《电路基础与集成电子技术-4.6 双极型半导体晶体管课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电路基础与集成电子技术-4.6 双极型半导体晶体管课件（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、4.6 双极型半导体晶体管 4.6.1 双极型晶体管的结构 4.6.2 双极型晶体管的电流分配关系 4.6.3 晶体管的三种组态 4.6.4 晶体管的共射特性曲线 4.6.5 晶体管的参数 4.6.6 晶体管的型号 4.6.7 半导体二极管和晶体管的封装 4.6.8 双极型和场效应型晶体管的比较,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,双极型晶体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源器件（CCCS）。,晶体管英文称为Transister，在中文中称为晶体管或半导体晶体管。晶体管有两大类型: 一是双极
2、型晶体管(BJT)， 二是场效应晶体管(FET)。,场效应型晶体管仅由一种载流子参与导电，是一种电压控制电流源器件（VCCS）。,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,图4.6.1 晶体管的两种结构,4.6.1 双极型晶体管的结构,NPN型,PNP型,这是基极b,这是发射极e,这是集电极c,这是发射结Je,这是集电结Jc,晶体管符号中的短粗线代表基极，发射极的箭头方向，代表发射极电流的实际方向。,双极型晶体管有两种结构，NPN型和PNP型，见图4.6.1。,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,4.6.2 双极型晶体管的电流分配关系,双极型晶体管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压
3、。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。现以 NPN型晶体管的放大状态为例，来说明晶体管内部的电流关系。,4.6.2.1 晶体管内部载流子的运动,在工艺上要保证发射区掺杂浓度远大于基区，基区制作的十分薄，载流子渡越基区的时间可以忽略。这样在分析问题时可重点着眼主要载流子的运动。,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,IEN,IE,IC,IB,IBN,注意图中画的是载流子的运动方向，空穴流与电流方向相同；电子流与电流方向相反，为此可确定三个电极的电流。,ICN,图4.6.2 晶体管中载流子的运动,如何保证注入的载流子尽可能到达集电区？,4章 半导体二极管和晶体管 2010.
4、02,发射极电流：IE= IC+ IB,4.6.2.2 晶体管的电流放大系数,从三个电极看，流进去的电流等于流出来的电流。,定义晶体管的 电流放大系数：, 称为共射组态电流放大系数,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,4.6.3 晶体管的三种组态,双极型晶体管有三个电极，其中两个可以作为输入电极, 两个可以作为输出电极，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态。,图4.6.3 晶体管的三种组态,共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示； 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,
5、图4.6.3 晶体管的三种组态,共源极接法，源极作为公共电极，用CS表示； 共漏极接法，漏极作为公共电极，用CD表示； 共栅接法，栅极作为公共电极，用CG表示。,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,4.6.4 晶体管的特性曲线,这里，B表示输入电极，C表示输出电极，E表示公共电极。所以这两条曲线是共发射极接法的特性曲线。 iB是输入电流，uBE是输入电压，加在B、E两电极之间。 iC是输出电流，uCE是输出电压，从C、E两电极取出。,输入特性曲线 iB=f(uBE) uCE=const 输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const,本节介绍共发射极接法晶体管的特性曲线，即,简单地
6、看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性曲线，现讨论iB和uBE之间的函数关系。因为有集电极电压的影响，它与一个单独的PN结的伏安特性曲线不同。 为了排除uCE变化的影响，在讨论输入特性曲线时，应使uCE=const(常数)。,4.6.4.1 输入特性曲线,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,共发射极接法的输入特性曲线见图4.6.4。其中UCE=0V 的那一条相当于发射结的正向特性曲线。当UCE1V时， 特性曲线将向右稍微移 动一些。但UCE再增加时， 曲线右移很不明显。,输入特性曲线的分区： 死区 非线性区 近似线性区,图4.6.4 共射接法输入特性曲线,4章 半导体二极管和晶体管 2
7、010.02,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,当温度上升时晶体管的发射结压降也象二极管的正向压降一样要减小，变化规律为温度每升高1，UBE减小（1.92.5）mV，这将使输入特性曲线向左移动。,20,50,UBE1,UBE2,IB,共发射极接法的输出特性曲线是以IB为参变量的一族特 性曲线。,图4.6.5 共射接法输出特性曲线,4.6.4.2 输出特性曲线,当UCE稍增大时，发射 结虽处于正向电压之下，但 集电结反偏电压很小，集电区收集电子的能力很 弱，IC主要由UCE决定。,现以其中任何一条加以说明，当UCE=0 V时，因集电极 无收集作用，IC=0。,4章 半导体二极管和晶体管
