第三讲 三极管

c
Rc
IB
b Rb e
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)。 2. 复合和扩散 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 VBB 补充。 多数电子在基区继续扩 散，到达集电结的一侧。
1.1 双极型三极管的基本结构类型和符号
双极型晶体管分有NPN型和PNP型，虽然它们外形各异，品种繁多，但 它们的共同特征相同：都有三个分区、两个PN结和三个向外引出的电极： 发射区 基区 集电区 发射区 基区 集电区
P
发射结
N
P
集电结
发射极e
N
P
N
集电极c
发射结
基极b
集电结
PNP型
NPN型
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(2) 输出特性曲线 当IB不变时，输出回路中的电流IC与管子输出端电压UCE 之间的关系曲线称为输出特性。
先把IB调到 某一固定值 保持不变。
IC
mA UCE
根据记录可给出IC随UCE变化的 伏安特性曲线，此曲线就是晶体 管的输出特性曲线。
RC + UCC IC /mA
A
IB UBE IE
I I
C B
交流放大性能, 用β表示, 即：

IC
IB
可知：

常用：

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由上表可知：两个电流概念
（1）反向饱和电流（ICBO）: 当IE＝０时, 即发射
极开路, IC=一IB。集电结加反偏电压，引起少子
的定向运动，形成一个由集电区流向基区的电
流。
（3）穿透电流（ICEO）：基极开路, IC=IE≠０, 此
e 三极管中的两个 PN 结
基 极
b
发 射 极
e
集 电 极
c
晶体管实现电流 放大作用的内部结构条件
(1)发射区掺杂浓度很高，以便有 足够的载流子供“发射”。 (2)为减少载流子在基区的复合机 会，基区做得很薄，一般为几个 微米，且掺杂浓度极低。
发射区N 基区P
集电区N 晶体管芯结构剖面图
(3)集电区体积较大，且为了顺利 收集边缘载流子，掺杂浓度界于 发射极和基极之间。
饱和区。当发射结和 集电结均为正向偏置 时，三极管处于饱和 状态。此时集电极电 流IC与基极电流IB之 间不再成比例关系， IB的变化对IC的影响 很小。 截止区。当基极电 流IB等于0时，晶体 管处于截止状态。 实际上当发射结电 压处在正向死区范 围时，晶体管就已 经截止，为让其可 靠截止，常使UBE 小于和等于零。 IC /mA
发射结正偏，集电结反偏， IC=IB 。
对NPN型的三极管，有电位关系：UC>UB>UE；
有发射结电压UBE≈0.7V；对PNP型锗三极管，有 UBE≈0.2V,UC<UB<UE。
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(2) 饱和区 发射结正偏，集电结正偏 ，即UCEUBE ， IB>IC，UCE的值很小；称此时的电压UCE为三极管
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晶体管的电流分配关系动画演示
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三极管的电流分配关系
IE = IEN+ IEP = ICN + IBN + IEp IC = ICN + ICBO
ICBO
IC
c ICN
Rc IB
b
一般要求 I CN 在 I E 中占的比例 尽量大。一般可达 0.95 ~ 0.99。
Rb
IBN
IEP e
可见，双极型三极管并非是两个PN 结的简单组合，而是 利用一定的掺杂工艺制作而成。因此，绝不能用两个二极管 来代替，使用时也决不允许把发射极和集电极接反。
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晶体管实现电流放大作用的外部条件
(1)发射结必须“正向偏置”，以利于发射区电子的扩散，扩 散 电流即发射极电流ie，扩散电子的少数与基区空穴复合，形 成基极电流ib，多数继续向集电结边缘扩散。 (2)集电结必须“反向偏置”，以利于收集扩散到集电结边缘 的 多数扩散电子，收集到集电区的电子形成集电极电流ic。 （1）放大的偏置条件：发射结正偏，集电结反偏
c b e
b
NPN型三极管图符号
e
PNP型三极管图符号
1.2 双极型三极管的电流分配关系及放大作用
1、放大条件
以 NPN 型三极管为例讨论
c
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。
N b
表面看
P
N
b
不具备 放大作用
e
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如此不断重复上述过程，我们即可得到不同基极电流IB 对应相应IC、UCE数值的一组输出特性曲线。
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IC /mA
4 3 2.3 2 1.5 1
IB=100 A
80 A
60 A 40 A ΔIB=40 A 20 A IB=0
