第二章半导体三极管分解

RB
B
iB
u BE
iC
+
E
-V CC
iE u CE
-
iB 负载线
(0,VBB /RB)
IBQ
Q
uBE
UBEQ (VBB,0)
②在输出特性曲线上确定ICQ、UCEQ：
u V iR 输出回路得方程
CE CC C C
iC
（0，VCC/R C）N
Q
ICQ
称为负载线
I BQ
U CEQ
M
(vcc,0)
u CE
ui
be b'b
e
E
r 其中
20 0
bb'
经实验知该值与具体管β值有关 ：
rb'b6几十到几百欧均可
r r e
称为发射结电阻 ：
26mV
e
mA
I EQ
对三极管的输出端：
可以等效为一个受控的恒流源 !
可看出，每条曲线是水
平的，具有恒流特性，
四、三极管的主要参数
1、电流放大倍数 ： ⑴ 共基极电流放大倍数
第二章 半导体三极管
α=
Ic Ie
; α <1
⑵ 共发射极电流放大倍数
β=
Ic Ib
；β>>1
第二章 半导体三极管
2、反向电流（极间电流）：
（1）集电极—基极 电流ICBO:
发射极开路时的集电结PN反向漂移电流， 一般很小。
ICBO c
（２）用作图法：
∵
IBQ50A
u V iR 而
CE CC C C
uCE123iC
∴利用两点作图法得一直
线如图所示。（见上图中
iC (mA)
红直线）
4N
3
这两点 :（0，4）;（12，0） 2
1
Q M
∴Q点对应的值近似为
2 4 6 8 10 12
1 00 u A 7 5u A 5 0u A 2 5u A
C
B iB
输入端
E
它的输入特性曲线
iB
Q1
ΔI
Q
Q2
Q点的变化范围 ：Q Q
1
2
ΔU
u BE
由于是微变，所以可视直线段 Q Q 为线性， 12 r 它就相当于一个阻值为 be 的等效电阻 ∴若从三极管的输入端看它就相当于 ：
r称 be为三极管输入电阻，
ib
B
工程上常用下面公式计算
输入端
r be
r r r (1)
实际工作时，往往不会开路。所以反向击穿电压 还会高一点。
第二章 半导体三极管
五、三极管的安全工作范围和温度稳定性
1）、安全工作范围：
IC（ma）
ICM
安
全
区
0
PCM=IC·UCE 过流区
过功率区 过压区
UCE（V）
UCEO
应该工作在 安全区以内
第二章 半导体三极管
2)三极管的温度稳定性
IC（ma）
例：如图 VCC12V RC 3K RB24K0
40 同时还知道它的输出特性，
RB
iB
B
-V CC RC
ic
C
iC(mA)
4 3 2 1
2 4 6 8 10 12
100uA 75uA 50uA 25uA
uCE(v)
-
求Q点。（1）估算静态工作点
I U I ， ,
BQ
CQ CEQ
（２）用图解法确定Q点
总结
①交流信号的加入造成了工作点Q的移动。
②放大后的电压信号与输入的电压信号是 相反的。
③实际中，应恰当选取工作点Q，否则会 造成饱和失真或截止 失真。
ic
IC
ic
IC
Q1 Q
Q2
Q1
o
O
to
UCE
uce
o
O
to
Q Q2
UCE
uce
t
（ａ）饱和失真
t
（ｂ）截止失真
R R ④调整 B 值可使Q点上下移动，减少 B 值Q点上移 ，
（这和二极管电路分析类似）
一、直流工作分析
静态工作点Q
RC C2
C1
RB
+
ui-
+
vBB-
+
R
-VCC
-
c c u i 为微变交流信号； 1 ， 2 为耦合电容 ；R为负载。
1、工程近似计算法求解：
步骤：（1）视ui=0 ，就是ui把忽略掉，去掉无关 电路后，此时电路就变成了如下形式。
C
RC
vwenku.baidu.comB
②集电区的尺寸比发射区大，集电结比发射 结厚。
③基区掺杂浓度低而且很薄，使发射区发射 的载流子很容易穿过基区到达集电区 （发射区比基区浓度高几百几千倍）
第二章 半导体三极管
另一种型号的三极管为：PNP型
发射区 基区 集电区
P
N
P
E
C
符号为：
B
C
C
B
或
E
B
箭头示电流流向
E
NPN型管子大多由硅材料制成 ，PNP型管子通常用锗材料制成。
①总电流=直流电流+交流电流 ②总电压=直流电压+交流电压 ③三极管仅能放大幅度而不是放大频率。
动态工作分析方法也有两种，一种为图 解法，另一种为等效电路计算法。
1、图解法：
i
（1）输入回路图解： B
IBQ
当输入交流信号后， 0
0
I
