電子技術主講教師：傅穎項目一晶體管4.晶體三極管的基本特性4.1晶體管的結構類型與特性4.2晶體管的特性曲線4.3晶體管的主要參數雙極型結型三極管(BJT)，又稱半導體三極管，簡稱為三極管或晶體管。三極管的外形如下圖所示。

4.1.1

晶體管的結構類型

三極管的外形：(BipolarJunctionTransistor)具有了不同于單個PN結的特性。三極管有兩種類型：NPN和PNP型。

4.1.1晶體管的結構類型

三極管結構示意圖和符號

ecb符號集電區集電結基區發射結發射區集電極c基極b發射極eNNP(a)NPN型

4.1.1晶體管的結構類型集電區集電結基區發射結發射區集電極c發射極e基極b

cbe符號NNPPN三極管結構示意圖和符號

(b)PNP型

4.1.1晶體管的結構類型三極管內部結構要求：

1.發射區高摻雜。

2.基區做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。3.集電結面積大。NNPebcNNNPPP平面型(NPN)三極管制作工藝：在N型硅片(集電區)氧化膜上刻一個窗口，將硼雜質進行擴散形成P型(基區)，再在P型區上刻窗口，將磷雜質進行擴散形成N型的發射區。引出三個電極即可。4.1.1晶體管的結構類型NcSiO2b硼雜質擴散e磷雜質擴散PN4.1.2晶體管的放大作用和載流子的運動以NPN型三極管為例討論:三極管中的兩個PN結cNNPebbec表面看三極管若實現放大，必須從三極管內部結構和外部所加電源的極性來保證。不具備放大作用4.1.2晶體管的放大作用和載流子的運動becRcRbIEIB三極管放大的外部條件：外加電源的極性應使發射結處于正向偏置狀態，而集電結處于反向偏置狀態。NPN:UC>UB>UEPNP?PNP:UC<UB<UE4.1.2晶體管的放大作用和載流子的運動1.三極管中載流子運動過程發射：發射區的電子越過發射結擴散到基區，基區的空穴擴散到發射區—形成發射極電流IE(基區多子數目較少，空穴電流可忽略)。復合和擴散：電子到達基區，少數與空穴復合形成基極電流IB，復合掉的空穴由VBB補充。多數電子在基區繼續擴散，到達集電結的一側。becRcRbIEIBIENIEP4.1.2晶體管的放大作用和載流子的運動1.三極管中載流子運動過程收集：集電結反偏，有利于收集基區擴散過來的電子而形成漂移電流ICE。其能量來自外接電源VCC。另外，集電區的少子(空穴)和基區少子（電子）在外電場的作用下將進行漂移運動而形成反向飽和電流，用ICBO表示。becIEIBRcRbICICBOICE4.1.2晶體管的放大作用和載流子的運動2.三極管的電流分配關系beceRcRbIEpICBOIEICIBIEnIBEICEIC=ICE+ICBO≈ICE

IE=IEN+IEp=ICE+IBE+IEp≈ICE+IBE

=IC+IBIB=IBE-ICBO+IEp≈IBE-ICBO≈IBE

4.1.2晶體管的放大作用和載流子的運動3.三極管的電流放大作用由三極管的內部結構決定：從發射區注入到基區的電子只有很少一部分在基區復合掉（IBE），較大的電子流部分形成ICE。

稱為本征電流放大系數

=ICE/IBEbeceRcRbIEpICBOIEICIBIEnIBEICE4.1.2晶體管的放大作用和載流子的運動PNP型三極管為例：1.發射區向基區擴散空穴，形成發射極電流；2.空穴在基區擴散和復合，形成了基區復合電流ICB；3.集電極收集從發射區擴散到基區的空穴，形成了電流ICE。同時由于集電結反偏，少子在電場的作用下形成了漂移電流ICBO。電流之間的分配關系：IB=IBC-ICBOIC=ICE

+ICBOIE=IB+ICPNPebcIEIBCICEICBOIBIC4.1.2晶體管的放大作用和載流子的運動

例1：已知兩只晶體管的電流放大系數分別為100和50，現在測得放大電路中這兩只管子兩個電極的電流下圖所示。分別求另一電極的電流，標出其實際方向，并在圓圈中畫出管子。

解：（1）圖a，IB=10A，IC=1mA，根據電流方向判斷為NPN管，IE=1.01mA.可判斷晶體管管腳如圖：解：（2）圖b，IB=100A，IE=5.1mA，根據電流方向判斷為PNP管，IC=5mA.可判斷晶體管管腳如圖：4.1.2晶體管的放大作用和載流子的運動例2：某放大電路中BJT三個電極的電流如圖所示。IA＝-2mA,IB＝-0.04mA,IC＝+2.04mA,試判斷管腳、管型。解：電流判斷法。電流的正方向和KCL。IE=IB+ICC為發射極B為基極A為集電極管型為NPN管管腳、管型的判斷法也可采用萬用表測量法。參考實驗。ABC

IAIBIC4.2晶體管的特性曲線特性曲線是選用三極管的主要依據，可從半導體器件手冊查得。以共射組態為例：輸入特性：輸出特性：輸出回路輸入回路+UCE-IBUCE

三極管共射特性曲線測試電路ICVCCRbVBBcebRcV

+V

+

A

++

mAIBUBE4.2晶體管的特性曲線一、輸入特性

(1)UCE=0時的輸入特性曲線當UCE=0時，集電結和發射結短路，基極和發射極之間相當于兩個PN結并聯。所以，當b、e之間加正向電壓時，應為兩個二極管并聯后的正向伏安特性。RbVBBcebIB+UBE_VBBIB+UBE_bceOIB/AUCE=04.2晶體管的特性曲線一、輸入特性(2)UCE>0時的輸入特性曲線當UCE>0時，這個電壓有利于將發射區擴散到基區的電子收集到集電極。特性右移(因集電結開始吸引電子)UCE≥1V，特性曲線重合。UCE≥1時的輸入特性具有實用意義。OIB/AUCE=1VIBUCEICVCCRbVBBcebRCV

