1、 半导体三极管概述半导体三极管概述一一.基本结构基本结构NNPBECBECIBIEICBECIBIEIC 根据制造工艺和材料的不同，三极管分有双极型和单极型根据制造工艺和材料的不同，三极管分有双极型和单极型两种类型。若三极管内部的自由电子载流子和空穴载流子同两种类型。若三极管内部的自由电子载流子和空穴载流子同时参与导电，就是所谓的时参与导电，就是所谓的双极型。双极型。如果只有一种载流子参与如果只有一种载流子参与导电，即为导电，即为单极型单极型。大功率低频三极管大功率低频三极管小功率高频三极管小功率高频三极管中功率低频三极管中功率低频三极管 目前国内生产的双极型硅晶体管多为目前国内生产的双极型硅
2、晶体管多为NPNNPN型型(3D(3D系列系列)，锗，锗晶体管多为晶体管多为PNPPNP型型(3A(3A系列系列)，按频率高低有高频管、低频管，按频率高低有高频管、低频管之别；根据功率大小可分为大、中、小功率管。之别；根据功率大小可分为大、中、小功率管。二二.三极管的电流分配和放大原理三极管的电流分配和放大原理1.三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件EEBRBRCICEBmA AVUCEUBERBIBECV+2.三极管的电流分配和放大原理三极管的电流分配和放大原理 实验如图，把三极管接成二个电路，基极电路和集实验如图，把三极管接成二个电路，基极电路和集电极电路，发射极是公共端，这种接法称为
3、三极管电极电路，发射极是公共端，这种接法称为三极管的共发射极接法。以的共发射极接法。以NPN管为例，发射结加正向电压，管为例，发射结加正向电压，集电极加反向电压，三极管才能起放大作用。集电极加反向电压，三极管才能起放大作用。三极管电流测量数据三极管电流测量数据（1）三电极电流关系三电极电流关系 IE=IB+IC（2）IC IB，IC IE （3）IB=0，IC0.001 mABECNNPEBRBECIEIBEICEICBO三极管内载流子运动过程三极管内载流子运动过程1.发射区向基区注入电子发射区向基区注入电子2.基区中电子的扩散与复合基区中电子的扩散与复合3.集电区收集扩散过来的电子集电区收集
4、扩散过来的电子BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO三三.三极管的输入、输出特性三极管的输入、输出特性 1.1.输入特性曲线的描述与分析输入特性曲线的描述与分析 三极管的输入特性是指当集电极与发射极之间的电压三极管的输入特性是指当集电极与发射极之间的电压 为常数时为常数时,输入回路中基极静态电流输入回路中基极静态电流 与发射结二端的静态电与发射结二端的静态电压压 之间的关系特性之间的关系特性,即即:IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO特征特征（1）变化一点，基极电流变化变化一点，基极电流变化很大，呈现出恒压特性。很大，呈现出恒压特性。（2）不同材料的三极管
5、，完全导不同材料的三极管，完全导通时的发射结电压降也不同。另外通时的发射结电压降也不同。另外当当 1 V 后，曲线基本不移动了。后，曲线基本不移动了。2.输出特性曲线的描述与分析 三极管的输出特性是指在基极电流三极管的输出特性是指在基极电流 一定的情况下，一定的情况下，三极管输出回路中的集电极电流三极管输出回路中的集电极电流 与集电极和发射极之间的与集电极和发射极之间的电压电压 之间的关系特性，即：之间的关系特性，即：当电流当电流 和温度为某一定值时，输出特性曲线为一根特性和温度为某一定值时，输出特性曲线为一根特性曲线。当基极电流取值不同时，输出特性曲线是一簇曲线。曲线。当基极电流取值不同时，
6、输出特性曲线是一簇曲线。当当 1V后，集电极电流后，集电极电流 不再有明显的增加。不再有明显的增加。2 .输出特性曲线的描述与分析输出特性曲线的描述与分析IB=020 A40 A60 A80 A100 A36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区O四四.三极管的主要参数三极管的主要参数1.电流放大系数电流放大系数ICBO A+EC AICEOIB=0+2.极间反向电流极间反向电流 3.极限参数极限参数ICUCEO安全工作区安全工作区UCEOICM 结电容结电容是指是指PN结在结两端电压作用下形成的电容效应。结在结两端电压作用下形成的电容效应。结电容主要由两部分组成：一是结电容主
7、要由两部分组成：一是PN结在正向电压作用下，结在正向电压作用下，扩散电流的变化形成的电容效应，称之为扩散电流的变化形成的电容效应，称之为扩散电容扩散电容，通常记，通常记作作 ，它与通过，它与通过PN结的扩散电流的大小成正比例；二是结的扩散电流的大小成正比例；二是PN结在反向电压作用下，电场的变化形成的电容效应，称之为结在反向电压作用下，电场的变化形成的电容效应，称之为势垒电容势垒电容，通常记作，通常记作 ，它与作用在，它与作用在PN结两侧的反向电压结两侧的反向电压的大小成反比例。结电容是造成三极管产生频率响应的主要的大小成反比例。结电容是造成三极管产生频率响应的主要原因，也是影响三极管开关速度
