第三讲双极型晶体管

UCUBUE
该管为PNP型硅管。
UBE0.6V 8
例题：测得放大电路中的某只晶体管三个管脚的电位如图所示：试判断 各个管脚对应的电极，晶体管的结构类型及材料。
N管 P:U N CU BU E PN 管 :U P CU BU E
1、基极电位UB居中（可识别基极）； 2、发射结压降: |UBE| = 0.7（0.6）V （硅管）
（二）输出特性曲线：
iC=f (uCE)iB=常数
1、截止区：
（发射结和集电结都反偏）
iB=0； iC= ICEO
三个电极电流近似为0，没有放大作用。
2、放大区：
(发射结正偏，集电结反偏)
①特性曲线平坦，近似为直线。
②特性曲线间隔均匀， iC 随iB 近似的成正比例变化。
iC
iC iB
（BJT的放大作用）
IE = IC+ IB
IC IE IC IB
IE(1)IB
—共基直流电流放大倍数
—共射直流电流放大倍数
0.1mA B
4mA C
4.1mA E
5mA
5.1mA
C E
0.1mA
B
• （七）BJT的三种基本组态：
• • 共射极组态，用CE表示； • • 共基极组态，用CB表示； • • 共集电极组态，用CC表示。
c
iC RC
b
e
Rb
uBE
EC
iE EB
BJT各个电极的电流iE 、iC 、iB与发射结正偏电压uBE都是指数关系。
2、集电结反偏电压uCB对各极电流的影响——基区宽调效应。
u 集电结宽度 CB
基区有效宽度
空穴复合机会
iB iCiEiB;
iE不变 iC
这种由集电结反偏电压变化引起基 区宽度变化，从而影响各极电流的 现象称为基区宽度调制效应，简称 基区宽调效应或厄利（Early）效应。
-1.4
-2.8 -3.5
硅管
1.3
1.2
1.8
1.5
锗管
3.7
1.5 锗管
12 2
-0.7 硅管
（e） （f） （g） （h）
发射结正偏，集电结反偏， 发射结正偏，集电结正偏， 发射结正偏，集电结反偏， 发射结正偏，UBE0.7V，
放大状态。 饱和状态。 放大状态。 损坏。
练习：测得某放大电路中BJT的两个电极的电流如下，请标出各管脚对应的电极，剩余电极的电流 方向和大小。
c
（扩散）
基区空穴扩散注入发射区
IEP
ICBO
ICn
N
2、电子在基区的复合和继续扩散
从发射区扩散到基区的电子成为基区的非平衡少子，极少数电子 与基区的空穴复合，形成复合电流
b IB1
IB1 绝大部分电子继续扩散到达集电结附近。
Rb IEP
EB e
3、集电区收集发射区扩散过来的电子
集电结反偏
在外电场作用下，由发射区扩散在集电结附近的非平衡少子漂移到
（三）温度对BJT特性曲线的影响
T2>T1
iC
T2
T1
uBE/V T 输入特性曲线左移，（2~2.5)mV/°C T ， （0.5%~1%)/C T ICBO
uCE/V
iC，
输出特性曲线上移
三、 BJT的主要特性参数
1、电流增益（电流放大倍数）：
IC IB
IC IE
——共射直流电 流放大倍数
集电区
ICn
RC
P
EC IEn
N
（漂移）
基区的电子漂移到集电区 集电区的空穴漂移到基区
平衡少子的漂移 ICBO
（四）放大偏置时BJT各极电流的关系：
1、各极电流的构成： IE =IEn+IEP IEn；
IC =ICn+ICBOICn ；
IB =IB1+IEP-ICBO
2、各极电流之间的关系：
IE = IC+ IB ；
第三讲双极型晶体管
1
（一）BJT的结构和符号 • BJT是由两个PN结构成的三端器件，有两种基本类型: NPN型和PNP型。
发射区
集电区
+
+
发射极
基区
集电极
发射结
基极
集电结
注意区分两者的符号
箭头方向表示电流的实 际方向
NPN管比PNP管应用更广泛，特别在一般的半导体集成电路中，NPN管性能优于PNP管，故重点 讨论NPN管。
ICBO和ICEO越小，说明其质量越好。
IB I C B O b
uA -+
IC
c e
V CC
Ie= 0
IC EO -
bc
uA
+
e V CC
3、极限参数：
UBE0.7V
NPN型硅管。
（三）放大偏置时BJT内部载流子的传输过程 给NPN型BJT加适当的偏置：发射结正偏，集电结反偏。 c
IC
IB
c
RC
b
e
Rb
EC
