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第一章 常用半导体器件11.3 双极型晶体管双极型晶体管双极型晶体管的几种常见外形（a）小功率管（b）小功率管（c）中功率管（d）大功率管 双极型晶体管又称三极管。电路表示符号：BJT(bipolar junction transistor)BJT(bipolar junction transistor)。根据功率的不同具有不同的外形结构。第一章 常用半导体器件2一一.基本结构基本结构BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型 由两个掺杂浓度不同且背靠背排列的由两个掺杂浓度不同且背靠背排列的PN结组成，根结组成，根据排列方式的不同可分为据排列方式的不同可分为NPN型和型和PNP型两种型两种,每个每个PN结所对应区域分别称为发射区结所对应区域分别称为发射区(emitter)、基区、基区(base)和集电区和集电区(collector)。1.三极管的构成三极管的构成第一章 常用半导体器件3BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管制成晶体管的材料可以为制成晶体管的材料可以为Si或或Ge。2.三极管的符号三极管的符号第一章 常用半导体器件4BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，掺基区：较薄，掺杂浓度低杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高3.三个区的特点三个区的特点PN结是不对称的第一章 常用半导体器件5BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结 BJT BJT是非线性元是非线性元件，其工作特性与其件，其工作特性与其工作模式有关：工作模式有关：当当EBEB结和结和CBCB结均加正偏时结均加正偏时,BJT,BJT处于饱和模式处于饱和模式;当当EBEB结结加零偏或反偏、加零偏或反偏、CBCB结加反偏时结加反偏时,BJT,BJT处于截止处于截止模式。模式。当当EBEB结加正偏结加正偏,CB,CB结结加反偏时加反偏时,BJT,BJT处于放处于放大模式大模式;BJTBJT主要用途是对变化的电流、电压信号进行放大，主要用途是对变化的电流、电压信号进行放大，饱和模式和截止模式主要用于数字电路中。饱和模式和截止模式主要用于数字电路中。第一章 常用半导体器件6二二.电流放大原理电流放大原理以以NPN型型BJT为例讨论为例讨论，其结论同样适用于，其结论同样适用于PNP型型BJT，不同的是，不同的是外加电压与前者相反。外加电压与前者相反。输入回路输入回路(input loop)输出回路输出回路(out loop)共射共射极放大电路极放大电路工作的基本条件：工作的基本条件：EB结正偏；结正偏；CB结反偏。结反偏。VCCVBB 输入回路输入回路输出回路输出回路共射极放共射极放大电路大电路第一章 常用半导体器件7BJT的放大作用可表现为：用较小的的放大作用可表现为：用较小的基极电流控制较大的集电极电流，或将较基极电流控制较大的集电极电流，或将较小的电压按比例放大为较大的电压。小的电压按比例放大为较大的电压。a)发射结（发射结（EB）加正偏）加正偏,扩散运动形成扩散运动形成IE。b)扩散到基区的自由电子与空穴复合形成扩散到基区的自由电子与空穴复合形成IB。c)集电结（集电结（CB）加反偏）加反偏,漂移运动形成漂移运动形成IC。1 1BJT内部载流子运动内部载流子运动第一章 常用半导体器件8BECNNPEBRBECIE基区空穴向基区空穴向发射区的扩发射区的扩散形成电流散形成电流IBP可忽略可忽略。IEP进入进入P区的电子少部分区的电子少部分与基区的空穴复合，与基区的空穴复合，形成电流形成电流IBN，多数扩，多数扩散到集电结。散到集电结。发射结正偏，发射结正偏，发射区电子发射区电子不断向基区不断向基区扩散，形成扩散，形成发射极电流发射极电流IEN。RCIBIC集电结反偏，基区的非平衡少子集电结反偏，基区的非平衡少子在外电场作用下越过集电极达到在外电场作用下越过集电极达到集电区，形成集电极电流集电区，形成集电极电流ICN平衡少子在集电区与平衡少子在集电区与基区之间的漂移运动基区之间的漂移运动形成电流形成电流ICBO第一章 常用半导体器件9IB=IBN ICBO+IEP IBNIBBECNNPEBRBECIEICBOICNIC=ICN+ICBO ICNIEPIE=IEN+IEP=IBN+ICN+IEP ICNIBN第一章 常用半导体器件10第一章 常用半导体器件112.2.电流分配关系电流分配关系通常忽略对极间电流影响通常忽略对极间电流影响较小的电子和空穴运动形成的较小的电子和空穴运动形成的电流，电流，BJT中电流关系为：中电流关系为：IE=IC+IBIEIE=IEN+IEP=ICN+IBN+IEPIC=ICN+ICBOIB=IBN+IEP-ICBO =IB，-ICBO第一章 常用半导体器件123 3、晶体管的共射电流放大系数、晶体管的共射电流放大系数1 1）定义：）定义：共射共射直流直流电流放大系数电流放大系数2 2）定义：）定义：共射共射交流交流电流放大系数电流放大系数容易证明：容易证明：一般情况下：一般情况下：第一章 常用半导体器件133 3）定义：）定义：共基共基直流直流电流放大系数电流放大系数4 4）定义：）定义：共基共基交流交流电流放大系数电流放大系数容易证明：容易证明：或或第一章 常用半导体器件14 三极管的三种组态三极管的三种组态 双极型三极管有三个电极，其中两个可双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种极是公共电极。