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1、1.3 晶体三极管,按工作频率分：高频管、低频管,按功率分：小、中、大功率管,按材料分：硅管、锗管,按结构分：NPN型、PNP型,BJT的类型：,晶体三极管又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管,1.3.1 三极管的结构,硅平面管,平面型(NPN),e 发射极 b基极 c 集电极,三极管结构示意图和符号 (a)NPN 型,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,基极 b,发射极 e,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,发射极 e,基极 b,re,BJT由两个PN结和三个电极构成,+,+,NPN管比PNP管应用更广泛，特别在一般的半导体集成电路中，NPN管性能优于PNP
2、管，故重点讨论NPN管。,基区,发射区,集电区,发射极,基极,集电极,注意区分两者的符号,箭头方向表示电流的实际方向,BJT结构特点：,（1）发射区的高掺杂；,（2）基区很薄，且掺杂浓度很低(几微米至几十微米);,（3）集电区面积很大.,管芯结构剖面图,发射区,基区,集电区,+,是BJT具有电流放大作用的内部因素。,BJT的放大偏置,1、什么叫放大偏置？,放大偏置“发射结正偏、集电结反偏”,2、放大偏置时BJT三个电极电位之间的关系：,识别管脚和判断管型的依据,是BJT具有电流放大作用的外部因素,例 ：测得放大电路中的某只晶体管三个管脚对机壳的电压如图所示：试判断该管管脚对应的电极，该管的类型
3、及材料。,1、基极电位UB居中（可先识别基极）；,3、NPN管各极的电位关系：UCUBUE；,PNP管各极的电位关系：UCUBUBUE；,PNP管各极的电位关系：UCUBUE；,2、发射结压降: |UBE| = 0.7（0.6）V （硅管） |UBE| = 0.3（0.2）V （锗管）,可识别发射极集电极；判断管子的材料；,可识别管子的类型（NPN/PNP）。,B,C,E,NPN型硅管,1.3.2 三极管的电流放大作用,以 NPN 型三极管为例讨论,若实现放大，必须从内部结构和外部所加电源的极性来保证,不具备放大作用,三极管内部结构要求：,1. 发射区高掺杂。,2. 基区做得很薄。通常只有几微
4、米到几十微米，而且掺杂较少。,三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结正偏，而集电结反偏状态,3. 集电结面积大。,三极管中载流子运动过程,1. 发射 发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区形成发射极电流 IE (基区多子数目较少，空穴电流可忽略),2. 复合和扩散 电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流 Ibn，复合掉的空穴由 VBB 补充,多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。,3. 收集 集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极电流 Icn其能量来自外接电源 VCC,另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流，用IC
5、BO表示。,三极管的电流分配关系,IEp,ICBO,IE,IC,IB,IEn,IBn,ICn,IC = ICn + ICBO,IE = ICn + IBn + IEp = IEn+ IEp,一般要求 ICn 在 IE 中占的比例尽量大。而二者之比称共基直流电流放大系数，即,一般可达 0.95 0.99,三个极的电流之间满足节点电流定律，即,IE = IC + IB,代入(1)式，得,上式中的后一项常用 ICEO 表示，ICEO 称穿透电流。,当 ICEO IC 时，忽略 ICEO，则由上式可得,共射直流电流放大系数 近似等于 IC 与 IB 之比。 一般 值约为几十 几百。,三极管的电流分配关
6、系,一组三极管电流关系典型数据,1. 任何一列电流关系符合 IE = IC + IB，IB IC 0 时的输入特性曲线,当 UCE 0 时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。,* 特性右移(因集电结开始吸引电子),UCE 1 时的输入特性具有实用意义,* UCE 1 V，特性曲线几乎重合,三极管的输入特性,二、输出特性,NPN 三极管的输出特性曲线,划分三个区：截止区、放大区和饱和区。,放 大 区,放 大 区,1. 截止区 IB 0 的区域。,两个结都处于反向偏置,IB= 0 时，IC = ICEO。 硅管约等于 1 A，锗管约为几十 几百微安。,截止区,截止区,2. 放大区
