《微电子学概论 课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微电子学概论 课件（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、微电子学概论第二章,2.4 双极型晶体管,2.4双极型三极管,1. 晶体管的结构和类型 有NPN和PNP两种结构类型。核心部分都是两个PN结。,1. 晶体管的结构和类型,1. 晶体管的结构和类型,PNP型,1. 晶体管的结构和类型,NPN型,1. 晶体管的结构和类型,三极管在结构上的两个特点： (1)掺杂浓度：发射区集电区基区； (2)基区必须很薄。,2. 晶体管的电流分配关系和放大作用,内部条件 外部条件 发射结正偏，集电结反偏。 电路接法：共基接法。,共射接法。,2. 晶体管的电流分配关系和放大作用, 晶体管内部载流子的运动,发射区向基区注入电子的过程 电子在基区中的扩散过程 电子被集电极
2、收集的过程, 晶体管的电流分配关系, 晶体管的电流分配关系,令：,系数 代表iB对iC的控制作用的大小， 越大，控制作用越强。, 晶体管的电流分配关系,电流iC由两部分组成： 一部分是ICEO，它是iB=0时流经集电极与发射极的电流，称为穿透电流。,另一部分是 ，它表示iC中受基极电流iB控制的部分。, 晶体管的放大作用,晶体管放大作用的本质： iB对iC或iE对iC的控制作用。, 关于PNP型晶体管,PNP管与NPN管之间的差别： (1)电压极性不同。 (2)电流方向不同。,3. 晶体管的特性曲线,晶体管特性曲线是表示晶体管各极间电压和电流之间的关系曲线。,iC+iB=iE uCE =uBE
3、uBC,通常是以发射极为公共端，画出iC、iB，uCE和uBE四个量的关系曲线，称为共射极特性曲线。, 共射输入特性,uCE为一固定值时，iB和uBE之间的关系曲线称为共射输入特性，即,输入特性有以下几个特点：,当uCE=0时，输入特性曲线与二极管的正向伏安特性曲线形状类似。,uCE增加，特性曲线右移。 uCE1V以后，特性曲线几乎重合。 uCE1V以后，基区中集电结边界处的电子浓度很低。 与二极管的伏安特性相似 uBEUr 时，iB =0； Ur =0.5V (Si) Ur =0.1V (Ge) 正常工作时 uBE=0.7V (Si) uBE= 0.2V (Ge), 共射输入特性,电压极性、
4、电流方向与NPN型管不同。PNP管的参考方向, 共射输入特性, 共射输出特性,iB为固定值时，iC和uCE之间的关系曲线称为共射输出特性，即, 共射输出特性,截止区: 指iB0， uCEuBE的工作区域。在这个区域中，电流iC很小，基本不导通，故称为截止区。工作在截止区时，晶体管基本失去放大作用。, 共射输出特性,实际上，三极管在iB=0时并没有完全截止。为使三极管真正截止，必须给发射结加反向偏压，使发射区不再向基区注入载流子。, 共射输出特性,饱和区: 指输出特性中iC上升部分与纵轴之间的区域。饱和区特性曲线的特点是固定iB不变时，iC随uCE的增加而迅速增大。, 共射输出特性,饱和区是对应
5、于uCE较小（uCEUr，uBC0)。,饱和时的 值称为饱和压降,当 时 （ ），称为临界饱和。, 共射输出特性,放大区: 输出特性上在饱和区和截止区之间的区域为放大区。在这个区域里，iB0，uCEuBE，即发射结是正向偏置，集电结是反向偏置。, 共射输出特性,放大区的特点：iB固定，uCE增加iC略有增加。 uCE固定，iB变化iC变化很大，iB对iC的强烈控制作用。,4. 晶体管的主要参数,晶体管的参数是用来表示晶体管的各种性能指标。 电流放大系数,共射直流电流放大系数,它表示集电极电压uCE一定时，集电极电流和基极电流之间的关系,如果iCICEO则, 电流放大系数,A点对应的iC=6mA
