4.1 半导体三极管

IB
令I CEO I C
(1 ) I CBO 0
b极开路时ce间的反向 饱和电流(穿透电流)
则 I C I B I CEO
I C I B
(ICEO→0)
体现了共射接法时输入电流 对输出电流的控制作用
又
I E I B I C (1 ) I B
体现了共集电极接法时输入电流对输出电流的控制作用
I B ( I CBO I nC ) I B I C
BJT内两种载流子都参与导电，∴称为双极型晶体管。
2. BJT的三种组态
BJT的三种组态
(a) 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示； (b) 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； (c) 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。
3. 极间电流分配
根据传输过程可知
I C I CN I CBO I E I CBO I E
(ICBO→0)
放大状态下BJT中载流子 的传输过程
I CN 令 IE
共基极电流放大倍数
体现了共基接法时输入电流对输出电流的控制作用
只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关， 与外加电压无关。一般 0.90.99
PNP 管:
VE VB VC
放大状态下BJT中载流子的传输过程
1.内部载流子的传输过程
(以NPN为例)
(1)e区向b区注入电子流 ∵ e结正偏→有利于多子 扩散 ∴主要为e区向b区注入电 子流，形成流出e极的射 极电流 IE
放大状态下BJT中载流子的传输过程
(2)电子在b区扩散与复合
∵浓度差→电子继续向c极扩散，同时有一小部分与空穴复合 →形成b区复合电流 IBN 又∵b区掺杂极低且薄 ∴ IBN很小。
发射区
基极用b表 示(Base) 发射极用e 表示(Emitter)
发射结(Je) 集电结(Jc)
三极管符号(箭头为发射结正偏 时，射极电流流向）
(1) 按材料 (2) 按结构
Si管 Ge管
NPN管 PNP管
2.分类
(3) 按功率： 小、大、中功率管 (4) 按工作频率 ： 低频管、高频管 型号命名方法 (模拟四版 P44) 如3DG6、2DW7
共射极连接
称为BJT饱和导通， → C、E间相当于开关闭合
在模拟电路中，BJT工作在放大区；（线性放大小信号） 在数字电路中，BJT工作在截止区、饱和区（做数字开关）。
数字开关：
BJT工作在截止区，C、E间相当于开关断开；
BJT工作在饱和区， C、E间相当于开关闭合。
1、选择正确答案填入空内。
（1）PN结加正向电压时，空间电荷区将
(3) 饱和区
在放大区，iB ↑ →iC ↑ → vCE ↘
当vCE ↘至vCE <vBE时，
e结、c结均正偏，iC 不再随iB ↑而↑，
趋于饱和值ICS
体现对不同iB， iC曲线基本重合。 但iC明显受vCE的影响，随vCE↑而↑ 此时不存在iC= βiB
此时vCE= VCES → 饱和管压降
iB=f(vBE) vCE=常数
输出特性曲线——输出回路电压、电流之间的关系曲线。
iC=f(vCE) iB=常数
1. 输入特性曲线
iB=f(vBE) vCE=常数
(1)在vCE=0时，相当于两个PN结 并联的V-I特性曲线。 Vth=0.5 V左右 vCE ↑→输入曲线稍右移 vCE 1V以后曲线基本重合 (2) 死区或门坎电压 Si (NPN): 0.6~0.7v Ge(PNP): -0.2~-0.3v (3) vBE >Vth时→iB随vBE↑而↑↑
4.1.4 BJT的主要参数 2. 极间反向电流 (2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO
4.1.4 BJT的主要参数 3. 极限参数
(1) 集电极最大允许电流ICM
(2) 集电极最大允许功率损耗PCM
PCM= ICVCE
4.1.4 BJT的主要参数
3. 极限参数
1. 温度对BJT参数的影响 (1) 温度对ICBO的影响 温度每升高10℃，ICBO约增加一倍。 (2) 温度对 的影响 温度每升高1℃， 值约增大0.5%~1%。 (3) 温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响 温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。 2. 温度对BJT特性曲线的影响
A. 变窄 B. 基本不变 C. 变宽
。
（2）设二极管的端电压为U，则二极管的电流方程是 A. IS eU
。
ISeU U T B.
