第4講 晶體三極管(9-12)

1、第四講 晶體三極管第四講 晶體三極管一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)二、晶體管的放大原理三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性四、溫度對(duì)晶體管特性的影響五、主要參數(shù)一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)多子濃度高多子濃度高多子濃度很多子濃度很低，且很薄低，且很薄面積大面積大晶體管有三個(gè)極、三個(gè)區(qū)、兩個(gè)晶體管有三個(gè)極、三個(gè)區(qū)、兩個(gè)PN結(jié)。結(jié)。小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管為什么有孔？BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖03.1.01所示。它有所示。它有兩種類型兩種類型:NPN型和型和PNP型。型。兩種類型的三極管兩種類型的三極管雙極型半導(dǎo)

2、體三極管的結(jié)構(gòu)雙極型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu) 雙極型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖雙極型半導(dǎo)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PNP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)

3、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）。）。 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（內(nèi)部條件）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（內(nèi)部條件） 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高； 集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大； 基區(qū)很薄，且摻雜濃度最低?；鶇^(qū)很薄，且摻雜濃度最低。管芯結(jié)構(gòu)剖面圖管芯結(jié)構(gòu)剖面圖發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子集電區(qū)：收集載流子集電區(qū)：收集載流子基區(qū)：傳送和控制載流子基區(qū)：傳送和控制載流子 （以（以NPN為例）為例） 三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)流

4、能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。的。實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的兩個(gè)條件是：實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的兩個(gè)條件是：（1）內(nèi)部條件：內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄, 集電區(qū)面積大。集電區(qū)面積大。（2）外部條件：外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。向偏置。二、晶體管的放大原理二、晶體管的放大原理（集電結(jié)反偏），即（發(fā)射結(jié)正偏）放大的條件BECECBonBE0uuuUu 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流IE，復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極，復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流電流IB，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電

5、流IC。少數(shù)載少數(shù)載流子的流子的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合因集電區(qū)面積大，在外電場(chǎng)作用下大因集電區(qū)面積大，在外電場(chǎng)作用下大部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū)部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū)基區(qū)空穴基區(qū)空穴的擴(kuò)散的擴(kuò)散以上看出，三極管內(nèi)有兩種載流子以上看出，三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電自由電子和空穴子和空穴)參與導(dǎo)電，故稱為雙極型三極參與導(dǎo)電，故稱為雙極型三極管?；蚬??；駼JT (Bipolar Junction

6、Transistor)。 電流分配：電流分配： I IE EI IB BI IC C I IE E擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的電流擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的電流 I IB B復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成的電流復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成的電流 I IC C漂移運(yùn)動(dòng)形成的電流漂移運(yùn)動(dòng)形成的電流CBOCEOBCBC)(1 IIiiII穿透電流穿透電流集電結(jié)反向電流集電結(jié)反向電流直流電流直流電流放大系數(shù)放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)為什么基極開路集電極回為什么基極開路集電極回路會(huì)有穿透電流？路會(huì)有穿透電流？三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性CE)(BEBUufi 為什么為什么UCE增大曲線右移？增大曲線右移？ 對(duì)

7、于小功率晶體管，對(duì)于小功率晶體管，UCE大于大于1V的一條輸入特性曲線的一條輸入特性曲線可以取代可以取代UCE大于大于1V的所有輸入特性曲線。的所有輸入特性曲線。為什么像為什么像PN結(jié)的伏安特性？結(jié)的伏安特性？為什么為什么UCE增大到一定值曲增大到一定值曲線右移就不明顯了？線右移就不明顯了？1. 輸入特性輸入特性vCE = 0V+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE) vCE=const(2) 當(dāng)當(dāng)vCE1V時(shí)，時(shí)， vCB= vCE - - vBE0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收 集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的集電子，基區(qū)復(fù)

