1、第三讲第三讲 晶体三极管晶体三极管一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号二、晶体管的放大原理二、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四、温度对晶体管特性的影响五、主要参数五、主要参数一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管为什么有孔？为什么有孔？1）三极管的结构）三极管的结构根据结构不同，三极管有两种类型：根据结构不同，三极管有两种类型：NPN 和和 PNP 型。型。主要主要以以 NPN 型为例进行讨论。型为例进行讨论。图图1.3.2三极管的结构三极管的结构(a)
2、平面型平面型(NPN)(b)合金型合金型(PNP)NecNPb二氧化硅二氧化硅becPNPe 发射极，发射极，b 基 极，基 极，c 集电极。集电极。平面型平面型(NPN)三极管制作工艺三极管制作工艺NcSiO2b硼杂质扩散硼杂质扩散e磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散磷杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散PN在在 N 型硅片型硅片(集电区集电区)氧化膜上刻一个窗口，将氧化膜上刻一个窗口，将硼杂质进行扩散形成硼杂质进行扩散形成 P 型型(基区基区)，再在，再在 P 型区上刻型区上刻窗口，将磷杂质进行扩散窗口，将磷杂质进行扩散形成形成N型的发射区。引出型的发射区。引出
3、三个电极即可。三个电极即可。合金型三极管制作工艺：合金型三极管制作工艺：在在 N 型锗片型锗片(基区基区)两边各置两边各置一个铟球，加温铟被熔化并与一个铟球，加温铟被熔化并与 N 型锗接触，冷却后形成两型锗接触，冷却后形成两个个 P 型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。图图 1.3.3三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号(a)NPN 型型ecb符号符号集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 eNNP2）三极管的符号）三极管的符号集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集
4、电极集电极 c发射极发射极 e基极基极 bcbe符号符号NNPPN图图 1.3.3三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号(b)PNP 型型以以 NPN 型三极管为例讨论型三极管为例讨论图图1.3.4三极管中的两个三极管中的两个 PN 结结cNNPebbec表面看表面看三极管若实三极管若实现放大，必须从现放大，必须从三极管内部结构三极管内部结构和和外部所加电源外部所加电源的极性的极性来保证。来保证。不具备不具备放大作用放大作用二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理三极管内部结构要求：三极管内部结构要求：NNPebcN N NP P P1.发射区高掺杂。发射区高掺杂。2.基区做得很薄基区做
5、得很薄。通常只有。通常只有几微米到几十微米，而且几微米到几十微米，而且掺杂较掺杂较少少。三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使：外加电源的极性应使发射发射结处于正向偏置结处于正向偏置状态，而状态，而集电结处于反向偏置集电结处于反向偏置状态。状态。3.集电结面积大。集电结面积大。三极管中载流子运动过程三极管中载流子运动过程1.发射发射发射区的发射区的电子越过发射结扩散到电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散基区，基区的空穴扩散到发射区到发射区形成发射极形成发射极电流电流 IE(基区多子数目较基区多子数目较少，空穴电流可忽略少，空穴电流可忽略)。2.复合和扩散复合和扩散电子
6、电子到达基区，少数与空穴复到达基区，少数与空穴复合形成基极电流合形成基极电流 IBN，复复合掉的空穴由合掉的空穴由 VBB 补充补充，形成基级电流形成基级电流IB。多数电子在基区继续扩多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。散，到达集电结的一侧。图图 1.3.4三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动三极管中载流子运动过程三极管中载流子运动过程3.收集收集集电结反偏，集电结反偏，有利于收集基区扩散过来有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流的电子而形成集电极电流 ICN。另外，集电区和基区另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成将进行漂移运动而形
