12半导体三极管图文精.docx
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12半导体三极管图文精
1.2半导体三极管
双极型半导体三极管是由两种载
流子参与导电的半导体器件,它由两
流子参与导电的半导体器件它由两
个PN结组合而成,是一种CCCS器件。
二是场效应半导体三极管（场效应管
场效应型半导体三极管仅由一种
载流子参与导电,是一种VCCS器件。
载流子参与导电是种器件
半导体三极管是具有电流放大功能的元件
频率:
高频管、低频管
功率:
小、中、大功率管
硅管锗管
材料:
硅管、锗管
类型:
NPN型、PNP型
1.2.1三极管的结构及工作原理
1.2.2三极管的基本特性
极管的基本特性
1.2.3三极管的主要参数及电路模型123三极管的主要参数及电路模型
三极管的结构及工作原理.2.1三极管的结构及工作原理双极型半导体三极管的结构示意图如图0201所示一侧称为发射区,电极称为02.01所示。
它有两种类型:
NPN型和PNP型。
侧称为发射区,电极称为发射极,用E或e表示（Emitter;另一侧称为集电区和集电极,用C或c表示（Collector。
e-b间的PN结称为发射结（Jec-b间的PN结称为集电结（Jc中间部分称为基区,连上电极称为基极,
用B或b表示（Base;
示,发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。
集电区:
面积大浓度低基区:
最薄,C集电极
大,浓度低最薄掺杂浓度最低
集电结NBP基极发射结
N发射区:
掺杂浓度最高
E发射极
从基区扩散来的集电结反偏C电子作为集电结的非平衡少子,集电结反偏,有平衡少子的ICNICNICBO
漂移进入集电结而被收集,形成漂移运动形成的反向电流ICBO。
BPEC
基区空穴向发射区的
扩散可忽略ICN。
N
RBIBN扩散可忽略。
进入P区的电IBE
EB
发射结正偏,发射区电子不断进入P区的电子少部分与基区的空穴复合,形IE
向基区扩散,形成发射极电流IE。
成电流IBN,多数扩散到集电结。
3、三极管的电流分配关系
IC
CI=NP
EC
ICN
CBO
IB=IBN-ICBO≈IBN
定义:
ICN与IBN之比称为共
BRBIBN
发射极直流电流放大倍数
I−EN
EB
IE
B
CCBOBCBOCBNCNIIIIIII≈
+==βCEO
BCBOB
C（1IIIII+=++=βββ集射极穿透电流↑CEO:
集-射极穿透电流,温度↑→ICEO↑
若IB=0,则IC≈ICEO
BCCEOIIIβ≈,有忽略（常用公式
C
CI如输入电压变化,则会NPEC
ICN
CBO导致在IB上叠加动态电流∆iB,当然集电极电流BRBIBN
在IC基础上叠加∆ic
定义:
共发射极共发射极交流交流电电EN
EB
IE
流放大倍数流放大倍数:
:
∆β
B
c
ii∆=
β的直流电流放大倍数来取代在此基础上叠加动
态信号时的交流电流放大倍数。
1三极管放大电路的发射极作为公共电极用表示
（1三极管放大电路的三种组态
共发射极接法,发射极作为公共电极,用CE表示;0203三极管的三种组态02.03三极管的三种组态
三极管的电流放大系数
对于集电极电流IC和发射极电流IE之间的关
E
=CN/IIαα称为共基极直流电流放大系数。
它表示最后达到集电极的电子电流ICN与总发射极电流IE的比值。
ICN与IE相比,因ICN中没有IBN,由此可得α所以的值小于1,但接近1。
由此可得:
ααIC=ICN+ICBO=IE+ICBO=（IC+IB+ICBO
α
α+=1CBOBCIIIα−−1
B
CBOCNBC/II（I/II+==β定义:
I称为共发射极接法直流电流放大系数。
于是
B
CBOBBC
1
11（IIIIαααβ−+−==B
B
1
1（IIαα−≈α
=−
1因≈1,>>1α,所以β
三极管的基本特性
三极管的基本特性三极管的基本特性由基本特性曲线刻画,即各电极电,即各电极电压与电流的关系曲线,是其内部载流子运动的外部表现反映了晶体管的性能是分析放大电路的依据,反映了晶体管的性能,是分析放大电路的依据。
为什么要研究特性曲线:
1直观地分析三极管的工作状态
输出特性曲线好的电路
