《半導(dǎo)體晶體管》課件.ppt

1、1.3 晶體管,1.3.1 晶體管的結(jié)構(gòu)、分類及基本特性,1 晶體管的結(jié)構(gòu)和分類,晶體管有三個(gè)電極，通俗來講，晶體管內(nèi)部為由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的三層結(jié)構(gòu),由兩個(gè)PN結(jié)組成，根據(jù)分層次序分為NPN型和PNP型兩大類。,晶體管內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖,2 晶體管的三種連接方式,因?yàn)榉糯笃饕话銥?端網(wǎng)絡(luò)，而晶體管只有3個(gè)電極，所以組成放大電路時(shí)，有一個(gè)電極作為輸入與輸出信號的公共端。根據(jù)所選公共端電極的不同，有以下三種連接方式:共基極、共發(fā)射極和共集電極。,晶體管的三種連接方式,3 晶體管的電流放大作用,(1)晶體管實(shí)現(xiàn)放大的結(jié)構(gòu)要求是：,發(fā)射區(qū)高摻雜，多數(shù)載流子自由電子的濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)多數(shù)載流子空穴

2、的濃度。,基區(qū)做的很薄，通常只有幾微米到幾十微米，而且是低摻雜。,集電極面積大，以保證盡可能收集到發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子。,(2)晶體管實(shí)現(xiàn)放大的外部條件是：,外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)；集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。,(3)晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和電流放大,發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子,電子在基區(qū)擴(kuò)散和復(fù)合,集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來的電子,(4)電流分配,集電極電流：IC=ICn+ICBOICn=IB,發(fā)射極電流：IE=IEn+IEpIEn=ICn+IBn=IC+IB=(1+)IB,基極電流： IB=IBn-ICBOIBn,晶體管各極電流的關(guān)系,1.3.2 晶體管的特性曲線,當(dāng)UCE不變時(shí)，

3、輸入回路中的電流與IB與電壓UBE之間的關(guān)系曲線稱為輸入特性曲線，即,其中UCE0V的那一條相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向特性曲線。當(dāng)UCE 1V時(shí)，UCB= UCEUBE0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，使基區(qū)復(fù)合減少，IC / IB增大，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。因?yàn)閁CE1V時(shí)，集電結(jié)已把絕大多數(shù)電子收集過去，收集電子數(shù)量不再明顯增大。工程實(shí)踐上，就用UCE1V的輸入特性曲線代替UCE 1V以后的輸入特性曲線。,共發(fā)射極接法的輸入特性曲線,1 輸入特性曲線,2 輸出特性曲線,當(dāng)IB不變時(shí)，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,共射

4、極接法輸出特性曲線,通常把輸出特性曲線分為三個(gè)工作區(qū)： (1)截止區(qū) IC接近零的區(qū)域（即IB0的區(qū)域），相當(dāng)IB=0的曲線的下方。在截止區(qū)，集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均處于反向偏置 (2)放大區(qū) IC平行于UCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏 (3)飽和區(qū) 在靠近縱軸附近，各條輸出曲線的上升部分屬于飽和區(qū)，它是IC受UCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)UCE 的數(shù)值較小，一般UCE0.7 V(硅管)。發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正向偏置狀態(tài)。,1.3.3 晶體管的主要參數(shù),晶體管的參數(shù)分為直流參數(shù)、交流參數(shù)和極限參數(shù)三大類。,1 直流參數(shù),(1)直流電流放大系數(shù),共發(fā)射極直流電流放大系數(shù),共

5、基極直流電流放大系數(shù),(2)極間反向電流,集-基間反向飽和電流ICBO,集-射間反向飽和電流ICEO,ICEO和ICBO有如下關(guān)系：,2 交流參數(shù),（1）交流電流放大系數(shù),交流共基集-射電流放大系數(shù),交流共射集-基電流放大系數(shù),在放大區(qū)，值基本不變，可在共射接法輸出特性曲線上，通過垂直于橫軸的直線求取ICIB。,（2）特征頻率fT,晶體管的值不僅與工作電流有關(guān)，而且與工作頻率有關(guān)。由于結(jié)電容的影響，當(dāng)信號頻率增加時(shí)，晶體管的將會下降。當(dāng)下降到1時(shí)所對應(yīng)的頻率稱為特征頻率，用fT表示。,3 極限參數(shù),極限參數(shù)是指為了保證晶體管在放大電路中能正常地、安全地工作而不能逾越的參數(shù)。,（1）集電極最大允

6、許損耗功率PCM,集電極電流通過集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗，PCM=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。管子工作時(shí)，集電結(jié)功耗PCPCM，否則使集電結(jié)溫升過高而燒壞。,（3）反向擊穿電壓,U(BR)CBO發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)擊穿電壓。,U(BR)EBO集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的擊穿電壓。,U(BR)CEO基極開路時(shí)集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。,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,由于晶體管的電流放大系數(shù)值與工作電流有關(guān)，工作電流太大，就下降，使晶體管的性能下降，也使放大的信號產(chǎn)生嚴(yán)重失真。一般定義當(dāng)值下降為正常值的1/32/3時(shí)的IC值為ICM。,（2）集電極最大允許電流ICM,U(BR)CERBE間接有電阻時(shí)的擊穿電壓,U(BR)CESBE短路時(shí)的擊穿電壓,由最大集電極功率損耗PCM、ICM和擊穿電壓U(BR)CEO，在輸出特性曲線上還可以確定過損耗區(qū)、過流區(qū)和擊穿區(qū)。輸出特性曲線上的過損耗區(qū)、過流區(qū)、擊穿區(qū)和安全工作區(qū)見下圖,輸出特性曲線上的過損耗區(qū)、過流區(qū)、擊穿區(qū)和安全工作區(qū),1.3.4 晶體管的選用原則,（1）在同一型號的管子中，應(yīng)選反向電流小的，這樣的管子溫度穩(wěn)定性能較好。 值不宜選得過高，否則管子性能不穩(wěn)定。,（2）若要求管子的反向電流小，工作溫度高，則