4.1半導(dǎo)體三極管4.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理4.1.3BJT的V－I特性曲線4.1.4BJT的主要參數(shù)4/11/20231東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系

雙極型晶體管是由兩個(gè)背靠背、互有影響的PN結(jié)構(gòu)成的。在工作過程中兩種載流子(自由電子和空穴)都參與導(dǎo)電，所以全名稱為雙極結(jié)型晶體管?；駼JT(BipolarJunctionTransistor)雙極結(jié)型晶體管有三個(gè)引出電極，人們習(xí)慣上又稱它為晶體三極管或簡(jiǎn)稱晶體管。4.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介4/11/20232東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系

從晶體管的外形可看出，其共同特征就是具有三個(gè)電極，這就是“三極管”簡(jiǎn)稱的來歷。

4/11/20233東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系基區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)

發(fā)射極Emitter集電極Collector

基極Base發(fā)射結(jié)(Je)

集電結(jié)(Jc)PNPNPN4.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介4/11/20234東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高4/11/20235東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系BECNNPEBRBECIE基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略。IBE進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE

，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理1.內(nèi)部載流子的傳輸過程4/11/20236東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系BECNNPEBRBECIE集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBOICEIBEICE從基區(qū)擴(kuò)散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE。4/11/20237東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系IB=IBE-ICBOIBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO

ICEIBE動(dòng)畫4/11/20238東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子的過程：

由于發(fā)射結(jié)處于正向偏置，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電子將不斷擴(kuò)散到基區(qū)，并不斷從電源補(bǔ)充進(jìn)電子，形成發(fā)射極電流IE。2、電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合過程：

由于基區(qū)很薄，其多數(shù)載流子空穴濃度很低，所以從發(fā)射極擴(kuò)散過來的電子只有很少一部分和基區(qū)空穴復(fù)合，剩下的絕大部分都能擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣。3、集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來的電子過程：

由于集電結(jié)反向偏置，可將從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)并到達(dá)集電區(qū)邊緣的電子拉入集電區(qū)，從而形成較大的集電極電流IC。1.內(nèi)部載流子的傳輸過程4/11/20239東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系2.電流分配關(guān)系根據(jù)傳輸過程可知IE=IB+IC (1)IC=ICE+ICBO (2)IB=IBE-ICBO (3)BECNNPEBRBECIEICBOICEICIBEIB4/11/202310東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系定義通常

IC>>ICBO則有所以硅:0.1A鍺:10A為共基極電流放大系數(shù)，它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)。一般

=0.90.99ICE與IBE之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)4/11/202311東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系3.放大作用vI

=20mViE

=-1mARLecb1kVEEVCCIBIEICVEB+vEB放大電路+iEii+-vI+iC+iBvO+-io圖4.1.5共基極放大電路

=0.98iC

=iEvO=-iC?

RLvO=0.98V非線性iC

=-0.98mAiB

=-20A電壓放大倍數(shù)Ri=vI

/iE

=20輸入電阻4/11/202312東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系4.三極管（放大電路）的三種組態(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；外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏4/11/202313東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.共射極連接方式問題(1)：如何保證？發(fā)射結(jié)正偏VBE=VBBVBC=

VBE-

VCE<0問題(2)：信號(hào)通路？與共基有何區(qū)別？集電結(jié)反偏或

VCE>VBE+vBE+iE+iC+iB+iE+vBE+vI+iB+iC+vO本質(zhì)相同！但希望…vI

=20mV

iB

=20AiC

=0.98mAvO=-0.98VRi=vI

/iB

=1k放大電路4/11/202314東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系5.共射極連接方式

IC與IB的關(guān)系：由的定義：即 IC=IE+ICBO=(IB+IC)

