半导体三极管课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,2,章 半导体三极管,2.1,三极管的结构、符号及分类,2.1.1,三极管的结构与符号,2.1.2,三极管的分类,三极管的外部结构,2.2,三极管的电流分配与放大作用,载流子的运动及各电极电流的形成,2.2.2,电流放大作用,2.2.3,电流分配关系的测试,第,2,章 半导体三极管,2.3,三极管的特性曲线,输入特性曲线,2.3.2,输出特性曲线,2.4,三极管的主要参数及温度的影响,2.4.1,主要参数,2.4.2,温度对三极管的特性与参数的影响,2.5,特殊三极管简介,2.5.1,光电三极管,2.5.2,光电耦合器,本章重点,半导体三极管的基本结构,三极管的电流分配与放大作用,三极管实现放大作用的内部及外部条件,三极管的基本特性,本章难点,在放大区三极管具有基极电流控制集电极电流的特性,三极管的开关特性,用万用表判断三极管的类型、管脚及三极管质量的好坏,第,2,章 半导体三极管,2.1,三极管的结构、符号及分类,分为,NPN,型管和,PNP,型管,三极管的结构与符号,第,2,章 半导体三极管,三个区：,发射区,基区,集电区,两个PN结：,发射结,集电结,三个电极：,发射极(e),基极(b),集电极(c),图2-1,三极管的结构示意图与电路符号,2.1.2,三极管的分类,按结构类型分为,NPN,型管和,PNP,型管,按材料分为硅管和锗管,按功率大小分为大功率管、中功率管和小功率管,按工作频率分为高频管和低频管,按其工作状态分为放大管和开关管,第,2,章 半导体三极管,2.1.3,三极管的外部结构,第,2,章 半导体三极管,图2-2,常见三极管的外形结构图,2.2,三极管的电流分配与放大作用,第,2,章 半导体三极管,三极管实现放大作用的内部条件，制作时：,基区做得很薄，且掺杂浓度低,发射区的掺杂浓度高,集电结面积大于发射结面积,外部条件，即发射结正向偏置，集电结反向偏置,(a)为,NPN,型管的偏置电路；,(b)为PNP管的偏置电路,图2-3 三极管具有放大作用的外部条件,图2-4 三极管内部载流子的运动情况,2.2.1 载流子的运动及各电极电流的形成,第2章 半导体三极管,发射区向基区发射电子形成,I,E,的过程,发射结加正偏电压，多子的扩散运动大于少子的漂移运动，发射区的多子电子源源不断地越过发射结到达基区，基区的多子空穴源源不断地越过发射结到达发射区，由电子电流和空穴电流共同形成了发射极电流,I,E,。,电子在基区扩散与复合形成,I,BN,的过程,由发射区扩散到基区的电子浓度，靠近发射结的要高于靠近集电结的，又形成了浓度差，这样电子要向集电结继续扩散。在扩散过程中，绝大部分电子扩散到集电结边沿，很少部分电子与基区的多子空穴复合，复合掉的空穴由基区电源,V,BB,补充，从而形成基极电流,I,BN,。,电子被集电区收集形成,I,CN,的过程,集电结反偏，使内电场增强，因此一方面阻止了集电区电子向基区扩散，另一方面将基区扩散到集电结边沿的电子收集到集电区，形成了集电极电流,I,CN,。,I,E,I,BN,I,CN,第,2,章 半导体三极管,通过三极管内部载流子的运动可知三极管各极电流的关系,I,C,=I,CN,+I,CBO,I,B,=I,BN,-I,CBO,I,E,=I,CN,+I,BN,=I,C,+I,B,对于PNP管，三个电极产生的电流方向正好和NPN管相反,第,2,章 半导体三极管,电流放大作用,由于基区很薄，掺杂少，空穴浓度很低，从发射区发射到基区的电子(,I,E,)大部分被集电极收集形成,I,CN,，只有很小一部分在基区复合，形成,I,BN,。