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1、第第4章章 半导体二极管和三极管半导体二极管和三极管 l 内容主要有：内容主要有：半导体的导电性能半导体的导电性能PN结的形成及单向导电性结的形成及单向导电性半半导导体器件的体器件的结构、结构、工作原理工作原理、工作特性工作特性、参数参数l 半半导导体器件体器件主要包括：主要包括：半半导导体二极管（包括体二极管（包括稳压稳压管）管）三极管三极管4.1 PN结结 1.半导体半导体 半导体的物理特性半导体的物理特性l物质根据其导电性能分为物质根据其导电性能分为 导体导体：导电能力良好的物质。：导电能力良好的物质。绝缘体绝缘体：导电能力很差的物质。：导电能力很差的物质。半半导导体体：是是一一种种导导
2、电电能能力力介介于于导导体体和和绝绝缘缘体体之之 间间的的物物质质，如如硅硅、锗锗、硒硒、砷砷化化镓镓及及一一些些硫硫化化物和氧化物物和氧化物。半导体的物理特性半导体的物理特性l半导体的导电能力具有独特的性质。半导体的导电能力具有独特的性质。温温度度升升高高时时，纯纯净净的的半半导导体体的的导导电电能能力力显显著著增加；增加；在在纯纯净净半半导导体体材材料料中中加加入入微微量量的的“杂杂质质”元元素素，它的电导率就会成千上万倍地增长；，它的电导率就会成千上万倍地增长；纯纯净净的的半半导导体体受受到到光光照照时时，导导电电能能力力明明显显提提高。高。l半导体为什么具有以上的导电性质？半导体为什么
3、具有以上的导电性质？半导体的晶体结构半导体的晶体结构 l半导体器件的材料：半导体器件的材料：硅硅（Silicon-Si）：四四价价元元素素，硅硅的的原原子子序序数数是是14，外层有，外层有4个个电子。电子。锗锗（Germanium-Ge）：也也是是四四价价元元素素，锗锗的的原子序数是原子序数是32，外层也是，外层也是4个个电子。电子。l单晶半导体结构特点单晶半导体结构特点l共共价价键键:由由相相邻邻两两个个原原子子各各拿拿出出一一个个价价电电子子组成价电子对所构成的联系。组成价电子对所构成的联系。l图图4-1(b)是晶体共价键结构的平面示意图。是晶体共价键结构的平面示意图。半导体的晶体结构半导
4、体的晶体结构 图图4-1(b)晶体共价键结构平面示意图晶体共价键结构平面示意图+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键共价键半导体的晶体结构半导体的晶体结构 2.2.半导体的导电原理半导体的导电原理 本征半导体本征半导体（Intrinsic Semiconductor）纯纯净净的的、结结构构完完整整的的单单晶晶半半导导体体，称称为为本征半导体。本征半导体。l物物质质导导电电能能力力的的大大小小取取决决于于其其中中能能参参与与导导电的粒子电的粒子载流子的多少。载流子的多少。本征半导体本征半导体l本本征征半半导导体体在在绝绝对对零零度度（T=0K相相当当于于T=273）时，相当于）时，相当于绝缘
5、体绝缘体。l在在室室温温条条件件下下，本本征征半半导导体体便便具具有有一一定定的导电能力。的导电能力。l半半导导体体中的中的载载流子流子自由自由电电子子空穴（空穴（Hole）空空穴穴和和自自由由电电子子同同时时参参加加导导电电，是是半半导导体的重要特点体的重要特点l价价电电子子挣挣脱脱共共价价键键的的束束缚缚成成为为自自由由电电子子的的同同时时，在在原原来来的的共共价价键键位位置置上上留留下下了了一一个个空位，空位，这这个空位叫做个空位叫做空穴。空穴。l空穴带正电荷。空穴带正电荷。本征半导体本征半导体l在在本本征征半半导导体体中中，激激发发出出一一个个自自由由电电子子，同同时时便便产产生生一一
6、个个空空穴穴。电电子子和和空空穴穴总总是是成成对地产生，称为对地产生，称为电子空穴对电子空穴对。l半半导导体体中中共共价价键键分分裂裂产产生生电电子子空空穴穴对对的的过过程叫做程叫做本征激发本征激发（Intrinsic Excitation）。）。l产产生生本本征征激激发发的的条条件件：加加热热、光光照照及及射射线线照射。照射。l空穴是载流子吗？空穴是载流子吗？本征半导体本征半导体l空空穴穴的的运运动动实实质质上上是是价价电电子子填填补补空空穴穴而而形形成的。成的。图4-1(b)晶体共价键结构平面示意图BA空穴空穴自由电子自由电子图图4-1(b)晶体共价键结构平面示意图晶体共价键结构平面示意图
