第15双极型半导体晶体管.ppt

HIT基础电子技术电子教案基础电子技术电子教案-双极型半导体晶体管双极型半导体晶体管 1.5 双极型晶体管的工作原理双极型晶体管的工作原理 1.5.1 双极型晶体管的结构双极型晶体管的结构 1.5.2 双极型晶体管的电流分配关系双极型晶体管的电流分配关系 1.5.3 晶体管的电流放大系数晶体管的电流放大系数 1.5.4 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线 1.5.5 晶体管的参数晶体管的参数 1.5.6 晶体管的型号晶体管的型号HIT基础电子技术电子教案基础电子技术电子教案-双极型半导体晶体管双极型半导体晶体管 双极型晶体管是由两种载流子参与导电的半导体器双极型晶体管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两个件，它由两个 PN 结组合而成，是一种电流控制电流源结组合而成，是一种电流控制电流源器件（器件（CCCS）。晶体管英文称为晶体管英文称为Transister，在中文中称为晶体管或，在中文中称为晶体管或半导体三极管。晶体管有两大类型半导体三极管。晶体管有两大类型:一是一是双极型双极型晶体管晶体管(BJT)，二是二是场效应场效应晶体管晶体管(FET)。场效应型晶体管仅由一种载流子参与导电，是一种场效应型晶体管仅由一种载流子参与导电，是一种电压控制电流源器件（电压控制电流源器件（VCCS）。HIT基础电子技术电子教案基础电子技术电子教案-双极型半导体晶体管双极型半导体晶体管 图图01.03.01 晶体管的两种结构晶体管的两种结构1.5.1 双极型晶体管的结构双极型晶体管的结构bNP型PNP型NPNeebccPNNPNPN型PNP型这是基极b这是发射极e这是集电极c这是发射结Je这是集电结Jcceecbb型NPN型PNP 晶体管符号中的短粗线代表基极，发射极的箭头方晶体管符号中的短粗线代表基极，发射极的箭头方向，代表发射极电流的实际方向。向，代表发射极电流的实际方向。双极型半导体晶体管有两种结构，双极型半导体晶体管有两种结构，NPN型和型和PNP型，型，见图见图01.03.01。HIT基础电子技术电子教案基础电子技术电子教案-双极型半导体晶体管双极型半导体晶体管 1.5.2 双极型晶体管的电流分配关系双极型晶体管的电流分配关系 双极型晶体管在制造时，要求发射区的掺杂浓度大，双极型晶体管在制造时，要求发射区的掺杂浓度大，基区掺杂浓度低并要制造得很薄，集电区掺杂浓度低，且基区掺杂浓度低并要制造得很薄，集电区掺杂浓度低，且集电结面积较大。从结构上看双极型晶体管是对称的，但集电结面积较大。从结构上看双极型晶体管是对称的，但因工艺参数不同，发射极和集电极不能互换。因工艺参数不同，发射极和集电极不能互换。双极型晶体管在工作时一定要加上适当的直流偏置电双极型晶体管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：压。若在放大工作状态：发射结加正向电压发射结加正向电压，集电结加反集电结加反向电压向电压。现以。现以 NPN型晶体管的放大状态为例，来说明晶型晶体管的放大状态为例，来说明晶体管内部的电流关系。体管内部的电流关系。1.5.2.1 晶体管内部载流子的运动晶体管内部载流子的运动HIT基础电子技术电子教案基础电子技术电子教案-双极型半导体晶体管双极型半导体晶体管 NPNebc电子空穴IENIEPICBOIEICIBIBNIE=IEN+IEP且IEN IEPIC=ICN+ICBO ICN=IEN-IBN IB=IEP+IBN-ICBO 注意图中画的是载流子的运动方向，空穴流与电流注意图中画的是载流子的运动方向，空穴流与电流方向相同；电子流与电流方向相反。为此可确定三个电方向相同；电子流与电流方向相反。为此可确定三个电极的电流极的电流ICN图图01.03.02 晶体管中载流子的运动晶体管中载流子的运动如何保证注入的载流如何保证注入的载流子尽可能的到达集电区？子尽可能的到达集电区？