晶體三極管的主要特性課件

第二章 晶體三極管第二章 前言第一節(jié) 放大模式下晶體三極管的工作原理第二節(jié) 晶體三極管的其它工作模式第三節(jié) 埃伯爾斯-莫爾模型第四節(jié) 晶體三極管的伏安特性曲線(xiàn)第五節(jié) 晶體三極管的小信號(hào)電路模型第六節(jié) 晶體三極管電路分析法第七節(jié) 晶體三極管應(yīng)用原理第二章 晶體三極管前言晶體三極管是一種具有正向受控作用的半導(dǎo)體器件，它的內(nèi)部有兩個(gè)背靠背排列的

PN結(jié)(不能用兩個(gè)二極管對(duì)接而成)。按結(jié)構(gòu)劃分，三極管有NPN型與PNP型兩種。NPN型管與PNP型管工作原理相似，但由于它們形成電流的載流子性質(zhì)不同，結(jié)果導(dǎo)致各極電流方向相反，加在各極上的電壓極性相反。2.1

教學(xué)要求1、掌握晶體三極管放大模式下的電流分配關(guān)系式2、熟悉三極管放大、飽和、截止三種模式的工作條件及性能特點(diǎn)3、熟悉三極管的數(shù)學(xué)模型、直流簡(jiǎn)化電路模型，共E電路曲線(xiàn)模型及小信號(hào)電路模型，掌握各

種模型的特點(diǎn)及應(yīng)用場(chǎng)合4、熟悉三極管放大電路的三種分析方法：估算法；圖解法及小信號(hào)等效電路法。能熟練利用估算法判斷三極管的工作模式5、本章2.3節(jié)、2.7、2.8根據(jù)教學(xué)需要，可作為擴(kuò)展內(nèi)容。2.2

基本內(nèi)容晶體三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn):(1)發(fā)射區(qū)高摻加

(2)基區(qū)很薄(3)集電結(jié)面積大放大模式下電流分配基本關(guān)系式三極管的通用模型---伏安特性曲線(xiàn)2.2.3

三極管的簡(jiǎn)化模型1、放大模式下三極管的模型

(1)數(shù)學(xué)模型（指數(shù)模型）(2)直流簡(jiǎn)化電路模型(3)交流小信號(hào)電路模型2、飽和與截止模式下三極管的模型2.2.4

三極管電路分析方法先進(jìn)行直流分析，后進(jìn)行交流分析1、直流分析方法——分析IBQ、ICQ、VCEQ可采用圖解法或估算法2、交流分析方法——分析Av、Ri、R0可采用圖解法與小信號(hào)等效電路方法2.2.5

放大器的構(gòu)成電路都是以三端器件（三極管、場(chǎng)效應(yīng)管）為核心，再配以合適的管外電路而組成1、結(jié)構(gòu)：它的基本組成部分，是兩個(gè)靠得很緊，而且是背對(duì)背的PN結(jié)。結(jié)構(gòu)示意圖（a）ECBPNN結(jié)構(gòu)示意圖（b）ECBNPP第一節(jié) 放大模式下晶體三極管的工作原理EBCECB根據(jù)雜質(zhì)半導(dǎo)體的排列方式不同，晶體三極管有兩種不同的類(lèi)型，并且只有兩種類(lèi)型。即

NPN型與

PNP型NPN型電路符號(hào)

PNP型電路符號(hào)ECBPNN集電結(jié)CB結(jié)發(fā)射結(jié)EB結(jié)集電極基極發(fā)射極集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)晶體三極管的主要特性與它的工作狀態(tài)有關(guān)：、放大狀態(tài)：定義為發(fā)射結(jié)外加正偏電壓，集電結(jié)外加反偏電壓。這種作用是實(shí)現(xiàn)放大器的基礎(chǔ)。、飽和狀態(tài)：定義為發(fā)射結(jié)外加正偏電壓，集電結(jié)外加正偏電壓。、截止?fàn)顟B(tài)：定義為發(fā)射結(jié)外加反偏電壓，集電結(jié)外加反偏電壓。這兩種模式呈現(xiàn)受控開(kāi)關(guān)特性，實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)電路的基礎(chǔ)。2、晶體三極管的主要特性：第一節(jié) 放大模式下晶體三極管————————的工作原理1、內(nèi)部載流子傳輸過(guò)程：ECB晶體三極管的兩個(gè)PN結(jié)是通過(guò)基區(qū)產(chǎn)生耦合作用，連接在一起的。PNN以NPN型晶體三極管為例：分析：晶體三極管處于放大模式下，載流子傳輸過(guò)程。CEBPNNIEpIEnR2V2V1R1CpICn2IICn1ICIBIEICBO（1）、發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入載流子的過(guò)程：發(fā)射結(jié)正偏后，形成的正向擴(kuò)散電流，是由發(fā)射區(qū)和基區(qū)得多子通過(guò)PN結(jié)而形成。IEn

