第4讲晶体三极管.ppt
第四讲 晶体三极管,一、晶体管的结构和符号,二、晶体管的放大原理,三、晶体管的共射输入特性和输出特性,四、温度对晶体管特性的影响,五、主要参数,一、晶体管的结构和符号,多子浓度高,多子浓度很低，且很薄,面积大,晶体管有三个极、三个区、两个PN结。,中功率管,大功率管,BJT的结构简介,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。两种类型的三极管,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,结构特点：,发射区的掺杂浓度最高；,集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；,基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。,管芯结构剖面图,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：发射载流子基区：传送和控制载流子集电区：收集载流子,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)。,载流子的传输过程,ICBO,工作原理,载流子的传输规律,1.发射区向基区扩散空穴，形成发射极电流,2.空穴在基区扩散和复合，形成了基区复合电流IB,3.集电极收集从发射区扩散到基区的空穴，形成了电流INC,同时由于集电结反偏，少子在电场的作用下形成了漂移电流ICBO，影响IB和IC,可得电流之间的分配关系,IB=IB-ICBO,IC=INC+ICBO,IE=IB+IC,共基极电路,2.电流分配关系,根据传输过程可知,IC=InC+ICBO,通常 IC ICBO,IE=IB+IC,载流子的传输过程,根据,IE=IB+IC,IC=InC+ICBO,且令,2.电流分配关系,3.三极管的三种组态,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；,4.放大作用,若,vI=20mV,使,当,则,电压放大倍数,VEE,VCC,VEB,IB,IE,IC,vI,+vEB,+iC,+iE,+iB,iE=-1 mA，,iC=iE=-0.98 mA，,vO=-iC RL=0.98 V，,=0.98 时，,VBB,VCC,VBE,IB,IE,IC,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,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。,BJT的电流分配与放大原理,vCE=0V,iB=f(vBE)vCE=const,(2)当vCE1V时，vCB=vCE-vBE0，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。,(1)当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,1.输入特性曲线,BJT的特性曲线,（以共射极放大电路为例）,(3)输入特性曲线的三个部分,死区,非线性区,线性区,1.输入特性曲线,BJT的特性曲线,iC=f(vCE)iB=const,2.输出特性曲线,输出特性曲线的三个区域:,BJT的特性曲线,BJT的主要参数,(1)共发射极直流电流放大系数=（ICICEO）/IBIC/IB vCE=const,1.电流放大系数,(2)共发射极交流电流放大系数=IC/IBvCE=const,BJT的主要参数,1.电流放大系数,(2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+）ICBO,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。,BJT的主要参数,(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,BJT的主要参数,(3)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。,3.极限参数,BJT的主要参数,由PCM、ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。输出特性曲线上的过损耗区和击穿区,（思考题）,二、晶体管的放大原理,扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。,少数载流子的运动,因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区,因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合,因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区,基区空穴的扩散,电流分配：IEIBIC IE扩散运动形成的电流 IB复合运动形成的电流 IC漂移运动形成的电流,穿透电流,集电结反向电流,直流电流放大系数,交流电流放大系数,为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？,三、晶体管的共射输入特性和输出特性,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？,1.输入特性,2.输出特性,是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下?,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,晶体管的三个工作区域,晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源iC。,四、温度对晶体管特性的影响,五、主要参数,直流参数：、ICBO、ICEO,c-e间击穿电压,最大集电极电流,最大集电极耗散功率，PCMiCuCE,安全工作区,交流参数：、fT（使1的信号频率）,极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO,讨论一,1.分别分析uI=0V、5V时T是工作在截止状态还是导通状态；2.已知T导通时的UBE0.7V，若uI=5V，则在什么范围内T处于放大状态?在什么范围内T处于饱和状态？,通过uBE是否大于Uon判断管子是否导通。,临界饱和时的,清华大学 华成英,讨论二,由图示特性求出PCM、ICM、U（BR）CEO、。,2.7,uCE=1V时的iC就是ICM,U（BR）CEO,
