1半导体三极管.

第二章半导体三极管及其放大电路三极管也叫双极型晶体管2.1半导体三极管第二章半导体三极管及其放大电路1.3.1结构与符号N型硅BECN型硅P型硅二氧化硅保护膜N型锗ECBPP铟球铟球由三层半导体、两个PN结构成第二章半导体三极管及其放大电路由两块N型半导体中间夹着一块P型半导体的管子称为NPN管。还有一种与它成对偶形式的，即两块P型半导体中间夹着一块N型半导体的管子，称为PNP管。晶体管制造工艺上的特点是：发射区是高浓度掺杂区，基区很薄且杂质浓度底，集电结面积大。这样的结构才能保证晶体管具有电流放大作用。基极发射极集电极晶体管有两个结晶体管有三个区晶体管有三个电极第二章半导体三极管及其放大电路三层半导体材料构成NPN型、PNP型NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorNPN型ECB各区主要作用及结构特点：发射区：作用：发射载流子特点：掺杂浓度高基区：作用：传输载流子特点：薄、掺杂浓度低集电区：作用：接收载流子特点：面积大符号第二章半导体三极管及其放大电路PPNEBC按材料分：硅管、锗管按结构分：NPN、PNP按使用频率分：低频管、高频管按功率分：小功率管500mW中功率管0.51W大功率管1WECBPNP型二、类型第二章半导体三极管及其放大电路NNP基极发射极集电极NPN型BECBECPNP型PPN基极发射极集电极符号：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三极管PNP型三极管第二章半导体三极管及其放大电路1.3.2电流分配和放大原理1.三极管放大的外部条件BECNNPEBRBECRC发射结正偏、集电结反偏PNP发射结正偏VBVE集电结反偏VCVB从电位的角度看：NPN发射结正偏VBVE集电结反偏VCVB第二章半导体三极管及其放大电路晶体管放大的条件1.内部条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电结面积大2.外部条件发射结正偏集电结反偏晶体管的电流分配和放大作用实验电路mAmAICECIBIERBEBCEB3DG6A电路条件:ECEB发射结正偏集电结反偏第二章半导体三极管及其放大电路2.各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.100.0010.701.502.303.103.950.0010.721.542.363.184.05结论:1）三电极电流关系IE=IB+IC2）ICIB，ICIE3）ICIB把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化。第二章半导体三极管及其放大电路晶体管的电流放大原理：NICIEIBRBUBBUCCRCNP1、发射区向基区扩散电子的过程：由于发射结处于正向偏置，发射区的多数载流子自由电子将不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。2、电子在基区的扩散和复合过程：由于基区很薄，其多数载流子空穴浓度很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少一部分和基区空穴复合，剩下的绝大部分都能扩散到集电结边缘。实验表明：IC比IB大数十至数百倍，因而IB虽然很小，但对IC有控制作用，IC随IB的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极电流具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。3、集电区收集从发射区扩散过来的电子过程：由于集电结反向偏置，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流IC。第二章半导体三极管及其放大电路BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO基区空穴向发射区的扩散可忽略。发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE，多数扩散到集电结。从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。第二章半导体三极管及其放大电路IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBOIBEICE与IBE之比称为共发射极电流放大倍数BCCBOBCBOCBECEIIIIIIIICEOBCBOBC)(1IIIIIBCCEOIII，有忽略集－射极穿透电流,温度ICEO(常用公式)若IB=0,则ICICE0第二章半导体三极管及其放大电路1.3.3特性曲线即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线：1）直观地分析管子的工作状态2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线第二章半导体三极管及其放大电路一、输入特性输入回路输出回路常数CE)(BEBuufi0CEu与二极管特性相似RCECiBIERB+uBE+uCEEBCEBiC+++iBRB+uBEEB+BEuBiO0CEuV1CEu0CEuV1CEu特性基本重合(电流分配关系确定)特性右移(因集电结开始吸引电子，同一UBE下IB小)导通电压UBESi管:(0.60.8)VGe管:(0.20.3)V取0.7V取0.2VEB+RB第二章半导体三极管及其放大电路发射极是输入回路、输出回路的公共端共发射极电路输入回路输出回路测量晶体管特性的实验线路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++第二章半导体三极管及其放大电路1.输入特性常数CE)(BEBUUfI特点:非线性死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。正常工作时发射结电压：NPN型硅管UBE0.6~0.7VPNP型锗管UBE0.2~0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO第二章半导体三极管及其放大电路二、输出特性常数B)(CECiufi1.调整RB使基极电流为某一数值。