7、+4+4+4+4+4+4+4+4+4C共价键共价键 本征半导体本征半导体l由由于于空空穴穴带带正正电电荷荷，且且可可以以在在原原子子间间移移动，因此，动，因此，空穴是一种载流子空穴是一种载流子。l半半导导体体中中有有两两种种载载流流子子：自自由由电电子子载载流流子子（简简称称电电子子）和和空空穴穴载载流流子子（简简称称空空穴），穴），它们均可在电场作用下形成电流。它们均可在电场作用下形成电流。本征半导体本征半导体l半导体由于热激发而不断产生电子空穴对，半导体由于热激发而不断产生电子空穴对，那么，电子空穴对是否会越来越多，电子那么，电子空穴对是否会越来越多，电子和空穴浓度是否会越来越大呢？和空穴
8、浓度是否会越来越大呢？l实验表明实验表明，在一定的温度下，电子浓度和，在一定的温度下，电子浓度和空穴浓度都保持一个定值。空穴浓度都保持一个定值。l半导体中存在半导体中存在载流子的载流子的产生产生过程过程载流子的载流子的复合复合过程过程 本征半导体本征半导体综综上所述：上所述：l(1)半半导导体体中中有有两两种种载载流流子子：自自由由电电子子和和空空穴，穴，电电子子带负电带负电，空穴，空穴带带正正电电。l(2)本本征征半半导导体体中中，电电子子和和空空穴穴总总是是成成对对地地产产生，生，ni=pi。l(3)半半导导体体中中，同同时时存存在在载载流流子子的的产产生生和和复复合合过过程。程。(自自由
9、由电电子子在在运运动动过过程程中中能能量量减少减少,又可能填又可能填补补空穴恢复共价空穴恢复共价键键)杂质半导体杂质半导体l本本征征半半导导体体的的电电导导率率很很小小，而而且且受受温温度度和和光光照照等等条条件件影影响响甚甚大大，不不能能直直接接用用来来制制造造半半导导体器件。体器件。l本本征征半半导导体体的的物物理理性性质质：纯纯净净的的半半导导体体中中掺掺入微量元素，导电能力显著提高。入微量元素，导电能力显著提高。l掺入的微量元素掺入的微量元素“杂质杂质”。l掺掺入入了了“杂杂质质”的的半半导导体体称称为为“杂杂质质”半半导导体体。l常用的杂质元素常用的杂质元素三价的硼、铝、铟、镓三价的
10、硼、铝、铟、镓五价的砷、磷、锑五价的砷、磷、锑l通通过过控控制制掺掺入入的的杂杂质质元元素素的的种种类类和和数数量量来来制制成各种各样的半导体器件。成各种各样的半导体器件。l杂质半导体分为：杂质半导体分为：N型半导体和型半导体和P型半导体型半导体。杂质半导体杂质半导体 N型半导体型半导体l在在本本征征半半导导体体中中加加入入微微量量的的五五价价元元素素，可可使使半半导导体体中中自自由由电电子子浓浓度度大大为为增增加加，形成形成N型半型半导导体体。l掺掺入入的的五五价价杂杂质质原原子子占占据据晶晶格格中中某某些些硅硅（或锗）原子的位置。（或锗）原子的位置。l杂质杂质半半导导体中仍有本征激体中仍有
11、本征激发产发产生的少量生的少量电电子空穴子空穴对对。l自由自由电电子子的数目高的数目高，故故导电导电能力显著提高能力显著提高。l把把这这种种半半导导体体称称为为N型型半半导导体体，其其中中的的电电子子称称为为多多数数载载流流子子（简简称称多多子子），空空穴穴称称为为少少数数载载流流子子（简简称称少少子）。子）。l在在N型型半半导导体体中中自自由由电电子子数数等等于于正正离离子子数数和和空空穴穴数数之之和和，自自由由电电子子带带负负电电，空空穴穴和和正正离离子子(杂杂质质原原子子)带带正正电，整块半导体中正负电荷量相等，保持电中性。电，整块半导体中正负电荷量相等，保持电中性。N型半导体型半导体
12、P型半导体型半导体l在在本本征征半半导导体体中中加加入入微微量量的的三三价价元元素素，可可使使半半导导体中的空穴体中的空穴浓浓度大度大为为增加，形成增加，形成P型半型半导导体。体。空位空位A图图4-3 P型半导体型半导体晶体结构示意图晶体结构示意图+4+4+4+4+4+3+4+4+4共价键共价键空位吸引邻近空位吸引邻近原子的价电子填原子的价电子填充，从而留下一充，从而留下一个空穴。个空穴。在在P型半导体中，型半导体中，空穴数等于负离空穴数等于负离子数与自由电子子数与自由电子数之和数之和，空穴带，空穴带正电，负离子和正电，负离子和自由电子带负电，自由电子带负电，整块半导体中正整块半导体中正负电荷
13、量相等，负电荷量相等，保持电中性。保持电中性。综综上所述：上所述：l(1)本本征征半半导导体体中中加加入入五五价价杂杂质质元元素素，便便形形成成N型型半半导导体体。N型型半半导导体体中中，电电子子是是多多数数载载流流子子，空空穴穴是是少数载流子少数载流子，此外还有不参加导电的正离子。，此外还有不参加导电的正离子。l(2)本本征征半半导导体体中中加加入入三三价价杂杂质质元元素素，便便形形成成P型型半半导导体体。其其中中空空穴穴是是多多数数载载流流子子，电电子子是是少少数数载载流流子子，此外还有不参加导电的负离子。此外还有不参加导电的负离子。l(3)杂杂质质半半导导体体中中，多多子子浓浓度度决决定
