模电6

null第四章第四章双极结型三极管及放大电路基础 小写符号、小写下标 vi ： 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示交流电压（电流）瞬时值。大写符号、大写下标VI ：表示直流电压（电流）小写符号、大写下标vI ：表示包含有直流的电压（电流）的瞬时值大写符号、小写下标Vi ：表示交流电压（电流）有效值符号约定4.1 半导体三极管（BJT）4.1.1 BJT的结构简介4.1 半导体三极管（BJT）4.1.2 BJT的工作原理4.1.3 BJT的特性曲线4.1.4 BJT的主要参数4.1.5 温度对BJT的参数及特性的影响 三极管是组成各种电子电路的核心器件。三极管的产生使PN结的应用发生了质的飞跃。 半导体三极管的结构示意图如下图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。4.1.1 BJT的结构简介发射结(Je) 集电结(Jc) 基极，用B或b表示（Base） 发射极，用E或e 表示（Emitter）；集电极，用C或c 表示（Collector）。 发射区集电区基区三极管符号 三极管是组成各种电子电路的核心器件。三极管的产生使PN结的应用发生了质的飞跃。 半导体三极管的结构示意图如下图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。NPN型三极管图符号 根据制造工艺和材料的不同，三极管分有双极型和单极型两种类型。若三极管内部的自由电子载流子和空穴载流子同时参与导电，就是所谓的双极型。如果只有一种载流子参与导电，即为单极型。NPN型三极管图符号大功率低频三极管小功率高频三极管中功率低频三极管 目前国内生产的双极型硅晶体管多为NPN型（3D系列），锗晶体管多为PNP型（3A系列），按频率高低有高频管、低频管之别；根据功率大小可分为大、中、小功率管。 ecbPNP型三极管图符号ecb注意：图中箭头方向为发射极电流的方向。null晶体管芯结构剖面图e发射极集电区N基区P发射区Nb基极c集电极晶体管实现电流放大作用的内部结构条件（1）发射区掺杂浓度很高，以便有足够的载流子供“发射”。（2）为减少载流子在基区的复合机会，基区应做得很薄，一般为几个微米，且掺杂浓度极低。（3）为了顺利收集边缘载流子，集电区体积较大，且掺杂浓度界于发射极和基极之间。 可见，双极型三极管并非是两个PN 结的简单组合，而是利用一定的掺杂工艺制作而成。因此，绝不能用两个二极管来代替，使用时也决不允许把发射极和集电极接反。null4.1.2 BJT的电流分配与放大原理1. 内部载流子的传输过程 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射区：发射载流子 集电区：收集载流子 基区：传送和控制载流子 （以NPN为例） ①发射区向基区注入电子 发射结正偏，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电流为IEN。与PN结中的情况相同。从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为IEP。与电子流相比，这部分空穴流可忽略不计。这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。IE=IEN+IEP≈IEN②电子在基区中的扩散和复合 电子流扩散到基区后，出现少数电子填充空穴的复合运动（因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少）。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，大多数电子在基区停留的时间很短，很快就运动到了集电结的边上积累起来。在基区被复合的电子形成的电流是 IBN。电子空穴复合得越多，到达集电极的电子就越少，故要减少复合（基区薄，杂质浓度低）③集电极收集扩散过来的电子 在集电结反偏电压的作用下，运动到集电结的边上的电子，进入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流ICN。另外，因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流ICBO（值很小，但受温度影响大）。 null晶体管实现电流放大作用的外部条件＋－（1）发射结必须“正向偏置”，以利于发射区电子的扩散，扩散电流即发射极电流ie，扩散电子的少数与基区空穴复合，形成基极电流ib，多数继续向集电结边缘扩散。＋－（2）集电结必须“反向偏置”，以利于收集扩散到集电结边缘的多数扩散电子，收集到集电区的电子形成集电极电流ic。IEICIB 整个过程中，发射区向基区发射的电子数等于基区复合掉的电子与集电区收集的电子数之和，即： IE=IB+ICnullnull 以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管。或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 4.1.2 BJT的电流分配与放大原理null上节回顾 1、稳压二极管的工作原理 2、光电子器件 光敏二极管 发光二极管 3、三极管实现电流放大的内部条件 4、外部条件 5、三极管内载流子运动的过程 6、三极管内形成的电流大小关系 nullIENICNIEPICBOIEICIBIBNIE=IEN + IEP 且IEN >> IEPIC= ICN +ICBO ICN= IEN – IBN ICN>>IBN IB= IEP + IBN – ICBO = IEP + IEN - ICN –ICBO = IE - IC 发射区：发射载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子2. 电流分配关系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 null电流分配关系图：三极管各电极的电流关系三极管各电极的电流关系通常 IC >> ICBOnull根据IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBO且令2. 电流分配关系null 三极管的集电极电流IC稍小于IE，但远大于IB，IC与IB的 比值在一定范围内基本保持不变。特别是基极电流有微小 的变化时，集电极电流将发生较大的变化。例如，IB由40 μA增加到50μA时，IC将从3.2mA增大到4mA，即： 显然，双极型三极管具有电流放大能力。式中的β值称为 三极管的电流放大倍数。不同型号、不同类型和用途的三 极管，β值的差异较大，大多数三极管的β值通常在几十 至几百的范围。 由此可得：微小的基极电流IB可以控制较大的集电极电流IC，故双极型三极管属于电流控制器件。 nullα称为共基极直流电流放大系数 β称为共发射极接法直流电流放大系数 不论三极管外电路如何连接，其电流分配关系是固定的。控制IE或IB，就能控制IC 在满足放大条件的情况下，由发射区发射的载流子只有极少部分在基区复合，绝大部分被集电区收集。在基区复合一个载流子，就有 β个载流子被集电区收集。 