模擬電子技術(shù)-13

半導(dǎo)體三極管有兩大類型，一是雙極型半導(dǎo)體三極管二是場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體三極管

雙極型半導(dǎo)體三極管是由兩種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，它由兩個(gè)PN結(jié)組合而成，是一種CCCS器件。

場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體三極管僅由一種載流子參與導(dǎo)電，是一種VCCS器件。1.3晶體三極管雙極型晶體管(BJT)又稱半導(dǎo)體三極管、晶體三極管，或簡(jiǎn)稱晶體管。(BipolarJunctionTransistor)三極管的外形如下圖所示。三極管有兩種類型：NPN型和PNP型。主要以NPN型為例進(jìn)行討論。圖1.3.1三極管的外形X：低頻小功率管D：低頻大功率管G：高頻小功率管A：高頻大功率管我國晶體管得型號(hào)命名方法

半導(dǎo)體三極管的型號(hào)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體三極管的命名如下:

3DG110B

第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、

G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關(guān)管用字母表示材料用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào)用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格三極管1.3.1雙極型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)

雙極型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖02.01所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。圖02.01兩種極性的雙極型三極管e-b間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)(Je)

c-b間的PN結(jié)稱為集電結(jié)(Jc)中間部分稱為基區(qū)，連上電極稱為基極，用B或b表示（Base）；一側(cè)稱為發(fā)射區(qū)，電極稱為發(fā)射極，用E或e表示（Emitter）；另一側(cè)稱為集電區(qū)和集電極，用C或c表示（Collector）。雙極型半導(dǎo)體三極管晶體管的類型常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面管和鍺合金管兩種類型。三極管的結(jié)構(gòu)(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)ebbecPNPe發(fā)射極，b基極，c集電極。c基區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)NNP二氧化硅發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)雙極型三極管的符號(hào)在圖的下方給出，發(fā)射極的箭頭代表發(fā)射極電流的實(shí)際方向。從外表上看兩個(gè)N區(qū),(或兩個(gè)P區(qū))是對(duì)稱的，實(shí)際上發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大，集電區(qū)摻雜濃度低，且集電結(jié)面積大?；鶇^(qū)要制造得很薄，其厚度一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米。1.3.2晶體管的電流放大作用以NPN型三極管為例討論cNNPebbec表面看三極管若實(shí)現(xiàn)放大，必須從三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部所加電源的極性來保證。不具備放大作用三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：NNPebcNNNPPP

1.發(fā)射區(qū)高摻雜。

2.基區(qū)做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。三極管放大的外部條件：外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。3.集電結(jié)面積大。實(shí)驗(yàn)+-bce共射極放大電路UBBUCCuBEiCiB+-uCEiEiB00.02 0.04 0.060.080.10iC

<0.0010.70 1.502.303.103.95iE

<0.0010.72 1.542.363.184.05表1-1電流單位：mAbecRcRb一、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)IEIB發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流發(fā)射區(qū)的電子越過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)—形成發(fā)射極電流IE

(基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可忽略)。2.擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流

電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù)合形成基極電流Ibn，復(fù)合掉的空穴由VBB

補(bǔ)充。多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散，到達(dá)集電結(jié)的一側(cè)。晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)becIEIBRcRb3.集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流Ic

集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)擴(kuò)散過來的電子而形成集電極電流Icn。其能量來自外接電源VCC

。IC另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場(chǎng)的作用下將進(jìn)行漂移運(yùn)動(dòng)而形成反向飽和電流，用ICBO表示。ICBO晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)（動(dòng)畫201）beceRcRb二、晶體管的電流分配關(guān)系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBO

IE=ICn+IBn+IEp

=IEn+IEpIE=IC+IB圖1.3.4晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)與外部電流IB=IEP+IBN－ICBO

~IBN－ICBO~三、晶體管的共射電流放大系數(shù)整理可得：ICBO稱反向飽和電流ICEO稱穿透電流1、共射直流電流放大系數(shù)2、共射交流電流放大系數(shù)VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共發(fā)射極接法3、共基直流電流放大系數(shù)或4、共基交流電流放大系數(shù)直流參數(shù)與交流參數(shù)、的含義是不同的，但是，對(duì)于大多數(shù)三極管來說，與，與的數(shù)值卻差別不大，計(jì)算中，可不將它們嚴(yán)格區(qū)分。5.與的關(guān)系ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基極接法雙極型半導(dǎo)體三極管的電流關(guān)系三種組態(tài)雙極型三極管有三個(gè)電極，其中兩個(gè)可以作為輸入,兩個(gè)可以作為輸出，這樣必然有一個(gè)電極是公共電極。三種接法也稱三種組態(tài)，見下圖。

