第三講雙極型晶體管

第三講雙極型晶體管第一頁，共十八頁，2022年，8月28日NPN型PNP型箭頭方向表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時的電流方向1.3雙極型晶體管一、晶體管的結(jié)構(gòu)第二頁，共十八頁，2022年，8月28日1.3雙極型晶體管無論是NPN型或是PNP型的三極管,它們均包含三個區(qū):發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū),并相應(yīng)地引出三個電極：發(fā)射極（e)、基極(b)和集電極(c)。同時,在三個區(qū)的兩兩交界處,形成兩個PN結(jié),分別稱為發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。常用的半導(dǎo)體材料有硅和鍺,因此共有四種三極管類型。它們對應(yīng)的型號分別為：3A(鍺PNP)、3B(鍺NPN)、3C(硅PNP)、3D(硅NPN)四種系列。第三頁，共十八頁，2022年，8月28日1.3雙極型晶體管三個區(qū)的特點(diǎn)：基區(qū)：厚度薄，雜質(zhì)濃度低；發(fā)射區(qū)：摻雜濃度高；集電區(qū)：集電結(jié)面積很大。第四頁，共十八頁，2022年，8月28日1.3雙極型晶體管二、晶體管的放大作用產(chǎn)生放大作用的條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏（NPN）1.三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程a）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流iEb）電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合，形成基極電流iBc）集電區(qū)收集擴(kuò)散過來的電子，形成集電極電流iC圖1.3.2晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動與外部電流第五頁，共十八頁，2022年，8月28日1.3雙極型晶體管集電極電流ＩＣ由兩部分組成：ＩＣｎ和ＩＣＢＯ,前者是由發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子被集電極收集后形成的,后者是由集電區(qū)和基區(qū)的少數(shù)載流子漂移運(yùn)動形成的,稱為反向飽和電流。于是有ＩＣ＝ＩＣｎ＋ＩＣＢＯ發(fā)射極電流ＩＥ也由兩部分組成：ＩＥｎ和ＩＥｐ。ＩＥｎ為發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子所形成的電流,ＩＥｐ是由基區(qū)向發(fā)射區(qū)擴(kuò)散的空穴所形成的電流。因?yàn)榘l(fā)射區(qū)是重?fù)诫s,所以ＩＥｐ忽略不計,即ＩＥ≈ＩＥｎ。ＩＥｎ又分成兩部分,主要部分是ＩＣｎ,極少部分是ＩＢｎ。ＩＢｎ是電子在基區(qū)與空穴復(fù)合時所形成的電流,基區(qū)空穴是由電源VＢＢ提供的,故它是基極電流的一部分。第六頁，共十八頁，2022年，8月28日1.3雙極型晶體管基極電流ＩＢ是ＩＢｎ與ＩＣＢＯ之差：2.電流分配關(guān)系：第七頁，共十八頁，2022年，8月28日1.3雙極型晶體管三、電流放大系數(shù)1.共射電流放大倍數(shù)2.共基電流放大倍數(shù)第八頁，共十八頁，2022年，8月28日電流放大系數(shù)：靜態(tài)電流（直流）放大系數(shù)：動態(tài)電流（交流）放大系數(shù)注意：兩者的含義是不同的，但在特性曲線近于平行等距并且ICEO較小的情況下，兩者數(shù)值較為接近。在估算時，常用近似關(guān)系（1）（2）對于同一型號的晶體管，值有差別，常用晶體管的值在20-100之間。第九頁，共十八頁，2022年，8月28日1.3雙極型晶體管四、晶體管的共射特性曲線1.輸入特性曲線當(dāng)ＵＣＥ不變時,輸入回路中的電流ＩＢ與電壓ＵＢＥ之間的關(guān)系曲線稱為輸入特性,即圖1.3.3晶體管的輸入特性曲線第十頁，共十八頁，2022年，8月28日1.3雙極型晶體管2.輸出特性