14、定于于杂杂质质浓浓度度，少少子由本征激发产生，其浓度与温度有关子由本征激发产生，其浓度与温度有关。载流子的漂移运动和扩散运动载流子的漂移运动和扩散运动 漂移运动（漂移运动（Drift Movement）l有有电电场场力力作作用用时时，电电子子和和空空穴穴便便产产生生定定向向运运动，称为动，称为漂移运动漂移运动。l漂移运动产生的电流称为漂移运动产生的电流称为漂移电流漂移电流。扩散扩散运动运动l由由于于浓浓度度差差而而引引起起的的定定向向运运动动称称为为扩扩散散运运动动（Diffusion Movement），载载流流子子扩扩散散运运动动所形成的所形成的电电流称流称为为扩扩散散电电流流。l扩扩散散
15、是是由由浓浓度度差差引引起起的的，所所以以扩扩散散电电流流的的大小与大小与载载流子的流子的浓浓度梯度成正比。度梯度成正比。3.PN结的形成结的形成 lPN结：结：是是指指在在P型型半半导导体体和和N型型半半导导体体的的交交界界处处形形成的空间电荷区。成的空间电荷区。lPN结是构成多种半导体器件的基础。结是构成多种半导体器件的基础。二二极极管管的的核核心心是是一一个个PN结结；三三极极管管中中包包含含了两个了两个PN结结。l浓度差引起载流子的扩散。浓度差引起载流子的扩散。3.PN结的形成结的形成 l扩散的结果形成自建电场。扩散的结果形成自建电场。空间电荷区也称作空间电荷区也称作“耗尽区耗尽区”“
16、势垒势垒区区”l自建电场阻止扩散，加强漂移。自建电场阻止扩散，加强漂移。l动态平衡。动态平衡。扩散扩散=漂移漂移3.PN结的形成结的形成 4.4.PN结的特性结的特性 PN结的单向导电性结的单向导电性 PN结外加正向电压结外加正向电压l如图所示，如图所示，电源的正极电源的正极接接P区，负极接区，负极接N区，这区，这种接法叫做种接法叫做PN结加正向结加正向电压或正向偏置。电压或正向偏置。PN结外加正向电压结外加正向电压lPN结结外外加加正正向向电电压压时时（P正正、N负负），空空间间电荷区变窄。电荷区变窄。l不大的正向电压，产生相当大的正向电流不大的正向电压，产生相当大的正向电流。l外加电压的微
17、小变化，扩散电流变化较大。外加电压的微小变化，扩散电流变化较大。PN结外加反向电压结外加反向电压 l如如图图所所示示，电电源源的的正正极极接接N区区，负负极极接接P区区，这这种种接接法法叫叫做做PN结结加加反反向向电电压压或或反反向偏置向偏置。PN结外加反向电压结外加反向电压 l流流过过PN结结的的电电流流主主要要是是少少子子的的漂漂移移决决定定的的，称称为为PN结的结的反向电流反向电流。PN结的反向电流很小，而且与反向电压的大小结的反向电流很小，而且与反向电压的大小基本无关。基本无关。PN结表现为很大的电阻，称之截止结表现为很大的电阻，称之截止。lPN结结加加反反向向电电压压时时，空空间间电
18、电荷荷区区变变宽宽，自自建电场增强，多子的扩散电流近似为零。建电场增强，多子的扩散电流近似为零。l反反向向电电流流很很小小，它它由由少少数数载载流流子子形形成成，与与少少子浓度成正比。子浓度成正比。l少少子子的的值值与与外外加加电电压压无无关关，因因此此反反向向电电流流的的大大小小与与反反向向电电压压大大小小基基本本无无关关，故故称称为为反反向向饱和电流。饱和电流。l温温度度升升高高时时,少少子子值值迅迅速速增增大大，所所以以PN结结的的反向电流反向电流(反向饱和电流反向饱和电流)受温度影响很大。受温度影响很大。PN结外加反向电压结外加反向电压 结论结论：lPN结的单向导电性结的单向导电性：P
19、N结结加加正正向向电电压压产产生生大大的的正正向向电电流流，PN结导电。结导电。PN结结加加反反向向电电压压产产生生很很小小的的反反向向饱饱和和电电流，近似为零，流，近似为零，PN结不导电。结不导电。PN结的伏安特性结的伏安特性 l定定量量描描绘绘PN结结两两端端电电压压和和流流过过结结的的电电流流的的关关系系的曲的曲线线PN结结的伏安特性。的伏安特性。l根据理论分析，根据理论分析，PN结的伏安特性方程为结的伏安特性方程为外加电压外加电压流过流过PN结结的电流的电流电子电荷量电子电荷量q=1.610-19C反向饱和电流反向饱和电流绝对温度绝对温度(K)玻耳兹曼常数玻耳兹曼常数k=1.3810-
