雙極型三極管.ppt

1、1,雙極型三極管(BJT) 又稱半導(dǎo)體三極管、晶體管，或簡(jiǎn)稱為三極管。,(Bipolar Junction Transistor),三極管的外形如下圖所示。,三極管有兩種類型：NPN 和 PNP 型。主要以 NPN 型為例進(jìn)行討論。,2,1.3.1晶體管的結(jié)構(gòu),常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面管和鍺合金管兩種類型。,(a)平面型(NPN),(b)合金型(PNP),e 發(fā)射極，b基極，c 集電極。,3,平面型(NPN)三極管制作工藝,在 N 型硅片(集電區(qū))氧化膜上刻一個(gè)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(gè)電極即可。,合金型三極

2、管制作工藝：在 N 型鍺片(基區(qū))兩邊各置一個(gè)銦球，加溫銦被熔化并與 N 型鍺接觸，冷卻后形成兩個(gè) P 型區(qū)，集電區(qū)接觸面大，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高。,4,(a)NPN 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,基極 b,發(fā)射極 e,5,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,6,1.3.2晶體管的電流放大原理,以 NPN 型晶體三極管為例討論,晶體管若實(shí)現(xiàn)放大，必須從晶體管內(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,7,晶體管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：,1） 發(fā)射區(qū)高摻雜。,2） 基區(qū)做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。,3） 集電結(jié)面積大。

3、,8,晶體管放大的外部條件： 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)。,9,1. 三極管中載流子運(yùn)動(dòng)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 UBB 補(bǔ)充。,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)。,10,1. 三極管中載流子運(yùn)動(dòng)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。 其能量來自外接電源 UCC 。,另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場(chǎng)的作用下將進(jìn)

4、行漂移運(yùn)動(dòng)而形成反向飽和電流，用ICBO表示。,11,2.三極管的電流分配關(guān)系,IC = ICN + ICBO,IE = ICN + IBN + ICBO = IEN+ IEP,IE = IC + IB,IB=IBN+IPE-ICBO,三個(gè)極的電流之間滿足節(jié)點(diǎn)電流定律，即,12,3. 晶體管電流放大系數(shù),(1)直流電流放大系數(shù),一般要求 ICN 在 IE 中占的比例盡量大。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,為共基極直流放大系數(shù),13,將(1)式代入IE = IC + IB 得,14,上式中的后一項(xiàng)常用 ICEO 表示，ICEO 稱穿透電流。,當(dāng) ICEO IC 時(shí)

5、，忽略 ICEO，則由上式可得,共射極直流電流放大系數(shù) 近似等于 IC 與 IB 之比。 一般 值約為幾十 幾百。,15,（2）交流電流放大系數(shù),在共射極放大電路中，當(dāng)有輸入電壓ui作用時(shí)，則晶體管的基極電流將在IB的基礎(chǔ)上疊加動(dòng)態(tài)電流iB，集電極電流也將在IC的基礎(chǔ)上疊加動(dòng)態(tài)電流iC。通常將集電極電流變化量iC與基電極電流變化量iB之比定義為共射極交流電流放大系數(shù)，用 表示。即：,共射電流放大系數(shù),同樣iC與iE之比定義為共基極交流電流放大系數(shù)。,共基電流放大系數(shù),16,根據(jù) 和 的定義，以及三極管中三個(gè)電流的關(guān)系，可得,故 與 兩個(gè)參數(shù)之間滿足以下關(guān)系：,直流參數(shù) 與交流參數(shù) 、 的含義是

