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1、 电 子 控 制 技 术 附录_晶体管三极管 半导体三极管有两大类型， 一是双极型半导体三极管 二是场效应半导体三极管 双极型半导体三极管是由两种载流子 参与导电的半导体器件，它由两个 PN 结 组合而成，是一种电流控制电流CCCS器件。 场效应型半导体三极管仅由一种载流子 参与导电，是一种电压控制电流VCCS器件。 附录5_半导体三极管 一.三极管的结构 在一块半导体芯片上，通过掺杂等工艺形成三个导电区 域和两个PN结，分别从三个区引出电极，加管封装即形成 晶体三极管。 一.三极管的结构 一.三极管的结构 双极型半导体三极管的结构示意图如图02.01所示。 它有两种类型:NPN型和PNP型。
2、 图 02.01 两种极性的双极型三极管 e-b间的PN结称为发射结(Je) c-b间的PN结称为集电结(Jc) 中间部分称为基区，连上电极称为基极， 用B或b表示； 一侧称为发射区，电极称为发射极， 用E或e表示； 另一侧称为集电区和集电极， 用C或c表示。晶体管有锗管和硅管。 双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极 的箭头代表发射极电流的实际方向。 从外表上看两个N区,(或两个P区)是对称的，实 际上发射区的掺杂浓度高，集电区掺杂浓度低，且集 电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个 微米至几十个微米。 二、三极管的三种工作状态二、三极管的三种工作状态 PN结的偏置方式决定了晶体管
3、的导通与截止。 晶体管有两个 晶体管有两个PNPN结、三个电极，需要以一个电极为公用端结、三个电极，需要以一个电极为公用端 接两个外加电压。故有接两个外加电压。故有三种接法。 三种接法。 ( (一一) )三种接法三种接法 (3).共集电极接法：集电极作为公共电极，用CC表示 (2).共基极接法:基极作为公共电极，用CB表示。 (1).共射极接法:射极作为公共电极，用CE表示； 二、三极管的三种工作状态二、三极管的三种工作状态 1. 1.放大状态放大状态 （1 1）条件）条件发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 不管哪种接法，晶体三级管都 可以形成三种工作状态：放大、 饱和和截止状态。
4、（二）三种状态（二）三种状态 NPNNPN：发射结正偏发射结正偏 V V B B V V E E ； ；集电结反偏 集电结反偏 V V C C V VB B ； PNPPNP：发射结正偏发射结正偏 V V B B V V E E ； ；集电结反偏 集电结反偏 V V C C V VB B 。 以以NPNNPN管为例管为例 EB RB E EC C B B E C C N N N N P P RC (动画2-1) （2 2）载流子运动过程）载流子运动过程 发射区发射载流子形成发射区发射载流子形成I I E E ，其中少部分在基区被，其中少部分在基区被 复合而形成复合而形成I I B B ，大部分
5、被集电极收集而形成，大部分被集电极收集而形成I I C C 。 1. 1.放大状态放大状态 三极管内部载流子的运动规律三极管内部载流子的运动规律 B E C N N P EB RB EC IE IB IC ICBO 基区空穴基区空穴 向发射区的向发射区的 扩散可忽略扩散可忽略 发射结正偏，发射发射结正偏，发射 区电子不断向基区区电子不断向基区 扩散，形成发射极扩散，形成发射极 电流电流I I E E 。 进入进入P P 区的电子区的电子 少部分与基区的空少部分与基区的空 穴复合，形成电流穴复合，形成电流 I I B B ，多数扩散到集 ，多数扩散到集 电结。电结。 从基区扩散来的从基区扩散来的
6、 电子作为集电结电子作为集电结 的少子，漂移进的少子，漂移进 入集电结而被收入集电结而被收 集，形成集，形成I I C C 。 集电结反偏，集电结反偏， 有少子形成的反有少子形成的反 向电流向电流I ICBO CBO。 。 视频 （3 3）三电极电流关系）三电极电流关系 IE IB IC IC IB B E C N N P EB RB EC IE IB IC ICBO 且且 I IC C I I B B 二者数值很接近，一般不作区别，统称为三极二者数值很接近，一般不作区别，统称为三极 管的电流放大系数，用管的电流放大系数，用 表示。表示。 2. 2.饱和状态饱和状态 （1 1）条件）条件 发射
7、结正偏、集电结正偏发射结正偏、集电结正偏 I I C C 不随不随I I B B 的增大而增大的现象。的增大而增大的现象。 实际上实际上U UCE CE U UBE BE即饱和。 即饱和。 （2 2）特征）特征 a. a. I I B B 增加时，增加时，I I C C 基本不变；基本不变； b. b. U UCE CE0 0； c. c. 晶体管相当于短路。晶体管相当于短路。 3. 3.截止状态截止状态 （1 1）条件）条件 发射结反偏、集电结反偏发射结反偏、集电结反偏 （2 2）特征）特征 a. a. 基极电流基极电流I I B B 0 0； b.b. 集电极电流集电极电流I I C C
8、0 0； c. Uc. UCE CE U UCC CC； ； d. d. 晶体管相当于开路。晶体管相当于开路。 晶体管用于模拟电路时工作在晶体管用于模拟电路时工作在 放大状态，起放大作用；晶体管放大状态，起放大作用；晶体管 用于数字电路时交替工作在截止用于数字电路时交替工作在截止 状态和饱和状态，起开关作用。状态和饱和状态，起开关作用。 1. 发射区掺杂浓度高，基区很薄，是保证三极 管能够实现电流放大的关键。 2. 简单地将两个PN结对接，相当于基区很厚， 所以没有电流放大作用。 问题： 1.一个PN结具有单向导电性，两个PN具有何种特性？ 2.晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的？ 三、三