+

IEp即 方向由P區(qū)指向N區(qū)式中IEn為電子電流；IEp

為空穴電流。CEBPNNIEpIEnR2V2V1R1CpICn2IICn1ICIBIEICBO為滿(mǎn)足電中性條件：必須通過(guò)外電路向發(fā)射區(qū)補(bǔ)充電子，因此，外電路的電流為IE

=

IEn

+

IEp（IE

的方向?yàn)榘l(fā)射極流出）CEBPNNIEpIEnR2V2V1R1CpICn2IICn1ICIBIEICBO（2）、集電結(jié)收集電子的過(guò)程：由發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子為基區(qū)的非平衡少子，在濃度梯度的影響下，邊擴(kuò)散、邊復(fù)合，向集電結(jié)邊界運(yùn)動(dòng)。并且，在集電結(jié)反偏電場(chǎng)的作用下，快速通過(guò)PN結(jié)，進(jìn)入集電區(qū)形成電子電流。CEBPNNIEpIEnR2V2V1R1CpICn2IICn1ICIBIEICBOICn1ICp由基區(qū)非平衡少子電子，在外電場(chǎng)作用下，形成的漂移電子電流。由集電區(qū)中熱平衡少子空穴，在外電場(chǎng)作用下，形成的漂移空穴電流。ICn2

由基區(qū)中熱平衡少子電子，在外電場(chǎng)作用下，形成的漂移電子電流?？偟妮d流子電流為：ICn1

+ICp

+ICn2CEBPNIEpIEnR2V2V1與其有關(guān)的載流子流有：R1CpICn2IICn1ICIBIEICBOICn1

+

ICp

+

ICn2其中令I(lǐng)Cp

+

ICn2

=

ICBOICBO是集電結(jié)本身的反向飽和電流為滿(mǎn)足電中性條件，必須通過(guò)外電路向集電區(qū)補(bǔ)充空穴，因此，外電路的電流為IC

=

ICn1

+

ICp

+

ICn2

=

ICn1

+

ICBOIC

的方向?yàn)榧姌O流入（3）、電子在基區(qū)擴(kuò)散和復(fù)合的過(guò)程：IEp由基區(qū)熱平衡多子空穴，在外電場(chǎng)作用下，擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)形成的空穴電流。IEn

–

ICn1由基區(qū)非平衡少子電子復(fù)合掉熱平衡多子空穴的復(fù)合電流。ICp

、ICn2由基區(qū)與集電區(qū)中的熱平衡少子，在外電場(chǎng)用下，形成漂移電子電流及空穴電流。CEBPNNIEpIEnR2V2V1R1CpICn2IICn1ICIBIEICBO總結(jié)兩個(gè)PN結(jié)，共同形成流入基區(qū)的載流子電流為IEp

+(

IEn

–

ICn1)

–

(

ICp

+

ICn2

)為滿(mǎn)足電中性條件，必須通過(guò)外電路向基區(qū)補(bǔ)充空穴，因此，外電路的電流為：IB

=

IEp

+(

IEn

–

ICn1)

–

(

ICp

+

ICn2

)

=

IEp

+(

IEn

–

ICn1)

–ICBOIB

的方向?yàn)榛鶚O流入CEBPNNIEpIEnR2V2V1R1CpICn2IICn1ICIBIEICBO綜合前面的分析有：IE

=

IEn

+

IEpIC

=

ICn1

+

ICp

+

ICn2

=

ICn1

+

ICBOIB

=

IEp

+(

IEn

–

ICn1)

–ICBOIC

+

IB

=

ICn1

+

ICBO

+

IEp

+(

IEn

–

ICn1)

–ICBO= IEn

+

IEp

=

IE即IE

= IC

+

IB由此，可以看出晶體三極管的三個(gè)電極的電流，滿(mǎn)足上述的節(jié)點(diǎn)方程。討論：（1）、只有發(fā)射區(qū)中的多子，自由電子通過(guò)發(fā)射結(jié)基區(qū)集電結(jié)集電區(qū)。即將IEn

轉(zhuǎn)化為ICn1

，并且ICn1

的大小只受發(fā)射結(jié)的電壓VBE的控制。當(dāng)

