全面介紹之晶體三極管

1、一、三極管的電流放大原理晶體三極管（以下簡(jiǎn)稱三極管）按材料分有兩種：鍺管和硅管。而每一種又有NPN和PNP兩種結(jié)構(gòu)形式，但使用最多的是硅NPN和PNP兩種三極管，兩者除了電源極性不同外，其工作原理都是相同的，下面僅介紹NPN硅管的電流放大原理。圖1、晶體三極管（NPN）的結(jié)構(gòu)圖一是NPN管的結(jié)構(gòu)圖，它是由2塊N型半導(dǎo)體中間夾著一塊P型半導(dǎo)體所組成，從圖可見發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié),而集電區(qū)與基區(qū)形成的PN結(jié)稱為集電結(jié),三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極。當(dāng)b點(diǎn)電位高于e點(diǎn)電位零點(diǎn)幾伏時(shí)，發(fā)射結(jié)處于正偏狀態(tài)，而C點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位幾伏時(shí)，集電結(jié)處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高

2、于基極電源Ebo。在制造三極管時(shí)，有意識(shí)地使發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子濃度大于基區(qū)的，同時(shí)基區(qū)做得很薄，而且，要嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結(jié)正確，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子（電子）極基區(qū)的多數(shù)載流子（控穴）很容易地截越過發(fā)射結(jié)構(gòu)互相向反方各擴(kuò)散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結(jié)的電流基本上是電子流，這股電子流稱為發(fā)射極電流Ie。由于基區(qū)很薄,加上集電結(jié)的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結(jié)進(jìn)入集電區(qū)而形成集電集電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進(jìn)行復(fù)合，被復(fù)合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補(bǔ)紀(jì)念給，從而形成了基極電流Ibo根據(jù)電流連續(xù)性原理得：Ie=Ib+Ic這

3、就是說，在基極補(bǔ)充一個(gè)很小的Ib，就可以在集電極上得到一個(gè)較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關(guān)系，即：1=Ic/Ib式中：-稱為直流放大倍數(shù)，集電極電流的變化量Ic與基極電流的變化量Ib之比為：= Ic/Ib式中-稱為交流電流放大倍數(shù)，由于低頻時(shí)1和的數(shù)值相差不大，所以有時(shí)為了方便起見，對(duì)兩者不作嚴(yán)格區(qū)分，值約為幾十至一百多。三極管是一種電流放大器件，但在實(shí)際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷悍糯笞饔?。二、三極管的特性曲線1、輸入特性圖2 （b)是三極管的輸入特性曲線，它表示Ib隨Ube的變化關(guān)系，其特點(diǎn)是：1）當(dāng)Uce在0-2伏范圍內(nèi)，曲線位置

4、和形狀與Uce 有關(guān)，但當(dāng)Uce高于2伏后，曲線Uce基本無(wú)關(guān)通常輸入特性由兩條曲線（和）表示即可。2）當(dāng)UbeUbeR時(shí)，IbO稱（0UbeR)的區(qū)段為“死區(qū)”當(dāng)UbeUbeR時(shí)，Ib隨Ube增加而增加，放大時(shí)，三極管工作在較直線的區(qū)段。3）三極管輸入電阻，定義為:rbe=(Ube/Ib)Q點(diǎn)，其估算公式為：rbe=rb+(+1)(26毫伏/Ie毫伏）rb為三極管的基區(qū)電阻，對(duì)低頻小功率管，rb約為300歐。2、輸出特性輸出特性表示Ic隨Uce的變化關(guān)系（以Ib為參數(shù)）從圖2（C）所示的輸出特性可見，它分為三個(gè)區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。截止區(qū) 當(dāng)Ube0時(shí)，則Ib0，發(fā)射區(qū)沒有電子注入基

5、區(qū)，但由于分子的熱運(yùn)動(dòng)，集電集仍有小量電流通過，即Ic=Iceo稱為穿透電流，常溫時(shí)Iceo約為幾微安，鍺管約為幾十微安至幾百微安，它與集電極反向電流Icbo的關(guān)系是：Iceo=(1+)Icbo常溫時(shí)硅管的Icbo小于1微安，鍺管的Icbo約為10微安，對(duì)于鍺管，溫度每升高12，Icbo數(shù)值增加一倍，而對(duì)于硅管溫度每升高8，Icbo數(shù)值增大一倍，雖然硅管的Icbo隨溫度變化更劇烈，但由于鍺管的Icbo值本身比硅管大，所以鍺管仍然受溫度影響較嚴(yán)重的管，放大區(qū)，當(dāng)晶體三極管發(fā)射結(jié)處于正偏而集電結(jié)于反偏工作時(shí)，Ic隨Ib近似作線性變化，放大區(qū)是三極管工作在放大狀態(tài)的區(qū)域。飽和區(qū) 當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處