,第,2,章 半导体三极管,共发射极直流电流放大系数,由于,I,C,=,I,CN,+,I,CBO,，,I,B,=,I,BN,-,I,CBO,所以,I,C,=,I,B,+(1+,),I,CBO,当,I,CBO,可以忽略不计时，可得,把集电极电流的变化量,与基极电流的变化量 的比值称为三极管共发射极交流电流放大系数，用 表示。,第,2,章 半导体三极管,通常情况下,，,=20200,。,在分析估算放大电路参数时取,=,综上：,有一小,I,B,就可以获得大,I,C,，实现了小基极电流控制大集电极电流，这就是三极管的电流放大作用。也证明了三极管是电流控制器件。当输入电压变化时，会引起输入电流(基极电流)的变化，在输出回路将引起集电极电流较大变化，该变化电流在集电极负载电阻,R,C上产生较大的电压输出。这样，三极管的电流放大作用就转化为电路的电压放大作用。,电流分配关系的测试,测试电路,第,2,章 半导体三极管,三极管的三种接法：共射极、共集电极和共基极,图2-5 三极管的三种电路,共发射极三极管各电极电流分配关系的测试电路,第,2,章 半导体三极管,图2-6 三极管电流分配关系的测试电路,调,R,P,，可测得,I,B,、I,C,、I,E,，数据如表,2-1,所示。,第,2,章 半导体三极管,测试数据,数据分析,I,B,/mA,-0.004,0,0.01,0.02,0.03,0.04,0.05,0.06,I,C,/mA,0.004,0.01,1.09,1.98,3.07,4.06,5.05,6.06,I,E,/mA,0,0.01,1.10,2.00,3.10,4.10,5.10,6.12,表2-1,I,B,、I,C,、,I,E,测试数据,满足基尔霍夫电流定律,I,B,、,I,C,、,I,E,的关系：,I,E,=,I,B,+,I,C,I,C,、,I,B,的关系：,三极管的直流放大作用,三极管的交流放大作用,第,2,章 半导体三极管,当,I,E,=0,时，即发射极开路,，,I,C,=-,I,B,当,I,B,=0,时，即基极开路，,I,C,=,I,E,0,反向饱和电流,I,CBO,集电极发射极的穿透电流,I,CEO,图2-7,三极管特性曲线的测试电路,三极管的特性曲线测试电路,第,2,章 半导体三极管,2.3,三极管的特性曲线,第,2,章 半导体三极管,输入特性曲线,三极管的输入特性曲线是指当集电极与发射极之间的电压,u,CE,一定时，输入回路中的基极电流,i,B,与基射电压,V,BE,之间的关系曲线,。,可用函数式表示为,图2-8 三极管的特性曲线输入特性曲线,第,2,章 半导体三极管,输入特性曲线分析,当,U,i,=0,时,从输入端看进去，相当于两个,PN,结并联且正向偏置，此时的特性曲线类似于二极管的正向伏安特性曲线。,当,Ui,1V,时,U,i,1V,的曲线比,Ui,=0,时的曲线稍向右移，这是因为,Ui,1V,时，集电结加反偏电压，使耗尽层加宽，基区变薄，基区复合电流减小，即,i,E,减小，故特性曲线右移，由于,Ui,1V,以后，不同,Ui,对应的输入特性曲线基本重合，因此常用,Ui,1V,的一条曲线来表示三极管的输入特性曲线。,综上：,输入特性曲线与二极管正向特性曲线形状一样，也有一段死区。只有当,Ui,大于死区电压时，输入回路才有,i,E,产生。常温下硅管的死区电压约为,0.5V,，锗管死区电压约为,0.1V,。另外，当发射结完全导通时，三极管也具有恒压特性。常温下，硅管的导通电压为,0.6,0.7V,，锗管的导通电压为,0.2,0.3V,。,2.3.2,输出特性曲线,第,2,章 半导体三极管,图2-8,三极管的输出特性曲线,输出特性曲线是指当,i,B,一定时，输出回路的,i,C,与,u,CE,之间的关系曲线。