1、晶体三极管中有两种带有不同极性电荷的载流子参与导电，故称 之为双极性晶体管，又称为半导体三极管，以下简称晶体管。常 见晶体管外形有：,1.3 晶体三极管,金属封装,塑料封装,大功率管,中功率管,1.3.1 晶体管的结构及类型,根据不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，并形 成两个 PN 结，就构成晶体管。采用平面工艺制成的NPN型 硅材料晶体管的结构示意图如图所示：,NPN型,PNP型,本节以NPN型硅管为例讲述晶体管的 放大作用、特性曲线和主要参数。,电路如图所示：,1.3.2 晶体管的电流放大作用,使晶体管工作在放大状态的外部 条件是：,集电结反向偏置， 发射结正向偏置。,一、晶
2、体管内部载流子的运动,1. 发射结加正向电压，扩散运动 形成发射极电流IE,2. 扩散到基区的自由电子与空穴 的复合运动形成基极电流 IB,3. 集电结加反向电压， 漂移运动形成集电极电流 IC,从外部看：,二、晶体管的电流分配关系,三、晶体管的共射电流放大系数,电流 ICN与IB 之比称为共射直流 电流放大系数,整理可得：,共射交流电流放大系数,一般情况下，可以认为：,当以发射极电流作为输入电流，以集 电极电流作为输出电流时，电流 ICN 与 IE 之比称为共基直流电流放大系数,整理可得：,可以得到 与 的关系，即,或,通常：,故：,而且与 相同，,共基交流电流放大系数定义为 集电极电流变化
3、量与发射极电流 变化量之比，根据iE 、 iB 和 iC 的关系可得：,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,晶体管的输入特性和输出特性曲线描述各电极 之间电压、电流的关系，用于对晶体管的性能、 参数和晶体管电路的分析估算。,一、输入特性曲线,输入特性曲线描述管压降UCE一定的情况下，基极电流 iB与发射结压降 uBE 之间的函数关系，即,二、输出特性曲线,输出特性曲线描述基极电流 IB 为一 常量时，集电极电流 iC 与管压降 uCE 之间的函数关系，即,三、晶体管的三个工作区域,从输出特性曲线可以看出，晶体管有三个工作区域，如图所示：,（1）截止区,特征：发射结反向偏置，集电结反向偏置。,对于
4、共射电路，uBE UON 且 uCE uBE。,（2）饱和区,特征：发射结正向偏置，集电结正向偏置。,对于共射电路，uBE UON 且 uCE uBE。,（3）放大区,特征：发射结正向偏置，集电结反向偏置。,对于共射电路，uBE UON 且 uCE uBE。,在计算机辅助分析和设计中，根据晶体管的结构和特性，要用几 十个参数全面描述它。这里只介绍在近似分析中最主要的参数， 它们均可在半导体器件手册中查到。,一、直流参数,（1）共射直流电流系数,1.3.4 晶体管的主要参数,（2）共射直流电流系数,当 时,当ICBO可忽略时，,（3）极间反向电流,ICBO是发射极开路时集电结的反向饱和电流。,I
5、CEO是基极开路时，集电极与发射极间的穿透电流。,同一型号的管子反向电流愈小，性能越稳定。,选用管子时，ICBO与ICEO应尽量小。硅管比锗管的极间反向电流 小23个数量级，因此温度稳定性也比锗管好。,交流参数是描述晶体管对于动态信号的性能指标。,二、交流参数,选用管子时，应适中，太小则放大能力不强，太大则温度稳定 性差。,（1）共射交流电流系数,（2）共射交流电流系数,近似分析中可以认为：,（3）特征频率fT,由于晶体管中 PN 结结电容的存在，晶体管的交流电流放大系数是 所加信号频率的函数。信号频率高到一定程度时，集电极电流与基 极电流之比不但数值下降，且产生相移。使共射电流放大系数的数
