1、 半導體三極管概述一. 基本結構NNP基極發射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發射極集電極符號：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管PNP型三極管 根據制造工藝和材料的不同，三極管分有雙極型和單極型兩種類型。若三極管內部的自由電子載流子和空穴載流子同時參與導電，就是所謂的雙極型。如果只有一種載流子參與導電，即為單極型。大功率低頻三極管小功率高頻三極管中功率低頻三極管 目前國內生產的雙極型硅晶體管多為NPN型(3D系列)，鍺晶體管多為PNP型(3A系列)，按頻率高低有高頻管、低頻管之別；根據功率大小可分為大、中、小功率管。 基區：最薄，摻雜濃度最低發射區：摻雜濃度最高

2、發射結集電結BECNNP基極發射極集電極結構特點：集電區：面積最大二. 三極管的電流分配和放大原理1. 三極管放大的外部條件BECNNPEBRBECRC發射結正偏、集電結反偏 PNP發射結正偏 VBVE集電結反偏 VCVE集電結反偏 VCVB ICEBmAAVUCEUBERBIBECV+2. 三極管的電流分配和放大原理 實驗如圖，把三極管接成二個電路，基極電路和集電極電路，發射極是公共端，這種接法稱為三極管的共發射極接法。以NPN管為例，發射結加正向電壓，集電極加反向電壓，三極管才能起放大作用。三極管電流測量數據IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.100.

3、0010.701.502.303.103.950.0010.721.542.363.184.05（1）三電極電流關系 IE = IB + IC（2） IC IB ， IC IE （3） IB =0 ，IC0.001 mABECNNPEBRBECIEIBEICEICBO 把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。 實質:用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化，三極管內載流子運動過程1. 發射區向基區注入電子2. 基區中電子的擴散與復合3.集電區收集擴散過來的電子三極管內部載流子的運動規律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO基區空穴向發射區的擴

4、散可忽略。發射結正偏，發射區電子不斷向基區擴散，形成發射極電流IE。進入P 區的電子少部分與基區的空穴復合，形成電流IBE ，多數擴散到集電結。從基區擴散來的電子作為集電結的少子，漂移進入集電結而被收集，形成ICE。集電結反偏，有少子形成的反向電流ICBO。三. 三極管的輸入、輸出特性 1. 輸入特性曲線的描述與分析 三極管的輸入特性是指當集電極與發射極之間的電壓 為常數時,輸入回路中基極靜態電流 與發射結二端的靜態電壓 之間的關系特性,即:IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO特征（1） 變化一點，基極電流變化很大，呈現出恒壓特性。（2） 不同材料的三極管，完全導通時

5、的發射結電壓降也不同。另外當 1 V 后，曲線基本不移動了。 三極管的輸入特性曲線是一條非線性曲線，發射結二端電壓 與基極電流 的關系隨曲線上的點的位置不同而不同，因此要確定一個合適的電壓和電流，即在輸入特性曲線上找一個合適的點，這個點稱之為三極管的靜態工作點，通常用 Q 表示。2. 輸出特性曲線的描述與分析 三極管的輸出特性是指在基極電流 一定的情況下，三極管輸出回路中的集電極電流 與集電極和發射極之間的電壓 之間的關系特性，即： 當電流 和溫度為某一定值時，輸出特性曲線為一根特性曲線。當基極電流取值不同時，輸出特性曲線是一簇曲線。 當 1V后，集電極電流 不再有明顯的增加。2 .輸出特性曲

6、線的描述與分析IB=020A40A60A80A100A36IC(mA )1234UCE(V)912O放大區輸出特性曲線通常分三個工作區：(1) 放大區 在放大區有 IC= IB ，也稱為線性區，具有恒流特性。 在放大區，發射結處于正向偏置、集電結處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA )1234UCE(V)912O（2）截止區IB 0 以下區域為截止區，有 IC 0 。 在截止區發射結處于反向偏置，集電結處于反向偏置，晶體管工作于截止狀態。飽和區截止區（3）飽和區當UCE UBE時，晶體管工作于飽和狀態。在飽和區，IB IC，發射結處于正向偏

7、置，集電結也處于正偏。 深度飽和時，硅管UCES 0.3V，鍺管UCES 0.1V。四. 三極管的主要參數1. 電流放大系數直流電流放大系數交流電流放大系數 三極管的參數是用來表征管子性能優劣和適應范圍的，是選用三極管的依據。注意： 和 的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICE0 較小的情況下，兩者數值接近。 常用晶體管的 值在20 200之間。為了使三極管具有電流放大能力，必須使三極管工作在放大區，并且工作在一個合適的點，這個點稱為三極管的靜態工作點，即具有一個合適的電壓 與電流 。例：在UCE= 6 V時， 在 Q1 點IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 點IB=60 A,

