晶體三極管原理及特性

1、    晶體三極管原理及特性    晶體三極管原理及特性    類別：消費電子      三極管的電流放大原理 晶體三極管（以下簡稱三極管）按材料分有兩種：儲管和硅管。 而每一種又有NPN和PNP兩種結構形式，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。圖一:晶體三極管（NPN）的結構 圖一是NPN管的結構圖，它是由2塊N型半導體中間夾著

2、一塊P型半導體所組成，從圖可見發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結稱為發(fā)射結,而集電區(qū)與基區(qū)形成的 PN結稱為集電結,三條引線分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極。當b點電位高于e點電位零點幾伏時，發(fā)射結處于正偏狀態(tài)，而C點電位高于b點電位幾伏時，集電結處于反偏狀態(tài)，集電極電源Ec要高于基極電源Ebo。 在制造三極管時，有意識地使發(fā)射區(qū)的多數載流子濃度大于基區(qū)的，同時基區(qū)做得很薄，而且，要嚴格控制雜質含量，這樣，一旦接通電源后，由于發(fā)射結正確，發(fā)射區(qū)的多數載流子（電子）極基區(qū)的多數載流子（控穴）很容易地截越過發(fā)射結構互相向反方各擴散，但因前者的濃度基大于后者，所以通過發(fā)射結的電流基本上是電子流，這股電子流

3、稱為發(fā)射極電流Ie。由于基區(qū)很薄,加上集電結的反偏，注入基區(qū)的電子大部分越過集電結進入集電區(qū)而形成集電集電流Ic，只剩下很少（1-10%）的電子在基區(qū)的空穴進行復合，被復合掉的基區(qū)空穴由基極電源Eb重新補紀念給，從而形成了基極電流Ibo根據電流連續(xù)性原理得： Ie=Ib+Ic 這就是說，在基極補充一個很小的Ib，就可以在集電極上得到一個較大的Ic，這就是所謂電流放大作用，Ic與Ib是維持一定的比例關系，即： 1=Ic/Ib 式中：-稱為直流放大倍數， 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，由于低頻時1和的數值相差不大，所以有時為了方便

4、起見，對兩者不作嚴格區(qū)分，值約為幾十至一百多。三極管是一種電流放大器件，但在實際使用中常常利用三極管的電流放大作用，通過電阻轉變?yōu)殡妷悍糯笞饔谩?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的變化關系，其特點是：1）當Uce在0-2伏范圍內，曲線位置和形狀與Uce 有關，但當Uce高于2伏后，曲線Uce基本無關通常輸入特性由兩條曲線（和）表示即可。 2）當UbeUbeR時，IbO稱（0UbeR)的區(qū)段為“死區(qū)”當UbeUbeR時，Ib隨Ube增加而增加，放大時，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，其估算公

5、式為： rbe=rb+(+1)(26毫伏/Ie毫伏） rb為三極管的基區(qū)電阻，對低頻小功率管，rb約為300歐。 2、輸出特性 輸出特性表示Ic隨Uce的變化關系（以Ib為參數）從圖2（C）所示的輸出特性可見，它分為三個區(qū)域：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。 截止區(qū)當Ube0時，則Ib0，發(fā)射區(qū)沒有電子注入基區(qū)，但由于分子的熱運動，集電集仍有小量電流通過，即Ic=Iceo稱為穿透電流，常溫時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的關系是： Icbo=(1+)Icbo 常溫時硅管的Icbo小于1微安，鍺管的Icbo約為10微安，對于鍺管，溫度每升高12，Icbo數值增

6、加一倍，而對于硅管溫度每升高8，Icbo 數值增大一倍，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重的管，放大區(qū)，當晶體三極管發(fā)射結處于正偏而集電結于反偏工作時，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)當發(fā)射結和集電結均處于正偏狀態(tài)時，Ic基本上不隨Ib而變化，失去了放大功能。根據三極管發(fā)射結和集電結偏置情況，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狀態(tài)的區(qū)域，三極管和導通時，工作點落在飽和區(qū)，三極管截止時，工作點落在截止區(qū)。 三極管的主要參數 1、直流參數 （

7、1）集電極一基極反向飽和電流Icbo，發(fā)射極開路（Ie=0)時，基極和集電極之間加上規(guī)定的反向電壓Vcb時的集電極反向電流，它只與溫度有關，在一定溫度下是個常數，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可達數毫安，而硅管的Icbo則非常小，是毫微安級。 （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，集電極和發(fā)射極之間加上規(guī)定反向電壓Vce時的集電極電流。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，其值越

8、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，在發(fā)射極與基極之間加上規(guī)定的反向電壓時發(fā)射極的電流，它實際上是發(fā)射結的反向飽和電流。 （4）直流電流放大系數1（或hEF） 這是指共發(fā)射接法，沒有交流信號輸入時，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/Ib 2、交流參數 （1）交流電流放大系數（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

9、基極交流放大系數（或hfb） 這是指共基接法時，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 因為IcIe，故1。高頻三極管的0.90就可以使用 與之間的關系： = /（1+） = /（1-）1/（1-） （3）截止頻率f、f 當下降到低頻時0.707倍的頻率，就是共發(fā)射極的截止頻率f；當下降到低頻時的0.707倍的頻率，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，它們之間的關系為： f（1-）f （4）特征頻率fT因為頻率f上升時，就下降，當下降到1時，對應的fT是全面地反映晶體管的高頻放大性能的重要參數。 3、極限參數 （1）集電極最大允許電流ICM 當集電極電流Ic增加到某一數值，引起值下降到額定值的2/3或1/2，這時的Ic值稱為ICM。所以當Ic超過ICM時，雖然不致使管子損壞，但值顯著下降，影響放大質量。 （2）集電極-基極擊穿電壓BVCBO 當發(fā)射極開路時，集電結的反向擊穿電壓稱為BVEBO。 （3）發(fā)射極-基極反向擊穿電壓BVEBO 當集電極開路時，發(fā)射結的反向擊穿電壓稱為BVEBO。 （4）集電極-發(fā)射極擊穿電壓BVCEO 當基極開路時，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓，使用時如果VceBVce