模拟电子技术基础：1.3 晶体三极管

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1、模拟电子技术晶体三极管晶体三极管辉煌历史1999年，洛杉矶时报评选出了“本世纪经济领域50名最有影响力人物”，并列第一的是美国发明家维廉肖克利肖克利（William Shockley，1910-1989）、罗伯特诺伊斯诺伊斯（Robert N.Noyce，1927-1990）和杰克基尔比基尔比（Jack S.Kilby），transconductancetransconductance(跨导跨导)的前缀与的前缀与varistorvaristor(可变电阻可变电阻)的后缀构成一个新词的后缀构成一个新词transistor(transistor(晶体管晶体管)，19571957年获得诺贝尔物理学奖

2、。年获得诺贝尔物理学奖。晶体三极管1947集成电路1958集成电路1958贝尔实验室贝尔实验室肖克利肖克利巴丁巴丁布拉担布拉担肖克利实验室肖克利实验室（1955）硅谷）硅谷仙童仙童（1957）Intel（1968）两次获得诺贝尔两次获得诺贝尔物理学奖物理学奖第一章常用半导体器件1.3 晶体三极管晶体三极管n双极型：参与导电的有空穴和电子两种载流子。n分类：按材料：硅管、锗管按功率：大功率、中功率、小功率按工作频率：高频管、低频管（Bipolar Junction Transistor,简称简称BJT）一、晶体管的结构和类型一、晶体管的结构和类型两种结构类型：两种结构类型：NPN、PNP1.由三

3、层半导体组成，有三个区、三个极、两个结由三层半导体组成，有三个区、三个极、两个结。2.发射区掺杂浓度发射区掺杂浓度高高、基区基区薄薄且掺杂浓度且掺杂浓度低低、集电结面积、集电结面积大大BECBEC （1）因为发射结正偏，所以发射区向）因为发射结正偏，所以发射区向基区注入电子基区注入电子，形成了扩散电流，形成了扩散电流IEN。同时从基区向发射区也有空穴的扩散同时从基区向发射区也有空穴的扩散运动，形成的电流为运动，形成的电流为IEP。但其数量小，但其数量小，可忽略可忽略。所以发射极电流所以发射极电流I E I EN。（2）发射区的电子注入基区后，少）发射区的电子注入基区后，少部分遇到的空穴复合掉，

4、形成部分遇到的空穴复合掉，形成IBN。所以基极电流所以基极电流I B I BN。大部分到。大部分到达了集电区的边缘。达了集电区的边缘。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIE二、晶体管的电流放大作用二、晶体管的电流放大作用1.内部载流子的运动内部载流子的运动BIIBN（3）因为集电结反偏，收集扩散到集）因为集电结反偏，收集扩散到集电区边缘的电子，形成集电极收集电电区边缘的电子，形成集电极收集电流流ICN。NNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI另外，集电结区的少子形成漂移电另外，集电结区的少子形成漂移电流流ICBO。2.2.电流之间的分配关系电流之间的分配

5、关系IB=IBN+IEP-ICBOIC=ICN+ICBOIE=?IE=IEN+IEP=ICN+IBN+IEP IBN三极管各区的作用三极管各区的作用:发射区向基区提供载流子发射区向基区提供载流子基区传送和控制载流子基区传送和控制载流子集电区收集载流子集电区收集载流子发射结加正向电压发射结加正向电压集电结加反向电压集电结加反向电压三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压，三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压，才能起放大作用。才能起放大作用。外部工作条件：外部工作条件：发射结加正向电压即发射结加正向电压即发射结正偏发射结正偏；集电结加反向电压即集电结加反向电压即集电结反偏集电结反偏。3.3

6、.晶体管的共射电流放大系数晶体管的共射电流放大系数为了反映扩散到集电区的电流ICN与基区复合电流IBN之间的比例关系，定义共发射极直流电流放大系数为 含义是：基区每复合一个电子，则有个电子扩散到集电区去。其中，穿透电流 很小，近似认为：发射区掺杂浓度高，基区很薄，是保证三极管能够实现电流放大的发射区掺杂浓度高，基区很薄，是保证三极管能够实现电流放大的关键关键。CNCCBOBBCBOIIIIII三、晶体管的共射特性曲线三、晶体管的共射特性曲线1.1.输入特性曲线输入特性曲线 CB E是输入电极，是输入电极，是输出电极，是输出电极，是公共电极。是公共电极。iB是输入电流，是输入电流，uBE是输入电