IS (eU UT － ) 1 C.
。 C.反向击穿
（3）稳压管的稳压区是其工作在 A. 正向导通 B.反向截止
（4）当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应 为 。 A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏
IC +iC IB+iB
c b + VBE - e IE +iE RL 1k
+ vO VCC
VBB
I C I B
共射极放大电路
共射极接法电压放大作用
若 vI = 20mV ， 使 iE = 1mA。 使 iC = 0.98mA 。 (设 = 0.98) vO = -iC• RL = -0.98 V， 电压放大倍数
(3) 反向击穿电压
V(BR)CBO——发射极开路时的集电结反
向击穿电压。 V(BR) EBO——集电极开路时发射结的反 向击穿电压。 V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。 几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR) EBO
4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响
C. 前者正偏、后者也正偏 解：（1）A （2）C （3）C （4）B
2、电路如图所示，晶体管导通时UBE＝0.7V，β=50。试分析uI 为0V、1V、2V三种情况下T的工作状态及输出电压uO的值。 解：（1）当u I ＝0时，T截止， uO＝12V。 （2）当uI＝1V时，因为
u I U BE IB 60 μA Rb
∴结论(BJT放大状态下的极间电流分配）
I E I B IC
I C I E I E
I B (1 ) I E 很小
IC IB 1
4.BJT的放大作用
共基极接法：
共基极接法中,只有电压 放大，没有电流放大
电压放大
vI 很小， 设 vI = 20mV e结正偏 (设Je处于V-I特性的指数曲线段） ， iE很大
end
I C I B 3mA uO VCC I C RC 9V
所以T处于放大状态。
（3）当uI＝2V时，因为
IB u I U BE 0.26m A Rb
I C I B 13mA uO VCC I C RC 1V＜U BE
所以T处于饱和状态。 而实际上
+ vI VBB
IC +iC IB+iB
c b + VBE - e IE +iE RL 1k
+ vO VCC
共射极放大电路
vO 0.98V AV 49 vI 20mV
倒相作 用
4.1.3 BJT的特性曲线(以共射极放大电路为例)
输入特性曲线——输入回路电压、电流之间的关系曲线。
与iC的关系曲线
4.1.4 BJT的主要参数 1. 电流放大系数(3) 共基极直流 Nhomakorabea流放大系数
=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE
(4) 共基极交流电流放大系数α
α =iC/iEvCB=const.
当ICBO和ICEO很小时， ≈、 ，可以不 ≈ 加区分。
4.1.4 BJT的主要参数 2. 极间反向电流 (1) 集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。
比如 iE = -1 mA， 当 = 0.98 时，
则 iC = iE = -0.98 mA， vO = -iC• RL = 0.98 V，
电压放大倍数
vO 0.98V AV 49 vI 20mV
共射极接法
共射极接法中,既有电压 放大，又有电流放大 电流放大
+ vI -
共射极连接
2.输出特性曲线
iC=f(vCE) iB=常数
先分析iB=40A时的输出特性曲线
当vCE<1V时, 集电极收集电子的能力弱， iC随vCE的↑明显↑；
共射极连接
当vCE>1V后,
集电极已能收集几乎所有扩散到基区的电子， iC不再随vCE的↑明显↑； 特点： ∵ iB对i C有控制作用
3.结构特点
• 发射区e掺杂浓度最高；
• 基区b很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。
• 集电区c掺杂浓度低于发射区，且面积大；
这些特点使BJT不同于两个单独的PN结，而呈现出极间电流放 大作用。
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
外部条件： e结正偏，c结反偏 NPN 管: VC VB VE
(3)c结收集扩散过来的电子
∵ c 结反偏，电子漂移渡过c结 →c区→形成集电极电流 IC
IC ICN ICBO
电子扩散 电流
①
c、b间的反向 饱和电流
另有 I E I BN I CN ②
I B I BN ICBO ③
放大状态下BJT中载流子的传输过程
③代入② I E ( I B I CBO ) I CN
又BJT相当于一个广义节点（KLV）
有 I E I B IC