20、23J/K自然对数的底自然对数的底 PN结的伏安特性结的伏安特性 l令令 在常温下，在常温下，T=300K，则则当当U大于大于UT数倍数倍即正向电流随正向电压的增加以指数即正向电流随正向电压的增加以指数规律迅速增大。规律迅速增大。PN结的伏安特性结的伏安特性 l外加反向电压时，外加反向电压时，U为负值，当为负值，当|U|比比UT大几倍时，大几倍时，IIS即加反向电压时，即加反向电压时，PN结只流过很小的反向饱和结只流过很小的反向饱和电流。电流。PN结的伏安特性结的伏安特性 l曲曲线线OD段段表表示示PN结结正正向向偏偏置置时时的的伏伏安安特特性，称为性，称为正向特性正向特性；l曲曲线线OB段段
21、表表示示PN结结反反向向偏偏置置时时的的伏伏安安特特性，称为性，称为反向特性反向特性。U（mV）I（mA）0图图4-5 PN结的理论伏安特性结的理论伏安特性DT=25B-IS（V）2550 75 100(uA)0.511.52l画出画出PN结的理论伏安特结的理论伏安特性曲线。性曲线。PN结的反向击穿结的反向击穿 l加加大大PN结结的的反反向向电电压压到到某某一一值值时时，反反向向电电流流突突然然剧剧增增，这这种种现现象象称称为为PN结结击击穿穿，发发生生击击穿穿所所需需的的电电压压称称为为击击穿穿电电压压，如如图图所所示。示。l反反向向击击穿穿的的特特点点：反反向向电电压压增增加加很很小小，反
22、反向电流却急剧增加。向电流却急剧增加。UBRU（V）I（mA）0图图4-6 PN结反向击穿结反向击穿 PN结的电容效应结的电容效应 l除了单向导电性之外除了单向导电性之外,PN结还存在电容效应。结还存在电容效应。l 势垒电容势垒电容CB 指指外外加加电电压压的的极极性性和和大大小小发发生生变变化化时时,导导致致空空间间电电荷荷区区存存储储电电荷荷的的变变化化，从从而而显显示示出出电电容容效效应应。几几皮法皮法几百皮法。几百皮法。l 扩散电容扩散电容CD 在在PN结结边边界界附附近近积积累累的的载载流流子子增增多多,相相当当电电荷荷的的充充入入.当当正正向向电电压压减减少少时时,积积累累在在PN
23、结结边边界界附附近近的的不不平平衡衡少少子子减减少少,相相当当电电荷荷的的放放出出.(当当PN结结加加正正向向电电压压时时,N区区多多子子扩扩散散到到P区区后后称称为为P区区的的不不平平衡衡少少子子)PN结的电容效应结的电容效应lPN结结的的电电容容很很小小，是是针针对对高高频频交交流流小小信信号号而考虑。而考虑。lPN结结反反向向工工作作时时，势势垒垒电电容容起起主主要要作作用用，正正向向工工作作时时扩扩散散电电容容起起主主要要作作用用。PN结结的的面积增大时，面积增大时，PN结的电容也增大。结的电容也增大。4.2 半导体二极管半导体二极管1.半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型
24、l在在PN结结上上加加上上引引线线和和封封装装，就就成成为为一一个个二二极极管管。二二极极管管按按结结构构分分有有点点接接触触型型、面面接接触触型型和和平平面面型型三大类。三大类。l(1)点接触型二极管点接触型二极管 PN结面积小，结结面积小，结电容小，用于检波和电容小，用于检波和变频等高频电路。变频等高频电路。(a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图1.半导体二极管的结构和类型半导体二极管的结构和类型 PN结面积大，用于工结面积大，用于工频大电流整流电路。频大电流整流电路。(c)(c)平面型平面型 往往用于集成电往往用于集成电路制造中。路制造中。PN 结面积结面积可
25、大可小，用于高频整可大可小，用于高频整流和开关电路中。流和开关电路中。n(3)平面型二极管平面型二极管n(2)面接触型二极管面接触型二极管n(4)二极管的代表符号二极管的代表符号(b)(b)面接触型面接触型阳极阳极阴极阴极半导体二极管图片半导体二极管图片半导体二极管图片2.二极管的伏安特性二极管的伏安特性 l二极管的伏安特性的测出二极管的伏安特性的测出。VmAVDRRW（a）测正向特性）测正向特性VmAVDRRW（b）测反向特性）测反向特性2.二极管的伏安特性二极管的伏安特性n二极管的伏安特性曲线可用下式表示二极管的伏安特性曲线可用下式表示(a)二极管理论伏安特性二极管理论伏安特性CDoBAU
