1-2_半導體三極管_圖文(精)

1、1.2 半導體三極管雙極型半導體三極管是由兩種載流子參與導電的半導體器件，它由兩流子參與導電的半導體器件它由兩個 PN 結(jié)組合而成，是一種 CCCS 器件。二是場效應(yīng)半導體三極管（場效應(yīng)管 場效應(yīng)型半導體三極管僅由一種載流子參與導電，是一種 VCCS 器件。載流子參與導電是種器件半導體三極管是具有電流放大功能的元件頻率:高頻管、低頻管功率:小、中、大功率管硅管鍺管材料:硅管、鍺管類型:NPN 型、PNP 型1.2.1 三極管的結(jié)構(gòu)及工作原理1.2.2 三極管的基本特性極管的基本特性1.2.3 三極管的主要參數(shù)及電路模型 123 三極管的主要參數(shù)及電路模型三極管的結(jié)構(gòu)及工作原理.2.1 三極管的

2、結(jié)構(gòu)及工作原理雙極型半導體三極管的 結(jié)構(gòu)示意圖如圖 0201 所示一側(cè)稱為發(fā)射區(qū)，電極稱為 02.01 所示。它有兩種類 型:NPN 型和 PNP 型。側(cè)稱為發(fā)射區(qū)，電極稱為發(fā)射極，用 E 或 e 表示（Emitter ;另一 側(cè)稱為集電區(qū)和集電極，用 C 或 c 表示（Collector。e-b 間的 PN 結(jié)稱為發(fā)射結(jié)（Jec-b 間的 PN 結(jié)稱為集電結(jié)（Jc 中間部分稱為基區(qū),連上電極稱為基極，用 B 或 b 表示（Base ;示，發(fā)射極的箭頭代表發(fā)射極電流的實際方向。集電區(qū):面積大濃度低基區(qū)：最薄,C 集電極大，濃度低最薄摻雜濃度最低集電結(jié) N B P 基極發(fā)射結(jié)N 發(fā)射區(qū):摻雜濃度

3、最咼E 發(fā)射極從基區(qū)擴散來的集電結(jié)反偏 C 電子作為集電結(jié)的非平衡少子，集電結(jié)反偏，有平 衡少子的 I C N I CN I CBO漂移進入集電結(jié)而被收集，形成漂移運動形成的反向電流 I CBO。B P E C基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散可忽略 I CN。NR B I BN 擴散可忽略。進入 P 區(qū)的電 I B EE B發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷進入 P 區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復合，形 I E向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電流 I E成電流 I BN ,多數(shù)擴散到集電結(jié)。3、三極管的電流分配關(guān)系I CC I =N PE CI CNCBOI B = I BN -1 CBO I BN定義:I CN 與 I

4、BN 之比稱為共B R B I BN發(fā)射極直流電流放大倍數(shù)I -E NE BI EBC CBO B CBO C BN CN I I I I I I I+=BCEOB CBO BC (1 I I I I I +=+=BB集射極穿透電流TCEO :集-射極穿透電流,溫度T-l CEOT若 I B =0,則 I C I CEOB C CEO I I I有忽略（常用公式CC I 如輸入電壓變化，則會 N P E CI CNCBO導致在I B上疊加動態(tài)電流?i B ,當然集電極電流B R B I BN 在I C基礎(chǔ)上疊加?ic定義:共發(fā)射極共發(fā)射極交流交流電電 E NE BI E流放大倍數(shù)流放大倍數(shù)：:

5、？ BBci i ?=B的直流電流放大倍數(shù)來取代在此基礎(chǔ)上疊加動態(tài)信號時的交流電流放大倍數(shù)。1 三極管放大電路的發(fā)射極作為公共電極用表示(1 三極管放大電路的三種組態(tài)共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用 CE 表示;0203 三極管的三種組態(tài) 02.03 三極管的三種組態(tài)三極管的電流放大系數(shù)對于集電極電流 I C 和發(fā)射極電流 I E 之間的關(guān)E=CN /I I稱為共基極直流電流放大系數(shù)。它表示最后達到集電極的電子電流I CN 與總發(fā)射極電流 I E 的比值。I CN 與 I E 相比，因 I CN 中沒有 I BN ,由此可得a所以的值小于 1,但接近 1。由此可得：aQI=l CN +I