2.基极电流不变，调整EC测量集电极电流和uCE电压。50µA40µA30µA10µAIB=020µAuCE/VO24684321iC/mAmAICECIBRBEBCEB3DG6ARCV+uCE第二章半导体三极管及其放大电路输出特性IB=020A40A60A80A100A常数B)(CECIUfI36IC(mA)1234UCE(V)912O放大区输出特性曲线通常分三个工作区：(1)放大区在放大区有IC=IB，也称为线性区，具有恒流特性。在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。第二章半导体三极管及其放大电路IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止区IB0以下区域为截止区，有IC0。在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。饱和区截止区（3）饱和区当UCEUBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，IBIC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。深度饱和时，硅管UCES0.3V，锗管UCES0.1V。第二章半导体三极管及其放大电路1.3.4主要参数一.共发射极电流放大系数直流电流放大系数BCII___BCIIΔΔ交流电流放大系数当晶体管接成发射极电路时，表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。注意：和的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的值在20~200之间。第二章半导体三极管及其放大电路例：在UCE=6V时，在Q1点IB=40A,IC=1.5mA；在Q2点IB=60A,IC=2.3mA。53704051BC...II400400605132BC....IIΔΔ在以后的计算中，一般作近似处理：=IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1点，有由Q1和Q2点，得第二章半导体三极管及其放大电路1.集-基极反向截止电流ICBOICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度ICBOICBOA+–EC2.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEOAICEOIB=0+–ICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。二、极间反向饱和电流发射极开路基极开路第二章半导体三极管及其放大电路1.集电极最大允许电流ICM（1）集-射极反向击穿电压U(BR)CEO集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。当集—射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。基极开路时C、E极间反向击穿电压。三、极限参数2.反向击穿电压（2）集电极－基极反向击穿电压U(BR)CBO—发射极开路时C、B极间反向击穿电压。（3）发射极－基极反向击穿电压U(BR)EBO—集电极开路时E、B极间反向击穿电压。第二章半导体三极管及其放大电路ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEO3、集电极最大允许耗散功耗PCM：PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。PCPCM=ICUCE硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。第二章半导体三极管及其放大电路晶体管参数与温度的关系1、温度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管优于锗管。2、温度每升高1C，UBE将减小–(2~2.5)mV，即晶体管具有负温度系数。3、温度每升高1C，增加0.5%~1.0%。第二章半导体三极管及其放大电路学习与探讨晶体管的发射极和集电极是不能互换使用的。因为发射区的掺杂质浓度很高，集电区的掺杂质浓度较低，这样才使得发射极电流等于基极电流和集电极电流之和，如果互换作用显然不行。晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，UCEUBE，集电结也处于正偏，这时内电场大大削弱，这种情况下极不利于集电区收集从发射区到达基区的电子，因此在相同的基极电流IB时，集电极电流IC比放大状态下要小很多，可见饱和区下的电流放大倍数不再等于β。晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，其电流放大系数是否也等于β？晶体管的发射极和集电极能否互换使用？为什么?第二章半导体三极管及其放大电路1.3.5应用实例晶体管作开关使用的电路如右图所示。试根据输入信号来验证晶体管是否工作在开关状态？想一想，做一做。1、开关状态2、放大状态解：0iu0EBUU0BI0BCIIVUUCCC12说明晶体管处于截止状态第二章半导体三极管及其放大电路Vui3VUBE7.0AARUuIbBEiB23101007.033mAAIIBC3.223100VRIUUcCCCCE27.0CESCEUU当时，取则基极电流集电极电流集射极电压晶体管工作在饱和状态。故输入信号为幅值达3V的方波时，晶体管工作在开关状态。第二章半导体三极管及其放大电路1.4特种半导体器件简介1.4.1光敏电阻光敏电阻有暗电阻、亮电阻和光电流等参数。（1）暗电阻光敏电阻在室温下，全暗后经过一定时间测量的电阻值，称为暗电阻。此时流过的电流，称为暗电流。(2）亮电阻光敏电阻在某一光照下的阻值，称为该光照下的亮电阻。此时流过的电流称为亮电流。（3）光电流亮电流与暗电流之差，称为光电流。第二章半导体三极管及其放大电路1.4.2热敏电阻热敏电阻的主要参数有标称电阻值、电阻温度系数和耗散系数等。（1）标称电阻值R25热敏电阻在25℃时的阻值，又称冷阻。标称电阻是阻值的大小由热敏电阻材料和几何尺寸决定。（2）电阻温度系数电阻温度系数是指热敏电阻的温度变