第三章 双极型三极管及其放大电路1

第3章半导体三极管3.1双极三极管3.1.1三极管的结构与符号3.1.2三极管的分类3.1.3三极管的外部结构3.2三极管的电流分配与放大作用3.2.1载流子的运动及各电极电流的形成3.2.2电流放大作用3.2.3电流分配关系的测试第3章半导体三极管3.3三极管的特性曲线3.3.1输入特性曲线3.3.2输出特性曲线3.4三极管的主要参数及温度的影响3.4.1主要参数3.4.2温度对三极管的特性与参数的影响3.5特殊三极管简介3.5.1光电三极管3.5.2光电耦合器本章重点•半导体三极管的基本结构•三极管的电流分配与放大作用•三极管实现放大作用的内部及外部条件•三极管的基本特性本章难点•在放大区三极管具有基极电流控制集电极电流的特性•三极管的开关特性•用万用表判断三极管的类型、管脚及三极管质量的好坏第3章半导体三极管3.1双极型三极管3.1.1三极管的结构与符号半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为双极型晶体管（BipolarJunctionTransistor,简称BJT）。BJT是由两个PN结组成的。NPN型PNP型符号:---bce---ebc三极管的结构特点:（1）发射区的掺杂浓度＞＞集电区掺杂浓度。（2）基区要制造得很薄且浓度很低。--NNP发射区集电区基区发射结集电结ecb发射极集电极基极--PPN发射区集电区基区发射结集电结ecb发射极集电极基极3.1.2三极管的分类按结构类型分为NPN型管和PNP型管按材料分为硅管和锗管按功率大小分为大功率管、中功率管和小功率管按工作频率分为高频管和低频管按其工作状态分为放大管和开关管3.1.3三极管的外部结构常见三极管的外形结构图1/19/2020半导体三极管的型号第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、C硅PNP管、D硅NPN管第三位：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、K开关管用字母表示材料用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格三极管国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：3DG110B3.2三极管的电流分配与放大作用三极管实现放大作用的内部条件，制作时：基区做得很薄，且掺杂浓度低发射区的掺杂浓度高集电结面积大于发射结面积外部条件，即发射结正向偏置，集电结反向偏置1/19/2020若在放大工作状态：发射结正偏：+UCE－＋UBE－＋UCB－集电结反偏：由VBB保证由VCC、VBB保证UCB=UCE-UBE0NNPBBVCCVRbRCebc共发射极接法c区b区e区三极管在工作时要加上适当的直流偏置电压。3.2.1载流子的运动及各电极电流的形成1．BJT内部的载流子传输过程NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBI（1）因为发射结正偏，所以发射区向基区注入电子，形成了扩散电流IEN。同时从基区向发射区也有空穴的扩散运动，形成的电流为IEP。但其数量小，可忽略。所以发射极电流IE≈IEN。（2）发射区的电子注入基区后，变成了少数载流子。少部分遇到的空穴复合掉，形成IBN。所以基极电流IB≈IBN。大部分到达了集电区的边缘。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI另外，集电结区的少子形成漂移电流ICBO。（3）因为集电结反偏，收集扩散到集电区边缘的电子，形成电流ICN。动画演示1/19/20202．电流分配关系IE=IC+IBNNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI定义：ECNII＝ECBOECIIII＋＝(1)IC与IE之间的关系:所以:ECII其值的大小约为0.9～0.99。三个电极上的电流关系:NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIECNICICBOI联立以下两式：CBOECIII＋＝BCEIII＋＝得：CBOBCCBOECIIIIII）＋＋（＝＋＝所以：CBOBC111III－＋－＝BCEOBCIIII＋＝得：－＝1令：CBOCEO11II－＝BI3.2.2电流放大作用动画演示在分析估算放大电路参数时取通常情况下，β=20～200。综上：有一小IB就可以获得大IC，实现了小基极电流控制大集电极电流，这就是三极管的电流放大作用。也证明了三极管是电流控制器件。当输入电压变化时，会引起输入电流(基极电流)的变化，在输出回路将引起集电极电流较大变化，该变化电流在集电极负载电阻RC上产生较大的电压输出。这样，三极管的电流放大作用就转化为电路的电压放大作用。