第4章_半導(dǎo)體二極管和晶體管2(劉如銀)

1、4.3 4.3 晶體三級(jí)管晶體三級(jí)管2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1 BJT：Bipolar Junction Transistor雙極型晶體管晶體管（晶體三極管、半導(dǎo)體三極管三極管）雙極型雙極型器件兩種兩種載流子（多子、少子）2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)22021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3幾種常見(jiàn)晶體管的外形 4.3.1 4.3.1 晶體管的結(jié)構(gòu)及其類型晶體管的結(jié)構(gòu)及其類型2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)4ecb發(fā)射極發(fā)射極基極基極集電極集電極發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)集電結(jié)集電結(jié)基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)NPNcbeNPN(a) NPN管的管的原理結(jié)構(gòu)

2、原理結(jié)構(gòu)示意圖示意圖(b) 電路符號(hào)電路符號(hào)（base） （collector ）（emitter）符號(hào)中發(fā)射極上的符號(hào)中發(fā)射極上的箭頭方向，箭頭方向，表示表示發(fā)射結(jié)正偏時(shí)電流的流發(fā)射結(jié)正偏時(shí)電流的流向。向。2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)5晶體管的結(jié)構(gòu)2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)6PNPcbe(b) 電路符號(hào)電路符號(hào)(a) PNP型三極管的型三極管的原理結(jié)構(gòu)原理結(jié)構(gòu)符號(hào)中發(fā)射極上的符號(hào)中發(fā)射極上的箭頭方向，箭頭方向，表示表示發(fā)射結(jié)正偏時(shí)電流的流發(fā)射結(jié)正偏時(shí)電流的流向。向。P集電極基極發(fā)射極集電結(jié)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電區(qū)(a)NPNcebPNPcebb基區(qū)ec(b)N襯底N型

3、外延PNcebSiO2絕緣層集電結(jié)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射結(jié)集電區(qū)(c)NN2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)7圖：平面管結(jié)構(gòu)剖面圖圖：平面管結(jié)構(gòu)剖面圖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、三區(qū)兩結(jié)、三區(qū)兩結(jié)2、基區(qū)很、基區(qū)很薄薄3、e區(qū)區(qū)重重?fù)诫s摻雜 c區(qū)區(qū)輕輕摻雜摻雜 b區(qū)摻雜區(qū)摻雜最輕最輕4、集電區(qū)集電區(qū)的的面積面積則比發(fā)射區(qū)做得則比發(fā)射區(qū)做得大大，這是，這是三極管實(shí)現(xiàn)電流放大的內(nèi)部條件。三極管實(shí)現(xiàn)電流放大的內(nèi)部條件。4.3.2 4.3.2 晶體管的電流分配與放大作用晶體管的電流分配與放大作用 （以（以NPNNPN管為例）管為例）一、放大狀態(tài)下晶體管中載流子的運(yùn)動(dòng)一、放大狀態(tài)下晶體管中載流子的運(yùn)動(dòng)2021-

4、12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)8BJT BJT 處于放大狀態(tài)的條件：處于放大狀態(tài)的條件：內(nèi)部條件：內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)重?fù)诫s(故管子e、 c極不能互換)基區(qū)很薄(幾個(gè)m)集電結(jié)面積大外部條件：外部條件：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)9NPN型晶體管的電流關(guān)系 外加偏置電壓要求外加偏置電壓要求2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)10 對(duì)對(duì) NPN管管UC UB UE UC UEUB對(duì)對(duì) PNP管管 要求要求 UC UB UE UC UEUB二、電流分配關(guān)系二、電流分配關(guān)系2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)11CBEIIIcICeIENPNIBRCUCC

