【2017年整理】双极型晶体管

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1、双极型晶体管 晶 体 管 的 极 限 参 数双 极 型 晶 体 管 （ Bipolar Transistor） 由 两 个 背 靠 背 PN 结 构 成 的 具 有 电 流 放 大 作 用 的 晶 体 三 极 管 。 起 源 于 1948 年 发 明 的 点 接 触 晶体 三 极 管 ， 50 年 代 初 发 展 成 结 型 三 极 管 即 现 在 所 称 的 双 极 型 晶 体 管 。 双 极 型 晶 体 管 有 两 种 基 本 结 构 ：PNP 型 和 NPN 型 。 在 这 3 层 半 导 体 中 ， 中 间 一 层 称 基 区 ， 外 侧 两 层 分 别 称 发 射 区 和 集 电 区

2、 。 当 基 区注 入 少 量 电 流 时 ， 在 发 射 区 和 集 电 区 之 间 就 会 形 成 较 大 的 电 流 ， 这 就 是 晶 体 管 的 放 大 效 应 。 双 极 型 晶体 管 是 一 种 电 流 控 制 器 件 ， 电 子 和 空 穴 同 时 参 与 导 电 。 同 场 效 应 晶 体 管 相 比 ， 双 极 型 晶 体 管 开 关 速度 快 ， 但 输 入 阻 抗 小 ， 功 耗 大 。 双 极 型 晶 体 管 体 积 小 、 重 量 轻 、 耗 电 少 、 寿 命 长 、 可 靠 性 高 ， 已 广 泛用 于 广 播 、 电 视 、 通 信 、 雷 达 、 计 算 机

3、 、 自 控 装 置 、 电 子 仪 器 、 家 用 电 器 等 领 域 ， 起 放 大 、 振 荡 、 开关 等 作 用 。 晶 体 管 ： 用 不 同 的 掺 杂 方 式 在 同 一 个 硅 片 上 制 造 出 三 个 掺 杂 区 域 ， 并 形 成 两 个 PN 结 ， 就 构 成了 晶 体 管 . 晶 体 管 分 类 ： NPN 型 管 和 PNP 型 管 输 入 特 性 曲 线 ： 描 述 了 在 管 压 降 UCE 一 定 的 情 况 下 ， 基 极 电 流 iB 与 发 射 结 压 降 uBE 之 间 的 关系 称 为 输 入 伏 安 特 性 ， 可 表 示 为 ： 硅 管 的

4、开 启 电 压 约 为 0.7V， 锗 管 的 开 启 电 压 约 为 0.3V。 输 出 特 性 曲 线 ： 描 述 基 极 电 流 IB 为 一 常 量 时 ， 集 电 极 电 流 iC 与 管 压 降 uCE 之 间 的 函 数 关 系 。可 表 示 为 ： 双 击 型 晶 体 管 输 出 特 性 可 分 为 三 个 区 截 止 区 ： 发 射 结 和 集 电 结 均 为 反 向 偏 置 。 IE0， IC0， UCEEC， 管 子 失 去 放 大 能 力 。 如果 把 三 极 管 当 作 一 个 开 关 ， 这 个 状 态 相 当 于 断 开 状 态 。 饱 和 区 ： 发 射 结 和

5、 集 电 结 均 为 正 向 偏 置 。 在 饱 和 区 IC 不 受 IB 的 控 制 ， 管 子 失 去 放 大 作 用 ，UCE0， IC=EC RC， 把 三 极 管 当 作 一 个 开 关 ， 这 时 开 关 处 于 闭 合 状 态 。 放 大 区 ： 发 射 结 正 偏 ， 集 电 结 反 偏 。 放 大 区 的 特 点 是 ： IC 受 IB 的 控 制 ， 与 UCE 的 大 小 几 乎 无 关 。 因 此 三 极 管 是 一 个 受 电 流 IB 控 制 的 电 流 源 。 特 性 曲 线 平 坦 部 分 之 间 的 间 隔 大 小 ， 反 映 基 极 电 流 IB 对 集

