第4章_半导体二极管和晶体管2(刘如银)

1、2022-3-17电路与模拟电子技术基础14.3 4.3 晶体三级管晶体三级管2022-3-17电路与模拟电子技术基础2 BJT：Bipolar Junction Transistor双极型晶体管晶体管（晶体三极管、半导体三极管三极管）双极型双极型器件两种两种载流子（多子、少子）2022-3-17电路与模拟电子技术基础3几种常见晶体管的外形 2022-3-17电路与模拟电子技术基础44.3.1 晶体管的结构及其类型晶体管的结构及其类型ecb发射极发射极基极基极集电极集电极发射结发射结集电结集电结基区基区发射区发射区集电区集电区NPNcbeNPN(a) NPN管的管的原理结构原理结构示意图示意图

2、(b) 电路符号电路符号（base） （collector ）（emitter）符号中发射极上的符号中发射极上的箭箭头方向，头方向，表示表示发射结发射结正偏时电流的流向。正偏时电流的流向。2022-3-17电路与模拟电子技术基础5晶体管的结构2022-3-17电路与模拟电子技术基础6PNPcbe(b) 电路符号电路符号(a) PNP型三极管的型三极管的原理结构原理结构符号中发射极上的符号中发射极上的箭箭头方向，头方向，表示表示发射结发射结正偏时电流的流向。正偏时电流的流向。2022-3-17电路与模拟电子技术基础7P集电极基极发射极集电结发射结发射区集电区(a)NPNcebPNPcebb基区e

3、c(b)N衬底N型外延PNcebSiO2绝缘层集电结基区发射区发射结集电区(c)NN图：平面管结构剖面图图：平面管结构剖面图结构特点结构特点1、三区两结、三区两结2、基区很、基区很薄薄3、e区区重重掺杂掺杂 c区区轻轻掺杂掺杂 b区掺杂区掺杂最轻最轻4、集电区集电区的的面积面积则比发射区做得则比发射区做得大大，这是，这是三极管实现电流放大的内部条件。三极管实现电流放大的内部条件。2022-3-17电路与模拟电子技术基础84.3.2 晶体管的电流分配与放大作用晶体管的电流分配与放大作用 （以（以NPNNPN管为例）管为例）一、放大状态下晶体管中载流子的运动一、放大状态下晶体管中载流子的运动BJT

4、 BJT 处于放大状态的条件：处于放大状态的条件：内部条件：内部条件：发射区重掺杂(故管子e、 c极不能互换)基区很薄(几个m)集电结面积大外部条件：外部条件：发射结正偏集电结反偏2022-3-17电路与模拟电子技术基础9NPN型晶体管的电流关系 2022-3-17电路与模拟电子技术基础10外加偏置电压要求外加偏置电压要求 对对 NPN管管UC UB UE UC UEUB对对 PNP管管 要求要求 UC UB UE UC UEUB2022-3-17电路与模拟电子技术基础11二、电流分配关系二、电流分配关系CBEIIIcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENI

5、CNIEP :基区向发射区扩散所形成的空穴电流(很小):集电区与基区之间的漂移运动所形成的电流(很小) 2022-3-17电路与模拟电子技术基础12晶体管是流控元件晶体管的主要功能：电流控制电流控制（基极电流控制集电极电流）电流放大电流放大（放大的比例关系一定）ceIENPNIBbIBNIENICNICBOICCBII 2022-3-17电路与模拟电子技术基础13共射极直流电流放大系数CBII 一般200201 1、直流电流放大系数、直流电流放大系数2022-3-17电路与模拟电子技术基础144.3.3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线晶体管特性曲线：描述晶体管各极电流与极间电压关系的

6、曲线。 icebiBC输出回路输入回路ecbiBiEceiEiCb(a)共发射极(b)共集电极(c)共基极 2022-3-17电路与模拟电子技术基础15下面以共射极电路为测试电路下面以共射极电路为测试电路AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE2022-3-17电路与模拟电子技术基础164.3.3.1 共射极输入特性曲线共射极输入特性曲线共射组态晶体共射组态晶体管的输入特性：管的输入特性：常数CEuBEBufi)(AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE 它是指一定集电极和发射极电压UCE下，三极管的基极电流IB与发射结电压UBE之间的关系曲线。2022-3-17电路与模拟

7、电子技术基础17iB/AuBE/V060900.50.70.930UCE0 UCE1cICeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC12022-3-17电路与模拟电子技术基础184.3.3.2 共射极输出特性曲线共射极输出特性曲线共射组态晶体管的输出特性： 它是指一定基极电流IB下，三极管的输出回路集电极电流IC与集电结电压UCE之间的关系曲线。常数BiCECufi2022-3-17电路与模拟电子技术基础19uCE/ V5101501234iC/ mAIcCeIENPNIBRCUCCUBBRBbIEPIC1IBNIENICN2022-3-17电路与模拟电子技术基础20u

