第4讲晶体三极管

结构特点：内部条件
• 发射区的掺杂浓度最高；
• 集电区掺杂浓度低于发射 区，且面积大；
• 基区很薄，一般在几个微 米至几十个微米，且掺杂 浓度最低。
++
管芯结构剖面图
基区很薄(几微米~几十微米) 发射区掺杂浓度最大
集电区的面积最大
C 集电极
集电结
N
B
P
基极
N
发射结
E
发射极
集电区： 面积较大
基区：较薄， e b 掺c 杂浓度低
4.1.1 BJT结构简介
1. NPN型
集电极 c
N
基极 b
P
N
vCEvCBvBE 发射极 e
集电区 集电结
基区 发射结
发射区
c
b e
符号
4.1.1 BJT结构简介
1. PNP型 集电极 c
集电区
基极 b
NP NN
P
集电结
c
基区
发射结 b
发射区
e
发射极 e
符号
vCEvCBvBE
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
___IIC B
1.5 37.5 0.04
IC 2.31.5 40
IB 0.06 0.04
在以后的计算中，一般作近似处理： =
2.集-基极反向截止电流ICBO
ICBO A
ICBO是集 电结反偏 由少子的 漂移形成 的反向电 流，受温 度的变化 影响。
3. 集-射极反向截止电流ICEO
集电结反 ICEO= (1+ ) ICBO
三极管内有两 种载流子(自 由电子和空穴) 都参与导电，
故称为双极型 三极管BJT 。
外部条件：
• 发射结正偏，集电结反偏
只有同时满足上述内部条件和外部条件下才能实现电流放 大
载流子运动的动画演示
电流放大作用
IE=IB+ IC
电流分配关系
动画演示：
• 基极电流传输系数： i C iE
• 集电极电流放大系数： i C
• 必定导致结温 上升，所以PC 有限制。
PCPCM
安全工作区
ICUCE=PCM
U(BR)CEO
UCE
7. 特征频率fT
电流放大系数下降到1时的信号频率称为 特征频率。
4.1.4 BJT的主要参数
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
练习.3
发射区N 发射结
Pc
bP
bN
Ne
e 发射极 Pe
NPN电路符号
PNP电路符号
外部条件
• 发射结正偏，形成反射区的多子扩散 • 集电结反偏，集电区收集从反射区扩散集电结边缘载流子，
对于集电区来讲属于少子的性质，“少子”在反偏电压下飘 移到集电区或者讲被收集到集电区。
放大状态下BJT中载流子的传输过程
临界饱和（虚线）
共射极连接
放大：发射结正偏，集电结反偏 vBE vTH ,vCE vBE
饱和：发射结正偏，集电结正偏 vBE vTH ,vCE vBE
截止：发射结反偏，集电结反偏 vBE vTH ,vCE vBE
倒置：发射结反偏，集电结正偏
练习：测量某硅BJT各电极对地的电压值如下，试判别 管子工作在什么区域。
或反偏电压很小。 IB IC
放大区：特征－IC平行于VCE轴 该区域内，曲线基本平行等距。
此时，发射结正偏，集电结反偏。
vCEvCBvBE
IB IC
截止区：特征－IC接近零 该区域相当IB=0的曲线下方。 此时，发射结反偏或正偏电压很小， 集电结反偏。 IB IC 0
vCEvBE(vCB0V)
iCSiBS
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
图 1 温度对晶体管输入特性的影响
三、温度对输出特性的影响
2CW6.2， 2CZ11 ，2CP10（3DG6，3DG12）
No Image
4.1.6 三极管的型号
国家标准对半导体三极管的命名如下:
3 D G 110 B
用字母表示同一型号中的不同规格
用数字表示同种器件型号的序号
用字母表示器件的种类
用字母表示材料 三极管
第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管
集电结反向偏置
临界饱和（虚线）
共射极连接
放大：发射结正偏，集电结反偏 v B E v T,v H C E v B;iE C iB
饱和：发射结正偏，集电结正偏 v B E v T,v H C E v B ;iE C iB
截止：发射结反偏，集电结反偏 v B E v T,v H C E v B ;iB E 0 ,iC 0
集电子，基区复合减少，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。
工作在放大状态的条件： vCE≥1V
共射极连接
4.1.3 BJT的V-I 特性曲线
动画演示
2. 输出特性曲线 iC=f(vCE) iB=const
饱和区：特征－IC明显受VCE控制 该区域内，一般VCE＜1V(硅管)。 即处于发射结正偏，集电结正偏
集电结反向偏置
！倒置状态 发射结反向偏置，集电结正向偏置
4.1.3 BJT的V-I 特性曲线
动画演示
1. 输入特性曲线
（以共射极放大电路为例）
iB=f(vBE) vCE=const
(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 (2) 当vCE≥1V时， vCB= vCE - vBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收
温度升高使IC增加
4.1.5 温度对晶体管特性及参数的影响
一、温度对ICBO的影响 实验证明，温度每升高10℃， ICBO增加约一倍； 反之，当温度降低时ICBO减小。另外，硅管比锗 管受温度的影响要小得多。 二、温度对输入特性的影响
实验证明，温度每升高1℃， uBE大约下降2～ 2.5mV。对特性曲线的影响如图1.3.8所示。
前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的
公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共
集接法。共射直流电流放大倍数：
___
IC
IB
工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在
直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，
相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放
大倍数为：
IC IB
例：VCE=6V时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。
iB
1
和 与管子的结构尺寸和掺杂浓度有 关。一般 = 0.90.99 ， >> 1。
是所加信号频率的函数，信号频率高 到一定程度时， 不但数值下降，且产 生相移，使 数值下降到1的信号频率称
为特征频率fT。
3. 放大作用
共基极放大电路
若 vI = 20mV 使 iE = -1 mA， 当 = 0.98 时，
uCE 1V PCMiCuCE
5.集-射极反向击穿电压
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。
6. 集电极最大允许功耗PCM
• 集电极电流IC 流过三极管，
所发出的焦耳
IC ICM
热为：
PC =ICUCE
双极型三极管
在一块半导体基片上加工两个PN结,它们的物理性质 将发生质的变化,可以制造成为三极管,具有电流放大 作用.
