1、1,Lesson 22,第 22 讲,2,5.3 晶体三极管,外观结构和分类,晶体三极管 (半导体三极管/双极型晶体管):具有电流放大功能,分类：,3,5.3.1 三极管的结构,三极管的结构以NPN硅管为例。,剖面图(NPN),e 发射极，b 基极， c 集电极。,集电区,基区,发射区,4,三极管结构示意图和符号 (a)NPN 型,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,基极 b,发射极 e,5,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,发射极 e,基极 b,三极管结构示意图和符号 (b)PNP 型,6,基区：最薄， 掺杂浓度最低,发射区：掺 杂浓度最高,发射结,集电结,结构
2、特点：,集电区： 面积最大,7,三极管的基本接法,共集电极接法： 集电极作为公共端；,共基极接法： 基极作为公共端。,共发射极接法： 发射极作为公共端；,8,5.3.2 三极管的电流放大原理,以 NPN 型三极管为例讨论,三极管中的两个 PN 结,三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。,不具备放大作用,9,三极管内部结构要求：,1. 发射区高掺杂。,2. 基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。,三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。,3. 集电结面积大。,10,三极管中载流子运动过程,1. 发射 发
3、射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区形成发射极电流 IE (基区多子数目较少，空穴电流可忽略)。,2. 复合和扩散 电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流 Ibn。,多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。,图 三极管中载流子的运动,11,三极管中载流子运动过程,3. 收集 集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流 Icn。,另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流，用ICBO表示。,图 三极管中载流子的运动,12,B,E,C,N,N,P,VEE,RB,VCC,IC,IB,2. 三极管的电流分配关系,IC=ICn ICBO,
4、IB=IBn ICBO,IE=ICn IBn =ICn ICBO +IBn ICBO =IC IB,得：,共发射极电流放大系数:,13,5.3.3 晶体管共射特性曲线,发射极是输入回路、输出回路的公共端,1. 共发射极电路,输入回路,输出回路,14,1. 输入特性,特点:非线性,死区电压：硅管0.5V，锗管0.2V。,UCE1V,15,2. 输出特性,IB=0,20A,放大区,输出特性曲线通常分三个工作区：放大、饱和、截止,(1) 放大区,在放大区有 IC= IB ，也称为线性区，具有恒流特性。,在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。,16,（2）截止区,IB
5、 0 以下区域为截止区，有 IC 0 。,在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。,饱和区,截止区,（3）饱和区,发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。当UCE UBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，IB IC，,17,小结：输出特性三个区域的特点:,(1) 放大区BE结正偏，BC结反偏， IC=IB , 且 IC = IB,(2) 饱和区BE结正偏，BC结正偏 ，即UCEUBE ， IBIC,(3) 截止区UBE 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 , BE结反偏， BC结反偏。,18,测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。,放大Vc
6、VbVe,放大VcVbVe,例1：,19,举例,图中已标出各硅晶体管电极的电位，判断晶体管的状态。,20,5.3.4 主要参数,1. 电流放大系数，,直流电流放大系数,交流电流放大系数,当晶体管接成发射极电路时，,表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。,注意：,和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0 较小的情况下，两者数值接近。,常用晶体管的 值在20 200之间。,21,例：在UCE= 6 V时， 在 Q1 点IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 点IB=60 A, IC=2.3mA。求电流放大系数,在以后的计算中，一般作近似
7、处理： = 。,Q1,Q2,在 Q1 点，有,由 Q1 和Q2点，得,22,1.集-基极反向截止电流 ICBO,ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度ICBO,2.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEO,ICEO受温度的影响大。 温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。,2. 极间反向饱和电流,23,1. 集电极最大允许电流 ICM,2. 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO,集电极电流 IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 ICM。,当集射极之间的电压UCE 超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR) CEO。,3. 集电极最大允许耗散功耗PCM,PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。PC PCM =IC UCE,硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。,3. 极限参数：,24,P107:5.11 5.13,homework,
