1.3 双极结型三级管

1.3双极结型三极管1.3.1三极管的结构1.3.2三极管中载流子的运动和电流的分配关系1.3.3三极管的特性曲线1.3.4三极管的主要参数一、结构、符号和分类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PPNEBCPNP型ECBECB1.3.1三极管的结构结构：由两个相互联系的PN结构成，其中一个称为发射结，一个为集电结；两个PN结将一个三极管划为三个区域；各引出一个引脚。1、结构特点cbe箭头的方向是发射结正偏时，电流的方向虽然发射区和集电区都是N型半导体，但它们并不是对称的。由于是N-P-N结构∴称为NPN三极管。–2、符号（2）发射区小，掺杂浓度大。（3）集电区掺杂浓度低，集电结面积大。（1）基区掺杂浓度很低，且很薄。集电区EBC发射区基区平面型晶体管结构示意图BJT是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件。由于两个PN结之间的相互影响，使BJT表现出不同于单个PN结的特性而具有电流放大作用，从而使PN结的应用发生了质的飞跃。小功率管中功率管大功率管分类：按材料分：硅管、锗管按功率分：小功率管500mW按结构分：NPN、PNP按使用频率分：低频管、高频管大功率管1W中功率管0.51W1.3.2三极管中载流子的运动和电流分配关系1.三极管放大的条件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外部条件发射结正偏集电结反偏BECNNPVBBRBVCCRC2、三极管的放大作用•双级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。三种解法也称三种组态3.满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共集电极共基极2.三极管内部载流子的运动规律BECNNPVBBRBVCCIEIBNICNICBO基区空穴向发射区的扩散形成电流IEP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IBN，多数作为非平衡少子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ICN。集电结反偏，由少子形成的反向电流ICBO。扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运形成集电极电流IC。RCICIB–三极管的放大作用是通过载流子的传输体现，以NPN为例，整个载流子的传输分三步：•①发射区向基区注入电子；•②极少数电子与基区空穴复合;•③集电区收集大多数电子从电位的角度看：NPN发射结正偏VBVE集电结反偏VCVBECB3.三极管的电流分配关系IC=ICN+ICBOICNIB=IBN-ICBOIBNICN与IBN之比称为共射直流电流放大倍数BCCBOBCBOCBNCNIIIIIIIICEOBCBOBC)(1IIIIIBCCEOIII，有忽略穿透电流,温度ICEO(常用公式)若IB=0,则ICICE0BBBBCEI)IIIII1(ICIBBECNNPVBRBVCIEIBNICNICBORCBCEIIIBCIIBE)1(II1BCBnCnIIII共发射极接法的直流电流传输系数:BBVCCVBRBICICEVEBVCR1V2V2RCIEI1R1CBOCnCCECnBnEIIIIIIII共基极接法的直流电流传输系数:11三极管的电流分配关系总结ECBOECIIIIBCEOBCIIII共基直流电流放大:)1(共射直流电流放大:对于变化量用交流参数)1(令：α＝ICN/IE共基直流电流放大系数β＝ICN/IBN共射直流电流放大系数三极管固定不变分配原则(不论有何种组态)一组重要公式（熟练记忆）BOCBCIIIIEBCEIIIBEII11晶体三极管工作在放大状态的外部条件是：发射结正向偏置，集电结反向偏置。晶体三极管能够实现电流放大的内部条件是：发射区掺杂浓度高，基区很薄。三极管的两个PN结均加反向偏压时，三极管处于截止状态，各极电流近似为零。三极管的两个PN结均加正向偏压时，三极管处于饱和状态，此时发射极和集电极电流减小，而基极电流增大。三极管三个极的电流关系：IE=IB+IC小结1.3.3三极管的特性曲线三极管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。由于三极管和二极管一样也是非线性元件，不能用一个固定的数值或一个简单的方程式来表示个电极电压与电流的关系，所以要用伏安特性曲线对它进行描述。工程上最常用到的是三极的输入特性和输出特性曲线。重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线输入回路输出回路RCVCCiBIERB+uBE+uCEVBBCEBiC+++输入回路输出回路RCVCCiBIERB+uBE+uCEVBBCEBiC+++输入特性曲线CEBBE()Uifu常数输出特性曲线常数BCECI)u(fi输入回路输出回路常数CEBEB)(uufi0CEu与二极管特性相似RCVCCiBIERB+uBE+uCEVBBCEBiC+++iBRB+uBEVBB+BEuBiO0CEuV0CEu1、输入特性(2)当uCE≥1V时，集电结的电场已足够强，已能把发射到基区的电子绝大部分电子收集到集电区，同样的uBE下，电子数量不变，uCE再增加，特性曲线不再明显右移基本重合。