半導(dǎo)體三極管

1、半導(dǎo)體三極管 發(fā)射區(qū)和基區(qū)在交界處形成發(fā)射結(jié)；基區(qū)和集電區(qū)在交界處形成集電結(jié)。根據(jù)半導(dǎo)體各區(qū)的類型不同，三極管可分為NPN型和PNP型兩大類，如圖（a）、（b）所示。種類很多：1）按照半導(dǎo)體材料的不同分有硅管、鍺管； 2）按功率分有小功率、中功率和大功率； 3）按照頻率分有高頻管和低頻管； ）按照結(jié)構(gòu)分有NPN型管和PNP型管。 目前NPN型管多數(shù)為硅管，PNP型管多數(shù)為鍺管。因硅NPN型三極管應(yīng)用最為廣泛，故本書以硅NPN型三極管為例來分析三極管及其放大電路的工作原理。 半導(dǎo)體三極管 圖1.14 三極管的組成與符號(hào) （a）NPN型; （b）PNP型半導(dǎo)體三極管 圖1.14 三極管的組成與符號(hào)

2、 （a）NPN型; （b）PNP型半導(dǎo)體三極管 為使三極管具有電流放大作用，在制造過程中必須滿足實(shí)現(xiàn)放大的內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件，即： （1）發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)的摻雜濃度，以便于有足夠的載流子供“發(fā)射”。 （2）基區(qū)很薄，摻雜濃度很低，以減少載流子在基區(qū)的復(fù)合機(jī)會(huì)，這是三極管具有放大作用的關(guān)鍵所在。 （3）集電區(qū)比發(fā)射區(qū)體積大且摻雜少，以利于收集載流子。 由此可見，三極管并非兩個(gè)PN結(jié)的簡(jiǎn)單組合，不能用兩個(gè)二極管來代替；在放大電路中也不可將發(fā)射極和集電極對(duì)調(diào)使用。 半導(dǎo)體三極管 二、 三極管的電流放大原理 1. 三極管的工作電壓和基本連接方式 1）工作電壓 三極管要實(shí)現(xiàn)放大作用必須滿足的外部條件：

3、發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓，即發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。如圖所示，其中V為三極管，UCC為集電極電源電壓，UBB為基極電源電壓，兩類管子外部電路所接電源極性正好相反，Rb為基極電阻，Rc為集電極電阻。若以發(fā)射極電壓為參考電壓，則三極管發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏這個(gè)外部條件也可用電壓關(guān)系來表示：對(duì)于NPN型：UCUBUE；對(duì)于PNP型：UEUBUC。半導(dǎo)體三極管 圖三極管電源的接法 （a）NPN型; （b）PNP型半導(dǎo)體三極管 2）基本連接方式 三極管有三個(gè)電極，而在連成電路時(shí)必須由兩個(gè)電極接輸入回路，兩個(gè)電極接輸出回路，這樣勢(shì)必有一個(gè)電極作為輸入和輸出回路的公共端。根據(jù)公共端的不同，有三種基

4、本連接方式。 （1）共發(fā)射極接法（簡(jiǎn)稱共射接法）。共射接法是以基極為輸入端的一端，集電極為輸出端的一端，發(fā)射極為公共端，如圖（a）所示。 （2）共基極接法（簡(jiǎn)稱共基接法）。共基接法是以發(fā)射極為輸入端的一端，集電極為輸出端的一端，基極為公共端，如圖（b）所示。半導(dǎo)體三極管 （3）共集電極接法（簡(jiǎn)稱共集接法）。共集接法是以基極為輸入端的一端，發(fā)射極為輸出端的一端，集電極為公共端，如圖（c）所示。 圖中“”表示公共端，又稱接地端。無論采用哪種接法，都必須滿足發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。半導(dǎo)體三極管 圖三極管電路的三種組態(tài)（a）共發(fā)射極接法;（b）共基極接法;（c）共集電極接法半導(dǎo)體三極管 2. 電流放大

