201435-電工學(xué)三極管解析

2021/7/14星期三1201435-電工學(xué)三極管解析2021/7/14星期三2

在一個(gè)硅（鍺）片上生成三個(gè)雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域，一個(gè)P區(qū)（N區(qū)）夾在兩個(gè)N區(qū)（或P區(qū)）中間。從三個(gè)雜質(zhì)區(qū)域各自引出一個(gè)電極，分別稱發(fā)射極，集電極，基極，它們對(duì)應(yīng)的雜質(zhì)區(qū)域分別為發(fā)射區(qū)、集電區(qū)，基區(qū)。一晶體管的基本結(jié)構(gòu)

特點(diǎn)：基區(qū)很薄（微米數(shù)量級(jí)），而且摻雜濃度很低，發(fā)射區(qū)和集電區(qū)是同類型的雜質(zhì)半導(dǎo)體，但前者比后者摻雜濃度高很多，而集電區(qū)的面積比發(fā)射區(qū)面積大，因此它們不是電對(duì)稱的。2021/7/14星期三3二三極管的工作原理1.BJT內(nèi)部載流子傳輸過程（1）.發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散載流子，形成發(fā)射極電流。

由于發(fā)射結(jié)外加正向電壓，發(fā)射區(qū)的多子電子將不斷通過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，形成發(fā)射結(jié)電子擴(kuò)散電流IEN，其方向與電子擴(kuò)散方向相反，同時(shí)，基區(qū)的多子空穴也要擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，形成空穴擴(kuò)散電流IEP，方向與IEN相同，IEN和IEP一起構(gòu)成受發(fā)射結(jié)正向電壓UBE控制的發(fā)射結(jié)電流（即發(fā)射極電流）IE。

即IE＝IEN＋I(xiàn)EP。由于基區(qū)摻雜濃度很低，IEP很小，所以IE≈IEN

2021/7/14星期三4（2）.載流子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合，形成復(fù)合電流IBN

由發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的載流子電子在發(fā)射結(jié)邊界附近濃度最高，離發(fā)射結(jié)越遠(yuǎn)濃度越低，形成了一定的濃度梯度，濃度差使擴(kuò)散到基區(qū)的電子繼續(xù)向集電結(jié)方向擴(kuò)散，在擴(kuò)散過程中，有一部分電子與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成基區(qū)復(fù)合電流IBN，由于基區(qū)很薄，摻雜濃度又低，因此電子與空穴復(fù)合機(jī)會(huì)很小，IBN很小，大多數(shù)電子都能擴(kuò)散到集電結(jié)邊界。

（3）.集電區(qū)收集載流子，形成集電極電流IC。

由于集電結(jié)上加反向電壓，空間電荷區(qū)的內(nèi)電場被加強(qiáng)，對(duì)基區(qū)擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的載流子電子有很強(qiáng)的吸引力，使它們很快漂移過集電結(jié)，被集電區(qū)收集，形成集電極電流中受發(fā)射結(jié)電壓控制的電流ICN，其方向與電子漂移方向相反，顯然ICN＝IEN－IBN

與此同時(shí)，基區(qū)自身的少子電子和集電區(qū)的少子空穴也要在集電結(jié)反偏作用下產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，形成集電結(jié)反向飽和電流ICBO，其方向與ICN方向一致，ICN和ICBO一起構(gòu)成集電極電流IC，即IC＝ICN＋I(xiàn)CBO2021/7/14星期三5（4）.基極電流IB

IB＝IEP＋I(xiàn)BN－ICBO＝IEP＋I(xiàn)EN－ICN－ICBO＝IE－IC

晶體管內(nèi)部的電流存在一種比例分配關(guān)系，IC和IB分別占IE的一定比例，且IC接近于IE，IC遠(yuǎn)大于IB，IC和IB間也存在比例關(guān)系。這樣，當(dāng)基極電路由于外加電壓或電阻改變而引起IB的微小變化時(shí)，IC必定會(huì)發(fā)生較大的變化。這就是晶體管的電流放大作用，也就是通常所說的基極電流對(duì)集電極電流的控制作用。

