模擬電子技術(shù)——13

1、 半導體三極管有兩大類型，半導體三極管有兩大類型， 一是雙極型半導體三極管一是雙極型半導體三極管 二是場效應(yīng)半導體三極管二是場效應(yīng)半導體三極管 雙極型半導體三極管是由兩種載雙極型半導體三極管是由兩種載流子參與導電的半導體器件，它由兩流子參與導電的半導體器件，它由兩個個 PN 結(jié)組合而成，是一種結(jié)組合而成，是一種CCCS器件器件。 場效應(yīng)型半導體三極管僅由一種場效應(yīng)型半導體三極管僅由一種載流子參與導電，是一種載流子參與導電，是一種VCCS器件器件。1.3 晶體三極管晶體三極管雙極型晶體管雙極型晶體管( (BJT) )又稱半導體三極管、晶體三極管，或簡稱晶體管。又稱半導體三極管、晶體三極管，或簡稱

2、晶體管。( (Bipolar Junction Transistor) )三極管的外形如下圖所示。三極管的外形如下圖所示。三極管有兩種類型：三極管有兩種類型：NPN 型和型和 PNP 型。型。主要以主要以 NPN 型為例進行討論。型為例進行討論。圖圖 1.3.1三極管的外形三極管的外形X：低頻小功率管：低頻小功率管D：低頻大功率管：低頻大功率管G：高頻小功率管：高頻小功率管A：高頻大功率管：高頻大功率管我國晶體管得型號命名方法我國晶體管得型號命名方法 半導體三極管的型號半導體三極管的型號國家標準對半導體三極管的命名如下國家標準對半導體三極管的命名如下: : 3 D G 110 B 第二位：第二

3、位：A鍺鍺PNP管、管、B鍺鍺NPN管、管、 C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低頻小功率管、低頻小功率管、D低頻大功率管、低頻大功率管、 G高頻小功率管、高頻小功率管、A高頻大功率管、高頻大功率管、K開關(guān)管開關(guān)管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的種類用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號的序號用數(shù)字表示同種器件型號的序號用字母表示同一型號中的不同規(guī)格用字母表示同一型號中的不同規(guī)格三極管三極管1.3.1雙極型半導體三極管的結(jié)構(gòu) 雙極型半導體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖雙極型半導體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖02.01所示。所示。它有兩種類型它有兩種類型:NPN型和型和P

4、NP型。型。圖圖 02.01 02.01 兩種極性的雙極型三極管兩種極性的雙極型三極管e-b間的間的PN結(jié)稱為結(jié)稱為發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié)(Je) c-b間的間的PN結(jié)稱為結(jié)稱為集電結(jié)集電結(jié)(Jc) 中間部分稱為基區(qū)，連上電極稱為中間部分稱為基區(qū)，連上電極稱為基極基極，用用B或或b表示（表示（Base）；）； 一側(cè)稱為發(fā)射區(qū)，電極稱為一側(cè)稱為發(fā)射區(qū)，電極稱為發(fā)射極發(fā)射極，用用E或或e表示（表示（Emitter）；）； 另一側(cè)稱為集電區(qū)和另一側(cè)稱為集電區(qū)和集電極集電極，用用C或或c表示（表示（Collector）。）。雙極型半導體三極管晶體管的類型雙極型半導體三極管晶體管的類型常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面管

5、和鍺合金管兩種類型常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面管和鍺合金管兩種類型。三極管的結(jié)構(gòu)三極管的結(jié)構(gòu)( (a) )平面型平面型( (NPN) )( (b) )合金型合金型( (PNP) )ebbecPNPe 發(fā)射極，發(fā)射極，b 基基 極，極，c 集電極。集電極。c基區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)NNP二氧化硅二氧化硅發(fā)射區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)集電區(qū)基區(qū) 雙極型三極管的符號在圖的下方給出，發(fā)射極雙極型三極管的符號在圖的下方給出，發(fā)射極的箭頭代表發(fā)射極電流的實際方向。的箭頭代表發(fā)射極電流的實際方向。 從外表上看兩個從外表上看兩個N區(qū)區(qū),(或兩個或兩個P區(qū)區(qū))是對稱的，實是對稱的，實際上發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大，集電區(qū)摻雜

6、濃度低，且際上發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大，集電區(qū)摻雜濃度低，且集電結(jié)面積大?；鶇^(qū)要制造得很薄，其厚度一般在集電結(jié)面積大?；鶇^(qū)要制造得很薄，其厚度一般在幾個微米至幾十個微米。幾個微米至幾十個微米。1.3.2晶體管的電流放大作用晶體管的電流放大作用以以 NPN 型三極管為例討論型三極管為例討論cNNPebbec表面看表面看三極管若實三極管若實現(xiàn)放大，必須從現(xiàn)放大，必須從三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部所加電源和外部所加電源的極性來保證。的極性來保證。不具備不具備放大作用放大作用三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：NNPebcN N NP P P1. 發(fā)射區(qū)高摻雜。發(fā)射區(qū)高摻雜。2. 基區(qū)做得很薄。通

7、常只有基區(qū)做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜較幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。少。三極管放大的外部條件：外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射三極管放大的外部條件：外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。3. 集電結(jié)面積大。集電結(jié)面積大。實驗實驗+-bce共射極放大電路UBBUCCuBEiCiB+-uCEiEiB 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10iC 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95iE 0，集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收，集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收 集電子，基區(qū)復(fù)合減少，在同樣