6、CBO = I E +I CBO = (I C +I B +I CBOaa+=1CBO B C I I Ia-1BCBO CN B C /I I (I /I I += 定義:I 稱為共發(fā)射極接法直流電流放大系數(shù)于是BCBO B B C111(1 I I IaaaB-+-=BV - + 1(1 I aa-a1 因1, 1 所以B三極管的基本特性三極管的基本特性三極管的基本特性由基本特性曲線刻畫，即各電極電，即各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是其內(nèi)部載流子運動的外部表現(xiàn)反映了晶體管的性能是 分析放大電路的依據(jù)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。為什么要研究 特性曲線：1 直觀地分析三極管的工作

7、狀態(tài)輸出特性曲線好的電路- i C =f (u CE ?i B =con st輸入特性曲線I C1.輸入特性曲線 mA I B+ pA +輸入回路輸出回路 V U CE U BER B E CV - + 發(fā)射極是輸入回路輸出回路的公共端EB、輸出回路的公共端發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端1死區(qū)2非線性區(qū)3線性區(qū)可以用解釋即 CE =0V 時，即集電極與發(fā)射極短路，即集電 u CE 對 i B 的影響，可以用三極管的內(nèi)部反饋作用解釋，即:結(jié)和發(fā)射結(jié)的兩個 PN 結(jié)并聯(lián)。類似于 PN 結(jié) 的正向特性曲線。（時 0 集電結(jié)已進入 2 當 u CE 1 時,u CB = u CE -u BE 0

8、集電結(jié)已進入反偏 狀態(tài)，可以將發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的絕大多數(shù)非平衡少子收集到集電區(qū)，且基區(qū)復合減少, 且基區(qū)復合減少，1 C 不可能再明顯增大，特性曲線將向右稍微移動一些。輸出特性曲線當 u CE =0V 時,因集電極無收集作用,i C =0。當稍增大時發(fā)射結(jié)雖處于正向電 壓之下但集電 u CE 稍增大時，發(fā)射結(jié)雖處于正向電壓之下，但集電結(jié)反偏電壓很小，如u VICE 1Vu BE =0.7Vu CB = u -u = 1V 0.7Vu07BE運動到集電結(jié)的電子基本上都可以被集電再增區(qū)收集，此后 uCE電流沒有明加，電流也沒有明顯的增加，特性曲線進軸基本平行的入與 uCE區(qū)域（這與輸入特性曲增大而右

9、移的共發(fā)射極接法輸出特性曲線線隨 uCE三個區(qū)域：飽和區(qū) C C i C 受 u CE 顯著控制的區(qū)域,該區(qū)域內(nèi) u CE 的數(shù)值較小，一般 u CE 1 C I CS ,V CE U CES 飽和狀態(tài)（2 三極管的開關(guān)時間？延遲時間 t +u 的加入延時間 d 從 B2 的加至集電極電流 上升到0.1I CS 所需的時間?上升時間 t r 集電極電流從 0.11 CS 上升到 0.91 CS 所需的時間?存儲時間 t s從輸入端電壓降至-u B1到集電極電流降至 0.1I CS所需的時間？下降時間t f 集電極電流從 0.9I CS 下降到 0.1I CS 所需的時間on = t +t 來表

10、示三極管從截止到飽和所需d r 的時間;t ,t s , t f 是指基區(qū)存儲電荷消散所需的時間，常用關(guān)閉時間 t off = t s +t f 表示三極管從飽和到截止所需的時間開通時間 ton 與關(guān)閉時間 toff 也總稱為三極管的開關(guān)時間它限制三極管的開關(guān)運用速度，它限制三極管的開關(guān)運用速度。不同的管子開關(guān)時間各不相同，一般開關(guān)三極管的開關(guān)時間在幾十到幾百納秒。直流參數(shù)交流參數(shù)(1 直流參數(shù)直流參數(shù)直流電流放大系數(shù)a 共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) t I I I I I-=/co nst u B C B CEO C CE =(B在共發(fā)射極輸出特性。在共發(fā)射極輸出特性曲線

