半导体三极管.ppt

1、第三节 半导体三极管,一、三极管的结构与分类,NPN 型,PNP 型,1晶体管的电流放大原理,结构特点：, 发射区的掺杂浓度最高；, 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；, 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。,管芯结构剖面图,2三极管的外形结构,3三极管的电流分配与放大作用,B,C,E,晶体管实现电流放大作用的外部条件,发射结正偏、集电结反偏,共射极放大电路,PNP ：VCVBVE,从电位的角度看： NPN ：VCVBVE,IE,IC,IB,三极管内部载流子的传输过程,1. 发射区向基区注入电子的过程,2. 电子在基区的扩散和复合过程,3. 集电区收集电子的过程,IC,IB

2、,a. 发射区向基区扩散电子,形成发射极电流IE,b. 基区向发射区扩散空穴,形成空穴电流,IC,IB,IE,因为发射区的掺杂浓度远大于基区浓度，空穴电流可忽略不记。,IC,IB,IE,c. 基区电子的扩散和复合,形成IB,IC,IB,IE,d. 集电区收集从发射区扩散过来的电子,形成发射极电流IC,e. 集电区、基区少子相互漂移ICBO,少子漂移形成反向饱和电流ICBO,集电区少子空穴向基区漂移,基区少子电子向集电区漂移,少子漂移形成反向饱和电流ICBO,集电区少子空穴向基区漂移,基区少子电子向集电区漂移,晶体管的电流分配关系动画演示,结论,由于发射结处正偏，发射区的多数载流子自由电子将不断

3、扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。,1. 发射区向基区扩散电子的过程,由于基区很薄，且多数载流子浓度又很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少一部分和基区的空穴相复合形成基极电流IB，剩下的绝大部分电子则都扩散到了集电结边缘。,2. 电子在基区的扩散和复合过程,集电结由于反偏，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流IC。,3. 集电区收集电子的过程,只要三极管符合基区很薄、低掺杂，发射区高掺杂，发射结面积远小于集电结面积的内部条件，再加上发射结正偏、集电结反偏的外部条件，三极管就具有了放大电流的能力。,总结,1. 发射区向基区扩散

4、电子的过程,2. 电子在基区的扩散和复合过程,3. 集电区收集电子的过程,1. 发射区向基区扩散电子的过程,2. 电子在基区的扩散和复合过程,结论:,各电极电流关系及电流放大作用,1）三电极电流关系 ： IE = IB + IC 电流分配原则,2） IC IB ， IC IE ， 直流电流放大系数,3） IC IB ， 交流电流放大系数,电流分配方程式,把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为三极管的电流放大作用。,三极管使用一个较小的电流去控制一个较大的电流，起电流放大的作用，因而将三极管称为电流控制元件。,穿透电流：基极开路，少数载流子漂移运动产生的电流，用ICEO表示。,

5、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。,共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；,三极管的三种组态：,4三极管的特性曲线,所谓特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线，是三极管内部载流子运动的外部表现。,共发射极电路,输入回路,输出回路,发射极是输入回路、输出回路的公共端,(1) 输入特性曲线,UCE=0V,令UBB从0开始增加,令UCC为0,UCE=0时的输入特性曲线,UCE为0时,电路输出端集电极-发射极电压UCE一定时，输入回路中电流IB与基极-发射极电压UBE之间的关系曲线。,硅管： UBE=0.7V, 锗管： UBE=0.2V

6、。,令UBB重新从0开始增加,增大UCC,让UCE=0.5V,UCE =1V,UCE=0.5V,UCE=0.5V的特性曲线,继续增大UCC,让UCE=1V,令UBB重新从0开始增加,UCE=1V,UCE=1V的特性曲线,继续增大UCC使UCE=1V以上的多个值，结果发现：之后的所有输入特性几乎都与UCE=1V的特性相同，曲线基本不再变化。,实用中三极管的UCE值一般都超过1V，所以其输入特性通常采用UCE=1V时的曲线。,UCE1V的特性曲线,(2) 输出特性曲线,先把IB调到某一固定值保持不变。,当输入回路电流IB一定时，输出回路中的电流IC与管子输出端电压UCE 之间的关系曲线称为输出特性

7、。,然后调节UCC使UCE从0增大，观察毫安表中IC的变化并记录下来。,根据记录可给出IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线就是三极管的输出特性曲线。,IB,0,再调节IB至另一稍小的固定值上保持不变。,仍然调节UCC使UCE从0增 大，继续观察毫安表中IC 的变化并记录下来。,IB1,IB2,IB3,IB=0,输出曲线开始部分很陡，说明IC随UCE的增加而急剧增大。,当UCE增至一定数值时(一般小于1V)，输出特性曲线变得平坦，表明IC基本上不再随UCE而变化。,当IB一定时，从发射区扩散到基区的电子数大致一定。当UCE超过1V以后，集电极电流IC基本不变，体现出恒流特性。,当IB增大时，相

8、应IC也增大，输出特性曲线上移， 且IC增大的幅度比对应IB大得多。这一点正是三极管的电流放大作用。,从输出特性曲线可求出三极管的电流放大系数：,IC,=IC/IB=1.30.04=32.5,输出特性曲线上一般可分为三个区：,饱和区。当发射结和集电结均为正向偏置时，三极管处于饱和状态。IC不受IB控制，只受UCE（UCE1）控制。,截止区。当基极电流IB小于0时，三极管处于截止状态。发射结和集电结均为反向偏置。,放 大 区,三极管工作在放大状态时，发射结正偏，集电结反偏。在放大区，集电极电流IC与基极电流IB之间成倍的数量关系，即三极管在放大区时具有电流放大作用。,截止区,饱 和 区,例1：U

