模拟电子半导体基础知识三极管.ppt

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1、第1章 常用半导体器件1.1 半导体基础知识1.2 半导体二极管1.3 晶体三极管1.4 场效应管 1.3 晶体三极管晶体三极管由由于于工工作作时时，多多数数载载流流子子和和少少数数载载流流子子都都参参与与运运行行，因因此此，还还被被称称为为双双极极型型晶晶体体管管（Bipolar Junction Transistor,简称简称BJT）。）。BJT是由两个是由两个PN结组成的。结组成的。一一.BJT的结构及类型的结构及类型二晶体管的电流放大作用二晶体管的电流放大作用三三.晶体管共射的特性曲线晶体管共射的特性曲线四四.BJT.BJT的主要参数的主要参数五五.温度对晶体管特性及参数的影响温度对晶

2、体管特性及参数的影响12/31/2022一一.BJT的结构及类型的结构及类型NPN型PNP型符号符号:三极管的结构特点三极管的结构特点:（1 1）发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。）发射区的掺杂浓度集电区掺杂浓度。（2 2）基区要制造得很薄且浓度很低。）基区要制造得很薄且浓度很低。（3 3）集电区面积大）集电区面积大-NNP发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极-PPN发射区集电区基区发射结 集电结ecb发射极集电极基极ECBECB分分 类类按材料分：按材料分：硅管、锗管硅管、锗管按功率分：按功率分：小功率管小功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W二二 晶体管的电流放大作用

3、晶体管的电流放大作用若在放大工作状态：若在放大工作状态：发射结正偏：发射结正偏：+UCE UBEUCB集电结反偏：集电结反偏：由由VBB保证保证由由VCC、VBB保证保证UCB=UCE-UBE 0共共发射极接法发射极接法c区区b区区e区区 三极管在工作时要加上适三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。当的直流偏置电压。12/31/20221BJT内部的载流子传输过程内部的载流子传输过程（1）因为发射结正偏，扩散运动形成发射极电流）因为发射结正偏，扩散运动形成发射极电流IE 发射结正偏，有利于多子的扩散；发射区掺杂浓度高，大量自由电子扩发射结正偏，有利于多子的扩散；发射区掺杂浓度高，大量自由电子

4、扩散到基区，形成电流散到基区，形成电流IEN。同时，基区的空穴也扩散到发射区，形成电流同时，基区的空穴也扩散到发射区，形成电流IEP，但由于发射区的杂质浓度比基区高得多（一般高几百倍），因此：但由于发射区的杂质浓度比基区高得多（一般高几百倍），因此：IE=IEN IEP IEN（2）扩散到基区的自由电子与空）扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流穴的复合运动形成基极电流由于由于VBB的作用，复合运动的作用，复合运动将源源不断地进行，因此：将源源不断地进行，因此：另外，集电区与基区的少子另外，集电区与基区的少子也参与漂移运动，形成电流也参与漂移运动，形成电流ICBO。（3）集电结加反向

5、电压，漂移运动形成集电极电流）集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流IC 扩散到基区的多数电子，在扩散到基区的多数电子，在电场作用下漂移到集电区形成电电场作用下漂移到集电区形成电流流ICN。因此：因此：2晶体管的电流分配关系晶体管的电流分配关系从外部看：从外部看：12/31/20223晶体管的共射电流放大系数晶体管的共射电流放大系数共射直流电共射直流电流放大系数流放大系数12/31/20223晶体管的共射电流放大系数晶体管的共射电流放大系数共射交流电共射交流电流放大系数流放大系数定义：定义：可以认为：可以认为：12/31/2022共基直流电流共基直流电流放大系数放大系数通常：通常：定义：定义

