第2章 半导体三极管(Semiconductor Diode)

第2章半导体三极管(Semiconductor Diode)

2.1双极型三极管

教学要求：

1.掌握晶体三极管的工作原理；

2.理解晶体三极管的输入、输出特性曲线；

3.了解晶体三极管的主要参数。

一、晶体三极管(Semiconductor T ransistor)

利用特殊工艺将两个PN结结合在一起就构成了双极型三极管。

1.结构和符号：结构特点：e区掺杂浓度最高，b区薄，掺杂浓度最底；c区面积最大。

分类：

构成材料：硅管、锗管结构：PNP、NPN使用频率：低频管、高频管

功 率：小功率管、中功率管、大功率管 2.电流放大原理 （1）放大条件

内部条件：e 区掺杂浓度最高，b 区薄，掺杂浓度最底；c 区面积最大。

外部条件：发射结（e 结）加正向偏置电压，集电结（c 结）加反向偏置电压。 电位条件：N P N 型：Vc ＞Vb ＞V e ；P N P 型： Vc ＜Vb ＜V e 电压数值：U BE ：硅0.5-0.8V , 锗0.1-0.3V U CB ：几伏——十几伏

U CE ：U CE ＝U CB ＋ U BE 几伏——+ 几伏 （2）三极管内部（NPN 型为例）

1) 发射区不断向基区注入多子（电子），形成发射极电流 I E 。

2)向发射区扩散的基区多子（空穴）因数量小被忽略。这样，到达基区的电子多数向 BC 结方向扩散形成 I CN 。少数与空穴复合，形成 I BN 。基区空穴来源主要来自基极电源提供(I B )和集电区少子漂移(I CBO )。即I BN » I B + I CBO ，I B = I BN – I CBO

3)集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流 I C ，I C = I CN + I CBO 。 （4）三极管各极电流之间的分配关系 I B = I BN - I

CBO ，

I C = I C N + I

CBO

当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：

二、晶体三极管的特性曲线

1.输入特性曲线：

由输入回路可写出三极管的输入特性的函数式为i B=f(u BE)，u CE=常数。实测的某NPN型硅三极管的输入特性曲线如下图(b)所示，由图可见曲线形状与二极管的伏安特性相类似，不过，它与u CE有关，u CE=1V的输入特性曲线比u CE=0V的曲线向右移动了一段距离，即u CE增大曲线向右移，但当u CE＞1V 后，曲线右移距离很小，可以近似认为与u CE=1V时的曲线重合，所以下图(b)中只画出两条曲线，在实际使用中，u CE总是大于1V的。由图可见，只有uBE大于该电压称为死区电压)后，iB才随uBE的增大迅速增大，正常工作时管压降u BE约为0.6～0.8V，通常取0.7V，称之为导通电压u BE(on)。对锗管，死区电压约为0.1V，正常工作时管压降u BE的值约为0.2～0.3V，导通电压u BE(on)≈0.2V。

2.输出特性曲线

输出回路的输出特性方程为：i C=f(u CE)，i B=常数；晶体三极管的输出特性曲线分为截止、饱和和放大三个区，每区各有其特点：

（1）截止区：I B≤0，I C=I CEO≈0，此时两个PN结均反向偏置。

（2）放大区：I C=βI B+I CEO ，此时发射结正向偏置，集电结反向偏置，特性曲线比较平坦且等间距。

I c受I

B 控制，I

B

一定时，I c不随U

CE

而变化。

（3）饱和区：u

CE < u

BE，

u

CB

= u

CE

- u

BE

< 0 ，此时两个PN结均正向偏置，I C ¹b I

B

，I C不受I

B

控

制，失去放大作用

。曲线上升部分u

CE

很小，u

CE

= u

BE

时，达到临界饱和，深度饱和时，硅管

U

CE(SAT)=0.3V，锗管U

CE(SAT)

=0.1V。

3.温度对特性曲线的影响

（1）温度升高，输入特性曲线向左移。温度每升高1°C，U

BE

¯ (2 ~ 2.5) mV。温度每升高10°C，

I

CBO

约增大 1 倍。

（2）温度升高，输出特性曲线向上移。温度每升高1°C，b -(0.5 ~ 1)%。输出特性曲线间距增大。

三、晶体三极管的主要参数

1.电流放大系数

（1）共发射极电流放大系数: β（β）为直流（交流）电流放大系数β=I C/I B（β=Δi C/Δi B）。

（2）共基极电流放大系数: α=β/（1+β），a < 1 一般在0.98 以上。

2.极间反向饱和电流：CB 极间反向饱和电流I

CBO ，CE 极间反向饱和电流I

CEO

。I

CBO、

I

CEO

均随温

度的升高而增大。

3.极限参数：I

C M ：

集电极最大允许电流，超过时 b 值明显降低；

P

CM

：集电极最大允许功率损耗；U(BR)CEO：基极开路时C、E 极间反向击穿电压；

U

(BR)CBO

：发射极开路时C、B 极间反向击穿电压。

U(BR)EBO：集电极极开路时E、B 极间反向击穿电压； U(BR)CBO >U(BR)CEO>U(BR)EBO