt的电流分配与放大原理 ebciii (1)beii和和所以所以（3 3）集电极电流放大系数）集电极电流放大系数 （3）共集电极接法）共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用cc表示表示;（2）共基极接法）共基极接法，基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用cb表示。表示。（1）共发射极接法）共发射极接法，

6、发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用ce表示；表示；bjt的三种组态的三种组态3. 3. 三极管的三种电路组态（原型电路）三极管的三种电路组态（原型电路）3.1.2 bjt的电流分配与放大原理电压增益（电压放大倍数）电压增益（电压放大倍数）ovivav电流增益电流增益oiiiai互阻增益互阻增益oriva()i互导增益互导增益ogiia(s)vrs放大电路放大电路ioii+vo+vs+virl信号源信号源负载负载3. 3. 放大作用简释放大作用简释（1 1）模拟信号的放大模拟信号的放大（补（补1.2.1）3.1.2 bjt的电流分配与放大原理若若 vi = 20mv使使当则则电压放大

7、倍数电压放大倍数4920mvv98. 0iov vvaib ie = -1 ma， ic = ie = -0.98 ma， vo = - ic rl = 0.98 v， = 0.98 时，时，（2 2） 共基极放大共基极放大3.1.2 bjt的电流分配与放大原理rlecb1k共基极放大电路共基极放大电路veevccvebieic+-vi+vebvo+-+ic+ieib +ib+-+-bcerl1k共射极放大电路共射极放大电路共射极放大电路vbbvccvbeibieicvi+vbevo+-+ic+ie+ib vi = 20mv 设设若若则则电压放大倍数电压放大倍数4920mvv98. 0iovv

8、va ib = 20 ua vo = - ic rl = -0.98 v = 0.98ma98. 01bbciii使使（3 3） 共射极放大共射极放大3.1.2 bjt的电流分配与放大原理两个条件两个条件（1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，大于基区杂质浓度，且基区很薄。且基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，发射结正向偏置，集电结反向偏置。集电结反向偏置。ie=ib+ icic=ibic=ie综上所述，三极管的放大作用，是依靠它的发射极电流综上所述，三极管的放大作用，是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。能够通过基区

9、传输，然后到达集电极而实现的。3.1.2 bjt的电流分配与放大原理一组公式一组公式+-bce共射放大电路vbbvccvbeicib+-vce ib=f(vbe) vce=const(2) (2) 当当v vcece1v1v时，集电结进入反偏时，集电结进入反偏状态（状态（ v vcbcb= = v vcecev vbe be 00）；集电）；集电结收集电子，使基区复合减少，结收集电子，使基区复合减少，达到相同的达到相同的i ib b需要更大需要更大v vbebe，表现为表现为特性曲线右移。这是正常使用状特性曲线右移。这是正常使用状态态vce = 0vvce = 0vvce 1v(1) (1)

10、当当v vcece=0v=0v时，相当于时，相当于c c和和e e短接，短接，表现为表现为pnpn结的正向伏安特性曲线。结的正向伏安特性曲线。1. 1. 共射电路输入特性曲线共射电路输入特性曲线3.1.3 bjt3.1.3 bjt的特性曲线的特性曲线死区死区非线性区非线性区线性区线性区(3) 输入特性曲线分为三个部分输入特性曲线分为三个部分3.1.3 bjt的特性曲线饱和区：饱和区：特征特征ic明显受明显受vce控制控制该区域内，一般该区域内，一般vce0.7v(硅管硅管)。即处于即处于发射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小或反偏电压很小。ic=f(vce) ib=cons

11、t输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域截止区：截止区：特征特征ic接近零接近零该区域相当该区域相当ib=0的曲线下方。的曲线下方。此时，此时，发射结反偏或正偏电压很小，发射结反偏或正偏电压很小，集电结反偏集电结反偏。放大区：放大区：特征特征ic平行于平行于vce轴轴该区域内，曲线基本平行等距。该区域内，曲线基本平行等距。此时，此时，发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏。2. 2. 共射电路输出共射电路输出特性曲线特性曲线3.1.3 bjt的特性曲线 ( (1)1)共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 =ic / ib vce=const1. 1. 电流放大系数电流放

12、大系数 3.1.4 bjt的主要参数的主要参数 = ic/ ib vce=const3.1.4 bjt的主要参数(2) 共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 =ic/ie vcb=const (4) 共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 = ic/ ie vcb=const当当bjt工作于放大区时工作于放大区时， 、 ，可以不加，可以不加区分。区分。3.1.4 bjt的主要参数(3) (3) 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 (2) 集射间反向饱和电流集射间反向饱和电流iceo 基极开基极开路时，晶体管的穿路时，晶体管的穿透电流。透电流。 (1) 集基间反向饱和

13、电流集基间反向饱和电流icbo 发射极开发射极开路时，集电结的路时，集电结的反向饱和电流。反向饱和电流。 3.1.4 bjt的主要参数2. 极间反向电流极间反向电流iceo=（1+ ）icbo+bce-vcciceoua+bce-uaie=0vccicbo iceo 即输出特性曲即输出特性曲线线ib=0那条曲线所那条曲线所对应的对应的y坐标的数值。坐标的数值。 iceo也称为集电极也称为集电极发射极间穿透电流。发射极间穿透电流。3.1.4 bjt的主要参数（3）穿透电流在特性曲线上表现）穿透电流在特性曲线上表现(1) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流icm(2) 集电极最大允许功率损耗集电

14、极最大允许功率损耗pcm注意：任何时候晶体管功耗注意：任何时候晶体管功耗 pc= icvce 3. 极限参数极限参数3.1.4 bjt的主要参数 v(br)cbo发射极开路时的集发射极开路时的集电结反向击穿电压电结反向击穿电压 v(br) ebo集电极开路时发射集电极开路时发射结的反向击穿电压结的反向击穿电压 v(br)ceo基极开路时集射间基极开路时集射间的击穿电压，它与的击穿电压，它与穿透电流直接联系穿透电流直接联系几个击穿电压有如下关系几个击穿电压有如下关系 v(br)cbov(br)ceov(br) ebobcevcciceo3.1.4 bjt的主要参数3. 极限参数(3) 反向击穿电压反向击穿电压 极限参数决定晶体管是否能安全工作极限参数决定晶体管是否能安全工作 由由pcm、 icm和和v(br)ceo在输出特性曲线上可以确定在输出特性曲线上可以确定晶体管晶体管安全工作区安全工作区。(4) 晶体管安全工作区晶体管安全工作区3.1.4 bjt的主要参数3. 极限参数输出特性曲线上的过损耗区和击穿区输出特性曲线上的过损耗区和击穿区 bj