半导体三极管的基本结构

三极管内部构造PNP再加上一块N型半导体如图5-1〔a〕所示。由图5-1〔a〕可见，这种构造的器PNNP用符号e、b、c来表示。处在放射区和基区交界处的PN结称为放射结；处在基PN三极管通常也称双极型晶体管〔BJT〕，简称晶体管或三极管。三极管在电TPNPN术的进展。NPNNPN5-1〔b〕NPN中箭头的指向表示放射结处在正向偏置时电流的流向。依据同样的原理，也可以组成PNP5-2〔a〕〔b〕分别为PNP型三极管的内部构造和符号。上，理解箭头的指向是代表放射结处在正向偏置时电流的流向，有利于记忆NPNPNP例如，当大家看到“”符号时，由于该符号的箭头是由基极指向放射极PNPNPNNPN晶体管除了PNP和NPN两种类别的区格外，还有很多种类。依据三极管工作将三极管分为小功率管、中功率管和大功率管等。常见三极管的外形如图5-3所示。5-3〔c〕5-3〔d〕为大功率管。三极管的电流放大作用1PNPN5-15-2PNPN体的掺杂溶度，且放射结的面积较小。放射区和集电区虽为同一性质的掺杂半导体，但放射区的掺杂溶度要PN集电结为反向偏置是三极管具有电流放大作用的外部条件。5-4电路输入和输出的公共端，所以，该电路称为共放射极电路。5-4ui o

是基极电源，该电源的作用是使三极管的放射结处在正向偏置的状态，V是集电极电源，CC该电源的作用是使三极管的集电结处在反向偏置的状态，RC2、共放射极电路三极管内部载流子的运动状况5-55-5载流子的运动规律可分为以下的几个过程。放射区向基区放射电子的过程放射结处在正向偏置，使放射区的多数载流子〔自由电子〕不断的通过放射由于两者掺杂溶度上的悬殊，形成放射极电流I的载流子主要是电子，电流的E方向与电子流的方向相反。放射区所放射的电子由电源E的负极来补充。C电子在基区中的集中与复合的过程E不断B的向基区供给空穴，形成基极电流I。由于基区掺杂的溶度很低，且很薄，在基B区与空穴复合的电子很少，所以，基极电流I也很小。集中到基区的电子除了B被基区复合掉的一小部格外，大量的电子将在惯性的作用下连续向集电结集中。集电结收集电子的过程极收集。集电极收集到的电子由集电极电源E吸取，形成集电极电流I。c C3、三极管的电流安排关系和电流放大系数依据上面的分析和节点电流定律可得，三极管三个电极的电流I、I、I之间的关系为：

I=I+I

〔5-1〕

E B CE B C三极管的特别构造使IC

IB〔5-2〕称为三极管的直流电流放大倍数它是描述三极管基极电流对集电极电流把握力气大小的物理量， 极电流对集电极电流把握的力气就大。三极管的共射特性曲线

就确定了。图示仪上直观地显示出来，也可从手册上查到某一型号三极管的典型曲线。NPN1、输入特性曲线输入特性曲线是描述三极管在管压降UCE

保持不变的前提下，基极电流i和Bu之间的函数关系，即BE

〔5-3〕5-6NPN入持性曲线的特点是：〔1〕虽己大于零，BEiu的值大于开启电压后，iu的B BE B BE增加按指数规律增大。硅晶体管的开启电压约为0.5V，放射结导通电压V约为on0.2V，0.2～0.3V。〔2〕三条曲线分别为U

=0V，U=0.5VU=1VU

=0VCE CE CE CE于集电极和放射极短路，即集电结和放射结并联，输入特性曲线和PN结的正向特性曲线相类似。当U=1V，集电结已处在反向偏置，管子工作在放大区，集电CEuiBE

