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1、半导体器件半导体器件-晶体管晶体管1.3 1.3 晶体管晶体管1.3.1 1.3.1 晶体管的结构、分类及基本特性晶体管的结构、分类及基本特性1 1 晶体管的结构和分类晶体管的结构和分类 晶体管有三个电极，通俗来讲，晶体管内部为由P型半导体和N型半导体组成的三层结构,由两个PN结组成，根据分层次序分为NPN型和PNP型两大类。晶体管内部结构示意图半导体器件半导体器件-晶体管晶体管2 2 晶体管的三种连接方式晶体管的三种连接方式 因为放大器一般为4端网络，而晶体管只有3个电极，所以组成放大电路时，有一个电极作为输入与输出信号的公共端。根据所选公共端电极的不同，有以下三种连接方式:共基极、共发射极
2、和共集电极。晶体管的三种连接方式半导体器件半导体器件-晶体管晶体管3 3 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用(1)(1)晶体管实现放大的结构要求是：晶体管实现放大的结构要求是：发射区高掺杂，多数载流子自由电子的浓度远大于基区多数载流子空穴的浓度。基区做的很薄，通常只有几微米到几十微米，而且是低掺杂。集电极面积大，以保证尽可能收集到发射区发射的电子。(2)(2)晶体管实现放大的外部条件是：晶体管实现放大的外部条件是：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态；集电结处于反向偏置状态。(3)(3)晶体管内部载流子的运动规律和电流放大晶体管内部载流子的运动规律和电流放大发射区向基区扩散电子 电子
3、在基区扩散和复合 集电区收集从发射区扩散过来的电子 半导体器件半导体器件-晶体管晶体管(4)(4)电流分配电流分配 集电极电流：IC=ICn+ICBOICn=IB发射极电流：IE=IEn+IEpIEn=ICn+IBn=IC+IB=(1+)IB基极电流：IB=IBn-ICBOIBn晶体管各极电流的关系半导体器件半导体器件-晶体管晶体管1.3.2 1.3.2 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线 当UCE不变时，输入回路中的电流与IB与电压UBE之间的关系曲线称为输入特性曲线，即其中UCE0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线。当UCE 1V时，UCB=UCEUBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电
4、子，使基区复合减少，IC/IB增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但UCE再增加时，曲线右移很不明显。因为UCE1V时，集电结已把绝大多数电子收集过去，收集电子数量不再明显增大。工程实践上，就用UCE1V的输入特性曲线代替UCE 1V以后的输入特性曲线。共发射极接法的输入特性曲线1 输入特性曲线 半导体器件半导体器件-晶体管晶体管2 输出特性曲线 当IB不变时，输出回路中的电流IC与电压UCE之间的关系曲线称为输出特性，即 共射极接法输出特性曲线通常把输出特性曲线分为三个工作区：(1)截止区 IC接近零的区域（即IB0的区域），相当IB=0的曲线的下方。在截止区，集电结和发射结均处于反向偏置(2
5、)放大区 IC平行于UCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏(3)饱和区 在靠近纵轴附近，各条输出曲线的上升部分属于饱和区，它是IC受UCE显著控制的区域，该区域内UCE 的数值较小，一般UCE0.7 V(硅管)。发射结和集电结都处于正向偏置状态。半导体器件半导体器件-晶体管晶体管1.3.3 1.3.3 晶体管的主要参数晶体管的主要参数晶体管的参数分为直流参数、交流参数和极限参数三大类。1 1 直流参数直流参数(1)直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 共基极直流电流放大系数(2)极间反向电流集-基间反向饱和电流ICBO集-射间反向饱和电流ICEOICEO和ICBO有
6、如下关系：半导体器件半导体器件-晶体管晶体管2 2 交流参数交流参数（1）交流电流放大系数交流共基集-射电流放大系数交流共射集-基电流放大系数 在放大区，值基本不变，可在共射接法输出特性曲线上，通过垂直于横轴的直线求取ICIB。半导体器件半导体器件-晶体管晶体管（2）特征频率fT 晶体管的值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，晶体管的将会下降。当下降到1时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。3 3 极限参数极限参数 极限参数是指为了保证晶体管在放大电路中能正常地、安全地工作而不能逾越的参数。（1）集电极最大允许损耗功率PCM 集电极电流通过集电结时所产
7、生的功耗，PCM=ICUCE，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。管子工作时，集电结功耗PCPCM，否则使集电结温升过高而烧坏。半导体器件半导体器件-晶体管晶体管（3）反向击穿电压 U(BR)CBO发射极开路时的集电结击穿电压。U(BR)EBO集电极开路时发射结的击穿电压。U(BR)CEO基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。几个击穿电压在大小上有如下关系：U(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERU(BR)CEO 由于晶体管的电流放大系数值与工作电流有关，工作电流太大，就下降，使晶体管的性能下降，也使放大的信号产生严重失真。一般定义当值下降为正常值的1/32/3时的IC值
8、为ICM。（2）集电极最大允许电流ICM U(BR)CERBE间接有电阻时的击穿电压U(BR)CESBE短路时的击穿电压半导体器件半导体器件-晶体管晶体管 由最大集电极功率损耗PCM、ICM和击穿电压U(BR)CEO，在输出特性曲线上还可以确定过损耗区、过流区和击穿区。输出特性曲线上的过损耗区、过流区、击穿区和安全工作区见下图 输出特性曲线上的过损耗区、过流区、击穿区和安全工作区半导体器件半导体器件-晶体管晶体管1.3.4 1.3.4 晶体管的选用原则晶体管的选用原则（1）在同一型号的管子中，应选反向电流小的，这样的管子温度稳定性能较好。值不宜选得过高，否则管子性能不稳定。（2）若要求管子的反向电流小，工作温度高，则应选硅管；而当要求导通电压较低时，则应选锗管。（3）若要求工作频率高，必选用高频管或超高频管；若用于开关电路，则应选用开关管。（4）必须使管子工作在安全区：注意PCM、ICM、U(BR)CEO值不要超过极限范围。