清华模电课件第2讲三极管

1、第三节 半导体三极管,双极型晶体管(BJT),一、三极管的结构与种类,结构,NPN,PNP,材料,Si,Ge,功率,小功率管,大功率管,频率,高频管,低频管,NPN型,PNP型,三极管是由两个PN结、三个杂质半导体组成，杂质半导体有P、N两种类型，所以三极管的组成形式有NPN和PNP两种。,NPN型三极管,(a)结构示意图 (b)符号,制造三极管时必须满足工艺要求：,(1)基区必须做得很薄,(2)发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。,(3)集电区比发射区体积大，且掺杂浓度低。,集电区：面积最大,基区：最薄，掺杂浓度最低,发射区：掺杂浓度最高,PNP型三极管,二、三极管的放大原理,共射电路(C

2、E)为例,输入、输出回路的公用端为发射极。,三极管处于导通状态必须满足的条件：,E结,C结,正偏,反偏,PNP ： VCVBVE,NPN ： VCVBVE,从电位的角度看：,1、载流子的传输过程,收集电流,漂移电流,复合电流,如图可得,2 电流分配关系,直流电流放大系数,将(1)式代入(2)式,将(3)式代入(5)式,(1),(2),(3),(4),(5),穿透电流,结论,由基极电流的微小变化引起的集电极电流的较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。,交流电流放大系数,一般情况下，直流电流放大系数与交流电流放大系数差别很小，在分析估算中常取,1）三电极电流关系：IE=IB +IC 2）ICIB

3、 ，ICIE 3）IC IB， IE (1+ )IB,电流分配关系,三极管任何一个电极都可作为输入和输出的公共端，因此，三极管有三种连接方式，称为三种组态。,三极管的三种组态,(a)共发射极电路 (b)共基极电路 (c)共集电极电路,以发射极为信号输入和输出公共极的电路，称为共发射极电路；以基极作为信号输入和输出公共极的电路，称为共基极电路；以集电极作为信号输入和输出公共极的电路，称为共集电极电路。,共基电路（CB）,直流电流放大系数,与 的关系,共基电路交流电流放大系数,与 的关系,三、三极管的输入特性与输出特性,以NPN管共射电路为例,1 输入特性曲线族,三极管的输入特性曲线与二极管相同，

4、表示以 为参变量时 和 的关系。即 。,输入回路,输出回路,硅NPN管的输入特性曲线,1.UCE=0V，b、e极间加正向电压。,2.UCE1V,分两种情况来讨论。,对于小功率管，UCE=1V的输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。,2 输出特性曲线族,输出特性共分四个区：,（1）放大区,该区具有两个性质：,具有电流放大作用,受控性与恒流性,受控性是指 的变化控制 的变化。恒流性是指该区中 基本不随 而变化。,三极管工作在该区E结正偏，C结反偏。,（3）饱和区,IC与IB无控制关系,没有电流放大作用,饱和压降UCES,（4）击穿区,（2）截止区,IB0,没有电流放大作用,对小功率

5、管约为(0.30.5)V。,概念,UCES是分隔放大区与饱和区的分隔线。,四、三极管的主要参数,1 电流放大系数,（1）共射电路,直流电流放大系数定义,交流放大系数定义,图解值,（2）共基电路,直流电流放大系数定义为,交流电流放大系数定义为,（1）反向饱和电流ICBO,（2）穿透电流ICEO,2 极间反向电流,指发射级开路时，集电极与基极间的反向饱和电流。,指基极开路时集电极与发射极间的穿透电流，它与 的关系是,在放大区内， 值基本不变，但当 IC 超过一定数值后，将明显下降。规定当 降到额定值的 时对应的 值为 。,3 极限参数,（1）集电极最大允许功耗PCM,临界功耗线,（2）集电极最大允

6、许的电流ICM,（3）反向击穿电压U(BR)CEO,集电极的功率损耗(简称功耗) 。使用时，要求 ，否则管子会过热而烧毁。 值决定于管子允许的温升。,的区域称过流区。,4 频率参数,三极管幅频特性,（1）共射截止频率,当信号频率较高时，由于管子内部的电容效应作用明显，使值下降。当下降到中低频值 的0.707倍时对应的频率称共射截止频率 。,（2）共射特征频率,（3）共基截止频率,指当 时的频率。当 时，管子失去放大作用。,五、环境温度对三极管参数的影响,1 温度对ICBO的影响,2 温度对的影响,3 温度对UBE的影响,硅管 的比锗管小得多，优良的硅管 可以做到10nA以下。对硅管来说， 随温度的变化往往不是主要问题，因此得到广泛地应用。,三极管的 值随着温度的升高而增大。其规律为每升高1， 值增加(0.51)。,当 一定，温度每升高 ， 减小2mV左右，或者说，对相同的 ， 会随着温度的升高而增加。,ICBO随温度的升高而增大。,UBE随温度升高而降低。,六、三极管的h参数微变等效电路,h,适用于中低频段,晶体管在中低频、小信号作用下等效,1.中低频段:kHz数量级以下 2.小信号：mv级 3.等效：线性化处理,简化的h参数微变等效电路,基区的区电阻,发射结结电阻,P34,可以用公式计算,其中 指基