第四版第講晶體三極管修改課件

1、第三講 晶體三極管一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號二、晶體管的放大原理三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性四、溫度對晶體管特性的影響五、主要參數(shù)第三講 晶體三極管一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號二、晶體管的放大原 一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號小功率管中功率管大功率管為什么有孔？ 一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號小功率管中功率管大功率管為什么有孔？1）三極管的結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，三極管有兩種類型：NPN 和 PNP 型。主要以 NPN 型為例進(jìn)行討論。圖1.3.2三極管的結(jié)構(gòu)(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NecNPb二氧化硅becPNPe 發(fā)射極，b基極，c 集電極。1）三極管的結(jié)構(gòu)根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，三極管有兩種類型：NPN

2、 和平面型(NPN)三極管制作工藝NcSiO2b硼雜質(zhì)擴(kuò)散e磷雜質(zhì)擴(kuò)散磷雜質(zhì)擴(kuò)散磷雜質(zhì)擴(kuò)散硼雜質(zhì)擴(kuò)散硼雜質(zhì)擴(kuò)散PN在 N 型硅片(集電區(qū))氧化膜上刻一個窗口，將硼雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散形成 P 型(基區(qū))，再在 P 型區(qū)上刻窗口，將磷雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散形成N型的發(fā)射區(qū)。引出三個電極即可。合金型三極管制作工藝：在 N 型鍺片(基區(qū))兩邊各置一個銦球，加溫銦被熔化并與 N 型鍺接觸，冷卻后形成兩個 P 型區(qū)，集電區(qū)接觸面大，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高。平面型(NPN)三極管制作工藝NcSiO2b硼雜質(zhì)擴(kuò)散e磷雜圖 1.3.3三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(a)NPN 型ecb符號集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極 c基極 b發(fā)射極

3、 eNNP2）三極管的符號圖 1.3.3三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(a)NPN 型e集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極 c發(fā)射極 e基極 bcbe符號NNPPN圖 1.3.3三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(b)PNP 型集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極 c發(fā)射極 e基極 b以 NPN 型三極管為例討論圖1.3.4三極管中的兩個 PN 結(jié)cNNPebbec表面看三極管若實現(xiàn)放大，必須從三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部所加電源的極性來保證。不具備放大作用二、晶體管的放大原理以 NPN 型三極管為例討論圖1.3.4三極管中的兩個 P三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：NNPebcNNNPPP1. 發(fā)射區(qū)高摻雜。2. 基區(qū)做得很薄。通常只

4、有幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。三極管放大的外部條件：外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。3. 集電結(jié)面積大。三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：NNPebcNNNPPP1. 發(fā)射區(qū)三極管中載流子運動過程1. 發(fā)射發(fā)射區(qū)的電子越過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)形成發(fā)射極電流 IE (基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可忽略)。2. 復(fù)合和擴(kuò)散電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù)合形成基極電流 IBN，復(fù)合掉的空穴由 VBB 補(bǔ)充，形成基級電流IB。多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散，到達(dá)集電結(jié)的一側(cè)。圖 1.3.4三極管中載流子的運動三極管中載流子運動過程1. 發(fā)射發(fā)射區(qū)的電子越過發(fā)射結(jié)三極管中

5、載流子運動過程3. 收集集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)擴(kuò)散過來的電子而形成集電極電流 ICN。另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場的作用下將進(jìn)行漂移運動而形成反向飽和電流，用ICBO表示。圖 1.3.4三極管中載流子的運動 可見，在集電極VCC作用下形成集電極電流IC。 由于三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導(dǎo)電，故稱為雙極型三極管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 三極管中載流子運動過程3. 收集集電結(jié)反偏，有利于收集 三極管的三種組態(tài)共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示。共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示；共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，

6、用CE表示；BJT的三種組態(tài) 三極管的三種組態(tài)共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表三極管的電流分配關(guān)系IC = ICN+ ICBO IE = ICN + IBN + IEN = IEN+ IEP圖 1.3.4三極管中載流子的運動IB=IBN + IEP - ICBO三個極的電流之間滿足節(jié)點電流定律，即IE = IC + IB三極管的電流分配關(guān)系IC = ICN+ ICBO IE 三極管的電流分配關(guān)系IC = ICN+ ICBO IE = ICN + IBN + IEN = IEN+ IEP一般 ICN 在 IE 中占的比例大。而二者之比稱直流電流放大系數(shù)，即一般可達(dá) 0.95 0.99圖

