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1、第四讲 晶体三极管,第四讲 晶体三极管,一、晶体管的结构和符号,二、晶体管的放大原理,三、晶体管的共射输入特性和输出特性,四、温度对晶体管特性的影响,五、主要参数,双极型三极管,晶体三极管中有电子和空穴参与导电，故称之为双极型晶体管（BJT），又称半导体三极管。 1.分类 按材料分：硅管、锗管 按结构分：NPN型、PNP型 按频率分：高频管、低频管 按功率分：小功率、大功率 2.内部结构和放大的条件 内部结构：基区很薄且掺杂少，发射区掺杂高， 集电区面积大。 外部条件：所加电源的极性应使发射结正偏、 集电结反偏。,一、晶体管的结构和符号,多子浓度高,多子浓度很低，且很薄,面积大,晶体管有三个极
2、、三个区、两个PN结。,中功率管,大功率管,二、晶体管的放大原理及各级电流关系,扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。,少数载流子的运动,因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区,因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合,因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区,基区空穴的扩散,ICE 与IBE 之比称为电流放大倍数,要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。,式中ICEO 称为穿透电流，其物理意义是，当基极开路（IB=0）时，在集电极电源VCC作用下的集电极与发射极之间形成的电流，而 ICB0
3、 是发射极开路时，集电结的反向饱和电流。一般情况下 ，所以,电流分配： IEIBIC IE扩散运动形成的电流 IB复合运动形成的电流 IC漂移运动形成的电流,穿透电流,集电结反向电流,直流电流放大系数,交流电流放大系数,为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？,三、晶体管的共射输入特性和输出特性,1.测试电路简介,NPN三极管的共射极放大电路,为什么UCE增大曲线右移？ 因发射区注入基区的非平衡少子一部分越过基区和集电结形成电流iC,对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。,为什么像PN结的伏安特性？相当于两个二极管并联。,为什么UCE增大到一
4、定值曲线右移就不明显了？因集电结的电场已足够强，非平衡少子都已收集到集电区,2.输入特性,3. 输出特性,是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下 ?,对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。,为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？因这时集电结电场较弱，不能全部收集全部非平衡少子。为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？此时集电结电场足以收集大部分非平衡少子，收集能力已不能明显提高。,饱和区,放大区,截止区,晶体管的三个工作区域,晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源iC 。,（1）截止区；其特征是发
5、射结电压小于开启电压 UON，且集电结反向偏置。即对于共射电路，Ube小于UON且uCE大于Ube。此时 IB=0，而ic小于ICEO。小功率硅管的ICEO在1A以下，锗管的ICEO小于几十微安。因此在近似分析中可以认为晶体管截止时的。 （2）放大区：其特征是发射结正向偏置（UBE大于发射结开启电压UON）且集电结反向偏置，即uCEuBE 。IC=IB，表现出电流控制作用。 （3）饱和区：其特征是发射结与集电结均处于正向偏置，即对于共射电路ubeUON且uceuBE 。不存在电流放大作用。Ic随uCE增大。,NPN型硅三极管三种工作状态的特点,工作状态,截 止,放 大,饱 和,偏 置 情 况,
6、集电极电流,管压降,c、e等效内阻,工 作 特 点,发射结和集电结均反偏,发射结正偏集电结反偏,发射结和集电结均正偏,很大，相当于开关断开,可 变,很小，相当于开关闭和,ic 0,ic = iB,ic=ics ,VCEO VCC,VCE = VCC -icRC,VCES 0.3V,举例说明,根据给出的各电极电位确定放大管的管型和管脚。,2、判断管型,1、识别管脚,7.53.53.2,VCVBVE,NPN型锗管。,放大条件：发射结正偏、集电结反偏,VC VB VE,VC VBVE,基极电位的大小处于中间。,发射结压降: |UBE| = 0.7（0.6）V （硅管） |UBE| = 0.2（0.3
7、）V （锗管）,与基极电位相差|UBE|的电极为发射极。,由三个电极的电位关系确定管型。,四、温度对晶体管特性的影响,由于半导体材料的热敏性，晶体管的参数几乎都与温度有关。对于电子电路，如果不能解决温度稳定性问题，将不能使其实用，因此了解温度对晶体管参数的影响是非常必要的。 一温度对ICBO的影响 温度每升高10oC， ICBO增加约一倍。反之，当温度降低时减小。 由于硅管的ICBO比锗管的小得多，所以从绝对数值上看，硅管比锗管受温度的影响要小得多。 同样温度也对ICEO产生同样影响。,2温度对输入特性的影响 与二极管伏安特性相类似，当温度升高时，正向特性将左移，反之将右移，如图1.3.8所示
8、。当温度变化1oC时，uBE大约变化2-2.5mV。换一角度说，若uBE不变，则当温度升高时iB将增大，反之iB减小。 3温度对输出特性的影响 温度升高时，由于ICEO、增大，且输入特性左移，所以导致集电极电流增大。,五、主要参数,1、电流放大系数,2、反向饱和电流,ICBO集电极和基极间的反向饱和电流 ICEO 集电极和发射极间的穿透电流 两者关系：ICEO = （1+ ）ICBO,3、极限参数,ICM 集电极最大允许电流 PCM 集电极最大允许耗散功率 UCEO b开路，c、e间的反向击穿电压 UCBO e开路，c、b间的反向击穿电压,最大集电极耗散功率，PCMiCuCE,安全工作区,使用
9、时注意各极的电压极性和电流方向,PNP三极管中电流和电压的实际方向,六、PNP型三极管,七、光电三极管,光点三极管是依据光照强度来控制集电极电流的大小，其功能可等效为一只光电二极管与一只晶体管相连，并引出集电极 与发射极。,光电三极管的输出特性曲线,图中：ICEO为暗电流，是无光照的集电极电流；它比光电二极管的暗电流约大两倍，且受温度影响较大，温度每上升25C，ICEO上升约10倍。 由光照时的集电极电流称为光电流iC。在u CE足够大时，iC仅仅决定于入射光强E。,讨论一,1. 分别分析uI=0V、5V时T是工作在截止状态还是导通状态； 2. 已知T导通时的UBE0.7V，若uI=5V，则在什么范围内T处于放大状态?在什么范围内T处于饱和状态？,通过uBE是否大于Uon判断管子是否导通。,临界饱和时的,讨论二,由图示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、。,2.7,uCE=1V时的iC就是ICM,U（BR）CEO,