26、BRuDiD（b b）2CP10-202CP10-20的的伏安特性曲线伏安特性曲线iD（mA）uD（V）012-100-20020406080-20-10-30（uA）7520（c c）2AP152AP15的的伏安特性曲线伏安特性曲线iD（mA）uD（V）00.4-40-80204080-0.2-0.1-0.3600.8 正向特性正向特性l死死区区电电压压：(oc段段,只只有有当当正正向向电电压压超超过过某某一一数数值值时时,才有明显的正向电流才有明显的正向电流,这个电压就是这个电压就是)硅管硅管 0.5V,锗管锗管 l线性区线性区(CD段段)：硅管硅管 1V 锗管锗管 0.5V l对温度变化
27、敏感：对温度变化敏感：l温度升高温度升高正向特性曲线左移正向特性曲线左移l温度每升高温度每升高1正向压降正向压降l减小约减小约2mV。2.二极管的伏安特性二极管的伏安特性(a)二极管理论伏安特性二极管理论伏安特性正向正向特性特性CDoBAUBRuDiD2.二极管的伏安特性二极管的伏安特性 反向特性反向特性l反向电流：反向电流：很小。很小。硅管硅管 微安微安 锗管锗管 几十个微安几十个微安l受温度影响大：受温度影响大：温度每升高温度每升高10 反向电流增加约反向电流增加约1倍。倍。反向击穿特性反向击穿特性l反向击穿反向击穿UBR:几十伏以上。几十伏以上。(a)二极管理论伏安特性二极管理论伏安特性
28、反向击反向击穿特性穿特性CDoBAUBRuDiD反向反向特性特性3.二极管的主要参数二极管的主要参数l 最大整流电流最大整流电流IFl 最大反向工作电压最大反向工作电压URl 反向电流反向电流I IR Rl 最高工作频率最高工作频率fM4.二极管的等效电路及应用二极管的等效电路及应用 l二二极极管管特特性性曲曲线线的的非非线线性性，给给二二极极管管电电路路的的分分析析带带来来一一定定困困难难。为为了了简简化化分分析析，常常常常要要做做一一些些近近似似处处理理，可可用用某某些些线线性性电电路路元元件件来来等等效效二二极极管管，画画出出二二极极管管的的等效电路。等效电路。l最常用的近似方法有二种。
29、最常用的近似方法有二种。理想二极管等效理想二极管等效电电路路uDiDoDK理想二极管等效电路理想二极管等效电路l如如果果二二极极管管导导通通时时的的正正向向压压降降远远远远小小于于和和它它串串联联的的电电压压，二二极极管管截截止止时时的的反反向向电电流流远远远远小小于于与与之之并并联联的的电电流流，则则可可以以忽忽略略二二极极管管的的正正向向压压降降和和反反向向电电流流，把把二二极管理想化为一个开关，如图所示。极管理想化为一个开关，如图所示。考虑正向压降的等效电路考虑正向压降的等效电路l在在二二极极管管充充分分导导通通且且工工作作电电流流不不是是很很大大时时，二二极极管管的的正正向向压压降降U
30、D变变化化不不大大（例例如如硅硅管管约约为为），因因此此近近似似认认为为二二极极管管正正向向导导通通时时有有一一个个固固定定的的管管压压降降UD（硅硅管管取取，锗锗管管取取），于于是是可可用用一一固固定定电电压压源源来来等等效效正正向向导导通通的的二二极极管。管。l当当外外加加电电压压U0时时，二二极极管管Dl、D3导导通通，相相当当于于开开关关闭闭合合；D2、D4截截止止，相相当当于于开开关关断断开开，如如图图(b)所所示示。因因此此输输出出电压电压uO=u。uo+_u+_RLD4D2 D1D3ioAB（a）uuo+_RLD4D2 D1D3ioAB（b）+-二极管电路的分析方法二极管电路的分
31、析方法l当当u 0且且uUR+UD时时，二极管二极管D导通，开关闭合，输出电压导通，开关闭合，输出电压UO=UR十十UD。l当当u集电区集电区基区；基区；(2)基区必须很薄。基区必须很薄。2.晶体管的电流分配关系和放大作用晶体管的电流分配关系和放大作用 l内部条件内部条件l外部条件外部条件 发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。l电路接法：共基接法。电路接法：共基接法。NPNVEEVCCiBRcReiEiCbecl共射接法。共射接法。RbVBBVCCRciBiCbecNPNuBEuCEiEuBC+2.晶体管的电流分配关系和放大作用晶体管的电流分配关系和放大作用 晶体管内部载流子的运动
32、晶体管内部载流子的运动l发射区向基区注入电子的过程发射区向基区注入电子的过程(发射区多子向基区扩散发射区多子向基区扩散,形成电流形成电流IE)l电子在基区中的扩散过程电子在基区中的扩散过程(注入的电子只有极少数复合注入的电子只有极少数复合,形成形成IB)l电子被集电极收集的过程电子被集电极收集的过程(非平衡少子扩散到集电结边界非平衡少子扩散到集电结边界,形成形成ICN,同时少子漂同时少子漂移移,形成反向饱和电流形成反向饱和电流ICBO)iBiCiEVCCVBBRbNPN(a)载流子运动情况载流子运动情况iBiEiCnICBOiEiBRbVBBVCCiC(b)各极电流分配情况各极电流分配情况 晶