三种接法也称三种组态组态：共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CCCC表示表示;共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用，基极作为公共电极，用CBCB表示。表示。共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CECE表示；表示；第一章 常用半导体器件15三三.BJT BJT共射特性曲线共射特性曲线 实验线路实验线路ICmA AVVUCEUBERBIBECEB输入回路输入回路输出回路输出回路RC第一章 常用半导体器件16三极管的伏安特性三极管的伏安特性指管子各电极的电压与电流的关系曲线指管子各电极的电压与电流的关系曲线B B是输入电极，是输入电极，C C是输出电极，是输出电极，E E是公共电极。是公共电极。I Ib b是输入电流，是输入电流，U Ubebe是输入电压是输入电压，加在，加在B B、E E两电极之间。两电极之间。I IC C是输出电流，是输出电流，U Ucece是输出电压是输出电压，从，从C C、E E两电极取出。两电极取出。输入特性曲线输入特性曲线:i iB B=f(u=f(uBEBE)U UBEBE=C=C输出特性曲线输出特性曲线:i iC C=f f(u uCECE)I IB B=C=C本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线：本节介绍共发射极接法三极管的特性曲线：第一章 常用半导体器件171.输入特性输入特性工作压降：工作压降：硅管硅管UBE 0.60.7V,锗管锗管UBE 0.20.4V。UCE 1ViB(A)uBE(V)204060800.40.8UCE=0VUCE=0.5V 死区电死区电压，硅管压，硅管0.5V，锗，锗管管0.2V。第一章 常用半导体器件18特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线 三极管输入特性曲线三极管输入特性曲线1.UCE=0V时，发射极与集电极短时，发射极与集电极短路，发射结与集电结均正偏，实路，发射结与集电结均正偏，实际上是两个二极管并联的正向特际上是两个二极管并联的正向特性曲线。性曲线。2.当当UCE1V时，时，UCB=UCE-UBE 0，集电结已进入反偏状态，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，且基区复合减开始收集电子，且基区复合减少，少，IC/IB 增大，特性曲线将增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但向右稍微移动一些。但UCE再增再增加时，曲线右移很不明显。通加时，曲线右移很不明显。通常只画一条。常只画一条。输入特性曲线分三个区输入特性曲线分三个区 非线性区非线性区 死区死区 线性区线性区正常工作区，发射极正偏正常工作区，发射极正偏 NPN Si:Ube=0.60.7VPNP Ge:Ube=-0.2-0.3V第一章 常用半导体器件19I IC C=f f(U UCECE)I IB B=C=C饱和区饱和区:(1)IC受受UCE显著控制的区域，该显著控制的区域，该区域内区域内UCE的数值较小，一般的数值较小，一般UCE0.7V(硅管硅管)。发射结正偏，发射结正偏，集电结正偏集电结正偏(2)UCES=0.3V左右左右截止区：截止区：Ib=0的曲线的下方的区域的曲线的下方的区域Ib=0 Ic=Iceo NPN：Ube 0.5V,管子就处于截止态管子就处于截止态通常该区：通常该区：发射结反偏，发射结反偏，集电结反偏。集电结反偏。输出特性曲线可以分为三个区域输出特性曲线可以分为三个区域:2.输出特性曲线输出特性曲线第一章 常用半导体器件20特性曲线特性曲线特性曲线特性曲线放大区放大区IC平行于平行于Uce轴的区域，曲线基本平行等距。轴的区域，曲线基本平行等距。(1)发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏，集电结反偏，电压电压Ube大于大于0.7V左右左右(硅管硅管)。(2)Ic=Ib,即即Ic主要受主要受Ib的控制。的控制。(3)判断三极管工作状态的依据：判断三极管工作状态的依据：饱和区饱和区:发射结正偏，集电结正偏发射结正偏，集电结正偏截止区：截止区：发射结反偏，集电结反偏发射结反偏，集电结反偏或：或：UBE 0.5V（Si)UBE 0.2V（Ge)放大区放大区:发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏第一章 常用半导体器件21IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满足此区域满足IC=IB称为称为线性区（放线性区（放大区）。大区）。当当UCE大于一定的大于一定的数值时，数值时，IC只与只与IB有关，有关，IC=IB。放大区放大区第一章 常用半导体器件22IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE UBE,集集电结正偏，电结正偏，IBIC，UCE 0.3V称为饱和称为饱和区。区。