電子線路12課件

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）

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。1.2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)1.2.1三極管的結(jié)構(gòu)及工作原理1.2.2三極管的基本特性1.2.3三極管的主要參數(shù)及電路模型1.2.1三極管的結(jié)構(gòu)及工作原理雙極型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖02.01所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。圖02.01兩種極性的雙極型三極管e-b間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)(Je)

c-b間的PN結(jié)稱為集電結(jié)(Jc)中間部分稱為基區(qū)，連上電極稱為基極，用B或b表示（Base）；一側(cè)稱為發(fā)射區(qū)，電極稱為發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）；另一側(cè)稱為集電區(qū)和集電極，用C或c表示（Collector）。1.三極管的電流分配與控制雙極型半導(dǎo)體三極管在工作時一定要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓。

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，見圖02.02。(動畫2-1)圖02.02雙極型三極管的電流傳輸關(guān)系發(fā)射結(jié)加正偏時，從發(fā)射區(qū)將有大量的電子向基區(qū)擴散，形成的電流為IEN。與PN結(jié)中的情況相同。。

從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴散運動，但其數(shù)量小，形成的電流為IEP。這是因為發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠大于基區(qū)的摻雜濃度。進入基區(qū)的電子流因基區(qū)的空穴濃度低，被復(fù)合的機會較少。又因基區(qū)很薄，在集電結(jié)反偏電壓的作用下，電子在基區(qū)停留的時間很短，很快就運動到了集電結(jié)的邊上，進入集電結(jié)的結(jié)電場區(qū)域，被集電極所收集，形成集電極電流ICN。在基區(qū)被復(fù)合的電子形成的電流是IBN。

另外因集電結(jié)反偏，使集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移電流ICBO。于是可得如下電流關(guān)系式:

IE=IEN+IEP

且有IEN>>IEP

IEN=ICN+IBN

且有IEN>>IBN，ICN>>IBN

IC=ICN+ICBO

IB=IEP+IBN－ICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN

=(ICN+ICBO)+(IBN+IEP－ICBO)

IE=IC+IB2.三極管的電流關(guān)系(1)三種組態(tài)

雙極型三極管有三個電極，其中兩個可以作為輸入,兩個可以作為輸出，這樣必然有一個電極是公共電極。三種接法也稱三種組態(tài)，見圖02.03。

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；圖02.03三極管的三種組態(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:

稱為共基極直流電流放大系數(shù)。它表示最后達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:IC=ICN+ICBO=IE+ICBO=(IC+IB)+ICBO因≈1,所以>>1定義:=IC/IB=(ICN+ICBO)/IB稱為共發(fā)射極接法直流電流放大系數(shù)。于是共發(fā)射極接法的供電電路和電壓-電流關(guān)系如圖02.04所示。圖02.04共發(fā)射極接法的電壓-電流關(guān)系

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，現(xiàn)討論iB和uBE之間的函數(shù)關(guān)系。因為有集電結(jié)電壓的影響，它與一個單獨的PN結(jié)的伏安特性曲線不同。為了排除uCE的影響，在討論輸入特性曲線時，應(yīng)使uCE=const(常數(shù))。1.輸入特性曲線

uCE的影響，可以用三極管的內(nèi)部反饋作用解釋，即uCE對iB的影響。

共發(fā)射極接法的輸入特性曲線見圖02.05。其中uCE=0V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，uCB=uCE

-uBE>0，集電結(jié)已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，且基區(qū)復(fù)合減少，IC/IB

增大，特性曲線將向右稍微移動一些。但uCE再增加時，曲線右移很不明顯。曲線的右移是三極管內(nèi)部反饋所致，右移不明顯說明內(nèi)部反饋很小。輸入特性曲線的分區(qū)：①死區(qū)②非線性區(qū)圖02.05共射接法輸入特性曲線

③線性區(qū)