6、：（1）uCE=0V时，相当于两个时，相当于两个PN结并联。结并联。三三.晶体管共射的特性曲线晶体管共射的特性曲线1.1.输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE)uCE=const（3）uCE 1V再再增加时，曲线右移很不明显。增加时，曲线右移很不明显。（2）当）当uCE=1V时，时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，合减少，在同一在同一uBE 电压下，电压下，iB 减小。特性曲线将向右稍微移动一些。减小。特性曲线将向右稍微移动一些。死区死区电压电压硅硅 0.5V锗锗 0.1V导通压降导通压降硅硅 0.7V锗锗 0.3V(2

7、)输出特性曲线输出特性曲线 iC=f(uCE)iB=const（1）当）当uCE=0 V时，因集电极无收集作用，时，因集电极无收集作用，iC=0。（2）uCE Ic 。（3）当当uCE 1V后，后，收集电子的能力足够强。收集电子的能力足够强。这时，发射到基区的电这时，发射到基区的电子都被集电极收集，形子都被集电极收集，形成成iC。所以所以uCE再增加，再增加，iC基本保持不变。基本保持不变。同理，可作出同理，可作出iB=其他值的曲线。其他值的曲线。现以现以iB=60uA一条加以说明。一条加以说明。饱和区饱和区iC受受uCE显著控制的区域，该区域内显著控制的区域，该区域内uCE0.7 V。此时发

8、射结正偏，集电结也正偏。此时发射结正偏，集电结也正偏。截止区截止区iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区放大区 曲线基本平行等曲线基本平行等 距。距。此时，发此时，发 射结正偏，集电射结正偏，集电 结反偏。结反偏。饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区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:该区中该区中iC几乎仅仅决几乎仅仅决定于定于iB，而与，而与uCE无关。无关。四四.BJT的主要参数的主要参数（2 2）共基直流电流放大系数：）共基直流电流放大系数：（1 1）共射直流电流

9、放大系数：）共射直流电流放大系数：1.直流参数直流参数（3 3）极间反射电流：）极间反射电流：四四.BJT的主要参数的主要参数（2）共基交流电流放大系数：）共基交流电流放大系数：iCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI=100uACBI=60uAi一般取一般取20200之间之间2.31.5（1）共射交流电流放大系数：）共射交流电流放大系数：2.交流参数交流参数（3）特征频率：）特征频率：使共射电流放大系数的数值下降到使共射电流放大系数的数值下降到1的信号频率称为特征频率的信号频率称为特征频率fT 3.3.极限参数极限参数（2）最大集电极电流）最大集电极

10、电流ICM（1）最大集电极耗散功率）最大集电极耗散功率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，PC=iCuCE PCM PCMIc增加时，增加时，要下降。使要下降。使 值明值明显显下降的集电极电流即为下降的集电极电流即为ICM。对小功率管，定义当对小功率管，定义当Uce=1V时，时，由由PCM=iCuCE 得出的得出的iC即为即为ICM（3）极间反向击穿电压）极间反向击穿电压 U（BR）CBO发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般为几十伏上千伏。向电压。其值一般为几十伏上千伏。U（BR）CEO

11、基基极极开开路路时时，集集电电极极与与发发射射极极之之间间允允许许的的最最大大反反向电压。其值小于向电压。其值小于U（BR）CBO 在在实实际际使使用用时时，还还有有U（BR）CER、U（BR）CES、U（BR）CES等击穿电压。等击穿电压。-(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU 晶晶体体管管的的某某一一电电极极开开路路时时，另另外外两两个个电电极极间间所所允允许许加加的的最最高高反反射射电电压压称称为为极极间间反反向向击击穿穿电电压压，超超过过此此值值时时，管管子子会发生击穿现象。会发生击穿现象。U（BR）EBO集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大反集电极开路时，发射极与基极

12、之间允许的最大反向电压。其值一般为向电压。其值一般为1伏以下几伏。伏以下几伏。三极管的选用原则三极管的选用原则1、当直流电源电压对地为正值时，选用NPN型管子，当直流电源电压对地为负值时，选用PNP型管子，2、在同型号的管子中，应选用反向电流小的，温度稳定性好；管子的值一般选几十到100，值太大的管子性能不稳定。3、如果要求反向电流小，工作温度高，则应选硅管；如果要求导通电压低时，则应选锗管。6、必须使管子工作在安全区。为此：在工作电压高时，选高反压管；在需要大电流时，选ICM大的管子；在需要输出大功率时，选PCM大的管子，并保证散热条件。4、音频放大电路，应选低频管；宽频带放大电路，应选高频

