(參考)半導(dǎo)體三極管課件

3.1半導(dǎo)體BJT返回半導(dǎo)體三極管，也叫晶體三極管。由于工作時，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運行，因此，還被稱為雙極結(jié)型晶體管（BipolarJunctionTransistor，簡稱BJT）。BJT是由兩個PN結(jié)組成的。一.BJT的結(jié)構(gòu)簡介【分類】（參見教材P67下）①按頻率分高頻管低頻管②按功率分大功率管中功率管小功率管③按半導(dǎo)體材料分硅管鍺管④按結(jié)構(gòu)不同分NPN型PNP型NPN型發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)（Je）集電結(jié)（Jc）e【Emitter】c【Collector】b發(fā)射極集電極基極NNP【Base】代表符號:箭頭方向：由P區(qū)→N區(qū)PNP型發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)（Je）集電結(jié)（Jc）ecb發(fā)射極集電極基極PPN代表符號:箭頭方向：由P區(qū)→N區(qū)比如：NPN型三極管剖面圖結(jié)構(gòu)制作要求：①發(fā)射區(qū)：高雜質(zhì)摻雜濃度；②基區(qū)：很薄（通常為幾微米～幾十微米），低摻雜濃度；③集電區(qū)：摻雜濃度要比發(fā)射區(qū)低；結(jié)面積比發(fā)射區(qū)大；晶體管的幾種常見外形二.BJT的電流分配與放大作用bNNPeccbe為實現(xiàn)放大，必須滿足三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部條件兩方面的要求。對其內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：①發(fā)射區(qū)進(jìn)行高摻雜，因而其中的多數(shù)載流子濃度很高。②基區(qū)很薄，且摻雜比較少，則基區(qū)中多子的濃度很低。二.BJT的電流分配與放大作用bNNPeccbe為實現(xiàn)放大，必須滿足三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部條件兩方面的要求。從外部條件來看：①發(fā)射結(jié)正向偏置②集電結(jié)反向偏置要求外加電源電壓的極性必須滿足：即在滿足內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求的前提下，三極管要實現(xiàn)放大，必須連接成如下形式：e區(qū)c區(qū)b區(qū)JeJcecbNNPVBBVCCRbRc＋－VBE＋－VCB＋－VCE例：共發(fā)射極接法三極管在工作時要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷骸＜娊Y(jié)反偏：由VBB保證由VCC、

VBB保證VCB=VCE-VBE>0發(fā)射結(jié)正偏：三極管內(nèi)部載流子運動分為三個過程：BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共發(fā)射極接法IENIEP（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，從而形成發(fā)射極電流IE。三極管內(nèi)部載流子運動分為三個過程：BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，從而形成發(fā)射極電流IE。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共發(fā)射極接法IE=IEN+IEP≈IEN三極管內(nèi)部載流子運動分為三個過程：BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，從而形成發(fā)射極電流IE。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共發(fā)射極接法IE（2）在基區(qū)中①電子繼續(xù)向集電結(jié)擴(kuò)散；②少數(shù)電子與基區(qū)空穴相復(fù)合，形成IB電流。IB復(fù)合IBE≈IBE三極管內(nèi)部載流子運動分為三個過程：BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，從而形成發(fā)射極電流IE。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共發(fā)射極接法IE（2）在基區(qū)中①電子繼續(xù)向集電結(jié)擴(kuò)散；②少數(shù)電子與基區(qū)空穴相復(fù)合，形成IB電流。IB（3）集電區(qū)收集大部分的電子，形成IC電流。ICICN≈ICNIBE三極管內(nèi)部載流子運動分為三個過程：BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，從而形成發(fā)射極電流IE。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共發(fā)射極接法IE（2）在基區(qū)中①電子繼續(xù)向集電結(jié)擴(kuò)散；②少數(shù)電子與基區(qū)空穴相復(fù)合，形成IB電流。IB（3）集電區(qū)收集大部分的電子，形成IC電流。IC另外，集電區(qū)的少子形成反向飽和電流ICBOICBOICNIBE三極管內(nèi)部載流子運動分為三個過程：BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共發(fā)射極接法IEIBICICBOICNIBE實際上：IC=ICN+ICBOIE=IEN+IEP≈IEN≈ICNIB+ICBO=IBE由KCL，有：IB=IBE-ICBO≈IBE電流分配關(guān)系由載流子的傳輸過程可知，由于電子在基區(qū)的復(fù)合，發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的電子并非全部到達(dá)集電極，管子制成后，復(fù)合所占的比例就定了。也就是由發(fā)射區(qū)注入的電子傳輸?shù)郊娊Y(jié)所占的百分比是一定的，這個百分比用α表示，稱為共基極電流放大系數(shù)。VCCJeJcecbNNPVBBRbRc例：共發(fā)射極接法IEIBICICBOICIBIE可簡化為將三極管看成一個廣義的節(jié)點（如下圖），有：ICIBIE將三極管看成一個廣義的節(jié)點（如下圖），有：IE=IC+IBIC≈αIEIB=IE-IC=IE-αIE=(1-α)IE故集電極與基極電流的關(guān)系為：=β共射電流放大倍數(shù)注：α和β是兩種電流放大系數(shù)，它們的值主要取決于基區(qū)、集電區(qū)和發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃度以及器件的幾何結(jié)構(gòu)。基極電流是電子在基區(qū)與空穴復(fù)合的電流，復(fù)合過程對α和β的值有影響。利用BJT組成的放大電路，其中一個電極作為信號輸入端，一個電極作為輸出端，另一個電極作為輸入、輸出回路的共同端。根據(jù)共同端的不同，BJT可以有三種連接方式（稱三種組態(tài)）：①共基極接法②共發(fā)射極接法（最為常用！）③共集電極接法三.BJT的特性曲線BJT的特性曲線是指各電極電壓與電流之間的關(guān)系曲線，它是BJT內(nèi)部載流子運動的外部表現(xiàn)。由于BJT也是非線性元件，它有三個電極，故要通過它的伏安特性曲線來對它進(jìn)行描述，但它的伏安特性并不向二極管那樣簡單。工程上最常用的是BJT的輸入特性和輸出特性曲線。RL+-ΔvObceΔvIiB=IB+ΔiBiC=IC+ΔiCiE=IE+ΔiEvBE+-+-vCE以共射放大電路為例：輸入回路輸出回路輸入特性：輸出特性：共射極電路特性曲線的實驗線路微安表毫安表簡單地看，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與vBE之間的函數(shù)關(guān)系。因為有集電結(jié)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vCE的影響，在討論輸入特性曲線時，應(yīng)使vCE=常數(shù)。vCE的影響，可以用三極管的內(nèi)部反饋作用解釋，即vCE對iB的影響。輸入特性曲線BJT共射接法的輸入特性曲線分三部分：①死區(qū)②非線性區(qū)③線性區(qū)iB/μAvBE/V①③②vCE

