11级生物工程第2讲

VBB
Rb IB b
+ UBE _
c e
c IB VBB
+b UBE _ e
IB/A
U CE 0
O U BE / V 主讲教师 物理学教授 赵合运
模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
(2) UCE > 0 时的输入特性曲线 当 UCE > 0 时，这个电压有利于将发射区扩散到基 区的电子收集到集电极。
(1)
三个极的电流之间满足节点电流定律，即：
IE = IC + IB
代入（1）式，得 I C ( I C I B ) I CBO 1 IB I CBO 1 1 I B (1 ) I CBO 其中：

1
共射直流电 流放大系数。
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模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
根据 和 的定义，以及三极管中三个电流 的关系，可得
Δ IC Δ IC Δ IC /Δ I B Δ IE Δ IB Δ IC Δ IB Δ IC 1 Δ IB 故 与 的两个参数之间满足以下关系


1
或
二极管具有单向导电性。
加正向电压时导通，呈现很小的正向电阻，如同开 关闭合. 加反向电压时截止，呈现很大的反向电阻，如同开 关断开。 从二极管伏安特性曲线可以看出，二极管的电 压与电流变化不呈线性关系，其内阻不是常数，所 以二极管属于非线性器件。
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模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
100 µ A
80µ A
放 大 区
60 µ A 40 µ A 20 µ A IB =0
10 15
1
O 5
UCE
Δ IC Δ I B
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模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
3. 饱和区：
IC / mA
4 3
条件：两个结均正偏
100 µ A
80µ A
60 µ A
2
40 µ A 20 µ A
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模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
4. 在表的第一列数据中，IE = 0 时 , IC = 0.001 mA = ICBO, ICBO 称为反向饱和电流。
I C I E I CBO
在表的第二列数据中， I B = 0 , IC = 0.01 mA = ICEO , 称为穿透电流。
I C f (U CE )
I B 常 数 Rb
IB


A

b
c
UCE 输出
V
VBB
输入 回路

VU
e
BE
UCE 回路
VCC


三极管共射特性曲线测试电路
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模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
一、输入特性
I B f (U BE ) U CE 常 数
(1) UCE = 0 时的输 入特性曲线 当 UCE = 0 时，基极 和发射极之间相当于两个 PN结并联。所以，当b、 e之间加正向电压时，应 为两个二极管并联后的正 向伏安特性。
IB
b
e
IE
另外，集电区和基 区的少子在外电场的作 用下将进行漂移运动而 形成反向饱和电流，用ICBO表示。
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模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
三极管的电流分配关系 IC = ICn+ICBO
IE = Icn + IBn
ICBO
IC
c ICn
一般要求 Icn 在 IE 中占的比例尽量 大。而二者之比称 共基极直流电流放 大系数，即：
c 合金型三极管制作工艺：在 N 型锗片(基区) 两边 各置一个铟球，加温铟被熔化并与 N 型锗接触，冷却后 形成两个 P 型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。
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模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
三极管结构示意图
集电极 c 集电区
N P N 型 三 极 管
c
N
基极 b
2. 复合和扩散 电子 到达基区，少数与空穴复 e IE 合形成基极电流 Ibn，复合 掉的空穴由VBB补充。 多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。
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模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
三极管中载流子运动过程
c
ICBO
IC
3. 收集 集电极
反偏，有利于收集基 区扩散过来的电子而 形成集电极电流 Icn。 其能量来自外接 电源VCC 。
UCE > UBE，三极管处于放大状态。 IC * 特性右移(因集 mA 电结开始吸引电子) IB *U CE≥ 1 V 特性 Rb c
VBB
A
RC
曲线重合。
IB/A U CE 0