iB (uA)
bm
Q1
IBQ Q
Q2 UBEQ
ωt
0
①造成静态工作点位置发生移动。
输出电流IC也一定，并且，满足IC= βIB这
称为恒流特性，C、E之间的等效电阻接 近于无穷大。
②电流放大作用：
当IB等量增加时，曲线等间隔的上移， 这就是交流电流的放大作用。
第二章 半导体三极管
③截止区和饱和区： 除了放大区外，图中还标示出了另外两 片阴影区，分别称作截止区和饱和区。
第二章 半导体三极管
第二章 半导体三极管
二、电流放大原理
1. 三极管放大的条件
内部 条件
发射区掺杂浓度高 基区薄且掺杂浓度低 集电结面积大
外部 发射结正偏 条件 集电结反偏
2. 满足放大条件的三种电路
E
ui
C
B uo
共基极
C
B
ui
uo
E
共发射极
E
B
ui
uo
C
共集电极
实现电路
ui RE
RC uo
RB
ui
RC
uo
第二章 半导体三极管
i ∴ 当
Q Q 1
移动时
是增长的曲线形状。
C
这说明输入电流没出现相位差现象。
再看输入电 压情况 ：当
在正半周时， 电压是减少 的；在负半 周时，电压 是增长的， 相位差恰为 180°。
ic
ICQ
iC
N
ICQ
ωt 0
Q1
Q
Q2
UCEQ
M uCE
增长后的
IBQ 减少后的
uCE(v)
输出电压波形
ωt
总的电流 、电压：
1、输入特性：IB=f (uBE)|uCE=常数
实验电路
C
B RB
u CE
E
+
u BE
V BB
uCE=0V为PN 结曲线
ic RC
+
V CC
-
IB (μA)
100 80 60 40 20 0
0.4
uCE=1V
UCE=10V集电极吸 收电子多使基极电
流减少
(v)
0.7
uBE
-
输入电流和电压的关系曲线
显然与普通二极管的正向特性曲线基本相同 。
第二章 半导体三极管
3）、反向击穿电压：
UCBO（BR），发射极开路时的集电极基极反向击 穿电压；一般比较高。从几十伏到几千伏不等。
UCEO（BR），基极开路时的集电极发射极反向击 穿电压.比UCBO（BR）低
UEBO（BR），集电极开路时的发射极基极反向击 穿电压。该电压一般比较低。约5—10V左右。
3. 三极管内部载流子的传输过程
I CBO
I C I CN
1) 发射区向基区注入多子电子，
形成发射极电流 IE
（基区空穴运动因浓度低而忽略）
IB
2) 电子到达基区后
大部分向BC结方向扩散，形成ICN
I BN
IE
少部分与空穴复合，形成 IBN 。
基区空穴来源：
基极电源提供( IB ) 集电区少子漂移 (ICBO)
截止区：iB 0 那就是当小于死区电压时即可。此时对三
极管来讲尽管 u CE 电压较高，但无电流 iC ，故三极管相
当于电路来讲的一个开关并且是处于断开状态。
饱和区（上升线以左区域）：此部分 直线上升到最大为饱和电流 ：
iC
不受i B
控制，i C
IC饱集电V极 CC电(R阻 C)
三极管已失去直流放大作用，它此时在电路中仅相当 于一个开关并且处于接通状态。（两个PN结都正偏。）
i I I ②电流
si n)t(
B BQ Bm
u U U ③电压
sin)t(
BE BEQ im
ui
ωt
显然，电流和电压是同步的
uBE (V) uBE
(2)输出回路图解:
ic
ICQ
iC N
I CQ
ωt
0
Q1
Q
Q2
UCEQ
M uCE
增长后的
I BQ 减少后的
uCE (v)
输出电压波形 ωt
∵ iC iB
解：（１）由电路图知
V I RU
CC BQ B
BE
I V U V ∴ CC BQ
BE ≈
R R B
CC 12V 50A
240K
B
RB
iB
B
I I 4 5 0 2 00 A 0 2 ( m 0 ) A CQ BQ
-V CC RC
ic
C
-
U V IR 1 2 2 m 3 K A 6 ( V ) CEC Q C CQ C
uCE (v)
ICQ 2mA U CEQ 6V
IBQ50A
作图法求静态工作点的步骤总结一下：
（1）正确给出晶体管的特性曲线，包括输入曲线和输出 曲线。
（2）用输入曲线求 I BQ 。
I U （3）利用输出曲线求
和
CQ
。
CEQ
二、动态工作分析
动态指有交流信号输入的情形。分析 各电极电流、电压以及放大倍数。
第二章 半导体三极管
2、输出特性曲线：Ic=f( uCE)|iB=常数
饱和区