7、成反反向向饱和电流饱和电流，用用ICBO表示表示。图图 1.3.4三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动 可见可见，在集电极在集电极VCC作用下作用下形成集电极电流形成集电极电流IC。由于三极管内有两种载流子由于三极管内有两种载流子(自自由电子和空穴由电子和空穴)参与导电，故称为双参与导电，故称为双极型三极管或极型三极管或BJTBJT(Bipolar Junction Transistor)。三极管的三种组态三极管的三种组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示。表示。共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用CB表示；表示；共发
8、射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；BJT的三种组态的三种组态三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系IC=ICN+ICBO IE=ICN+IBN+IEN=IEN+IEP图图 1.3.4三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动IB=IBN+IEP-ICBO三个极的电流之间满足节三个极的电流之间满足节点电流定律，即点电流定律，即IE=IC+IB三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系IC=ICN+ICBO IE=ICN+IBN+IEN=IEN+IEP一般一般 ICN 在在 IE 中中占的比例占的比例大。而二者大。而二者之比称之比称直流电流放大直流电
9、流放大系数系数，即，即ECNII一般可达一般可达 0.95 0.99图图 1.3.4三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动IB=IBN+IEP-ICBO整理可得整理可得:三极管的电流放大系数：三极管的电流放大系数：一般一般 ICN 在在 之比称为共射直流电流放大之比称为共射直流电流放大系数系数 。即。即BCNIICBOBC)1(III 上式中的后一项常用上式中的后一项常用 ICEO 表示，表示，ICEO 称穿透电流。称穿透电流。CEOBCCBOCEO )1(IIIII 则则当当 ICEO IC 时，忽略时，忽略 ICEO，则由上式可得，则由上式可得BCII 共射直流电流放大系数共射直流电流放
10、大系数 近似等于近似等于 IC 与与 IB 之比。之比。一般一般 值约为几十值约为几十 几百。几百。BICBOBCBOBCBOBCC)1(111)(IIIIIIII ECCCBOCBOECBOCnC 1 IIIIIIIII 可可将将其其忽忽略略，则则时时，当当)(将将IE=IC+IB代入代入(1)式，得式，得其中：其中：共射直流电流共射直流电流放大系数。放大系数。1三极管的电流放大系数：三极管的电流放大系数：一般一般 ICN 在在 IE 中占的比例中占的比例大。而二者之比称为大。而二者之比称为共基极共基极直流电流放大系数直流电流放大系数，即，即ECNII一般可达一般可达 0.95 0.99三极
11、管的电流分配关系三极管的电流分配关系BCEIII BC II BE)1(II 一组三极管电流关系典型数据一组三极管电流关系典型数据IB/mA 0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05IC/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91 IE/mA 0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.961.任何一列电流关系符合任何一列电流关系符合 IE=IC+IB，IB IC 0 时的输入特性曲线时的输入特性曲线当当 UCE 0 时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的电子时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。收集到集