9、、主要参数主要参数 (1) (1) 电流放大系数电流放大系数 表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体 管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。 表示三极管的电流放大能力。常用小功率晶体管 表示三极管的电流放大能力。常用小功率晶体管 的的 值在值在20 20020 200之间。由于制造工艺的分散性，同之间。由于制造工艺的分散性，同 一型号的三极管的一型号的三极管的 值也有很大差别。值也有很大差别。 (2) (2) 穿透电流穿透电流I ICEO CEO 表示表示I I B B =0=0时，集电极一发射极之间的反向
10、电流。选时，集电极一发射极之间的反向电流。选 用三极管时，用三极管时，I ICEO CEO越小，管子的温度稳定性越好。 越小，管子的温度稳定性越好。 1. 1. 特性参数特性参数 2. 2. 极限参数极限参数 (1)(1) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICM CM 集电极电流集电极电流 I I C C 上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，值的下降， 影响电路的放大能力。为了使影响电路的放大能力。为了使 值下降不超过正常值下降不超过正常 规定所允许的集电极电流最大值就是规定所允许的集电极电流最大值就是I ICM CM。 。 (2)(2) 集电极反向击穿电压集电极反向击穿
11、电压U UCE CE (BR)(BR) 基极开路时，允许加在集基极开路时，允许加在集- -射极之间的最大电压。射极之间的最大电压。 当集当集- -射极之间的电压射极之间的电压U UCE CE 超过 超过U UCE CE (BR)(BR)时， 时，三极管就三极管就 会被击穿。会被击穿。 三、三、主要参数主要参数 三、三、主要参数主要参数 (3)(3) 集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗P PCM CM I I C C 通过集电结时会发热，结温升高。通过集电结时会发热，结温升高。P PCM CM取决于 取决于 三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会三极管允许的温升，消耗功率过大，温升
12、过高会 烧坏三极管。烧坏三极管。 3.晶体管参数与温度的关系 （1）硅管温度每增加8C（锗管每12 C )， ICBO增大一倍。 （2）温度每升高 1C，UBE将减小约 2 mV， 即晶体管具有负温度系数。 （3）温度每升高 1C， 增加 0.5%1.0%。 4.半导体三极管的型号 国家标准对半导体三极管的命名如下: 3 D G 180 C 第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管 用字母表示材料 用字母表示器件的种类 用数字表示同种器件型号的序号 用字母表示同一型号中的不同规格 三极管
13、 4.半导体三极管的型号 CS 2 B 场效应器件 序号 规格号 双极型三极管的参数 参 数 型 号 PCM mW 125 125 100 500 50W 100 250W I C M mA VR CBO V VR CEO V VR EBO V I C BO A f T MHz 3AX31D 125 20 12 6* 8 3BX31C 125 40 24 6* 8 3CG101C 30 450.1 100 3DG123C 50 40 300.35 3DD101D 5A 300 250 4 2mA 3DK100B 30 25 15 0.1 300 3DK23 30A 400 325 8 注：*为
14、 f 五、五、晶体三极管的简易判别晶体三极管的简易判别 1. 1. 基极的判别基极的判别 依据：依据：PNPN结结正向电阻小，反向电阻大正向电阻小，反向电阻大。 工具：工具：万用表万用表( (指针式或数字式指针式或数字式) )。 方法: 用万用表的R100或 R1k挡(不能用R1 和R10k挡？)来测量PN结的正反向电阻。 判断：两表笔分别对晶体管的三个管脚中的任 意两个管脚进行正接测量和反接测量各一次，如果 在正、反接时测得的电阻均较大，则此次测量中所 空下的管脚即为基极(？)。 2. NPN2. NPN型和型和PNPPNP型的判别型的判别 依据：依据：PNPN结正向结正向电阻小，反向电阻大
15、。电阻小，反向电阻大。 方法: 用黑表笔接基极，红表笔分别和另外两极 相接。 判断：若测得两个电阻都很大，即为PNP型；若 测得两个阻值都很小，即为NPN型三极管(？) 。 3. 3. 发射极和集电极的判别发射极和集电极的判别 依据：依据：三极管处于放大状态时，集射极间电阻小。三极管处于放大状态时，集射极间电阻小。 方法: 用100k电阻作为基极偏流电阻来保证三极 管处于放大状态。用黑表笔接假设集电极，红表笔接 假设发射极，分别测量电阻值。 四、四、晶体三极管的简易判别晶体三极管的简易判别 判断：测得电阻小时所假设的集电极和发射极是 正确的(？) 。 正确正确错误错误 四、四、晶体三极管的简易判别晶体三极管的简易判别 方法方法2 2： 示意图示意图等效电路等效电路 判断三极管判断三极管C C、E E的原理图的原理图 四、四、晶体三极管的简易判别晶体三极管的简易判别 (2)
