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1、第三讲双极型晶体管第1页，本讲稿共18页NPN型PNP型箭头方向表示发射结加正向电压时的电流方向1.3 双极型晶体管双极型晶体管一、晶体管的结构一、晶体管的结构图1.3.1第2页，本讲稿共18页1.3 双极型晶体管双极型晶体管 无论是NPN型或是PNP型的三极管,它们均包含三个区:发射区、基区和集电区,并相应地引出三个电极：发射极（e)、基极(b)和集电极(c)。同时,在三个区的两两交界处,形成两个PN结,分别称为发射结和集电结。常用的半导体材料有硅和锗,因此共有四种三极管类型。它们对应的型号分别为：3A(锗PNP)、3B(锗NPN)、3C(硅PNP)、3D(硅NPN)四种系列。第3页，本讲稿
2、共18页1.3 双极型晶体管双极型晶体管三个区的特点：三个区的特点：基区：厚度薄，杂质浓度低；基区：厚度薄，杂质浓度低；发射区：掺杂浓度高；发射区：掺杂浓度高；集电区：集电结面积很大集电区：集电结面积很大。第4页，本讲稿共18页1.3 双极型晶体管双极型晶体管二、二、晶体管的放大作用晶体管的放大作用产生放大作用的条件：发射结正偏，产生放大作用的条件：发射结正偏，集电结反偏（集电结反偏（NPN）1.三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程la）发射区向基区注入电子，形成发）发射区向基区注入电子，形成发射极电流射极电流 iElb）电子在基区中的扩散与复）电子在基区中的扩散与复合，形成基
3、极电流合，形成基极电流 iBlc）集电区收集扩散过来的电子，形）集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流成集电极电流 iC图1.3.2晶体管内部载流子运动与外部电流第5页，本讲稿共18页1.3 双极型晶体管双极型晶体管l集电极电流集电极电流由两部分组成：由两部分组成：和和,前者是前者是由发射区发射的电子被集电极收集后形成的由发射区发射的电子被集电极收集后形成的,后者是由集电区和后者是由集电区和基区的少数载流子漂移运动形成的基区的少数载流子漂移运动形成的,称为反向饱和电流。称为反向饱和电流。于是有于是有发射极电流发射极电流也由两部分组成：也由两部分组成：和和。为发射区发射的电子所形成的电为发射区
4、发射的电子所形成的电流流,是由基区向发射区扩散的空穴所形成的电流。因是由基区向发射区扩散的空穴所形成的电流。因为发射区是重掺杂为发射区是重掺杂,所以所以忽略不计忽略不计,即即。又分成两部分又分成两部分,主要部分是主要部分是,极少部分是极少部分是。是电子在基区与空穴复合时所形成的电流是电子在基区与空穴复合时所形成的电流,基区空基区空穴是由电源穴是由电源V提供的提供的,故它是基极电流的一部分。故它是基极电流的一部分。第6页，本讲稿共18页1.3 双极型晶体管双极型晶体管基极电流基极电流是是与与之差之差：2.电流分配关系：电流分配关系：第7页，本讲稿共18页1.3 双极型晶体管双极型晶体管三、电流放
5、大系数三、电流放大系数1.共射电流放大倍数共射电流放大倍数2.共基电流放大倍数共基电流放大倍数第8页，本讲稿共18页 电流放大系数电流放大系数：静态电流（直流）放大系数：动态电流（交流）放大系数注意：注意：两者的含义是不同的，但在特性曲线近于平行两者的含义是不同的，但在特性曲线近于平行等距并且等距并且ICEO较小的情况下，两者数值较为接近。较小的情况下，两者数值较为接近。在估算时，常用在估算时，常用近似关系近似关系（1）（2）对于同一型号的晶体管，对于同一型号的晶体管，值有差别，常用晶体管的值有差别，常用晶体管的值在值在20-100之间。之间。第9页，本讲稿共18页1.3 1.3 双极型晶体管
6、双极型晶体管四、晶体管的共射特性曲线四、晶体管的共射特性曲线1.输入特性曲线输入特性曲线当当不变时不变时,输入回路中的输入回路中的电流电流与电压与电压之间的之间的关系曲线称为输入特性关系曲线称为输入特性,即即 图1.3.3 晶体管的输入特性曲线第10页，本讲稿共18页1.3 双极型晶体管双极型晶体管2.输出特性输出特性 当当不变时不变时,输出回路输出回路中的电流中的电流与电压与电压之之间的关系曲线称为输出特性间的关系曲线称为输出特性,即即图1.3.4 晶体管的输出特性曲线第11页，本讲稿共18页1.3 双极型晶体管双极型晶体管(1)截止区。截止区。一般将一般将的区域称为截止区的区域称为截止区,
