三极管

N
E EB
PNP VB<VE VC<VB
EC
第一章 半导体二极管、三极管
晶体管放大的条件
发射区掺杂浓度高 1.内部条件 基区薄且掺杂浓度低 I B
集电结面积大 2.外部条件 发射结正偏 集电结反偏
RB
mA A
IC
mA
C B
3DG6
E
IE
EC
晶体管的电流分配和 放大作用
电路条件: EC>EB 发射结正偏 集电结反偏
基极开路
第一章 半导体二极管、三极管
三、极限参数
1. 集电极最大允许电流 ICM
集电极电流 IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值 的三分之二时的集电极电流即为 ICM。 2.反向击穿电压
（1） 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO 当集—射极之间的电压UCE 超过一定的数值时，三极管就会被击穿。 手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR) CEO。基极开 路时 C、E极间反向击穿电压。 （2）集电极－基极反向击穿电压U(BR)CBO — 发射极开路时 C、B极间 反向击穿电压。 （3）发射极－基极反向击穿电压U(BR)EBO — 集电极开路时 E、B极间反 向击穿电压。
第一章 半导体二极管、三极管
一、输入特性
iC
iB f (uBE ) u
uCE 0
iB
RB + + uBE

CE常数
与二极管特性相似
RB +

B + RC + 输出 RB E uCE 输入 回路 + uBE + EC 回路 EB IE

iB
C
iB
EB

EB
uCE 0 uCE 1 V
B RB
IBE E IE
P
进入P 区的电 E B 子少部分与基区 的空穴复合，形 成电流IBE ，多 数扩散到集电结。
N 发射结正偏， 发射区电子不断 向基区扩散，形 成发射极电流IE。
第一章 半导体二极管、三极管
IC = ICE+ICBO ICE IB = IBE- ICBO IBE
ICE 与 IBE 之比称为共 发射极电流放大倍数
晶体管在输出特性 曲线的饱和区工作 时，其电流放大系 数是否也等于β？
学习与探讨
晶体管的发射极 和集电极能否互 换使用？为什么?
晶体管在输出特性曲线的饱 和区工作时，UCE<UBE，集电结 也处于正偏，这时内电场大大削 弱，这种情况下极不利于集电区 收集从发射区到达基区的电子， 因此在相同的基极电流IB时，集 电极电流IC比放大状态下要小很 多，可见饱和区下的电流放大倍 数不再等于β。
第一章 半导体二极管、三极管 （2）截止区
IB < 0 以下区域为截止区，有 IC 0 。 在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置， 晶体管工作于截止状态。 IC(mA ) （3）饱和区 饱 100A 4 当UCE UBE时，晶体管工 和 作于饱和状态。 80A 区 3 在饱和区，IB IC，发射 60A 结处于正向偏置，集电结也 2 40A 处于正偏。 20A 深度饱和时， 1 IB=0 硅管UCES 0.3V， O 3 6 9 12 U (V) 锗管UCES 0.1V。 CE 截止区
A
IC
mA
+
+
V UCE 输出回路 –
+
–
RB
V UBE 输入回路 – + – EB
EC
共发射极电路
发射极是输入回路、输出回路的公共端
第一章 半导体二极管、三极管 1. 输入特性
I B f (U BE ) U
CE 常数
特点:非线性 IB(A)
80
60
UCE1V
40
20
O
正常工作时发射结电压： NPN型硅管 UBE 0.6~0.7V PNP型锗管 UBE 0.2 ~ 0.3V
Q1
3
6
9
在以后的计算中，一般作近似处理： =
80A 由 Q1 和Q2点，得 60A Δ IC 40A 2.3 1.5 40 20A Δ I B 0.06 0.04 IB=0 12 U (V)
CE
I 1.5 37.5 I 0.04
C B
第一章 半导体二极管、三极管
第一章 半导体二极管、三极管
3、 集电极最大允许耗散功耗PCM ：PCM取决于三极管允许的 温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。 IC PC PCM =IC UCE ICM 硅管允许结温约 为150C，锗管约 ICUCE=PCM 为7090C。
由三个极限参数可 画出三极管的安全 工作区 安全工作区
O
U(BR)CEO
UCE
第一章 半导体二极管、三极管 晶体管参数与温度的关系 1、温度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管优
于锗管。
2、温度每升高 1C，UBE将减小 –(2~2.3、温度每升高 1C， 增加 0.5%~1.0%。
第一章 半导体二极管、三极管
由两块N型半导体中间夹着一块P型半导体的管子称为NPN管。 还有一种与它成对偶形式的，即两块P型半导体中间夹着一块N型半 导体的管子，称为PNP管。晶体管制造工艺上的特点是：发射区是 高浓度掺杂区，基区很薄且杂质浓度底，集电结面积大。这样的结 构才能保证晶体管具有电流放大作用。
第一章 半导体二极管、三极管 三层半导体材料构成NPN型、PNP型
第一章 半导体二极管、三极管
1.3.4 主要参数 表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数 也是设计电路、选用晶体管的依据。 一. 共发射极电流放大系数 当晶体管接成发射极电路时， 直流电流放大系数
___

