单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四讲 晶体三极管,一、晶体管的结构和符号,二、晶体管的放大原理,三、晶体管的共射输入特性和输出特性,四、温度对晶体管特性的影响,五、主要参数,一、晶体管的结构和符号,多子浓度高,多子浓度很低，且很薄,面积大,晶体管有三个极、三个区、两个,PN,结。,小功率管,中,功率管,大功率管,为什么有孔？,BJT,的结构简介,半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型,:,NPN,型和,PNP,型。,两种类型的三极管,发射结,(,Je,),集电结,(,Jc,),基极,，,用,B,或,b,表示（,Base,）,发射极,，,用,E,或,e,表示（,Emitter,）；,集电极,，,用,C,或,c,表示（,Collector,）。,发射区,集电区,基区,三极管符号,结构特点：,发射区的掺杂浓度最高；,集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；,基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。,管芯结构剖面图,BJT,的,电流分配与放大原理,1.,内部载流子的传输过程,三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。,外部条件：,发射结正偏，集电结反偏。,发射区：发射载流子,基区：传送和控制载流子,集电区：收集载流子,以上看出，三极管内有两种载流子,(,自由电子和空穴,),参与导电，故称为双极型三极管。或,BJT,(Bipolar Junction Transistor),。,载流子的传输过程,P,N,P,e,b,c,I,E,I,B,I,NC,I,CBO,I,B,I,C,工作原理,载流子的传输规律,1.,发射区向基区扩散空穴，形成发射极电流,2.,空穴在基区扩散和复合，形成了基区复合电流,I,B,3.,集电极收集从发射区扩散到基区的空穴，形成了电流,I,NC,同时由于集电结反偏，少子在电场的作用下形成了漂移电流,I,CBO,，,影响,I,B,和,I,C,可得电流之间的分配关系,I,B,=I,B,-I,CBO,I,C,=I,NC,+I,CBO,I,E,=I,B,+I,C,共基极电路,2.,电流分配关系,根据传输过程可知,I,C,=,I,nC,+,I,CBO,通常,I,C,I,CBO,为电流放大系数，,它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关,。一般,=0.90.99,I,E,=,I,B,+,I,C,载流子的传输过程,根据,是另一个电流放大系数，,同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。,一般,1,I,E,=,I,B,+,I,C,I,C,=,I,nC,+,I,CBO,且令,I,CEO,=(1+,),I,CBO,（穿透电流）,2.,电流分配关系,3.,三极管的三种组态,共集电极接法,，集电极作为公共电极，用,CC,表示,;,共基极接法,，,基极作为公共电极，用,CB,表示。,共发射极接法,，发射极作为公共电极，用,CE,表示；,BJT,的三种组态,I,E,=(1+,)I,B,R,L,e,c,b,1k,共基极放大电路,4.,放大作用,若,v,I,=20mV,使,当,则,电压放大倍数,V,EE,V,CC,V,EB,I,B,I,E,I,C,+,-,v,I,+,v,EB,v,O,+,-,+,i,C,+,i,E,+,i,B,i,E,=-1,mA,，,i,C,=,i,E,=-0.98,mA,，,v,O,=-,i,C,R,L,=0.98 V,，,=0.98,时，,+,-,b,c,e,R,L,1k,共射极放大电路,图,03.1.06,共射极放大电路,V,BB,V,CC,V,BE,I,B,I,E,I,C,+,-,v,I,+,v,BE,v,O,+,-,+,i,C,+,i,E,+,i,B,v,I,=20mV,设,若,则,电压放大倍数,i,B,=20,uA,v,O,=-,i,C,R,L,=-0.98 V,，,=0.98,使,4.,放大作用,综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。,实现这一传输过程的两个条件是：,（,1,）,内部条件：,发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。,（,2,）,外部条件：,发射结正向偏置，集电结反向偏置。,BJT,的,电流分配与放大原理,v,CE,=0V,+,-,b,c,e,共射极放大电路,V,BB,V,CC,v,BE,i,C,i,B,+,-,v,CE,i,B,=,f,(,v,BE,),v,CE,=const,(2),当,v,CE,1V,时，,v,CB,=,v,CE,-,v,BE,0,，,集电结已进入反偏状态，开始收,集电子，基区复合减少，同样的,v,BE,下,I,B,减小，特性曲线右移。