IE EB
RC b
Rb EC
EB e
1、发射区向基区注入大量电子
因浓度差，发射区的大量电子经发射结扩散注入基区，形成电子
发射结正偏 流
IEn
饱和 区
③由于厄利效应，特性曲线随uCE的增大略向上倾斜。
uCEuCB iB, iC。 iB ，倾斜的程度会增大。
+ iB b
uBE -
c
iC +
uCE
iE
-
e
临界饱和线 放大区 截止区
击穿区 iB=IB5
iB=IB4 iB=IB3 iB=IB2
iB=IB1 iB=0
uCE BUCEO
3、饱和区： ①临界饱和：
① IE 与 IC的关系：
IC IE;
对于给定的晶体管，集电极收集的电子流是发射极发射的电子流
的一部分，两者的比值在一定的电流范围内是一个常数，用
IC
c
IB b Rb EB
ICBO
ICn
N
RC
IB1
P
EC
IEP
IEn
N
e IE
表示。
ICn/IEn
—共基直流电流放大倍数
小于 1且接1， 近一般 ： 0.95
二、 BJT的静态特性曲线
——在直流和低频场合下，BJT输入端口和输出端口的伏安特性，是BJT内部
iB
载流子运动的外部表现。
+
b
（一）输入特性曲线：
iB=f (uBE)uCE=常数
uBE
曲线特点：
-
1、 iB与uBE近似为指数关系，与二极 管正向特性相似。
c
iC
+
uCE
iE
-
e
2、 uCE增大，曲线右移（厄利效应）。 uBE不变，uCE uCB iC, iB
——共基直流电 流放大倍数
diC iC diB iB
diC iC diE iE
——共射交流电 流放大倍数
——共基交流电 流放大倍数
一般在电流不是很大的情况，可以认为： 今后不再区分直流还是交流，统一用和表示。
;
;
1
1
2、极间反向电流： （1）集电极－基极反向饱和电流 ICBO：
④饱和压降UCES： 典型值：UCES=0.3V。 UCES随iC的增大而略有增大。
iC
饱和 区
4、击穿区： u击C穿E增。大到一定值后， iC急剧增大，集电结反向
临界饱和线 放大区 截止区
击穿区 iB=IB5
iB=IB4 iB=IB3 iB=IB2
iB=IB1 iB=0
uCE BUCEO
iB/A
3、当uCE1V后，特性曲线基本重合。 处于放大状态的BJT， uCE1V， 输入特性曲线就用uCE1V的曲线表示。
iB UCE=0V 10 1
uBE
对于一定的uBE ，当uCE增大到一定值后，集电结的电场已足够强，可以将发射区注入到基 区的绝大部分非平衡少子收集到集电区，因此即使再增大uCE ， iC也不可能明显增大了。
发射结
发射 区
集电结 基区
集电 区
E
B
C
uCB
iE
I euBE/UT S
uCB通过厄利效应对BJT电流的影响远不如uBE对电流的正向控制作用大，但它的存在使BJT的电流受控关系 复杂化，使之成为所谓的“双向受控元件”，由此带来分析的复杂化，并有可导致放大器因“内反馈”而
性能变坏。
（六）BJT的截止和饱和工作状态 c
c
c
c
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b
P
N
+ ib
iC +
P
b
UBE -
UCE
b
N
ie
-
P
e
e
e
1、什么叫放大偏置？
（此时BJT处于放大状态）
放大偏置——“发射结正偏、集电结反偏”。
+ ib b
UBE -
2、放大偏置时BJT三个电极的电位关系：
N管 P:U N CU BU E 识别管脚和判断管型的 PN 管 :U P CU BU E 依据
1、截止状态：
发射结和集电结都反偏
晶体管的电流只有反向饱和电流成分。
b
忽略反向饱和电流，则截止状态下的晶体管各极电流等于0，其等效模型为：
e
2、饱和状态：
发射结和集电结都正偏
正偏PN结的导通电压较小，在大信号状态下可以忽略，其等效 模型为：
3、BJT的结偏置情况与工作状态的关系
（1）放大状态：
发射结正偏；集电结反偏
（2）截止状态： （3）饱和状态： （4）倒置状态：
发射结和集电结都反偏 发射结和集电结都正偏 发射结反偏；集电结正偏
c b
e
判断BJT的工作状态
练习：测得晶体管无信号输入时，各个电极对“地”电压如下：判断管子工作状态（放大、截止、饱和、 倒置、损坏）