交流电流放大系数
IC IB
Δ IC ΔI B
注意：
的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且 和
EB
实验电路
第一章 半导体二极管、三极管
2. 各电极电流关系及电流放大作用 IB(mA) IC(mA) IE(mA) 结论:
0
0.02
0.04 1.50 1.54
0.06 2.30 2.36
0.08
3.10 3.18
0.10
3.95 4.05
<0.001 0.70
<0.001 0.72
1）三电极电流关系 2） IC IB ， IC IE 3） IC IB
忽略I CEO ，有 I C I B (常用公式)
第一章 半导体二极管、三极管
1.3.3 特性曲线 即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流 子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路 的依据。
为什么要研究特性曲线： 1）直观地分析管子的工作状态
2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路 重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线
第一章 半导体二极管、三极管
C
二、类型
B
P N P E
按材料分： 硅管、锗管 按结构分： NPN、 PNP 按使用频率分： 低频管、高频管 按功率分： 小功率管 < 500 mW 中功率管 0.5 1 W 大功率管 > 1 W
C
B
PNP 型
E
第一章 半导体二极管、三极管
集电极 C 符号：
NPN型
集电极 C 基极 B
collector
N
base
发射极 E
P N
— 集电区 集电结 发射区：作用：发射载流子 — 基区 特点：掺杂浓度高 发射结 — 发射区 基区：作用：传输载流子 特点：薄、掺杂浓度低 集电区：作用：接收载流子 特点：面积大
各区主要作用及结构特点：
emitter
C
符号
B
NPN 型
E
IE = IB + IC
把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性 称为晶体管的电流放大作用。 实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化。
晶体管的电流放大原理： 1、发射区向基区扩散电子的过程： 第一章 半导体二极管、三极管 由于发射结处于正向偏置，发射区 的多数载流子自由电子将不断扩散到基 IC 区，并不断从电源补充进电子，形成发 RC N 射极电流IE。
N P N
发射极 E
集电极
基极 B
NPN型三极管
C
发射极 P N P E C 基极 B PNP型三极管
C IC
PNP型
IC B
IB
B
IB
E
IE
E
IE
第一章 半导体二极管、三极管
1. 3. 2 电流分配和放大原理 1. 三极管放大的外部条件 发射结正偏、集电结反偏 从电位的角度看： NPN 发射结正偏 VB>VE 集电结反偏 VC>VB C N B RB 发射结正偏 集电结反偏 P RC
发射极 开路 – ICBO A EC
二、极间反向饱和电流
1.集-基极反向截止电流 ICBO
+
ICBO是由少数载流子的漂移 运动所形成的电流，受温度 的影响大。 温度ICBO
2.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEO – + A
IB=0
ICEO
ICEO受温度的影响大。 温度ICEO，所以IC也相应 增加。三极管的温度特性较差。
uBE
uCE 0
O
特性右移(因集电结开始吸引电子，同一UBE下IB小) Si 管: (0.6 0.8) V Ge管: (0.2 0.3) V 取 0.7 V 取 0.2 V
uCE 1 V 特性基本重合(电流分配关系确定)
导通电压 UBE
第一章 半导体二极管、三极管 测量晶体管特性的实验线路 IB
C IC ICBO
IB
B RB EB IBE
ICE
N P N EC
I CE I C I CBO I C I BE I B I CBO I B
E I E
I C I B (1 ) I CBO I B I CEO
若IB =0, 则 IC ICE0 集－射极穿透电流, 温度ICEO
第一章 半导体二极管、三极管
输出特性
IC(mA ) 4 3 2 1 O
I C f (UCE ) I
B 常数
输出特性曲线通常分三个工作区：
(1) 放大区
100A
在放大区有 IC= IB ， 也称为线性区，具有恒 80A 流特性。 60A 放大区 在放大区，发射结处 40A 于正向偏置、集电结处 20A 于反向偏置，晶体管工 IB=0 3 6 9 12 U (V) 作于放大状态。 CE
晶体管的发射极和集电 极是不能互换使用的。因为 发射区的掺杂质浓度很高， 集电区的掺杂质浓度较低， 这样才使得发射极电流等于 基极电流和集电极电流之和 ，如果互换作用显然不行。
IB P
实验表明： IC比IB大数十至数百倍，因而IB虽然很小，但对IC有 控制作用，IC随IB的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引 起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极电流具有小量 控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。
第一章 半导体二极管、三极管
集电结反偏， 有少子形成的反 向电流ICBO。 基区空穴 向发射区的 扩散可忽略。 C ICBO ICE N 从基区扩散来的 电子作为集电结 的少子，漂移进 入集电结而被收 集，形成ICE。 EC
常用晶体管的 值在20 ~ 200之间。
ICE0 较小的情况下，两者数值接近。
第一章 半导体二极管、三极管
例：在UCE= 6 V时， 在 Q1 点IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 点IB=60 A, IC=2.3mA。 在 Q1 点，有 IC(mA ) 4 3 2 1 0
100A Q2
2、电子在基区的扩散和复合过程： UCC 由于基区很薄，其多数载流子空穴 RB 浓度很低，所以从发射极扩散过来的电 N 子只有很少一部分和基区空穴复合，剩 UBB IE 下的绝大部分都能扩散到集电结边缘。 3、集电区收集从发射区扩散过来的电子过程： 由于集电结反向偏置，可将从发射区扩散到基区并到达集电 区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流IC。
0.4
0.8
UBE(V)
死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。
第一章 半导体二极管、三极管
IC
二、输出特性
IB
B常数
mA
iC f ( uCE ) i
iC / mA
4
C B
3DG6
A
+
E
V
RC EC
RB 50 µ A 40 µ A 30 µ A 20 µ A EB
uCE

3
2
1
O 2 4
1.调整RB使基极电流为某 一数值。 10 µ A 2.基极电流不变，调整EC IB = 0 6 8 uCE /V 测量集电极电流和uCE 电压。
第一章 半导体二极管、三极管
1.3
半导体三极管
三极管也叫双极型晶体管
第一章 半导体二极管、三极管
1.3.1结构与符号
由三层半导体、两个PN结构成 二氧化硅 E B 保护膜
E
P
铟球
N型硅 P型硅
N型锗
N型硅
B
P
铟球
C
C
发射极
第一章 半导体二极管、三极管
基极
集电极
晶体管有两个结 晶体管有三个区 晶体管有三个电极