,用函数表示为,三个区：,放大区,饱和区,截止区,2.3.2,输出特性曲线,第,2,章 半导体三极管,图2-8,三极管的输出特性曲线,输出特性曲线是指当,i,B,一定时，输出回路的,i,C,与,u,CE,之间的关系曲线。,用函数表示为,三个区：,放大区,饱和区,截止区,截止区,i,B,=0,以下的区域称为截止区,i,B,=0，,i,C,=,I,CEO,时，发射结零偏或反偏，集电结反偏，即,u,BE,0,，,u,CE,0。,这时,u,CE,=,U,CC,，,三极管,的,c-e,之间相当于开路状态，相当于开关断开。,第,2,章 半导体三极管,i,B,0,以上曲线比较平坦的区域称为放大区,三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置。,受控特性：指,i,C,随着,i,B,的变化而变化，,即,i,C,=,i,B,恒流特性：指当输入回路中有一个恒定的,i,B,时，输出回路便对应一个不受,u,CE,影响的恒定,i,C,各曲线间的间隔大小可体现,的大小。,放大区,u,CE,u,BE,时的区域称为饱和区,发射结和集电结均处于正向偏置，三极管失去了放大作用，这时，,i,C,由外电路决定，而与,i,B,无关。将此时所对应的,u,CE,值,称为饱和压降，用,U,CES,表示。一般情况下，小功率管的,U,CES,小于,0.4V,(硅管约为,0.3V,，锗管约为,0.1V,)，大功率管的,U,CES,约为,13V,。在理想条件下，,U,CES0,，,三极管,c-e之间,相当于短路状态，相当于开关闭合。,第,2,章 半导体三极管,三极管的工作区域可分为三种工作状态,放大、饱和和截止状态,三极管在电路中的作用,既可以作放大元件使用，又可以作开关元件使用。,饱和区,2.4,三极管的主要参数及温度的影响,2.4.1,主要参数,第,2,章 半导体三极管,电流放大系数,(,),反向饱和电流,I,CBO,穿透电流,I,CEO,集电极最大允许电流,I,CM,集电极,发射极间的击穿电压,U,(BR)CEO,集电极最大耗散功率,P,CM,共射电路,共基电路,发射极开路，集电结在反向电压作用下，形成的反向饱和电流,基极开路，集电极发射极间加上一定数值的正向电压时，渡过集电极和发射极之间的电流,i,C,增大到使值下降到正常值的,2/3,时，所对应的集电极电流,当基极开路时，集电极与发射极之间的反向击穿电压,三极管正常工作时最大允许消耗功率,2.4.2,温度对三极管的特性与参数的影响,第,2,章 半导体三极管,原因：在,i,B,相同的条件下，输入特性曲线随着温度升高而左移，使,U,BE,减小。,温度对,U,BE,的影响,图2-9,温度对三极管特性的影响,三极管的输入特性曲线温度升高，曲线左移,温度对,I,CBO,的影响,第,2,章 半导体三极管,原因：温度升高，本征激发产生的载流子浓度增大，少子增多，所以,I,CBO,增加，导致,I,CEO,增大，从而使输出特性曲线上移,图2-9,温度对三极管特性的影响,三极管输出特性曲线随温度升高将向上移动,温度对,的影响,第,2,章 半导体三极管,温度升高，输出特性曲线之间的间隔增大。这是因为温度升高，载流子运动加剧，载流子在基区的扩散时间缩短，从而在基区复合的数目减少，而被集电区收集的数目增多，使得,值增加。,U,BE,的减小，,I,CBO,和,的增加，集中体现为管子的集电极电流,i,C,增大，从而影响三极管的工作状态。所以，一般电路中应采取限制因温度变化而影响三极管性能变化的措施,2.5 特殊三极管简介,光电三极管,第,2,章 半导体三极管,图2-10,光电三极管的等效电路与电路符号,光电耦合器,第,2,章 半导体三极管,图2-11,光电耦合器电路符号,(a)LED+,光敏电阻；,(b)LED+,光电二极管；,(c)LED+,光电三极管；,(d)LED+,光电池,