半導(dǎo)體三極管04961課件

半導(dǎo)體三極管

晶體三極管(以下簡稱三極管)是內(nèi)部含有兩個PN結(jié)、外部具有三個電極的半導(dǎo)體器件。由于它的特殊構(gòu)造，在一定條件下具有“放大”作用，被廣泛應(yīng)用于收音機(jī)、錄音機(jī)、電視機(jī)、擴(kuò)音機(jī)及各種電子設(shè)備中。三極管的結(jié)構(gòu)及電路符號發(fā)射結(jié)

集電結(jié)基極發(fā)射極

集電極

在一塊半導(dǎo)體芯片上，通過摻雜等工藝形成三個導(dǎo)電區(qū)域和兩個PN結(jié)，分別從三個區(qū)引出電極引線，加上管殼封裝，就制成了三極管。發(fā)射區(qū)基區(qū)

集電區(qū)小功率三極管大功率三極管大功率三極管貼片式三極管三極管的作用：電流放大作用！注意：三極管按芯片材料分，有硅管和鍺管。兩種管型的工作原理相同，但在構(gòu)成電路時，外接直流電源的極性不同，管內(nèi)各極電流方向不同。1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：（內(nèi)部條件）?發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；?集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；?基區(qū)很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且摻雜濃度最低。管芯結(jié)構(gòu)剖面圖2、偏置條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。2、外部條件：RCVBCEmAμAVVRBRPICGCIBGB1)Ie=Ib+Ic2)

β為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)IcIbIe電流分配關(guān)系β=IC／IB二、晶體三極管的輸入特性曲線RCVBCEmAμAVVRBRPICGCIBGB三極管特性測試電路1、定義：在VCE一定時,ＩB與VBE對應(yīng)值之間的關(guān)系2、三極管的輸入特性曲線：死區(qū)電壓正向壓降0VBE/VIB/μA死區(qū)電壓：正向壓降：硅鍺0.5V0.7V0.3V0.2V15輸入特性UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：硅管UBE0.6~0.7V,鍺管UBE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V

死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。半導(dǎo)體三極管輸出特性曲線iC是輸出電流，vCE是輸出電壓。

⑴放大區(qū)：三極管工作在放大區(qū)時，三極管具有電流放大作用，IC=βIB。IC受IB控制,而不與UCE無關(guān).實(shí)踐證明：處于放大狀態(tài)的三極管發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。⑵截止區(qū)：⑶飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏。UCE很低（UCE〈UBE，IC不受IB控制，三極管失去控制作用。發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為反偏。IB=0,IC=0,C、E間相當(dāng)于短路。18輸出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。

當(dāng)UCE大于一定的數(shù)值時，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。19IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IB>IC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。21輸出特性曲線簇22輸出特性三個區(qū)域的特點(diǎn):放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即：IC=IB,且IC

=

IB(2)飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止區(qū)：

UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO

0

3、三極管工作在正常放大區(qū)時三極電位關(guān)系：PNP型：Uc<Ub<UeNPN型：Uc>Ub>Ue例題：例2：測量三極管三個電極電位為U1=5V，U2=1.7V,U3=1V,試判斷該管為何種類型?是何種材料?并確定e、b、c三極?解：因?yàn)椋篣2、U3間電壓相差0.7V。

所以：為硅管所以：U2為B極，U3為E極，U1為C極。又：U1>U2>U3,即UC>UB>UE所以:為NPN型.2023/2/6

3.1.6半導(dǎo)體三極管的型號國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體三極管的命名如下:3

D

G

110B

第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、

G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關(guān)管用字母表示材料用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號的序號用字母表示同一型號中的不同規(guī)格三極管2023/2/6

表02.01雙極型三極管的參數(shù)

參

數(shù)型

號

PCMmWICMmAVR

CBOVVR

CEO

VVR

EBO

VIC

BO

μAf

T

MHz3AX31D1251252012≤6*≥83BX31C1251254024≤6*≥83CG101C10030450.11003DG123C5005040300.353DD101D5W5A3002504≤2mA3DK100B100302515≤0.13003DKG23250W30A4003258注：*為f

