半导体二极管和晶体管(1)

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4.3.2 晶体管的电流放大原理
（以NPN管为例）
1、放大状态下晶体管中载流子的运动
BJT 处于放大状态的条件： 内部条件：
发射区重掺杂(故管子e、 c极不能互换) 基区很薄(几个m) 集电结面积大 外部条件： 发射结正偏 集电结反偏
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对晶体管 发射区的作用是：向基区注入载流子； 基区的作用是：传送和控制载流子； 集电区的作用是：收集载流子。
4.3 晶体管
晶体三极管又称为半导体三极管、双极型 晶体管，简称晶体管。是电子电路主要的有源 器件，可用来放大、振荡、调制等。
几种常见晶体管的外形
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4.3.1 晶体管的结构及其类型
晶体三极管的结构示意图如下图所示。 它有两种类型:NPN型和PNP型。
发射结
集电结
符号中发射极上的箭 头方向，表示发射结 正偏时电流的流向。
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3）集电极—发射极间的反向击穿电压U(BR)CEO
U(BR)CEO指基极开路时，集电极—发射极间的 反向击穿电压。
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作业：4.15 现测得放大电路中两只管子两个电极的 电流如图4.15所示。分别求另一电极的电流，标出其 方向，并在圆圈中画出管子，且分别求出它们的电 流放大系数β。
当三极管在电路中处于放大状态时
发射结处于正向偏置，且对于硅管 |VBE|=0.7V，锗管|VBE|=0.3V；
集电结处于反向偏置，且|VCB|＞1V；
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NPN管集电极电位比发射极电位高， PNP管集电极电位比发射极电位低。
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例 题
一个BJT在电路中处于 正常放大状态，测得A、 B和C三个管脚对地的直 流电位分别为6V，0.6V， 1.3V。试判别三个管脚 的极名、是硅管还是锗 管？NPN型还是PNP型？
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截止区 iC
※若不计穿透电流ICEO， 有iB、iC近似为0；
c ICBO
b
♀三个电极的电流都很 R iB
B
小，三极管类似于一
IEBO
N
R C
P 15V UCC
N
个开关“断开”。 UBB
e iE
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图2-7 截止区载流子运动情况
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如何判断三极管的电极、管型和材料
对 NPN管 UC ＞ UB＞ UE
对 PNP管 要求 UC ＜ UB ＜ UE
UB
UC
UB
UC
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UE
UE
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2、电流分配关系
晶体管三个电极上的电流与内部 载流子传输形成的电流之间有如下关系：
c ICBO
IC
ICN N
IE IEN IEP IBN ICN IEP IB IBN IEP ICBO IC ICN ICBO
管内载流子的运动情况如下图所示。
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2021在/3三/6集极电另管结外内23上,有.基电集1两存为.区发子电种在双集射在区载极漂电流区基收型移区子向区集三运参本极基中扩动与身管区的散，导，存注扩过电由记在入散来，此为的电故与的B形少J称子复T电成此子合子电种，流三极ICB管O 8
外加偏置电压要求
(2) 1> uCE >0时，uCE↑，曲线右移，特别工作在饱和区时，移动量 更大。
（3）当 vCE>1V以后，由于集电结的反偏电压可以在单位时间内将 所有到202达1/3/集6 电结边上的载流子拉到集电极，故iC不随vCE变化，19所 以同样的vBE下的 iB不变，特性曲线几乎重叠。
么么么么方面
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iC/mA
uCE＝uBE 4
IB＝40¦ÌA
饱3 和 区2
放 30¦ÌA
大 20¦ÌA
区
10¦ÌA
1
0¦ÌA iB＝－ICBO
0
5
10
15
uCE/V
截止区
共射输出特性曲线
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一、放大区 饱 和
★发射结正向偏置，区 集电结反向偏置
iC/ mA uCE＝uBE
4 放
截止区
IC
c ICN N
IBN
P
N IEN e IE