11、上，通過垂直于 X 軸的直線(u CE =const 來求BI C / I B ,如圖 02.07 所示。I C 較大時，會有所減小，這一關(guān)系見圖 02.08。B圖02.07 在輸出特性曲線上決定BBI C-l/l l/laCBO E C Eap顯然與之間有如下關(guān)系：I C/I E= I B/(1+ I B= /(1+aBBBBI CBO 的下標 CB 代表集電極和基極，0 是 Open 的字頭，代表第三個電極 E 開 路。它相當于集電結(jié)的反向飽和電流。b.集電極發(fā)射極間的反向飽和電流 IpCEOI CEO 和 I CBO 有如下關(guān)系1 +I CEO=(1+ I CBO相當基極開路時，集電極和

12、發(fā)射極間的反向的 Y 坐標的數(shù)值。如圖 02.09 所示。標的數(shù)值如圖所示7CAIA交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)a.共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)B=?l C/?l B?u=constCE在放大區(qū)B值基本不變，可在共射接法輸出特性曲線上，通過垂直于 X X 軸的直線求取?l C/?I B。或在圖 02.43放大區(qū)Zfl 4O|A0上通過求某一點的08 上通過求某點的斜率得到俟具體方02.10 在輸出特性曲線上求B圖 0210a=?l C /?l E ?U CB =const當 I CBO 和 I CEO 很小時,、可以不加區(qū)分。aB值不僅與工作電流有關(guān)，而且與工作頻率有關(guān)。由于結(jié)電容的影響，當信

13、號頻率增加時，三極管的，三極管的B將 會下降。當B下降到 1 時所對應(yīng)的頻率稱為特征頻率，用 f T 表示。極限參數(shù)集電極最大允許電流 I CM0208 下降當時圖 02.08 值與 I C 的關(guān)系，當B值下降到線性放大區(qū)B值的 7030%時，所對應(yīng)的集電極電流稱為集電極 最大允許電流 I CMo但當 I C I CM 時，并不表示三極管會損壞。因發(fā)射結(jié)正偏呈低阻所以功耗主要集，呈低阻,所以功耗主要集中在集電結(jié)上。在計算時往往用 U CE 取代 U CBo管子的散熱方式有關(guān)。反向擊穿電壓反向擊穿電壓表示三極管電極間承受反向電壓，其測試時的原理電路如圖所示 的能力，其測試時的原理電路如圖 02.

14、11 所示。圖 02.11 三極管擊穿電壓的測試電路U (BRCB O 發(fā)射極開路時的集電結(jié)擊穿電壓。下標BR 代表擊穿之意，是Breakdown 的字頭,CB 代表集電極和基極開路，0 代表第三個電極 E 開路。b.U(BREB 集電極開路時發(fā)射結(jié)的擊穿電壓。EB 0 c.U (BRCE 0 基極開路時集電極和發(fā)射極間的對于 U BE U (BRCE R 表示間接有電阻,(BRCE S 表示 BE 間是 短路的。幾個擊穿電壓在大小上有如下關(guān)系U (BRCBO U (BRCES U(BRCER U (BRCEO U (BR EBOCMI 和 U 在輸出特性曲、CM(BRCEO線上可以確定過損耗

15、區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)見圖0212擊穿區(qū)，見圖 02.12。圖輸出特性曲線上的過損耗和擊穿02.12 輸出特性曲線上的過損耗區(qū)和擊穿區(qū)電路模型2電路模型。r bb-基區(qū)的體電阻,b是假想的基區(qū)內(nèi)的一個點。r be -re 歸算到基極回路的電阻-發(fā)射結(jié)電阻 r e -發(fā)射結(jié)電容，也用 Cn這一 符號 C b 物理模型-集電結(jié)電阻 r b -集電結(jié)電容 也用 C 卩這一符號C bc:忽略 b r b、 rcce26r r r eb bb be +=據(jù)mA (I mV 1(r E bB+=26E e bmA (I mV 1(rB得=eb be bb r r r -=e b U I I U .=&b b e b m r g B5.38(mS I mA I E =B(26mVr g C e b m m g 是三極管的特征頻率另 T T f f 2e b Cn=用字母表示同一型號中的不同規(guī)格用數(shù)字表示同種器件型號的序號用字母表示器件的種類用字母表示材料三極管硅 PNP 管、D 硅 NPN 管C 管第三位:X 低頻小功率管、D 低頻大功率管、高頻小功率