1、第四講 晶體三極管一、晶體管的構造和符號二、晶體管的放大原理三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性四、溫度對晶體管特性的影響五、主要參數多子濃度高多子濃度高多子濃度很多子濃度很低，且很薄低，且很薄面積大面積大晶體管有三個極、三個區、兩個晶體管有三個極、三個區、兩個PN結。結。小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管為什么有孔？ BJT的構造簡介的構造簡介 半導體三極管的構造表示圖如下圖。它有兩種類半導體三極管的構造表示圖如下圖。它有兩種類型型:NPN型和型和PNP型。型。兩種類型的三極管兩種類型的三極管發射結發射結(Je) 集電結(Jc) 基極，用B或b表示Base 發射極，用E或e表示E

2、mitter；集電極，用集電極，用C或或c表示表示Collector。 發射區發射區集電區集電區基區基區三極管符號三極管符號 構造特點：構造特點： 發射區的摻雜濃度最高；發射區的摻雜濃度最高； 集電區摻雜濃度低于發射區，且面積大；集電區摻雜濃度低于發射區，且面積大； 基區很薄，普通在幾個微米至幾十個微米，且基區很薄，普通在幾個微米至幾十個微米，且摻雜濃度最低。摻雜濃度最低。管芯構造剖面圖管芯構造剖面圖 BJT的電流分配與放大原理的電流分配與放大原理1. 內部載流子的傳輸過程內部載流子的傳輸過程 三極管的放大作用是在一定的外部條件控制三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，經過載流子傳輸表達出

3、來的。下，經過載流子傳輸表達出來的。 外部條件：發射結正偏，集電結反偏。外部條件：發射結正偏，集電結反偏。發射區：發射載流子發射區：發射載流子基區：傳送和控制載流子基區：傳送和控制載流子集電區：搜集載流子集電區：搜集載流子 以上看出，三極管內有兩種載流子以上看出，三極管內有兩種載流子(自在電子和空穴自在電子和空穴)參與導電，故稱為雙參與導電，故稱為雙極型三極管。或極型三極管。或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 載流子的傳輸過程載流子的傳輸過程PNPebcIEIBINCICBOIBIC載流子的傳輸規律載流子的傳輸規律1. 發射區向基區分散空穴，構成發射極電流發

4、射區向基區分散空穴，構成發射極電流2. 空穴在基區分散和復合，構成了基區復合電流空穴在基區分散和復合，構成了基區復合電流IB3. 集電極搜集從發射區分散到基區的空穴，構成了電流集電極搜集從發射區分散到基區的空穴，構成了電流INC同時由于集電結反偏，少子在電場的作用下構成了漂移電流同時由于集電結反偏，少子在電場的作用下構成了漂移電流ICBO，影響，影響IB和和IC可得電流之間的分配關系可得電流之間的分配關系IB = IB-ICBOIC = INC+ICBOIE = IB+IC共基極電路共基極電路2. 電流分配關系電流分配關系發射極注入電流發射極注入電流傳輸到集電極的電流傳輸到集電極的電流設設 E

5、nCII 即即根據傳輸過程可知根據傳輸過程可知 IC= InC+ ICBO通常通常 IC ICBOECII 則有則有 為電流放大系數，為電流放大系數，它只與管子的構造尺寸和它只與管子的構造尺寸和摻雜濃度有關，與外加電摻雜濃度有關，與外加電壓無關。普通壓無關。普通 = 0.9 0.99IE=IB+ IC載流子的傳輸過程載流子的傳輸過程 1 又設又設根據根據BCEOCIII 則則 是另一個電流放大系數，同樣，它也只與管是另一個電流放大系數，同樣，它也只與管子的構造尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。子的構造尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。普通普通 1IE=IB+ IC IC= InC+ ICB

6、OEnCII 且令且令BCCEOCIIII 時時，當當ICEO= (1+ ) ICBO穿透電流穿透電流2. 電流分配關系電流分配關系3. 三極管的三種組態三極管的三種組態共集電極接法，集電極作為公共電極，用共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示表示;共基極接法，基極作為公共電極，用共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。表示。共發射極接法，發射極作為公共電極，用共發射極接法，發射極作為公共電極，用CE表示；表示；BJT的三種組態的三種組態IE=(1+)IBRLecb1k 共基極放大電路共基極放大電路4. 放大作用放大作用假假設設 vI = 20mV 使使當那那么么電壓放大倍數電壓放大倍

