1-2三极管.

1.4半导体三极管1.4.1三极管的结构1.4.2三极管的工作原理1.4.3三极管的特性曲线1.4.4三极管的主要参数1.4.5三极管的小信号模型1.4.1三极管的结构三极管又称为双极型晶体管，有多种分类方法:按结构：NPN型和PNP型；按功率大小：大、中、小功率管;按所用半导体材料：硅管和锗管;按照频率：高频管和低频管。发射极E、基极B和集电极C：两块N型半导体中间夹一块P型半导体,三块半导体的电极引线。发射区、基区和集电区：这三块半导体。相应半导体交界处形成了两个PN结：发射结：发射区和基区交界处的PN结。集电结：集电区和基区交界处的PN结。PNP三极管与NPN三极管不同在于结构上中间是N型半导体，两边是P型半导体。NPN三极管PNP三极管1.4.2三极管的工作原理1.共基极接法时三极管内部载流子的传输过程三极管有三个电极：一个电极作为信号输入端，另一个电极作为信号输出端，剩下的电极是输入、输出回路的公共端。根据公共端的不同，三极管电路有共基极、共发射极和共集电极三种组态。要使三极管有放大作用，三极管的发射结必须正向偏置，集电结必须反向偏置。NPN管共基接法电子发射示意图(1)发射区向基区注入电子发射结在正向偏置时，发射区中的多子(自由电子)通过发射结注入到基区，形成电子电流；基区中的多子(空穴)通过发射结注入到发射区，形成空穴电流。因发射结为不对称结，发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度，所以远远大于。ENIENIEPIEPI(2)电子在基区中扩散与复合发射区中的电子(多子)注入到基区后，便从发射结一侧向集电结方向扩散。在扩散过程中又可能与基区中空穴复合，不过由于基区做得很薄，且掺杂浓度低，所以从发射区注入到基区的电子少部分与空穴复合掉，绝大部分到达集电结。(3)集电区收集电子集电结上加的是反向偏置，在反向电压作用下，在基区中扩散到集电结边缘的电子顺利地漂移通过集电结，形成电流。同时，由于集电结是反向偏置，基区中少数载流子电子和集电区中少数载流子空穴在结电场作用下形成反向饱和电流，用表示。的大小取决于少数载流子的浓度，受温度影响很大。CNICBOICBOI(4)电流分配关系共基电流传输系数：α的大小一般为0.99～0.995。发射极电流为：集电极电流为：α近似为常数，与成正比。的改变控制了的变化，所以三极管是一种电流控制器件。而基极电流与的关系为：CNEIIENEPENEIIIICBOCNCIIICBOECIIICICIEIEIBIECII、2.共射接法时三极管的电流控制关系三极管上所加电压，从而保证三极管发射结正偏，集电结反偏。0BECEUUCBEIIICBOECIII，CBOBC111III可以得到：令：式中β称为共发射极电流放大系数，其值一般为几十～几百。得到：令：称为集电极—发射极间的反向饱和电流或称为穿透电流。可得：当较小可忽略时：的改变控制了的变化，也体现了三极管的电流控制功能。1CBOBC)1(IIICBOCEO)1(IICEOICEOBCIIICEOIBCIIBICI1.4.3三极管的特性曲线共射组态三极管的输入特性：当三极管接成共射组态时，以为参变量，表示输入电流和输入电压之间关系的共射组态三极管的输出特性：以为参变量，输出电流和输出电压之间关系的CEuBiBEu常数CEBE1BuufiBiCiCEu常数BCE2Ciufi1.输入特性曲线（1）时，加上正向电压，和的关系与二极管相似，呈指数关系。（2）增大，输入特性曲线向右移动。（3）时，集电结所加的反向电压已经能把这些电子中的绝大部分拉到集电极，所以再增加，不再明显减小。0CEuBiBEuCEuCEuV1CEuBi2.输出特性曲线输出特性曲线可分为四个区域：饱和区、放大区、截止区和击穿区。(1)饱和区饱和区：三极管发射结正偏，集电结也正偏的工作状态。在较小时(约0.3V以下)，集电结正偏。随增加，集电结正向电压减小，集电区电子注入基区而形成的集电极电流减小，结果是上升。显然，在这个区域内，已不再与成比例关系，且。饱和压降:三极管自饱和区进入放大区时的电压，用表示，工程上，其值常取0.3V。CEuCEuCEuCiCiBiBCiiCE(sat)U(2)放大区所谓放大区，是指三极管发射结正偏，集电结反偏的工作状态。当且进一步增大时，集电结上反向电压增大，导致集电结阻挡层宽度增大，结果是基区的实际宽度减小。由发射区注入基区的非平衡少子在向集电结扩散过程中与基区中多子复合的机会减少，增加。基区宽度调制效应:由变化引起基区实际宽度变化而导致电流变化的现象。表现在输出特性上，在放大区随增大稍有上翘。V3.0CEuBCuCiCEuCEuCi(3)截止区截止区:发射极电流以下的区域。当时，，。在截止区，三极管发射结反偏，集电结也反偏。(4)击穿区当足够大时，三极管发生反向击穿，迅速增大。0Ei0EiCBOCIiCBOBIi0BiCEuCiCi测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。