6、电 极 电 流 IC 控 制 能 力 的 大 小 ， 间隔 越 大 表 示 管 子 电 流 放 大 系 数 b 越 大 。 伏 安 特 性 最 低 的 那 条 线 为 IB=0， 表 示 基 极 开 路 ， IC 很 小 ， 此 时 的 IC 就 是 穿 透 电 流 ICEO。 在 放 大 区 电 流 电 压 关 系 为 ： UCE=EC-ICRC, IC=IB 在 放 大 区 管 子 可 等 效 为 一 个 可 变 直 流 电 阻 。 极 间 反 向 电 流 ： 是 少 数 载 流 子 漂 移 运 动 的 结 果 。 集 电 极 基 极 反 向 饱 和 电 流 ICBO ： 是 集 电 结

7、的 反 向 电 流 。 集 电 极 发 射 极 反 向 饱 和 电 流 ICEO ： 它 是 穿 透 电 流 。 ICEO 与 CBO 的 关 系 ： 特 征 频 率 ： 由 于 晶 体 管 中 PN 结 结 电 容 的 存 在 ， 晶 体 管 的 交 流 电 流 放 大 系 数 会 随 工 作 频 率 的 升高 而 下 降 ， 当 的 数 值 下 降 到 1 时 的 信 号 频 率 称 为 特 征 频 率 。 双 极 型 晶 体 管 极 限 参 数 最 大 集 电 极 耗 散 功 率 如 图 所 示 。 最 大 集 电 极 电 流 :使 b 下 降 到 正 常 值 的 时 的 集 电 极 电

8、 流 称 之 为 集 电 极 最 大 允 许电 流 。 极 间 反 向 击 穿 电 压 ： 晶 体 管 的 某 一 电 极 开 路 时 ， 另 外 两 个 电 极 间 所 允 许 加 的 最 高 反 向 电 压 即 为极 间 反 向 击 穿 电 压 ， 超 过 此 值 的 管 子 会 发 生 击 穿 现 象 。 温 度 升 高 时 ， 击 穿 电 压 要 下 降 。 是 发 射 极 开 路 时 集 电 极 -基 极 间 的 反 向 击 穿 电 压 ， 这 是 集 电 结 所 允 许 加 的 最 高 反 向 电 压 。 是 基 极 开 路 时 集 电 极 -发 射 极 间 的 反 向 击 穿 电

9、 压 ， 此 时 集 电 结 承 受 的 反 向 电 压 。 是 集 电 极 开 路 时 发 射 极 -基 极 间 的 反 向 击 穿 电 压 ， 这 是 发 射 结 所 允 许 加 的 最 高 反 向 电 压 。 温 度 对 的 影 响 ： 是 集 电 结 加 反 向 电 压 时 平 衡 少 子 的 漂 移 运 动 形 成 的 ， 当 温 度 升 高 时 ， 热 运 动 加剧 ， 更 多 的 价 电 子 有 足 够 的 能 量 挣 脱 共 价 键 的 束 缚 ， 从 而 使 少 子 的 浓 度 明 显 增 大 ， 增 大 。 温 度 每 升 高 10 时 ， 增 加 约 一 倍 。 硅 管

10、的 比 锗 管 的 小 得 多 ， 硅 管 比 锗 管 受 温 度 的 影 响 要 小 。 温 度 对 输 入 特 性 的 影 响 ： 温 度 升 高 ， 正 向 特 性 将 左 移 。 温 度 对 输 出 特 性 的 影 响 ： 温 度 升 高 时 增 大 。 光 电 三 极 管 ： 依 据 光 照 的 强 度 来 控 制 集 电 极 电 流 的 大 小 。 暗 电 流 ICEO： 光 照 时 的 集 电 极 电 流 称 为 暗 电 流 ICEO， 它 比 光 电 二 极 管 的 暗 电 流 约 大 两 倍 ； 温度 每 升 高 25 ， ICEO 上 升 约 10 倍 。 光 电 流 ：

