第4章_半导体二极管和晶体管2(刘如银)

1、4.3 4.3 晶体三级管晶体三级管2022-4-10电路与模拟电子技术基础1 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）2022-4-10电路与模拟电子技术基础22022-4-10电路与模拟电子技术基础3几种常见晶体管的外形 4.3.1 4.3.1 晶体管的结构及其类型晶体管的结构及其类型2022-4-10电路与模拟电子技术基础4ecb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

2、示意图示意图(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头方向，箭头方向，表示表示发射结正偏时电流的流发射结正偏时电流的流向。向。2022-4-10电路与模拟电子技术基础5晶体管的结构2022-4-10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头方向，箭头方向，表示表示发射结正偏时电流的流发射结正偏时电流的流向。向。P集电极基极发射极集电结发射结发射区集电区(a)NPNcebPNPcebb基区ec(b)N衬底N型外延PNce

3、bSiO2绝缘层集电结基区发射区发射结集电区(c)NN2022-4-10电路与模拟电子技术基础7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。4.3.2 4.3.2 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2022-4-10电路与

4、模拟电子技术基础8BJT 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2022-4-10电路与模拟电子技术基础9NPN型晶体管的电流关系 外加偏置电压要求外加偏置电压要求2022-4-10电路与模拟电子技术基础10 对对 NPN管管UC UB UE UC UEUB对对 PNP管管 要求要求 UC UB UE UC UEUB二、电流分配关系二、电流分配关系2022-4-10电路与模拟电子技术基础11CBEIIIcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15

5、VbIBNIEPIENICNIEP :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) 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）CBII 2022-4-10电路与模拟电子技术基础12ceIENPNIBbIBNIENICNICBOIC2022-4-10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4.3.3 4.3.3 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曲线。

6、2022-4-10电路与模拟电子技术基础14icebiBC输出回路输入回路ecbiBiEceiEiCb(a)共发射极(b)共集电极(c)共基极 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2022-4-10电路与模拟电子技术基础15AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE4.3.3.1 4.3.3.1 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)(2022-4-10电路与模拟电子技术基础16AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE 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

7、压UBE之间的关系曲线。iB/AuBE/V060900.50.70.930UCE0 UCE12022-4-10电路与模拟电子技术基础17cICeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC14.3.3.2 4.3.3.2 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。2022-4-10电路与模拟电子技术基础18常数BiCECufi2022-4-10电路与模拟电子技术基础19uCE/V5101501234iC/mAIcCeIENPNIBRCUCCUBBRBbIEPIC1

8、IBNIENICN2022-4-10电路与模拟电子技术基础20uCE/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cICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNICBO2022-4-10电路与模拟电子技术基础21uCE/V5101501234iC/mAIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A cICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNICBO2022-4-10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/mAuCEuBEI

9、B40 A 30 A 20 A 10 A 0 A cICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNIC12022-4-10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 CBO2022-4-10电路与模拟电子技术基础24 共射输出特性曲线一、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

10、流 iC 的控制作用很强常数CEuBCII2022-4-10电路与模拟电子技术基础25uCE/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 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=？=100放大区放大区2、uCE 变化时, iC 影响很小（恒流特性恒流特性）2022-4-10电路与模拟电子技术基础26uCE/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i

11、B ，与输出环路的外电路无关。 二、饱和区二、饱和区发射结和集电结均正向偏发射结和集电结均正向偏置置2022-4-10电路与模拟电子技术基础27uCE/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)饱和区饱和区2022-4-10电路与模拟电子技术基础28uCE/V5101501234饱和区截止区IB40A30A20A10A0AiBICBO放大区iC/mAuCEuBEIcCeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIEN

12、ICNC1（1） iB一定时，一定时，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饱和区饱和区饱和压降饱和压降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/mAuCEuBE2022-4-10电路与模拟

13、电子技术基础29（3）三极管的集电极和发射极近似短接，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”。三、截止区三、截止区发射结和集电结均反向偏置发射结和集电结均反向偏置uCE/V5101501234饱和区截止区IB40A30A20A10A0AiBICBO放大区iC/mAuCEuBE2022-4-10电路与模拟电子技术基础30iB =-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。2022-4-10电路与模拟电子技术基础31ciCeiENPNiBRCUCCUBBR

14、BICBO15VbIEBO图2-7 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4.4.3.2 4.4.3.2 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)(2022-4-10电路与模拟电子技术基础32AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE 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。iB/AuBE/V060900.

15、50.70.930UCE0 UCE12022-4-10电路与模拟电子技术基础33cICeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC14.3.4 4.3.4 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BCII2022-4-10电路与模拟电子技术基础34BCii常认为：常认为：2022-4-10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， 502022-4-10电路与模拟电子技术基础36作业：作业：4.16 测得