8、CE/ V5101501234iC/ mA10 A 饱饱和和区区放放大大区区集电结零偏集电结零偏临界饱和点临界饱和点cICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNICBO2022-3-17电路与模拟电子技术基础21uCE/ V5101501234iC/ mAIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A cICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNICBO2022-3-17电路与模拟电子技术基础22uCE/ V5101501234饱饱和和区区BIi CBO放放大大区区iC/ mAuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A c

9、ICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNIC12022-3-17电路与模拟电子技术基础23共射输出特性曲线共射输出特性曲线uCE/ V5101501234饱饱和和区区截止区截止区放放大大区区iC/ mAIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A uCEuBEcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbICNIEBOBIi CBO2022-3-17电路与模拟电子技术基础24 共射输出特性曲线2022-3-17电路与模拟电子技术基础25一、放大区一、放大区发射结正向偏置，发射结正向偏置， 集电结反向偏置集电结反向偏置1、基极电流 iB 对集电极电流

10、iC 的控制作用很强uCE/ V5101501234饱饱和和区区截止区截止区iBICBO放放大大区区iC/ mAuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 常数CEuBCII在数值上近似等于在数值上近似等于 问题：问题：特性图中特性图中=？=1002022-3-17电路与模拟电子技术基础262、uCE 变化时, iC 影响很小（恒恒流特性流特性）uCE/ V5101501234饱饱和和区区截止区截止区iBICBO放放大大区区iC/ mAuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 即即： iC 仅决定于iB ，与输出环路的外电路无关。 放大区放大区2022

11、-3-17电路与模拟电子技术基础27二、饱和区二、饱和区发射结和集电发射结和集电结均正向偏置结均正向偏置uCE/ V5101501234饱饱和和区区截止区截止区iBICBO放放大大区区iC/ mAuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 临界饱和：临界饱和：uCE=uBE，uCB=0(集电结零偏集电结零偏)2022-3-17电路与模拟电子技术基础28uCE/V5101501234饱和区截止区IB40A30A20A10A0AiBICBO放大区iC/mAuCEuBEIcCeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC1饱和区饱和区（1） iB一定时，一定时

12、，iC比放大时要小比放大时要小 三极管的电流放大能力下降，通常有iCiB（2）uCE 一定时一定时iB增大，增大，iC基本不变基本不变图2-6 饱和区载流子运动情况2022-3-17电路与模拟电子技术基础29饱和压降饱和压降U UCE(sat)CE(sat)：饱和时，集电极和发射饱和时，集电极和发射极之间的电压极之间的电压 UCE(sat) = 0.3V （小功率（小功率Si管）管） ； UCE(sat) = 0.1V（小功率（小功率Ge管）管） 。uCE/V5101501234饱和区截止区IB40A30A20A10A0AiBICBO放大区iC/mAuCEuBE（3）三极管的集电极和发射极近似

13、短接，三极管三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关类似于一个开关“导通导通”。饱和区饱和区2022-3-17电路与模拟电子技术基础30三、截止区三、截止区发射结和集电结发射结和集电结均反向偏置均反向偏置uCE/V5101501234饱和区截止区IB40A30A20A10A0AiBICBO放大区iC/mAuCEuBEiB =-iCBO （此时（此时iE =0 ）以下称为截止区。）以下称为截止区。 工程上认为：工程上认为：iB =0 以下即为截止区。以下即为截止区。2022-3-17电路与模拟电子技术基础31ciCeiENPNiBRCUCCUBBRBICBO15VbIEBO图2-7

14、截止区载流子运动情况若不计穿透电流若不计穿透电流ICEO，有有iB、iC近似为近似为0；三个电极的电流都很三个电极的电流都很小，三极管类似于一小，三极管类似于一个开关个开关“断开断开”。截止区截止区2022-3-17电路与模拟电子技术基础324.4.3.2 共射极输入特性曲线共射极输入特性曲线共射组态晶体共射组态晶体管的输入特性：管的输入特性：常数CEuBEBufi)(AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE 它是指一定集电极和发射极电压UCE下，三极管的基极电流IB与发射结电压UBE之间的关系曲线。2022-3-17电路与模拟电子技术基础33iB/AuBE/V060900.50.7

15、0.930UCE0 UCE1cICeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC12022-3-17电路与模拟电子技术基础344.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数一、电流放大系数一、电流放大系数1、共射直流放大倍数2、共射交流放大倍数BCIIBCii常认为：常认为：2022-3-17电路与模拟电子技术基础35作业：作业：4.15 现测得放大电路中两只管子两个电极的现测得放大电路中两只管子两个电极的电流如图电流如图4.15所示。分别求另一电极的电流，标出其所示。分别求另一电极的电流，标出其方向，并在圆圈中画出管子，且分别求出它们的电方向，并在圆圈中画出管子，且分别求出它们的电流放大系数流放大系数。 100， 502022-3-17电路与模拟电子技术基础36作业：作业：4.16 测得放大电路中六只晶体管的直流电位如测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图图4.16所示。在圆圈中画出管子，并说明它们是硅管所示。在圆圈中画出管子，并说明它们是硅管还是锗管。还是锗管。2022-3-17电路与模拟电子技术基础37作业：作业：4.17 电路如图所示，晶体管导通时电路如图所示，晶体管导通时，=50=50。试分