,v,CE,=0V,v,CE,1V,(1),当,v,CE,=0V,时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,1.,输入特性曲线,BJT,的,特性曲线,（以共射极放大电路为例）,(3),输入特性曲线的三个部分,死区,非线性区,线性区,1.,输入特性曲线,BJT,的,特性曲线,饱和区：,i,C,明显受,v,CE,控制的区域，该区域内，一般,v,CE,0.7V(,硅管,),。此时，,发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小,。,i,C,=,f,(,v,CE,),i,B,=const,2.,输出特性曲线,输出特性曲线的三个区域,:,BJT,的,特性曲线,截止区：,i,C,接近零的区域，相当,i,B,=0,的曲线的下方。此时，,v,BE,小于死区电压,。,放大区：,i,C,平行于,v,CE,轴的区域，曲线基本平行等距。此时，,发射结正偏，集电结反偏,。,BJT,的主要参数,(,1),共发射极直流电流放大系数,=,（,I,C,I,CEO,）,/,I,B,I,C,/,I,B,v,CE,=const,1.,电流放大系数,(2),共发射极交流电流放大系数,=,I,C,/,I,B,v,CE,=const,BJT,的主要参数,1.,电流放大系数,(2),集电极发射极间的反向饱和电流,I,CEO,I,CEO,=,（,1+,）,I,CBO,2.,极间反向电流,I,CEO,(1),集电极基极间反向饱和电流,I,CBO,发射极开,路时，集电结的反向饱和电流。,BJT,的主要参数,即输出特性曲线,I,B,=0,那条曲线所对应的,Y,坐标的数值。,I,CEO,也称为集电极发射极间穿透电流。,(1),集电极最大允许电流,I,CM,(2),集电极最大允许功率损耗,P,CM,P,CM,=,I,C,V,CE,3.,极限参数,BJT,的主要参数,(,3),反向击穿电压,V,(BR)CEO,基极开路时集电极和发射,极间的击穿电压。,3.,极限参数,BJT,的主要参数,由,P,CM,、,I,CM,和,V,(BR)CEO,在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。,输出特性曲线上的过损耗区和击穿区,（,思考题,）,二、晶体管的放大原理,扩散运动形成发射极电流,I,E,，,复合运动形成基极电流,I,B,，,漂移运动形成集电极电流,I,C,。,少数载流子的运动,因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区,因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合,因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区,基区空穴的扩散,电流分配：,I,E,I,B,I,C,I,E,扩散运动形成的电流,I,B,复合运动形成的电流,I,C,漂移运动形成的电流,穿透电流,集电结反向电流,直流电流放大系数,交流电流放大系数,为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？,三、晶体管的共射输入特性和输出特性,为什么,U,CE,增大曲线右移？,对于小功率晶体管，,U,CE,大于,1V,的一条输入特性曲线可以取代,U,CE,大于,1V,的所有输入特性曲线。,为什么像,PN,结的伏安特性？,为什么,U,CE,增大到一定值曲线右移就不明显了？,1.,输入特性,2.,输出特性,是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下,?,对应于一个,I,B,就有一条,i,C,随,u,CE,变化的曲线。,为什么,u,CE,较小时,i,C,随,u,CE,变化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？,饱和区,放大区,截止区,晶体管的三个工作区域,晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流,i,C,几乎仅仅决定于输入回路的电流,i,B,，,即可将输出回路等效为电流,i,B,控制的电流源,i,C,。,状态,u,BE,i,C,u,CE,截止,U,on,I,CEO,V,CC,放大,U,on,i,B,u,BE,饱和,U,on,i,B,u,BE,四、温度对晶体管特性的影响,五、主要参数,直流参数,：、,I,CBO,、,I,CEO,c-e,间击穿电压,最大集电极电流,最大集电极耗散功率，,P,CM,i,C,u,CE,安全工作区,交流参数：,、,、,f,T,（使,1,的信号频率）,极限参数,：,I,CM,、,P,CM,、,U,（,BR,）,CEO,讨论一,1.,分别分析,u,I,=0V,、,5V,时,T,是工作在截止状态还是导通状态；,2.,已知,T,导通时的,U,BE,0.7V,，若,u,I,=5V,，则,在什么范围内,T,处于放大状态,?,在什么范围内,T,处于饱和状态？,通过,u,BE,是否大于,U,on,判断管子是否导通。,临界饱和时的,讨论二,由,图示特性求出,P,CM,、,I,CM,、,U,（,BR,）,CEO,、,。,2.7,i,C,u,CE,=1V,时的,i,C,就是,I,CM,U,（BR）CEO,清华大学 华成英 ,