當(dāng)uCE增加到使集電結(jié)反偏電壓較大時，如

uCE≥1

V

uBE≥0.7

V運動到集電結(jié)的電子基本上都可以被集電區(qū)收集，此后uCE再增加，電流也沒有明顯的增加，特性曲線進入與uCE軸基本平行的區(qū)域(這與輸入特性曲線隨uCE增大而右移的圖02.06共發(fā)射極接法輸出特性曲線原因是一致的)。（動畫2-2）

輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域:飽和區(qū)——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uCE＜0.7

V(硅管)。此時

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。截止區(qū)——iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)——iC平行于uCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，電壓大于0.7

V左右(硅管)。3.三極管的開關(guān)特性(1)開關(guān)作用截止?fàn)顟B(tài)IB＝0，IC＝0，UCE＝VCCIC＝ICS，VCE＝UCES＝0飽和狀態(tài)

td,tr就是指基區(qū)電荷建立的時間,常用開通時間ton=td+tr來表示三極管從截止到飽和所需的時間；而ts,tf是指基區(qū)存儲電荷消散所需的時間，常用關(guān)閉時間toff=ts+tf表示三極管從飽和到截止所需的時間。開通時間ton與關(guān)閉時間toff也總稱為三極管的開關(guān)時間,它限制三極管的開關(guān)運用速度，不同的管子開關(guān)時間各不相同，一般開關(guān)三極管的開關(guān)時間在幾十到幾百納秒1.2.3三極管的主要參數(shù)及電路模型

半導(dǎo)體三極管的參數(shù)分為三大類:

直流參數(shù)交流參數(shù)極限參數(shù)

(1)直流參數(shù)

①直流電流放大系數(shù)

a.共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)

1.主要參數(shù)

在放大區(qū)基本不變。在共發(fā)射極輸出特性曲線上，通過垂直于X軸的直線(uCE=const)來求取IC/IB，如圖02.07所示。在IC較小時和IC較大時，會有所減小，這一關(guān)系見圖02.08。圖02.08值與IC的關(guān)系圖02.07在輸出特性曲線上決定

②極間反向電流

a.集電極基極間反向飽和電流ICBO

ICBO的下標(biāo)CB代表集電極和基極，O是Open的字頭，代表第三個電極E開路。它相當(dāng)于集電結(jié)的反向飽和電流。

b.集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO

ICEO和ICBO有如下關(guān)系

ICEO=（1+）ICBO相當(dāng)基極開路時，集電極和發(fā)射極間的反向飽和電流，即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對應(yīng)的Y坐標(biāo)的數(shù)值。如圖02.09所示。

圖02.09ICEO在輸出特性曲線上的位置

(3)極限參數(shù)

①集電極最大允許電流ICM

如圖02.08所示，當(dāng)集電極電流增加時，就要下降，當(dāng)值下降到線性放大區(qū)值的70～30％時，所對應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。至于值下降多少，不同型號的三極管，不同的廠家的規(guī)定有所差別?？梢姡?dāng)IC＞ICM時，并不表示三極管會損壞。

圖02.08值與IC的關(guān)系②集電極最大允許功率損耗PCM集電極電流通過集電結(jié)時所產(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。在計算時往往用UCE取代UCB。

③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，其測試時的原理電路如圖02.11所示。圖02.11三極管擊穿電壓的測試電路

a.U(BR)CBO——發(fā)射極開路時的集電結(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代表第三個電極E開路。

b.U(BR)EBO——集電極開路時發(fā)射結(jié)的擊穿電壓。

c.U(BR)CEO——基極開路時集電極和發(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間是短路的。幾個擊穿電壓在大小上有如下關(guān)系

U(BR)CBO≈U(BR)CES＞U(BR)CER＞U(BR)CEO＞U(BR)EBO

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)，見圖02.12。圖02.12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。雙極型三極管物理模型2.電路模型rb'e---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)的一個點。---發(fā)射結(jié)電阻

re混合π型微變等效電路－物理模型簡化：忽略rb’c、rce（3）參數(shù)計算

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

110B

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)

參

數(shù)型

號

PCM

mW

ICM

mAVR

CBO

VVR

CEO

VVR

EBO

V

IC

BO

μA