5、三極管電流測(cè)量數(shù)據(jù)半導(dǎo)體三極管由實(shí)驗(yàn)測(cè)量可得出如下結(jié)論：IE=IC+IBIEICIB(3) 半導(dǎo)體三極管 小結(jié) 一 、半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)NN P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)NPN型 E C B PP NEBCE C B PNP型 分類：按材料分：硅管、鍺管按結(jié)構(gòu)分：NPN、PNP按使用頻率分高頻管低頻管按功率分小功率管 1 W半導(dǎo)體三極管二、 電流放大原理1. 三極管放大的條件內(nèi)部 條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大外部 條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏2. 滿足放大條件的三種電路uiuoCEBE C B uiuoE C B uiuo共發(fā)射極共集電極共

6、基極實(shí)現(xiàn)電路uiuoRBRC半導(dǎo)體三極管 三、 半導(dǎo)體三極管的特性曲線及主要參數(shù) 1. 三極管的特性曲線 三極管的特性曲線是指各極電壓與電流之間的關(guān)系曲線，它是三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)。從使用角度來看，外部特性顯得更為重要。因?yàn)槿龢O管的共射接法應(yīng)用最廣，故以NPN管共射接法為例來分析三極管的特性曲線。 由于三極管有三個(gè)電極，它的伏安特性曲線比二極管更復(fù)雜一些，工程上常用到的是它的輸入特性和輸出特性。半導(dǎo)體三極管 1）輸入特性曲線 當(dāng)UCE不變時(shí)，輸入回路中的電流IB與電壓UBE之間的關(guān)系曲線被稱為輸入特性，即(12)輸入特性曲線如圖所示。 半導(dǎo)體三極管 圖1.18 輸入特性 半導(dǎo)體三極管

7、 當(dāng)UCE=0時(shí)，三極管的輸入回路相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)，如圖所示。三極管的輸入特性是兩個(gè)正向二極管的伏安特性。 當(dāng)UCEUBE時(shí)，b、e兩極之間加上正向電壓。集電結(jié)反偏，發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子絕大部分漂移到集電極，只有一小部分與基區(qū)的空穴復(fù)合形成基極電流IB。與UCE=0時(shí)相比，在相同UBE條件下，IB要小得多，輸入特性曲線向右移動(dòng)；若UCE繼續(xù)增大，曲線繼續(xù)右移。半導(dǎo)體三極管圖1.19 UCE=0時(shí)，三極管測(cè)試電路和等效電路 （a）測(cè)試電路;（b）等效電路半導(dǎo)體三極管 當(dāng)UCE1V時(shí)，在一定的UBE條件之下，集電結(jié)的反向偏壓足以將注入到基區(qū)的電子全部拉到集電極，此時(shí)UCE再繼續(xù)增大，IB也變化

8、不大，因此 UCE1V以后，不同UCE值的各條輸入特性曲線幾乎重疊在一起。所以常用UCE1V的某條輸入特性曲線來代表UCE更高的情況。在實(shí)際應(yīng)用中，三極管的UCE一般大于1V，因而UCE1V時(shí)的曲線更具有實(shí)際意義。半導(dǎo)體三極管 由三極管的輸入特性曲線可看出：三極管的輸入特性曲線是非線性的，輸入電壓小于某一開啟值時(shí)，三極管不導(dǎo)通，基極電流為零，這個(gè)開啟電壓又叫閾值電壓。對(duì)于硅管，其閾值電壓約為，鍺管約為。當(dāng)管子正常工作時(shí)，發(fā)射結(jié)壓降變化不大，對(duì)于硅管約為，對(duì)于鍺管約為。半導(dǎo)體三極管 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曲線，即(13) 固定一

