项目1 1.3半导体三极管

1.3 半导体三极管

复习提问：

1、二极管的伏安特性是什么？

2、说出二极管有哪些主要参数？

导入新课：

单个的PN结，具有单向导通特性，加正向电压导通，加反向电压截止。利用这一特点，给一个PN结加上相应的外引线，然后用塑料、玻璃或铁皮等材料做外壳封装就成为最简单的二极管。如果两个PN结在一起会有什么样的特性？本节课就要研究两个PN结的三极管的特性及应用。三极管是由两个PN结、三个电极组成，这两个结靠的很近，工作时相互联系、相互影响，表现出两个单独的PN结完全不同的特性，与二极管相比，其功能完全不同，在电子电路中得到了广泛的应用。

新课内容：

一、三极管的结构和类型

1.晶体三极管的结构

晶体管三极管是由形成两个PN结的3块杂质半导体组成，因杂质半导体仅有P、N型两种，所以三极管的组成形式只有NPN型和PNP型两种。其结构和符号如图所示：

图1.3.1 三极管结构示意图和表示符号

三个区：集电区、基区、发射区

二个结：集电结、发射结

三个电极：集电极、基极、发射极

内部结构要求：发射区杂质浓度高；基区很薄且杂质浓度很低；集电区面积大于发射区面积。

注意：NPN型和PNP型表示符号的区别是发射结的箭头方向不同，它表示发射结正向偏置时的电流方向。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。

2.晶体管三极管的类型

三极管如按结构可分为NPN型和PNP型；按所用的半导体材料可分为硅管和锗管；按功率可分为大、中、小功率管；按频率特性可分为低频管和高频管等。实际使用中采用NPN型晶体管较多。以下的讨论以NPN晶体管为例，所得结论对于PNP型晶体管同样适用。

二、三极管的电流分配和放大作用

1.晶体管实验电路

为了定量地分析晶体管的电流分配关系和放大原理，下面先介绍一个实验，实验电路如图1.3.2所示。

加电源电压U BB时发射结承受正向偏置电压，

而电源U CC>U BB，使集电结承受反向偏置电压，这

样可以使晶体管能够具有正常的电流放大作用。

图1.3.2 三极管实验电路改变电阻R B，基极电流I B、集电极电流I C和发射极电流I E都会发生变化，表1.3.1为实验所得一组数据。

表1.3.1 三极管各极电流实验数据

I B/μA 0 20 30 40 50 60

I C/mA ≈0 1.4 2.3 3.2 4 4.7

I E/mA ≈0 1.42 2.33 3.24 4.05 4.76

I C/ I E0 70 76 80 80 78

得到以下结论：

1）I E＝I B＋I C，三个电流之间的关系符合基尔霍夫电流定律。

2）I C≈I E，三极管的电流放大作用的实质是以很小的I B控制较大的I C β＝△I C／△I B=80

β称为晶体管电流放大系数，它反映晶体管电流放大能力，也可以说电流

I E对I C的控制能力。

2.晶体管内部载流子的运动规律

1）发射区向基区发射电子的过程

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 I E (基区多子数目较少，空穴电流可忽略)。

2）电子在基区的扩散和复合过程

电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流 I bn，复合掉的空穴由 V BB补充。多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。

3）电子被集电区收集的过程

集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流 Icn。

图1.3.3 三极管内部载流子运动规律

三、晶体三级管的特性曲线 1.输入特性曲线

i B =f (u BE )∣ U CE=常数

在放大区，硅管的发射结压降U BE 一般取0.7V ，锗管的发射结压降U BE 一般取0.3V 。

（a ）输入特性曲线 （b ）输出特性曲线

图1.3.4 三极管的输入输出特性曲线

2.输出特性曲线

i C =f (u CE

)∣ I B =常数 1）放大区

条件：发射结正偏，集电结反偏。 特点：I C ＝βI B ，I C 仅由I B 决定。 2）截止区

条件：两个PN 结均反偏。 特点：I B ＝0、I C ＝I CEO ≈0，无放大作用。 3）饱和区

条件：两个PN 结均正偏。

特点：U CE ≤1V ，有I B 和I C ，但I C ≠βI B 。I C 已不受I B 控制，无放大作用。 四、晶体三级管的主要参数

1.电流放大系数β

直流放大系数为

交流放大系数

2.集电结反相饱和电流I CBO

是指三极管发射极开路，集电极与基极之间加反相电压时产生的电流，也称三极管的集电结反相饱和电流。它是由集电结处于反相偏置状态时，集电区和基区中少数载流子的漂移所形成的电流，随着温度的升高而增大，影响晶体管工作的稳定性，通常I CBO 越小越好。

3.穿透电流I CEO

也称集电极-发射极反相饱和电流，是指基极开路，集电极与发射极之间加电压时的集电极电流，由于这个电流由集电极穿过基区流到发射极，故称为穿透电流。

4.集电极最大允许电流I CM

指晶体管正常工作时集电极不能超过的最大电流。若I C 超过一定数值，β值会下降。一般将β下降到正常值的所对应的I C 值记为I CM ，当时，

32CM C I I >管子性能会变差，甚至会损坏。

5.集电极最大允许耗散功率P CM

指三极管集电结上允许损耗的最大功率值。当集电极电流流过集电极时，产生的功耗使结温升高，结温太高会烧毁管子，故要求。

CM C P P >6.反向击穿电压U (BR)CEO

指基极开路时，集电极与发射极之间的最大允许电压。使用时若超过该值，管子性能会变差，甚至损坏。 五、复合晶体管

复合晶体管是把两个或两个以上的三极管按一定连接方式组成的一个三端子复合器件，使之等效为一个晶体管，简称复合管。

小结：

本次课的主要内容：

✓ 晶体三极管的结构、类型及工作原理； ✓ 晶体三极管的特性曲线及主要参数； ✓ 三极管的电流分配及放大作用