13、管或超高频管；组成数字电路，应选开关管；5、反向电压要小于击穿电压；半导体三极管的型号半导体三极管的型号第二位：第二位：A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管、管、C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低频小功率管、低频小功率管、D低频大功率管、低频大功率管、G高频小功率管、高频小功率管、A高频大功率管、高频大功率管、K开关管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国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体

14、器件型号的命名举例如下：3DG110B12/31/2022五、温度对晶体管特性及参数的影响五、温度对晶体管特性及参数的影响 由于半导体材料的热敏性，晶体管的参数几乎都与温度有关。1、温度对ICBO的影响 因为ICBO是集电结加反向电压时平衡少子的漂移运动形成的，所以，当温度升高时，热运动加剧，使更多的价电子有足够的能量挣脱共价键的束缚，从而使少子浓度明显增大。因此，参与漂移运动的少子数目增多，从外部看就是ICBO增大。可以证明，温度每升高10，ICBO增加约一倍。反之，当温度降低时ICBO减小。由于硅管的ICBO比锗管小得多，所以从绝对数值上看，硅管比锗管受温度的影响要小得多。2、温度对输入特

15、性的影响 与二极管伏安特性相类似，当温度升高时，正向特性将左移，反之将右移，如图所示。当温度升高当温度升高1时，时，uBE大约降低大约降低22.5mV，即具有负的温度系即具有负的温度系数，数，换一角度说换一角度说，若，若uBE不变，则当温度升高时不变，则当温度升高时 iB将增大，反之将增大，反之iB减小。减小。3、温度对输出特性的影响 下 图为一只晶体管在温度变化时输出特性变化的示意图。从以上分析可知，温度升高时，从以上分析可知，温度升高时，由于由于ICBO、增大，且输入增大，且输入特性左移，所以导致集电极电流增大。特性左移，所以导致集电极电流增大。实线所示为20时的特性曲线，虚线所示为60时

16、的特性曲线。说明温度升高时增大。例例1、由电极电位判定三极管的状态由电极电位判定三极管的状态 在放大电路中，测得下述在放大电路中，测得下述6组三极管组三极管3个极的电位：个极的电位：1NPN管：管：（1）1V 0.3V 3V （2）0.3V 0.3V 1V （3）2V 5V 1V 2 PNP管：（管：（1）-0.2V 0V 0V （2）-3V -02V 0V （3）1V 1.2V -2V 试确定三极管处何种状态，并判定各电位对应三试确定三极管处何种状态，并判定各电位对应三极管的哪个电极。极管的哪个电极。多数多数NPN管用管用Si材料制成，材料制成，PN结的导通压降一般设为结的导通压降一般设为0

17、.7V；而多数的而多数的PNP管用管用Ge材料制成，材料制成，PN结导通压降一般结导通压降一般为为0.2V左左右。右。根据电位确定三极管的状态和电极时一般应先设法确定三极根据电位确定三极管的状态和电极时一般应先设法确定三极管的基极管的基极B和发射极和发射极E，再确定集电极再确定集电极C。按此思路对给定的按此思路对给定的6组数据分析如下。组数据分析如下。1NPN管（1）1V 0.3V 3V 若基极B对应1V，射极E应为0.3V，则集电极C为3V，满足发射结正偏，集电结反偏，故三极管T处于放大状态。解：解：（2）0.3V 0.3V 1V 可考虑各电极对应的电位如下：基极B为1V，射极E为0.3V，