0
-3 -2.7
硅管
-3
-0.3
0
0
锗管
0.7
IC ICnIE; 或:IEIC/
（四）放大偏置时BJT各极电流的关系：
1、各极电流的构成： IE =IEn+IEP IEn；
IC =ICn+ICBOICn ；
IB =IB1+IEP-ICBO
2、各极电流之间的关系： ① IE 与 IC的关系： ② IC 与 IB的关系：
IE = IC+ IB ；
前提是BJT处于放大状态。
3、放大偏置时BJT三个电极的电流方向
c
iC
+
UCE
ie
-
e
例题：测得放大电路中的某只晶体管三个管脚的电位如图所示：试判断 各个管脚对应的电极，晶体管的结构类型及材料。
N管 P:U N CU BU E PN 管 :U P CU BU E
1、基极电位UB居中（可先识别基极）； 2、发射结正偏压降: |UBE| = 0.7（0.6）V （硅管）
-3.5 硅管
1.1 1.3
1 锗管
（a） （b） （c） （d）
发射结反偏，集电结反偏， 发射结正偏，集电结反偏， 发射结反偏，集电结正偏， 发射结正偏，集电结正偏，
截止状态。 放大状态。 倒置状态。 饱和状态。
练习：测得晶体管无信号输入时，各个电极对“地”电压如下：判断管子工作状态（放大、截止、饱和、 倒置、损坏）
BJT结构特点： －－是BJT具有电流放大作用的内部原因。
（1）发射区高掺杂； （2）基区很薄，一般在几微米至几十微米；且掺杂浓度很低； （3）集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大.
发射区
+ 基区
集电区
• 管芯结构剖面图
要使BJT具有放大作用，还必须给 BJT加合适的偏置。
（二）BJT的放大偏置
—是BJT具有电流放大作用的外部条件。
1 一 般 ：为 几 十 到 几 百
（五）BJT的结偏置电压与各极电流的关系
1、发射结正偏电压uBE对各极电流的作用——正向控制作用。 发射极电流实际上是正偏发射结的正向电流：
iE ISeuBE/UT;
u i BE
两者是指数关系。
E
iC iE;
iB
iE
1
uBE iC、 iB
uCB
iB
IC IE; IC IB;
IE(1)IB;
说明：BJT具有电流放大作用；
I I I I 1 I I 1 （1 1）I B E ICC受IB控制，BJT为电流C控制器件。
C
C
IB
B
在 温 度 不 变 和 一 流定 范的 围电 内 和， 基本上为常数，
定义：
——共射直流电流放大倍数
因此放大偏置的BJT中IE、IC和 IB近似成比例关系。
|UBE| = 0.3（0.2）V （锗管）
B
C
E 0.1V
-11.5V
0.78V
可识别发射极（所剩者即为集电极）；并判断管子的材料； 3、NPN管各极的电位关系：UC>UB>UE；
PNP管各极的电位关系：UC<UB<UE；
可识别管子的类型（NPN/PNP）。
1 .5 V 1 0 .1 V 0 .7 V 8
（uCE< uBE, 发射结和集电结都正偏）
集电结零偏，
uCE=uBE或uCB=0
临界饱和时，仍有iC ＝iB。 ②进入饱和区后，iC随uCE的减小而明显下降。
uCE减小使集电结正偏加大，集电区的扩散电流将抵消部分
由发射区载流子转化而来的电流，使集电极电流急 剧下降。
③各曲线几乎重合，iC不再 随iB 成比例地变化: iC < iB。
与单个PN结的反向饱和电流一样。 IB = -ICBO， IC = ICBO ICBO的值很小，硅管小于1µA，锗管约10µA，受温度影响很 大。
（2）集电极反向穿透电流ICEO ： 此电流从集电区穿越基区流至发射区，所以叫穿透电流。 ICEO= （1+）ICBO ( P30 ) ICBO和ICEO都是衡量BJT温度稳定性的重要参数，因ICEO大， 容易测量，所以常把ICEO作为判断管子质量的重要依据。
|UBE| = 0.3（0.2）V （锗管）
可识别发射极——集电极；判断管子的材料； 3、NPN管各极的电位关系：UC>UB>UE；
PNP管各极的电位关系：UC<UB<UE；
C
E
B 7.5V
3.2V
3.9V
可识别管子的类型（NPN/PNP）。
3 .2 V 3 .9 V 7 .5 V
UEUBUC UCUBUE