《模拟电子教学资料》第1章第三节双极型三极管

1.3 双极型三极管双极型三极管n三极管的结构与符号三极管的结构与符号n三极管的电流分配与控制三极管的电流分配与控制n三极管的伏安特性曲线三极管的伏安特性曲线n三极管的主要参数三极管的主要参数n三极管的型号三极管的型号n三极管应用三极管应用1.3.1 1.3.1 三极管的结构与符号三极管的结构与符号 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(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）。双极型三极管的符号中，发射极的箭头发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。三极管的结构与符号三极管的结构与符号发射区的掺杂浓度大发射区的掺杂浓度大;集电区掺杂浓度低，且集电结面积大集电区掺杂浓度低，且集电结面积大;基区要制造得很薄，厚度在几个微米至几十个微米。基区要制造得很薄，厚度在几个微米至几十个微米。NPNRCRbVCCVBB+_IBICIEVo 三极管的电流分配与控制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适当的直流偏置电压直流偏置电压。若在放大工作状态：若在放大工作状态：发射结加正向电压，发射结加正向电压，集电结加反向电压，集电结加反向电压，如图所示。如图所示。VBBVCC1 1 内部载流子运动形成的电流内部载流子运动形成的电流 在发射结正偏，集电结反偏条件下在发射结正偏，集电结反偏条件下，三极管中载，三极管中载流子的运动：流子的运动：(1)发射区向基区发射区向基区注入电子：注入电子：在在VBB作用下，发作用下，发射区向基区注入射区向基区注入电子形成电子形成IEN，基，基区空穴向发射区区空穴向发射区扩散形成扩散形成IEP。IEN IEP方向相方向相反反内部载流子运动形成的电流内部载流子运动形成的电流(2)电子在基区复合和扩散电子在基区复合和扩散电子向集电结扩散电子向集电结扩散少部分电子与基区空穴复合形成电流少部分电子与基区空穴复合形成电流IBN(3)集电结收集电子集电结收集电子由于集电结反偏，由于集电结反偏，电子在电场作用下电子在电场作用下漂移过集电结，到漂移过集电结，到达集电区，形成电达集电区，形成电流流ICN。VBBVCC内部载流子运动形成的电流内部载流子运动形成的电流(4)集电极的反向电流集电极的反向电流 集电结收集到的电子包括两部分：集电结收集到的电子包括两部分：发射区扩散到基区的电子发射区扩散到基区的电子ICN基区的少数载流子基区的少数载流子ICBOVBBVCC电流分配与控制（动画2-1）内部载流子运动形成的电流内部载流子运动形成的电流VBBVCC电流分配与控制（动画2-1）内部载流子运动形成的电流内部载流子运动形成的电流 IE=IEN=ICN+IBNIC=ICN+ICBO IB=IBNICBOIE=IC+IBVBBVCC三极管的电流放大系数三极管的电流放大系数 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关系可以用系数 来说明，定义来说明，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。一般为一般为0.980.999。ECNII/VBBVCC三极管的电流放大系数三极管的电流放大系数CBOECIII引入引入 后，三极管的电流分配关系为：后，三极管的电流分配关系为：ECBIII当当 很小的时候，则可得如下近似式：很小的时候，则可得如下近似式：CBOICBOEBIII)1(ECIIEBII)1(BCEIII三极管各极之间电流分配关系：三极管各极之间电流分配关系：)1(:1:BCEIIIVBBVCC3 3 电流控制作用电流控制作用 三极管各级上的电流相互依赖，相互制约。但是严格的讲，只能把 作为被控量，或 作为控制量。CIEIBI(1)若以 控制CBOECIIIECII(2)若以 控制CBOBCCIIII)(CICIEIBI即CBOBCIII)11(1电流控制作用电流控制作用令1CBOCBOCEOIII)1()11(则有CEOBCIIIBCII称为称为共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数RCRbVccBBV+_VoiBiCiE+_vBE+_vCEbce1.3.3 1.3.3 三极管的伏安特性曲线三极管的伏安特性曲线输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(vBE)vCE=const 共发射极接法三极管的特性曲线：共发射极接法三极管的特性曲线：iB是输入电流，是输入电流，vBE是输入电是输入电压压，加在，加在B、E两电极之间。两电极之间。输出特性曲线输出特性曲线 iC=f(vCE)iB=constiC是输出电流，是输出电流，vCE是输出电是输出电压压，从，从C、E两电极取出。两电极取出。1.1.输入特性曲线输入特性曲线i (uA)B100204060800.2 0.40v (V)BEV =0VCEV =0.5VCEV 1VCECEV)(BEBvfi(1)VCE=0时：时：(3)VCE1V时时:曲线重合；曲线重合；曲线右移曲线右移 iB比比VCE=0V时小时小(2)VCE介于介于01V之间时，之间时，iB逐渐减小，曲线向右移动。逐渐减小，曲线向右移动。0VCE1V:VCE iB 2.输出特性曲线输出特性曲线BI)(CECvfi 放放大大区区饱饱和和区区截止区0uA100uA80uA60uA40uA20uAICBOvCEic64224681012VCE=VBE0(1)放大区放大区JE正偏，正偏，JC反偏反偏，IB，IC基本不随基本不随vCE增大，增大，IC=IB。相当于一个相当于一个电流控制电电流控制电流源。流源。截止区：对应截止区：对应IB 0的区的区域，域，JC和和JE都反偏，都反偏，IB IC0输出特性曲线输出特性曲线(3)饱和区饱和区JC和和JE都正偏，都正偏，vCE增加，增加，iC增大。增大。IC IB饱和时饱和时C、E间电压记为间电压记为VCES，深度饱和时深度饱和时VCES约等于约等于。饱和时的三极管饱和时的三极管C、E间相当于一个间相当于一个可可控电阻控电阻。放放大大区区饱饱和和区区截止区0uA100uA80uA60uA40uA20uAICBOvCEic64224681012VCE=VBE0三极管工作情况总结三极管工作情况总结状状态态发发射射结结集集电电结结IC截止反偏或零偏反偏0放大正偏反偏 IB饱和正偏正偏 IB三极管处于放大状态时，三个极上的 电流关系：电位关系：BCEBEBCIIIIIII 1 NPNPNPc最高最低b中VB=VE+0.7V中VB=VE-0.7Ve最低最高1.3.4 半导体三极管的主要参数半导体三极管的主要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、极限参数、交流参数、极限参数1.1.电流放大系数电流放大系数 直流电流放大系数直流电流放大系数 a.共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 ECECBOCIIIII/)(三极管的三极管的直流参数直流参数b.b.共射极直流电流放大系数：共射极直流电流放大系数：=（ICICEO）/IBIC/IB vCE=const三极管的三极管的交流交流参数参数交流电流放大系数交流电流放大系数 a.共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数=IC/IE VCB=const b.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 vCE=const2 2 三极管的三极管的极间反向电流极间反向电流2.极间反向电流极间反向电流a.集电极基极间反向饱和电流集电极基极间反向饱和电流ICBOb.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 3 3 三极管的三极管的极限极限参数参数 3.极限参数极限参数集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM反向击穿电压反向击穿电压例例：判断三极管的工作状态：判断三极管的工作状态 测量得到三极管三个电极对地电位如图所示，测量得到三极管三个电极对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态。试判断三极管的工作状态。放大截止饱和