第三讲双极型晶体管

第三讲双极型晶体管第1页，共18页，2023年，2月20日，星期三NPN型PNP型箭头方向表示发射结加正向电压时的电流方向1.3双极型晶体管一、晶体管的结构图1.3.1第2页，共18页，2023年，2月20日，星期三1.3双极型晶体管无论是NPN型或是PNP型的三极管,它们均包含三个区:发射区、基区和集电区,并相应地引出三个电极：发射极（e)、基极(b)和集电极(c)。同时,在三个区的两两交界处,形成两个PN结,分别称为发射结和集电结。常用的半导体材料有硅和锗,因此共有四种三极管类型。它们对应的型号分别为：3A(锗PNP)、3B(锗NPN)、3C(硅PNP)、3D(硅NPN)四种系列。第3页，共18页，2023年，2月20日，星期三1.3双极型晶体管三个区的特点：基区：厚度薄，杂质浓度低；发射区：掺杂浓度高；集电区：集电结面积很大。第4页，共18页，2023年，2月20日，星期三1.3双极型晶体管二、晶体管的放大作用产生放大作用的条件：发射结正偏，集电结反偏（NPN）1.三极管内部载流子的传输过程a）发射区向基区注入电子，形成发射极电流iEb）电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流iBc）集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流iC图1.3.2晶体管内部载流子运动与外部电流第5页，共18页，2023年，2月20日，星期三1.3双极型晶体管集电极电流ＩＣ由两部分组成：ＩＣｎ和ＩＣＢＯ,前者是由发射区发射的电子被集电极收集后形成的,后者是由集电区和基区的少数载流子漂移运动形成的,称为反向饱和电流。于是有ＩＣ＝ＩＣｎ＋ＩＣＢＯ发射极电流ＩＥ也由两部分组成：ＩＥｎ和ＩＥｐ。ＩＥｎ为发射区发射的电子所形成的电流,ＩＥｐ是由基区向发射区扩散的空穴所形成的电流。因为发射区是重掺杂,所以ＩＥｐ忽略不计,即ＩＥ≈ＩＥｎ。ＩＥｎ又分成两部分,主要部分是ＩＣｎ,极少部分是ＩＢｎ。ＩＢｎ是电子在基区与空穴复合时所形成的电流,基区空穴是由电源VＢＢ提供的,故它是基极电流的一部分。第6页，共18页，2023年，2月20日，星期三1.3双极型晶体管基极电流ＩＢ是ＩＢｎ与ＩＣＢＯ之差：2.电流分配关系：第7页，共18页，2023年，2月20日，星期三1.3双极型晶体管三、电流放大系数1.共射电流放大倍数2.共基电流放大倍数第8页，共18页，2023年，2月20日，星期三电流放大系数：静态电流（直流）放大系数：动态电流（交流）放大系数注意：两者的含义是不同的，但在特性曲线近于平行等距并且ICEO较小的情况下，两者数值较为接近。在估算时，常用近似关系（1）（2）对于同一型号的晶体管，值有差别，常用晶体管的值在20-100之间。第9页，共18页，2023年，2月20日，星期三1.3双极型晶体管四、晶体管的共射特性曲线1.输入特性曲线当ＵＣＥ不变时,输入回路中的电流ＩＢ与电压ＵＢＥ之间的关系曲线称为输入特性,即图1.3.3晶体管的输入特性曲线第10页，共18页，2023年，2月20日，星期三1.3双极型晶体管2.输出特性

当ＩＢ不变时,输出回路中的电流ＩＣ与电压ＵＣＥ之间的关系曲线称为输出特性,即图1.3.4晶体管的输出特性曲线第11页，共18页，2023年，2月20日，星期三1.3双极型晶体管(1)截止区。一般将ＩＢ≤０的区域称为截止区,在图中为ＩＢ＝０的一条曲线的以下部分。此时ＩＣ也近似为零。由于各极电流都基本上等于零,因而此时三极管没有放大作用。其实ＩＢ＝０时,ＩＣ并不等于零,而是等于穿透电流ICEO。一般硅三极管的穿透电流小于１μA,在特性曲线上无法表示出来。锗三极管的穿透电流约几十至几百微安。当发射结反向偏置时,发射区不再向基区注入电子,则三极管处于截止状态。所以,在截止区,三极管的两个结均处于反向偏置状态。对ＮＰＮ三极管,ＵＢＥ＜０,ＵBC＜０。第12页，共18页，2023年，2月20日，星期三1.3双极型晶体管(2)放大区。

此时发射结正向运用,集电结反向运用。在曲线上是比较平坦的部分,表示当ＩＢ一定时,ＩＣ的值基本上不随ＵCE而变化。在这个区域内,当基极电流发生微小的变化量ΔＩＢ时,相应的集电极电流将产生较大的变化量ΔＩＣ,此时二者的关系为ΔＩＣ＝βΔＩＢ该式体现了三极管的电流放大作用。对于ＮＰＮ三极管,工作在放大区时ＵＢＥ≥０.７V,而ＵＢＣ＜０。第13页，共18页，2023年，2月20日，星期三1.3双极型晶体管饱和区曲线靠近纵轴附近,各条输出特性曲线的上升部分属于饱和区。在这个区域,不同ＩＢ值的各条特性曲线几乎重叠在一起,即当ＵＣＥ较小时,管子的集电极电流ＩＣ基本上不随基极电流ＩＢ而变化,这种现象称为饱和。此时三极管失去了放大作用,ＩＣ＝βＩＢ或ΔＩＣ＝βΔＩＢ关系不成立。一般认为ＵCE＝ＵBE,即ＵCB＝０时,三极管处于临界饱和状态,当ＵCE＜ＵBE时称为过饱和。三极管饱和时的管压降用ＵCES表示。在深度饱和时,小功率管管压降通常小于０.３V。三极管工作在饱和区时,发射结和集电结都处于正向偏置状态。对NPN三极管,ＵＢＥ＞０,ＵＢＣ＞０。第14页，共18页，2023年，2月20日，星期三1.3双极型晶体管五、三极管的主要参数1、电流放大系数β：iC=βiB2、极间反向电流iCBO、iCEO：iCEO=（1+β）iCBO

极间反向电流越小，管子稳定性越好。3、极限参数

（1）集电极最大允许电流ICM：下降到额定值的2/3时所允许的最大集电极电流。（2）集电极最大允许功耗PCM：集电极最大允许功率损耗ＰＣＭ。当三极管工作时,管子两端电压为ＵＣＥ,集电极电流为ＩＣ,因此集电极损耗的功率为第15页，共18页，2023年，2月20日，星期三1.3双极型晶体管（3）反向击穿电压ＵCBO——发射极开路时,集电极-基极间的反向击穿电压。ＵCEO——基极开路时,集电极-发射极间的反向击穿电压。ＵCER——基射极间接有电阻Ｒ时,集电极-发射极间的反向击穿电压。ＵCES——基射极间短路时,集电极-发射极间的反向击穿电压。ＵEBO——集电极开路时,发射极-基极间的反向击穿电压,此电压一般较小,仅有几伏左右。上述电压一般存在如下关系：第16页，共18页，2023年，2月