合理使用電路基礎(chǔ)知識以及集成電子運用應(yīng)用技術(shù)雙極型半導(dǎo)體晶體管

第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02

4.6雙極型半導(dǎo)體晶體管

雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)雙極型晶體管的電流分配關(guān)系晶體管的三種組態(tài)晶體管的共射特性曲線晶體管的參數(shù)晶體管的型號

半導(dǎo)體二極管和晶體管的封裝

雙極型和場效應(yīng)型晶體管的比較第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02

雙極型晶體管是由兩種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，它由兩個PN結(jié)組合而成，是一種電流控制電流源器件（CCCS）。

晶體管英文稱為Transister，在中文中稱為晶體管或半導(dǎo)體晶體管。晶體管有兩大類型:

一是雙極型晶體管(BJT)，二是場效應(yīng)晶體管(FET)。

場效應(yīng)型晶體管僅由一種載流子參與導(dǎo)電，是一種電壓控制電流源器件（VCCS）。第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02圖晶體管的兩種結(jié)構(gòu)雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)NPN型PNP型這是基極b這是發(fā)射極e這是集電極c這是發(fā)射結(jié)Je這是集電結(jié)Jc

晶體管符號中的短粗線代表基極，發(fā)射極的箭頭方向，代表發(fā)射極電流的實際方向。

雙極型晶體管有兩種結(jié)構(gòu)，NPN型和PNP型，見圖。雙極型晶體管的電流分配關(guān)系第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02

雙極型晶體管在工作時一定要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓?，F(xiàn)以NPN型晶體管的放大狀態(tài)為例，來說明晶體管內(nèi)部的電流關(guān)系。晶體管內(nèi)部載流子的運動

在工藝上要保證發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)，基區(qū)制作的十分薄，載流子渡越基區(qū)的時間可以忽略。這樣在分析問題時可重點著眼主要載流子的運動。第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02IENIEPIEICIBIBN

注意圖中畫的是載流子的運動方向，空穴流與電流方向相同；電子流與電流方向相反，為此可確定三個電極的電流。ICN圖晶體管中載流子的運動如何保證注入的載流子盡可能到達集電區(qū)？ICBO第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02

發(fā)射極電流：IE=IC+IB

晶體管的電流放大系數(shù)

從三個電極看，流進去的電流等于流出來的電流。IENIEICIBIBNICN

定義晶體管的電流放大系數(shù)：

稱為共射組態(tài)電流放大系數(shù)第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02晶體管的三種組態(tài)

雙極型晶體管有三個電極，其中兩個可以作為輸入電極,兩個可以作為輸出電極，這樣必然有一個電極是公共電極。三種接法也稱三種組態(tài)。圖晶體管的三種組態(tài)共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；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。第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02圖晶體管的三種組態(tài)共源極接法，源極作為公共電極，用CS表示；共漏極接法，漏極作為公共電極，用CD表示；共柵接法，柵極作為公共電極，用CG表示。晶體管的特性曲線

這里，B表示輸入電極，C表示輸出電極，E表示公共電極。所以這兩條曲線是共發(fā)射極接法的特性曲線。

iB是輸入電流，uBE是輸入電壓，加在B、E兩電極之間。

iC是輸出電流，uCE是輸出電壓，從C、E兩電極取出。第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02

輸入特性曲線——iB=f(uBE)

uCE=const

輸出特性曲線——

iC=f(uCE)

iB=const本節(jié)介紹共發(fā)射極接法晶體管的特性曲線，即

簡單地看，輸入特性曲線類似于發(fā)射結(jié)的伏安特性曲線，現(xiàn)討論iB和uBE之間的函數(shù)關(guān)系。因為有集電極電壓的影響，它與一個單獨的PN結(jié)的伏安特性曲線不同。為了排除uCE變化的影響，在討論輸入特性曲線時，應(yīng)使uCE=const(常數(shù))。第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02輸入特性曲線

共發(fā)射極接法的輸入特性曲線見圖。其中UCE=0V的那一條相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向特性曲線。當(dāng)UCE≥1V時，特性曲線將向右稍微移動一些。但UCE再增加時，曲線右移很不明顯。

第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02①②③

輸入特性曲線的分區(qū)：①死區(qū)②非線性區(qū)③近似線性區(qū)圖共射接法輸入特性曲線第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02

當(dāng)溫度上升時晶體管的發(fā)射結(jié)壓降也象二極管的正向壓降一樣要減小，變化規(guī)律為溫度每升高1℃，UBE減?。?.9～2.5）mV，這將使輸入特性曲線向左移動。20℃50℃UBE1UBE2IB第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02

共發(fā)射極接法的輸出特性曲線是以IB為參變量的一族特性曲線。圖共射接法輸出特性曲線輸出特性曲線

當(dāng)UCE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，集電區(qū)收集電子的能力很弱，IC主要由UCE決定。