6、，iB=40A, 电流放大系数,晶体管3AX3有较大的穿透电流ICEO,0.8,2,3,4,6,8,表示集电极负载短路（即uCE保持不变）的条件下，集电极电流的变化量与相应的基极电流变化量之比，即, 共射交流短路电流放大系数,大表示只要基极电流很小的变化，就可以控制产生集电极电流大的变化，即电流放大作用好。,值的求法：,在A点附近找两个uCE相同的点C和D,所以,对应于C点，iC=8.8mA，B=60A；,对应于D点，iC=3.3mA，iB=20A，,iC =8.8-3.3=5.5mA，,iB=60-20=40A，, 共射交流短路电流放大系数,用同样办法可以求出3AX3工作在B点的 值。,找出
7、F点和G点， 对应于F点，iC=3.9mA，iB=0.06mA； 对应于G点，iC=1.8mA，iB=0.02mA； 于是iC=3.9-1.8=2.lmA， iB=0.06-0.02=0.04mA，,所以 =2.1/0.04=52.5, 共射交流短路电流放大系数,定义,根据晶体管的电流分配关系，可以得到下列换算关系,共基直流电流放大系数 和共基交流电流放大系数, 极间反向电流, 集电极-基极反向饱和电流ICBO ICBO是指发射极开路，集电极与基极之间加反向电压时产生的电流，也就是集电结的反向饱和电流。可用下图电路测出。, 集电极-基极反向饱和电流ICBO,反向电压大小改变时，ICBO的数值可
8、能稍有改变。 ICBO是少数载流子电流，受温度影响很大，ICBO越小越好。 硅管的ICBO比锗管的小得多，要求在温度变化范围宽的环境下工作时，应选用硅管；大功率管的ICBO值较大，使用时应予以注意。, 穿透电流ICEO,ICEO是基极开路，集电极与发射极间加反向电压时的集电极电流。由于这个电流由集电极穿过基区流到发射极，故称为穿透电流。测量ICEO的电路如图所示。, 穿透电流ICEO,由图可见，ICEO不单纯是一个PN结的反向电流,所以， 大的三极管的温度稳定性较差, 极限参数, 集电极最大允许耗散功率PCM,晶体管电流iC与电压uCE的乘积称为集电极耗散功率PC =iCuCE，这个功率将导致
9、集电结发热，温度升高。 因此，定出了集电极最大允许耗散功率PCM，工作时管子消耗的平均功率PC必须小于PCM。, 反向击穿电压,反向击穿电压是指各电极间允许加的最高反向电压。 U(BR)CBO是发射极开路时，集电极-基极间的反向击穿电压。 U(BR)CEO是基极开路时，集电极-发射极间的反向击穿电压。 U(BR)EBO是集电极开路时，发射极-基极间的反向击穿电压。,U(BR)CBOU(BR)CEOU(BR)EBO。, 集电极最大允许电流ICM,集电极电流如果超过ICM，晶体管的放大性能就要下降甚至可能损坏。 PCM、U(BR)CEO和ICM三个极限参数，决定了晶体管的安全工作区。 频率参数 用
10、来评价晶体管高频放大性能的参数。, 共发射极截止频率,晶体管共射短路电流放大系数 随信号频率升高而下降，如图所示。, 特征频率fT,下降到等于1时的频率称为特征频率fT。,通常高频晶体管都用fT来表征它的高频放大特性。,当频率 后，有以下近似关系：,5.温度对晶体管参数的影响,主要考虑温度对下述三个参数的影响： 共射短路电流放大系数 基射极间正向电压uBE 集电结反向饱和电流ICBO。, 温度对ICBO的影响,ICBO是少数载流子形成的电流 温度每升高10，ICBO增加约一倍。公式为：,通常手册上给出的ICBO是温度为25时的值，如果实际工作温度高于25，则应用上式算出实际值。, 温度对 的影响,温度升高时 随之增大。一般的，温度每升高1， 增加约(0.51)%，即,称为 的温度系数。,晶体管的曲线随温度升高间距增大。, 温度对 的影响,温度对基-射电压uBE的影响,温度升高时，对于同样的发射极电流，晶体管所需的基-射电压uBE减小。 图中给出低频小功率锗管在iE为恒定值时，uBE与温度的关系曲线。 温度每升高l，|uBE|大约减小2mV。 无论硅管或锗管，uBE受温度的影响基本相同,温度对基-射电压uBE的影响,