8、的主要原因。原因，也是影响三极管开关速度的主要原因。五五.三极管的工作状态三极管的工作状态 三极管的工作状态主要由三极管的二个三极管的工作状态主要由三极管的二个PN结各自所承结各自所承受的偏置电压的大小和极性所决定的。三极管有二个受的偏置电压的大小和极性所决定的。三极管有二个PN结，结，而每一个偏置电压又有二种可能的极性，即正向偏置和反向而每一个偏置电压又有二种可能的极性，即正向偏置和反向偏置，因此，可构成三极管的三种工作状态：偏置，因此，可构成三极管的三种工作状态：饱和、放饱和、放大、截止大、截止。单极型三极管单极型三极管双极型三极管是利用基极小电流去控制集电极较大电流双极型三极管是利用基极
9、小电流去控制集电极较大电流的电流控制型器件，因工作时两种载流子同时参与导电而称的电流控制型器件，因工作时两种载流子同时参与导电而称之为双极型。单极型三极管因工作时只有多数载流子一种载之为双极型。单极型三极管因工作时只有多数载流子一种载流子参与导电，因此称为流子参与导电，因此称为单极型三极管单极型三极管；单极型三极管是利；单极型三极管是利用输入电压产生的电场效应控制输出电流的用输入电压产生的电场效应控制输出电流的电压控制型电压控制型器件器件。中又分中又分增强型增强型和和耗尽型耗尽型两类，且各有两类，且各有N N沟道沟道和和P P沟道沟道之分。之分。MOS管的基本结构BDGS不同类型不同类型MOS
10、MOS管的电路图符号管的电路图符号D D S S G GB B衬衬底底 N N沟道增强型符号沟道增强型符号D D S S G GB B衬衬底底 P P沟道增强型符号沟道增强型符号D D S S G GB B衬衬底底 N N沟道耗尽型符号沟道耗尽型符号D D S S G GB B衬衬底底 P P沟道耗尽型符号沟道耗尽型符号 由图可看出，衬底的箭头方向由图可看出，衬底的箭头方向表明了场效应管是表明了场效应管是N N沟道还是沟道还是P P沟道：沟道：箭箭头向里头向里是是N N沟道，沟道，箭头向外箭头向外是是P P沟道。沟道。虚线表示虚线表示增强型增强型实线表示实线表示耗尽型耗尽型单极型晶体管和双极型
11、晶体管的性能比较单极型晶体管和双极型晶体管的性能比较 1.1.场效应管的源极场效应管的源极S S、栅极、栅极G G、漏极、漏极D D分别对应于双极型分别对应于双极型晶体管的发射极晶体管的发射极e e、基极、基极b b、集电极、集电极c c，它们的作用相似。，它们的作用相似。2.2.场效应管是电压控制电流器件，场效应管栅极基本场效应管是电压控制电流器件，场效应管栅极基本上不取电流，而双极型晶体管工作时基极总要取一定上不取电流，而双极型晶体管工作时基极总要取一定的电流。所以在只允许从信号源取极小量电流的情况下，的电流。所以在只允许从信号源取极小量电流的情况下，应该选用场效应管；而在允许取一定量电流
12、时，选用双应该选用场效应管；而在允许取一定量电流时，选用双极型晶体管进行放大可以得到比场效应管较高的电压放极型晶体管进行放大可以得到比场效应管较高的电压放大倍数。大倍数。3.3.场效应管是多子导电，而双极型晶体管则是既利用场效应管是多子导电，而双极型晶体管则是既利用多子，又利用少子。由于少子的浓度易受温度、辐射等多子，又利用少子。由于少子的浓度易受温度、辐射等外界条件的影响，因而场效应管比晶体管的温度稳定性外界条件的影响，因而场效应管比晶体管的温度稳定性好、抗辐射能力强。在环境条件（温度等）变化比较剧好、抗辐射能力强。在环境条件（温度等）变化比较剧烈的情况下，选用场效应管比较合适。烈的情况下，
13、选用场效应管比较合适。4.4.场效应管的源极和衬底通常是连在一起时，源极和漏极可以场效应管的源极和衬底通常是连在一起时，源极和漏极可以互换使用，耗尽型绝缘栅型管的栅极电压可正可负，灵活性比互换使用，耗尽型绝缘栅型管的栅极电压可正可负，灵活性比晶体管强；而双极型晶体管的集电极与发射极互换使用时，其晶体管强；而双极型晶体管的集电极与发射极互换使用时，其特性差异很大，放大倍数值将减小很多。特性差异很大，放大倍数值将减小很多。5.5.与双极型晶体管相比，场效应管的噪声系数较小，所以在低与双极型晶体管相比，场效应管的噪声系数较小，所以在低噪声放大器的前级通常选用场效应管，也可以选特制的低噪声噪声放大器的前级通常选用场效应管，也可以选特制的低噪声晶体管。但总的来说，当信噪比是主要矛盾时，还应选用场效晶体管。但总的来说，当信噪比是主要矛盾时，还应选用场效应管。应管。6.6.场效应管和双极型晶体管都可以用于放大或可控开关，但场场效应管和双极型晶体管都可以用于放大或可控开关，但场效应管还可以作为压控电阻使用，而且制造工艺便于集成化，效应管还可以作为压控电阻使用，而且制造工艺便于集成化，具有耗电少，热稳定性好，工作电源电压范围宽等优点，因此具有耗电少，热稳定性好，工作电源电压范围宽等优点，因此在电子设备中得到广泛的应用。在电子设备中得到广泛的应用。
