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1、1.3 双极型晶体管(BJT),又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。,(Bipolar Junction Transistor),三极管的外形如下图所示。,三极管有两种导电类型：NPN 型和 PNP 型。主要以 NPN 型为例进行讨论。,图 1.3.1 三极管的外形,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,图 1.3.2(b) 三极管结构示意图和符号 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,1.3.1 晶体管的结构及类型,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,1.3.2 晶体管
2、的电流放大作用,以 NPN 型三极管为例讨论,三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。,不表示两个二极管连接起来就是三极管,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处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。,3. 集电结面积大。,一、晶体管内部载流子的运动,发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流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. 扩散到基区的自由电子与 空穴的复合运动
3、形成基极 电流 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。,晶体管内部载流子的运动,3.集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流Ic 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ICBO表示。,晶体管内部载流子的运动,二、晶体管的电流分配关系,IEp,ICBO,IE,IC,IB,IEn,IBn,ICn,IC = ICn + ICBO,IE =IC+IB,图1.3.4晶体管内部载流
4、子的运动与外部电流,三、晶体管的共射电流放大系数,整理可得：,ICBO 称反向饱和电流,ICEO 称穿透电流,1、共射直流电流放大系数,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，直流和交流的数值却差别不大，计算中，可不将它们严格区分。,2、共射交流电流放大系数,3、共基直流电流放大系数,或,4、共基交流电流放大系数,5. 的关系,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,iB=f(uBE) UCE=const,(2) 当uCE1V时， uCB= uCE - uBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，在同样的uBE下 IB减小，特性曲线右移。,(1) 当uC
5、E=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,一. 输入特性曲线,iC=f(uCE) IB=const,二、输出特性曲线,测量方法说明,输出特性曲线的三个区域:,放大区：条件：发射结正偏，集电结反偏特点：iC的大小不受uCE的影响，只受 IB的控制。如何根据曲线获得 值,输出特性曲线的三个区域:,截止区：条件：发射结反偏（不导通），集电结反偏特点： iC 电流趋近于0。等效模型：相当于开关断开,输出特性曲线的三个区域:,饱和区：条件：发射结正偏，集电结正偏特点： iB 、iC 大到一定数值后三极管进入该区域，UCE电压的数值较小。等效模型,三极管的参数分为三大类:直流参数、交流参数、极限参数,
6、一、直流参数,1.共发射极直流电流放大系数,=（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const,1.3.4晶体管的主要参数,2.共基直流电流放大系数,3.集电极基极间反向饱和电流ICBO,集电极发射极间的反向饱和电流ICEO,ICEO=（1+ ）ICBO,二、交流参数,1.共发射极交流电流放大系数 =iC/iBUCE=const,2. 共基极交流电流放大系数=iC/iE UCB=const,3.特征频率 fT,值下降到1的信号频率,1.最大集电极耗散功率PCM,PCM= iCuCE,三、 极限参数,2.最大集电极电流ICM,3. 反向击穿电压, UCBO发射极开路时的集电结反 向击穿电
7、压。, U EBO集电极开路时发射结的反 向击穿电压。, UCEO基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。,几个击穿电压有如下关系 UCBOUCEOUEBO,1.3.5 温度对晶体管特性及参数的影响,一、温度对ICBO的影响,温度每升高100C ， ICBO增加约一倍。 反之，当温度降低时ICBO减少。,硅管的ICBO比锗管的小得多。,二、温度对输入特性的影响,温度升高时正向特性左移，反之右移,三、温度对输出特性的影响,温度升高将导致 IC 增大,温度对输出特性的影响,三极管工作状态的判断,例1：测量某NPN型BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？ （1） VC 6V VB 0