IC= β IB+ICEO IB=IBN+ICBO IE = IC+IBnull3. 三极管的三种组态共集电极接法，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。共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； 无论放大电路的组态如何，其目的都是让输入的微弱小信号通过放大电路后，输出时其信号幅度显著增强。null4. 放大作用若vI = 20mV使当则电压放大倍数VEEVCCVEBIBIEICvI+vEB+iC+iE+iBiE = -1 mA，iC =  iE = -0.98 mA，vO = -iC• RL = 0.98 V， = 0.98 时，nullVBBVCCVBEIBIEICvI+vBE+iC+iE+iBvI = 20mV 设若则电压放大倍数iB = 20 uAvO = -iC• RL = -0.98 V， = 0.98使4. 放大作用null 综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。 实现这一传输过程的两个条件是： （1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。 （2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。4.1.2 BJT的电流分配与放大原理结论只要符合三极管发射区高掺杂、基区掺杂浓度很低，集电区的掺杂浓度介于发射区和基区之间，且基区做得很薄的内部条件，再加上晶体管的发射结正偏、集电结反偏的外部条件，三极管就具有了放大电流的能力。null4.1.3. 双极型三极管的特性曲线 所谓特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线，是三 极管内部载流子运动的外部表现。从工程应用角度来看，外 部特性更为重要。（1） 输入特性曲线 iB=f(vBE) vCE=常数null以常用的共射极放大电路为例说明VCE=0V令VBB从0开始增加令VCC为0VCE=0时的输入特性曲线VCE为0时(1) 当vCE=0V时， b、e间加正向电压， JC和JE都正偏，JC没有吸引电子的能力。两PN结并联，相当于发射结的正向伏安特性曲线。null 继续增大VCC使VCE=1V以上的多个值，结果发现：之后的所有输入特性几乎都与VCE=1V的特性相同，曲线基本不再变化。 实用中三极管的VCE值一般都超过1V，所以其输入特性通常采用VCE=1V时的曲线。从特性曲线可看出，双极型三极管的输入特性与二极管的正向特性非常相似。(2) 当vCE≥1V时， vCB= vCE - vBE>0，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vBE下IB减小，特性曲线右移。令VBB重新从0开始增加增大VCC让VCE=0.5VVCE =1VVCE=0.5VVCE=0.5V的特性曲线继续增大VCC让VCE=1V令VBB重新从0开始增加VCE=1VVCE=1V的特性曲线VCE>1V的特性曲线null(4) 输入特性曲线的三个部分①死区 ②非线性区③线性区 4.1.3 BJT的特性曲线(3) VCE介于0~1V之间时， JC反偏不够，吸引电子的能力不够强。随着VCE的增加，吸引电子的能力逐渐增强，iB逐渐减小，曲线向右移动。 0IC，VCE0.3V (3) 截止区：集电结和发射结都反偏。 VBE< 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 输出特性曲线总结输出特性曲线总结饱和区 Je结正偏，Jc结正偏或反偏电压很小 iC受vCE显著控制的区域 该区域内vCE的数值较小，管子完全导通 相当一个开关“闭合（Turn on）”。 放大区 Je结 正偏，Jc结 反偏 。 iC平行于vCE轴的区域，曲 线基本平行等距--恒流特性 vCE的数值大于0.7V 截止区 Je结和Jc结 均为反偏。 iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方 管子不通，相当于一个“开关”打开（Turn off）。null例： =50， VCC =12V， RB =70k， RC =6k 当VBB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？当VBB =-2V时：IB=0 ， IC=0IC最大饱和电流：Q位于截止区 nullIC< ICmax (=2mA) ， Q位于放大区。VSB =2V时：nullVBB =5V时:Q 位于饱和区，此时IC 和IB 已不是  倍的关系。null4.1.4 BJT的主要参数1. 电流放大系数 该值的大小反映了晶体管的电流放大能力。null(2) 共发射极交流电流放大系数  =IC/IBvCE=常数4.1.4 BJT的主要参数1. 电流放大系数 null例：VCE=6V时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB1 = 60 A, IC1 =2.3 mA。null (4) 共基极交流电流放大系数α α=IC/IE VCB=常数4.1.4 BJT的主要参数1. 电流放大系数 null 2. 极间反向电流ICEO (1) 集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。 4.1.4 BJT的主要参数(1) 集电极最大允许电流ICM(1) 集电极最大允许电流ICM(2) 集电极最大允许功率损耗PCM PCM= ICVCE 3. 极限参数4.1.4 BJT的主要参数IC>ICM时，晶体管不一定烧损，但β值明显下降。晶体管上的功耗超过PCM，管子将损坏。(3) 反向击穿电压(3) 反向击穿电压  V(BR)CBO——发射极开路时的集电结反向击穿电压。 V(BR) EBO——集电极开路时发射结的反 向击穿电压。  V(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 V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR) EBO 3. 极限参数4.1.4 BJT的主要参数null输出特性曲线上的过损耗区和击穿区null4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响1. 温度变化对ICBO的影响2. 温度变化对输入特性曲线的影响温度T   输出特性曲线上移温度T   输入特性曲线左移3. 温度变化对 的影响温度每升高1 °C ，  要增加0.5%1.0%温度T   输出特性曲线族间距增大总之：nullnull半导体三极管的型号国家 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 对半导体三极管的命名如下: 3 D G 110 B 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开关管材料器件的种类同种器件型号的序号同一型号中的不同规格三极管null双极型三极管的参数注：*为 f