UCE=0.7V开始 进入放大区
ma IC 0
放 IB=70μA
大 IB=40μA
IB=20μA
区
IB=u0CμE（AV）
截止区
IB≤0
不同的IB有不同的IC
第二章 半导体三极管
结论：
①恒流特性：
因为曲线近似平行与横轴的直线，尽管 uCE变大，但输出电流不变，当iB一定时，
+ -
RB
B
iB
u BE
iC
+
E
-V CC
iE u CE
-
称为直流通路
C1
RB ui+-
+
vBB-
RC C2
+
R -VCC
-
（2）利用定律计算
C
RC
对输入回路
V Ri U ∵
BB
BB
BEQ
vBB
+ -
I V ∴
BBUBEQ
BQ
RB
RB
B
iB
u BE
iC
+
E
-V CC
iE u CE
-
i i I I 再利用
R 增大
B 值Q点下移 。
R ⑤调整 C
R 值可使Q点平移， C
变小右移，反之，左移。
V CC I CQ RC
⑥改变VCC可使负载线平移。
2 微变等效电路分析法：
思路：想办法利用近似条件将三极管这个 非线性元件等效成某种线性元件。然后利用 线性电路的知识求解
（1）三极管的微变等效电路：
首先对输入端：如图
面积等确定，故电流的比例关系确定，即：
I CN IC ICBO
I BN
IB ICBO
IC IB (1)ICB O IB ICE 穿O 透电流
IE = IC + IB
IEICIB
IC IB IC EO
IC IB
IE(1)IBICEO IE(1)IB
第二章 半导体三极管
三、晶体三极管特性曲线
第二章、半导体三极管分解
第二章 半导体三极管
§ 2.1 双极型半导体三极管
一、结构与符号
e b c ebc
PN N
Nc bP
c 集电极
集电区N 集电
结
b
基极
基区P
发射区N 发射结
Ne NPN电路符号
e 发射极
第二章 半导体三极管
注意：
①发射区与集电区是同一半导体，但不能互 换。原因是发射区掺杂浓度较高，主要 任务是发射载流子；而集电区浓度较低， 主要任务是接受载流子。（但它比基区 浓度高。）
C
B
得
CQ
BQ
u V iR 由输出回路知：
CE CC C C
U V I R ∴
CEQ CC CQC
IBQ、ICQ、UCEQ 称为静态值。这
些值在三极管特
性曲线上所确定
的点称为静态工 作点。
2、图解法确定静态工作点Q
C
RC
①利用输入曲线求 I BQ
由输入回路知
vBB
+ -
u V iR BE BB B B
IB (μA)
100度 10度
100
0度
80
60
40
20
(v)
0
0.4 0.7
UBE
不同温度下的输入特性曲线
}30μA }20μA — 25度； }10μA
} 0μA
45度
不同温度下的输出特性曲线
第二章 半导体三极管
§2.2 三极管电路的分析方法
我们往往进行下面两项分析研究， 即直流分析和交流分析。
b e
第二章 半导体三极管
（2）集电极--发射极反向饱和电流 ICEO: 基极开路时的集电极电流。 ICEO=（1+ β）ICBO 硅材料器件反向电流都很小。分析时都可忽略。
C B
I CEO
E
第二章 半导体三极管
3、极限参数： 1）集电极最大允许功耗：PCM
PCM=IC·UCE 与散热条件有关。硅管的最高结温度 小于150°C，一般工作在低于80度以内。 2）集电极最大允许电流：ICM 三极管工作时的不允许超过的最大 集电极电流，如果超过，不但会使其性 能变坏。而且有损坏管子。
即：I BN I B + I CBO IB = IBN – ICBO
3) 集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流 I C
I C=ICN +ICBO
第二章 半导体三极管
4. 三极管的电流分配关系
IB = I BN ICBO
IC = ICN + ICBO
当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结
ic
i I I si nt C CQ cm ICQ
u UU sin t 1 ( 8 ) 0 CE CEQcem
i u C 与
CE 反向变化，
是有道理的，因为只有 uCE
i 变小时， C 才会变大。
iC
N
ICQ
Q1
Q
Q2
ωt 0
M
UCEQ
uCE
增长后的
IBQ 减少后的
uCE(v)
输出电压波形 ωt