33、体管中的电流晶体管中的电流iEniEpiBiCnICBO 晶体管的电流分配关系晶体管的电流分配关系CBOBBIii-=CBOCnCIii+=CBEiii+=iBiEiCnICBOiEiBRbVBBVCCiC(b)各极电流分配情况Cni=b bBi,iCn=b bBi,令令=Bi,CnCCBOIii+=+CBOI=b bCBOI+CBOI+Bib bb b 晶体管的电流分配关系晶体管的电流分配关系令：若系数系数 代表代表iB对对iC的控制作用的大小，的控制作用的大小，越大，控制作用越强。越大，控制作用越强。晶体管的电流分配关系晶体管的电流分配关系l电流电流iC由两部分组成：由两部分组成：l一部分
34、是一部分是ICEO，它是，它是iB=0时流经集电极与时流经集电极与发射极的电流，称为穿透电流。发射极的电流，称为穿透电流。另另一一部部分分是是 ，它它表表示示iC中中受受基基极极电电流流iB控制的部分。控制的部分。晶体管的放大作用晶体管的放大作用l晶体管放大作用的本质：晶体管放大作用的本质：iB对对iC或或iE对对iC的控制作用的控制作用。为什么能实现放大呢？为什么能实现放大呢？iBiC输入信号负载VCCVBB晶体管共射电路晶体管共射电路基极电流是由发射结间电压基极电流是由发射结间电压控制的控制的,较小的结间电压变较小的结间电压变化化,就会使基极电流产生相就会使基极电流产生相应的变化应的变化,
35、再通过再通过iB对对iC的控的控制作用制作用,在集电极回路引起在集电极回路引起了了iC对应的幅度上放大了对应的幅度上放大了倍的变化倍的变化.关于关于PNP型晶体管型晶体管lPNP管与管与NPN管之间的差别：管之间的差别：(1)电压极性不同。电压极性不同。(2)电流方向不同。电流方向不同。VBBVCCbceiBiCiE(a)NPN型VBBVCCbceiBiCiE(b)PNP型NPN型和型和PNP型晶体管电路的差别型晶体管电路的差别4.晶体管的主要参数晶体管的主要参数l晶晶体体管管的的参参数数是是用用来来表表示示晶晶体体管管的的各各种种性性能能指标。指标。l 电流放大系数电流放大系数共射直流电流放
36、大系数共射直流电流放大系数n它它表表示示集集电电极极电电压压uCE一一定定时时，集集电电极极电电流流和和基极电流之间的关系基极电流之间的关系如果如果iCICEO则则 电流放大系数电流放大系数 lA点对应的点对应的iC=6mA，iB=40AuCE(V)iC(mA)051015483.368.81216A20406080iB=100A3DG6的输出特性的输出特性 电流放大系数电流放大系数 l晶体管晶体管3AX3有较大的穿透电流有较大的穿透电流ICEO23468-uCE(V)iC(mA)iB=00.02mA0.040.060.080.10.140.18B0 3AX3的输出特性的输出特性l表表示示集集
37、电电极极负负载载短短路路（即即uCE保保持持不不变变）的的条条件件下下，集集电电极极电电流流的的变变化化量量与与相相应应的的基基极极电电流流变变化化量之比量之比，即，即 共射交流短路电流放大系数共射交流短路电流放大系数大表示只要基极电流很小的变化，就可以控大表示只要基极电流很小的变化，就可以控制产生集电极电流大的变化，即电流放大作制产生集电极电流大的变化，即电流放大作用好。用好。值的求法：值的求法：在在A点附近找两个点附近找两个uCE相同的点相同的点C和和D所以所以对应于对应于C点，点，iC，iB=60A；对应于对应于D点，点，iCmA，iB=20A，iC，iB=60-20=40A，uCE(V
38、)iC(mA)051015483.368.81216CDA20406080iB=100A3DG6的输出特性的输出特性 共射交流短路电流放大系数共射交流短路电流放大系数用同样办法可以求出用同样办法可以求出3AX3工作在工作在B点的点的 值。值。找出找出F点和点和G点，点，对对应应于于F点点，iCmA，iBmA；对应于对应于G点，点，iC，iBmA；于于是是iCmA，iBmA，所以所以 =2.1/0.04=52.5-uCE(V)iC(mA)iB=00.02mA0.040.060.080.10.140.18FBG0 3AX3的输出特性的输出特性0.823468 共射交流短路电流放大系数共射交流短路电