RC UCC
图2-6 饱和区载流子运动情况
（1） iB一定时，iC比放大时要小
三极管的电流放大能力下降，通常有iC<βiB
（2）uCE 一定时iB增大，iC基本不变
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饱和区
饱
饱和压降UCE(sat)：
和 区
饱和时，集电极和发射
极之间的电压
• Sds绝对是假的
2 共射极输出特性曲线
共射组态晶体管的输出特性： 它是指一定基极电流IB下，三极管的输出 回路集电极电流IC与管压降UCE之间的关 系曲线。
iC f uCE iB 常数
典型的共射输出特性曲线如图所示。由 图可见，输出特性可以划分为三个区域， 对应于三种工作状态。现分别讨论如下。
输入特性曲线
输出特性曲线
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下面以共射极电路为测试电路
RC
＋
iC mA
－
RB
iB
μA
＋＋
UCC
UBB
uBE V
V uCE
－－
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RC
1 共射极输入特性曲线
＋
iC mA
RB
iB
－
共管射的组输态入晶特体性：UBB
μA
＋＋
UCC
uBE V
V uCE
－－
它的是基指极一电定流集IB与电发极射和结发电射压极U电BE压之U间CE的下关，系三曲极线管。
VC 1.3V ,VB 0.6V
VC VB 1.3 0.6 0.7V
A －集电极 VA 6V VB ,VC
管子为NPN管
C－基极，B－发射极
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4.3.4 晶体管的主要参数
晶体管的参数是 用来表征晶体管 性能优劣适应范 围的，是选管的 依据，共有以下 三大类参数。
电流放大系数 极间反向电流 极限参数
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晶体管在电路中的连接方式
iB
b 输入 回路
iC
c
输出 回路
iB b
iE
e
iE
e
iC c
e
(a)共发射极
c
(b)共集电极
b
(c)共基极
晶体管的三种基本接法（组态）
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晶体管的特性曲线
概 念 特性曲线是 指各电极之 间的电压与 电流之间的 关系曲线
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(b) 电路符号
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4
P
c
集电区 集电极
发射区
b ＊基极结构特点
(a)
c 1、三区两c 结 2、基b 区很薄
发射结 集电区
e
b
N＋
P
N型外延 N＋衬底
绝S缘i O层2
集电结 基区
3、e区重掺杂
e NP N
c区轻PN掺eP 杂
(b) b区掺杂最轻
c
图：平面管(c结) 构剖面图
4、集电区的面积则比发射区做得大，这是三 极管实现电流放大的内部条件。
IB＝40A
30A 20A
10A 0A iB＝－ICBO
10
15
uCE/ V
截止区
临界饱和：uCE=uBE，uCB=0(集电结零偏)
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iC/ mA
饱 和
4
区
3
uCE＝uBE 放
大
2
区
1
0
5
IB＝40A
I C1
30A
b
20A
IB
10A
RB
0A iB＝－ICBO
IEP
UBB 10 15 uCE/ V
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IC
IB
IC c
ICBO
ICN
N
b
IBN
P
IB
N IEN e IE
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1、直流电流放大系数
共射极直流电流放大系数 反映扩散到集电区的 电流ICN与基区复合电流IBN之间的比例关系，
ICN IC I CBO
I BN I B ICBO
一般
20 ~ 200
含义：基区每复合一个电子，就有个
（emitter） e
N
P
N （collecctor ）
c
发射极 发射区 基区 集电区 集电极
b
NPN
b（base）
e
基极
(a) NPN管的原理结构示意图 (b) 电路符号
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晶体管的结构
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符号中发射极上的箭 头方向，表示发射结 正偏时电流的流向。
c b
PNP
e
(a) PNP型三极管的原理结构
电子扩散到集电区去。
若忽略 ICBO , 则
IC
IB
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2、共射交流放大系数
iC
iB
常认为：
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4.3.3 晶体管的特性曲线