12、电极。UCE UBE，集电结已进入反偏状态，开始收集，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的电子，基区复合减少，同样的UBE下下 IB减小，减小，特性曲线右移特性曲线右移。*UCE UBE，三极管三极管处于放大状态处于放大状态V2CE UV/BEUO0CE UIB/AUCE 1 时的输入特性具有实用意义。时的输入特性具有实用意义。IBUCEICVCCRbVBBcebRCV V A mAUBE*UCE 1 V，特，特性曲线重合。性曲线重合。图图 1.3.6三极管共射特性曲线测试电路三极管共射特性曲线测试电路图图 1.3.8三极管的输入特性三极管的输入特性1）晶体管的共射输入特性
13、）晶体管的共射输入特性CE)(BEBUufi 为什么为什么UCE增大曲线右移？增大曲线右移？对于小功率晶体管，对于小功率晶体管，UCE大于大于1V的一条输入特性曲线的一条输入特性曲线可以取代可以取代UCE大于大于1V的所有输入特性曲线。的所有输入特性曲线。为什么像为什么像PN结的伏安特性？结的伏安特性？为什么为什么UCE增大到一定值曲增大到一定值曲线右移就不明显了？线右移就不明显了？1.输入特性输入特性二、输出特性二、输出特性图图 1.3.9NPN 三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线IC/mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321划分三个区
14、：截止区、划分三个区：截止区、放大区和饱和区。放大区和饱和区。截止区截止区放放大大区区饱饱和和区区放放大大区区1.截止区截止区IB 0 的的区域。区域。两个结都处于反向偏两个结都处于反向偏置。置。IB=0 时，时，IC=ICEO。硅管约等于硅管约等于 1 A，锗管，锗管约为几十约为几十 几百微安。几百微安。常数常数 B)(CECIUfI截止区截止区截止区截止区2.放大区：放大区：条件：条件：发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏特点特点：iC 受受 iB 的控制的控制,而而与与uCE无关，无关，各条输出特性曲各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平线，线比较平坦，近似为水平线，且等间隔。且等间隔
15、。二、输出特性二、输出特性IC/mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321放放大大区区集电极电流和基极电流集电极电流和基极电流体现放大作用，即体现放大作用，即BC II 放放大大区区放放大大区区对对 NPN 管管 UBE 0，UBC 0 UBC 0。特点特点：IC 基本上不随基本上不随 IB 而变化，在饱和区三极管失而变化，在饱和区三极管失去放大作用。去放大作用。I C IB。当当 UCE=UBE，即，即 UCB=0 时，称时，称临界饱和临界饱和，UCE UBE时称为时称为过饱和过饱和。饱和管压降饱和管压降 UCES 0.4 V(硅管硅管)，UC
16、ES 0.2 V(锗管锗管)饱饱和和区区饱饱和和区区饱饱和和区区四、四、三极管的主要参数三极管的主要参数 直流参数直流参数：、ICBO、ICEO1.共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数忽略穿透电流忽略穿透电流 ICEO 时，时，BCII 2.共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数 忽略反向饱和电流忽略反向饱和电流 ICBO 时时，ECII 3.集电极和基极之间的反向饱和电流集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO4.集电极和发射极之间的反向饱和电流集电极和发射极之间的反向饱和电流 ICEO(a)ICBO测量电测量电路路(b)ICEO测量电测量电路路ICBOceb AICEO Aceb 小
17、功率锗管小功率锗管 ICBO 约为几微约为几微安；硅管的安；硅管的 ICBO 小，有的为纳小，有的为纳安数量级。安数量级。当当 b 开路时，开路时，c 和和 e 之间的电流。之间的电流。CBOCEO)1(II 值愈大，则该管的值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。也愈大。图图 1.3.11反向饱和电流的测量电路反向饱和电流的测量电路 交流参数：交流参数：、fT（使1的信号频率）1.共射电流放大系数共射电流放大系数 BCII ECII 2.共基电流放大系数共基电流放大系数 1 1或或 和和 这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：3.特征频率特征频率