現(xiàn)以其中任何一條加以說明，當(dāng)UCE=0V時，因集電極無收集作用，IC=0。第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02運動到集電結(jié)的電子基本上都可以被集電區(qū)收集，此后UCE再增加，電流也沒有明顯的增加，特性曲線進入與UCE軸基本平行的區(qū)域。

當(dāng)UCE增加到使集電結(jié)反偏電壓較大時，如

UCE≥1V、UBE≥0.7V圖共射接法輸出特性曲線第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02

輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域:飽和區(qū)——iC受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE的數(shù)值較小，一般UCE＜0.7V(硅管)。此時發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。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，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)——iC平行于uCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，電壓UCE大于0.7

V(硅管)。圖輸出特性曲線的分區(qū)

晶體管的參數(shù)分為三大類:

直流參數(shù)交流參數(shù)極限參數(shù)第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.021.集電結(jié)反向飽和電流ICBO

直流參數(shù)晶體管的參數(shù)ICBO的下標(biāo)CB代表集電極和基極，O是Open的字頭，代表第三個電極E開路。它是發(fā)射極開路時集電結(jié)的反向飽和電流。第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.022.晶體管集－射極穿透電流ICEOICEO為基極開路時，從集電極到發(fā)射極的電流，因其貫穿整個晶體管，故稱為穿透電流，即輸出特性曲線中IB=0那條曲線所對應(yīng)的IC數(shù)值。ICEO與ICBO有如下關(guān)系ICBO、ICEO由少子的運動產(chǎn)生，故隨溫度上升而增加。一般溫度每增加10℃，ICBO、ICEO增加1倍。這將造成輸出特性曲線上移。第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02

交流參數(shù)1.共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)可在共射輸出特性曲線上，通過垂直于橫軸的直線求取iC/iB，具體方法如圖所示。圖在輸出特性曲線上求取βQ第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.022.特征頻率fT3.共射截止頻率fβ

晶體管的

值與工作頻率有關(guān)。由于結(jié)電容的影響，當(dāng)信號頻率增加時，晶體管的將會下降。下降到1時所對應(yīng)的頻率稱為晶體管的特征頻率，用fT表示。

隨著頻率的增加，

將會下降。下降到0/(0為低頻時的數(shù)值)所對應(yīng)的頻率稱為晶體管的共射截止頻率fβ。1.集電極最大允許電流ICM

當(dāng)集電極電流增加時，就要下降，當(dāng)值下降到線性放大區(qū)值的70～30％時，所對應(yīng)的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。可見，當(dāng)IC＞ICM時，并不表示晶體管會損壞。但電流放大能力明顯減弱。第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02極限參數(shù)

集電極電流通過集電結(jié)時所產(chǎn)生的功耗

PCM=ICUCB≈ICUCE，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。在計算時往往用UCE

取代UCB。第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.022.集電極最大允許功率損耗PCM圖輸出特性曲線的安全工作區(qū)第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02

反向擊穿電壓表示晶體管電極間承受反向電壓的能力，其測試時的原理電路如圖4.6.7所示。U(BR)CEOU(BR)CBO圖晶體管擊穿電壓的測試電路U(BR)CESU(BR)CER3.反向擊穿電壓U(BR)EBO

1.U(BR)CBO——發(fā)射極開路時的集電結(jié)擊穿電壓。下標(biāo)BR代表擊穿之意，是Breakdown的字頭，CB代表集電極和基極，O代表第三個電極E開路。第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.022.U(BR)EBO——集電極開路時發(fā)射結(jié)的擊穿電壓。

3.U(BR)CEO——基極開路集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。U(BR)CBOU(BR)CEO

對于U(BR)CER表示BE間接有電阻，U(BR)CES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(BR)CBO≈U(BR)CES＞U(BR)CER＞U(BR)CEO＞U(BR)EBOU(BR)EBO

雙極型晶體管的參數(shù)

第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02注：*為f

參

數(shù)型

號

PCMmWICMmA

V

V

VIC

BO

μAf

T

MHz3AX31D1251252012≤6*≥83BX31C1251254024≤6*≥83CG101C10030450.11003DG123C5005040300.353DD101D5A5A3002504≤2mA3DK100B100302515≤0.13003DKG23250W30A4003258U(BR)CBOU(BR)CEOU(BR)EBO晶體管的型號國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體三極管的命名如下:3DG110B

第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02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)格三極管第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02圖小、中功率晶體管圖片(金屬圓殼封裝)半導(dǎo)體二極管和晶體管的封裝第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02圖小、中功率晶體管圖片(塑封)第4章半導(dǎo)體二極管和晶體管2010.02圖大功率晶體管圖片

雙極型晶體管管場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)NPN型結(jié)型耗盡型