6、不同的，但是，對(duì)于大多數(shù)三極管來說， 與 ， 與 的數(shù)值卻差別不大，計(jì)算中，可不將它們嚴(yán)格區(qū)分。,17,+ UCE -,1.3.3晶體管的特性曲線,特性曲線是選用三極管的主要依據(jù)，可從半導(dǎo)體器件手冊(cè)查得。特性曲線分為輸入特性曲線與輸出特性曲線。,UCE,輸入特性：對(duì)共發(fā)射極放大電路而言，輸入特性曲線是描述基極電流iB與電壓uBE之間的關(guān)系。,輸出特性：是描述集電極電流iC與電壓uCE之間的關(guān)系。,+ UCE -,+ UCE -,UBE,共射特性曲線測(cè)試電路,18,1、輸入特性,(1) uCE = 0 時(shí)的輸入特性曲線,當(dāng) uCE = 0 時(shí)，基極和發(fā)射極之間相當(dāng)于兩個(gè) PN 結(jié)并聯(lián)。所以，當(dāng)

7、b、e 之間加正向電壓時(shí)，應(yīng)為兩個(gè)二極管并聯(lián)后的正向伏安特性。,19,(2) uCE 0 時(shí)的輸入特性曲線,當(dāng) uCE 0 時(shí)，這個(gè)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，三極管處于放大狀態(tài)。,* 特性右移(因集電結(jié)開始吸引電子),uCE 1 時(shí)的輸入特性具有實(shí)用意義。,* uCE 1 V，特性曲線重合。,20,2、輸出特性,劃分三個(gè)區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。,(1)截止區(qū)iB 0 的區(qū)域。,兩個(gè)結(jié)都處于反向偏置。,iB= 0 時(shí)，iC = ICEO。 硅管約等于 1 A，鍺管約為幾十 幾百微安。,21,(2) 放大區(qū)：,條件：發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏,特點(diǎn)：各條輸出

8、特性曲線比較平坦，近似為水平線，且等間隔。,集電極電流和基極電流體現(xiàn)放大作用，即,對(duì) NPN 管 uBE 0，uBC 0,2、輸出特性,22,(3) 飽和區(qū)：,條件：兩個(gè)結(jié)均正偏,對(duì) NPN 型管，uBE 0 uBC 0 。,特點(diǎn)：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(shí)，稱臨界飽和，uCE uBE時(shí)稱為過飽和。,飽和管壓降 UCES 0.4 V(硅管)，UCES 0. 2 V(鍺管),2、輸出特性,23,1.3.4晶體管的主要參數(shù),三極管的連接方式,24,(2)共射直流電流放大系數(shù),忽略穿透電流 ICEO 時(shí)

9、，,(1)共基直流電流放大系數(shù),忽略反向飽和電流 ICBO 時(shí)，,1、直流參數(shù),是表征管子在直流電壓作用下的參數(shù)。有以下幾個(gè)：,25,(3) 集電極和基極之間的反向飽和電流 ICBO,(4)集電極和發(fā)射極之間的反向飽和電流 ICEO,(a)ICBO測(cè)量電路,(b)ICEO測(cè)量電路,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(jí)。,當(dāng) b 開路時(shí)， c 和 e 之間的電流。,值愈大，則該管的 ICEO 也愈大。,26,(1)共射電流放大系數(shù) ,(1) 共基電流放大系數(shù) , 和 這兩個(gè)參數(shù)不是獨(dú)立的，而是互相聯(lián)系，關(guān)系為：,2. 交流參數(shù),交流參數(shù)是交流條件下起作用的參數(shù)

10、，它反映三極管對(duì)動(dòng)態(tài)信號(hào)的性能指標(biāo)。,27,3、 極限參數(shù),(1) 集電極最大允許電流 ICM,當(dāng) iC 過大時(shí)，三極管的 值要減小。在 iC = ICM 時(shí)， 值下降到額定值的三分之二。,(2)集電極最大允許耗散功率 PCM,將 iC 與 uCE 乘積等于規(guī)定的 PCM 值各點(diǎn)連接起來，可得一條雙曲線。,iCuCE PCM 為安全工作區(qū),iCuCE PCM 為過損耗區(qū),28,(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(shí)，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(shí)，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。,安全工作區(qū)同時(shí)要受 PCM、ICM 和U(BR)CEO限制。,29,1.3.5PNP 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，