（1）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，同样的uBE下iB减小，特性曲线右移。0CEuCE)(BEBUufi为什么UCE增大曲线右移？对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。为什么像PN结的伏安特性？为什么UCE增大到一定值曲线右移就不明显了？常数B)(CECIufi输出特性曲线特点：a.各条特性曲线形状相同b.每条输出特性起始部分很陡（集电结反压增加，吸引电子能力增强,ic增大）c．每条输出特性当超过某一数值时（约1V），变得平坦•基区宽带变窄变小••若不变则CECBvvCiBiCBBiii对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。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。2、输出特性输出特性曲线各区的特点：（1）饱和区a.发射结正偏，集电结正偏或者反向电压很小。UCE＜UBEb.iC明显受uCE控制,随着VCE的变化而迅速变化。iC＜βiBc.该工程上以uCE=uCES≈0.3V作为放大区和饱和区的分界线饱和区iiB=20μA04060801002468/VvCE01234C/mA（3）截止区b.iB≈0，iC=iCEO≈0,（2）放大区b.曲线基本平行等距。iC只与iB有关，iC=βiB。截止区放大区iiB=20μA04060801002468/VuCE01234C/mAa.发射结正偏，集电结反偏a.发射结开启电压（或反偏），集电结反偏iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，uBE小于开启电压。饱和区常数BCECI)u(fi对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？饱和区放大区截止区BiCi常量CEBCUii输出特性三个区域的特点:(1)放大区发射结正偏，集电结反偏，iC=iB,且iC=iB(2)饱和区发射结正偏，集电结正偏或反向电压很小，即uCEuBE，iBiC，uCE0.3V(3)截止区发射结反偏，集电结反偏，uBE死区电压，iB=0，iC=ICEO0测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。放大截止饱和-+正偏反偏-+放大VcVbVe发射结和集电结均为反偏。发射结和集电结均为正偏。例1：§1.3.4三极管的主要参数共射直流电流放大倍数：BCII___工作于动态的三极管，信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC则交流电流放大倍数为：BIIC电流放大系数太小放大能力弱，太大易使管子性能不稳定。一般大功率管为10~30，小功率管为60~300为宜。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4004.006.05.13.2ΔΔBCii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1.集-基极反向截止电流ICBOICBOA+–EC2.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEOAICEOIB=0+–2.极间反向电流发射极开路时，在集电结上加反向电压，得到反向电流。实际上就是PN结的反向电流。它与温度有关。锗管：ICBO为微安数量级，硅管：ICBO为纳安数量级。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。CBOCEO)1(II＝三、温度对特性曲线的影响1.温度升高,输入特性曲线向左移温度每升高1C，UBE22.5mV温度每升高10C，ICBO约增大1倍2.温度升高,输出特性曲线向上移BEuBiOT2温度每升高1C，0.5%1%输出特性曲线间距增大iCuCET2T2iB=0T2BEBBBECEO)(uiiuIT不变时，即不变时℃4、极限参数1）集电极最大允许电流ICM三极管工作时，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。并有可能烧坏管子。2）集电极最大允许耗散功率PCM当管子集电结两端电压与通过电流的乘积超过此值时，管子性能变坏或烧毁。3）集电极——发射极间反向击穿电压V(BR)CEO管子基极开路时，集电极和发射极之间的最大允许电压。当电压越过此值时，管子将发生电击穿，并可能导致热击穿损坏管子。4反向击穿电压U(BR)CBO——发射极开路时的集电结反向击穿电压。U(BR)EBO——集电极开路时发射结的反向击穿电压。U(BR)CEO——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U(BR)CBO＞U(BR)CEO＞U(BR)EBO§1.3.5PNP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。其各种参数与NPN型相同。NPN型VCCVBBRCRb~NNP++uouiPNP型VCCVBBRCRb~++uoui国家标准对半导体三极管的命名如下:3DG110B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半导体三极管的型号