半导体三极管和场效应管

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第二章 半导体三极管

第二章 半 导 体 三极管2.1 双极型半导体三极管 2.2单极型半导体三极管 2.3 半导体三极管电路的基本分析方法 2.4 半导体三极管的测试与应用

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第二章 半导体三极管

2.1 双极型半导体三极管

3A X8 1

3A X1

3D

G4

3AD10

(a)

(b)

(c)

(d)

图 2 - 1 几种半导体三极管的外形

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第二章 半导体三极管

2.1.1 晶体三极管的工作原理一、结构及符号

图 2 – 2 晶体三极管的结构示意图和符号

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第二章 半导体三极管

无论是NPN型或是PNP型的三极管,它们均包含三个 区: 发射区、基区和集电区, 并相应地引出三个电极： 发射极(e)、基极(b)和集电极(c)。同时,在三个区的两两 交界处, 形成两个PN结, 分别称为发射结和集电结。常 用的半导体材料有硅和锗, 因此共有四种三极管类型。 它 们 对 应 的 型号 分 别 为 ：3A( 锗PNP) 、 3B( 锗 NPN) 、 3C(硅PNP)、3D(硅NPN)四种系列。

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第二章 半导体三极管

二、 三极管的三种连接方式e IC e IE b IB IC c IE

IE e IB b

IC c

c b IB

(a) 共基极

(b) 共发射极

(c) 共集电极

图2 - 3

三极管的三种连接方式

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三、 三极管的放大作用 1. 载流子的传输过程 (1) 发射。 (2) 扩散和复合。 (3) 收集。IB Rb UBB b

c

IC

N Rc P

N e IE

UCC

图 2 – 4 三极管中载流子的传输过程

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2. 电流分配c ICn ICBO b

IC

N Rc P

IB Rb UBB IBn e IE N UCC

图 2 - 5 三极管电流分配

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第二章 半导体三极管

集电极电流 I C 由两部分组成： I Cn 和 I CBO , 前者是由发射区发射的电子被集电极收集后形成的, 后者是由集电区和基区的少数载流子漂移运动形成的, 称为反向饱和电流。 于是有 IC=ICn+ICBO (2 - 1)

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第二章 半导体三极管

发射极电流 I E 也由两部分组成： I En 和 I Ep 。

IEn为发射区发射的电子所形成的电流, IEp 是由基区向发射区扩散的空穴所形成的电流。因为发射区是重 掺杂, 所以IEp忽略不计, 即IE≈IEn。IEn又分成 两部分, 主要部分是ICn, 极少部分是IBn。IBn是电 子在基区与空穴复合时所形成的电流, 基区空穴是由电 源UBB提供的,故它是基极电流的一部分。

I E ≈ I En = I Cn + I Bn基极电流IB是IBn与ICBO之差：

(2-2)

I B = I Bn I CBO

(2-3)

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发射区注入的电子绝大多数能够到达集电极, 形成 集电极电流, 即要求ICn>>IBn。 通常用共基极直流电流放大系数衡量上述关系, 用α 来表示, 其定义为

I Cn I Cn α= = I En I E得

(2-4)

一般三极管的α值为0.97~0.99。将(2-4)式代入(2-1)式, 可

I C = I Cn + I CBO = α I E + I CBO (2-5)

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第二章

半导体三极管

通常IC>>ICBO, 可将ICBO忽略, 由上式可得出

IC α≈ IE

(2-6)

三极管的三个极的电流满足节点电流定律, 即

I E = IC + I B将此式代入(2 - 5)式得

(2-7)

I C = α ( I C + I B ) + I CBO

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经过整理后得

IC =

α1α

IB +α

1 1α

I CBO(2-8)

令

β=

1α

β称为共发射极直流电流放大系数。当IC>>ICBO时, β又可写成

IC β= IB

(2-9)

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则

I C = β I B + (1 + β ) I CBO = β I B + I CEO其中ICEO称为穿透电流, 即

I CEO = (1 + β ) I CBO一般三极管的β约为几十~几百。β太小, 管子的放大能 力就差, 而β过大则管子不够稳定。

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表2 - 1 三极管电流关系的一组典型数据 0.001

IB/mA

0

0.01 0.56 0.57

0.02 1.14 1.16

0.03 1.74 1.77

0.04 2.33 2.37

0.05 2.91 2.96

IC/mA 0.001 0.01 IE/mA0 0.01

I B < IC < I E , IC ≈ I E

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I C β= I B基极交流电流放大系数, 即

U CE =常数

相应地, 将集电极电流与发射极电流的变化量之比, 定义为共

I C α= I E故

U CB =常数

I C I C I C / I E α β= = = = I B I E I C 1 I C / I E 1 α

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显然β与β, α与α其意义是不同的, 但是在多数情况 下β≈β, α≈α。 例如, 从表2 - 1 知, 在IB=003mA附近, 设IB由002mA变为004mA, 可求得

I C 2.33 1.14 β= = = 59.5 I B 0.04 0.02

I C 1.74 β= = = 58 I B 0.03 2.33 1.14 α= = 0.983 2.37 1.16 1.74 = 0.983 α≈ 1.77

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2.1.2

三极管的特性曲线Rc IC + mA - UCC V UCE - -

Rb

IB A + + uBE V

UBB

图 2 – 6 三极管共发射极特性曲线测试电路

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1.输入特性 当UCE不变时, 输 入回路中的电流IB与 电压UBE之间的关系曲 线称为输入特性, 即

IB / mA UCE =0 V UCE =2 V

I B = f (U BE ) UCE =常数

0

0.2

0.4

0.6

UBE / V

图 2 - 7 三极管的输入特性

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2.输出特性 输出特性 当 I B 不变时, 输出 回路中的电流 I C 与电压4

IC / mA IB=80 A 放 饱 和 区 3 大 2 区 1 60 A 40 A 20 A 0 A 0 5 10 截止区 15 UCE / V

U C E 之间的关系曲线称为输出特性, 即

I C = f (U CE ) I B =常数

图 2 - 8 三极管的输出特性

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(1) 截止区。 截止区。 一般将IB≤0的区域称为截止区, 在图中为IB=0的一 条曲线的以下部分。此时IC也近似为零。由于各极电流都 基本上等于零, 因而此时三极管没有放大作用。 其实IB=0时, IC并不等于零, 而是等于穿透电流ICEO。 一般硅三极管的穿透电流小于1A, 在特性曲线上无法 表示出来。锗三极管的穿透电流约几十至几百微安。 当发射结反向偏置时, 发射区不再向基

区注入电子, 则三 极管处于截止状态。所以, 在截止区, 三极管的两个结均处 于反向偏置状态。对NPN三极管, UBE<0, UBC<0。

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(2) 放大区。 放大区。 此时发射结正向运用, 集电结反向运用。 在曲线上是 比较平坦的部分, 表示当IB一定时, IC的值基本上不随

UCE而变化。在这个区域内,当基极电流发生微小的变化量 IB时, 相应的集电极电流将产生较大的变化量IC, 此时二者的关系为 IC=βIB 该式体现了三极管的电流放大作用。 对于NPN三极管, 工作在放大区时UBE≥0.7V, 而

UBC<0。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jc81.html