模拟电路课件13晶体三极管

1、1.3.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型 1.3.2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用 1.3.3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线1.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响温度对晶体管特性及参数的影响1.3.6 光电三极管光电三极管1.3.1 BJT结构及类型结构及类型 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)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

2、：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(1)c、e能否互换？能否互换？（2）可否用两个二极管）可否用两个二极管相连构成一个三极管？相连构成一个三极管？ 两种类型的三极管两种类型的三极管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. BJT制造工艺：合金法、扩散法制造工艺：合金法、扩散法 NPN型和型和PNP型工作原理相似型工作原理相似,仅在使用时仅在使用时电源极性连接不同而已。电源极性连接不同而已。 按材料：硅三极管、锗三极管 按频率: 高频管、低频管 按功率分: 大功率管、小功率管 按结构分: NPN管、PNP管4. BJT的分类的分类图图

3、1.3.1 晶体管的几种常见外形晶体管的几种常见外形1.3.2 BJT的电流放大作用的电流放大作用 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图图1.3.3 晶体管内部载流子运动与外部电流晶体管内部载流子运动与外部电流外部条件外部条件发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏VCCVBB(1) 发射区自由电子向基区扩散发射区自由电子向基区扩散射极射极电流电流(IE

4、 )（2）自由电子在基区的扩散与复合）自由电子在基区的扩散与复合基极基极电流电流(IB)（3）集电区收集基区的非平衡少子）集电区收集基区的非平衡少子 集电极集电极电流电流(IC )1.晶体管内部载流子的运动晶体管内部载流子的运动（以（以NPN为例）为例） 条件条件: 外部条件：外部条件： 内部条件：内部条件： 从以上看出，三极管内有两种载流子从以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴自由电子和空穴)都参与都参与导电，故称为双极型三极管。或导电，故称为双极型三极管。或BJT (Bipolar Junction Transistor)。目的：目的：使载流子从发射区到达集电区使载流子从发射区到

5、达集电区发射区：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）与扩散）与扩散集电区：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） 小写字母、大写下标表示总小写字母、大写下标表示总量（含交、直量（含交、直流）。如，流）。如，vCE、iB等。等。 大写字母、大写下标表示大写字母、大写下标表示直流量。如，直流量。如，VCE、IC等。等。 小写字母、小写下标表示纯小写字母、小写下标表示纯交流量。如，交流量。如，vce、ib等。等。 上方有圆点的大写字母、小写下标表示相上方有圆点的大写字母、小写下标表示相量。量。

6、 、 等。等。书中有关符号的约定书中有关符号的约定ceVbI2. 晶体管的电流分配晶体管的电流分配图图1.3.3 晶体管内部载流子运动与外部电流晶体管内部载流子运动与外部电流BCEIII （晶体管一旦制成，从晶体管一旦制成，从e区发射的电子到达区发射的电子到达c区的比例也就定区的比例也就定了，此比例了，此比例称为电流放大系数。）称为电流放大系数。）BCEIII（1 1）共基电流放大系数）共基电流放大系数发发射射极极注注入入电电流流变变化化量量化化量量传传输输到到集集电电极极的的电电流流变变设设 为电流放大系数，为电流放大系数，与管子的与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，结构尺寸和掺杂浓度有关，管子

7、做管子做成后保持不变成后保持不变,一一般般 = 0.9 0.99ECii1 由由 是另一个电流放是另一个电流放大系数，大系数，同样，它也与同样，它也与管子的结构尺寸和掺杂管子的结构尺寸和掺杂浓度有关浓度有关,管子做成后管子做成后保持不变保持不变 。一般一般 1,为几十至几百为几十至几百可得可得和和所以所以量量基区复合的载流子变化基区复合的载流子变化化量化量集电极收集的载流子变集电极收集的载流子变设设 (2). 共射电流放大系数共射电流放大系数（3）三个电极电流总关系）三个电极电流总关系iE=iB+ iCiE=几个毫安几个毫安; iB=几十个微安几十个微安;iC=几个毫安几个毫安ECiiBCii

8、 令令CBEiiiEBi)-(1i（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，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；3.3.三极管的三种电路组态三极管的三种电路组态4. 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用图图1.3.4 基本共射放大电路基本共射放大电路当当 uI=0时时I IC,BBIi,CCIiIB当当 uI0时时BBBIIiBICI+IB+ICcCCIIi输入回路输入回路输出回路输出回路电压放

9、大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IOV vvAIB则则 iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V，若若 vI = 20mV使使当 iE = -1 mA， = 0.98 时，时，RLecb1k共基极放大电路共基极放大电路VEEVCCVEBIEIC+-vI+vEBvO+-+iC+iEIB +iB电流放大倍数电流放大倍数:0.98iiEC(1). 共基极放大共基极放大(放大电压放大电压)电压放大倍数电压放大倍数4920mVV98. 0IOVvvA vO = - iC RL = -0.98 V则则mA98. 01BBCiii vI = 20mV 设设

10、若若 iB = 20 uA = 0.98使使电流放大倍数电流放大倍数49iiBC故故:电压放大、电流放电压放大、电流放大，是应用最广的组态大，是应用最广的组态(2). 共射极放大共射极放大两个条件两个条件（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。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。能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。一组公式

11、一组公式 iB=f(vBE) vCE=const2)2)当当V VCECE=1V=1V时，集电结进入反偏状时，集电结进入反偏状态（态（ V VCBCB= = V VCECEV VBE BE 00）；集电结）；集电结收集电子，使基区复合减少，达收集电子，使基区复合减少，达到相同的到相同的I IB B需要更大需要更大V VBEBE，表现为特表现为特性曲线右移。这是正常使用状态。性曲线右移。这是正常使用状态。1)1)当当V VCECE=0V=0V时，相当于时，相当于C C和和E E短接，短接，发射结与集电结并联，表现为发射结与集电结并联，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.