7、在图中为在图中为的一条曲线的以下的一条曲线的以下部分。此时部分。此时也近似为零。由于各极电流都基本上等于零也近似为零。由于各极电流都基本上等于零,因而此时三因而此时三极管没有放大作用。极管没有放大作用。其实其实时时,并不等于零并不等于零,而是等于穿透电流而是等于穿透电流ICEO。一般硅三极管的穿透电流小于一般硅三极管的穿透电流小于A,在特性曲线上无法表示出来。锗三极在特性曲线上无法表示出来。锗三极管的穿透电流约几十至几百微安。管的穿透电流约几十至几百微安。当发射结反向偏置时当发射结反向偏置时,发射区不再向基区注入电子发射区不再向基区注入电子,则三极管处于截止则三极管处于截止状态。所以状态。所以
8、,在截止区在截止区,三极管的两个结均处于反向偏置状态。对三极管的两个结均处于反向偏置状态。对三极管三极管,BC。第12页，本讲稿共18页1.3 双极型晶体管双极型晶体管(2)放大区。放大区。此时发射结正向运用此时发射结正向运用,集电结反向运用。集电结反向运用。在曲线上是比较平在曲线上是比较平坦的部分坦的部分,表示当表示当一定时一定时,的值基本上不随的值基本上不随CE而变而变化。在这个区域内化。在这个区域内,当基极电流发生微小的变化量当基极电流发生微小的变化量时时,相应的集电极电流将产生较大的变化量相应的集电极电流将产生较大的变化量,此时二者的此时二者的关系为关系为 该式体现了三极管的电流放大作
9、用。该式体现了三极管的电流放大作用。对于三极管对于三极管,工作在放大区时工作在放大区时.V,而而。第13页，本讲稿共18页1.3 双极型晶体管双极型晶体管(3)饱和区饱和区 曲线靠近纵轴附近曲线靠近纵轴附近,各条输出特性曲线的上升部分属于饱和区。各条输出特性曲线的上升部分属于饱和区。在这个区域在这个区域,不同不同值的各条特性曲线几乎重叠在一起值的各条特性曲线几乎重叠在一起,即当即当较小时较小时,管子的集电极电流管子的集电极电流基本上不随基极电流基本上不随基极电流而变化而变化,这种现象称为饱和。此时三极管失去了放大作用这种现象称为饱和。此时三极管失去了放大作用,或或关系不成立。关系不成立。一般认
10、为一般认为CEBE,即即CB时时,三极管处于临界饱和状态三极管处于临界饱和状态,当当CEBE时称为过饱和。三极管饱和时的管压降用时称为过饱和。三极管饱和时的管压降用CES表示。在深度饱表示。在深度饱和时和时,小功率管管压降通常小于小功率管管压降通常小于.V。三极管工作在饱和区时三极管工作在饱和区时,发射结和集电结都处于正向偏置状态。对发射结和集电结都处于正向偏置状态。对NPN三极管三极管,。第14页，本讲稿共18页1.3 双极型晶体管双极型晶体管五、三极管的主要参数五、三极管的主要参数1、电流放大系数、电流放大系数：iC=iB2、极间反向电流、极间反向电流iCBO、iCEO：iCEO=（1+）
11、iCBO 极间反向电流越小，管子稳定性越好。极间反向电流越小，管子稳定性越好。3、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：下降到额定值下降到额定值的的2/3时所允许的最大集电极时所允许的最大集电极电流。电流。（2）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗PCM：集电极最大允许功率损耗：集电极最大允许功率损耗。当三极。当三极管工作时管工作时,管子两端电压为管子两端电压为,集电极电流为集电极电流为,因此集电极损耗的因此集电极损耗的功率为功率为第15页，本讲稿共18页1.3 双极型晶体管双极型晶体管（3）反向击穿电压）反向击穿电压 CBO发射极开路时发射极开路时,集电
12、极集电极-基极间的反向击穿电压。基极间的反向击穿电压。CEO基极开路时基极开路时,集电极集电极-发射极间的反向击穿电压。发射极间的反向击穿电压。CER基射极间接有电阻时基射极间接有电阻时,集电极集电极-发射极间的反向发射极间的反向 击穿电压。击穿电压。CES基射极间短路时基射极间短路时,集电极集电极-发射极间的反向击穿电压。发射极间的反向击穿电压。EBO集电极开路时集电极开路时,发射极发射极-基极间的反向击穿电压基极间的反向击穿电压,此此 电压一般较小电压一般较小,仅有几伏左右。仅有几伏左右。上述电压一般存在如下关系：上述电压一般存在如下关系：第16页，本讲稿共18页1.3 双极型晶体管双极型晶体管4.频率参数频率参数（1）共射极截止频率）共射极截止频率（2）特征频率）特征频率第17页，本讲稿共18页1.3 双极型晶体管双极型晶体管六、温度对晶体管特性及参数的影响六、温度对晶体管特性及参数的影响1.温度对温度对 的影响的影响2.温度对输入特性的影响温度对输入特性的影响3.温度对输出特性的影响温度对输出特性的影响第18页，本讲稿共18页