8、的集電子，基區(qū)復(fù)合減少，在同樣的uBE下下 IB減小，特性曲線右移。減小，特性曲線右移。(1) 當當uCE=0V時，相當于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。時，相當于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。一一. 輸入特性曲線輸入特性曲線uCE = 0VuCE 1VuBE /V+-bce共射極放大電路UBBUCCuBEiCiB+-uCE飽和區(qū)：飽和區(qū)：iC明顯受明顯受uCE控控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般一般uCE0.7V(硅管硅管)。此時，此時，發(fā)射結(jié)正偏，集發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很電結(jié)正偏或反偏電壓很小小。iC=f(uCE) IB=const二、輸出特性曲線二、輸出特性曲線輸出特性曲線

9、的三個區(qū)域輸出特性曲線的三個區(qū)域:截止區(qū)：截止區(qū)：iC接近零的接近零的區(qū)域，相當區(qū)域，相當iB=0的曲的曲線的下方。此時，線的下方。此時， uBE小于死區(qū)電壓，小于死區(qū)電壓，集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏。放大區(qū)：放大區(qū)：iC平行于平行于uCE軸的軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏結(jié)反偏。晶體管輸出特性曲線（動畫202）三極管的參數(shù)分為三大類三極管的參數(shù)分為三大類: 直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)一、直流參數(shù)一、直流參數(shù)1.1.共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)=（ICICEO）/IBIC / I

10、B vCE=const1.3.4晶體管晶體管的主要參數(shù)的主要參數(shù)2.共基直流電流放大系數(shù)共基直流電流放大系數(shù)ECII3.集電極基極間反向飽和電流集電極基極間反向飽和電流ICBO集電極發(fā)射極間的反向飽和電流集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEOICEO=（1+ ）ICBO二、交流參數(shù)二、交流參數(shù)1.共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) = iC/ iB UCE=const2. 共基極交流電流放大系數(shù)共基極交流電流放大系數(shù) = iC/ iE UCB=const3.特征頻率特征頻率 fT 值下降到值下降到1 1的信號頻率的信號頻率1.最大集電極耗散功率最大集電極耗散功率PCM PCM= i

11、CuCE 三、三、 極限參數(shù)極限參數(shù)2.最大集電極電流最大集電極電流ICM3. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 UCBO發(fā)射極開路時的集電結(jié)反發(fā)射極開路時的集電結(jié)反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 U EBO集電極開路時發(fā)射結(jié)的反集電極開路時發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 UCEO基極開路時集電極和發(fā)射基極開路時集電極和發(fā)射 極間的擊穿電壓。極間的擊穿電壓。幾個擊穿電壓有如下關(guān)系幾個擊穿電壓有如下關(guān)系 U UCBOUCEOUEBO 由由PCM、 ICM和和UCEO在輸出特性曲線上可以確在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。 輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū)

12、輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū) PCM= iCuCE U (BR) CEOUCE/V1.3.5溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響一、溫度對一、溫度對ICBO的影響的影響溫度每升高溫度每升高100C ， ICBO增加約一倍。增加約一倍。反之，當溫度降低時反之，當溫度降低時ICBO減少。減少。硅管的硅管的ICBO比鍺管的小得多。比鍺管的小得多。二、溫度對輸入特性的影響二、溫度對輸入特性的影響溫度升高時正向特性左移，溫度升高時正向特性左移，反之右移反之右移60402000.4 0.8I / mAU / V溫度對輸入特性的影響溫度對輸入特性的影響200600三、溫度對輸出特性的

13、影響三、溫度對輸出特性的影響溫度升高將導致溫度升高將導致 IC 增大增大iCuCEOiB200600溫度對輸出特性的影響溫度對輸出特性的影響三極管工作狀態(tài)的判斷三極管工作狀態(tài)的判斷例例1：測量某測量某NPN型型BJT各電極對地的電壓值如下，各電極對地的電壓值如下，試判別試判別管管子工作在什么區(qū)域子工作在什么區(qū)域(Uon=0.7V)？ 解：原則：原則：正偏正偏反偏反偏反偏反偏集電結(jié)正偏正偏正偏正偏反偏反偏發(fā)射結(jié)飽和飽和放大放大截止截止對NPN管而言，放大時對PNP管而言，放大時（1）放大區(qū)）放大區(qū)（2）截止區(qū)）截止區(qū)（3）飽和區(qū)）飽和區(qū)例例2某放大電路中某放大電路中BJT三個電極的電流如圖所示。三個電極的電流如圖所示。 IA-2mA,IB-0.04mA,IC+2.04mA,試判斷管腳、管型。試判斷管腳、管型。解：電流判斷法。解：電流判斷法。電流的正方向和電流的正方向和KCL。IE=IB+ ICABC IAIBICC為發(fā)射極為發(fā)射極B為基極為基極A為集電極。為集電極。管型為管型為NPN管。管。管腳、管型的判斷法也可采用萬用表電阻法。參考實驗。管腳、管型的判斷法也可采用萬用表電阻法。參考實驗。原則：先求原則：先求UBE，若等于，若等于0