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1.3双极型三极管,(,BJT,),又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。,(,Bipolar Junction Transistor,),三极管的外形如以下图所示。,三极管有两种类型：NPN 和 PNP 型。主要以 NPN 型为例进行讨论。,图 1.3.1三极管的外形,1.3.1三极管的结构,常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。,图1.3.2三极管的结构,(,a,)平面型(,NPN,),(,b,)合金型(,PNP,),N,e,c,N,P,b,二氧化硅,b,e,c,P,N,P,e 发射极，b基极，c 集电极。,平面型,(,NPN,),三极管制作工艺,N,c,SiO,2,b,硼杂质扩散,e,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,P,N,在 N 型硅片,(,集电区,),氧化膜上刻一个窗口，将硼杂质进行扩散形成 P 型,(,基区,),，再在 P 型区上刻窗口，将磷杂质进行扩散形成N型的发射区。引出三个电极即可。,合金型三极管制作工艺：在 N 型锗片,(,基区,),两边各置一个铟球，加温铟被熔化并与 N 型锗接触，冷却后形成两个 P 型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。,图 1.3.3三极管结构示意图和符号,(,a,),NPN 型,e,c,b,符号,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,基极 b,发射极 e,N,N,P,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,发射极 e,基极 b,c,b,e,符号,N,N,P,P,N,图 1.3.3三极管结构示意图和符号,(,b,),PNP 型,1.3.2三极管的放大作用,和载流子的运动,以 NPN 型三极管为例讨论,图1.3.4三极管中的两个 PN 结,c,N,N,P,e,b,b,e,c,表面看,三极管假设实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。,不具备放大作用,三极管内部结构要求：,N,N,P,e,b,c,N,N,N,P,P,P,1.发射区高掺杂。,2.基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。,三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。,3.集电结面积大。,b,e,c,R,c,R,b,三极管中载流子运动过程,I,E,I,B,1.发射发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区形成发射极电流,I,E,(,基区多子数目较少，空穴电流可忽略,),。,2.复合和扩散电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流,I,bn,，复合掉的空穴由,V,BB,补充。,多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。,图 1.3.5三极管中载流子的运动,b,e,c,I,E,I,B,R,c,R,b,三极管中载流子运动过程,3.收集集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流,I,cn,。,其能量来自外接电源,V,CC,。,I,C,另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流，用,I,CBO,表示。,I,CBO,图 1.3.5三极管中载流子的运动,b,e,c,e,R,c,R,b,三极管的电流分配关系,I,Ep,I,CBO,I,E,I,C,I,B,I,En,I,Bn,I,Cn,I,C,=,I,Cn,+,I,CBO,I,E,=,I,Cn,+,I,Bn,+,I,Ep,=,I,En,+,I,Ep,一般要求,I,Cn,在,I,E,中占的比例尽量大。而二者之比称直流电流放大系数，即,一般可达 0.95 0.99,三个极的电流之间满足节点电流定律，即,I,E,=,I,C,+,I,B,代入,(,1,),式，得,其中：,共射直流电流放大系数。,上式中的后一项常用,I,CEO,表示，,I,CEO,称穿透电流。,当,I,CEO,I,C,时，忽略,I,CEO,，则由上式可得,共射直流电流放大系数 近似等于,I,C,与,I,B,之比。一般 值约为几十 几百。,三极管的电流分配关系,一组三极管电流关系典型数据,I,B,/mA,-,0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05,I,C,/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91,I,E,/,mA,0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.96,1.任何一列电流关系符合,I,E,=,I,C,+,I,B，,I,B,I,C,0 时的输入特性曲线,当,U,CE,0 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。,U,CE,U,BE,，三极管处于放大状态。,*特性右移,(因集电结开始吸引电子),O,I,B,/,A,U,CE,1 时的输入特性具有有用意义。,I,B,U,CE,I,C,V,CC,R,b,V,BB,c,e,b,R,C,V,+,V,+,A,+,+,mA,U,BE,*,U,CE,1 V，特性曲线重合。,图 1.3.6三极管共射特性曲线测试电路,图 1.3.8三极管的输入特性,二、输出特性,图 1.3.9NPN 三极管的输出特性曲线,I,C,/,mA,U,CE,/V,100 A,80A,60 A,40 A,20 A,I,B,=0,O,5 10 15,4,3,2,1,划分三个区：截止区、放大区和饱和区。