+V

+

A

++

mAUBE

三極管共射特性曲線測試電路三極管的輸入特性UCE=04.2晶體管的特性曲線一、輸入特性①UCE=0V時，IB與UBE的關系曲線與二極管的正向伏安特性相似，（此時，相當于兩個二極管正向并聯接在b、e間）；②UCE從0增加到1V時，曲線右移顯著；當UCE>1V后，IB與UBE的關系曲線幾乎重疊在一起，故輸入特性通常用UCE=1V時的一條曲線來表示即可。只要UBE保持不變，從發射區注入到基區的載流子數不變，而電極所加的反向電壓量足夠把擴散的載流子拉到集電區，因此UCE再增加，IB也不會有明顯減少。OIB/AUCE=1VUCE=04.2晶體管的特性曲線一、輸入特性輸入特性曲線的應用：如圖所示，三極管處于放大狀態。試問：Rb=50kΩ時，IB=?4.2晶體管的特性曲線

二、輸出特性

劃分三個區：截止區、放大區和飽和區。1.截止區IB≤0的區域。IB=0時，IC=ICEO很小，叫做穿透電流。硅管約等于1A，鍺管約為幾十~幾百微安。條件：發射結反偏，集電結反偏。

NPN三極管的輸出特性曲線IC

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321截止區4.2晶體管的特性曲線

二、輸出特性

2.放大區條件：發射結正偏集電結反偏對NPN型管，UC﹥UB﹥UE特點：各條輸出特性曲線比較平坦，近似為水平線，且等間隔。集電極電流和基極電流體現放大作用，即IC

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321放大區NPN三極管的輸出特性曲線4.2晶體管的特性曲線

二、輸出特性3.飽和區條件：兩個結均正偏對NPN型管，UCE﹤UBE特點：IC基本上不隨IB而變化，在飽和區三極管失去放大作用。ICIB。當UCE=UBE時，稱臨界飽和，UCE<UBE時稱為過飽和。飽和管壓降UCES<0.4V(硅管)，UCES<0.2V(鍺管)IC

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321飽和區飽和區4.2晶體管的特性曲線

輸出特性三個區域的特點:

（1）放大區：發射結正偏，集電結反偏。即UCE>UBE,且IC=IB。(2)飽和區：發射結正偏，集電結正偏。即：UCEUBE，低阻，短路，飽和導通。(3)截止區：發射結反偏，集電結反偏，IB=0，高阻，截止，類似開關斷開。輸出特性曲線的應用：如圖所示，VCC=15V，β=100。試問：Rb=50kΩ時，UO=?4.2晶體管的特性曲線例：三極管工作狀態的判斷。測量某硅材料NPN型BJT各電極對地的電壓值如下，試判別管子工作在什么區域？（1）

VC＝6VVB＝0.7VVE＝0V（2）VC＝6VVB＝3.3VVE＝4V（3）VC＝3.6VVB＝4VVE＝3.3V

解：原則正偏反偏反偏集電結正偏正偏反偏發射結飽和放大截止

故(1)放大，（2）截止，（3）飽和。4.2晶體管的特性曲線課堂練習：1.工作在放大區的三極管，當IB從20μA增大至40μA時，IC從2mA變為4mA，其β值約為______。

A.50B.100C.500D.10002.一個三極管電路，IB=60μA，IC=2mA，β值50，這個三極管在什么狀態？

A.放大B.飽和C.截止D.擊穿3.工作在放大區的三極管，已知β值100，IB=20μA，IE約為____mA。

A.1B.2C.3D.44.試判斷各工作在截止區、放大區還是飽和區。4.2晶體管的特性曲線課堂練習：5.如圖所示，VCC=15V，β=100，UBE=0.7V。試問：（1）Rb=50kΩ時，UO=?（2）若T臨界飽和，則Rb=？解：（1）若Rb=50kΩ，則解：（2）若T臨界飽和，則4.2晶體管的特性曲線課堂練習：6.如圖所示，晶體管導通時UBE=0.7V,β=50。試分析u1=0V，u1=1V，u1=3V三種情況下T的工作狀態及輸出電壓uo的值。解：（1）當U1=0，發射結零偏，截止狀態，uo=12V。

（2）U1=1V，發射結正偏，集電結反偏，放大狀態。

（3）當U1=3V。故T處于飽和狀態，Uo=UCES≈0.4V(硅)4.3晶體管的主要參數一、電流放大系數表征管子放大能力的參數。有以下兩種：1.靜態（直流）共射電流放大系數忽略穿透電流ICBO時，2.動態（交流）共射電流放大系數

當晶體管工作在放大區域時，可以認為兩者基本相同。在實際應用中，一般選取值為20~100的晶體管為宜。4.3晶體管的主要參數二、反向飽和電流是表征晶體管工作穩定性的參數。當環境溫度增加時，極間反向電流會加大，晶體管工作不穩定。1.集電極和基極之間的反向飽和電流ICBO小功率鍺管ICBO約為幾微安；硅管的ICBO小，有的為納安數量級，當溫度變化較大時，應選用硅晶體管。2.集電極和發射極之間的反向飽和電流ICEO當b開路時，c和e之間的電流。值愈大，則該管的ICEO也愈大。(a)ICBO測量電路ICBOceb

A(b)ICEO測量電路ICEO

Aceb反向飽和電流的測量電路4.3晶體管的主要參數二、反向飽和電流反向飽和電流ICBO與ICEO：無論