7、：,条件：发射结正偏集电结反偏,特点：各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平线，且等间隔。,放 大 区,微小的基极电流变化能引起较大的集电极电流变化，体现了管子的放大作用，即,放 大 区,放 大 区,对 NPN 管 UBE 0，UBC 0 UBC 0 。,特点：IC 基本上不随 IB 而变化，在饱和区三极管失去放大作用。 I C IB。,当 UCE = UBE，即 UCB = 0 时，称临界饱和，UCE UBE时称为过饱和。,估算中，常取 饱和管压降 UCES = 0.3 V(硅管),饱和区,饱和区,BJT的截止和饱和工作状态,1、截止状态：,发射结和集电结都反偏,忽略反向饱和电流，晶体管各极电
8、流等于0，其等效模型为：,2、饱和状态：,发射结和集电结都正偏,正偏PN结的导通电压较小，在大信号状态下可以忽略，其等效模型为：,3、BJT的结偏置情况与工作状态的关系,（1）放大状态：,发射结正偏；集电结反偏,（3）饱和状态：,发射结和集电结都正偏,（2）截止状态：,发射结和集电结都反偏,（4）倒置状态：,发射结反偏；集电结正偏,判断BJT的工作状态,练习：测得晶体管无信号输入时，各个电极对“地”电压如下：判断管子工作状态（放大、截止、饱和、倒置、损坏）,（a）,发射结反偏，集电结反偏，,截止状态。,（b）,发射结正偏，集电结反偏，,放大状态。,（c）,发射结反偏，集电结正偏，,倒置状态。,
9、（d）,发射结正偏，集电结正偏，,饱和状态。,（e）,发射结正偏，集电结反偏，,放大状态。,（f）,发射结正偏，集电结正偏，,饱和状态。,（g）,发射结正偏，集电结反偏，,放大状态。,（h）,发射结正偏，UBE0.7V，,损坏。,练习：测得晶体管无信号输入时，各个电极对“地”电压如下：判断管子工作状态（放大、截止、饱和、倒置、损坏）,UCE=0V,1,10,放大区,BJT的三种基本组态：, 共射极组态，用CE表示；, 共基极组态，用CB表示；, 共集电极组态，用CC表示。,1.3.4 三极管的主要参数,一、电流放大系数,是表征管子放大作用的参数。有以下几个：,1. 共射交流电流放大系数 ,2.
10、 共射直流电流放大系数,忽略穿透电流 ICEO 时，,3. 共基交流电流放大系数 ,4. 共基直流电流放大系数,忽略反向饱和电流 ICBO 时，, 和 这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：,直流参数 与交流参数 、 的含义是不同的，但是，对于大多数三极管来说， 与 ， 与 的数值却差别不大，计算中，可不将它们严格区分。,二、极间反向电流：,（1）集电极基极反向饱和电流 ICBO：,（2）集电极反向穿透电流ICEO ：,IB = -ICBO， IC = ICBO,ICEO= （1+）ICBO,与单个PN结的反向饱和电流一样。,ICBO的值很小，硅管小于1A，锗管约10A，受温度影响很大,
11、此电流从集电区穿越基区流至发射区，所以叫穿透电流,ICBO和ICEO都是衡量BJT温度稳定性的重要参数，因ICEO大，易测量，常把ICEO作判断管子质量的重要依据,ICBO和ICEO越小，说明其质量越好,三、极限参数,1. 集电极最大允许电流 ICM,当 IC 过大时, 减小; 下降到额定值的2/3时,允许的最大IC 对小功率管，当UCE=1V时，由PCM=icuCE得出的ic即为ICM,2. 集电极最大允许耗散功率 PCM,将 IC 与 UCE 乘积等于规定的 PCM 值各点连接起来，可得一条双曲线。,ICUCE PCM 为过损耗区,三极管的安全工作区,3. 极间反向击穿电压,外加在三极管各
12、电极之间的最大允许反向电压。,U(BR)CEO：基极开路时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。,U(BR)CBO：发射极开路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。,安全工作区同时要受 PCM、ICM 和U(BR)CEO限制,三极管的安全工作区,常用作选取BJT集电极电源电压的依据。,共射截止频率f：,特征频率fT：（BJT最重要的频率参数）,=1时对应的频率，与结电容有关。,f,应用BJT时，工作频率应远小于fT 。,由于结电容的影响，频率较高时BJT的值会随频率而变化：,时对应的频率。,0BJT的直流(低频)电流放大系数。,4、BJT的频率参数：,PNP 型三极管,放大原理与 NPN 型基本相同，但为了保证发射结正偏，集电结反偏，外加电源的极性与 NPN 正好相反。,三极管外加电源的极性,PNP 三极管电流和电压实际方向。,PNP 三极管各极电流和电压的规定正方向。,PNP 三极管中各极电流实际方向与规定正方向一致。,电压(UBE、UCE)实际方向与规定正方向相反。计算中UBE 、UCE 为负值；输出特性曲线横轴为(- UBE) 、(- UCE),1.3.5 温度对BJT特性曲线的影响,T 输入特性曲线左移，（22.5)mV/C,