6、于正偏狀態(tài)時(shí)，Ic基本上不隨Ib而變化，失去了放大功能。根據(jù)三極管發(fā)射結(jié)和集電結(jié)偏置情況，可能判別其工作狀態(tài)。圖2、三極管的輸入特性與輸出特性截止區(qū)和飽和區(qū)是三極管工作在開關(guān)狀態(tài)的區(qū)域，三極管和導(dǎo)通時(shí)，工作點(diǎn)落在飽和區(qū)，三極管截止時(shí)，工作點(diǎn)落在截止區(qū)。三、三極管的主要參數(shù)1、直流參數(shù)（1）集電極一基極反向飽和電流Icbo，發(fā)射極開路（Ie=0)時(shí)，基極和集電極之間加上規(guī)定的反向電壓Vcb時(shí)的集電極反向電流，它只與溫度有關(guān)，在一定溫度下是個(gè)常數(shù)，所以稱為集電極一基極的反向飽和電流。良好的三極管，Icbo很小，小功率鍺管的Icbo約為110微安，大功率鍺管的Icbo可達(dá)數(shù)毫安，而硅管的Icbo則非

7、常小，是毫微安級(jí)。（2）集電極一發(fā)射極反向電流Iceo(穿透電流）基極開路（Ib=0）時(shí)，集電極和發(fā)射極之間加上規(guī)定反向電壓Vce時(shí)的集電極電流。Iceo大約是Icbo的倍即Iceo=(1+)Icbo o Icbo和Iceo受溫度影響極大，它們是衡量管子熱穩(wěn)定性的重要參數(shù)，其值越小，性能越穩(wěn)定，小功率鍺管的Iceo比硅管大。（3）發(fā)射極-基極反向電流Iebo 集電極開路時(shí)，在發(fā)射極與基極之間加上規(guī)定的反向電壓時(shí)發(fā)射極的電流，它實(shí)際上是發(fā)射結(jié)的反向飽和電流。（4）直流電流放大系數(shù)1（或hEF） 這是指共發(fā)射接法，沒有交流信號(hào)輸入時(shí)，集電極輸出的直流電流與基極輸入的直流電流的比值，即：1=Ic/I

8、b2、交流參數(shù)（1）交流電流放大系數(shù)（或hfe） 這是指共發(fā)射極接法，集電極輸出電流的變化量Ic與基極輸入電流的變化量Ib之比，即：= Ic/Ib一般晶體管的大約在10-200之間，如果太小，電流放大作用差，如果太大，電流放大作用雖然大，但性能往往不穩(wěn)定。（2）共基極交流放大系數(shù)（或hfb） 這是指共基接法時(shí)，集電極輸出電流的變化是Ic與發(fā)射極電流的變化量Ie之比，即：=Ic/Ie因?yàn)镮cIe，故1。高頻三極管的0.90就可以使用與之間的關(guān)系：= /（1+）= /（1-）1/（1-）（3）截止頻率f、f 當(dāng)下降到低頻時(shí)0.707倍的頻率，就是共發(fā)射極的截止頻率f；當(dāng)下降到低頻時(shí)的0.707倍的

9、頻率，就是共基極的截止頻率fo f、f是表明管子頻率特性的重要參數(shù)，它們之間的關(guān)系為：f（1-）f（4）特征頻率fT因?yàn)轭l率f上升時(shí)，就下降，當(dāng)下降到1時(shí)，對(duì)應(yīng)的fT是全面地反映晶體管的高頻放大性能的重要參數(shù)。3、極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流ICM 當(dāng)集電極電流Ic增加到某一數(shù)值，引起值下降到額定值的2/3或1/2，這時(shí)的Ic值稱為ICM。所以當(dāng)Ic超過ICM時(shí)，雖然不致使管子損壞，但值顯著下降，影響放大質(zhì)量。（2）集電極-基極擊穿電壓BVCBO 當(dāng)發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)的反向擊穿電壓稱為BVEBO。（3）發(fā)射極-基極反向擊穿電壓BVEBO 當(dāng)集電極開路時(shí)，發(fā)射結(jié)的反向擊穿電壓稱為BVEBO。（4）集電極-發(fā)射極擊穿電壓BVCEO 當(dāng)基極開路時(shí)，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允