39、流放大系数l定定义义n 根据晶体管的电流分配关系，可以得根据晶体管的电流分配关系，可以得到下列换算关系到下列换算关系 共基直流共基直流电电流放大系数流放大系数 和共基交和共基交流流电电流放大系数流放大系数与与,的数值相差很小的数值相差很小,在后面的分析在后面的分析里里,只用共基极电流放大系数只用共基极电流放大系数 与共射极电流放大系数与共射极电流放大系数 ,而不而不区分是直流或是交流区分是直流或是交流 极间反向电流极间反向电流 集电极集电极-基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBOlICBO是是指指发发射射极极开开路路，集集电电极极与与基基极极之之间间加加反反向向电电压压时时产产生生的的电电流
40、流，也也就就是是集集电电结的反向饱和电流结的反向饱和电流。可用下图电路测出。可用下图电路测出。AICBO(b)PNP管VAICBO(a)NPN管VICBO的测量 集电极集电极-基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBOl反反向向电电压压大大小小改改变变时时，ICBO的的数数值值可可能能稍稍有有改改变变。lICBO是是少少数数载载流流子子电电流流，受受温温度度影影响响很很大大，ICBO越小越好越小越好。l硅硅管管的的ICBO比比锗锗管管的的小小得得多多，要要求求在在温温度度变变化化范范围围宽宽的的环环境境下下工工作作时时，应应选选用用硅硅管管；大大功率管的功率管的ICBO值较值较大，使用大，使用时
41、应时应予以注意。予以注意。穿透电流穿透电流ICEOlICEO是是基基极极开开路路，集集电电极极与与发发射射极极间间加加反反向向电电压压时时的的集集电电极极电电流流。由由于于这这个个电电流流由由集集电电极极穿穿过过基基区区流流到到发发射射极极，故故称称为为穿透电流。测量穿透电流。测量ICEO的电路如图所示。的电路如图所示。AbceICEO(a)NPN管管AbceICEO(b)PNP管管ICEO的测量的测量 极限参数极限参数 l 集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCMl晶晶体体管管电电流流iC与与电电压压uCE的的乘乘积积称称为为集集电电极极耗耗散散功功率率PC=iCuCE，这这个个功
42、功率率将将导导致致集集电电结结发发热热，温度升高。温度升高。l因因此此，定定出出了了集集电电极极最最大大允允许许耗耗散散功功率率PCM，工作时管子消耗的平均功率工作时管子消耗的平均功率PC必须小于必须小于PCM。反向击穿电压反向击穿电压 l反反向向击击穿穿电电压压是是指指各各电电极极间间允允许许加加的的最最高反向电压高反向电压。lU(BR)CBO是是发发射射极极开开路路时时，集集电电极极-基基极极间间的反向击穿电压。的反向击穿电压。lU(BR)CEO是是基基极极开开路路时时，集集电电极极-发发射射极极间间的反向击穿电压。的反向击穿电压。lU(BR)EBO是是集集电电极极开开路路时时，发发射射极
43、极-基基极极间间的反向击穿电压。的反向击穿电压。lU(BR)CBOU(BR)CEOU(BR)EBO。集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM l集集电电极极电电流流如如果果超超过过ICM，晶晶体体管管的的放放大大性能就要下降甚至可能性能就要下降甚至可能损损坏坏。lPCM、U(BR)CEO和和ICM三三个个极极限限参参数数，决决定定了晶体管的安全工作区。了晶体管的安全工作区。频率参数频率参数l用来评价晶体管高频放大性能的参数。用来评价晶体管高频放大性能的参数。3.晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线l晶晶体体管管特特性性曲曲线线是是表表示示晶晶体体管管各各极极间间电电压压和电流之间的关系曲线。和电
44、流之间的关系曲线。bceiBiEiCuBCuCEuBE+-+-+-NPN型晶体管的电压和电流参考方向型晶体管的电压和电流参考方向l iC+iB=iE uCE=uBEuBC l通常是以发射极为公共端，通常是以发射极为公共端，画出画出iC、iB，uCE和和uBE四个四个量的关系曲线，称为共射量的关系曲线，称为共射极特性曲线。极特性曲线。共射输入特性共射输入特性 luCE为为一一固固定定值值时时，iB和和uBE之之间间的的关关系系曲曲线称为共射输入特性，即线称为共射输入特性，即iB(mA)uBE(V)0.20.40.60.80.020.040.060.080uCE=0V1V5V3DG4的输入特性的输