半导体三极管
• 外形
4.1.1 BJT的结构简介
(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管
4.1.1 BJT结构简介
1. 三极管的构造核心：一块有两个相互联系的 PN结单晶；示意图如下
1、优先满足 PC<=PCM
2、其次满足 IC<=ICM
V <=I CE
（BR）CEO
正常工作时要同时满足：电流、电压、功率都不能超过 最大允许的数值
半导体二极管的型号
国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：
2AP9
用数字代表同类器件的不同规格。 代表器件的类型，P为普通管，Z为整流管，K为开关管。 代表器件的材料，A为N型Ge，B为P型Ge， C为N 型Si， D为P型Si。 2代表二极管，3代表三极管。
3DD101D 5A
5A 300 250 4
3DK100B 100 30 25 15
3DKG23 250W 30A 400 325
I C BO μA
≤6 ≤6 0.1 0.35 ≤2mA ≤0.1
fT MHz *≥ 8 *≥ 8 100
300 8
注：*为 f
4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响
临界饱和
vCE vB;E iCS iBS
4. 三极管的三种组态
动画演示
BJT的三种组态
共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示； 共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。
4.1.4 晶体管的主要参数(4.1.5-4.2一节课) ___
1. 电流放大倍数
4.1 BJT 4.2 基本共射极放大电路 4.3 放大电路的分析方法 4.4 放大电路静态工作点的稳定问题 4.5 共集电极放大电路和共基极放大电路* 4.6 组合放大电路* 4.7 放大电路的频率响应*
4.1 半导体三极管BJT
4.1.1 BJT的结构简介 4.1.2 放大状态下BJT的工作原理 4.1.3 BJT的V－I特性曲线 4.1.4 BJT的主要参数
大于基区杂质浓度，e 且基区很薄。
P ICe=αIE
思考1：可否用两个二极管相
（2）外部条件：
连构成一个三极管？
发射结正向偏置，
思考2：可否将e和c交换使用
集电结反向偏置。
思考3：外部条件对PNP管和 NPN管各如何实现？
三极管的三种工作状态
放大状态 发射结正向偏置，集电结反向偏置 饱和状态 发射结正向偏置，集电结正向偏置 截止状态 发射结反向偏置或者发射结正偏压低于死区电压，
发射区
集电区
三极:
e(Emitter) ：发射极 b(Base） ：基极 c(Collector)：集电极
发射结(Je)
集电结(Jc)
基区
三区: e,b,c
特点:b区薄 e区搀杂多 c区面积大
两节: Je,Jc
双结型三极管BJT结构
c 集电极
e b c ebc
集电区N 集电
结
PN
b
基极
基区P
N Nc
则 iC = iE = -0.98 mA， vO = -iC• RL = 0.98 V，
电压放大倍数
Av
vO vI
0.98V49 20mV
小结
综上所述，三极管的放大作用，是依靠它的发射极
电流能够通过基区传输c，然后到达集电极而c 实现的。
两个条件
N P
（1）内部条b件：
发射区杂质浓度远N
P
N IE=IB+ IC 一组公b式 IC=βIB
第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管
三极管的参数
参数 型号
PCM
I CM
mW mA
VRCBO VRCEO VREBO
V
V
V
3AX31D 125 125 20 12 3BX31C 125 125 40 24 3CG101C 100 30 45
3DG123C 500 50 40 30
(1) VC＝6V VB＝0.7V VE＝0V
VBE＝0.7V VCB＝5.3V
(2) VC＝6V VB＝2V VE＝1.3V
VBE＝0.7V VCB＝4V
(3) VC＝6V VB＝6V VE＝5.4V
VBE＝0.6V VCB＝0V
放大区域 放大区域 饱和区域
(4) VC＝6V VB＝4V VE＝3.6V
VBE＝0.4V VCB＝2V
(5) VC＝3.6V VB＝4V VE＝3.4V
VBE＝0.6V VCB＝-0.4V
截止区域 饱和区域
N
N
p
对于共基极 放大：发射结正偏，集电结反偏
IE=IB+ IC IC IB
恒流源
三极管的三种工作状态
放大状态 发射结正向偏置，集电结反向偏置 饱和状态 发射结正向偏置，集电结正向偏置 截止状态 发射结反向偏置或者发射结正偏压低于死区电压，
NP N
发射区：掺 杂浓度较高
基区：几微米~几十微米 发射区与集电区部对称 使用中e与c不能对换。
结构特点：
• 发射区的掺杂浓度最高； • 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大； • 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且
掺杂浓度最低。
管芯结构剖面图
BJT的结构总结
结构 两种类型:NPN和PNP
偏有ICBO C
B
N ICBO ICBO
P
ICEO受温度影响 很大，当温度上
升时，ICEO增加 很快，所以IC也 相应增加。三极
管的温度特性较
差。
IEP
N
根据放大关系，
ICBO进入N E
区，形成
由于ICBO的存 在，必有电流
IEP
ICBO 。
4.集电极最大电流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。