當(dāng)ＩＢ不變時,輸出回路中的電流ＩＣ與電壓ＵＣＥ之間的關(guān)系曲線稱為輸出特性,即圖1.3.4晶體管的輸出特性曲線第十一頁，共十八頁，2022年，8月28日1.3雙極型晶體管(1)截止區(qū)。一般將ＩＢ≤０的區(qū)域稱為截止區(qū),在圖中為ＩＢ＝０的一條曲線的以下部分。此時ＩＣ也近似為零。由于各極電流都基本上等于零,因而此時三極管沒有放大作用。其實(shí)ＩＢ＝０時,ＩＣ并不等于零,而是等于穿透電流ICEO。一般硅三極管的穿透電流小于１μA,在特性曲線上無法表示出來。鍺三極管的穿透電流約幾十至幾百微安。當(dāng)發(fā)射結(jié)反向偏置時,發(fā)射區(qū)不再向基區(qū)注入電子,則三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。所以,在截止區(qū),三極管的兩個結(jié)均處于反向偏置狀態(tài)。對ＮＰＮ三極管,ＵＢＥ＜０,ＵBC＜０。第十二頁，共十八頁，2022年，8月28日1.3雙極型晶體管(2)放大區(qū)。

此時發(fā)射結(jié)正向運(yùn)用,集電結(jié)反向運(yùn)用。在曲線上是比較平坦的部分,表示當(dāng)ＩＢ一定時,ＩＣ的值基本上不隨ＵCE而變化。在這個區(qū)域內(nèi),當(dāng)基極電流發(fā)生微小的變化量ΔＩＢ時,相應(yīng)的集電極電流將產(chǎn)生較大的變化量ΔＩＣ,此時二者的關(guān)系為ΔＩＣ＝βΔＩＢ該式體現(xiàn)了三極管的電流放大作用。對于ＮＰＮ三極管,工作在放大區(qū)時ＵＢＥ≥０.７V,而ＵＢＣ＜０。第十三頁，共十八頁，2022年，8月28日1.3雙極型晶體管飽和區(qū)曲線靠近縱軸附近,各條輸出特性曲線的上升部分屬于飽和區(qū)。在這個區(qū)域,不同ＩＢ值的各條特性曲線幾乎重疊在一起,即當(dāng)ＵＣＥ較小時,管子的集電極電流ＩＣ基本上不隨基極電流ＩＢ而變化,這種現(xiàn)象稱為飽和。此時三極管失去了放大作用,ＩＣ＝βＩＢ或ΔＩＣ＝βΔＩＢ關(guān)系不成立。一般認(rèn)為ＵCE＝ＵBE,即ＵCB＝０時,三極管處于臨界飽和狀態(tài),當(dāng)ＵCE＜ＵBE時稱為過飽和。三極管飽和時的管壓降用ＵCES表示。在深度飽和時,小功率管管壓降通常小于０.３V。三極管工作在飽和區(qū)時,發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正向偏置狀態(tài)。對NPN三極管,ＵＢＥ＞０,ＵＢＣ＞０。第十四頁，共十八頁，2022年，8月28日1.3雙極型晶體管五、三極管的主要參數(shù)1、電流放大系數(shù)β：iC=βiB2、極間反向電流iCBO、iCEO：iCEO=（1+β）iCBO

極間反向電流越小，管子穩(wěn)定性越好。3、極限參數(shù)

（1）集電極最大允許電流ICM：下降到額定值的2/3時所允許的最大集電極電流。（2）集電極最大允許功耗PCM：集電極最大允許功率損耗ＰＣＭ。當(dāng)三極管工作時,管子兩端電壓為ＵＣＥ,集電極電流為ＩＣ,因此集電極損耗的功率為第十五頁，共十八頁，2022年，8月28日1.3雙極型晶體管（3）反向擊穿電壓ＵCBO——發(fā)射極開路時,集電極-基極間的反向擊穿電壓。ＵCEO——基極開路時,集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓。ＵCER——基射極間接有電阻Ｒ時,集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓。ＵCES——基射極間短路時,集電極-發(fā)射極間的反向擊穿電壓。ＵEBO——集電極開路時,發(fā)射極-基極間的反向擊穿電壓,此電壓一般較小,僅有幾伏左右。上述電壓一般存在如下關(guān)系：第十六頁，共十八頁，