45、入特性20输入特性有以下几个特点：输入特性有以下几个特点：l当当uCE=0时时，输输入入特特性性曲曲线线与与二二极极管管的的正正向伏安特性曲线形状类似。向伏安特性曲线形状类似。ARW1VBBbecVuBE+-iBuCE=0时的晶体管时的晶体管l uCE增加，特性曲线右移。增加，特性曲线右移。uCE的大小影响基区内集电结边界电子的分布。的大小影响基区内集电结边界电子的分布。l uCE1V以后以后，特性曲线几乎重合。，特性曲线几乎重合。uCE1V以以后后，基基区区中中集集电电结结边边界界处处的的电电子子浓浓度度很低。很低。l与二极管的伏安特性相似与二极管的伏安特性相似l正常工作正常工作时时 uBE
46、=0.7V(Si)uBE=0.2V(Ge)共射输入特性共射输入特性 共射输出特性共射输出特性 liB为为固固定定值值时时，iC和和uCE之之间间的的关关系系曲曲线线称为共射输出特性，即称为共射输出特性，即(a)3AX1的输出特性的输出特性iC(mA)-uCE(V)iB=00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区204682026810 12晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB=00.2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203
47、040(b)3DG4的输出特性的输出特性510 15 20 25 30 3550 共射输出特性共射输出特性 l截截止止区区:指指iB0，iCICEO的的工工作作区区域域。在在这这个个区区域域中中，电电流流iC很很小小，基基本本不不导导通通，故故称称为为截截止止区区。工工作作在在截截止区止区时时，晶体管基本失去放大作用。，晶体管基本失去放大作用。(a)3AX1的输出特性的输出特性iC(mA)-uCE(V)iB=00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区204682026810 12晶体管的输出
48、特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB=00.2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性的输出特性510 15 20 25 30 3550 共射输出特性共射输出特性 l实实际际上上，三三极极管管在在iB=0时时并并没没有有完完全全截截止止。为为使使三三极极管管真真正正截截止止，必必须须给给发发射射结结加加反反向向偏偏压压，使使发发射射区区不不再再向向基区注入载流子基区注入载流子。(a)3AX1的输出特性的输出特性iC(mA)-uCE(V)iB=00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.1
49、2mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区204682026810 12晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB=00.2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性的输出特性510 15 20 25 30 3550 共射输出特性共射输出特性 l饱饱和和区区:指指输输出出特特性性中中iC上上升升部部分分与与纵纵轴轴之之间间的的区区域域。饱饱和和区区特特性性曲曲线线的的特特点点是是固固定定iB不不变变时时，iC随随uCE的的增增加加而迅速增大。而迅速增大。(a)3AX1的
50、输出特性的输出特性iC(mA)-uCE(V)iB=00.02mA0.04mA0.06mA0.08mA0.10mA0.12mA0.14mA0.16mA0.18mA放放大大区区截止区截止区饱和区饱和区204682026810 12晶体管的输出特性晶体管的输出特性iC(mA)uCE(V)iB=00.2mA200.4mA0.6mA0.8mA1.0mA放放大大区区饱和区饱和区100203040(b)3DG4的输出特性的输出特性510 15 20 25 30 3550 共射输出特性共射输出特性 l饱饱和和区区是是对对应应于于uCE较较小小（uCEUr，uBC0)。l饱和时的饱和时的 值称为饱和压降值称为饱