7、 1.3.4三極管中載流子的運動IB=IBN + IEP - ICBO三極管的電流分配關(guān)系IC = ICN+ ICBO IE 整理可得:三極管的電流放大系數(shù)：一般 ICN 在 之比稱為共射直流電流放大系數(shù) 。即上式中的后一項常用 ICEO 表示，ICEO 稱穿透電流。當(dāng) ICEO IC 時，忽略 ICEO，則由上式可得共射直流電流放大系數(shù) 近似等于 IC 與 IB 之比。 一般 值約為幾十 幾百。整理可得:三極管的電流放大系數(shù)：一般 ICN 在 將IE = IC + IB代入(1)式，得其中：共射直流電流放大系數(shù)。三極管的電流放大系數(shù)：一般 ICN 在 IE 中占的比例大。而二者之比稱為共基極

8、直流電流放大系數(shù)，即一般可達(dá) 0.95 0.99將IE = IC + IB代入(1)式，得其中：共射直流三極管的電流分配關(guān)系一組三極管電流關(guān)系典型數(shù)據(jù)IB/mA -0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05IC/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91 IE/mA 0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37 2.961. 任何一列電流關(guān)系符合 IE = IC + IB，IB IC 0 時的輸入特性曲線當(dāng) UCE 0 時，這個電壓有利于將發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子收集到集電極。UCE UBE ，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，基

9、區(qū)復(fù)合減少，同樣的UBE下 IB減小，特性曲線右移。 * UCE UBE，三極管處于放大狀態(tài)OIB/AUCE 1 時的輸入特性具有實用意義。IBUCEICVCCRbVBBcebRCV+V+A+mAUBE* UCE 1 V，特性曲線重合。圖 1.3.6三極管共射特性曲線測試電路圖 1.3.8三極管的輸入特性(2) UCE 0 時的輸入特性曲線當(dāng) UCE 1）晶體管的共射輸入特性CE)(BEBUufi=為什么UCE增大曲線右移？ 對于小功率晶體管，UCE大于1V的一條輸入特性曲線可以取代UCE大于1V的所有輸入特性曲線。為什么像PN結(jié)的伏安特性？為什么UCE增大到一定值曲線右移就不明顯了？1. 輸

10、入特性1）晶體管的共射輸入特性CE)(BEBUufi=為什么UCE二、輸出特性圖 1.3.9NPN 三極管的輸出特性曲線IC / mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB = 0O 5 10 154321劃分三個區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)1. 截止區(qū)IB 0 的區(qū)域。兩個結(jié)都處于反向偏置。IB= 0 時，IC = ICEO。 硅管約等于 1 A，鍺管約為幾十 幾百微安。截止區(qū)截止區(qū)二、輸出特性圖 1.3.9NPN 三極管的輸出特性曲線IC2. 放大區(qū)：條件：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏特點： iC 受 iB 的控制,而與uCE無關(guān)，各條輸出特性曲線比較平坦

11、，近似為水平線，且等間隔。二、輸出特性IC / mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB =0O 5 10 154321放大區(qū)集電極電流和基極電流體現(xiàn)放大作用，即放大區(qū)放大區(qū)對 NPN 管 UBE 0，UBC 0 UBC 0 。 特點：IC 基本上不隨 IB 而變化，在飽和區(qū)三極管失去放大作用。 I C IB。 當(dāng) UCE = UBE，即 UCB = 0 時，稱臨界飽和，UCE UBE時稱為過飽和。飽和管壓降 UCES 0.4 V(硅管)，UCES 0. 2 V(鍺管)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)3. 飽和區(qū)：條件：兩個結(jié)均正偏I(xiàn)C / mAUCE /V四、三極管的主要參數(shù) 直流參數(shù)

12、： 、 、ICBO、 ICEO1.共射直流電流放大系數(shù)忽略穿透電流 ICEO 時，2. 共基直流電流放大系數(shù)忽略反向飽和電流 ICBO 時，四、三極管的主要參數(shù) 直流參數(shù)： 、 、ICBO3. 集電極和基極之間的反向飽和電流 ICBO4.集電極和發(fā)射極之間的反向飽和電流 ICEO(a)ICBO測量電路(b)ICEO測量電路ICBOcebAICEOAceb 小功率鍺管 ICBO 約為幾微安；硅管的 ICBO 小，有的為納安數(shù)量級。當(dāng) b 開路時， c 和 e 之間的電流。值愈大，則該管的 ICEO 也愈大。圖 1.3.11反向飽和電流的測量電路3. 集電極和基極之間的反向飽和電流 ICBO4.集

