課件：半導(dǎo)體三極管

1、 半導(dǎo)體三極管有兩大類型， 一是雙極型半導(dǎo)體三極管（三極管）2022/7/201 雙極型半導(dǎo)體三極管是由兩種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，它由兩個(gè) PN 結(jié)組合而成，是一種CCCS器件。 場效應(yīng)型半導(dǎo)體三極管僅由一種載流子參與導(dǎo)電，是一種VCCS器件。4.2 半導(dǎo)體三極管二是場效應(yīng)半導(dǎo)體三極管（場效應(yīng)管）4.2.1 三極管的結(jié)構(gòu)及工作原理4.2.2 三極管的基本特性4.2.3 三極管的主要參數(shù)及電路模型2022/7/2022022/7/203按材料分： 硅管、鍺管按功率分： 小功率管 1 W中功率管 0.5 1 W分類：4.2.1三極管的結(jié)構(gòu)及工作原理 雙極型半導(dǎo)體三極管有兩種類型:NPN型和P

2、NP型。 2022/7/2041. 結(jié)構(gòu)、符號和分類NNP發(fā)射極 E基極 B集電極 C發(fā)射結(jié)集電結(jié) 基區(qū) 發(fā)射區(qū) 集電區(qū)emitterbasecollectorNPN 型PPNEBCPNP 型ECBECB 從外表上看兩個(gè)N區(qū),(或兩個(gè)P區(qū))是對稱的，實(shí)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。基區(qū)要制造得很薄，其厚度一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，且摻雜濃度低。2022/7/205PPNEBCNNPBECNPN 型PNP 型1、二極管（1）二極管的伏安特性 （a）正向特性 開啟電壓Uth 、導(dǎo)通電壓UD(on) （b）反向特性 反向飽和電流 Is （c）擊穿特性 擊穿電壓UBR（2

3、）二極管的開關(guān)特性 存在反向恢復(fù)時(shí)間2022/7/206上節(jié)課內(nèi)容摘要2022/7/207（3）二極管的主要參數(shù)及電路模型 直流模型：理想模型、恒壓降模型、折線模型 交流模型：小信號模型（4）二極管應(yīng)用舉例 二極管整流電路、限幅電路、開關(guān)電路2、穩(wěn)壓二極管 主要參數(shù) 2022/7/2083、三極管的結(jié)構(gòu)、符號 工藝特點(diǎn)：發(fā)射區(qū)高摻雜， 基區(qū)低摻雜、寬度窄， 集電區(qū)結(jié)面積大、摻雜濃度低。NNP發(fā)射極 E基極 B集電極 C 基區(qū)NPN 型ECB 發(fā)射區(qū) 集電區(qū)PNP 型ECB2. 三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程 雙極型半導(dǎo)體三極管在工作時(shí)一定要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷骸?若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)加正向電

4、壓，集電結(jié)加反向電壓。2022/7/209 現(xiàn)以 NPN型三極管的放大狀態(tài)為例，來說明三極管內(nèi)部的電流關(guān)系。(動(dòng)畫2-1)雙極型三極管內(nèi)載流子的運(yùn)動(dòng)可得如下電流關(guān)系式: IE= IEN+ IEP 且有IENIEP IEN=ICN+ IBN 且有IEN IBN ，ICNIBN2022/7/2010IC=ICN+ ICBO IB=IEP+ IBNICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO) IE =IC+IB3. 三極管的電流分配關(guān)系 (1)三種組態(tài)(三極管工作在放大狀態(tài)） 雙極型三極管有三個(gè)電極，其中一個(gè)可以作為輸入, 一個(gè)可以作為輸出

5、，這樣必然有一個(gè)電極是公共電極。三種接法也稱三種組態(tài)。2022/7/2011 共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示; 共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；三極管的三種組態(tài)(2)三極管的電流放大系數(shù) 對于集電極電流IC和發(fā)射極電流IE之間的關(guān)系可以用系數(shù)來說明，定義: 2022/7/2012 稱為共基極直流電流放大系數(shù)。它表示最后達(dá)到集電極的電子電流ICN與總發(fā)射極電流IE的比值。ICN與IE相比，因ICN中沒有IEP和IBN，所以 的值小于1, 但接近1。由此可得:2022/7/2013因 1, 所以 1IC=ICN+ICBO= IE