饱和区饱和区第一章 常用半导体器件23IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE0.3V(3)截止区：截止区：UBE 死区电压，死区电压，IB=0，IC=ICEO 0 第一章 常用半导体器件25电路共基极电路共基极直流电流放大系数直流电流放大系数:IC/IE IE=IC+IB=IC/IC/IB=/（1-）=或或=/(1+)共基极交流电流放大系数共基极交流电流放大系数:iC/I 且且 第一章 常用半导体器件26对对共集电极电路共集电极电路 有有 IE IB+IB =(1+)IB故共集电极电路又称为故共集电极电路又称为电流放大器或电流放大器或电压跟随器电压跟随器。第一章 常用半导体器件27补充:基区宽度调制效应第一章 常用半导体器件28第一章 常用半导体器件29厄尔利电压小功率管VA一般在-50v -100v第一章 常用半导体器件30四四.BJT的主要参数的主要参数1.电流放大系数电流放大系数 a)对共射极电路接法对共射极电路接法:IC/IB iC/iB 实际电路使用时一般采用实际电路使用时一般采用=3080的的BJT 作为放大管。作为放大管。b)对共基极电路接法对共基极电路接法:IC/IE iC/iE 第一章 常用半导体器件31a)C-B极反向饱和电流极反向饱和电流ICBO硅管小于锗管，而且受温度影响较大。硅管小于锗管，而且受温度影响较大。应用时选用应用时选用ICBO较小的较小的BJT。2.2.极间反向电流极间反向电流小功率硅管小于1uA，小功率锗管约为10uA第一章 常用半导体器件32 b)C-E极反向饱和电流极反向饱和电流ICEOB极开路时，极开路时，C-E极间的穿透电流极间的穿透电流有有ICEO=(1+)ICBO=1+ICEO小功率硅管在几微安以下，小功率锗管在几十微安以下。第一章 常用半导体器件33 三极管极间反向电流的测量 第一章 常用半导体器件343.3.特征频率特征频率f fT T BJT BJT工作在交流状态下，由于结电工作在交流状态下，由于结电容的作用，信号频率增大使容的作用，信号频率增大使下降并下降并产生相移，产生相移，使使下降下降为为1 1时的信号频率时的信号频率称为特征频率称为特征频率f fT T。应尽量选用。应尽量选用f fT T较高较高的的BJTBJT。第一章 常用半导体器件354 4.极限参数极限参数a)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICMb)集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCMc)极间反向击穿电压极间反向击穿电压 UCBO:大小可从几十至大小可从几十至 上千伏。上千伏。UCEO:与与ICEO相关，相关，UCEO UceR UceoUebo第一章 常用半导体器件39五.温度对BJT特性的影响1.温度对温度对ICBO的影响的影响 温度每升高温度每升高10时时,ICBO约增加一倍。约增加一倍。2.温度对输入特性的影响温度对输入特性的影响 温度升高，输入特性曲温度升高，输入特性曲 线将左移。（负温度系数）线将左移。（负温度系数）第一章 常用半导体器件403.温度对输出特性的影响温度对输出特性的影响 温度升高将导致温度升高将导致IC增大。增大。第一章 常用半导体器件41六.光电三极管 利用光照强度利用光照强度来控制集电极电来控制集电极电流大小，可等效流大小，可等效为一只光电二极为一只光电二极管与一只管与一只BJT连接组成连接组成，引出线为集电极和发，引出线为集电极和发射极，目前应用较多。射极，目前应用较多。第一章 常用半导体器件42判断判断BJTBJT工作状态的一般方法工作状态的一般方法(以以NPNNPN管为例管为例)状状 态态 方方 法法截止截止放大放大饱和饱和发射结发射结反偏或零偏反偏或零偏正偏正偏正偏正偏集电极集电极反偏反偏反偏反偏正偏或零偏正偏或零偏极电压极电压UBEUonUBEUon(硅管硅管Uon=0.7V 锗管锗管Uon=0.4V)(临界饱和压降临界饱和压降UCES硅管硅管UCES=0.5V锗管锗管UCES=0.2V )UCEUBEUCEUBE(UCES UC 0IBS*极电流极电流IC0 IB IB极电流极电流IE0(1+)IB(1+)IB:临界饱和电流临界饱和电流IBS=(VCC-UCES)/RC第一章 常用半导体器件43例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管分别工作于哪个晶体管分别工作于哪个工作工作区？区？当当USB=-2V时：时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0，IC=0IC最大饱和电流：最大饱和电流：（忽略（忽略BJT饱和压降）饱和压降）Q位于截止区位于截止区 用于判断用于判断工作状态工作状态第一章 常用半导体器件44例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管晶体管分别工作于哪个工作分别工作于哪个工作区？区？IC ICmax(=2mA)，Q位于放大区位于放大区。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB=2V时：时：第一章 常用半导体器件45USB=5V时时:例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k 当当USB=-2V，2V，5V时，时，晶体管晶体管分别工作于哪个工作分别工作于哪个工作区？区？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEQ 位于饱和区，此时位于饱和区，此时IC 和和IB 已不是已不是 倍的关系。倍的关系。第一章 常用半导体器件46作业：作业：P707110、11、12、13