VBE

↑

IEn

↑

ICn1

↑

時(shí)，ICn1

的大小幾乎不受集電結(jié)反偏電壓的控制。、其它載流子電流，只能分別產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)的電流，而不會(huì)轉(zhuǎn)化另一個(gè)結(jié)的電流。它們對(duì)正向控制作用來(lái)說(shuō)都是無(wú)用的。稱(chēng)為晶體三極管的寄生電流。、對(duì)晶體三極管來(lái)說(shuō)要減小寄生電流。以保證受控載流子的傳輸效率，即提高放大性能。通過(guò)上面的分析可知，在制造晶體三極管時(shí)，必須滿(mǎn)足下列條件：、發(fā)射結(jié)為不對(duì)稱(chēng)結(jié)。、基區(qū)的寬度很窄。、集電結(jié)的面積大于發(fā)射結(jié)的面積。CEBPNNIEpIEnR2V2V1R1CpICn2IICn1ICIBIEICBO2、電流的傳輸方程：電流的傳輸方程：是指晶體三極管在上述正向受控過(guò)程中，各極電流之間的關(guān)系式。雙口網(wǎng)絡(luò)V1I2I1V2共基極組態(tài)BE共發(fā)射極組態(tài)ICIB

CCBC共集電極組態(tài)IEIBEICIECB（1）、各極電流之間的關(guān)系式：根據(jù)內(nèi)部載流子傳輸過(guò)程分析可知，ICn1

是由IEn

轉(zhuǎn)化得到的：設(shè)、為轉(zhuǎn)化系數(shù)（或稱(chēng)為轉(zhuǎn)化能力）。定義為：已知IEn

>>IEp

、故IEn

≈IEIC

=

ICn1

+

ICBO(共基極連接時(shí)，電流傳輸方程)所以因?yàn)橐虼?，的值恒小?，但是分接近于1，一般在0.98以上。通常ICBO

很小，尤其是硅材料制作的硅管，一般可以忽略。方程可近似為：稱(chēng)為共基極電流傳輸系數(shù)。已知代入得：所以令則方程可寫(xiě)為：令則（共發(fā)射極連接時(shí)，電流傳輸方程）稱(chēng)為共發(fā)射極電流放大系數(shù)，其值大于1ICEO

是基極開(kāi)路時(shí)（IB

=0

）的集電極電流，稱(chēng)為穿透電流。通常很小所以上式可簡(jiǎn)化為已知：代入得：共集電極連接時(shí)，電流傳輸方程：通常ICEO

很小，可忽略

，

則（2）、

和ICEO

的物理含義：將代入故表示晶體三極管的基極電流IB

對(duì)集電極電流IC

的控制能力。實(shí)際上表示為，IB

中受發(fā)射結(jié)電壓控制的電流成分（IB

+ICBO）對(duì)集電極正向受控電流成分（ICn1

=IC

–ICBO）的控制能力。通常ICBO

很小，則可忽略。由于接近于1，因此，將遠(yuǎn)大于1。例如時(shí)表明共發(fā)射極連接時(shí)，晶體三極管具有電流放大作用。但其值有較大的離散性。（b）、ICEO

的物理含義ICEO

是基極開(kāi)路（即IB

=0

）時(shí)，由集電極直通到發(fā)射極的電流。VBEVCBVCEVCEVCBVBENNP根據(jù)圖可得：集電結(jié)上外加反偏電壓，發(fā)射結(jié)外加正偏電壓。晶體三極管仍工作在放大模式，具有放大模式，即放大作用。當(dāng)

IB

=0

時(shí)IEp

+(

IEn

–

ICn1)

=

ICBO所以其值被放大倍，再加上集電極本身的ICBOICEO

遠(yuǎn)大于ICBO，不過(guò)在常溫下ICEO

也很小，可以忽略。3、一般模型：（1）、指數(shù)模型電流傳輸方程共B共E共C應(yīng)該滿(mǎn)足下列條件：晶體三極管在正向受控作用下，并且在較大電流變化范圍內(nèi)和保持恒值則不論采用哪種方式連接，其輸出電流與輸入電流之間的關(guān)系是線(xiàn)性的。V

BE實(shí)際上，控制電流IE

或

IB

是受發(fā)射結(jié)電壓

VBE

控制的。為發(fā)射結(jié)正向偏置電壓，因此，

I

E

應(yīng)該服從下面的指數(shù)關(guān)系。式中

IEBS

為發(fā)射結(jié)的反向飽和電流。則相應(yīng)的集電極電流IC

可近似的表示式中（2）、簡(jiǎn)化電路模型：晶體三極管實(shí)質(zhì)上，是輸出電流受輸入發(fā)射結(jié)電壓控制的非線(xiàn)性器件。當(dāng)共E連接時(shí)，如圖所示BCICIBVCEVBEE電流關(guān)系：電路可等效為：VBEVCE