5、UBBRBICBO15VbIBNIEPIENICNIEP :基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散所形成的空穴電流(很小):集電區(qū)與基區(qū)之間的漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流(很小) 晶體管是流控元件晶體管的主要功能：電流控制電流控制（基極電流控制集電極電流）電流放大電流放大（放大的比例關(guān)系一定）CBII 2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)12ceIENPNIBbIBNIENICNICBOIC2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)13共射極直流電流放大系數(shù)CBII 一般200201 1、直流電流放大系數(shù)、直流電流放大系數(shù)4.3.3 4.3.3 晶體管的共射特性曲線晶體管的共射特性曲線晶體管特性曲線：描述晶體管各極電

6、流與極間電壓關(guān)系的曲線。 2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)14icebiBC輸出回路輸入回路ecbiBiEceiEiCb(a)共發(fā)射極(b)共集電極(c)共基極 下面以共射極電路為測(cè)試電路下面以共射極電路為測(cè)試電路2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)15AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE4.3.3.1 4.3.3.1 共射極輸入特性曲線共射極輸入特性曲線共射組態(tài)晶體共射組態(tài)晶體管的輸入特性：管的輸入特性：常數(shù)CEuBEBufi)(2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)16AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE 它是指一定集電極和發(fā)射極電壓UCE下

7、，三極管的基極電流IB與發(fā)射結(jié)電壓UBE之間的關(guān)系曲線。iB/AuBE/V060900.50.70.930UCE0UCE12021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)17cICeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC14.3.3.2 4.3.3.2 共射極輸出特性曲線共射極輸出特性曲線共射組態(tài)晶體管的輸出特性： 它是指一定基極電流IB下，三極管的輸出回路集電極電流IC與集電結(jié)電壓UCE之間的關(guān)系曲線。2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)18常數(shù)BiCECufi2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)19uCE/V5101501234iC/mAIcCeIENPNI

8、BRCUCCUBBRBbIEPIC1IBNIENICN2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)20uCE/V5101501234iC/mA10 A 飽飽和和區(qū)區(qū)放放大大區(qū)區(qū)集電結(jié)零偏集電結(jié)零偏臨界飽和點(diǎn)臨界飽和點(diǎn)cICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNICBO2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)21uCE/V5101501234iC/mAIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A cICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNICBO2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)22uCE/V5101501234飽飽和和區(qū)區(qū)BIi

9、CBO放放大大區(qū)區(qū)iC/mAuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A cICeIENPNIBRCUCCUBBRB15VbIBNIENICNIC12021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)23共射輸出特性曲線共射輸出特性曲線uCE/V5101501234飽飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)放放大大區(qū)區(qū)iC/mAIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A uCEuBEcICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbICNIEBOBIi CBO2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)24 共射輸出特性曲線一、放大區(qū)一、放大區(qū)發(fā)射結(jié)正向偏置，發(fā)射結(jié)正向偏置， 集電結(jié)反向偏

10、置集電結(jié)反向偏置1、基極電流 iB 對(duì)集電極電流 iC 的控制作用很強(qiáng)常數(shù)CEuBCII2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)25uCE/V5101501234飽飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)iBICBO放放大大區(qū)區(qū)iC/mAuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 在數(shù)值上近似等于在數(shù)值上近似等于 問(wèn)題：?jiǎn)栴}：特性圖中特性圖中=？=100放大區(qū)放大區(qū)2、uCE 變化時(shí), iC 影響很?。ê懔魈匦院懔魈匦裕?021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)26uCE/V5101501234飽飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)iBICBO放放大大區(qū)區(qū)iC/mAuCEuBEIB40 A 30 A 2

11、0 A 10 A 0 A 即即： iC 僅決定于iB ，與輸出環(huán)路的外電路無(wú)關(guān)。 二、飽和區(qū)二、飽和區(qū)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正向偏發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正向偏置置2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)27uCE/V5101501234飽飽和和區(qū)區(qū)截止區(qū)截止區(qū)iBICBO放放大大區(qū)區(qū)iC/mAuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 臨界飽和：臨界飽和：uCE=uBE，uCB=0(集電結(jié)零偏集電結(jié)零偏)飽和區(qū)飽和區(qū)2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)28uCE/V5101501234飽和區(qū)截止區(qū)IB40A30A20A10A0AiBICBO放大區(qū)iC/mAuCEuBEIcCeI

