模拟电子技术基础 1篇 2章2

1.2.4双极型三极管一、三极管的结构类型与工作原理半导体三极管又称双极型晶体管(BJT),简称晶体管、三极管。结构上它由2个PN结组成因制造的材料又分为硅三极管、锗三极管。NPN型PNP型NNPPNPNPN型三极管采用平面管制造工艺，在N＋型底层上形成两个PN结。c：collector集电极b：base基极e：emitter发射极电路符号结构图NNPbce工艺特点：三个区，两个结，引出三根电极杂质浓度（e区掺杂浓度最高，b区较高，c区最低）；面积大小（c区最大，e区大，b区窄）。NNP集电区发射区基区基极BBI集电极CCI发射极EEICJEJ集电结发射结PNP型三极管在P＋型底层上形成两个PN结。PNPbeceIcIbINPN管导电原理为使NPN管正常放大时的条件：发射结正向偏置(VBE＞0)集电结反偏向偏置(VCB＞0)CNI'BI●因集电结反偏，因此这些少子将非常容易漂移到集电区，形成集电极电流ICN。●进入基区的电子成为基区的少子，其中小部分与基区的多子（空穴）复合，形成电流，绝大部分继续向集电结扩散并达到集电结边缘；'BI●发射区的多子电子大量地向基区扩散（发射）；EI●而基区和集电区本身的少子也要漂移到对方，形成反向饱和电流ICBO。EICNI'BICBOI从而在内部形成了4种电子电流。cIeIbIcbe最终在三电极形成Ic、Ib、Ic电流。NPNCBOCNCIIICBOBBIII'BCCBOBCBOCBCNEIIIIIIIII'EICNI'BICBOIcIeIbIcbeNPN内外电流关系：晶体管的四种工作状态（由两个结的四种不同偏置决定）JE正偏，JC反偏：放大工作状态，应用在模拟电子电路中。JE反偏，JC反偏：截止工作状态JE反偏，JC正偏：倒置工作状态较少应用(TTL门电路上)JE正偏，JC正偏：饱和工作状态用在开关电路中NPNcebcJeJ在交流信号作用下，晶体三极管组成放大电路时有三种基本组态，其中：集电极不能作为输入端，基极不能作为输出端。（为什么？）请从结构上加以理解。共基极组态（CB）输入：发射极输出：集电极公共端：基极(此处接地)信号源iv负载ovVBE＞0，发射结正偏，VCB＞0（∵VCC＞VBB），集电结反偏。所以三极管工作在放大状态。共发射极组态（CE）CE组态信号输入信号输出共集电极组态（CC）CC组态信号输入信号输出定义ECBOCECNIIIIICBOECBOCNCIIIII共基组态时电流关系（放大状态）CBOECBOEECBOCNECBOBBIIIIIIIIIII)1()()('BCEIIIEICNI'BICBOICIBI称为共基极直流电流放大系数，998.0~98.0ICBO称为集电结反向饱和电流，其值很小，常可忽略。EICNI'BICBOICIBI共射组态时电流关系（放大状态）令1CBOCBCBOECBOCNCIIIIIIII)(CBOBCIII111CEOBCBOBCIIIII)1(则其中CBOCEOII)1(为穿透电流CEOBCEOBBBCEIIIIIIII)1(998.0~98.0当时，499~49称为共射极直流电流放大系数穿透电流ICEO，其值较小，也常可忽略。CBOCEOII)1(,1,1有和之间的关系BCEOBBCBEIIIIIII)1(无论哪种组态，器件工作在放大区时，输入电流对输出电流都具有控制作用，因此三极管是一种电流控制器件（CCCS)。并且共射极和共集电极组态还具有电流放大作用。二、三极管的伏安特性曲线1.共射极输入特性基极电流iB与发射结电压vBE之间的关系constvBEBCEvfi|)(测量特性曲线电路与二极管的正向特性相似，但当C-E间的电压增加时，特性曲线右移，当vCE＞1后，输入伏安特性曲线基本不变（原因？）。三极管典型的输入特性曲线2.共射极输出特性集电极电流iC与集-射间电压vCE之间的关系constiCECBvfi|)(CEv截止区饱和区放大区输出特性基本形状截止区发射结和集电结均反偏thBEVv硅管0.5V，锗管0.1V等效电路0,0CBii饱和区发射结正偏，集电结正偏0,0CBBEVv为什么会饱和呢？bRBiCiCCiRcevV7.0集电结变成了正向偏置了。三极管进入了饱和工作区。饱和的作图说明因为：CCCCCERiVv将它作在输出特性曲线上，与iB=80μA特性交于Q点。VCESICSIBSQ)0,V(CC),0(CCCRV当集电结零偏(vCB=0)时称为临界饱和。VCES称饱和压降，ICS称集电极饱和电流，IBS称基极临界饱和电流。当iB＞IBS时，三极管进入深饱和。VCESICSIBSQ晶体三极管进入饱和后BCII就不具备电流放大能力了，授控关系不成立了。几个问题请思考：饱和后三极管的集电极电流方向为什么还是从集电极流向发射极？饱和的机理？饱和区模型等效电路简化等效电路放大区（授控区）发射结正偏，集电结反偏V7.0,0CEBvi特征是iC仅受iB控制，与vCE的大小基本无关。等效电路BCii放大区PNP型三极管vBE、vCE为负值iB、iC的实际流向与NPN型管相反横坐标为-vBE、-vCE三、三极管的主要电参数1.电流放大系数●共射极直流电流放大系数BCBCEOCIIIIIcebBIEICI●共射极交流电流放大系数1212BBCCBCiiiiiiβ典型值为50～200●共基极直流电流放大倍数ECECBOCIIIII在一定范围cebBIEICI●共基极交流电流放大系数1212EECCECiiiiiiα典型值为0.98～0.998在一定范围cebBIEICI2.极间反向电流●集电结反向饱和电流ICBO是指发射极开路，集电极与基极之间加反向电压时的反向饱和电流(nA级)。与单个PN结的反向电流一样，主要取决于温度和少子浓度。cebCBOI●穿透电流ICEOCBOCEOII)1(ICEO是衡量三极管性能稳定与否的重要参数之一，其值愈小愈好。ICBO和ICEO与温度密切相关。是指基极开路，集电极与发射极之间加电压时，从集电极穿过基区流入发射极的电流。cebCEOI3.极限参数●集电极最大允许电流ICM●集电极最大允许功耗PCM当iC超过ICM时，电流放大倍数β将显著下降。PCM表示集电结上允许的耗散功率的最大值。主要由管子所允许的温升及散热条件决定。当超过PCM时，管子可能烧毁。cebBIEICI●反向击穿电压CEOBRCERBRCESBRCBOBRVVVV)()()()(超过反向击穿电压时，管子将发生击穿。反向击穿电压的大小不仅与管子本身的特性有关，还与外电路的接法有关。cebBIEICI4.安全工作区与温度稳定性●安全工作区三极管的三个极限参数：PCM、ICM、V(BR)CE在输出特性曲线上可画出安全工作区。●温度稳定性输入特性：温度上升时，发射结电压下降（负温度特性）,温度系数约为-2.5mV/℃。输出特性：温度上升时，输出特性曲线上移，间距增大。习题P921.2.21.2.31.2.4器件型号说明：3DG×，3CG×，3DD×3AG×，3BG×，3AD×3AX×