=1VvCE

>1VvCE

=0V記住：①當(dāng)vCE>1時，各條特性曲線基本重合。②當(dāng)vCE增大時特性曲線相應(yīng)的右移。25℃輸出特性曲線它是以iB為參變量的一族特性曲線。vCE/ViC/mA25℃BJT共射接法的輸出特性曲線=20μA=40μA=60μA=80μA現(xiàn)以iB=40uA一條加以說明：vCE/ViC/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA（1）當(dāng)vCE=0V時，因集電極無收集作用，iC=0。（2）當(dāng)vCE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：vCE<1VvBE=0.7VvCB=vCE-vBE≤0.7V集電區(qū)收集電子的能力很弱，iC主要由vCE決定：vCE↑→ic↑現(xiàn)以iB=40uA一條加以說明：vCE/ViC/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA（3）當(dāng)uCE增加到使集電結(jié)反偏電壓較大時，如：vCE≥1VvCB≥0.7V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vCE再增加，電流也沒有明顯得增加，特性曲線進(jìn)入與vCE軸基本平行的區(qū)域。同理，可作出iB=其他值的曲線。vCE/ViC/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA輸出特性曲線可以劃分為三個區(qū)域：飽和區(qū)——iC受vCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)vCE的數(shù)值較小，一般vCE<0.7V（硅管）。此時Je正偏，Jc正偏。vCE/ViC/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA輸出特性曲線可以劃分為三個區(qū)域：飽和區(qū)——iC受vCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)vCE的數(shù)值較小，一般vCE<0.7V（硅管）。此時Je正偏，Jc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Je反偏，Jc反偏。vCE/ViC/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA輸出特性曲線可以劃分為三個區(qū)域：飽和區(qū)——iC受vCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)vCE的數(shù)值較小，一般vCE<0.7V（硅管）。此時Je正偏，Jc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Je反偏，Jc反偏。放大區(qū)——iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。

此時Je正偏，Jc反偏。電壓大于0.7V左右（硅管）。模電著重討論的就是該放大區(qū)！vCE/ViC/mA25℃=20μA=40μA=60μA=80μA當(dāng)vCE大于一定的數(shù)值時，IC只與IB有關(guān),滿足IC=βIB關(guān)系，該區(qū)域稱為線性區(qū)（即放大區(qū)）。四.BJT的主要參數(shù)電流放大系數(shù)α——共基電流放大系數(shù)β——共射電流放大系數(shù)α與β的關(guān)系：α的值小于1，但接近于1。β的值遠(yuǎn)大于1，通常在20～200范圍內(nèi)。極間反向電流（1）ICBO：集電極－基極反向飽和電流O是Open的字頭，代表第三個電極E開路。它相當(dāng)于單個集電結(jié)的反向飽和電流。因此，它只決定于溫度和少子的濃度。ICBO的值很小硅管：ICBO為納安數(shù)量級鍺管：ICBO為微安數(shù)量級由于這個電流從集電區(qū)穿過基區(qū)流至發(fā)射區(qū)，所以又叫穿透電流。（2）ICEO：集電極－發(fā)射極反向飽和電流vCE/ViC/mA=20μA=40μA=60μA=80μAICEO點擊右面按鈕查看ICE