HIT基础电子技术电子教案基础电子技术电子教案-双极型半导体晶体管双极型半导体晶体管 发射极电流：发射极电流：IE=IEN+IEP 且有且有IENIEP 集电极电流：集电极电流：IC=ICN+ICBO ICN=IEN-IBN 且有且有IEN IBN ，ICNIBN 基极电流：基极电流：IB=IEP+IBNICBO 1.5.2.2 晶体管电极电流的关系晶体管电极电流的关系所以，发射极电流又可以写成所以，发射极电流又可以写成 IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO)=IC+IB NPNebc电子空穴IENIEPICBOIEICIBIBNIE=IEN+IEP且IEN IEPIC=ICN+ICBO ICN=IEN-IBN IB=IEP+IBN-ICBOICNHIT基础电子技术电子教案基础电子技术电子教案-双极型半导体晶体管双极型半导体晶体管 1.5.3 晶体管的电流放大系数晶体管的电流放大系数 1.5.3.1 三种组态三种组态 双极型晶体管有三个电极，其中两个可以作为输入双极型晶体管有三个电极，其中两个可以作为输入,两两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，如共发射极接法，也称共发射极组态，接法也称三种组态，如共发射极接法，也称共发射极组态，简称共射组态。晶体管的三种组态见图简称共射组态。晶体管的三种组态见图01.03.03。CEebcIIBcCBcebIBICIEbceIEICIBCC图图01.03.03 晶体管的三种组态晶体管的三种组态共发射极接法，发射极作为公共电极，用共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；共集电极接法，集电极作为公共电极，用共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示；表示；共基极接法，基极作为公共电极，用共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。表示。HIT基础电子技术电子教案基础电子技术电子教案-双极型半导体晶体管双极型半导体晶体管 1.5.3.2 晶体管的电流放大系数晶体管的电流放大系数 1.5.3.2.1 共基极组态直流电流放大系数共基极组态直流电流放大系数 电流放大系数，一般来说是指输出电流与输入电流的比电流放大系数，一般来说是指输出电流与输入电流的比。由于组态不同，晶体管的输入电极和输出电极不同，所以。由于组态不同，晶体管的输入电极和输出电极不同，所以对共基组态，输出电流是集电极电流对共基组态，输出电流是集电极电流IC，输入电流是发射极，输入电流是发射极电流电流IE。定义集电极电流的主要部分。定义集电极电流的主要部分ICN与发射极电流与发射极电流IE之比之比为共基极直流电流放大系数：为共基极直流电流放大系数：ECNIIHIT基础电子技术电子教案基础电子技术电子教案-双极型半导体晶体管双极型半导体晶体管 称为共基极直流电流放大系数。它表示最后达到集电称为共基极直流电流放大系数。它表示最后达到集电极的电子电流极的电子电流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，相比，因因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。由此可得：可得：IC=ICN+ICBO=IE+ICBO=(IC+IB)+ICBO 111BCBOBCIIIINPNebc电子空穴IENIEPICBOIEICIBIBNICNHIT基础电子技术电子教案基础电子技术电子教案-双极型半导体晶体管双极型半导体晶体管 1.5.3.2.2 共发射极组态直流电流放大系数共发射极组态直流电流放大系数 对共射组态的电流放大系数，输出电流是集电极电流对共射组态的电流放大系数，输出电流是集电极电流IC，输入电流是基极电流输入电流是基极电流IB，二电流之比可定义：，二电流之比可定义：称为共发射极接法直流电流放大系数。称为共发射极接法直流电流放大系数。BBBCN)1(IIII1BCNBCBOCNBCIIIIIII因因 1,所以所以 1。