数字电子技术--1.3 双极型半导体三极管.ppt

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1、1.3.1 1.3.1 三极管的结构三极管的结构1.31.3.2.2 三极管电流的分配与控制三极管电流的分配与控制1.31.3.3.3 三极管的电流关系三极管的电流关系1.31.3.4.4 三极管的特性曲线三极管的特性曲线1.31.3.5.5 半导体三极管的参数半导体三极管的参数1.31.3.6.6 半导体三极管的型号半导体三极管的型号 1.3 双极型三极管12/22/20221.3.1三极管的结构 双极型半导体三极管的结构示意图如图所示。双极型半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型它有两种类型:NPN型和型和PNP型。型。e-b间的PN结称为发射结(Je)c-b间的PN结称为集电结(

2、Jc)中间部分称为基区，连上电极称为基极，用B或b表示（Base）；一侧称为发射区，电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）；另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。12/22/2022掺杂浓度：掺杂浓度：发射区最大，集电区次之，基区最小。发射区最大，集电区次之，基区最小。体积：体积：集电区最大，发射区次之，基区最小。集电区最大，发射区次之，基区最小。基区厚度一般在几个微米至几十个微米。基区厚度一般在几个微米至几十个微米。1.3.2 三极管的电流分配与控制 双极型半导体三极管在工作时一定要加上双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。适当的直流偏置电压

3、。若在放大工作状态：发射结加正向电压，若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。集电结加反向电压。现以 NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系，见图02.02。(动画2-1)图 02.02 双极型三极管的电流传输关系12/22/2022 发射结发射电子：发射结发射电子：从发射区正偏将有从发射区正偏将有大量的电子向基区扩散，形成的电流为大量的电子向基区扩散，形成的电流为IEN。从基区向发射区也有空穴的扩散运动，从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为但其数量小，形成的电流为IEP。这是因为这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。发射区的掺杂浓

4、度远大于基区的掺杂浓度。基区复合电子：基区复合电子：形成的电流是形成的电流是 IBN。集电集电区收集电子：区收集电子：因基区很薄，在集电因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快被集电极所收集，形成集时间很短，很快被集电极所收集，形成集电极电流电极电流ICN。另外因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流ICBO。于是可得如下电流关系式:IC=ICN+ICBO IB=IEP+IBNICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO)IE=IC+IB1.3.3三极管的电流关系 (1)

5、(1)三种组态三种组态 双极型三极管有三个电极，其中两个可双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入以作为输入,两个可以作为输出，这样必然两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态组态，见图，见图02.03。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；图 02.03 三极管的三种组态12/22/2022(2)三极管的电流放大

6、系数 对于集电极电流对于集电极电流IC和发射极电流和发射极电流IE之间的之间的关系可以用系数来说明，定义关系可以用系数来说明，定义:称为称为共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数。它表示最。它表示最后达到集电极的电子电流后达到集电极的电子电流ICN与总发射极电流与总发射极电流IE的比值。的比值。的值小于的值小于1,但接近但接近1。IC=ICN+ICBO=IE+ICBO (IC+IB)定义定义:=IC/IB称为称为共发射极接法直流电流放大系数共发射极接法直流电流放大系数。于是于是因 1,所以 11.3.4 三极管的特性曲线 iB是输入电流，是输入电流，vBE是输入电压是输入电压，加在，加在

7、B、E两电极之间。两电极之间。iC是输出电流，是输出电流，vCE是输出电压是输出电压，从，从C、E 两电极取出。两电极取出。输入特性曲线 iB=f(vBE)vCE=const 输出特性曲线 iC=f(vCE)iB=const共发射极接法三极管的特性曲线，即12/22/2022 共发射极接法的供电电路和电压共发射极接法的供电电路和电压-电流电流关系如图所示关系如图所示。图 共发射极接法的电压-电流关系 简单地看，输入特性曲线类似于发射简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性曲线，现讨论结的伏安特性曲线，现讨论iB和和vBE之间的之间的函数关系函数关系。因为有集电结电压的影响，。因为有集电结电