8、合減少，同樣的vBE下下 IB減小，特性曲線右移。減小，特性曲線右移。vCE = 0VvCE 1V(1) 當(dāng)當(dāng)vCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。1. 輸入特性曲線輸入特性曲線BJT的特性曲線的特性曲線（以共射極放大電路為例）（以共射極放大電路為例）(3) 輸入特性曲線的三個(gè)部分輸入特性曲線的三個(gè)部分死區(qū)死區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)線性區(qū)1. 輸入特性曲線輸入特性曲線BJT的特性曲線的特性曲線2. 輸出特性輸出特性B)(CECIufi ?對(duì)應(yīng)于一個(gè)對(duì)應(yīng)于一個(gè)IB就有一條就有一條iC隨隨uCE變化的曲線。變化的曲線。 為什么為什么uCE較小時(shí)較小時(shí)i

9、C隨隨uCE變變化很大？為什么進(jìn)入放大狀態(tài)化很大？為什么進(jìn)入放大狀態(tài)曲線幾乎是橫軸的平行線？曲線幾乎是橫軸的平行線？飽和區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)放大區(qū)截止區(qū)截止區(qū)BiCi常量CEBCUii 1 又設(shè)又設(shè)根據(jù)根據(jù) 是另一個(gè)電流放大系數(shù)，是另一個(gè)電流放大系數(shù)，同樣，它也只與管同樣，它也只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無(wú)關(guān)。子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無(wú)關(guān)。一般一般 1IE=IB+ IC EC IIBCCEOCIIII 時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)2. 電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系飽和區(qū)：飽和區(qū)：iC明顯受明顯受vCE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vCE0.7V(硅管硅管)。此時(shí)，此時(shí)

10、，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(vCE) iB=const2. 2. 輸出特性曲線輸出特性曲線輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域:BJT的特性曲線的特性曲線截止區(qū)：截止區(qū)：iC接近零的接近零的區(qū)域，相當(dāng)區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲的曲線的下方。此時(shí)，線的下方。此時(shí)， vBE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vCE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(shí)，此時(shí)，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。3.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù) ( (1)1)共發(fā)射極直流

11、電流放大系數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const1. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) (2) 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 vCE=const3.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)1. 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) (3) 共基極直流電流放大系數(shù)共基極直流電流放大系數(shù) =（ICICBO）/IEIC/IE (4) 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 VCB=const 當(dāng)當(dāng)ICBO和和ICEO很小時(shí)，很小時(shí)， 、 ，可以，可以不加區(qū)分。不加區(qū)分。3.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù)1. 電流

12、放大系數(shù)電流放大系數(shù) (2) 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ICEO ICEO=（1+ ）ICBO 2. 極間反向電流極間反向電流ICEO (1) 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 發(fā)射極開發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。 3.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù) 即輸出特性曲即輸出特性曲線線IB=0那條曲線所那條曲線所對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的Y坐標(biāo)的數(shù)值。坐標(biāo)的數(shù)值。 ICEO也稱為集電極也稱為集電極發(fā)射極間穿透電流。發(fā)射極間穿透電流。+bce-uAIe=0VCCICBO+bce-VCCICEOuA(1) 集電極最大允許電流

13、集電極最大允許電流ICM(2) 集電極最大允許功率損耗集電極最大允許功率損耗PCM PCM= ICVCE 3. 極限參數(shù)極限參數(shù)(3) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 V(BR)CBO發(fā)射極開路時(shí)的集電發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)反結(jié)反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 V(BR) EBO集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。向擊穿電壓。 V(BR)CEO基極開路時(shí)集電極和發(fā)射基極開路時(shí)集電極和發(fā)射 極間的擊穿電壓。極間的擊穿電壓。幾個(gè)擊穿電壓有如下關(guān)系幾個(gè)擊穿電壓有如下關(guān)系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO 3. 極限參數(shù)極限參數(shù)3.1.4 BJT的主要參數(shù)的主要參數(shù) 由由PCM、 ICM和和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可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)。以確定過損耗區(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)輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū)end晶體管的三個(gè)工作區(qū)域晶體管的三個(gè)工作區(qū)域 晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，輸出回路的電流晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，輸出回路的電流 iC幾乎僅僅幾乎僅僅決定于輸入回路的電流決定于輸入回路的電流 iB，即可將輸出回路等效為電流，即可將輸出回路等效為電流 iB 控制的電流源控制的電流源iC 。狀態(tài)狀態(tài)uBEiCuCE截止截止UonICEOVCC放大放大