11、有 光 照 时 的 集 电 极 电 流 为 光 电 流 。 当 足 够 大 时 ， 决 定 于 入 射 光 照 度 。 Cc-集 电 极 电 容 Ccb-集 电 极 与 基 极 间 电 容 Cce-发 射 极 接 地 输 出 电 容 Ci-输 入 电 容 Cib-共 基 极 输 入 电 容 Cie-共 发 射 极 输 入 电 容 Cies-共 发 射 极 短 路 输 入 电 容 Cieo-共 发 射 极 开 路 输 入 电 容 Cn-中 和 电 容 （ 外 电 路 参 数 ） Co-输 出 电 容 Cob-共 基 极 输 出 电 容 。 在 基 极 电 路 中 ， 集 电 极 与 基 极 间

12、输 出 电 容 Coe-共 发 射 极 输 出 电 容 Coeo-共 发 射 极 开 路 输 出 电 容 Cre-共 发 射 极 反 馈 电 容 Cic-集 电 结 势 垒 电 容 CL-负 载 电 容 （ 外 电 路 参 数 ） Cp-并 联 电 容 （ 外 电 路 参 数 ） BVcbo-发 射 极 开 路 ， 集 电 极 与 基 极 间 击 穿 电 压 BVceo-基 极 开 路 ， CE 结 击 穿 电 压 BVebo- 集 电 极 开 路 EB 结 击 穿 电 压 BVces-基 极 与 发 射 极 短 路 CE 结 击 穿 电 压 BV cer-基 极 与 发 射 极 串 接 一

13、电 阻 ， CE 结 击 穿 电 压 D-占 空 比 fT-特 征 频 率 fmax-最 高 振 荡 频 率 。 当 三 极 管 功 率 增 益 等 于 1 时 的 工 作 频 率 hFE-共 发 射 极 静 态 电 流 放 大 系 数 hIE-共 发 射 极 静 态 输 入 阻 抗 hOE-共 发 射 极 静 态 输 出 电 导 h RE-共 发 射 极 静 态 电 压 反 馈 系 数 hie-共 发 射 极 小 信 号 短 路 输 入 阻 抗 hre-共 发 射 极 小 信 号 开 路 电 压 反 馈 系 数 hfe-共 发 射 极 小 信 号 短 路 电 压 放 大 系 数 hoe-共

14、发 射 极 小 信 号 开 路 输 出 导 纳 IB-基 极 直 流 电 流 或 交 流 电 流 的 平 均 值 Ic-集 电 极 直 流 电 流 或 交 流 电 流 的 平 均 值 IE-发 射 极 直 流 电 流 或 交 流 电 流 的 平 均 值 Icbo-基 极 接 地 ， 发 射 极 对 地 开 路 ， 在 规 定 的 VCB 反 向 电 压 条 件 下 的 集 电 极 与 基 极 之 间 的 反 向截 止 电 流 Iceo-发 射 极 接 地 ， 基 极 对 地 开 路 ， 在 规 定 的 反 向 电 压 VCE 条 件 下 ， 集 电 极 与 发 射 极 之 间 的 反向 截 止

15、 电 流 Iebo-基 极 接 地 ， 集 电 极 对 地 开 路 ， 在 规 定 的 反 向 电 压 VEB 条 件 下 ， 发 射 极 与 基 极 之 间 的 反 向截 止 电 流 Icer-基 极 与 发 射 极 间 串 联 电 阻 R， 集 电 极 与 发 射 极 间 的 电 压 VCE 为 规 定 值 时 ， 集 电 极 与 发 射极 之 间 的 反 向 截 止 电 流 Ices-发 射 极 接 地 ， 基 极 对 地 短 路 ， 在 规 定 的 反 向 电 压 VCE 条 件 下 ， 集 电 极 与 发 射 极 之 间 的 反向 截 止 电 流 Icex-发 射 极 接 地 ， 基 极 与 发 射 极 间 加 指 定 偏 压 ， 在 规 定 的 反 向 偏 压 VCE 下 ， 集 电 极 与 发 射 极之 间 的 反 向 截 止 电 流 ICM-集 电 极 最 大 允 许 电 流 或 交 流 电 流 的 最 大 平 均 值 。 IBM-在 集 电 极 允 许 耗 散 功 率 的 范 围 内 ， 能 连 续 地 通 过 基 极 的 直 流 电 流 的 最 大 值 ， 或 交 流 电 流 的最 大 平 均 值 ICMP-集 电 极 最 大 允 许 脉 冲 电 流 ISB-二 次 击