NPNebc电子空穴IENIEPICBOIEICIBIBNICNHIT基础电子技术电子教案基础电子技术电子教案-双极型半导体晶体管双极型半导体晶体管 1.5.4 晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线 这里，这里，B表示输入电极，表示输入电极，C表示输出电极，表示输出电极，E表示公共电表示公共电极。所以这两条曲线是共发射极接法的特性曲线。极。所以这两条曲线是共发射极接法的特性曲线。iB是输入电流，是输入电流，uBE是输入电压是输入电压，加在，加在B、E两电极之间。两电极之间。iC是输出电流，是输出电流，uCE是输出电压是输出电压，从，从C、E两电极取出。两电极取出。输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE)uCE=const 输出特性曲线输出特性曲线 iC=f(uCE)iB=const本节介绍共发射极接法晶体管的特性曲线，即本节介绍共发射极接法晶体管的特性曲线，即HIT基础电子技术电子教案基础电子技术电子教案-双极型半导体晶体管双极型半导体晶体管 共发射极接法的供电电路和电压共发射极接法的供电电路和电压-电流关系如图电流关系如图01.03.0401.03.04所示。所示。图图01.03.04 共发射极接法的电压共发射极接法的电压-电流关系电流关系HIT基础电子技术电子教案基础电子技术电子教案-双极型半导体晶体管双极型半导体晶体管 简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特简单地看，输入特性曲线类似于发射结的伏安特性曲线，现讨论性曲线，现讨论iB和和uBE之间的函数关系之间的函数关系。因为有集电。因为有集电结电压的影响，结电压的影响，它与一个单独的它与一个单独的PN结的伏安特性曲线结的伏安特性曲线不同。不同。为了排除为了排除uCE变化的影响，在讨论输入特性曲线变化的影响，在讨论输入特性曲线时，应使时，应使uCE=const(常数常数)。1.5.4.1 输入特性曲线输入特性曲线 uCE的影响，可以用的影响，可以用三极管的内部反馈作用三极管的内部反馈作用解释，解释，即即uCE对对iB的影响的影响。HIT基础电子技术电子教案基础电子技术电子教案-双极型半导体晶体管双极型半导体晶体管 共发射极接法的输入特性曲线见图共发射极接法的输入特性曲线见图01.03.0501.03.05。其中。其中UCE=0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线。当的那一条相当于发射结的正向特性曲线。当UCE1V时，时，UCB=UCE-UBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减少，且基区复合减少，IC/IB 增增大，特性曲线将向右稍微移大，特性曲线将向右稍微移动一些。但动一些。但UCE再增加时，再增加时，曲线右移很不明显。曲线右移很不明显。曲线右移是晶体管内部曲线右移是晶体管内部反馈所致，因该反馈很小右反馈所致，因该反馈很小右移不明显。移不明显。输入特性曲线的输入特性曲线的分区：分区：死区死区 非线性区非线性区近似线性区近似线性区图图01.03.05 共射接法输入特性曲线共射接法输入特性曲线HIT基础电子技术电子教案基础电子技术电子教案-双极型半导体晶体管双极型半导体晶体管 共发射极接法的输出特性曲线如图共发射极接法的输出特性曲线如图01.03.0601.03.06所示，它是所示，它是以以IB为参变量的一族特性曲线。为参变量的一族特性曲线。图图01.03.06 共射接法输出特性曲线共射接法输出特性曲线1.5.4.2 输出特性曲线输出特性曲线 当当UCE稍增大时，发射稍增大时，发射结虽处于正向电压之下，但结虽处于正向电压之下，但集电结反偏电压很小，如集电结反偏电压很小，如 UCE 1 V、UBE=0.7 VUCB=UCE-UBE=1。同样同样可以推导出可以推导出 和和 的关系：的关系：HIT基础电子技术电子教案基础电子技术电子教案-双极型半导体晶体管双极型半导体晶体管 1.5.5.1.2.1 集电结反向饱和电流集电结反向饱和电流ICBO ICBO的下标的下标CB代表集电极和基极，代表集电极和基极，O是是Open的字头，代的字头，代表