12、3.3 BJT1.3.3 BJT的共射特性曲线的共射特性曲线1. 输入特性曲线输入特性曲线 BJT各电极电压与电流之间的各电极电压与电流之间的关系曲线，称为伏安特性曲线。关系曲线，称为伏安特性曲线。它是它是BJT内部载流子运动的外部内部载流子运动的外部表现。表现。死区死区非线性区非线性区线性区线性区（4）输入特性曲线分为三个部分）输入特性曲线分为三个部分vCE = 0VvCE = 0VvCE 1V(3)当当VCE1V时，曲线重时，曲线重合合:VBE不变不变,扩散到基区的扩散到基区的电子一定电子一定, VCE1V,绝大多绝大多数电子到集电区数电子到集电区, VCE增增大大,iB 不再明显减少，所

13、不再明显减少，所以曲线重合。以曲线重合。起始部分起始部分(陡陡):VCE=1V以下（很小）集以下（很小）集电结反压小吸引力不够电结反压小吸引力不够iC受受VCE影响大影响大 VCE增大增大 则则iC增大。增大。iC=f(vCE) iB=const输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域iB=0(近横轴近横轴): iB=0发射区未发射载发射区未发射载流子流子PN结不导通结不导通iC=0(实际不为实际不为0，因，因为有少子运动为有少子运动)。平坦部分平坦部分(1V): VCE 1V电子大多电子大多数到集电区数到集电区VCE增大，增大，ic增大不多增大不多 ic= iB。2. 输出特性曲线输出特

14、性曲线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： iB=0， iC=0， iE=0，CE开路，开路，相当于开关断开。相当于开关断开。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，发射结电压小于开启电压且集电结反偏。发射结电压小于开启电压且集电结反偏。饱和区：饱和区： IB增大，增大， IC增大不多或基本不变，不服从增大不多或基本不变，不服从IC = IB, VCE很小，相当于很小，相当于开关闭合；开关闭合；特征：特征： IC不仅与不仅与IB有关，且明显受有关，且明显受VCE控制。控制。此时，此时，发射结与集电结均正偏。发射结与

15、集电结均正偏。放大区：放大区： IC仅受控于仅受控于 IB，满足满足IC = IB，起到放大作用起到放大作用。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。此时，该区域内，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏发射结正偏（发射结电压大于开启电压），集电结反偏。（发射结电压大于开启电压），集电结反偏。从以上结论可看出：从以上结论可看出：各区间的用途不同各区间的用途不同。故可从用途来推知故可从用途来推知BJT的工作区间。的工作区间。输出特性三个区域的特点输出特性三个区域的特点:（2）放大区：）放大区：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。 即：即： UBEUon， U

16、CE UBE ， IC= IB (3) 饱和区：饱和区：发射结正偏，集电结正偏。发射结正偏，集电结正偏。 即：即： UBEUon， UCE UBE (1) 截止区：截止区： UBE Uon， IB=0 ， IC=ICEO 0 工程上：工程上： uBE =uCE 临界饱和临界饱和 uBE uCE 过饱和过饱和 1.3.4 晶体管主要参数晶体管主要参数1.电流放大系数电流放大系数1.64040CBImAIA(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 (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这是指静态这是指静态(无输入信号无输入信号)时的电流放大系数，其定义为时的电流放大

17、系数，其定义为这是指动态这是指动态(有输入信号有输入信号)时的电流放大系数，其定义为时的电流放大系数，其定义为CBII2.35 1.637.50.060.04CBIIUCE=常量常量一般：一般：BCBCEOCIIIII =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) (3) 共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数2. 极间反向电流极间反向电流 (1) c、b极间反向饱和电流极间反向饱和电流ICBO 指指e极开路，极开路，c、b间

18、加上一定的反向电压时的反向电流间加上一定的反向电压时的反向电流(如同如同PN结的反向电流结的反向电流)。其测试电路如图。其测试电路如图(a)所示所示。(2) c、e极间反向穿透电流极间反向穿透电流ICEO 指指b极开路，极开路，c、e间加上一定的反向电压时的间加上一定的反向电压时的c极电流。极电流。 T一定时，一定时，ICBO为为一常数一常数 ICEO=(1+)ICBO ICBO 、ICEO越小，越小，管子质量越好。管子质量越好。 其测试电路如图其测试电路如图(b)所示。所示。 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

19、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）穿透电流在特性曲线上表现）穿透电流在特性曲线上表现3. 极限参数极限参数2) 最大集电极耗散功率最大集电极耗散功率PCM 1)最大集电极电流最大集电极电流ICMICM是指是指BJT的参数变化不超过允许值时，的参数变化不超过允许值时，c极允许的最大电流。极允许的最大电流。（使用时，若（使用时，若iCICM，管子不仅性能会下降，甚至可能会烧坏。），管子不仅性能会下降，甚至可能会烧坏。）这是指这是指c结上允许耗散的最大功率，表示如下：结上允许耗散的最大功率，表示如下：CMCCEPIU图图1.3.7 晶体管的极限参数晶体管的极限参数3）极

20、间反向击穿电压）极间反向击穿电压 指晶体管指晶体管某一电极开路时某一电极开路时，另外，另外压，超过此值管子会发生击穿现象。压，超过此值管子会发生击穿现象。两个电极间所允许加的最高反向电两个电极间所允许加的最高反向电 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) 极间反向击穿电压极间反向击穿电压1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响温度对晶体管特性及参数的影响TICBOUBE图图1.3.8 温度对晶体管输入特性的影响温度对晶体管输入特性的影响图图