7、压是输入电压，加在，加在B、E两电极之间。两电极之间。iC是输出电流，是输出电流，uCE是输出电压是输出电压，从，从C、E两电极取出。两电极取出。1 1.U.Ucece=0V=0V时，发射极与集电极短路，时，发射极与集电极短路，发射结与集电结均正偏，实际上是发射结与集电结均正偏，实际上是两个二极管并联的正向特性曲线。两个二极管并联的正向特性曲线。2.2.当当U Ucece 1V1V时，时，U Ucbcb=U Ucece-U Ubebe 00，集电结已进入反偏状态，开，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少，始收集电子，且基区复合减少，要获得同样的要获得同样的iB，就必须加大，就必须

8、加大uBE，特性曲线将向右稍微移动。但特性曲线将向右稍微移动。但U Ucece再增加时，曲线右移很不明显。再增加时，曲线右移很不明显。通常只画一条。通常只画一条。现以现以I IB B=60uA=60uA一一条加以说明。条加以说明。（1 1）当）当u uCECE=0 V=0 V时，因集电极无收集作用，时，因集电极无收集作用，i iC C=0=0。（2 2）u uCECE I Ic c 。（3 3）当当u uCECE 1V1V后，收集电后，收集电子的能力足够强。这时，发射子的能力足够强。这时，发射到基区的电子都被集电极收集，到基区的电子都被集电极收集，形成形成i iC C。所以。所以u uCECE

9、再增加，再增加，i iC C基基本保持不变。本保持不变。同理，可作出同理，可作出i iB B=其他值的曲线。其他值的曲线。iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB2.2.输出特性曲线输出特性曲线饱和区饱和区:i iC C受受u uCECE显著控制的区域，该区域内显著控制的区域，该区域内u uCECE的数值较小，一般的数值较小，一般 u uCECE 0.7V(0.7V(硅管硅管)。发射结正偏，发射结正偏，集电结正偏集电结正偏截止区：截止区：i iB B=0=0的曲线的下方的区域的曲线的下方的区域i iB B=0,=0,i iC C=

10、i iCEOCEO NPN NPN：u uBEBE 0.5V,0.5V,管子就处于截止状态管子就处于截止状态通常该区：通常该区：发射结反偏，发射结反偏，集电结反偏。集电结反偏。输出特性曲线可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域:放大区放大区i iC C平行于平行于u uCECE轴的区域，曲线基本平行等距。轴的区域，曲线基本平行等距。(1)(1)发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏，集电结反偏，电压电压u uBEBE大于大于0.7V0.7V左右左右(硅管硅管)。(2)(2)i iC C=i iB B,即即I IC C主要受主要受I IB B的控制。的控制。(3)(3)四、晶体管的主要参数四、

11、晶体管的主要参数1.直流参数直流参数共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数ECII共基交流电流放大系数共基交流电流放大系数 共射交流电流放大系数共射交流电流放大系数 BCII共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数极间反向电流极间反向电流2.交流参数交流参数特征频率特征频率fTiCE=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAIBBBIBiIBI=100uACBI=60uAiBCii ECii 3.极限参数极限参数四、晶体管的主要参数四、晶体管的主要参数 ICM 集电极最大允许电流集电极最大允许电流 当集电极电流增加时，当集电极电流增加时，就要下降，当就要下降，当 值值下降到线性

12、放大区下降到线性放大区 值的值的2/32/3时所对应的最大时所对应的最大集电极电流集电极电流当当ICICM时，三极管并不一定会损坏。时，三极管并不一定会损坏。PCM 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗晶体管工作在放大状态时，晶体管工作在放大状态时，c c结承受着较结承受着较高的反向电压，同时流过较大的电流。高的反向电压，同时流过较大的电流。集集电极电流通过集电结时所产生的功耗电极电流通过集电结时所产生的功耗 PCM=iC uCE，反向击穿电压反向击穿电压表示三极管电极间承受反向表示三极管电极间承受反向电压的能力。电压的能力。V(BR)CBO V(BR)CES V(BR)CER V(BR)CE

13、O四、晶体管的主要参数四、晶体管的主要参数3.极限参数极限参数-(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOU 温度对晶体管的uBE、ICBO和有不容忽视的影响。uBE、ICBO随温度变化的规律与PN结相同，即温度每升高1，uBE减小2-2.5mV；温度每升高10，ICBO增大一倍。温度对的影响表现为，随温度的升高而增大，变化规律是：温度每升高1，值增大0.5%-1%。五、温度对晶体管特性和参数的影响五、温度对晶体管特性和参数的影响小结n由晶体管的伏安特性曲线可知，晶体管是一种复杂的非线性器件。在直流工作时，其非线性主要表现为三种截然不同的工作状态，即放大、截止和饱和。在实际应用中，根据实现的功能不同，可通过外电路将晶体管偏置在某一规定状态。因此，在晶体管应用电路分析中，一个首要问题，便是晶体管工作状态分析。