三极管工作特性

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,3.1.1 BJT的结构简介,3.1 半导体三极管（BJT）,3.1.2 BJT的电流分配与放大原理,3.1.3 BJT的特性曲线,3.1.4 BJT的主要参数,三极管按功率大小分：,小功率管,中功率管,大功率管,三极管按频率高低分：,低频管,高频管,三极管按半导体材料分：,硅管,锗管,3.1.1 BJT的结构简介,半导体三极管的结构示意图如图03.1.01所示。它有两种类型:,NPN,型和,PNP,型。,两种类型的三极管,发射结(Je),集电结(Jc),基极,，,用B或b表示（Base）,发射极,，,用E或e,表示（Emitter）；,集电极,，,用C或c,表示（Collector）。,发射区,集电区,基区,三极管符号,结构特点：,发射区的掺杂浓度最高；,集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；,基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。,管芯结构剖面图,3.1.2,BJT,的电流分配与放大原理,1. 内部载流子的传输过程,三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。,外部条件：,发射结正偏，集电结反偏。,发射区：发射载流子,集电区：收集载流子,基区：传送和控制载流子,（以NPN为例）,载流子的传输过程,载流子的传输过程,B,C,E,N,N,P,V,EE,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流I,E,。,V,CC,I,E,基区空穴向发射区的扩散可忽略。,I,BE,进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流I,BE,，多数扩散到集电结。,2. 电流分配及放大作用,（1）BJT内部载流子的传输过程,B,C,E,N,N,P,V,EE,V,CC,I,E,I,BE,集电结反偏，有少子形成的反向电流,I,CBO,。,I,CBO,从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成,I,CE,。,I,CE,I,C,I,C,=,I,CE,+,I,CBO,I,CE,B,C,E,N,N,P,V,EE,V,CC,I,E,I,BE,I,CBO,I,B,I,C,I,C,=,I,CE,+,I,CBO,I,CE,I,B,=,I,BE,-,I,CBO,I,BE,I,CE,以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管。或,BJT,(Bipolar Junction Transistor)。,3.1.2,BJT,的电流分配与放大原理,2. 电流分配关系,根据传输过程可知,I,C,=,I,nC,+,I,CBO,I,B,=,I,B,-,I,CBO,通常,I,C,I,CBO,为电流放大系数，,它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关,。一般,= 0.90.99,I,E,=,I,B,+,I,C,载流子的传输过程,根据,是另一个电流放大系数，,同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。,一般, 1,I,E,=,I,B,+,I,C,I,C,=,I,nC,+,I,CBO,且令,I,CEO,= (1+,),I,CBO,（穿透电流）,2. 电流分配关系,3. 三极管的三种组态,共集电极接法,，集电极作为公共电极，用,CC,表示;,共基极接法,，,基极作为公共电极，用,CB,表示。,共发射极接法,，发射极作为公共电极，用,CE,表示；,BJT的三种组态,R,L,e,c,b,1k,图 03.1.05,共基极放大电路,4. 放大作用,若,v,I,= 20mV,使,当,则,电压放大倍数,V,EE,V,CC,V,EB,I,B,I,E,I,C,+,-,v,I,+,v,EB,v,O,+,-,+,i,C,+,i,E,+,i,B,i,E,= -1 mA，,i,C,= ,i,E,= -0.98 mA，,v,O,= -,i,C,R,L,= 0.98 V，,= 0.98 时，,4. 放大作用（共基极连接方式）,该电路特点：,以发射极电流作输入控制电流去控制集电极电流；且输出电流近似等于输入电流，无电流放大作用，有电压放大作用。,+,-,b,c,e,R,L,1k,共射极放大电路,图 03.1.06,共射极放大电路,V,BB,V,CC,V,BE,I,B,I,E,I,C,+,-,v,I,+,v,BE,v,O,+,-,+,i,C,+,i,E,+,i,B,v,I,= 20mV,设,若,则,电压放大倍数,i,B,= 20 uA,v,O,= -,i,C,R,L,= -0.98 V，,= 0.98,使,4. 放大作用,（4）共射极连接方式,该电路特点：,以基极电流作输入控制电流去控制集电极电流；且输出电流远大于输入电流，有电流放大作用，有电压放大作用。,综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。,实现这一传输过程的两个条件是：,（1）,内部条件：,发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。