7、數4920mVV98. 0IOV vvAVEEVCCVEBIBIEIC+-vI+vEBvO+-+iC+iE+iB iE = -1 mA， iC = iE = -0.98 mA， vO = - iC RL = 0.98 V， = 0.98 時，時，+-bceRL1k共射極放大電路 圖圖 03.1.06 共射極放大電路共射極放大電路VBBVCCVBEIBIEIC+-vI+vBEvO+-+iC+iE+iB vI = 20mV 設設假假設設那那么么電壓放大倍數電壓放大倍數4920mVV98. 0IOVvvA iB = 20 uA vO = - iC RL = -0.98 V， = 0.98mA98.

8、01BBCiii使使4. 放大作用放大作用 綜上所述，三極管的放大作用，主要是依綜上所述，三極管的放大作用，主要是依托它的發射極電流可以經過基區傳輸，然后到托它的發射極電流可以經過基區傳輸，然后到達集電極而實現的。達集電極而實現的。實現這一傳輸過程的兩個條件是：實現這一傳輸過程的兩個條件是：1內部條件：發射區雜質濃度遠大于基區內部條件：發射區雜質濃度遠大于基區雜質濃度，且基區很薄。雜質濃度，且基區很薄。2外部條件：發射結正向偏置，集電結反外部條件：發射結正向偏置，集電結反向偏置。向偏置。 BJT的電流分配與放大原理的電流分配與放大原理vCE = 0V+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEi

9、CiB+-vCE iB=f(vBE) vCE=const(2) 當當vCE1V時，時， vCB= vCE - vBE0，集電結已進入反偏形狀，開場，集電結已進入反偏形狀，開場收收 集電子，基區復合減少，同樣的集電子，基區復合減少，同樣的vBE下下 IB減小，特性曲線右移。減小，特性曲線右移。vCE = 0VvCE 1V(1) 當當vCE=0V時，相當于發射結的正向伏安特性曲線。時，相當于發射結的正向伏安特性曲線。1. 輸入特性曲線輸入特性曲線 BJT的特性曲線的特性曲線以共射極放大電路為例以共射極放大電路為例(3) 輸入特性曲線的三個部分輸入特性曲線的三個部分死區死區非線性區非線性區線性區線性

10、區1. 輸入特性曲線輸入特性曲線 BJT的特性曲線的特性曲線飽和區：飽和區：iC明顯受明顯受vCE控制的區域，該區域內，控制的區域，該區域內，普通普通vCE0.7V(硅管硅管)。此時，發射結正偏，集此時，發射結正偏，集電結正偏或反偏電壓很電結正偏或反偏電壓很小。小。iC=f(vCE) iB=const2. 2. 輸出特性曲線輸出特性曲線輸出特性曲線的三個區域輸出特性曲線的三個區域: BJT的特性曲線的特性曲線截止區：截止區：iC接近零的接近零的區域，相當區域，相當iB=0的曲的曲線的下方。此時，線的下方。此時， vBE小于死區電壓。小于死區電壓。放大區：放大區：iC平行于平行于vCE軸軸的區域

11、，曲線根本平行等的區域，曲線根本平行等距。此時，發射結正偏，距。此時，發射結正偏，集電結反偏。集電結反偏。BJT的主要參數的主要參數 (1) (1)共發射極直流電流放大系數共發射極直流電流放大系數 = =ICICICEOICEO/IBIC / IB /IBIC / IB vCE=constvCE=const1. 電流放大系數電流放大系數 (2) 共發射極交流電流放大系數共發射極交流電流放大系數 = IC/ IBvCE=const BJT的主要參數的主要參數1. 電流放大系數電流放大系數 (2) 集電極發射極間的反向飽和電流集電極發射極間的反向飽和電流ICEO ICEO=1+ ICBO 2. 極

12、間反向電流極間反向電流ICEO (1) 集電極基極間反向飽和電流集電極基極間反向飽和電流ICBO 發射極開路時，集電結的反向飽和電流。發射極開路時，集電結的反向飽和電流。 BJT的主要參數的主要參數 即輸出特性曲即輸出特性曲線線IB=0那條曲線所那條曲線所對應的對應的Y坐標的數坐標的數值。值。 ICEO也稱為也稱為集電極發射極間穿集電極發射極間穿透電流。透電流。+bce-uAIe=0VCCICBO+bce-VCCICEOuA(1) 集電極最大允許電流集電極最大允許電流ICM(2) 集電極最大允許功率損耗集電極最大允許功率損耗PCM PCM= ICVCE 3. 極限參數極限參數 BJT的主要參數

