1-3半导体三极管课件.ppt

1、1.3.1 三极管的结构及类型1.3.2 三极管三种连接方式 1.3.3 三极管的放大作用 1.3.4 三极管的特性曲线1.3.5 三极管的主要参数1.3.6 温度对三极管参数的影响1.3 半导体三极管半导体三极管又称晶体管、双极性三极管。半导体三极管又称晶体管、双极性三极管。图 128a 几种半导体三极管的外形 1 1.3.1.3.1 三极管的结构三极管的结构及类型及类型三极管有两种类型：三极管有两种类型：NPN 和和 PNP 型。型。主要以主要以 NPN 型为型为例进行讨论。例进行讨论。常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。图图 1

2、28b 三极管的结构三极管的结构(a)平面型平面型(NPN)(b)合金型合金型(PNP)NecNPb二氧化硅二氧化硅becPNPe 发射极，发射极，b 基 极，基 极，c 集电极。集电极。平面型平面型(NPN)三极管制作工艺三极管制作工艺NcSiO2b硼杂质扩散硼杂质扩散e磷磷杂质扩散杂质扩散磷磷杂质扩散杂质扩散磷磷杂质扩散杂质扩散硼杂质扩散硼杂质扩散PN在在 N 型硅片型硅片(集电区集电区)氧化膜上刻一个窗口，将氧化膜上刻一个窗口，将硼杂质进行扩散形成硼杂质进行扩散形成 P 型型(基区基区)，再在，再在 P 型区上刻型区上刻窗口，将磷杂质进行扩散窗口，将磷杂质进行扩散形成形成N型的发射区。引

3、出型的发射区。引出三个电极即可。三个电极即可。合金型三极管制作工艺：合金型三极管制作工艺：在在 N 型锗片型锗片(基区基区)两边各置两边各置一个铟球，加温铟被熔化并与一个铟球，加温铟被熔化并与 N 型锗接触，冷却后形成两型锗接触，冷却后形成两个个 P 型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。型区，集电区接触面大，发射区掺杂浓度高。硼杂质扩散硼杂质扩散图图 1-29三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号(a)NPN 型型ecb符号符号集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 eNNP集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发

4、射区集电极集电极 c发射极发射极 e基极基极 bcbe符号符号NNPPN图图 1-29三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号(b)PNP 型型1.3.2 三极管的三种连接方式三极管的三种连接方式 图 1-30 三极管的三种连接方式1.3.3 三极管的放大作用三极管的放大作用以以 NPN 型三极管为例讨论型三极管为例讨论图图1.3.3三极管中的两个三极管中的两个 PN 结结cNNPebbec表面看表面看三极管若实三极管若实现放大，必须从现放大，必须从三极管内部结构三极管内部结构和和外部所加电源外部所加电源的极性的极性来保证。来保证。不具备不具备放大作用放大作用三极管内部结构要求：三极管内部

5、结构要求：NNPebcN N NP P P1.发射区高掺杂。发射区高掺杂。2.基区做得很薄基区做得很薄。通常只有。通常只有几微米到几十微米，而且几微米到几十微米，而且掺杂较掺杂较少少。三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使：外加电源的极性应使发射发射结处于正向偏置结处于正向偏置状态，而状态，而集电结处于反向偏置集电结处于反向偏置状态。状态。3.集电结面积大。集电结面积大。becRcRb三极管中载流子运动过程三极管中载流子运动过程I EIB(1).发射发射发射区的发射区的电子越过发射结扩散到电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散基区，基区的空穴扩散到发射区到发射区形成发射

6、极形成发射极电流电流 IE(基区多子数目较基区多子数目较少，空穴电流可忽略少，空穴电流可忽略)。(2).复合和扩散复合和扩散电电子到达基区，少数与空穴子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流复合形成基极电流 Ibn，复复合掉的空穴由合掉的空穴由 VBB 补充补充。多数电子在基区继续扩多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。散，到达集电结的一侧。图图 1-31三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动1.载流子的传输过程载流子的传输过程becI EI BRcRb三极管中载流子运动过程三极管中载流子运动过程(3).收集收集集电结反集电结反偏，有利于收集基区扩散偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集

7、电极过来的电子而形成集电极电流电流 Icn。其能量来自外接电源其能量来自外接电源 VCC。I C另外，集电区和基区另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成将进行漂移运动而形成反反向向饱和电流饱和电流，用用ICBO表示表示。ICBO图图 1-31三极管中载流子的运动三极管中载流子的运动beceRcRb2.电流分配电流分配IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC=ICn+ICBO IE=ICn+IBn+IEp=IEn+IEp IEn一般要求一般要求 ICn 在在 IE 中占的比例中占的比例尽量大。尽量大。而二者之比称而二者之比称直流电直流电流放大系

8、数流放大系数，即，即ECnII 一般可达一般可达 0.97 0.99图图 1-32三极管电流分配三极管电流分配IB=IBn-ICBOECCCBOCBOECBOCnC 1 IIIIIIIII 可可将将其其忽忽略略，则则时时，当当)(三个极的电流之间满足节点电流定律，即三个极的电流之间满足节点电流定律，即IE=IC+IBCBOBCBOBCBOBCC)1(111)(IIIIIIII 代入代入(1)式，得式，得其中：其中：共射直流电流共射直流电流放大系数。放大系数。1CBOBC)1(III 上式中的后一项常用上式中的后一项常用 ICEO 表示表示，ICEO 称穿透电流。称穿透电流。CEOBCCBOCE

