课件：半导体三极管.ppt

1、 半导体三极管有两大类型，半导体三极管有两大类型，一是一是双极型半导体三极管（三极管）双极型半导体三极管（三极管）2022-7-281 双极型半导体三极管是由两种载双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两流子参与导电的半导体器件，它由两个个 PN 结组合而成，是一种结组合而成，是一种CCCS器件。器件。场效应型半导体三极管仅由一种场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种载流子参与导电，是一种VCCS器件。器件。4.2 半导体三极管半导体三极管二是二是场效应半导体三极管（场效应管）场效应半导体三极管（场效应管）4.2.1 4.2.1 三极管的结构及工作原理三极管的结

2、构及工作原理4.2.2 4.2.2 三极管的基本特性三极管的基本特性4.2.3 4.2.3 三极管的主要参数及电路模型三极管的主要参数及电路模型2022-7-2822022-7-283按材料分：按材料分：硅管、锗管硅管、锗管按功率分：按功率分：小功率管小功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W分类：分类：4.2.1三极管的结构及工作原理 双极型半导体三极管有两种类型双极型半导体三极管有两种类型:NPN型和型和PNP型。型。2022-7-2841.结构、符号和分类结构、符号和分类NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C发射结发射结集电结集电结 基区基区 发射区发射区 集电区集电区

3、emitterbasecollectorNPN 型型PPNEBCPNP 型型ECBECB 从外表上看两个从外表上看两个N区区,(或两个或两个P区区)是是对称的，实际上对称的，实际上发射区的掺杂浓度大发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度低。微米至几十个微米，且掺杂浓度低。2022-7-285PPNEBCNNPBECNPN 型型PNP 型型1、二极管（1）二极管的伏安特性 （a）正向特性 开启电压Uth、导通电压UD(on)（b）反向特性 反向饱和电流

4、 Is （c）击穿特性 击穿电压UBR（2）二极管的开关特性 存在反向恢复时间2022-7-286上节课内容摘要2022-7-287（3）二极管的主要参数及电路模型 直流模型：理想模型、恒压降模型、折线模型 交流模型：小信号模型（4）二极管应用举例 二极管整流电路、限幅电路、开关电路2、稳压二极管 主要参数 2022-7-2883、三极管的结构、符号 工艺特点：发射区高掺杂，基区低掺杂、宽度窄，集电区结面积大、掺杂浓度低。NNP发射极发射极 E基极基极 B集电极集电极 C 基区基区NPN 型型ECB 发射区发射区 集电区集电区PNP 型型ECB2.三极管内部载流子的传输过程 双极型半导体三极管

5、在工作时一定要加上双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。集电结加反向电压。2022-7-289 现以 NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系。(动画2-1)双极型三极管内载流子的运动可得如下电流关系式:IE=IEN+IEP 且有IENIEP IEN=ICN+IBN 且有IEN IBN ，ICNIBN2022-7-2810IC=ICN+ICBO IB=IEP+IBNICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+

6、IEPICBO)IE=IC+IB3.三极管的电流分配关系 (1)(1)三种组态三种组态(三极管工作在放大状态）三极管工作在放大状态）双极型三极管有三个电极，其中一个可双极型三极管有三个电极，其中一个可以作为输入以作为输入,一个可以作为输出，这样必然一个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态组态。2022-7-2811 共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示表示;共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用CB表示。表示。共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发

7、射极作为公共电极，用CE表示；表示；三极管的三种组态(2)(2)三极管的电流放大系数三极管的电流放大系数 对于集电极电流对于集电极电流IC和发射极电流和发射极电流IE之间的关之间的关系可以用系数来说明，定义系可以用系数来说明，定义:2022-7-2812ECN/II 称为称为共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数。它表示最。它表示最后达到集电极的电子电流后达到集电极的电子电流ICN与总发射极电流与总发射极电流IE的比值。的比值。ICN与与IE相比，因相比，因ICN中没有中没有IEP和和IBN，所以所以 的值小于的值小于1,但接近但接近1。由此可得。由此可得:11CBOBCIII2022-

8、7-2813令BCII1因 1,所以 1IC=ICN+ICBO=IE+ICBO=(IC+IB)+ICBO称为称为共发射极接法直流电流放大系数共发射极接法直流电流放大系数 IC=IB+(1+)ICBO2022-7-2814三极管的放大作用三极管的放大作用CBOBCIII1CBOCEOII 12022-7-2815穿透电流2022-7-2816由以上分析可知，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。若两个PN结对接，相当基区很厚，所以没有电流放大作用，基区从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这是量变引起质变的又一个实例。4.2.2 三极管的基本特性2022-7-2817 输入