18、 Tf 由于晶体管中的由于晶体管中的PN结结电容的存在，晶体管的交结结电容的存在，晶体管的交流电流放大系数是所加信号的函数。频率高到一定程流电流放大系数是所加信号的函数。频率高到一定程度，集电极电流与基极电流之比不但数值下降，而且度，集电极电流与基极电流之比不但数值下降，而且产生相移。使共射极电留放大系数的数值下降到产生相移。使共射极电留放大系数的数值下降到1的的信号频率称为信号频率称为特征频率特征频率Tf1.集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM 当当 IC 过大时，三极管的过大时，三极管的 值要减小。在值要减小。在 IC=ICM 时，时，值下降到额定值的三分之二。值下降到额定值的三分
19、之二。2.集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率 PCM过过损损耗耗区区安安全全 工工 作作 区区 将将 IC 与与 UCE 乘积等于乘积等于规定的规定的 PCM 值各点连接起值各点连接起来，可得一条双曲线。来，可得一条双曲线。ICUCE PCM 为过损耗区为过损耗区ICUCEOPCM=ICUCE安安全全 工工 作作 区区安安全全 工工 作作 区区过过损损耗耗区区过过损损耗耗区区图图 1.3.11三极管的安全工作区三极管的安全工作区 极限参数极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO3.极间反向击穿电压极间反向击穿电压外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压。外加在三极管各电极之间的最大
20、允许反向电压。U(BR)CEO：基极开路：基极开路时，集电极和发射极之间时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。的反向击穿电压。U(BR)CBO：发射极开：发射极开路时，集电极和基极之间路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。的反向击穿电压。安全工作区安全工作区同时要受同时要受 PCM、ICM 和和U(BR)CEO限制。限制。过过电电压压ICU(BR)CEOUCEO过过损损耗耗区区安安全全 工工 作作 区区ICM过流区过流区图图 1.3.11三极管的安全工作区三极管的安全工作区(1)温度对温度对ICBO的影响的影响温度每升高温度每升高10，ICBO约增加一倍。约增加一倍。(2)温度对温度对 的影响
21、的影响温度每升高温度每升高1，值约增大值约增大0.5%1%。(3)温度对反向击穿电压温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响的影响温度升高时，温度升高时，V(BR)CBO和和V(BR)CEO都会有所提高。都会有所提高。2.温度对晶体管特性曲线的影响温度对晶体管特性曲线的影响1.温度对晶体管参数的影响温度对晶体管参数的影响end五、温度对晶体管特性的影响五、温度对晶体管特性的影响2.温度对晶体管特性曲线的影响温度对晶体管特性曲线的影响1）温度对输入特性曲线的影响）温度对输入特性曲线的影响BEBBBECEO )(uiiuIT不变时，即不变时五、温度对晶体管特性的影响五、温度对晶体
22、管特性的影响2）温度对输出特性曲线的影响温度对输出特性曲线的影响五、温度对晶体管特性的影响五、温度对晶体管特性的影响PNP 型三极管型三极管放大原理与放大原理与 NPN 型基本相同，但为了保证发射结型基本相同，但为了保证发射结正偏，集电结反偏，外加电源的极性与正偏，集电结反偏，外加电源的极性与 NPN 正好相反。正好相反。图图 1.3.13三极管外加电源的极性三极管外加电源的极性(a)NPN 型型VCCVBBRCRb N NP+uoui(b)PNP 型型VCCVBBRCRb+uoui PNP 三极管电流和电三极管电流和电压实际方向。压实际方向。UCEUBE+IEIBICebCUCEUBE(+)
23、()IEIBICebC(+)()PNP 三极管各极电流三极管各极电流和电压的规定正方向。和电压的规定正方向。PNP 三极管中各极电流实际方向与规定正方向一致。三极管中各极电流实际方向与规定正方向一致。电压电压(UBE、UCE)实际方向与规定正方向相反。计算中实际方向与规定正方向相反。计算中UBE、UCE 为负值；输入与输出特性曲线横轴为为负值；输入与输出特性曲线横轴为(UBE)、(UCE)。讨论一1.分别分析分别分析uI=0V、5V时时T是工作在截止状态还是导通状态；是工作在截止状态还是导通状态；2.已知已知T导通时的导通时的UBE0.7V，若，若uI=5V，则，则在什么范围内在什么范围内T处于放大状态处于放大状态?在什么范围内在什么范围内T处于饱和状态？处于饱和状态？通过通过uBE是否大于是否大于Uon判断管子判断管子是否导通。是否导通。A43mA)1007.05(bBEIBRUuimA4.2mA)512(cCCCmaxRVi56BCmaxii临界饱和时的临界饱和时的讨论二由图示特性求出由图示特性求出PCM、ICM、U（BR）CEO、。CECCMuiP 2.7iCCEBCUii uCE=1V时的时的iC就是就是ICMU（BR）CEO
