1、主要內(nèi)容晶體三極管(BJT)的歷史、結(jié)構(gòu)和種類BJT的電流放大作用內(nèi)部載流子的運(yùn)行電流之間的分配關(guān)系共基/射極電流放大系數(shù)BJT共射特性曲線輸入特性曲線輸出特性曲線BJT的主要參數(shù)第一章常用半導(dǎo)體器件1.3 晶體三極管輝煌歷史1999年，洛杉磯時(shí)報(bào)評(píng)選出了“本世紀(jì)經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域50名最有影響力人物”，并列第一的是美國發(fā)明家維廉肖克利（William Shockley，1910-1989）、羅伯特諾伊斯（Robert N.Noyce，1927-1990）和杰克基爾比（Jack S.Kilby）， transconductance(跨導(dǎo))的前綴與varistor(可變電阻)的后綴構(gòu)成一個(gè)新詞transi

2、stor(晶體管)，1957年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。晶體三極管1947集成電路1958集成電路1958貝爾實(shí)驗(yàn)室肖克利巴丁朱棣文肖克利實(shí)驗(yàn)室（1955）硅谷仙童（1957）Intel（1968）兩次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 半導(dǎo)體三極管有兩大類型， 一是雙極型半導(dǎo)體三極管(BJT) 二是場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體三極管(FET) 雙極型半導(dǎo)體三極管是由兩種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，它由兩個(gè) PN 結(jié)組合而成，是一種CCCS器件。 場(chǎng)效應(yīng)型半導(dǎo)體三極管僅由一種載流子參與導(dǎo)電，是一種VCCS器件。晶體三極管第一章常用半導(dǎo)體器件1.3 晶體三極管雙極型：參與導(dǎo)電的有空穴和電子兩種載流子。分類：按材料：硅管、鍺管按功率：

3、大功率、中功率、小功率按工作頻率：高頻管、低頻管（Bipolar Junction Transistor,簡(jiǎn)稱BJT）一、晶體管的結(jié)構(gòu)和類型兩種結(jié)構(gòu)類型：NPN、PNP1. 由三層半導(dǎo)體組成，有三個(gè)區(qū)、三個(gè)極、兩個(gè)結(jié)。2. 發(fā)射區(qū)摻雜濃度高、基區(qū)薄且摻雜濃度低、集電結(jié)面積大BECBEC （1）因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子 ，形成了擴(kuò)散電流IEN 。同時(shí)從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成的電流為IEP。但其數(shù)量小，可忽略。 所以發(fā)射極電流I E I EN 。 （2）發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，少部分遇到的空穴復(fù)合掉，形成IBN。所以基極電流I B I BN 。大部分到達(dá)了集電區(qū)的邊緣

4、。二、晶體管的電流放大作用1.內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)IBN（3）因?yàn)榧娊Y(jié)反偏，收集擴(kuò)散到集電區(qū)邊緣的電子，形成集電極收集電流ICN 。另外，集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移電流ICBO。2.電流之間的分配關(guān)系IB = IBN +IEP- ICBOIC = ICN +ICBOIE = ?IE = IEN + IEP= ICN +IBN+ IEP IBN三極管各區(qū)的作用:發(fā)射區(qū)向基區(qū)提供載流子基區(qū)傳送和控制載流子集電區(qū)收集載流子發(fā)射結(jié)加正向電壓集電結(jié)加反向電壓三極管在工作時(shí)一定要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷海?才能起放大作用。外部工作條件：發(fā)射結(jié)加正向電壓即發(fā)射結(jié)正偏；集電結(jié)加反向電壓即集電結(jié)反偏。 雙極型三極管有三

5、個(gè)電極，其中兩個(gè)可以作為輸入, 兩個(gè)可以作為輸出，這樣必然有一個(gè)電極是公共電極。三種接法也稱三種組態(tài) 共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示; 共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；三種組態(tài)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏I(xiàn)E=IB+ IC(1) 因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子 ，形成了擴(kuò)散電流IEN 。(2) 電子就要向集電結(jié)的方向擴(kuò)散，在擴(kuò)散過程中又會(huì)與基區(qū)中的空穴復(fù)合，同時(shí)接在基區(qū)的電源的正端則不斷從基區(qū)拉走電子，好像不斷供給基區(qū)空穴。電子復(fù)合的數(shù)目與電源從基區(qū)拉走的電子數(shù)目相等，使基區(qū)的空穴濃度基本維持不變。這樣就形成了基極電流I