9、特性曲线 iB=f(uBE)uCE=const 输出特性曲线 iC=f(uCE)iB=const 以NPN型共发射极接法为例，介绍三极管的特性曲线。简单地看，输入特性曲线类似于发射结简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性曲线。因为有集电结电压的影的伏安特性曲线。因为有集电结电压的影响，它与一个单独的响，它与一个单独的PN结的伏安特性曲线结的伏安特性曲线不同。不同。2022-7-28181.1.输入特性曲线输入特性曲线 输入特性曲线 iB=f(uBE)uCE=const2022-7-28190CE u与二极管特性相似与二极管特性相似BEuBiO0CE uV 1CE uuCE1V uCB=u

10、CE-uBE0，集电结已进入反偏状态，三，集电结已进入反偏状态，三极管处于放大状态，集电极更易收集电子，且极管处于放大状态，集电极更易收集电子，且基区复合更少，基区复合更少，IB减小。特性曲线将向右稍微减小。特性曲线将向右稍微移动一些。移动一些。但但uCE再增加时，曲线右移很不明显。再增加时，曲线右移很不明显。2022-7-2820BEuBiO0CE uV 1CE u2.2.输出特性曲线输出特性曲线 它是以它是以iB为参变量的一族特性曲线。现以其中任何一条为参变量的一族特性曲线。现以其中任何一条加以说明，当加以说明，当uCE=0 V时，因集电极无收集作用，时，因集电极无收集作用，iC=0。当当

11、uCE稍增大时，发射结虽处于正向电压之下，如稍增大时，发射结虽处于正向电压之下，如 uCE0.7 V uBE=0.7 V uCB=uCE-uBE=1CBOCEOII 13、三极管的伏安特性 输入特性2022-7-2836BEuBiO0CE uV 1CE u输出特性曲线输出特性曲线饱和区：发射结正偏、集电结正偏或零偏放大区：发射结正偏、集电结反偏截止区：发射结反偏或零偏、集电结反偏2022-7-28374、三极管的开关特性CCECCCRUVI负载线：2022-7-2838 截止状态 IB0，IC0，UCEVCC 饱和状态ICICS，VCEUCES05、三极管的主要参数 （1）直流参数 ICEO、

12、ICBO （2）交流参数 、fT （3）极限参数 ICM 2022-7-2839集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流通过集电结时所产生集电极电流通过集电结时所产生的功耗，的功耗，PCM=ICUCB ICUCE，因发射结正偏，呈低阻，所以功因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时耗主要集中在集电结上。在计算时往往用往往用UCE取代取代UCB。2022-7-2840 反向击穿电压 反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力。的能力。2022-7-2841 三极管击穿电压的测试电路 a.U(BR)CBO发射极开路时的集电结击穿电压。发

13、射极开路时的集电结击穿电压。下标下标BR代表击穿之意，是代表击穿之意，是Breakdown的字头，的字头，CB代表集电极和基极，代表集电极和基极，O代表第三个电极代表第三个电极E开路。开路。2022-7-2842 b.U(BR)CEO基极开路时集电极和发射极间的 击穿电压。对于U(BR)CER表示BE间接有电阻，U(BR)CES表示BE间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系 U(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERU(BR)CEO 由由PCM、ICM和和U(BR)CEO在输出特性在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。和击穿区。2022-

14、7-2843输出特性曲线上的过损耗区和击穿区三极管的物理结构如图所示2022-7-2844双极型三极管 物理模型2.电路模型rbe-re归算到基极回路的电阻 -发射结电容，也用C这一符号Cbe-集电结电阻rbc -集电结电容，也用C这一符号 Cbc rbb-基区的体电阻，b是假想的基区内的一个点。-发射结电阻 recbC2022-7-2845混合型微变等效电路物理模型简化：忽略rbc、rce忽略Cbc、Cbe2022-7-2846参数计算)(26)1(mAImVrrrrEbbebbbbe)(26)1(mAImVrEebebebbbebmrUIIUg.)(5.3826)(mSImVmAIrgCE

15、ebmber常数CEuEBCmUIg管的放大能力的控制，也反映了三极对表示cebiu2022-7-2847跨导定义：附录：半导体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下国家标准对半导体三极管的命名如下:3 D G 110 B 2022-7-2848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开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管 表02

16、.01 双极型三极管的参数 2022-7-2849参 数型 号 PCM mW ICM mAVR CBO VVR CEO VVR EBO V IC BO A f T MHz3AX31D 125 125 20 126*83BX31C 125 125 40 246*83 3CG101CCG101C 100 30 450.1 1003 3DG123CDG123C 500 50 40 300.353 3DD101DDD101D 5A 5A 300 25042mA3 3DK100BDK100B 100 30 25 150.1 3003DKG23 250W 30A 400 325 8注：*为 f 半导体三极管图片半导体三极管图片2022-7-2850半导体三极管图片半导体三极管图片2022-7-28512022-7-28521.1.对数运算电路对数运算电路对数运算电路对数运算电路见图。由图可知对数运算电路见图。由图可知 DOuuDRii TDUuSDeIi SITSDTOlnlnRIuUIiUu4.2.4 4.2.4 对数和指数电路对数和指数电路