双极型晶体管

1、 双极型晶体管又称为半导体三极管、晶体三极管。它由两个 PN 结组合而成，有两种载流子参与导电，是一种电流控制电流源器件（CCCS）。晶体管英文为Transister，有两大类型: 双极型晶体管(BJT)； 场效应晶体管(FET)。3.1 引言 场效应型晶体管仅由一种载流子参与导电，是一种电压控制电流源器件（VCCS）。第3章 双极型晶体管 及其基本放大电路晶体管的两种结构3.2.1 晶体管的结构和类型NPN型PNP型 晶体管符号中的短粗线代表基极，发射极的箭头方向，代表发射极加正向偏置时电流的方向。 双极型晶体管有两种结构，NPN型和PNP型。3.2 双极型晶体管3.2.2 晶体管的三种组态

2、双极型晶体管有三个电极，其中两个可以作为输入，两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，如共发射极接法，也称共发射极组态，简称共射组态，发射极是公共电极。晶体管的三种组态共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表；共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示；共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。 双极型晶体管在制造时，要求发射区的掺杂浓度大，基区掺杂浓度低并要制造得很薄，集电区掺杂浓度低，且集电结面积较大。从结构上看双极型晶体管是对称的，但发射极和集电极不能互换。 双极型晶体管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反

3、向电压。现以 NPN型晶体管的放大状态为例，来说明晶体管内部的电流关系。1. 晶体管内部载流子的传输3.2.3 晶体管的电流放大作用IENIEPICBOIEICIBIBNIE=IEN + IEP且IEN IEPIC= ICN +ICBO ICN= IEN - IBN IB= IEP + IBN - ICBO 注意：图中画的是载流子的运动方向，空穴流与电流方向相同；电子流与电流方向相反。由此可确定三个电极的电流。ICN如何保证注入的载流子尽可能地到达集电区？ 发射极电流：IE= IEN+IEP 且有IENIEP 集电极电流：IC=ICN+ICBO ICN=IEN-IBN 且有IEN IBN ，

4、ICNIBN 基极电流： IB=IEP+IBN-ICBO 2. 晶体管电极电流的关系所以，发射极电流又可以写成 IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO)=IC+IB IENIEPICBOIEICIBIBNIE=IEN + IEP且IEN IEPIC= ICN +ICBO ICN= IEN - IBN IB= IEP + IBN - ICBOICN 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ICN与总发射极电流IE的比值。3. 晶体管的电流放大系数 (1) 共基极直流电流放大系数 IC=ICN+ICBO= IE+ICBO=

5、(IC+IB)+ICBO ICN与IE相比，因ICN中没有IEP和IBN，所以 (2) 共发射极直流电流放大系数 称为共射极直流电流放大系数。则其中称为晶体管的穿透电流 其中 很小，可以忽略 ，它描述了晶体管的电流放大作用。令 3.2.4 晶体管的共射特性曲线 iB是输入电流，uBE是输入电压。 iC是输出电流，uCE是输出电压。 输入特性曲线 iB=f(uBE) uCE=const 输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const共发射极接法晶体管的特性曲线包括：共发射极接法的电压-电流关系1. 输入特性曲线 (1) UCE=0V，iB和uBE和呈指数关系，类似于半导体二极管的特性。(2)

6、 当UCE增加时，集电结收集电子能力增加，曲线右移。(3) UCE1V，曲线右移不明显。近似用UCE=1V曲线代替 。 NPN型晶体管的共射输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE) uCE=const它是以IB为参变量的一族特性曲线。NPN型晶体管的共射输出特性曲线2. 输出特性曲线当UCE稍增大时，IC随着UCE增加而增加。当UCE=0 V时，集电极无收集作用，IC=0。当UCE继续增加使集电结反偏电压较大时， UCE再增加，电流也没有明显的增加。输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区iC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE的 数值较小，

7、一般UCE0.7 V(硅管)。此时 发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。截止区iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，发射结反偏， 集电结反偏。放大区iC平行于uCE轴的区域，曲线基本平行等距。 此时，发射结正偏，集电结反偏，电压大于0.7 V左右(硅管) 。输出特性曲线的分区截止区饱和区 晶体的参数分为三大类: 直流参数、交流参数、极限参数 (1) 直流电流放大系数 共发射极组态直流电流放大系数 1. 直流参数对共射组态的电流放大系数，在UCE不变的条件下，输出集电极电流ICQ与输入基极电流IBQ之比，定义：3.2.5 晶体管的主要参数输出特性曲线共基极组态直流电流放大系数 称为

8、共基极直流电流放大系数。 集电结的反向饱和电流ICBOICBO是发射极开路时集电结的反向饱和电流。 穿透电流ICEO ICEO是基极开路时集电极与发射极之间的穿透电流。 ICEO=（1+ ）ICBO(2) 极间反向电流 在共射接法输出特性曲线上，通过垂直于X 轴的直线求取iC/iB。在输出特性曲线上求2. 交流参数(1) 交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 Q 共基极交流电流放大系数(2) 特征频率fT 晶体管的 值不仅仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，晶体管的 值将会下降。当 下降到 1 时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。当ICBO和ICE

9、O很小时， 、 ，可以不加区分。(3) 共射截止频率f低频时共发射极交流电流放大系数为0。下降到0/ 时所对应的信号频率称为晶体管的共射截止频率，用f表示。(4) 共基截止频率f低频时共基极交流电流放大系数为0。下降到0/ 时所对应的信号频率称为晶体管的共基截止频率，用f表示。 特征频率、共射截止频率和共基截止频率三者之间大致满足如下关系：(1) 集电极最大允许电流 ICM3. 极限参数 当集电极电流增加到一定程度， 就要下降，使 值明显减小所对应的IC称为集电极最大允许电流ICM。(2) 集电极最大允许功率损耗PCMpC= iCuCE ，PCM表示集电结上最大允许耗散功率。 (3) 反向击穿

10、电压 反向击穿电压表示晶体管电极间承受反向电压的能力。晶体管击穿电压的测试电路 1.U(BR)CBO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，O代表第三个电极E开路。 2.U(BR) EBO集电极开路时发射结的击穿电压。 3.U(BR)CEO基极开路集电极和发射极间的击穿电压。 U(BR)CBOU(BR)EBOU(BR)CEO 对于U(BR)CER表示BE间接有电阻，U(BR)CES表示BE间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系 U(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERU(BR)CEOU(BR) EBO 由晶体管的极限参数

11、 PCM、ICM和U(BR)CEO确定了晶体管的过损耗区、过流区和击穿区。使用晶体管时，应避免使其进入上述三个区域，保证晶体管工作在安全工作区。输出特性曲线的安全工作区 过电流区是集电极电流达到ICM和超过ICM以上的部分。过损耗区由晶体管的集电极最大功率损耗值确定，是一条曲线。 过电压区由U (BR)CEO决定。曲线中间部分为安全工作区。1. 温度对ICBO的影响 温度升高，半导体的本征激发增大，漂移电流增大，ICBO随之增大。经验数据表明，温度每升高10， ICBO增加约一倍。3.2.6 晶体管的温度特性2. 温度对输入特性曲线的影响 当温度升高时，输入特性曲线左移， uBE减小，大约温度每增加1，uBE的绝对值减小22.5mV。3. 温度对输出特性曲线的影响 当温度升高时，晶体管的输出特性曲线上移且间距变大，穿透电流 ICEO增加，增加， IC增加。国家标准对半导体三极管的命名如下:3 D G 110 B 第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NP