6、B，所以基極電流就是電子在基區(qū)與空穴復(fù)合的電流。也就是說，注人基區(qū)的電子有一部分未到達(dá)集電結(jié)，如復(fù)合越多，則到達(dá)集電結(jié)的電子越少，對(duì)放大是不利的。(3)集電結(jié)外加反向電壓，其集電結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)非常強(qiáng)，且電場(chǎng)方向從C區(qū)指向B區(qū)。使集電區(qū)的電子和基區(qū)的空穴很難通過集電結(jié)，但對(duì)基區(qū)擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的電子卻有很強(qiáng)的吸引力，使電子很快地漂移過集電結(jié)為集電區(qū)所收集，形成集電極電流Ic。與此同時(shí)，集電區(qū)的空穴也會(huì)在該電場(chǎng)的作用下，漂移到基區(qū)，形成很小的反向飽和電流Icbo。 共基極接法BJT的放大運(yùn)行晶體管的電流分配關(guān)系動(dòng)畫演示 對(duì)于集電極電流IC和發(fā)射極電流IE之間的關(guān)系可以用系數(shù)來說明，定義: 稱為共基極直

7、流電流放大系數(shù)。它表示最后達(dá)到集電極的電子電流ICN與總發(fā)射極電流IE的比值。ICN與IE相比，因ICN中沒有IEP和IBN，所以 的值小于1, 但接近1，一般為0.980.999 。由此可得:IC=ICN+ICBO= IE+ICBO= IC+ IB+ICBO3.晶體管的共基電流放大系數(shù)4.晶體管的共射電流放大系數(shù) 為了反映擴(kuò)散到集電區(qū)的電流ICN與基區(qū)復(fù)合電流IBN之間的比例關(guān)系，定義共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)為 含義是：基區(qū)每復(fù)合一個(gè)電子，則有個(gè)電子擴(kuò)散到集電區(qū)去。 其中，穿透電流 很小，近似認(rèn)為： 發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，基區(qū)很薄，是保證三極管能夠?qū)崿F(xiàn)電流放大的關(guān)鍵。 基極電流傳輸系數(shù)：集電極電

8、流放大系數(shù)： 和 與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)。一般 = 0.90.99 ， 1。 是所加信號(hào)頻率的函數(shù)，信號(hào)頻率高到一定程度時(shí)， 不但數(shù)值下降，且產(chǎn)生相移，使 數(shù)值下降到1的信號(hào)頻率稱為特征頻率fT。5. 電流分配關(guān)系小結(jié)uBE = ube + UBE(2) 放大原理設(shè)輸入信號(hào)ui=Uimsint V那么iB = ib + IBiC = ic + ICuCE = uce + UCEuce = icRC其中UCE = VCC ICRC放大電路TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iEa. 在RC兩端有一個(gè)較大的交流分量可供輸出。uce = icRCuCE = uce +

9、UCE由可知ui ibicicRcb. 交流信號(hào)的傳遞過程為TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iE2發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)正向偏置飽和狀態(tài) (2) IC bIB，IB失去了對(duì)IC的 控制。(1) UCEUBE，集電結(jié)正向偏。飽和狀態(tài)的特點(diǎn)(3) 集電極飽和電壓降UCES較小，小功率硅管為 0.30.5V 。(5) UCE對(duì)IC的影響大，當(dāng)UCE增大，IC將隨之增加。(4) 飽和時(shí)集電極電流(2) IC=ICBO3發(fā)射結(jié)反向偏置、集電結(jié)反向偏置截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)的特點(diǎn)(1) 發(fā)射結(jié)反偏(3) IB=ICBO4發(fā)射結(jié)反向偏置、集電結(jié)正向偏置倒置狀態(tài)(1) 集電區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的多

10、子較少倒置狀態(tài)的特點(diǎn)(2) 發(fā)射區(qū)收集基區(qū)的非平衡少數(shù)載流子的能力小(3) 管子的電流放大系數(shù)很小三、晶體管的共射特性曲線1.輸入特性曲線 iB=f (uBE) uCE=CONST CB EB是輸入電極，C是輸出電極，E是公共電極。iB是輸入電流，uBE是輸入電壓，加在B、E兩電極之間。iC是輸出電流，uCE是輸出電壓，從C、E兩電極取出。 1. Uce=0V時(shí)，發(fā)射極與集電極短路，發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均正偏，集電結(jié)沒有吸引電子的能力，實(shí)際上是兩個(gè)二極管并聯(lián)的正向特性曲線。2. 當(dāng)Uce 1V時(shí)， Ucb= Uce - Ube 0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，且基區(qū)復(fù)合減少， 特性曲線將向右