,（2）,外部条件：,发射结正向偏置，集电结反向偏置。,3.1.2,BJT,的电流分配与放大原理,i,C,mA,A,V,V,v,CE,v,BE,R,B,i,B,V,CC,V,BB,实验线路,3.1.3 BJT的特性曲线,v,CE,= 0V,+,-,b,c,e,共射极放大电路,V,BB,V,CC,v,BE,i,C,i,B,+,-,v,CE,i,B,=,f,(,v,BE,),v,CE,=const,(2) 当,v,CE,1V时，,v,CB,=,v,CE,-,v,BE,0，集电结已进入反偏状态，开始收,集电子，基区复合减少，同样的,v,BE,下,I,B,减小，特性曲线右移。,v,CE,= 0V,v,CE,1V,(1) 当,v,CE,=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,1. 输入特性曲线,3.1.3 BJT的特性曲线,（以共射极放大电路为例）,(3) 输入特性曲线的三个部分,死区,非线性区,线性区,1. 输入特性曲线,3.1.3 BJT的特性曲线,死区电压:,硅管0.5V，锗管0.2V。,工作压降： 硅管,v,BE,0.60.7V,锗管,v,BE,0.20.3V。,饱和区：,i,C,明显受,v,CE,控制的区域，该区域内，一般,v,CE,0.7V(硅管)。此时，,发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小,。,i,C,=,f,(,v,CE,),i,B,=const,2. 输出特性曲线,输出特性曲线的三个区域:,3.1.3 BJT的特性曲线,截止区：,i,C,接近零的区域，相当,i,B,=0的曲线的下方。此时，,v,BE,小于死区电压，集电结反偏,。,放大区：,i,C,平行于,v,CE,轴的区域，曲线基本平行等距。此时，,发射结正偏，集电结反偏,。,输出特性曲线,（2）输出特性,i,C,(,m,A ),1,2,3,4,v,CE,(V),3,6,9,12,i,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,此区域满足,i,C,=,i,B,称为线性区（放大区）。,当,v,CE,大于一定的数值时，,i,C,只与,i,B,有关，,i,C,=,i,B,。,i,C,(,m,A ),1,2,3,4,v,CE,(V),3,6,9,12,i,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,此区域中,v,CE,v,BE,集电结正偏，,i,B,i,C，,v,CE,0.3V称为饱和区。,i,C,(,m,A ),1,2,3,4,v,CE,(V),3,6,9,12,i,B,=0,20,A,40,A,60,A,80,A,100,A,此区域中 :,i,B,=0,i,C,=I,CEO,v,BE, 死区电压，称为截止区。,3.1.4 BJT的主要参数,(,1)共发射极直流电流放大系数,=（,I,C,I,CEO,）/,I,B,I,C,/,I,B,v,CE,=const,1. 电流放大系数,(2) 共发射极,交流电流放大系数,:,=,I,C,/,I,B,v,CE,=const,3.1.4 BJT的主要参数,1. 电流放大系数,共射,直流电流放大倍数,：,例：,V,CE,=6V,时：,I,B,=40,A,I,C,=1.5mA；,I,B,=60 A,I,C,=2.3mA。,在以后的计算中，一般作近似处理：,=,(,3) 共基极直流电流放大系数,=（,I,C,I,CBO,）/,I,E,I,C,/,I,E,(,4) 共基极交流电流放大系数,=,I,C,/,I,E,V,CB,=const,当,I,CBO,和,I,CEO,很小时， ,、 ,，可以不加区分。,3.1.4 BJT的主要参数,1. 电流放大系数,与之间的关系：,2. 极间反向电流,(1) 集电极基极间反向饱和电流,I,CBO,发射极开,路时，集电结的反向饱和电流。,3.1.4 BJT的主要参数,I,CBO,是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。,(2) 集电极发射极间的反向饱和电流,I,CEO,I,CEO,=（1+ ）,I,CBO,2. 极间反向电流,I,CEO,3.1.4 BJT的主要参数,即输出特性曲线,I,B,=0那条曲线所对应的,Y,坐标的数值。,I,CEO,也称为集电极发射极间穿透电流。,I,CEO,受温度影响很大，当温度上升时，,I,CEO,增加很快，所以,I,C,也相应增加。,三极管的温度特性较差,。,(1) 集电极最大允许电流,I,CM,(2) 集电极最大允许功率损耗,P,CM,P,CM,=,I,C,V,CE,3.,极限参数,3.1.4 BJT的主要参数,(,3) 反向击穿电压,V,(BR)CBO,发射极开路时的集电结反 向击穿电压。,V,(BR) EBO,集电极开路时发射结的反 向击穿电压。,V,(BR)CEO,基极开路时集电极和发射,极间的击穿电压。,几个击穿电压有如下关系,V,(BR)CBO,V,(BR)CEO,V,(BR) EBO,3.,极限参数,3.1.4 BJT的主要参数,由,P,CM、,I,CM,和,V,(BR)CEO,在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。,输出特性曲线上的过损耗区和击穿区,（,思考题,）,end,