第1章半导体器件基础第3讲v2.0

模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版复习二极管：正向特性反向特性反向击穿特性伏安特性曲线如何判断二极管是否导通：判断二极管工作状态时，可先将二极管断开，然后比较两极电位。如果处于正偏则二极管导通；否则截止。电位差大的优先导通。电路模型理想模型恒压降模型折线模型模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版2020/1/191.4半导体三极管半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为双极型三极管(BipolarJunctionTransistor，简称BJT)。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版三极管的分类：按照频率：高频管和低频管。按结构：NPN型和PNP型；按功率大小：大功率管500mW中功率管0.5-1mW小功率管1mW;按所用半导体材料：硅管和锗管;模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版常见三极管的外形结构模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版1.4.1三极管的结构NPN型电路符号:三极管是由两个PN结和三块掺杂半导体组成。--发射区集电区基区发射结集电结集电极发射极基极NPNbece-emitterb-basec-collectorECBibicie双极型三极管的符号中，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版两个结：发射结和集电结三个区：基区、集电区、发射区三个极：基极、集电极、发射极--发射区集电区基区发射结集电结集电极发射极基极NPNbec模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极结构特点：集电区：面积最大模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版PNP型-发射区集电区基区发射结集电结集电极发射极基极PNPbec--ECB电路符号:ibicie模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版1.4.2三极管的工作原理1.三极管放大的条件内部条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电结面积大外部条件发射结正偏集电结反偏2.满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共集电极共基极模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版三极管放大的外部条件BECNNPEBRBECRC发射结正偏、集电结反偏PNP发射结正偏VBVE集电结反偏VCVB从电位的角度看：NPN发射结正偏VBVE集电结反偏VCVBBECNPNVVVCBEPNPVVV1.4.2三极管的工作原理模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版3.各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.100.0010.701.502.303.103.950.0010.721.542.363.184.05结论:1）三电极电流关系IE=IB+IC2）ICIB，ICIE3）ICIB把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版1)发射区向基区注入多子电子，形成发射极电流IEN。ICN多数向BC结方向扩散形成ICN。IE少数与空穴复合，形成IBN。IBN基区空穴来源基极电源提供(IB)集电区少子漂移(ICBO)ICBOIBIBN+IEP=IB+ICBO即：IB=IBN–ICBO2)电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略)3.三极管内部载流子的传输过程(以共射电路为例）模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版ICNIEIBNICBOIB3)集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流ICICIC=ICN+ICBO模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版4)电流分配关系EPBNCNEPENEIIIIIICBOCNCIIICBOEPBNBIIII从外部看：CBEIIIECBibicie模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版定义：直流放大系数因为CBOBCBOCEPBNCNIIIIIIICEOBCBOBC)(1IIIII穿透电流1CBOB,IIBCII交流放大系数BCΔΔIIIB的改变控制了IC的变化，体现了三极管的电流控制功能。只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般1模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版ECNENCNIIII共基直流电流传输方程：CBOECIII为共基电流传输系数，它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般=0.90.995。CBOCNCIIIIE可控制IC的变化。三极管是一种电流控制器件。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版1.4.3三极管的特性曲线（共发射极接法）三极管的特性曲线是指三极管各电极电压与电流之间的关系曲线，它是三极管内部载流子运动的外部表现。由于三极管和二极管一样也是非线性元件，不能用一个固定的数值或一个简单的方程式来表示各电极电压与电流之间的关系，所以要用伏安特性曲线对它进行描述。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版发射极是输入回路、输出回路的公共端共发射极电路输入回路输出回路测量晶体管特性的实验线路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版1.输入特性曲线iB=f(uBE)uCE=常数++++i-uBE+-uBTCE+Ci（1）uCE=0V时，相当于两个PN结并联。0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu=0VuCE＞1VCEu（3）uCE≥1V再增加时，曲线右移很不明显。（2）当uCE=1V时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，在同一uBE电压下，iB减小。特性曲线将向右稍微移动一些。死区电压硅0.5V锗0.1V导通压降硅0.7V锗0.2V输入电流输入电压模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版2.输出特性曲线iC=f(uCE)iB=常数现以iB=60uA一条加以说明。（1）当uCE=0V时，因集电极无收集作用，iC=0。（2）uCE↑→IC↑。（3）当uCE＞1V后，收集电子的能力足够强。这时，发射到基区的电子都被集电极收集，形成iC。所以uCE再增加，iC基本保持不变。同理，可作出iB=其他值的曲线。iCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区——iC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE＜0.3V。此时发射结正偏，集电结也正偏。截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区——曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。该区中有：BCII＝iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA饱和区截止区放大区模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版温度对晶体管特性及参数的影响一、温度对ICBO的影响温度每升高10℃，ICBO增加约一倍。反之，当温度降低时ICBO减少。硅管的ICBO比锗管的小得多。二、温度对输入特性的影响温度升高时正向特性左移，反之右移60402000.40.8I/mAU/V温度对输入特性的影响20℃60℃三、温度对输出特性的影响温度升高将导致IC增大iCuCEOiB20℃60℃温度对输出特性的影响模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版1.4.4三极管的主要参数1.电流放大系数iCE△=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAI△BBBIBiIBI=100uACBI=60uAi一般取20~200之间（1）共发射极电流放大系数：ECECBOCIIIIIBCBCEOCIIIII共基和共射直流电流放大系数定义分别为：QECΔΔiiQBCΔΔii共基和共射交流电流放大系数分别定义为：模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版2.极间反向电流（1）集电极基极间反向饱和电流ICBO发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它实际上就是一个PN结的反向电流。其大小与温度有关。锗管：ICBO为微安数量级，硅管：ICBO为纳安数量级。++ICBOecbICEOICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度ICBOICBO越小越好。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版（2）集电极发射极间的穿透电流ICEO基极开路时，集电极到发射极间的电流——穿透电流。其大小与温度有关。CBOCEO1I)(I＝++ICBOecbICEOICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。ICEO越小越好。模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版3.极限参数Ic增加时，要下降。当值下降到线性放大区值的70％时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。（1）集电极最大允许电流ICM（2）集电极最大允许功耗PCM集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PC=ICUCEBICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCMPCM（3）反向击穿电压U（BR）CEO——基极开路时，集电极与发射极之间允许的最大反向电压。U（BR）CEOICM模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版练习：已知：ICM=20mA,PCM=100mW，U(BR)CEO=20V，问：当UCE=10v时，ICmA当UCE=1v，则ICmA当IC=2mA，则UCEV模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335198038)2009版4.有两只晶体管，一只的β=200，ICEO=200μA；另一只的β=100，ICEO=100μA，其他参数大致相同。你认为应选用哪种管子？为什么？5.为使NPN型管和PNP型管工作在放大状态，应分别在外部加什么样的电压？思考题1.既然BJT具有两个PN结，可否用两个二极管相联以构成一只BJT，试说明其理由。2.能否将BJT的e、c两个电极交换使用，为什么？3.为什么说BJT是电流控制型器件？模拟电子技术南京航空航天大学金城学院自动化系-朱海霞(5335