半導(dǎo)體三極管的測試與應(yīng)用半導(dǎo)體三極管使用基本知識一、外型及引腳排列EBCEBCEBCBEC二、萬用表檢測晶體三極管的方法1.根據(jù)外觀判斷極性3.用萬用表電阻擋測量三極管的好壞PN結(jié)正偏時電阻值較小(幾千歐以下)反偏時電阻值較大(幾百千歐以上)指針式萬用表在R1k擋進(jìn)行測量紅表筆是(表內(nèi))負(fù)極,黑表筆是(表內(nèi))正極注意事項(xiàng):測量時手不要接觸引腳1kBEC1kBEC2.插入三極管擋(hFE)，測量值或判斷管型及管腳三、晶體三極管的選用1.根據(jù)電路工作要求選擇高、低頻管2.根據(jù)電路工作要求選擇PCM、ICM

、U(BR)CEO

應(yīng)保證：3.一般三極管的值在40~100之間為好,9013、9014等低噪聲、高的管子不受此限制…..4.穿透電流ICEO越小越好，硅管比鍺管的小數(shù)字萬用表1.可直接用電阻擋的PN結(jié)擋分別測量判斷兩個結(jié)的好壞注意事項(xiàng):紅表筆是(表內(nèi))正極,黑表筆是(表內(nèi))負(fù)極NPN和PNP管分別按EBC排列插入不同的孔需要準(zhǔn)確測量值時，應(yīng)先進(jìn)行校正2.插入三極管擋(hFE)，測量值或判斷管型及管腳PC>PCｍ

ICM>ＩCｍ

U（BR）CEO>ＶCＣ附錄：半導(dǎo)體器件的命名方式第一部分?jǐn)?shù)字電極數(shù)2—二極管3—三極管第二部分第三部分字母(漢拼)材料和極性A—鍺材料N型B—鍺材料P型C—硅材料N型D—硅材料P型A—鍺材料PNPB—鍺材料NPNC—硅材料PNPD—硅材料NPN字母(漢拼)器件類型P—普通管W—穩(wěn)壓管Z—整流管K—開關(guān)管U—光電管X—低頻小功率管G—高頻小功率管D—低頻大功率管A—高頻大功率管第四部分第五部分?jǐn)?shù)字器件序號字母(漢拼)規(guī)格號例如:2CP2AP2CZ2CW3AX313DG12B3DD63CG3DA3AD3DK常用小功率進(jìn)口三極管9011901833§晶體三極管的伏安特性曲線

晶體管的伏安特性曲線是描述三極管的各端電流與兩個PN結(jié)外加電壓之間的關(guān)系的一種形式，其特點(diǎn)是能直觀，全面地反映晶體管的電氣性能的外部特性。晶體管的特性曲線一般用實(shí)驗(yàn)方法描繪或?qū)Ｓ脙x器（如晶體管圖示儀）測量得到。晶體三極管為三端器件，在電路中要構(gòu)成四端網(wǎng)絡(luò)，它的每對端子均有兩個變量（端口電壓和電流），因此要在平面坐標(biāo)上表示晶體三極管的伏安特性，就必須采用兩組曲線簇，我們最常采用的是輸入特性曲線簇和輸出特性曲線簇。34

輸入特性是指三極管輸入回路中，加在基極和發(fā)射極的電壓UBE與由它所產(chǎn)生的基極電流IB之間的關(guān)系。（1）UCE=0時相當(dāng)于集電極與發(fā)射極短路，此時，IB和UBE的關(guān)系就是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個正向二極管并聯(lián)的伏安特性。因?yàn)榇藭rJE和JC均正偏，IB是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)分別向基區(qū)擴(kuò)散的電子電流之和。一、輸入特性曲線35輸入特性曲線簇36（2）UCE≥1V即：給集電結(jié)加上固定的反向電壓，集電結(jié)的吸引力加強(qiáng)！使得從發(fā)射區(qū)進(jìn)入基區(qū)的電子絕大部分流向集電極形成Ic。同時，在相同的UBE值條件下，流向基極的電流IB減小，即特性曲線右移，

總之，晶體管的輸入特性曲線與二極管的正向特性相似，因?yàn)閎、e間是正向偏置的PN結(jié)（放大模式下）371.3.4

特性曲線ICmAAVVUCEUBERBIBECEB

實(shí)驗(yàn)線路38一、輸入特性UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：硅管UBE0.6~0.7V,鍺管UBE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V