18、集电极C为0.3V。发射结正偏，集电结也正偏，故三极管T处在饱和状态。（3）2V 5V 1V 发射结若正偏BE间必然满足正偏条件，即UBE=0.7V，而给定的3个数据中，不具备此条件，因而发射结没有正偏。可认为基极B电位低于射极E，又由于集电极C通常处于最高电位，故正确的对应关系是：B极为1V，E极为2V，C极为5V。三极管T处在截止状态。2PNP管（l）-0.2V 0V 0V 电极和电位对应关系是：B极为-0.2V，E极为0V，C极为0V。发射结正偏，偏置电压UBE=-0.2V，集电结也正偏，故三极管T处在饱和状态。（2）-3V -0.2V 0V 电极和电位对应关系是；B极为-0.2V，E极

19、为 0V，C极为-3V。发射结正偏，集电结反偏，T为放大状态。（3）1V 1.2V -2V 电极和电位对应关系是：B极为1V，E极为1.2V，C极为-2V。同样，发射结正偏，集电结反偏，T为放大状态。三极管的选用原则三极管的选用原则1、当直流电源电压对地为正值时，选用NPN型管子，当直流电源电压对地为负值时，选用PNP型管子，2、在同型号的管子中，应选用反向电流小的，温度稳定性好；管子的值一般选几十到100，值太大的管子性能不稳定。3、如果要求反向电流小，工作温度高，则应选硅管；如果要求导通电压低时，则应选锗管。6、必须使管子工作在安全区。为此：在工作电压高时，选高反压管；在需要大电流时，选I

20、CM大的管子；在需要输出大功率时，选PCM大的管子，并保证散热条件。4、音频放大电路，应选低频管；宽频带放大电路，应选高频管或超高频管；组成数字电路，应选开关管；5、反向电压要小于击穿电压；例例2、在一个单管放大电路中，电源电压为 30 V，已知三只管子的参数如下表所示，请选用一只管子，并简述理由。T1管虽然管虽然ICBO很小，即温度稳定性好，但很小，即温度稳定性好，但 很小，放大能力很小，放大能力差，所以不宜选用。差，所以不宜选用。T3管虽然管虽然ICBO较小且较小且 较大，但因工作电源电压为较大，但因工作电源电压为30V，而，而T3的的UCEO仅为仅为 20 V，所以不能选用。所以不能选用

21、。T2管的管的ICBO较小，较小，较大，且较大，且UCEO大于电源电压，所以选大于电源电压，所以选T2。解：解：本章小结本章小结1半半导导体体材材料料中中有有两两种种载载流流子子：电电子子和和空空穴穴。电电子子带带负负电电，空空穴穴带带正正电电。在在纯纯净净半半导导体体中中掺掺入入不不同同的的杂杂质质，可可以以得得到到N型型半导体和半导体和P型半导体。型半导体。2采采用用一一定定的的工工艺艺措措施施，使使P型型和和N型型半半导导体体结结合合在在一一起起，就就形成了形成了PN结。结。PN结的基本特点是单向导电性。结的基本特点是单向导电性。3二二极极管管是是由由一一个个PN结结构构成成的的。其其特

22、特性性可可以以用用伏伏安安特特性性和和一一系系列列参参数数来来描描述述。在在研研究究二二极极管管电电路路时时，可可根根据据不不同同情情况况，使用不同的二极管模型。使用不同的二极管模型。4BJT是是由由两两个个PN结结构构成成的的。工工作作时时，有有两两种种载载流流子子参参与与导导电电，称称为为双双极极型型晶晶体体管管。BJT是是一一种种电电流流控控制制电电流流型型的的器器件件，改改变变基基极极电电流流就就可可以以控控制制集集电电极极电电流流。BJT的的特特性性可可用用输输入入特特性性曲曲线线和和输输出出特特性性曲曲线线来来描描述述。其其性性能能可可以以用用一一系系列列参参数数来来表征。表征。BJT有三个工作区：饱和区、放大器和截止区。有三个工作区：饱和区、放大器和截止区。作作 业（业（P70）9、10、11、12