放大截止饱和-+正偏反偏-++-正偏反偏+-放大VcVbVe放大VcVbVe发射结和集电结均为反偏。发射结和集电结均为正偏。例1：测得VB=4.5V、VE=3.8V、VC=8V，试判断三极管的工作状态。放大例2：1.4.4三极管的主要参数1.电流放大系数共基和共射直流电流放大系数定义分别为：共基和共射交流电流放大系数分别定义为：ECECBOCIIIIIBCBCEOCIIIIIQECiiQBCii2.极间反向电流（1）反向饱和电流表示发射极开路时，集电极和基极间的反向饱和电流。其大小取决于温度和少数载流子的浓度。CBOICBOI（2）穿透电流表示基极开路时，集电极与发射极间的穿透电流：CEOICEOICBOCEO)1(II3.极限参数（1）集电极最大允许电流：三极管集电极允许的最大电流。当超过时,β明显下降。（2）集电极最大允许功耗：集电结上允许耗散功率的最大值。集电结功率损耗，当时，集电结会因过热而烧毁。锗管允许结温为75℃，硅管允许结温为150℃。对于大功率管，为了提高，通常采用加散热装置的方法。CMICMICMICICMPCMPCECCuiPCMCPPCMP（3）反向击穿电压：基极开路时集电极与发射极间的反向击穿电压。安全工作区：在共射极输出特性曲线上，由极限参数所限定的区域。(BR)CEOU(BR)CEOU半导体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下:3DG110B第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、C硅PNP管、D硅NPN管第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管材料器件的种类同种器件型号的序号同一型号中的不同规格三极管双极型三极管的参数参数型号PCMmWICMmAVRCBOVVRCEOVVREBOVICBOμAfTMHz3AX31D1251252012≤6*≥83BX31C1251254024≤6*≥83CG101C10030450.11003DG123C5005040300.353DD101D5A5A3002504≤2mA3DK100B100302515≤0.13003DKG23250W30A4003258注：*为f1.4.5三极管的小信号模型1．H参数的导出接成共射组态的三极管可以看作一个双口网络，端口特性可由下列函数表示：用代表交流分量,则有：),(),(CEB2CCEB1BEuifiuifucebecbuuii、、、cCCbBBbeBEBEceCECEiIiiIiuUuuUu在工作点Q上(直流静态工作状态)对上式取全微分，得：式中的偏导数项分别用表示,并用复数值代表对应的交流分量（即各微分项），得到：CEQCECBQBCCCEQCEBEBQBBEBEduuidiiididuuudiiuduoefereiehhhh、、、cebecbUUII、、、ceoebfeccerebiebeUhIhIUhIhU式中：为输出交流短路时的输入电阻，单位为Ω；为输入端交流开路时的电压反馈系数，无量纲；为输出交流短路时的电流放大系数，无量纲；为输入端交流开路时的输出电导，单位为S。四个参数量纲不同，故称H参数为混合参数。0bbeQBBEieceUIUiuh0cebeQCEBErebIUUuuh0bcQBCfeceUIIiih0cecQCECoebIUIuih2．H参数的物理意义（1）：输入特性曲线在Q点处斜率的倒数。ieh（2）：在处随变化时输入特性曲线左、右平移的变化率，近似为。rehCEBEΔuΔuBQICEu（3）：电流放大倍数β。feh（4）：三极管c-e之间的微变等效电阻。反映了输出特性曲线上翘的程度。oe1hceroeh3．简化H参数模型通常情况下，很小，可以忽略；为基极—发射极间的交流输入电阻，常用表示；用β代替，用代替。rehiehberfehoe1hcer4．的确定可用下列公式估算：为基区体电阻；为发射结微变等效电阻，可由PN结方程导出：是折算到基极回路的等效电阻，记为。和β也可用H参数测试仪和晶体管图示仪测量得到。berberberebb'eb'bb'be)1(rrrrrbb'rbb'rer)mA()mV(26EQEQeIqIkTre)1(rereb'r二、混合π型等效电路1．混合π型等效电路的导出2.的确定：跨导，定义为：考虑到，在时，可得到：为与频率无关的实数，大小由静态电流决定。3.H参数与混合π型参数之间的转换mgmgeQEB'EECQEB'Cmruiiiuig1K300TEQm5.38IgmgEQIebm,rg符号约定小写符号、小写下标vi：表示交流电压（电流）瞬时值。大写符号、大写下标VI：表示直流电压（电流）小写符号、大写下标vI：表示包含有直流的电压（电流）的瞬时值大写符号、小写下标Vi：表示交流电压（电流）有效值