8、 IC=2.3mA。在以后的計算中，一般作近似處理： = 。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA )1234UCE(V)9120Q1Q2在 Q1 點，有由 Q1 和Q2點，得（1）集-基極反向飽和電流 ICBO ICBO是由少數載流子的漂移運動所形成的電流，受溫度的影響大。 溫度ICBOICBOA+EC（2）集-射極反向飽和電流(穿透電流)ICEOAICEOIB=0+ ICEO受溫度的影響大。溫度ICEO，所以IC也相應增加。三極管的溫度特性較差。2. 極間反向電流 （1） 集電極最大允許電流 ICM（3） 最大反向擊穿電壓UCEO 集電極電流 IC上升會導致三極管的 值的下

9、降，當 值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為 ICM。 當集射極之間的電壓UCE 超過一定的數值時，三極管就會被擊穿。手冊上給出的數值是25C、基極開路時的擊穿電壓U(BR) CEO。（2） 集電極最大允許功率損耗（耗散功耗）PCM PCM取決于三極管允許的溫升，消耗功率過大，溫升過高會燒壞三極管。 PC PCM =IC UCE 硅管允許結溫約為70C，鍺管約為7090C。3. 極限參數ICUCEOICUCE=PCM安全工作區UCEOICM由三個極限參數可畫出三極管的安全工作區4. 結電容 結電容是指PN結在結兩端電壓作用下形成的電容效應。結電容主要由兩部分組成：一是PN結在正向電壓作用

10、下，擴散電流的變化形成的電容效應，稱之為擴散電容，通常記作 ，它與通過PN結的擴散電流的大小成正比例；二是PN結在反向電壓作用下，電場的變化形成的電容效應，稱之為勢壘電容，通常記作 ，它與作用在PN結兩側的反向電壓的大小成反比例。結電容是造成三極管產生頻率響應的主要原因，也是影響三極管開關速度的主要原因。五. 三極管的工作狀態 三極管的工作狀態主要由三極管的二個PN結各自所承受的偏置電壓的大小和極性所決定的。三極管有二個PN結，而每一個偏置電壓又有二種可能的極性，即正向偏置和反向偏置，因此，可構成三極管的三種工作狀態：飽和、放大、截止。單極型三極管 雙極型三極管是利用基極小電流去控制集電極較大

11、電流的電流控制型器件，因工作時兩種載流子同時參與導電而稱之為雙極型。單極型三極管因工作時只有多數載流子一種載流子參與導電，因此稱為單極型三極管；單極型三極管是利用輸入電壓產生的電場效應控制輸出電流的電壓控制型器件。中又分增強型和耗盡型兩類，且各有N溝道和P溝道之分。MOS管的基本結構N+N+以P型硅為襯底BDGS二氧化硅(SiO2)絕緣保護層兩端擴散出兩個高濃度的N區N區與P型襯底之間形成兩個PN結由襯底引出電極B由高濃度的N區引出的源極S由另一高濃度N區引出的漏極D由二氧化硅層表面直接引出柵極G雜質濃度較低，電阻率較高。不同類型MOS管的電路圖符號D S GB襯底 N溝道增強型符號D S G

12、B襯底 P溝道增強型符號D S GB襯底 N溝道耗盡型符號D S GB襯底 P溝道耗盡型符號 由圖可看出，襯底的箭頭方向表明了場效應管是N溝道還是P溝道：箭頭向里是N溝道，箭頭向外是P溝道。虛線表示增強型實線表示耗盡型單極型晶體管和雙極型晶體管的性能比較 場效應管的源極S、柵極G、漏極D分別對應于雙極型晶體管的發射極e、基極b、集電極c，它們的作用相似。 2. 場效應管是電壓控制電流器件，場效應管柵極基本上不取電流，而雙極型晶體管工作時基極總要取一定的電流。所以在只允許從信號源取極小量電流的情況下，應該選用場效應管；而在允許取一定量電流時，選用雙極型晶體管進行放大可以得到比場效應管較高的電壓放大倍數。3. 場效應管是多子導電，而雙極型晶體管則是既利用多子，又利用少子。由于少子的濃度易受溫度、輻射等外界條件的影響，因而場效應管比晶體管的溫度穩定性好、抗輻射能力強。在環境條件（溫度等）變化比較劇烈的情況下，選用場效應管比較合適。4. 場效應管的源極和襯底通常是連在一起時，源極和漏極可以互換使用，耗盡型絕緣柵型管的柵極電壓可正可負，靈活性比晶體管強；而雙極型晶體管的集電極與發射極互換使用時，其特