8、压的影响，它它与一个单独的与一个单独的PN结的伏安特性曲线不同。结的伏安特性曲线不同。为了排除为了排除vCE的影响，在讨论输入特性曲线的影响，在讨论输入特性曲线时，应使时，应使vCE=const(常数常数)。(1)输入特性曲线 iB=f(vBE)vCE=const 共发射极接法的输入特性曲线见图共发射极接法的输入特性曲线见图02.0502.05。当当vCE=0V时：时：相当于发射结的正向特性曲线。相当于发射结的正向特性曲线。当当vCE1V时：时：vCB=vCE-vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少，复合减少，IC/IB 增大，特

9、性曲线将向右稍微增大，特性曲线将向右稍微移动一些。移动一些。vCE再增加时再增加时，曲线右移，曲线右移 不明显。不明显。输入特性曲线的分区：输入特性曲线的分区：死区死区 非线性区非线性区 线性区线性区 图图02.05 02.05 共射接法输入特性曲线共射接法输入特性曲线(2)输出特性曲线 iC=f(vCE)iB=const它是以它是以iB为参变量的一族特性曲线。为参变量的一族特性曲线。当当vCE=0 V时时，因集电极无收集作用，因集电极无收集作用，iC=0。当当vCE稍增大时稍增大时，发射结处，发射结处于正向电压，集电区收集于正向电压，集电区收集电子的能力与电子的能力与vCE 成正比成正比，i

10、C主要由主要由vCE决定。决定。图图02.06 02.06 共发射极接法输出特性曲线共发射极接法输出特性曲线 当当vCE增加较大时增加较大时，运动到集电结的电子运动到集电结的电子基本上都可以被集电基本上都可以被集电区收集，此后区收集，此后vCE再增再增加，电流也没有明显加，电流也没有明显的增加，特性曲线进的增加，特性曲线进入与入与vCE轴基本平行的轴基本平行的区域区域)。（。（动画动画2-2）输出特性曲线可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的 数值较小，一般vCE0.7 V(硅管)。此时 发射结正偏，集电结正偏。截止区iC接近零的区域，

11、相当iB=0的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏，电压大于0.7 V左右(硅管)。1.3.5 半导体三极管的参数 半导体三极管的参数分为三大类半导体三极管的参数分为三大类:直流参数直流参数 交流参数交流参数 极限参数极限参数 一、直流参数一、直流参数 1 1、直流电流放大系数、直流电流放大系数 （1 1）.共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 IC/IB 在放大区基本不变。在放大区基本不变。图02.08 值与IC的关系图 02.07 在输出特性曲线上决定（2）.共基极直流电流放大系数共基极直流电流

12、放大系数 =IC/IE 显然显然 与与 之间有如下关系之间有如下关系:=IC/IE=IB/1+IB=/1+2、极间反向电流极间反向电流 （1）.集电极基极间反向饱和电流ICBO ICBO的下标CB代表集电极和基极，O是Open的字头，代表第三个电极E开路。它相当于集电结的反向饱和电流。（2）.集电极发射极间的反向饱和电流集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO和和ICBO有如下关系有如下关系 ICEO=（1+）ICBO 相当基极开路时，集电极和发射极间的反向相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流。如图饱和电流。如图02.09所示。所示。图图02.09 ICEO在输在输出特性曲线上

13、的位置出特性曲线上的位置二、交流参数二、交流参数1 1、交流电流放大系数、交流电流放大系数 （1）.共发射极交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 =IC/IB （2）.共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数 =IC/IE当当ICBO和和ICEO很小时，很小时，、，可以不加区分。，可以不加区分。2、特征频率特征频率fT由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的将会下降。当下降到1时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。三、极限参数 1、集电极最大允许电流ICM 当集电极电流增加时，当集电极电流增加时，就就要下降，当要下降，当 值值下降到线性放大区下降到线性放大区 值的值的70时，所对

14、应的集电极电流称为集电极最大允许电时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流流ICM。2、集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗，集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PCM=ICVCE 3、反向击穿电压 反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力。压的能力。几个击穿电压在大小上有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CESV(BR)CERV(BR)CEOV(BR)EBO过损耗区、过电流区、击穿区及安全工作区过损耗区、过电流区、击穿区及安全工作区 1.3.6 半导体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下国家标准对半导体三极管的命名如下:3 D G 110 B 第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管12/22/2022