9、CE= 6 V时， 在 Q1 点IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 点 IB=60 A, IC=2.3mA。求值？,在以后的计算中，一般作近似处理： =,Q1,Q2,在 Q1 点，有,由 Q1 和Q2点，得,三极管工作状态判断,饱和状态,放大状态,反,截止状态,正,反,正,VbVe,VbVc,VeVbVc,VbVe,发射结 集电结,发射结 集电结,发射结 集电结,VbVe,VbVc,VcVbVe,VbVe,判别三极管工作状态的步骤,例2：已知三极管三个级的电位如图所示，判别下列三极管所处的工作状态？,0.3v,0v,-2v,a）,6v,1.3v,2v,-2v,-1v,1v,b）,c）

10、,d）,截止,放大,放大,饱和,（1）V1=3.5V， V2=2.8V， V3=12V。,例3： 测得工作在放大电路中几个晶体管三个极电位值V1、V2、V3，判断管子的类型、材料及三个极。,NPN型硅管，1、2、3依次为B、E、C,（2）V1=3V， V2=2.7V， V3=12V。,（3）V1=6V， V2=11.3V， V3=12V。,（4）V1=6V， V2=11.7V， V3=12V。,NPN型鍺管，1、2、3依次为B、E、C,PNP型硅管，1、2、3依次为C、B、E,PNP型鍺管，1、2、3依次为C、B、E,例4：测得电路中三极管各极对地的电位值如下表所示，判断各管的工作状态及类型。

11、,T1：UBE = -0.3V，VEVBVC，放大状态，PNP型,T2：UCE = 0.3V， VEVCVB，饱和状态，NPN型,T3：UCE = -6V， VCVEVB，截止状态，PNP型,已知：管子对地电位如图所示。判断管子的工作状态和材料。,+6V,+0.1V,-0.2V,(a),例题5：,+1V,-2V,+0.3V,(b),解：,（1）判断管型主要看箭头。,箭头向外说明管子为：,NPN型管。,（3）计算UBE。,UBE=UBUE=0.1（0.2）=0.3V。,（2）分析两个PN结的偏置。,UB=0.1VUE=0.2V, 发射结正偏。,UB=0.1VUC=6V, 集电结反偏。,说明管子工

12、作在放大状态。,说明管子为锗管。,解：,+1V,-2V,+0.3V,(b),（1）判断管型主要看箭头。,箭头向内说明管子为：,PNP型管。,（3）计算UEB。,UEB=UEUB=10.3=0.7V。,（2）分析两个PN结的偏置。,UB=0.3VUE=+1V, 发射结正偏。,UB=0.3VUC=-2V, 集电结反偏。,说明管子工作在放大状态。,说明管子为硅管。,例6：测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图所示。在圆圈中画出管子，并分别说明它们是硅管还是锗管。,B,E,C,硅管,B,E,C,锗管,B,E,C,硅管,B,E,C,硅管,B,E,C,锗管,B,E,C,锗管,5三极管的主要参数及温度影响,

13、值与IC有关。同一型号的三极管值有较大差别，其值在20150之间。 值太小，管子的电流放大作用太小； 值太大，使管子受温度变化的影响大，导致管子工作不稳定。要根据实际情况来选择 值合适的管子。, 直流电流放大系数,反映了三极管的电流放大能力。, 交流电流放大系数,集电极电流变化量与基极电流变化量的比值。,当输出曲线的间隔比较均匀时，认为:,(1) 电流放大系数,(2) 极间反向电流, 集电极-基极反向饱和电流ICBO：发射极开路时，集电极-基极之间的反向电流。,ICBO,ICBO随温度的升高而增大，且具有饱和性。它是表征集电结质量好坏，衡量管子稳定性能优劣的参数。一个好管子， ICBO很小。,

14、集电结反偏，集电区的少子进行漂移运动形成反向漂移电流。, 集电极-发射极反向饱和电流ICEO：基极开路时，由集电区流入，穿过基区，由发射区流出的反向电流。又称穿透电流。,ICBO,发射结正偏，集电结反偏,ICEO,ICBO,ICEO=(1+) ICBO,ICEO受温度影响很大。 ICEO越大，说明管子稳定性越差。,(3) 极限参数, 集电极最大允许电流ICM, 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO,UCC,U(BR ) CEO,基极开路,指基极开路时，允许加在集-射极之间的最高反向电压。,使用中若超过此值,三极管的集电结就会出现雪崩击穿。,ICICM时，晶体管不一定烧损，但值明显下降。, 集电

15、极最大允许功耗PCM,三极管上的功耗超过PCM，管子将损坏。,安 全 区,：集电结允许损耗功率的最大值。,过耗区,1. 温度升高，输入特性曲线向左移。,温度每升高 10C，ICBO 约增大 1 倍。,T2 T1,三极管的温度特性,温度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。,(1) 温度对的影响,温度升高，电流放大系数值增大，使输出特性曲线之间的间隔变宽，从而使集电极电流IC增加。,(2) 温度对ICBO的影响,温度升高， ICBO按指数规律增大，使集电极电流IC增加。,T2 T1,2. 温度升高，输出特性曲线向上移。,温度每升高 1C， (0.5 1)%。,输出特性曲线间距增大,综合，温度升高时，由于ICEO、 增大，且输入特性左移，所以导致集电极电流iC增大。,O,半导体三极管的型号（补充） 国家标准对半导体三极管的命名如下： 3 D G 110 B 用字母表示同一型号中的不同规格 用数字表示同种器件型号的序号 用字母表示器件的种类 用字母表示材料 三极管 第二位：A表示锗PNP管、B表示锗NPN管、C表示硅PNP管、D表示硅NPN管 第三位：X表示低频小功率管、D表示低频大功率管、G表示高频小功率管、A