b

V UCE
VCC

V
e

U CE 2V
O
U BE
U BE / V
UCE ≥ 1时的输入特性具有实用意义


1
直流参数 、 与交流参数 、 的含义是不 同的，但是，对于大多数三极管来说， 与 ， 与 的数值却差别不大，计算中，可不将它们严格 区分。
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模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
1.3.3
三极管的特性曲线
特性曲线是选用三极管的主要依据，可从半导 体器件手册查得。 输入特性： RC IC I B f (U BE ) U CE 常 数 mA 输出特性： +
I Cn IE
IB
b
IBn
e
IEn
e
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一般可达0.95~0.99
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模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
IC = ICn+ICBO
IE = Icn + IBn
I C I Cn I CBO I E I CBO 当I CBO IC I C , 可将忽略，则 IE
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IC IB
模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
I E IC I B 三极管的电流分配关系 I C I B I E (1 ) I B 一组三极管电流关系典型数据 IB/mA 0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 IC/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91 IE/mA 0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.96
1.3 双极型三极管(BJT)
又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。 (Bipolar Junction Transistor) 三极管的外形：
小功率三极管的外形
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模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
中小功率三极管的外形
大功率三极管的外形
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1.3.4
三极管的主要参数
IC
+C2 RC VCC C1 + IE IC C2 + RC VCC 共基极接法
三极管的连接方式
C1 IB +
T
Re VEE
Rb
VBB
共发射极接法
一、电流放大系数
是表征管子放大作用的参数。有以下几个：
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以 NPN 型三极管为例讨论 c
N b c 三极管若 实现放大，必 须从三极管内 部结构和外部 所加电源的极 性来保证。
表面看
P
N
b 不具备 放大作用
e
e
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c N b P P N N
三极管内部结构要求：
哇赛！面 2. 基区做得很薄。通常只 积好大呀! 有几微米到几十微米，而且掺
贴片三极管的外形
三极管有两种类型：NPN 和 PNP 型。 主要以NPN 型为例进行讨论。
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1.3.1 三极管的结构
常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管 两种类型。 e b b 二氧化硅 N
N
e
P
N
P
P
c
e 发射极 b 基极，c 集 电极。
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模拟电子技术基础
第二讲
晶体三极管
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I CEO (1 ) I CBO
IB/mA 0.001 0 0.01 IC/mA 0.001 0.01 0.56 IE/mA 0 0.01 0.57 0.02 0.03 0.04 0.05 1.14 1.74 2.33 2.91 1.16 1.77 2.37 2.96
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1. 发射区高掺杂 杂较少。 3. 集电结面积大。
e 三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使 发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置 状态。
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模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
三极管中载流子运动过程
c
IB
b
1. 发射 发射区的 电子越过发射结扩散到 基区，基区的空穴扩散 到发射区—形成发射极 电流 IE (基区多子数目 较少，空穴电流可忽 略)。
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1. 共射电流放大系数 Δ IC Δ IB 2. 共射直流电流放大系数 忽略穿透电流 ICEO 时，
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1
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IB= 0 时， IC = ICEO 硅管约等于 1 A，锗管 约为几十 ~ 几百微安。
两个结都处于反向 偏置。
UCE /V
截止区 NPN 三极管的输出特性曲线
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二、输出特性
IC / mA
4 3 2
2. 放大区：
条件：发射结正偏 集电结反偏 对 NPN 管 UBE > 0,UBC < 0 特点：各条输出特性 曲线比较平坦，近似为水 平线，且等间隔。 集电极电流和基极电 /V 流体现放大作用，即
1. 任何一列电流关系符合 IE = IC + IB，IB< IC< IE, IC IE 2. 当 IB 有微小变化时， IC较大。说明三极管具有电 流放大作用。 Δ IC 3. 共射电流放大系数 Δ I Δ IC B 共基电流放大系数 Δ I
E
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模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
集电结 基区 发射结
P N
b
e
发射区
符号
发射极 e
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三极管结构示意图
集电极 c 集电区 P N 基极 b
N
c
集电结
N
P
基区
发射结
b
e
符号
发射区
发射极 e
PNP 型三极管
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1.3.2 三极管中载流子的运动 和电流分配关系
模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
I C I B (1 ) I CBO
上式中的后一项常用 ICEO 表示，ICEO 称穿透电流
I CEO (1 ) I CBO 则：I C I B I CEO
当ICEO<< IC时，忽略 ICEO，则由上式可得
共射直流电流放大系数 近似等于 IC 与 IB 之比. 一般 值约为几十 ~ 几百。
1
O 5 10
IB =0
15
对NPN型管, UBE > 0 UBC > 0 。 特点：IC 基本上不随 IB 而变化，在饱和区三极管失 去放大作用。 I C IB。 当 UCE = UBE，即UCB = 0 时，称临界饱和，UCE < UBE 时称为过饱和。
UCE /V
饱和管压降 UCES < 0.4 V(硅管), UCES< 0. 2 V(锗管)
(a)平面型(NPN)
c
三极管的结构 (b)合金型(PNP)
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模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
平面型(NPN)三极管制作工艺 e b 在 N 型硅片(集电 硼杂质扩散 SiO2 磷杂质扩散 区)氧化膜上刻一个窗 口将硼杂质进行扩散形 成 P 型(基区)，再在 P P N 型区上刻窗口，将磷杂 质进行扩散形成N型的 N 发射区。引出三个电极 即可。
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模拟电子技术基础 第一章 半导体器件
二、输出特性 IC / mA I C f (U CE ) I B 常 数
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100 µ A
80µ A
划分三个区：截止区、 放大区和饱和区。 1. 截止区 IB ≤ 0 的区域 。
饱 和 区
放 大 区
60 µ A 40 µ A 20 µ A IB =0