• 晶体管伏安特性曲线是描述晶体管各极电 流与极间电压关系的曲线，它对于了解晶体管 的导电特性非常有用。晶体管有三个电极，通 常用其中两个分别作输入、输出端，第三个作 公共端，这样可以构成输入和输出两个回路。 实际中，有下图所示的三种基本接法(组态)， 分别称为共发射极、共集电极和共基极接法。 其中，共发射极接法更具代表性，所以我们主 要讨论共发射极伏安特性曲线。
3 大
2
区
1、基极电流 iB 对集电 1
极电流 iC 的控制作用 0
5
很强
IB＝40A
30A 20A
10A 0A iB＝－ICBO
10
15
uCE/ V
截止区
IC
I B
uCE 常数
在数值上近似等于β
问题：特性图中β=？ β=100
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放大区
2、uCE 变化时, iC 影响很小（恒 流特性）
Fra Baidu bibliotek
• UCE(sat) = 0.3V （小功率Si管） ；
• UCE(sat) = 0.1V （小功率Ge管） 。
iC/ mA uCE＝uBE
4 放
3 大
2 区
1
0
5
IB＝40A
30A 20A
10A 0A iB＝－ICBO
10
15
uCE/ V
截止区
（3）三极管的集电极和发射极近似短接，三极管 类似于一个开关“导通”。
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3、截止区 饱 和 区
★发射结和集电结 均反向偏置
iC/ mA uCE＝uBE
4 放
3 大
2 区
1
0
5
IB＝40A
30A
20A
10A 0A iB＝－ICBO
10
15
uCE/ V
截止区
iB =-iCBO （此时iE =0 ）以下称为截止区。 工程上认为：iB =0 以下即为截止区。
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一、电流放大系数
1、共射直流放大系数
IC
IB
2、共射交流放大系数 iC
iB
常认为：
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• 二、
• 1集电极—基极反向饱和电流ICBO • ICBO指发射极开路时，集电极—基极间
的反向电流，称为集电极-基极反向饱 和电流。
• 2集电极—发射极反向饱和电流ICEO • ICEO指基极开路时的集电极电流，称
iC/ mA
uCE＝uBE
饱 和
4
区
放
3
大
2
区
1
0
5
IB＝40A
30A 20A
10A 0A iB＝－ICBO
10
15
uCE/ V
截止区
即： iC 仅决定于iB ，与输出环 路的外电路无关。
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2、饱和区
iC/ mA uCE＝uBE
饱 和
4
区
放
★发射结和集电
3
大
结均正向偏置
2
区
1
0
5
iB f (uBE ) uCE 常数
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iB/μA UCE＝0 UCE≥1
90
IC
c
I C1
ICN
N
60
b
IB
30
RB
0 0.5 0.7 0.9 uBE/V UBB
IEP
IBN
P
N IEN e IE
RC UCC
(1) 当vCE=0V时，晶体管相当于两个并联二极管，i B 很大，曲线明显左移。
为集电极穿透电流。
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3、晶体管的极限参数
1） 集电极最大允许电流ICM 三极管正常工作时集电极所允许的最大工作电流， 一般指β下降到正常值的2/3时所对应的集电极电
流。
2） 集电极最大允许耗散功率PCM
※ PCM 表示集电极上允许损耗功率的最大值。 超过此值就会使管子性能变坏或烧毁。 PCM值与环 境温度有关，温度愈高，则PCM值愈小。
β ＝100，β ＝50
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作业：4.16 测得放大电路中六只晶体管的直流电位如 图4.16所示。在圆圈中画出管子，并说明它们是硅管 还是锗管。
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作业：4.17 电路如图所示，晶体管导通时
，β=50。试分析
为0V、1V、3V三种情况下T 的工作状态及输 出电压的值。
IEP :基区向发射区扩散所
b IB RB
UBB
IBN
IEP e
P
N IEN IE
形成的空穴电流(很小)
IC
IB b
c
:集电区与基区之间的漂移运动
e
所形成的电流(很小)
IE
RC
15V UCC
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晶体管是流控元件
晶体管的主要功能：
电流控制
（基极电流控制集电极 电流）
电流放大 （放大的比例关系一定）
，
1截至，2放大，3饱和
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