12、ENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC1（1） iB一定時(shí)，一定時(shí)，iC比放大時(shí)要小比放大時(shí)要小 三極管的電流放大能力下降，通常有iCiB（2）uCE 一定時(shí)一定時(shí)iB增大，增大，iC基本不變基本不變圖2-6 飽和區(qū)載流子運(yùn)動(dòng)情況飽和區(qū)飽和區(qū)飽和壓降飽和壓降U UCE(sat)CE(sat)：飽和時(shí)，集電極和發(fā)射飽和時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的電壓極之間的電壓 UCE(sat) = 0.3V （小功率（小功率Si管）管） ； UCE(sat) = 0.1V（小功率（小功率Ge管）管） 。uCE/V5101501234飽和區(qū)截止區(qū)IB40A30A20A10A0AiBICBO放

13、大區(qū)iC/mAuCEuBE2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)29（3）三極管的集電極和發(fā)射極近似短接，三極管三極管的集電極和發(fā)射極近似短接，三極管類似于一個(gè)開(kāi)關(guān)類似于一個(gè)開(kāi)關(guān)“導(dǎo)通導(dǎo)通”。三、截止區(qū)三、截止區(qū)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置uCE/V5101501234飽和區(qū)截止區(qū)IB40A30A20A10A0AiBICBO放大區(qū)iC/mAuCEuBE2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)30iB =-iCBO （此時(shí)（此時(shí)iE =0 ）以下稱為截止區(qū)。）以下稱為截止區(qū)。 工程上認(rèn)為：工程上認(rèn)為：iB =0 以下即為截止區(qū)。以下即為截止區(qū)。2021-12-23電路與

14、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)31ciCeiENPNiBRCUCCUBBRBICBO15VbIEBO圖2-7 截止區(qū)載流子運(yùn)動(dòng)情況若不計(jì)穿透電流若不計(jì)穿透電流ICEO，有有iB、iC近似為近似為0；三個(gè)電極的電流都很三個(gè)電極的電流都很小，三極管類似于一小，三極管類似于一個(gè)開(kāi)關(guān)個(gè)開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)斷開(kāi)”。截止區(qū)截止區(qū)4.4.3.2 4.4.3.2 共射極輸入特性曲線共射極輸入特性曲線共射組態(tài)晶體共射組態(tài)晶體管的輸入特性：管的輸入特性：常數(shù)CEuBEBufi)(2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)32AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE 它是指一定集電極和發(fā)射極電壓UCE下，三極管的基極電流IB與發(fā)

15、射結(jié)電壓UBE之間的關(guān)系曲線。iB/AuBE/V060900.50.70.930UCE0UCE12021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)33cICeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC14.3.4 4.3.4 晶體管的主要參數(shù)晶體管的主要參數(shù)一、電流放大系數(shù)一、電流放大系數(shù)1、共射直流放大倍數(shù)2、共射交流放大倍數(shù)BCII2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)34BCii常認(rèn)為：常認(rèn)為：2021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)35作業(yè)：作業(yè)：4.15 現(xiàn)測(cè)得放大電路中兩只管子兩個(gè)電極的現(xiàn)測(cè)得放大電路中兩只管子兩個(gè)電極的電流如圖電流如圖4.15所示。分別求另一電極的電流，標(biāo)出其所示。分別求另一電極的電流，標(biāo)出其方向，并在圓圈中畫(huà)出管子，且分別求出它們的電方向，并在圓圈中畫(huà)出管子，且分別求出它們的電流放大系數(shù)流放大系數(shù)。 100， 502021-12-23電路與模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)36作業(yè)：作業(yè)：4.16 測(cè)