1-2_半导体三极管_图文(精)

1、1.2 半导体三极管双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两流子参与导电的半导体器件它由两个 PN 结组合而成，是一种 CCCS 器件。二是场效应半导体三极管（场效应管 场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种 VCCS 器件。载流子参与导电是种器件半导体三极管是具有电流放大功能的元件频率:高频管、低频管功率:小、中、大功率管硅管锗管材料:硅管、锗管类型:NPN 型、PNP 型1.2.1 三极管的结构及工作原理1.2.2 三极管的基本特性极管的基本特性1.2.3 三极管的主要参数及电路模型 123 三极管的主要参数及电路模型三极管的结构及工作原理.2.1 三极管的

2、结构及工作原理双极型半导体三极管的 结构示意图如图 0201 所示一侧称为发射区，电极称为 02.01 所示。它有两种类 型:NPN 型和 PNP 型。侧称为发射区，电极称为发射极，用 E 或 e 表示（Emitter ;另一 侧称为集电区和集电极，用 C 或 c 表示（Collector。e-b 间的 PN 结称为发射结（Jec-b 间的 PN 结称为集电结（Jc 中间部分称为基区,连上电极称为基极，用 B 或 b 表示（Base ;示，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。集电区:面积大浓度低基区：最薄,C 集电极大，浓度低最薄掺杂浓度最低集电结 N B P 基极发射结N 发射区:掺杂浓度

3、最咼E 发射极从基区扩散来的集电结反偏 C 电子作为集电结的非平衡少子，集电结反偏，有平 衡少子的 I C N I CN I CBO漂移进入集电结而被收集，形成漂移运动形成的反向电流 I CBO。B P E C基区空穴向发射区的扩散可忽略 I CN。NR B I BN 扩散可忽略。进入 P 区的电 I B EE B发射结正偏，发射区电子不断进入 P 区的电子少部分与基区的空穴复合，形 I E向基区扩散，形成发射极电流 I E成电流 I BN ,多数扩散到集电结。3、三极管的电流分配关系I CC I =N PE CI CNCBOI B = I BN -1 CBO I BN定义:I CN 与 I

4、BN 之比称为共B R B I BN发射极直流电流放大倍数I -E NE BI EBC CBO B CBO C BN CN I I I I I I I+=BCEOB CBO BC (1 I I I I I +=+=BB集射极穿透电流TCEO :集-射极穿透电流,温度T-l CEOT若 I B =0,则 I C I CEOB C CEO I I I有忽略（常用公式CC I 如输入电压变化，则会 N P E CI CNCBO导致在I B上叠加动态电流?i B ,当然集电极电流B R B I BN 在I C基础上叠加?ic定义:共发射极共发射极交流交流电电 E NE BI E流放大倍数流放大倍数：:

5、？ BBci i ?=B的直流电流放大倍数来取代在此基础上叠加动态信号时的交流电流放大倍数。1 三极管放大电路的发射极作为公共电极用表示(1 三极管放大电路的三种组态共发射极接法，发射极作为公共电极，用 CE 表示;0203 三极管的三种组态 02.03 三极管的三种组态三极管的电流放大系数对于集电极电流 I C 和发射极电流 I E 之间的关E=CN /I I称为共基极直流电流放大系数。它表示最后达到集电极的电子电流I CN 与总发射极电流 I E 的比值。I CN 与 I E 相比，因 I CN 中没有 I BN ,由此可得a所以的值小于 1,但接近 1。由此可得：aQI=l CN +I

6、CBO = I E +I CBO = (I C +I B +I CBOaa+=1CBO B C I I Ia-1BCBO CN B C /I I (I /I I += 定义:I 称为共发射极接法直流电流放大系数于是BCBO B B C111(1 I I IaaaB-+-=BV - + 1(1 I aa-a1 因1, 1 所以B三极管的基本特性三极管的基本特性三极管的基本特性由基本特性曲线刻画，即各电极电，即各电极电压与电流的关系曲线，是其内部载流子运动的外部表现反映了晶体管的性能是 分析放大电路的依据，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。为什么要研究 特性曲线：1 直观地分析三极管的工作

7、状态输出特性曲线好的电路- i C =f (u CE ?i B =con st输入特性曲线I C1.输入特性曲线 mA I B+ pA +输入回路输出回路 V U CE U BER B E CV - + 发射极是输入回路输出回路的公共端EB、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端1死区2非线性区3线性区可以用解释即 CE =0V 时，即集电极与发射极短路，即集电 u CE 对 i B 的影响，可以用三极管的内部反馈作用解释，即:结和发射结的两个 PN 结并联。类似于 PN 结 的正向特性曲线。（时 0 集电结已进入 2 当 u CE 1 时,u CB = u CE -u BE 0

8、集电结已进入反偏 状态，可以将发射区注入基区的绝大多数非平衡少子收集到集电区，且基区复合减少, 且基区复合减少，1 C 不可能再明显增大，特性曲线将向右稍微移动一些。输出特性曲线当 u CE =0V 时,因集电极无收集作用,i C =0。当稍增大时发射结虽处于正向电 压之下但集电 u CE 稍增大时，发射结虽处于正向电压之下，但集电结反偏电压很小，如u VICE 1Vu BE =0.7Vu CB = u -u = 1V 0.7Vu07BE运动到集电结的电子基本上都可以被集电再增区收集，此后 uCE电流没有明加，电流也没有明显的增加，特性曲线进轴基本平行的入与 uCE区域（这与输入特性曲增大而右

