模拟电路第1章 第三节双极型三极管

§1.3双极型三极管三极管的结构与符号三极管的电流分配与控制三极管的伏安特性曲线三极管的主要参数三极管的型号三极管应用1.3.1三极管的结构与符号双极型半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。e-b间的PN结称为发射结(Je)c-b间的PN结称为集电结(Jc)中间部分称为基区，连上电极称为基极，用B或b表示（Base）；一侧称为发射区，电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）；另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。双极型三极管的符号中，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。三极管的结构与符号发射区的掺杂浓度大;集电区掺杂浓度低，且集电结面积大;基区要制造得很薄，厚度在几个微米至几十个微米。NPNRCRbVCCVBB+_IBICIEVo1.3.2三极管的电流分配与控制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，如图所示。VBBVCC1内部载流子运动形成的电流在发射结正偏，集电结反偏条件下，三极管中载流子的运动：(1)发射区向基区注入电子：在VBB作用下，发射区向基区注入电子形成IEN，基区空穴向发射区扩散形成IEP。IENIEP方向相反内部载流子运动形成的电流(2)电子在基区复合和扩散电子向集电结扩散少部分电子与基区空穴复合形成电流IBN(3)集电结收集电子由于集电结反偏，电子在电场作用下漂移过集电结，到达集电区，形成电流ICN。VBBVCC内部载流子运动形成的电流(4)集电极的反向电流集电结收集到的电子包括两部分：发射区扩散到基区的电子——ICN基区的少数载流子——ICBOVBBVCC电流分配与控制（动画2-1）内部载流子运动形成的电流VBBVCC电流分配与控制（动画2-1）内部载流子运动形成的电流IE=IEN=ICN+IBNIC=ICN+ICBOIB=IBN－ICBOIE=IC+IBVBBVCC三极管的电流放大系数对于集电极电流IC和发射极电流IE之间的关系可以用系数来说明，定义:称为共基极直流电流放大系数。一般为0.98~0.999。ECNII/三极管的电流放大系数CBOECIII引入后，三极管的电流分配关系为：BCEIII当很小的时候，则可得如下近似式：CBOICBOEBIII)1(ECIIEBII)1(BCEIII三极管各极之间电流分配关系：)1(::1::BCEIIIVBBVCC3电流控制作用三极管各级上的电流相互依赖，相互制约。但是严格的讲，只能把作为被控量，或作为控制量。CIEIBI(1)若以控制CBOECIIIECII(2)若以控制CBOBCCIIII)(CICIEIBI即CBOBCIII)11(1电流控制作用令1CBOCBOCEOIII)1()11(则有CEOBCIIIBCII称为共发射极电流放大系数RCRbVccBBV+_VoiBiCiE+_vBE+_vCEbce1.3.3三极管的伏安特性曲线输入特性曲线——iB=f(vBE)vCE=const共发射极接法三极管的特性曲线：iB是输入电流，vBE是输入电压，加在B、E两电极之间。输出特性曲线——iC=f(vCE)iB=constiC是输出电流，vCE是输出电压，从C、E两电极取出。1.输入特性曲线i(uA)B100204060800.20.40v(V)BEV=0VCEV=0.5VCEV1VCECEV)(BEBvfi(1)VCE=0时：(3)VCE1V时:曲线重合；曲线右移iB比VCE=0V时小(2)VCE介于0~1V之间时，iB逐渐减小，曲线向右移动。0VCE1V:VCEiB2.输出特性曲线BI)(CECvfi放大区饱和区截止区0uA100uA80uA60uA40uA20uAICBOvCEic64224681012VCE=VBE0(1)放大区JE正偏，JC反偏，IB，IC基本不随vCE增大，IC=IB。相当于一个电流控制电流源。(2)截止区：对应IB0的区域，JC和JE都反偏，IB≈IC≈0输出特性曲线(3)饱和区JC和JE都正偏，vCE增加，iC增大。ICIB饱和时C、E间电压记为VCES，深度饱和时VCES约等于0.3V。饱和时的三极管C、E间相当于一个压控电阻。放大区饱和区截止区0uA100uA80uA60uA40uA20uAICBOvCEic64224681012VCE=VBE0输出特性曲线总结饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的数值较小，一般vCE＜0.7V(硅管)。此时发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。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——iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。动画2-2三极管工作情况总结状态发射结集电结IC截止反偏或零偏反偏0放大正偏反偏IB饱和正偏正偏IB三极管处于放大状态时，三个极上的电流关系：电位关系：BCEBEBCIIIIIII1NPNPNPc最高最低b中VB=VE+0.7V中VB=VE-0.7Ve最低最高1.3.4半导体三极管的主要参数半导体三极管的参数分为三大类:直流参数、交流参数、极限参数1.电流放大系数①直流电流放大系数a.共基极直流电流放大系数ECECBOCIIIII//)(三极管的直流参数b.共射极直流电流放大系数：=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=constβ三极管的交流参数②交流电流放大系数a.共基极交流电流放大系数α=IC/IEVCB=constb.共发射极交流电流放大系数=IC/IBvCE=const三极管的交流参数当ICBO和ICEO很小时，≈、≈，可以不加区分。2三极管的极间反向电流2.极间反向电流a.集电极基极间反向饱和电流ICBOb.集电极发射极间的反向饱和电流ICEO3三极管的极限参数3.极限参数①集电极最大允许电流ICM②集电极最大允许功率损耗PCM③反向击穿电压例3.1.1：判断三极管的工作状态测量得到三极管三个电极对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态。放大截止饱和