+ICBO整理可得:令：IC=IB+(1+)ICBOIC=IB+ICEO（穿透電流）IC

IB

IE=IC+IB

(1+)IB

是共射極電流放大系數(shù)，只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，

與外加電壓無關(guān)。一般

>>1（10～100）ICBO硅:0.1A鍺:10A4/11/202315東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系綜上所述，三極管的放大作用，主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過基區(qū)傳輸，然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)這一傳輸過程的兩個(gè)條件是：（1）內(nèi)部條件：發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，且基區(qū)很薄。（2）外部條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理4/11/202316東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。為什么要研究特性曲線：

1）直觀地分析管子的工作狀態(tài)

2）合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設(shè)計(jì)性能良好的電路重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線4.1.3BJT的V-I特性曲線4/11/202317東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系實(shí)驗(yàn)線路共發(fā)射極電路發(fā)射極是輸入、輸出回路的公共端4/11/202318東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系(2)當(dāng)vCE≥1V時(shí)，vCB=vCE-vBE>0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下IB減小，特性曲線右移。(1)當(dāng)vCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。1.輸入特性曲線vCE=0VvCE=0VvCE

1V工作壓降：硅uBE0.6~0.7V鍺uBE0.2~0.3V死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。4/11/202319東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系2、輸出特性曲線（硅管）共發(fā)射極接法的輸出特性曲線如圖所示，它是以iB為參變量的一族特性曲線。當(dāng)vCE=0V時(shí)，因集電極無收集作用，iC=0。當(dāng)vCE

稍增大時(shí)，發(fā)射結(jié)雖處于正向電壓之下，但集電結(jié)反偏電壓很小時(shí)，如：

vCE<1V,vBE=0.7V

vCB=vCE-vBE=<0.7V集電區(qū)收集電子的能力很弱，iC主要由vCE決定。圖共發(fā)射極接法輸出特性曲線4/11/202320東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系圖共發(fā)射極接法輸出特性曲線當(dāng)vCE增加到使集電結(jié)反偏電壓較大時(shí)，如：vCE

≥1V,vBE≥0.7V運(yùn)動(dòng)到集電結(jié)的電子基本上都可以被集電區(qū)收集，此后vCE再增加，電流也沒有明顯的增加，特性曲線進(jìn)入與vCE軸基本平行的區(qū)域(這與輸入特性曲線隨vCE增大而右移的原因是一致的)。圖所示為共發(fā)射極接法輸出特性曲線。動(dòng)畫2、輸出特性曲線（硅管）4/11/202321東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系iC(mA)2468uCE(V)268104iB=020A40A60A80A100A放大區(qū)：iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。4/11/202322東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系iC(mA)2468uCE(V)268104iB=020A40A60A80A100A飽和區(qū)：iC明顯受vCE控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)，一般vCE＜0.7V(硅管)。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時(shí)，vBE小于死區(qū)電壓。4/11/202323東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系

(1)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)

=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=const1.電流放大系數(shù)

4.1.4BJT的主要參數(shù)(2)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)

=IC/IBvCE=const4/11/202324東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系1.電流放大系數(shù)

(3)共基極直流電流放大系數(shù)

=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE

(4)共基極交流電流放大系數(shù)α

α=IC/IEvCB=const當(dāng)ICBO和ICEO很小時(shí)，≈、≈，可以不加區(qū)分。4.1.4BJT的主要參數(shù)4/11/202325東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系

2.極間反向電流

(1)集電極基極間反向飽和電流ICBO

發(fā)射極開路時(shí)，集電結(jié)的反向飽和電流。

4.1.4BJT的主要參數(shù)4/11/202326東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系

(2)集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO

ICEO=（1+）ICBO

4.1.4BJT的主要參數(shù)

2.極間反向電流4/11/202327東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系(1)集電極最大允許電流ICM(2)集電極最大允許功率損耗PCM

PCM=ICVCE

3.極限參數(shù)4.1.4BJT的主要參數(shù)4/11/202328東南大學(xué)計(jì)算機(jī)系

3.極限參數(shù)4.1.4BJT的主要參數(shù)(3)反向擊穿電壓

V(BR)CBO——發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)反 向擊穿電壓。V(BR)EBO——集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)的反 向擊穿電壓。

V(BR)CEO——