9、移的共发射极接法输出特性曲线线随 uCE三个区域：饱和区 C C i C 受 u CE 显著控制的区域,该区域内 u CE 的数值较小，一般 u CE 1 C I CS ,V CE U CES 饱和状态（2 三极管的开关时间？延迟时间 t +u 的加入延时间 d 从 B2 的加至集电极电流 上升到0.1I CS 所需的时间?上升时间 t r 集电极电流从 0.11 CS 上升到 0.91 CS 所需的时间?存储时间 t s从输入端电压降至-u B1到集电极电流降至 0.1I CS所需的时间？下降时间t f 集电极电流从 0.9I CS 下降到 0.1I CS 所需的时间on = t +t 来表

10、示三极管从截止到饱和所需d r 的时间;t ,t s , t f 是指基区存储电荷消散所需的时间，常用关闭时间 t off = t s +t f 表示三极管从饱和到截止所需的时间开通时间 ton 与关闭时间 toff 也总称为三极管的开关时间它限制三极管的开关运用速度，它限制三极管的开关运用速度。不同的管子开关时间各不相同，一般开关三极管的开关时间在几十到几百纳秒。直流参数交流参数(1 直流参数直流参数直流电流放大系数a 共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 t I I I I I-=/co nst u B C B CEO C CE =(B在共发射极输出特性。在共发射极输出特性曲线

11、上，通过垂直于 X 轴的直线(u CE =const 来求BI C / I B ,如图 02.07 所示。I C 较大时，会有所减小，这一关系见图 02.08。B图02.07 在输出特性曲线上决定BBI C-l/l l/laCBO E C Eap显然与之间有如下关系：I C/I E= I B/(1+ I B= /(1+aBBBBI CBO 的下标 CB 代表集电极和基极，0 是 Open 的字头，代表第三个电极 E 开 路。它相当于集电结的反向饱和电流。b.集电极发射极间的反向饱和电流 IpCEOI CEO 和 I CBO 有如下关系1 +I CEO=(1+ I CBO相当基极开路时，集电极和

12、发射极间的反向的 Y 坐标的数值。如图 02.09 所示。标的数值如图所示7CAIA交流电流放大系数交流电流放大系数a.共发射极交流电流放大系数B=?l C/?l B?u=constCE在放大区B值基本不变，可在共射接法输出特性曲线上，通过垂直于 X X 轴的直线求取?l C/?I B。或在图 02.43放大区Zfl 4O|A0上通过求某一点的08 上通过求某点的斜率得到俟具体方02.10 在输出特性曲线上求B图 0210a=?l C /?l E ?U CB =const当 I CBO 和 I CEO 很小时,、可以不加区分。aB值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信

13、号频率增加时，三极管的，三极管的B将 会下降。当B下降到 1 时所对应的频率称为特征频率，用 f T 表示。极限参数集电极最大允许电流 I CM0208 下降当时图 02.08 值与 I C 的关系，当B值下降到线性放大区B值的 7030%时，所对应的集电极电流称为集电极 最大允许电流 I CMo但当 I C I CM 时，并不表示三极管会损坏。因发射结正偏呈低阻所以功耗主要集，呈低阻,所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用 U CE 取代 U CBo管子的散热方式有关。反向击穿电压反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压，其测试时的原理电路如图所示 的能力，其测试时的原理电路如图 02.

14、11 所示。图 02.11 三极管击穿电压的测试电路U (BRCB O 发射极开路时的集电结击穿电压。下标BR 代表击穿之意，是Breakdown 的字头,CB 代表集电极和基极开路，0 代表第三个电极 E 开路。b.U(BREB 集电极开路时发射结的击穿电压。EB 0 c.U (BRCE 0 基极开路时集电极和发射极间的对于 U BE U (BRCE R 表示间接有电阻,(BRCE S 表示 BE 间是 短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系U (BRCBO U (BRCES U(BRCER U (BRCEO U (BR EBOCMI 和 U 在输出特性曲、CM(BRCEO线上可以确定过损耗

15、区、过电流区和击穿区见图0212击穿区，见图 02.12。图输出特性曲线上的过损耗和击穿02.12 输出特性曲线上的过损耗区和击穿区电路模型2电路模型。r bb-基区的体电阻,b是假想的基区内的一个点。r be -re 归算到基极回路的电阻-发射结电阻 r e -发射结电容，也用 Cn这一 符号 C b 物理模型-集电结电阻 r b -集电结电容 也用 C 卩这一符号C bc:忽略 b r b、 rcce26r r r eb bb be +=据mA (I mV 1(r E bB+=26E e bmA (I mV 1(rB得=eb be bb r r r -=e b U I I U .=&b b e b m r g B5.38(mS I mA I E =B(26mVr g C e b m m g 是三极管的特征频率另 T T f f 2e b Cn=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硅 PNP 管、D 硅 NPN 管C 管第三位:X 低频小功率管、D 低频大功率管、高频小功率