11、稍微移動(dòng)一些。但Uce再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。通常只畫一條。3. Uce 介于0-1V之間時(shí)，JC反偏不夠，吸引電子的能力不夠強(qiáng)。隨著Uce 的增加，吸引電子的能力逐漸增強(qiáng)，iB逐漸減小，曲線向右移動(dòng)。現(xiàn)以iB=60uA一條加以說明。 （1）當(dāng)uCE=0 V時(shí)，因集電極無收集作用，iC=0。（2） uCE Ic 。 （3） 當(dāng)uCE 1V后，收集電子的能力足夠強(qiáng)。這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極收集，形成iC。所以u(píng)CE再增加，iC基本保持不變。同理，可作出iB=其他值的曲線。 2.輸出特性曲線 iC=f (uCE) IB=CONST飽和區(qū):iC受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE的數(shù)值

12、較小，一般 uCE 0.7V(硅管)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏截止區(qū)：iB=0的曲線的下方的區(qū)域iB=0, iC=iCEO NPN：uBE0.5V,管子就處于截止?fàn)顟B(tài)通常該區(qū)：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域:放大區(qū)iC平行于uCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。(1) 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，電壓uBE大于0.7V左右(硅管) 。(2) iC= iB,即IC主要受IB的控制。(3) a. UCEUBEb. ICIBc. UCE增大， IC 增大輸出特性曲線中三個(gè)區(qū)的特點(diǎn)(1) 飽和區(qū)a. UCEUBEb. IC=IBc. IC與UCE無關(guān)(2) 放大區(qū)(3) 截止區(qū)a. IB0

13、b. IC0三極管處于放大狀態(tài)時(shí)，三個(gè)極上的 電流關(guān)系： 電位關(guān)系：晶體管工作情況總結(jié)NPN管與PNP管的區(qū)別iB、uBE、iC、 iE 、uCE的極性二者相反。NPN管電路PNP管電路硅管與鍺管的主要區(qū)別(3) 鍺管的ICBO比硅管大(1) 死區(qū)電壓約為硅管0.5 V鍺管0.1 V(2) 導(dǎo)通壓降|uBE|約為鍺管0.3V硅管0.7 V四、晶體管的主要參數(shù)直流參數(shù)共基直流電流放大系數(shù)共基交流電流放大系數(shù)共射交流電流放大系數(shù)共射直流電流放大系數(shù)極間反向電流2. 交流參數(shù)特征頻率fTiCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI=100uACBI=60uAi2

14、. 交流參數(shù) (1) 共基極交流電流放大系數(shù) 值與iC的關(guān)系曲線(2) 共射極交流電流放大系數(shù) iCO3. 極限參數(shù)四、晶體管的主要參數(shù) ICM 集電極最大允許電流 當(dāng)集電極電流增加時(shí)， 就要下降，當(dāng)值下降到線性放大區(qū)值的2/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的最大集電極電流當(dāng)ICICM時(shí)，三極管并不一定會(huì)損壞。 PCM 集電極最大允許功耗晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，c結(jié)承受著較高的反向電壓，同時(shí)流過較大的電流。集電極電流通過集電結(jié)時(shí)所產(chǎn)生的功耗 PCM= iC uCE ，3. 極限參數(shù)(4) 集電極最大允許電流ICM(1) 集電極開路時(shí)發(fā)射極基極間反向擊穿 電壓U(BR)EBO (2) 發(fā)射極開路時(shí)集電極基極間反向擊穿

15、 電壓U(BR)CBO (3) 基極開路時(shí)集電極發(fā)射極間反向擊穿 電壓U(BR)CEO 反向擊穿電壓表示三極管電極間承受反向電壓的能力。V (BR) CBO V (BR) CES V (BR) CER V (BR) CEO四、晶體管的主要參數(shù)3. 極限參數(shù)-(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU 溫度對(duì)晶體管的uBE、ICBO和有不容忽視的影響。 uBE 、 ICBO隨溫度變化的規(guī)律與PN結(jié)相同，即溫度每升高1， uBE減小2-2.5mV； 溫度每升高10， ICBO增大一倍。 溫度對(duì)的影響表現(xiàn)為，隨溫度的升高而增大，變化規(guī)律是：溫度每升高1，值增大0.5%-1%。 五、溫度對(duì)晶體管特性和