8、.7V VE 0V （2） VC 6V VB 4V VE 3.6V （3） VC 3.6V VB 4V VE 3.4V,解：,原则：,对NPN管而言，放大时VC VB VE 对PNP管而言，放大时VC VB VE,（1）放大区 （2）截止区 （3）饱和区,例2 某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。IA-2mA,IB-0.04mA,IC+2.04mA,试判断管脚、管型。,解：电流判断法。电流的正方向和KCL。IE=IB+ IC,A,B,C,IA,IB,IC,C为发射极 B为基极 A为集电极。 管型为NPN管。,例3：测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位U1、U2、U3分别为：（1）
9、U1=3.5V、U2=2.8V、 U3=12V（2）U1=3V、 U2=2.8V、 U3=12V（3）U1=6V、 U2=11.3V、 U3=12V（4）U1=6V、 U2=11.8V、 U3=12V 判断它们是NPN型还是PNP型？是硅管还是锗管？并确定e、b、c。,（1）U1 b、U2 e、U3 c NPN 硅（2）U1 b、U2 e、U3 c NPN 锗（3）U1 c、U2 b、U3 e PNP 硅（4）U1 c、U2 b、U3 e PNP 锗,原则：先求UBE，若等于0.6-0.7V，为硅管；若等于0.2-0.3V，为锗管。 发射结正偏，集电结反偏。NPN管 UBE0， UBC0，即U
10、C UB UE 。PNP管 UBE0， UBC0，即UC UB UE 。,解：,1.3.6 光电三极管,一、等效电路、符号,二、光电三极管的输出特性曲线,复习,1.BJT放大电路三个 电流关系 ？,2.BJT的输入、输出特性曲线？,3.BJT工作状态如何判断？,1.4 场效应三极管,场效应管：一种载流子参与导电，利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的三极管，又称单极型三极管。,场效应管分类,结型场效应管,绝缘栅场效应管,特点,单极型器件(一种载流子导电)；,电压控制型器件；,重量轻、体积小、寿命长等优点。,输入电阻高；,N沟道,P沟道,增强型,耗尽型,N沟道,P沟道,N沟道,P沟道,（耗尽
11、型）,场效应管分类：,符号,1.4.1 结型场效应管Junction Field Effect Transistor,结构,图 1.4.1 N 沟道结型场效应管结构图,N型沟道,栅极,源极,漏极,在漏极和源极之间加上一个正向电压，N 型半导体中多数载流子电子可以导电。,导电沟道是 N 型的，称 N 沟道结型场效应管。,P 沟道场效应管,P 沟道结型场效应管结构图,P 沟道场效应管是在 P 型硅棒的两侧做成高掺杂的 N 型区(N+)，导电沟道为 P 型，多数载流子为空穴。,一、结型场效应管工作原理,N 沟道结型场效应管用改变 UGS 大小来控制漏极电流 ID 的。(VCCS),*在栅极和源极之间
12、加反向电压，耗尽层会变宽，导电沟道宽度减小，使沟道本身的电阻值增大，漏极电流 ID 减小，反之，漏极 ID 电流将增加。,*耗尽层的宽度改变主要在沟道区。,1. 当UDS = 0 时， uGS 对导电沟道的控制作用,UGS = 0 时，耗尽层比较窄，导电沟比较宽,UGS 由零逐渐减小，耗尽层逐渐加宽，导电沟相应变窄。,当 UGS = UGS（Off)，耗尽层合拢，导电沟被夹断.,UGS(off)为夹断电压,为负值。UGS(off) 也可用UP表示,2. 当uGS 为UGS（Off)0中一固定值时, uDS 对漏极电流iD的影响。,uGS = 0，uGD UGS（Off) ，iD 较大。,uGS
13、 UGS（Off) ，iD 更小。,注意：当 uDS 0 时，耗尽层呈现楔形。,(a),(b),uGD uGS uDS,uGS 0,uGD = UGS(off), ,沟道变窄预夹断,uGS 0 ,uGD uGS(off),夹断，iD几乎不变,(1) 改变 uGS ，改变了 PN 结中电场，控制了 iD ，故称场效应管； (2)结型场效应管栅源之间加反向偏置电压，使 PN 反偏，栅极基本不取电流，因此，场效应管输入电阻很高。,(c),(d),3.当uGD uGS(off),时， , uGS 对漏极电流iD的控制作用,场效应管用低频跨导gm的大小描述栅源电压对漏极电流的控制作用。,场效应管为电压控
14、制元件(VCCS)。,uGD uGS uDS uGS(off)情况下, 即当uDS uGS -uGS(off) 对应于不同的uGS ，d-s间等效成不同阻值的电阻。,(2)当uDS使uGD uGS(off)时，d-s之间预夹断,(3)当uDS使uGD uGS(off)时， iD几乎仅仅决定于uGS ，而与uDS 无关。此时， 可以把iD近似看成uGS控制的电流源。,二、结型场效应管的特性曲线,1. 输出特性曲线,当栅源之间的电压 UGS 不变时，漏极电流 iD 与漏源之间电压 uDS 的关系，即,恒流区,可变电阻区,漏极特性也有三个区：可变电阻区、恒流区和夹断区。,图 1.4.5(b) 漏极特
15、性,输出特性（漏极特性）曲线,夹断区,击穿区,2. 转移特性(N 沟道结型场效应管为例),图 1.4.6 转移特性,uGS = 0 ，iD 最大；uGS 愈负，iD 愈小；uGS = UGS(off) ，iD 0。,两个重要参数,饱和漏极电流 IDSS(UGS = 0 时的 ID),夹断电压 UGS(off) (ID = 0 时的 UGS),转移特性,结型场效应管转移特性曲线的近似公式：, 结型P 沟道的特性曲线,转移特性曲线,输出特性曲线,栅源加正偏电压，(PN结反偏)漏源加反偏电压。,1.4.2 绝缘栅型场效应管 MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半导体场效应管，或简称 MOS 场效应管。,特点：输入电阻可达 1010 以上。,类型,N 沟道,P 沟道,增强型,耗尽型,增强型,耗尽型,UGS = 0 时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管；,UGS = 0 时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。,