3.2.3电流分配关系的测试测试电路三极管的三种接法：共射极、共集电极和共基极三极管的三种电路动画演示共发射极三极管各电极电流分配关系的测试电路三极管电流分配关系的测试电路调RP，可测得IB、IC、IE，数据如表测试数据数据分析IB/mA-0.00400.010.020.030.040.050.06IC/mA0.0040.011.091.983.074.065.056.06IE/mA00.011.102.003.104.105.106.12IB、IC、IE测试数据满足基尔霍夫电流定律IB、IC、IE的关系：IE=IB+ICIC、IB的关系：三极管的直流放大作用三极管的交流放大作用CB1.091000.01IICB1.981.090.89890.020.010.01II当IE=0时，即发射极开路，IC=-IB当IB=0时，即基极开路，IC=IE≠0反向饱和电流ICBO集电极—发射极的穿透电流ICEO（1）uCE=0V时，相当于两个PN结并联。2.3BJT的特性曲线（共发射极接法）3.3.1输入特性曲线iB=f(uBE)uCE=const++++i-uBE+-uBTCE+Ci0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE＞1VCEu（3）uCE≥1V再增加时，曲线右移很不明显。（2）当uCE=1V时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，在同一uBE电压下，iB减小。特性曲线将向右稍微移动一些。死区电压硅0.5V锗0.1V导通压降硅0.7V锗0.3V3.3.2输出特性曲线iC=f(uCE)iB=const（1）当uCE=0V时，因集电极无收集作用，iC=0。（2）uCE↑→Ic↑。（3）当uCE＞1V后，收集电子的能力足够强。这时，发射到基区的电子都被集电极收集，形成iC。所以uCE再增加，iC基本保持不变。同理，可作出iB=其他值的曲线。iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB现以iB=60uA一条加以说明。动画演示饱和区——iC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE＜0.7V。此时发射结正偏，集电结也正偏。截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区——曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。该区中有：BCII＝iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA饱和区放大区截止区输出特性曲线可以分为三个区域:3.4三极管的主要参数及温度的影响（2）共基极电流放大系数：BCIIBCii＝ECII＝ECii＝iCE△=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAI△BBBIBiIBI=100uACBI=60uAi一般取20~200之间2.31.538A60mA3.2BCII40A40)-(60mA)5.13.2(BCii＝（1）共发射极电流放大系数：1.电流放大系数动画演示（2）集电极发射极间的穿透电流ICEO基极开路时，集电极到发射极间的电流——穿透电流。其大小与温度有关。（1）集电极基极间反向饱和电流ICBO发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它实际上就是一个PN结的反向电流。其大小与温度有关。锗管：ICBO为微安数量级，硅管：ICBO为纳安数量级。CBOCEO)1(II＝++ICBOecbICEO2.极间反向电流3.极限参数（1）集电极最大允许电流ICM（2）集电极最大允许功率损耗PCM集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PC=ICUCEBICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCMPCMIc增加时，要下降。当值下降到线性放大区值的70％时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化。UBEICEO变T变IC变3.4.2温度对三极管的特性与参数的影响温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEIBIC温度对值及ICEO的影响T、ICEOICiCuCE总的效果是：原因：温度升高，本征激发产生的载流子浓度增大，少子增多，所以ICBO增加，导致ICEO增大，从而使输出特性曲线上移3.5特殊三极管简介3.5.1光电三极管光电三极管的等效电路与电路符号3.5.2光电耦合器光电耦合器电路符号(a)LED+光敏电阻；(b)LED+光电二极管；(c)LED+光电三极管；(d)LED+光电池小结BJT是由两个PN结构成的。工作时，有两种载流子参与导电，称为双极型晶体管。BJT是一种电流控制电流型的器件，改变基极电流就可以控制集电极电流。BJT的特性可用输入特性曲线和输出特性曲线来描述。其性能可以用一系列参数来表征。BJT有三个工作区：饱和区、放大器和截止区。