13、的主要參數(3) 反向擊穿電壓反向擊穿電壓 V(BR)CEO基極開路時集電極和發射 極間的擊穿電壓。 3. 極限參數極限參數 BJT的主要參數的主要參數 由由PCM、 ICM和和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可以確在輸出特性曲線上可以確定過損耗區、過電流區和擊穿區。定過損耗區、過電流區和擊穿區。 輸出特性曲線上的過損耗區和擊穿區輸出特性曲線上的過損耗區和擊穿區二、晶體管的放大原理二、晶體管的放大原理（集電結反偏），即（發射結正偏）放大的條件BECECBonBE0uuuUu 分散運動構成發射極電流分散運動構成發射極電流IE，復合運動構成基極，復合運動構成基極電流電流IB，漂移運動構成集電極電流

14、，漂移運動構成集電極電流IC。少數載少數載流子的流子的運動運動因發射區多子濃度高使大量因發射區多子濃度高使大量電子從發射區分散到基區電子從發射區分散到基區因基區薄且多子濃度低，使極少因基區薄且多子濃度低，使極少數分散到基區的電子與空穴復合數分散到基區的電子與空穴復合因集電區面積大，在外電場作用下大因集電區面積大，在外電場作用下大部分分散到基區的電子漂移到集電區部分分散到基區的電子漂移到集電區基區空穴基區空穴的分散的分散 電流分配：電流分配： IEIEIBIBICIC IE IE分散運動構成的電流分散運動構成的電流 IBIB復合運動構成的電復合運動構成的電流流 ICIC漂移運動構成的電漂移運動構

15、成的電流流BCBCBC)(1 IIiiII穿透電流穿透電流集電結反向電流集電結反向電流直流電流直流電流放大系數放大系數交流電流放大系數交流電流放大系數為什么基極開路集電極回為什么基極開路集電極回路會有穿透電流？路會有穿透電流？三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性CE)(BEBUufi 為什么為什么UCE增大曲線右移？增大曲線右移？ 對于小功率晶體管，對于小功率晶體管，UCE大于大于1V的一條輸入特性曲的一條輸入特性曲線可以取代線可以取代UCE大于大于1V的一切輸入特性曲線。的一切輸入特性曲線。為什么像為什么像PN結的伏安特性？結的伏安特性？為什么為什么UCE增大

16、到一定值曲增大到一定值曲線右移就不明顯了？線右移就不明顯了？1. 輸入特性輸入特性2. 輸出特性輸出特性B)(CECIufi 是常數嗎？什么是理想晶體管？什么情況下是常數嗎？什么是理想晶體管？什么情況下 ?對應于一個對應于一個IB就有一條就有一條iC隨隨uCE變化的曲線。變化的曲線。 為什么為什么uCE較小時較小時iC隨隨uCE變化很大？為什么進入放大形變化很大？為什么進入放大形狀曲線幾乎是橫軸的平行線？狀曲線幾乎是橫軸的平行線？飽和區飽和區放大區放大區截止區截止區BiCi常量CEBCUii晶體管的三個任務區域晶體管的三個任務區域 晶體管任務在放大形狀時，輸出回路的電流 iC幾乎僅僅決議于輸入

17、回路的電流 iB，即可將輸出回路等效為電流 iB 控制的電流源iC 。形狀形狀uBEiCuCE截止截止UonICEOVCC放大放大 UoniB uBE飽和飽和 UoniB uBE四、溫度對晶體管特性的影響四、溫度對晶體管特性的影響BEBBBECEO )(uiiuIT不變時，即不變時五、主要參數 直流參數： 、 、ICBO、 ICEOc-e間擊穿電壓間擊穿電壓最大集電最大集電極電流極電流最大集電極耗散功最大集電極耗散功率，率，PCMiCuCE平安任務區平安任務區 交流參數：交流參數：、fT使使1的信號頻率的信號頻率 極限參數：ICM、PCM、UBRCEOECII1ECii討論一1. 分別分析分別分析uI=0V、5V時時T是任務在截止形狀還是導通形狀；是任務在截止形狀