13、電極和發(fā) 交流參數(shù)：、fT（使1的信號頻率）1. 共射電流放大系數(shù) 2. 共基電流放大系數(shù) 和 這兩個參數(shù)不是獨立的，而是互相聯(lián)系，關(guān)系為： 交流參數(shù)：、fT（使1的信號頻率）1. 共射電3. 特征頻率 由于晶體管中的PN結(jié)結(jié)電容的存在，晶體管的交流電流放大系數(shù)是所加信號的函數(shù)。頻率高到一定程度，集電極電流與基極電流之比不但數(shù)值下降，而且產(chǎn)生相移。使共射極電留放大系數(shù)的數(shù)值下降到1的信號頻率稱為特征頻率3. 特征頻率 由于晶體管中的PN結(jié)結(jié)電容的存在，1. 集電極最大允許電流 ICM 當(dāng) IC 過大時，三極管的 值要減小。在 IC = ICM 時， 值下降到額定值的三分之二。2. 集電極最大允

14、許耗散功率 PCM過損耗區(qū)安全 工 作 區(qū) 將 IC 與 UCE 乘積等于規(guī)定的 PCM 值各點連接起來，可得一條雙曲線。ICUCE PCM 為過損耗區(qū)ICUCEOPCM = ICUCE安全 工 作 區(qū)安全 工 作 區(qū)過損耗區(qū)過損耗區(qū)圖 1.3.11三極管的安全工作區(qū) 極限參數(shù)：ICM、PCM、U（BR）CEO1. 集電極最大允許電流 ICM 當(dāng) IC 過3. 極間反向擊穿電壓外加在三極管各電極之間的最大允許反向電壓。U(BR)CEO：基極開路時，集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。U(BR)CBO：發(fā)射極開路時，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。安全工作區(qū)同時要受 PCM、ICM 和U(BR)C

15、EO限制。過電壓ICU(BR)CEOUCEO過損耗區(qū)安全 工 作 區(qū)ICM過流區(qū)圖 1.3.11三極管的安全工作區(qū)3. 極間反向擊穿電壓外加在三極管各電極之間的最大允許反向電(1) 溫度對ICBO的影響溫度每升高10，ICBO約增加一倍。 (2) 溫度對 的影響溫度每升高1， 值約增大0.5%1%。 (3) 溫度對反向擊穿電壓V(BR)CBO、V(BR)CEO的影響溫度升高時，V(BR)CBO和V(BR)CEO都會有所提高。 2. 溫度對晶體管特性曲線的影響1. 溫度對晶體管參數(shù)的影響end五、溫度對晶體管特性的影響(1) 溫度對ICBO的影響溫度每升高10，ICBO約增加2. 溫度對晶體管特

16、性曲線的影響1）溫度對輸入特性曲線的影響五、溫度對晶體管特性的影響2. 溫度對晶體管特性曲線的影響1）溫度對輸入特性曲線的影響2）溫度對輸出特性曲線的影響五、溫度對晶體管特性的影響2）溫度對輸出特性曲線的影響五、溫度對晶體管特性的影響PNP 型三極管放大原理與 NPN 型基本相同，但為了保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，外加電源的極性與 NPN 正好相反。圖 1.3.13三極管外加電源的極性(a) NPN 型VCCVBBRCRb N NP+uoui(b) PNP 型VCCVBBRCRb+uouiPNP 型三極管放大原理與 NPN 型基本相同，但為了保 PNP 三極管電流和電壓實際方向。UCEUBE+IEIBICebCUCEUBE(+)()IEIBICebC(+)() PNP 三極管各極電流和電壓的規(guī)定正方向。PNP 三極管中各極電流實際方向與規(guī)定正方向一致。電壓(UBE、UCE)實際方向與規(guī)定正方向相反。計算中UBE 、UCE 為負(fù)值；輸入與輸出特性曲線橫軸為(- UBE) 、(- UCE)。 PNP 三極管電流和電壓實際方向。UCEUB討