死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。39二、輸出特性曲線

輸出特性通常是指在一定的基極電流IB控制下，三極管的集電極與發(fā)射極之間的電壓UCE同集電極電流Ic的關(guān)系?，F(xiàn)在我們所見的是共射輸出特性曲線表示以IB為參變量時，Ic和UCE間的關(guān)系：即Ic=f(UCE)|IB=常數(shù)實(shí)測的輸出特性曲線如圖所示：根據(jù)外加電壓的不同，整個曲線可劃分為四個區(qū)：

放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)、擊穿區(qū)40二、輸出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。

當(dāng)UCE大于一定的數(shù)值時，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。41IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IB>IC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。42IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。43輸出特性曲線簇44輸出特性三個區(qū)域的特點(diǎn):放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即：IC=IB,且IC

=

IB(2)飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止區(qū)：

UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO

0

451、截止區(qū)：

晶體管工作在截止模式下，有：

UBE<0.7V，UBC<0

所以：IB≤0，IE=IC=0

結(jié)論：發(fā)射結(jié)Je反向偏置時，晶體管是截止的。462、放大區(qū)晶體管工作在放大模式下:UBE>0.7V,UBC<0，此時特性曲線表現(xiàn)為近似水平的部分，而且變化均勻，它有兩個特點(diǎn)：①Ic的大小受IB的控制；ΔIc>>ΔIB；②隨著UCE的增加，曲線有些上翹。此時:ΔIc>>ΔIB，管子在放大區(qū)具有很強(qiáng)的電流放大作用。47

結(jié)論：在放大區(qū)，UBE>0.7V，UBC<0，Je正偏，Jc反偏，Ic隨IB變化而變化，但與UCE的大小基本無關(guān)。

ΔIc>>ΔIB，具有很強(qiáng)的電流放大作用！483、飽和區(qū)：

晶體管工作在飽和模式下：

UBE>0.7V，UBC>0，即：Je、Jc均正偏。特點(diǎn)：曲線簇靠近縱軸附近，各條曲線的上升部分十分密集，幾乎重疊在一起，可以看出：當(dāng)IB改變時，Ic基本上不會隨之而改變。晶體管飽和的程度將因IB和Ic的數(shù)值不同而改變，49一般規(guī)定：當(dāng)UCE=UBE時的狀態(tài)為臨界飽和（VCB=0）當(dāng)UCE＜UBE時的狀態(tài)為過飽和；飽和時的UCE用UCES表示，三極管深度飽和時UCES很小，一般小功率管的UCES＜0.3V，而鍺管的UCES＜0.1V，比硅管還要小。504、擊穿區(qū)

隨著UCE增大，加在JE上的反向偏置電壓UCB相應(yīng)增大。當(dāng)UCE增大到一定值時，集電結(jié)就會發(fā)生反向擊穿，造成集電極電流Ic劇增，這一特性表現(xiàn)在輸出特性圖上則為擊穿區(qū)域。

造成擊穿的原因：由于集電結(jié)是輕摻雜的，產(chǎn)生的反向擊穿主要是雪崩擊穿，擊穿電壓較大。除此之外，在基區(qū)寬度很小的三極管中，還會發(fā)生特有的穿通擊穿，即：當(dāng)UCE增大時，UCB相應(yīng)增大，導(dǎo)致集電結(jié)Jc的阻擋層寬度增寬，直到集電結(jié)與發(fā)射結(jié)相遇，基區(qū)消失，這時發(fā)射區(qū)的多子電子將直接受集電結(jié)電場的作用，引起集電極電流迅速增大，呈現(xiàn)類似擊穿的現(xiàn)象。三極管的反向擊穿主要表現(xiàn)為集電結(jié)的雪崩擊穿。515、晶體管三極管的工作特點(diǎn)如下：（1）為了在放大模式信號時不產(chǎn)生明顯的失真，三極管應(yīng)該工作在輸入特性的線性部分，而且始終工作在輸出特性的放大區(qū)，任何時候都不能工作在截止區(qū)和飽和區(qū)。（2）為了保證三極管工作在放大區(qū)，在組成放大電路時，外加的電源的極性應(yīng)使三有管的發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，集電結(jié)則處于反向偏置狀態(tài)。52（3）即使三極管工作在放大區(qū)，由于其輸入，輸出特性并不完全理想（表現(xiàn)為曲線而非直線），因此放大后的波形仍有一定程度的非線性失真。（4）由于三極管是一個非線性元件，其各項(xiàng)參數(shù)（如β、rbe等）都不是常數(shù)，因此在分析