9、個(gè)IB值，可得到一條輸出特性曲線，改變IB值，可得到一族輸出特性曲線。 以硅NPN型三極管為例，其輸出特性曲線族如圖所示。在輸出特性曲線上可劃分三個(gè)區(qū)：放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)。半導(dǎo)體三極管 圖1.20 NPN管共發(fā)射極輸出特性曲線半導(dǎo)體三極管 （1）放大區(qū)。當(dāng)UCE1V以后，三極管的集電極電流 IC=IB+ICEO，IC與IB成正比而與UCE關(guān)系不大。所以輸出特性曲線幾乎與橫軸平行，當(dāng)IB一定時(shí)，IC的值基本不隨UCE變化，具有恒流特性。IB等量增加時(shí)，輸出特性曲線等間隔地平行上移。這個(gè)區(qū)域的工作特點(diǎn)是發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，ICIB。由于工作在這一區(qū)域的三極管具有放大作用，因而把該區(qū)

10、域稱為放大區(qū)。 半導(dǎo)體三極管 （2）截止區(qū)。當(dāng)IB=0時(shí)，IC=ICEO，由于穿透電流CEO很小，輸出特性曲線是一條幾乎與橫軸重合的直線。 （3）飽和區(qū)。當(dāng)UCEUBUE；工作于截止區(qū)時(shí)，UEUB;工作于飽和區(qū)時(shí)，UB最高。 半導(dǎo)體三極管 2. 三極管的主要參數(shù) 三極管的參數(shù)是表征管子性能和安全運(yùn)用范圍的物理量，是正確使用和合理選擇三極管的依據(jù)。三極管的參數(shù)較多，這里只介紹主要的幾個(gè)。 1）電流放大系數(shù) 電流放大系數(shù)的大小反映了三極管放大能力的強(qiáng)弱。 （1）共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)。指集電極電流變化量與基極電流變化量之比，其大小體現(xiàn)了共射接法時(shí)，三極管的放大能力。即半導(dǎo)體三極管 （2）共發(fā)射極

11、直流電流放大系數(shù) 。 為三極管 集電極電流與基極電流之比，即 因 與的值幾乎相等，故在應(yīng)用中不再區(qū)分，均用表示。 2）極間反向電流 （1）集電極基極間的反向電流ICBO。ICBO是指發(fā)射極開路時(shí)，集電極基極間的反向電流，也稱集電結(jié)反向飽和電流。溫度升高時(shí)，ICBO急劇增大，溫度每升高10，ICBO增大一倍。選管時(shí)應(yīng)選ICBO小且ICBO受溫度影響小的三極管。半導(dǎo)體三極管 （2）集電極發(fā)射極間的反向電流ICEO。ICEO是指基極開路時(shí)，集電極發(fā)射極間的反向電流，也稱集電結(jié)穿透電流。它反映了三極管的穩(wěn)定性，其值越小，受溫度影響也越小，三極管的工作就越穩(wěn)定。 3）極限參數(shù) 三極管的極限參數(shù)是指在使用

12、時(shí)不得超過的極限值，以此保證三極管的安全工作。 （1）集電極最大允許電流ICM。集電極電流IC過大時(shí)，將明顯下降，ICM為下降到規(guī)定允許值（一般為額定值的1/22/3）時(shí)的集電極電流。使用中若ICICM，三極管不一定會(huì)損壞，但明顯下降。 半導(dǎo)體三極管 （2）集電極最大允許功率損耗PCM。管子工作時(shí)，UCE的大部分降在集電結(jié)上，因此集電極功率損耗PC=UCEIC，近似為集電結(jié)功耗，它將使集電結(jié)溫度升高而使三極管發(fā)熱致使管子損壞。工作時(shí)的PC必須小于PCM。 （3）反向擊穿電壓U(BR)CEO,U(BR)CBO,U(BR)EBO。U(BR)CEO為基極開路時(shí)集電結(jié)不致?lián)舸?，施加在集電極發(fā)射極之間允許的最高反向電壓。U(BR)CBO為發(fā)射極開路時(shí)集電結(jié)不致?lián)舸?，施加在集電極基極之間允許的最高反向電壓。U