8、 2010.02,运动到集电结的电子基本上 都可以被集电区收集，此后 UCE再增加，电流也没有明 显的增加，特性曲线进入与 UCE轴基本平行的区域 。,当UCE增加到使集电结反偏电压较大时，如 UCE 1 V、UBE 0.7 V,图4.6.5 共射接法输出特性曲线,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,输出特性曲线可以分为三个区域:,饱和区iC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE的 数值较小，一般UCE0.7 V(硅管)。此时 发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。,截止区iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。 此时，发射结反偏， 集电结反偏。,放大区iC平行于uCE轴的区域，曲
9、线基本平行等距。 此时，发射结正偏，集电结反偏，电压UCE大于0.7 V (硅管) 。,图4.6.5 输出特性曲线的分区,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,晶体管的参数分为三大类: 直流参数 交流参数 极限参数,1. 集电结反向饱和电流ICBO,4.6.5.1 直流参数,4.6.5 晶体管的参数,ICBO的下标CB代表集电极和基极，O是Open的字头，代表第三个电极E开路。它是发射极开路时集电结的反向饱和电流。,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,2. 晶体管集射极穿透电流ICEO,ICEO为基极开路时，从集电极到发射极的电流，因其贯穿整个晶体管，故称为穿透电流，即输出特性曲
10、线中IB=0那条曲线所对应的IC数值。ICEO与ICBO有如下关系,ICBO、ICEO由少子的运动产生，故随温度上升而增加。一般温度每增加10，ICBO、ICEO增加1倍。这将造成输出特性曲线上移。,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,4.6.5.2 交流参数,1. 共发射极交流电流放大系数,可在共射输出特性曲线上，通过垂直于横轴的直线求取iC/iB，具体方法如图4.6.6所示。,图4.6.6 在输出特性曲线上求取,Q,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,2. 特征频率fT,3. 共射截止频率f,晶体管的 值与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，晶体管的 将会下降
11、。下降到1时所对应的频率称为晶体管的特征频率，用fT表示。,随着频率的增加， 将会下降。下降到 0 / (0为低频时的数值)所对应的频率称为晶体管的共射截止频率f。,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,1. 集电极最大允许电流ICM,当集电极电流增加时， 就要下降，当值下降到线性放大区值的7030时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。可见，当ICICM时，并不表示晶体管会损坏。但电流放大能力明显减弱。,4.6.5.3 极限参数,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,集电极电流通过集电结时所产生的功耗 PCM= ICUCBICUCE， 因发射结正偏， 呈低阻，所以功耗
12、主 要集中在集电结上。 在计算时往往用UCE 取代UCB。,2. 集电极最大允许功率损耗PCM,图4.6.8 输出特性曲线的安全工作区,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,反向击穿电压表示晶体管电极间承受反向电压的能力，其测试时的原理电路如图4.6.7所示。,U(BR)CEO,U(BR)CBO,图4.6.7 晶体管击穿电压的测试电路,U(BR)CES,U(BR)CER,3. 反向击穿电压,U(BR)EBO,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,1.U(BR)CBO发射极开路时的集电结击穿电压。下标 BR代表击穿之意，是Breakdown的字头，CB代表集电极和 基极，O代表第三个
13、电极E开路。,2.U(BR) EBO集电极开路时发射结的击穿电压。,3.U(BR)CEO基极开路集电极和发射极间的击穿电压。,U(BR)CBO,U(BR)CEO,对于U(BR)CER表示BE间接有电阻，U(BR)CES表示BE间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系 U(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERU(BR)CEOU(BR) EBO,U(BR)EBO,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,双极型晶体管的参数,注：*为 f,U(BR)CBO,U(BR)CEO,U(BR)EBO,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,国家标准
14、对半导体三极管的命名如下: 3 D G 110 B,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,4.6.6 晶体管的型号,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,图4.6.10(a) 小、中功率晶体管图片(金属圆壳封装),4.6.7 半导体二极管和晶体管的封装,4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,图4.6.13(b) 小、中功率晶体管图片(塑封),4章 半导体二极管和晶体管 2010.02,图4.6.13(c) 大功率