,截止区,放,大,区,饱和区,放,大,区,1.截止区,I,B,0 的区域。,两个结都处于反向偏置。,I,B,=0 时，,I,C,=,I,CEO,。硅管约等于 1,A，锗管约为几十 几百微安。,截止区,截止区,2.放大区：,条件：发射结正偏,集电结反偏,特点：各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平线，且等间隔。,二、输出特性,I,C,/,mA,U,CE,/V,100 A,80A,60 A,40 A,20 A,I,B,=0,O,5 10 15,4,3,2,1,放,大,区,集电极电流和基极电流表达放大作用，即,放,大,区,放,大,区,对 NPN 管,U,BE,0，,U,BC,0,U,BC,0。,特点：,I,C,基本上不随,I,B,而变化，在饱和区三极管失去放大作用。,I,C,I,B,。,当,U,CE,=,U,BE,，即,U,CB,=0 时，称临界饱和，,U,CE,U,BE,时称为过饱和。,饱和管压降,U,CES,0.4 V,(,硅管,),，,U,CES,0.2 V,(锗管),饱和区,饱和区,饱和区,1.3.4,三极管的主要参数,三极管的连接方式,I,C,I,E,+,C,2,+,C,1,V,EE,R,e,V,CC,R,c,(,b,),共基极接法,V,CC,R,b,+,V,BB,C,1,T,I,C,I,B,C,2,R,c,+,(,a,),共发射极接法,图 1.3.10NPN 三极管的电流放大关系,一、电流放大系数,是表征管子放大作用的参数。有以下几个：,1.共射电流放大系数,2.共射直流电流放大系数,忽略穿透电流,I,CEO,时，,3.共基电流放大系数,4.共基直流电流放大系数,忽略反向饱和电流,I,CBO,时，,和,这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：,二、反向饱和电流,1.集电极和基极之间的反向饱和电流,I,CBO,2.集电极和发射极之间的反向饱和电流,I,CEO,(,a,),I,CBO,测量电路,(,b,),I,CEO,测量电路,I,CBO,c,e,b,A,I,CEO,A,c,e,b,小功率锗管,I,CBO,约为几微安；硅管的,I,CBO,小，有的为纳安数量级。,当 b 开路时，c 和 e 之间的电流。,值愈大，则该管的,I,CEO,也愈大。,图 1.3.11反向饱和电流的测量电路,三、极限参数,1.集电极最大允许电流,I,CM,当,I,C,过大时，三极管的,值要减小。在,I,C,=,I,CM,时，,值下降到额定值的三分之二。,2.集电极最大允许耗散功率,P,CM,过,损,耗,区,安,全,工,作,区,将,I,C,与,U,CE,乘积等于规定的,P,CM,值各点连接起来，可得一条双曲线。,I,C,U,CE,P,CM,为过损耗区,I,C,U,CE,O,P,CM,=,I,C,U,CE,安,全,工,作,区,安,全,工,作,区,过,损,耗,区,过,损,耗,区,图 1.3.11三极管的平安工作区,3.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。,U,(BR)CEO,：基极开路时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。,U,(BR)CBO,：发射极开路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。,平安工作区同时要受,P,CM,、,I,CM,和,U,(BR)CEO,限制。,过电压,I,C,U,(BR)CEO,U,CE,O,过,损,耗,区,安,全,工,作,区,I,CM,过流区,图 1.3.11三极管的平安工作区,1.3.5PNP 型三极管,放大原理与 NPN 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 NPN 正好相反。,图 1.3.13三极管外加电源的极性,(,a,),NPN 型,V,CC,V,BB,R,C,R,b,N,N,P,+,+,u,o,u,i,(,b,),PNP 型,V,CC,V,BB,R,C,R,b,+,+,u,o,u,i,PNP 三极管电流和电压实际方向。,U,CE,U,BE,+,+,I,E,I,B,I,C,e,b,C,U,CE,U,BE,(,+,),(),I,E,I,B,I,C,e,b,C,(,+,),(),PNP 三极管各极电流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。,电压,(,U,BE,、,U,CE,),实际方向与规定正方向相反。计算中,U,BE,、,U,CE,为负值；输入与输出特性曲线横轴为,(,-,U,BE,),、,(,-,U,CE,),。,发射结反向偏置,集电结反向偏置,三极管工作在截止区,可调换,E,B,极性。,发射结反向偏置,三极管工作在截止区,可调换,E,C,极性,或将VT更换为PNP型。,两PN结均正偏三极管工作在饱和区。,例1.3.1 判断图示各电路中三极管的工作状态。,0.7,V,VT,0.3,V,R,b,R,c,E,C,E,B,VT,R,b,R,c,E,C,VT,E,B,=,I,B,R,b,+,U,BE,I,B,I,C,I,B,=46.5,A,I,B,=2.3 mA,I,C,=,I,B,=2.3 mA,U,CE,=,E,C,-,I,C,R,c,=5.4 V,发射结正偏集电结反偏，,三极管工作在放大区。,R,b,R,C,E,C,E,B,VT,2k,200k,10V,10V,=50,E,B,=,I,B,R,b,+,U,BE,I,B,I,C,I,B,=465,A,I,B,=23 mA,假设三极管饱和，,U,CES,=0.3 V,则,I,CS,=,E,C,-,U,CES,R,c,=4.85 mA,I,B,I,CS,假设成立，,三极管工作在饱和区。,或者,I,C,=,I,B,=23 mA,U,CE,=,E,C,-,I,C,R,c,=-36 V,发射结正偏集电结正偏，,三极管工作在饱和区。,R,b,R,C,E,C,E,B,VT,2k,20k,10V,10V,=50,谢谢观看,/,欢送下载,BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH,
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