《半导体晶体管》课件.ppt
1.3 晶体管,1.3.1 晶体管的结构、分类及基本特性,1 晶体管的结构和分类,晶体管有三个电极，通俗来讲，晶体管内部为由P型半导体和N型半导体组成的三层结构,由两个PN结组成，根据分层次序分为NPN型和PNP型两大类。,晶体管内部结构示意图,2 晶体管的三种连接方式,因为放大器一般为4端网络，而晶体管只有3个电极，所以组成放大电路时，有一个电极作为输入与输出信号的公共端。根据所选公共端电极的不同，有以下三种连接方式:共基极、共发射极和共集电极。,晶体管的三种连接方式,3 晶体管的电流放大作用,(1)晶体管实现放大的结构要求是：,发射区高掺杂，多数载流子自由电子的浓度远大于基区多数载流子空穴的浓度。,基区做的很薄，通常只有几微米到几十微米，而且是低掺杂。,集电极面积大，以保证尽可能收集到发射区发射的电子。,(2)晶体管实现放大的外部条件是：,外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态；集电结处于反向偏置状态。,(3)晶体管内部载流子的运动规律和电流放大,发射区向基区扩散电子,电子在基区扩散和复合,集电区收集从发射区扩散过来的电子,(4)电流分配,集电极电流：IC=ICn+ICBOICn=IB,发射极电流：IE=IEn+IEpIEn=ICn+IBn=IC+IB=(1+)IB,基极电流：IB=IBn-ICBOIBn,晶体管各极电流的关系,1.3.2 晶体管的特性曲线,当UCE不变时，输入回路中的电流与IB与电压UBE之间的关系曲线称为输入特性曲线，即,其中UCE0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线。当UCE 1V时，UCB=UCEUBE0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，使基区复合减少，IC/IB增大，特性曲线将向右稍微移动一些。但UCE再增加时，曲线右移很不明显。因为UCE1V时，集电结已把绝大多数电子收集过去，收集电子数量不再明显增大。工程实践上，就用UCE1V的输入特性曲线代替UCE 1V以后的输入特性曲线。,共发射极接法的输入特性曲线,1 输入特性曲线,2 输出特性曲线,当IB不变时，输出回路中的电流IC与电压UCE之间的关系曲线称为输出特性，即,共射极接法输出特性曲线,通常把输出特性曲线分为三个工作区：(1)截止区 IC接近零的区域（即IB0的区域），相当IB=0的曲线的下方。在截止区，集电结和发射结均处于反向偏置(2)放大区 IC平行于UCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏(3)饱和区 在靠近纵轴附近，各条输出曲线的上升部分属于饱和区，它是IC受UCE显著控制的区域，该区域内UCE 的数值较小，一般UCE0.7 V(硅管)。发射结和集电结都处于正向偏置状态。,1.3.3 晶体管的主要参数,晶体管的参数分为直流参数、交流参数和极限参数三大类。,1 直流参数,(1)直流电流放大系数,共发射极直流电流放大系数,共基极直流电流放大系数,(2)极间反向电流,集-基间反向饱和电流ICBO,集-射间反向饱和电流ICEO,ICEO和ICBO有如下关系：,2 交流参数,（1）交流电流放大系数,交流共基集-射电流放大系数,交流共射集-基电流放大系数,在放大区，值基本不变，可在共射接法输出特性曲线上，通过垂直于横轴的直线求取ICIB。,（2）特征频率fT,晶体管的值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，晶体管的将会下降。当下降到1时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。,3 极限参数,极限参数是指为了保证晶体管在放大电路中能正常地、安全地工作而不能逾越的参数。,（1）集电极最大允许损耗功率PCM,集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PCM=ICUCE，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。管子工作时，集电结功耗PCPCM，否则使集电结温升过高而烧坏。,（3）反向击穿电压,U(BR)CBO发射极开路时的集电结击穿电压。,U(BR)EBO集电极开路时发射结的击穿电压。,U(BR)CEO基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。,几个击穿电压在大小上有如下关系：,U(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERU(BR)CEO,由于晶体管的电流放大系数值与工作电流有关，工作电流太大，就下降，使晶体管的性能下降，也使放大的信号产生严重失真。一般定义当值下降为正常值的1/32/3时的IC值为ICM。,（2）集电极最大允许电流ICM,U(BR)CERBE间接有电阻时的击穿电压,U(BR)CESBE短路时的击穿电压,由最大集电极功率损耗PCM、ICM和击穿电压U(BR)CEO，在输出特性曲线上还可以确定过损耗区、过流区和击穿区。输出特性曲线上的过损耗区、过流区、击穿区和安全工作区见下图,输出特性曲线上的过损耗区、过流区、击穿区和安全工作区,1.3.4 晶体管的选用原则,（1）在同一型号的管子中，应选反向电流小的，这样的管子温度稳定性能较好。值不宜选得过高，否则管子性能不稳定。,（2）若要求管子的反向电流小，工作温度高，则应选硅管；而当要求导通电压较低时，则应选锗管。,（3）若要求工作频率高，必选用高频管或超高频管；若用于开关电路，则应选用开关管。,（4）必须使管子工作在安全区：注意PCM、ICM、U(BR)CEO值不要超过极限范围。,