9、O )1(IIIII 则则当当 ICEO IC 时，忽略时，忽略 ICEO，则由上式可得则由上式可得BCII共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数 近似等于近似等于 IC 与与 IB 之比。之比。一般一般 值约为几十值约为几十 几百。几百。三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系BCEIII BC II BE)1(II 一组三极管电流关系典型数据一组三极管电流关系典型数据IB/mA 0.001 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05IC/mA 0.001 0.01 0.56 1.14 1.74 2.33 2.91 IE/mA 0 0.01 0.57 1.16 1.77 2.37

10、 2.961.任何一列电流关系符合任何一列电流关系符合 IE=IC+IB，IB IC 0 时的输入特性曲线时的输入特性曲线当当 UCE 0 时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。电子收集到集电极。UCE UBE，三极管处于放大状态。三极管处于放大状态。*特性右移特性右移(因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子)V2CE UV/BEUO0CE UIB/mAUCE 1 时的时的输入特性具有实用意义。输入特性具有实用意义。*UCE 1 V，特性曲线重合。特性曲线重合。图图 1-34三极管的输入特性三极管的输入特性二、输出特性二、输出特性图图

11、1-35NPN 三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线IC/mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321划分三个区：截止区、划分三个区：截止区、放大区和饱和区。放大区和饱和区。截止区截止区放放大大区区饱饱和和区区放放大大区区1.截止区截止区IB 0 的的区域。区域。两个结都处于反向偏两个结都处于反向偏置。置。IB=0 时，时，IC=ICEO。硅管约等于硅管约等于 1 A，锗管锗管约为几十约为几十 几百微安。几百微安。常数常数 B)(CECIUfI截止区截止区截止区截止区2.放大区：放大区：条件：条件：发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏特点特

12、点：各条输出特性曲各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平线，线比较平坦，近似为水平线，且等间隔。且等间隔。IC/mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB=0O 5 10 154321放放大大区区集电极电流和基极电流集电极电流和基极电流体现放大作用，即体现放大作用，即BC II 放放大大区区放放大大区区对对 NPN 管管 UBE 0.7V，UBC 0 UBC 0。特点：特点：IC 基本上不随基本上不随 IB 而变化，在饱和区三极管失而变化，在饱和区三极管失去放大作用。去放大作用。I C IB。当当 UCE=UBE，即即 UCB=0 时，称时，称临界饱和临界饱和，UCE UBE时

13、称为时称为过饱和过饱和。饱和管压降饱和管压降 UCES 0.4 V(硅管硅管)，UCES 0.2 V(锗管锗管)饱饱和和区区饱饱和和区区饱饱和和区区1.3.5三极管的主要参数三极管的主要参数一、电流放大系数一、电流放大系数是是表征管子放大作用的参数。有以下几个：表征管子放大作用的参数。有以下几个：1.共射电流放大系数共射电流放大系数 BCII 2.共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数 忽略穿透电流忽略穿透电流 ICEO 时，时，BCII 3.共基电流放大系数共基电流放大系数 ECII 4.共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数 忽略反向饱和电流忽略反向饱和电流 ICBO 时，时，ECII

14、 和和 这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：1 1或或二、极间反向电流二、极间反向电流1.集电极和基极之间的反向饱和电流集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO2.集电极和发射极之间穿透电流集电极和发射极之间穿透电流ICEO(a)ICBO测量电测量电路路(b)ICEO测量电测量电路路ICBOceb AICEO Aceb 小功率锗管小功率锗管 ICBO 约为几微约为几微安；硅管的安；硅管的 ICBO 小，有的为纳小，有的为纳安数量级。安数量级。当当 b 开路时，开路时，c 和和 e 之间的电流。之间的电流。CBOCEO)1(II 值值愈大，则该

15、管的愈大，则该管的 ICEO 也愈大。也愈大。图图 1-36极间反向电流的测量极间反向电流的测量三、三、极限参数极限参数1.集电极最大允许电流集电极最大允许电流 ICM 当当 IC 过大时，三极管的过大时，三极管的 值要减小。在值要减小。在 IC=ICM 时，时，值下降到额定值的值下降到额定值的1/32/3。2.集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗 PCM过过损损耗耗区区安安全全 工工 作作 区区 将将 IC 与与 UCE 乘积等于乘积等于规定的规定的 PCM 值各点连接起值各点连接起来，可得一条双曲线。来，可得一条双曲线。ICUCE PCM 为过损耗区为过损耗区ICUCEOPCM=I

16、CUCE安安全全 工工 作作 区区安安全全 工工 作作 区区过过损损耗耗区区过过损损耗耗区区图图 1-38三极管的安全工作区三极管的安全工作区3.反向击穿电压反向击穿电压外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压。外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压。BUCEO：基极开路时，基极开路时，集电极和发射极之间的反集电极和发射极之间的反向击穿电压。向击穿电压。BUCBO：发射极开路发射极开路时，集电极和基极之间的时，集电极和基极之间的反向击穿电压。反向击穿电压。安全工作区安全工作区同时要受同时要受 PCM、ICM 和和BUCEO限制。限制。过过电电压压ICBUCEOUCEO过过损损耗耗区区安安全全

17、 工工 作作 区区ICM过流区过流区图图 1-38三极管的安全工作区三极管的安全工作区1.3.61.3.6温度对晶体管特性的影响温度对晶体管特性的影响BEBBBECEO ,)(uiiuIITCBO不变时，即不变时例3.1：测量三极管三个电极对地电位如图 03.09所示，试判断三极管的工作状态。图:三极管工作状态判断 放大截止饱和例例1 1：已知两只晶体管的电流放大系数：已知两只晶体管的电流放大系数分别为分别为5050和和100100，现测得放大电路中这两只管子两个电极的电流如图所示现测得放大电路中这两只管子两个电极的电流如图所示分别求另一电极的电流，标出其实际方向，分别求另一电极的电流，标出其实际方向，并在圆圈中画出管子。并在圆圈中画出管子。