1.3 双极型三极管

1.3双极型半导体三极管半导体三极管在英文中称为晶体管(Transister)，半导体三极管有两大类型，一是双极型半导体三极管(BJT)，二是场效应半导体三极管(FET)。双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两个PN结组合而成，是一种电流控制电流源器件（CCCS）。场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种电压控制电流源器件（VCCS）。1.3.1双极型半导体三极管的结构bNP型PNP型NPNeebccPNNPNPN型PNP型这是基极b这是发射极e这是集电极c这是发射结Je这是集电结Jcceecbb型NPN型PNP三极管的符号短粗线代表基极,发射极的箭头方向,代表发射极电流的实际方向。1.3.2双极型半导体三极管的放大作用和载流子的运动双极型三极管在制造时，要求发射区的掺杂浓度大，基区掺杂浓度低并要制造得很薄，集电区掺杂浓度低，且集电结面积较大。从结构上看双极型三极管是对称的，但发射极和集电极不能互换。双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。现以NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系，见下图。NPNebc电子空穴IENICNIEPICBOIEICIBIBN注意图中画的是载流子的运动方向，空穴流与电流方向相同；电子流与电流方向相反。为此可确定三个电极的电流IE=IEN+IEP且IENIEPIC=ICN+ICBOICN=IEN-IBNIB=IEP+IBN-ICBO由此可写出三极管三个电极的电流NPNebc电子空穴IENICNIEPICEOIEICIBIBNIE=IEN+IEP且IENIEPIC=ICN+ICBOICN=IEN-IBNIB=IEP+IBN-ICBO发射极电流：IE=IEN＋IEP且有IENIEP集电极电流：IC=ICN+ICBOICN=IEN-IBN且有IENIBN，ICNIBN基极电流：IB=IEP+IBN－ICBO所以，发射极电流又可以写成IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN=(ICN+ICBO)+(IBN+IEP－ICBO)=IC+IB从以上分析可知，对于NPN型三极管，集电极电流和基极电流是流入三极管，发射极电流是流出三极管，流进的电流等于流出的电流。由以上分析可知，发射区掺杂浓度高，基区掺杂浓度低且很薄，是保证三极管能够实现电流放大的关键。若两个PN结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。ebc动画——载流子的运动双极型半导体三极管的电流关系三种组态双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，如共发射极接法，也称共发射极组态，简称共射组态，见下图。CEebcIIBcCBcebIBICIEbceIEICIBCC共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示；共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。三极管的电流放大系数1.共基极直流电流放大系数电流放大系数，一般来说是指输出电流与输入电流的比。由于组态不同，三极管的输入电极和输出电极不同，所以对共基组态，输出电流是集电极电流IC，输入电流是发射极电流IE，二电流之比的关系可定义为：ECNII称为共基极直流电流放大系数。它表示最后达到集电极的电子电流ICN与总发射极电流IE的比值。ICN与IE相比，因ICN中没有IEP和IBN，所以的值小于1，但接近1。由此可得：IC=ICN+ICBO=IE+ICBO=(IC+IB)+ICBO111BCBOBCIIII2.共发射极直流电流放大系数对共射组态的电流放大系数，输出电流是集电极电流IC，输入电流是基极电流IB，二电流之比可定义：BCBOCNBCIIIII称为共发射极接法直流电流放大系数。于是BCBOBBC1)11(IIIIIBB1)1(II1因≈1,所以1。一般认为：==，近似为一常数，值范围：20~100静态电流放大倍数静态电流放大倍数，动态电流放大倍数=IC/IBIC=IB动态电流放大倍数IB：IB+IBIC：IC+IC=IC/IBIC=IB1.3.3特性曲线ICmAAVVUCEUBERBIBUSCUSB实验线路(共发射极接法)CBERCIB与UBE的关系曲线（同二极管）一、输入特性IB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1V死区电压，硅管0.5V工作压降：硅管UBE0.7V二、输出特性(IC与UCE的关系曲线)IC(mA)1234UCE(V)3691240A60AQQ’=IC/IB=2mA/40A=50=IC/IB=(3-2)mA/(60-40)A=50=IC/IB=3mA/60A=50动画——输出特性曲线输出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB,且IC=IB。此区域称为线性放大区。此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE死区电压,，称为截止区。输出特性三个区域的特点:(1)放大区BE结正偏，BC结反偏，IC=IB,且IC=IB(2)饱和区BE结正偏，BC结正偏，即UCEUBE，IBIC，UCE0.3V(3)截止区UBE死区电压，IB=0，IC=ICEO0例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k当USB=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？USB=-2V，IB=0，IC=0，Q位于截止区USB=2V，IB=(USB-UBE)/RB=(2-0.7)/70=0.019mAIC=IB=500.019=0.95mAICS=2mA，Q位于放大区IC最大饱和电流ICS=(USC-UCE)/RC=(12-0)/6=2mAICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEICUCEIBUSCRBUSBCBERC例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k当USB=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？USB=5V，IB=(USB-UBE)/RB=(5-0.7)/70=0.061mAIC=IB=500.061=3.05mAICS=2mA，Q位于饱和区(实际上，此时IC和IB已不是的关系）