6、值下降到1的信号频率称为特征频率fT。,三、极限参数,极限参数是指为使晶体管安全工作对它的电压、电流和功率损耗 的限制。,（1）最大集电极耗散功率PCM,PCM 决定于晶体管的温升。当硅管的温度 大于150、锗管的温度大于 70 时，管 子特性明显变坏，甚至烧坏。对于确定型 号的晶体管、 PCM 是一个确定值，即PCM = iC * uCE = 常数，在输出特性坐标平 面中为双曲线中的一条，如图所示。,对于大功率管的PCM ，应特别注意测试 条件，如对散热片的规格要求。当散热 条件不满足要求时，允许的最大功耗将小于PCM。,（2）最大集电极电流ICM,iC 在相当大的范围内 值基本不变，但当
7、iC的数值大到一定程度 时值将减小。使值明显减小的iC即为ICM。对于合金型小功率 管，定义当uCE = 1V时，由 PCM = iC*uCE 得出的 iC 即为ICM。,实际上，当iC大于ICM时，晶体管不一定损坏，但明显下降。,（3）极间反向击穿电压,晶体管的某一电极开路时，另外两个电极间所允许加的最高反向 电压称为极间反向击穿电压，超过此值时管子会发生击穿现象。 下面是各种击穿电压的定义：,U（BR）CBO是发射极开路时集电极-基极间的反向击穿电压，这是集 电结所允许的最高反向电压。,U（BR）CEO是基极开路时集电极-发射极间的反向击穿电压，此时集 电结承受反向电压。,U（BR）EBO
8、是集电极开路时发射极-基极间的反向击穿电压，这是发 射结所允许加的最高反向电压。,对于不同型号的管子，U（BR）CBO为几十伏到上千伏， U（BR）CEO 小于U（BR）CBO，而只有1伏以下到几伏。此外，集电极-发射极间 的击穿电压还有：,b-e间接电阻时的U（BR）CER，短路时的U （BR ）CES ，接反向电压时的U （BR ） CEX 等。,在组成晶体管电路时，应根据需求选择管子的型号。例如用于组 成音频放大电路，则应选低频管；用于组成宽频带放大电路，则 应选高频管或超高频管；用于组成数字电路，则应选开关管；,若管子温升较高或反向电流要求小，则应选用硅管；若要求b-e间 导通电压低，
9、则应选用锗管。而且，为防止晶体管在使用中损坏， 必须使之工作在安全区，同时b-e间的反向电压要小于U（BR）EBO ； 对于功率管，还必须满足散热条件。,由于半导体材料的热敏性，晶体管的参数几乎都与温度有关。对 于电子电路，如果不能解决温度稳定性问题，将不能使其使用， 因此了解温度对晶体管参数的影响是非常必要的。,一、温度对ICBO的影响,1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响,因为ICBO是发射极开路时集电结加反向电压时平衡少子的漂移运 动形成的饱和电流。所以，当温度升高时，热运动加剧，有更多 的价电子获得足够的能量挣脱共价键的束缚，从而使少子浓度明 显增大。因而参与漂移运动的少子数目增多
10、，从外部看就是ICBO 增大。可以证明，温度每升高10，ICBO增加约一倍。反之，当 温度降低时ICBO减少。,由于硅管的ICBO比锗管的小得多，所以从绝对数值上看，硅管比 锗管受温度的影响要小得多。,由于 ，所以温度变化时，ICEO也会产生相应的变化。,二、温度对输入特性的影响,与二极管伏案特性相类似，当温度升高时，正向特性将左移，如图所示，反之将右移。,具有负温度系数，当温度变化1， 大约变化22.5mV，即温度每升高1，大约 下降 22.5 mV。换言之，若 uBE 不变，则当 温度升高时 iB 将增大，反之 iB 减小。,三、温度对输出特性的影响,图示为某晶体管在温度变化时输出 特性变化的示意图。,可见，温度升高时，由于ICEO、 增大，且输入特性左移，所以导致 集电极电流增大。,例1.3.1 现已测得某电路中几只NPN型晶体管三个极的直流电位 如表所示，各晶体管b-e间开启电压UON均为0.5V。试说明各管子 的工作状态。,例1.3.2 在一个单管放大电路中，电源电压为30V，已知三只管子 的参数如表所示， 请选用一只管子， 并简述理由。,第02讲 结束,近水楼台先得月，向阳花木早逢春。 有意栽花花不放，无心插柳柳成荫。,增广贤文,