6、+ICBO= (IC+IB)+ICBO稱為共發(fā)射極接法直流電流放大系數(shù) IC = IB+(1+ ) ICBO2022/7/2014三極管的放大作用2022/7/2015穿透電流2022/7/2016由以上分析可知，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，基區(qū)很薄，是保證三極管能夠?qū)崿F(xiàn)電流放大的關(guān)鍵。若兩個(gè)PN結(jié)對接，相當(dāng)基區(qū)很厚，所以沒有電流放大作用，基區(qū)從厚變薄，兩個(gè)PN結(jié)演變?yōu)槿龢O管，這是量變引起質(zhì)變的又一個(gè)實(shí)例。4.2.2 三極管的基本特性2022/7/2017 輸入特性曲線 iB=f(uBE) uCE=const 輸出特性曲線 iC=f(uCE) iB=const 以NPN型共發(fā)射極接法為例，介紹三極管的特

7、性曲線。 簡單地看，輸入特性曲線類似于發(fā)射結(jié)的伏安特性曲線。因?yàn)橛屑娊Y(jié)電壓的影響，它與一個(gè)單獨(dú)的PN結(jié)的伏安特性曲線不同。 2022/7/20181. 輸入特性曲線 輸入特性曲線 iB=f(uBE) uCE=const2022/7/2019與二極管特性相似OuCE1V uCB= uCE - uBE0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，三極管處于放大狀態(tài)，集電極更易收集電子，且基區(qū)復(fù)合更少， IB減小。特性曲線將向右稍微移動(dòng)一些。 但uCE再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。2022/7/2020O2.輸出特性曲線 它是以iB為參變量的一族特性曲線?，F(xiàn)以其中任何一條加以說明，當(dāng)uCE=0 V時(shí)，因集電極無收集作用

8、，iC=0。當(dāng)uCE稍增大時(shí)，發(fā)射結(jié)雖處于正向電壓之下，如 uCE0.7 V uBE=0.7 V uCB= uCE- uBE= 13、三極管的伏安特性 輸入特性2022/7/2036O輸出特性曲線飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏、 集電結(jié)正偏或零偏放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏、 集電結(jié)反偏截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏或零偏、 集電結(jié)反偏2022/7/20374、三極管的開關(guān)特性2022/7/2038截止?fàn)顟B(tài) IB0，IC0，UCEVCC飽和狀態(tài)ICICS，VCEUCES05、三極管的主要參數(shù) （1）直流參數(shù) ICEO、ICBO （2）交流參數(shù) 、 、 fT （3）極限參數(shù) ICM 2022/7/2039集電極最大允許功率損耗P

9、CM 集電極電流通過集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗， PCM= ICUCB ICUCE， 因發(fā)射結(jié)正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集電結(jié)上。在計(jì)算時(shí)往往用UCE取代UCB。2022/7/2040 反向擊穿電壓 反向擊穿電壓表示三極管電極間承受反向電壓的能力。2022/7/2041 三極管擊穿電壓的測試電路 a.U(BR)CBO發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)擊穿電壓。下標(biāo)BR代表擊穿之意，是Breakdown的字頭，CB代表集電極和基極，O代表第三個(gè)電極E開路。 2022/7/2042 b.U(BR)CEO基極開路時(shí)集電極和發(fā)射極間的 擊穿電壓。 對于U(BR)CER表示BE間接有電阻，U(BR)CES表示BE間是

10、短路的。幾個(gè)擊穿電壓在大小上有如下關(guān)系 U(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERU(BR)CEO 由PCM、 ICM和U(BR)CEO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)。2022/7/2043輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū)三極管的物理結(jié)構(gòu)如圖所示2022/7/2044雙極型三極管 物理模型2.電路模型rbe- re歸算到基極回路的電阻 -發(fā)射結(jié)電容，也用C這一符號-集電結(jié)電阻 -集電結(jié)電容，也用C這一符號 rbb -基區(qū)的體電阻，b是假想的基區(qū)內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)。 - 發(fā)射結(jié)電阻 re2022/7/2045混合型微變等效電路物理模型簡化：忽略rbc 、 rce忽略Cbc 、

11、Cbe2022/7/2046參數(shù)計(jì)算2022/7/2047跨導(dǎo)定義： 附錄：半導(dǎo)體三極管的型號國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體三極管的命名如下:3 D G 110 B 2022/7/2048第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、 G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關(guān)管用字母表示材料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字母表示同一型號中的不同規(guī)格三極管 表02.01 雙極型三極管的參數(shù) 2022/7/2049參 數(shù)型 號 PCM mW ICM mAVR CBO VVR CEO VVR EBO V IC BO A f T MHz3AX31D 125 125 20 126* 83BX31C 125 125 40 246* 83CG101C 100 30 450.1 1003DG123C 500 50 40 30