2021/7/14星期三6三極管的連接方式共集電極接法：集電極作為公共端共基極接法：基極作為公共端共發(fā)射極接法：發(fā)射極作為公共端2021/7/14星期三7

綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的兩個(gè)條件是：（1）內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。（2）外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。2021/7/14星期三8三BJT的V-I特性曲線

iB=f(vBE)

vCE=const(2)當(dāng)vCE≥1V時(shí)，vCB=vCE-vBE>0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下IB減小，特性曲線右移。(1)當(dāng)vCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。1.輸入特性曲線（以共射極放大電路為例）共射極連接2021/7/14星期三9飽和區(qū)：iC明顯受vCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般vCE＜0.7V(硅管)。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。iC=f(vCE)

iB=const2.輸出特性曲線輸出特性曲線的三個(gè)區(qū)域:截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時(shí)，vBE小于死區(qū)電壓。放大區(qū)：iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。2021/7/14星期三10

例1.測量三極管三個(gè)電極對(duì)地電位，試判斷三極管的工作狀態(tài)。

放大截止飽和-+正偏反偏-++-正偏反偏+-放大Vc>Vb>Ve放大Vc<Vb<Ve2021/7/14星期三11例2：有兩個(gè)三極管分別接在放大電路中，今測得它們的管腳對(duì)地的電位分別如表所列，試判斷（1）三極管的管腳，并在各電極上注明e、b、c；（2）是NPN管還是PNP管，是硅管還是鍺管？管腳123電位/V43.49管腳123電位/V-6-2.3-22021/7/14星期三12解：由表可見，三極管?的l腳和2腳電位差為0.6V，所以三極管?是硅管；三極管Ⅱ的2腳和3腳電位差為0.3V，所以晶體管Ⅱ是鍺管。

三極管?的1腳為基極，2腳為發(fā)射極，3腳為集電極。三極管?是NPN管。同理可知，三極管Ⅱ的1腳為集電極，2腳是發(fā)射極，3腳是基極，且三極管Ⅱ是NPN管。2021/7/14星期三135.2.4半導(dǎo)體三極管的參數(shù)

直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)①直流電流放大系數(shù)

1.共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)

=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=常數(shù)一.直流參數(shù)

2.共基極直流電流放大系數(shù)

=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE

顯然與之間有如下關(guān)系:=IC/IE=IB/1+IB=/1+2021/7/14星期三14②極間反向電流

1.集電極基極間反向飽和電流ICBO

ICBO的下標(biāo)CB代表集電極和基極，

O是Open的字頭，代表第三個(gè)電極E開路。它相當(dāng)于集電結(jié)的反向飽和電流。

2.集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO

ICEO和ICBO有如下關(guān)系

ICEO=（1+）ICBO

相當(dāng)基極開路時(shí)，集電極和發(fā)射極間的反向飽和電流，即輸出特性曲線IB=0那條曲線所對(duì)應(yīng)的Y坐標(biāo)的數(shù)值。2021/7/14星期三15二.交流參數(shù)①交流電流放大系數(shù)

1.共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)

=IC/IBvCE=const

在放大區(qū)值基本不變，通過垂直于X軸的直線，由IC/IB求得。

在輸出特性曲線上求β

2.共基極交流電流放大系數(shù)α

α=IC/IE

VCB=const當(dāng)ICBO和ICEO很小時(shí)，可以不加區(qū)分。2021/7/14星期三16①集電極最大允許電流ICM

三極管集電極最大允許電流ICM。當(dāng)IC＞ICM時(shí)，管子性能將顯著下降，甚至?xí)p壞三極管。②集電極最大允許功率損耗PCM

集電極電流通過集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗，

PCM=ICVCB≈ICVCE，因發(fā)射結(jié)正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集電結(jié)上。在計(jì)算時(shí)往往用VCE取代VCB。三.極限參數(shù)2021/7/14星期三17(3)反向擊穿電壓

V(BR)CBO——發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)反 向擊穿電壓。V(BR)EBO——集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。

V(BR)CEO——基極開路時(shí)集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。幾個(gè)擊穿電壓有如下關(guān)系

V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO2021/7/14星期三18半導(dǎo)體三極管的型號(hào)國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體三極管的命名如下:3

D

G

110B