共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示;共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示；共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；三極管的三種組態(tài)三極管放大的實(shí)質(zhì)發(fā)射結(jié)正向電壓大小控制基區(qū)少子濃度影響集電極電流大小即由Vbe控制Ic，由于Ib正比于Vbe，所以有Ib正比于Ic。雙極型半導(dǎo)體三極管的特性曲線

這里，B表示輸入電極，C表示輸出電極，E表示公共電極。所以這兩條曲線是共發(fā)射極接法的特性曲線。

iB是基極輸入電流，vBE

是基極輸入電壓，加在B、E兩電極之間。

iC是輸出電流，vCE是輸出電壓，從C、E兩電極取出。

輸入特性曲線——

iB=f(vBE)

vCE=const

輸出特性曲線——

iC=f(vCE)

iB=const本節(jié)介紹共發(fā)射極接法三極管的特性曲線，即uCE=0VuBE

/V

iB=f(uBE)

UCE=const(2)當(dāng)uCE≥1V時(shí)，uCB=uCE

-uBE>0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，在同樣的uBE下IB減小，特性曲線右移。(1)當(dāng)uCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。一.輸入特性曲線uCE=0VuCE

1VuBE

/V+-bce共射極放大電路UBBUCCuBEiCiB+-uCE飽和區(qū)：iC明顯受uCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般uCE＜0.7V(硅管)。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。iC=f(uCE)

IB=const二、輸出特性曲線輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域:截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時(shí)，uBE小于死區(qū)電壓，集電結(jié)反偏。放大區(qū)：iC平行于uCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。晶體管輸出特性曲線（動(dòng)畫202）三極管的參數(shù)分為三大類:

直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)一、直流參數(shù)1.共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=const1.3.4晶體管的主要參數(shù)2.共基直流電流放大系數(shù)3.集電極基極間反向飽和電流ICBO集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEOICEO=（1+）ICBO二、交流參數(shù)1.共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)

=iC/iBUCE=const2.

共基極交流電流放大系數(shù)α

α=iC/iE

UCB=const3.特征頻率fT值下降到1的信號(hào)頻率1.最大集電極耗散功率PCM

PCM=

iCuCE

三、極限參數(shù)2.最大集電極電流ICM3.

反向擊穿電壓

UCBO——發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)反 向擊穿電壓。UEBO——集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。

UCEO——基極開路時(shí)集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。幾個(gè)擊穿電壓有如下關(guān)系

UCBO＞UCEO＞UEBO

由PCM、ICM和UCEO在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū)

PCM=

iCuCE

U(BR)CEOUCE/V1.3.5溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響一、溫度對(duì)ICBO的影響溫度每升高100C，ICBO增加約一倍。反之，當(dāng)溫度降低時(shí)ICBO減少。硅管的ICBO比鍺管的小得多。二、溫度對(duì)輸入特性的影響溫度升高時(shí)正向特性左移，反之右移60402000.40.8I/mAU/V溫度對(duì)輸入特性的影響200600三、溫度對(duì)輸出特性的影響溫度升高將導(dǎo)致IC

增大iCuCEOiB200600溫度對(duì)輸出特性的影響三極管工作狀態(tài)的判斷[例1]：測(cè)量某NPN型BJT各電極對(duì)地的電壓值如下，試判別管子工作在什么區(qū)域(Uon=0.7V)？（1）

VC

＝6V

VB

＝0.7V

VE

＝0V（2）VC

＝6V

VB

＝4V

VE

＝3.6V（3）VC

＝3.6V

VB

＝4V

VE

＝3.4V解：原則：正偏反偏反偏集電結(jié)正偏正偏反偏發(fā)射結(jié)飽和放大截止對(duì)NPN管而言，放大時(shí)VC

＞VB

＞VE

對(duì)PNP管而言，放大時(shí)VC

＜VB

＜VE

（1）放大區(qū)（2）截止區(qū)（3）飽和區(qū)[例2]

某放大電路中BJT三個(gè)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+ICABC

IAIBICC為發(fā)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電阻法。參考實(shí)驗(yàn)。例[3]：測(cè)得工作在放大電路中幾個(gè)晶體管三個(gè)電極的電位U1、U2、U3分別為：

（1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V

（2）U1=3V、U2=2.8V、U