ΔIC
当IB一定时，从发射区扩散到基区 的电子数大致一定。当UCE超过1V以 后，这些电子的绝大部分被拉入集 电区而形成集电极电流IC 。之后即 使UCE继续增大，集电极电流IC也不 会再有明显的增加，具有恒流特性。
IEN
e
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C
IB
B
IC IB
B
C
IC
IE
E NPN
IE
E PNP
三极管的电流分配及放大关系式为：
IE=IB+IC
IC=βIB
IE=(1+β)IB
为电流放大倍数，其范围约为：20~200。
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一组三极管电流关系典型数据
IB/mA -0.001 IC/m A 0.001 0 0.10 0.10 0.01 1.01 1.02 0.02 2.02 2.04 0.03 3.04 3.07 0.04 4.06 4.10 0.05 5.06 5.11
UCE / V
0
当IB增大时，相应IC也增大，输出特性曲线上移， 且IC增大的 幅度比对应IB大得多。这一点正是晶体管的电流放大作用。 从输出特性曲线可求出三极管的电流放大系数β。
由此可得：微小的基极电流IB可以控制较大的集电极电流 IC，故双极型三极管属于电流控制器件。
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输出特性曲线上一般可分为三个区：
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1.3 双极型三极管的特性曲线
所谓伏安特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线， 是三极管内部载流子运动的外部表现。从工程应用角度来看 ，外部特性更为重要。
(1) 输入特性曲线 以常用的共射极放大电路为例说明 （ UCE为常数时，IB和UBE之间的关系） IB /A
令UBB从0 开始增加 UCE为 0时 UCE=0时的输 入特性曲线
电流称为集电极－发射极的穿透电流, 用ICEO表
示。
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1. 发射区向基区扩散电子的过程
由于发射结处正偏，发射区的多数载流子自由电子将不断扩散 到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。
2. 电子在基区的扩散和复合过程
由于基区很薄，且多数载流子浓度又很低，所以从发射极扩散过 来的电子只有很少一部分和基区的空穴相复合形成基极电流IB，剩 下的绝大部分电子则都扩散到了集电结边缘。
三极管
半导体三极管是最重要的半导体器件，是电 子电路中的核心器件，被广泛应用到了各种电子 线路中，是电子线路的灵魂。
本节主要介绍双极性三极管的结构、特点及电流分 配关系，输入输出特性。
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1 双极型半导体三极管
三极管是组成各种电子电路的核心器件。通过一定的制造工艺，将两 个PN结结合在一起，是三极管具有放大作用。三极管的产生使PN结的 应用发生了质的飞跃。
IE/mA 0
1. 任何一列电流关系符合 IE = IB + IC，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 3. 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 4.在表的第二列数据中， I B = 0时，IC = 0.01 mA = ICEO， 称为穿透电流 14/60
+
RB UBB
IB
然后调节UCC使UCE从0增 大，观察毫安表中IC的变 化并记录下来。
0
UCE / V
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再调节IB1至 另一稍小的 固定值上保 持不变。
IC
mA
RC UCE + UCC
当UCE增至一定数值时(一般小于1V) ，输出特性曲线变得平坦，表明IC基 本上不再随UCE而变化。
A
IB UBE IE
IC /mA
IB IB1 IB2 IB3 IB=0
+
RB UBB
仍然调节UCC使UCE从0增 大，继续观察毫安表中IC 的变化并记录下来。 输出曲线开始部分很 陡，说明IC随UCE的增 加而急剧增大。
0
UCE / V
根据电压、电流的记录值可绘 出另一条IC随UCE变化的伏安特性 曲线，此曲线较前面的稍低些。
IB
UCE =0V UBE
RC + 令UCC
为0
+
RB UBB
IE=IB
UCC
0 UBE /V
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让 U =0.5V 让 U =1V CE CE 令UBB 重 新从0开 始增加
IB /A
UCE=0.5V的 UCE=1V的 特性曲线 特性曲线 UCE>1V的 特性曲线
IC U =0.5V U =1V CE CE UBE
NPN和PNP两种三极管具有相同的电流特性：