减小，U

=1VCE CE CEVcc＞lV收集走，对基区电子与空穴的复合影响不大，iBCE

必需大于l伏，所以，只要U=1VCE2、输出特性曲线输出特性曲线是描述三极管在输入电流iB

保持不变的前提下，集电极电流iu之间的函数关系，即C CE

〔5-4〕5-75-7I转变时，i和uB C CE的关系是一组平行的曲线族，并有截止、放大、饱和三个工作区。〔1〕截止区I=0Bu＜0，i＝0，在反向饱和电流可无视的前BE

B也等于0，晶体管无电流的放大作用。处在截止状态下的三极管，C B放射极和集电结都是反偏，在电路中如同一个断开的开关。实际的状况是：处在截止状态下的三极管集电极有很小的电流I，该电流CE0称为三极管的穿透电流，它是在基极开路时测得的集电极-放射极间的电流，不iB饱和区在图5-4的三极管放大电路中，集电极接有电阻R，假设电源电压V

确定，

=V-iR

C将下降，对于硅管，当u

CC降低到小于0.7VC CE CC CC CE时，集电结也进入正向偏置的状态，集电极吸引电子的力气将下降，此时i再BC的三极管称为饱和。U＝U5-7CE BE界饱和态下工作的三极管集电极电流和基极电流的关系为：〔5-1-4〕

，I，U

分别为三极管处在临界饱和态下的集电极电流、基极电CS BS CES流和管子两端的电压〔饱和管压降〕。当管子两端的电压U＜U时，三极管将CE CES进入深度饱和的状态，在深度饱和的状态下，i=βiC B放射结和集电结都处于正向偏置会导电的状态下，在电路中如同一个闭合的开关。关电路就是利用三极管的这种特性来制作的。放大区B C

几乎也按确定比例等距离平行变化。由于i只受i把握，几乎与u的大小无关，说明C B CE处在放大状态下的三极管相当于一个输出电流受I把握的受控电流源。B上述争论的是NPNPNP型三极管特性曲线关于原点对称的图像三极管的主要参数三极管的主要参数有：1、共射电流放大系数 和β在共射极放大电路中，假设沟通输入信号为零，则管子各极间的电压和电流都是直流量，此时的集电极电流IC

IB

的比就是 ， 称为共射直流电流放大系数。当共射极放大电路有沟通信号输入时，因沟通信号的作用，必定会引起IB的变化，相应的也会引起I的变化，两电流变化量的比称为共射沟通电流放大Cβ，即〔5-6〕上述两个电流放大系数 和β的含义虽然不同但工作在输出特性曲线放通常不加区分，直接相互替代使用。ββ，ββ40～802I和ICBO CEO集电结反向饱和电流ICBO的集电极电流。常温下，硅管的I

是指放射极开路，集电结加反向电压时测得nA〔10-9〕的量级，通常可无视。CBO集电极-放射极反向电流I是指基极开路时，集电极与放射极之间的CEO热稳定性好。3、极限参数集电极最大允许电流ICMI在相当大的范围内βI的数C CββI即为I。为了使三极管在放大电路中能正常工作，I不应超过I。

C CMC CM集电极最大允许功耗PCM晶体管工作时、集电极电流在集电结上将产生热量，产生热量所消耗的功率P，即CMP=IU

〔5-7〕CM CCE功耗与三极管的结温有关，结温又与环境温度、管子是否有散热器等条件相5-8功耗线的左下方为安全工作区，右上方为过损耗区。P25℃时测得的。硅管集电结的上限温度为CM150℃70℃左右，使用时应留意不要超过此值，否则管子将损坏。UBR〔CEO〕反向击穿电压U 是指基极开路时加在集电极与放射极之间的最大允许BR〔CEO〕电压。使用中假设管子两端的电压U＞U

将急剧增大，这CE BR〔CEO〕 C种现象称为击穿。管子击穿将造成三极管永久性的损坏。三极管电路在电源EC的值选得过大时，有可能会消灭，当管子截止时，U＞U 导致三极管击穿而CE BR〔CEO〕损坏的现象。一般状况下，三极管电路的电源电压E应小于1/2U 。4、温度对三极管参数的影响

C BR〔CEO〕数影响最大。β其结果是在一样的I状况下，集电极电流IB

随温度上升而增大