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1、1,双极型三极管(BJT) 又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。,(Bipolar Junction Transistor),三极管的外形如下图所示。,三极管有两种类型：NPN 和 PNP 型。主要以 NPN 型为例进行讨论。,2,2.1.1 晶体管的结构,常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。,(a)平面型(NPN),(b)合金型(PNP),e 发射极，b基极，c 集电极。,3,平面型(NPN)三极管制作工艺,在 N 型硅片(集电区)氧化膜上刻一个窗口，将硼杂质进行扩散形成 P 型(基区)，再在 P 型区上刻窗口，将磷杂质进行扩散形成N型的发射区。引出三个电极即可。,合金型三
2、极管制作工艺：在 N 型锗片(基区)两边各置一个铟球，加温铟被熔化并与 N 型锗接触，冷却后形成两个 P 型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。,4,(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,5,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,6,晶体管内部结构要求：,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。,3） 集电结面积大， 低掺杂。,7,2.1.2 三极管的外部连接要求,以 NPN 型晶体三极管为例讨论,晶体管若实现放大，必须从晶体管内部结构和外部所加电源的极性来保证。,
3、不具备放大作用,8,晶体管放大的外部条件： 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。,9,1. 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 UBB 补充。,多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。,2.1.3 三极管的电流分配与放大作用,10,1. 三极管中载流子运动过程,（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
4、源 UCC 。,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。,11,2.三极管的电流分配关系,IC = ICN + ICBO,IE = ICN + IBN + ICBO = IEN+ IEP,IE = IC + IB,IB=IBN+IPE-ICBO,三个极的电流之间满足节点电流定律，即,12,3. 晶体管电流放大系数,(1)直流电流放大系数,一般要求 ICN 在 IE 中占的比例尽量大。而二者之比称直流电流放大系数，即,一般可达 0.95 0.99,为共基极直流放大系数,13,将(1)式代入IE = IC + IB 得,14,上式中的后一项常用 I
5、CEO 表示，ICEO 称穿透电流。,当 ICEO IC 时，忽略 ICEO，则由上式可得,共射极直流电流放大系数 近似等于 IC 与 IB 之比。 一般 值约为几十 几百。,15,（2）交流电流放大系数,在共射极放大电路中，当有输入电压ui作用时，则晶体管的基极电流将在IB的基础上叠加动态电流iB，集电极电流也将在IC的基础上叠加动态电流iC。通常将集电极电流变化量iC与基电极电流变化量iB之比定义为共射极交流电流放大系数，用 表示。即：,共射电流放大系数,同样iC与iE之比定义为共基极交流电流放大系数。,共基电流放大系数,16,根据 和 的定义，以及三极管中三个电流的关系，可得,故 与 两
6、个参数之间满足以下关系：,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。,17,+ UCE -,2.1.4 三极管的伏安特性和主要参数,特性曲线是选用三极管的主要依据，可从半导体器件手册查得。特性曲线分为输入特性曲线与输出特性曲线。,UCE,输入特性：对共发射极放大电路而言，输入特性曲线是描述基极电流iB与电压uBE之间的关系。,输出特性：是描述集电极电流iC与电压uCE之间的关系。,+ UCE -,+ UCE -,UBE,共射特性曲线测试电路,1.三极管伏安特性,18,1、输入特性,(1) uCE = 0 时
7、的输入特性曲线,当 uCE = 0 时，基极和发射极之间相当于两个 PN 结并联。所以，当 b、e 之间加正向电压时，应为两个二极管并联后的正向伏安特性。,19,(2) uCE 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。,uCE uBE，三极管处于放大状态。,* 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，特性曲线重合。,20,2、输出特性,划分三个区：截止区、放大区和饱和区。,(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，
8、锗管约为几十 几百微安。,21,(2) 放大区：,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。,集电极电流和基极电流体现放大作用，即,对 NPN 管 uBE 0，uBC 0,2、输出特性,22,(3) 饱和区：,条件：两个结均正偏,对 NPN 型管，uBE 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。,饱和管压降 UCES 0.4 V(硅管)，UCES 0. 2 V(锗管),2、输出特性,23,2. 晶体管
9、的主要参数,三极管的连接方式,24,(2)共射直流电流放大系数,忽略穿透电流 ICEO 时，,(1)共基直流电流放大系数,忽略反向饱和电流 ICBO 时，,1、直流参数,是表征管子在直流电压作用下的参数。有以下几个：,25,(3) 集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO,(4)集电极和发射极之间的反向饱和电流 ICEO,(a)ICBO测量电路,(b)ICEO测量电路,小功率锗管 ICBO 约为几微安；硅管的 ICBO 小，有的为纳安数量级。,当 b 开路时， c 和 e 之间的电流。,值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。,26,(1)共射电流放大系数 ,(1) 共基电流放大系数 , 和 这两
10、个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：,2. 交流参数,交流参数是交流条件下起作用的参数，它反映三极管对动态信号的性能指标。,27,3、 极限参数,(1) 集电极最大允许电流 ICM,当 iC 过大时，三极管的 值要减小。在 iC = ICM 时， 值下降到额定值的三分之二。,(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 为安全工作区,iCuCE PCM 为过损耗区,28,(3)极间反向击穿电压,外加在三极管各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。,29,2.1.5 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。,30,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；输入与输出特性曲线横轴为(- UBE) 、(- UCE)。,31,