——iC=f（uCE⏐iB=const
输入特性曲线
IC
1.输入特性曲线mAIB
+µA+
+输入回路输出回路VUCEUBE
RBEC
V––––+
发射极是输入回路输出回路的公共端
EB、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端
①死区
②非线性区
③线性区
可以用解释即CE=0V时,即集电极与发射极短路,即集电uCE对iB的影响,可以用三极管的内部反馈作用解释,即:
结和发射结的两个PN结并联。
类似于PN结的正向特性曲线。
（时0集电结已进入2当uCE≥1V时,uCB=uCE-uBE>0,集电结已进入反偏状态,可以将发射区注入基区的绝大多数非平衡少子收集到集电区,且基区复合减少,,且基区复合减少,IC不可能再明显增大,特性曲线将向右稍微移动一些。
输出特性曲线
当uCE=0V时,因集电极无收集作用,iC=0。
当稍增大时发射结虽处于正向电压之下但集电uCE稍增大时,发射结虽处于正向电压之下,但集电结反偏电压很小,如
u<1CE1V
uBE=0.7V
uCB=u-u=<0.7V
CEBE集电结收集基区非平衡少子的能力很弱,iC主要由uCE决定。
增加到使集电结反偏电压较大时如u
增加到使集电结反偏电压较大时,如CE
uCE≥1V
≥0.7V
u07
BE
运动到集电结的电子
基本上都可以被集电
再增
区收集,此后u
CE
电流没有明
加,电流也没有明显
的增加,特性曲线进
轴基本平行的
入与u
CE
区域（这与输入特性曲
增大而右移的共发射极接法输出特性曲线线随u
CE
三个区域:
饱和区——CCiC受uCE显著控制的区域,该区域内uCE的
数值较小,一般uCE<0.7V（硅管。
此时发射结正偏,集电结正偏或反偏电压很小。
的下方此时发射结反偏集电结反偏的下方。
此时,发射结反偏,集电结反偏。
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,电压大于
0.7V左右（硅管。
三极管的开关特性
.三极管的开关特性（1开关作用•截止状态
•=IB=0,IC0,UCE=VCCCCCESCCVUV⋅=−=CSR
RIVICCCCSBS
RI⋅==ββ•===0BIi>ICICS,VCEUCES0饱和状态
（2三极管的开关时间•延迟时间t+u的加入延时间d从B2的加至集电极电流上升到0.1ICS所需的时间
•上升时间tr集电极电流从0.1ICS上升到0.9ICS所需的时间
•存储时间ts从输入端电压降至-uB1到集电极电流降至0.1ICS所需的时间•下降时间tf集电极电流从0.9ICS下降到0.1ICS所需的时间
on=t+t来表示三极管从截止到饱和所需
dr的时间;t,ts,tf是指基区存储电荷消散所需的时间,常用关闭时间toff=ts+tf表示三极管从饱和到截止所需的时间;;
开通时间t
on与关闭时间toff也总称为三极管
的开关时间它限制三极管的开关运用速度,
它限制三极管的开关运用速度。
不同的管子开关时间各不相同,一般开关三极管的开关时间在几十到几百纳秒。
直流参数
交流参数
（1直流参数
直流参数
①直流电流放大系数
a共发射极直流电流放大系数
.共发射极直流电流放大系数tIIIII≈−=//constuBCBCEOCCE=（β
在共发射极输出特性
。
在共发射极输出特性曲线上,通过垂直于X轴的直线（uCE=const来求β
IC/IB,如图02.07所示。
IC较大时,会有所减小,这一关系见图02.08。
β图02.07在输出特性曲
线上决定β
β
α
IC-I/I≈I/I
α
CBOECE
αβ
显然与之间有如下关系:
IC/IE=IB/（1+IB=/（1+αββββ
ICBO的下标CB代表集电极和基极,O是Open的字头,代表第三个电极E开路。
它相当于集电结的反向饱和电流。
b.集电极发射极间的反向饱和电流I
βCEO
ICEO和ICBO有如下关系
1+
ICEO=（1+ICBO
相当基极开路时,集电极和发射极间的反向的Y坐标的数值。
如图02.09所示。
标的数值如图所示
①交流电流放大系数
交流电流放大系数
a.共发射极交流电流放大系数β
=∆IC/∆IB⏐u
=const
CE
在放大区β值基本不变,可在共射接法输出特性曲线上,通过垂
直于XX轴的直线求取
∆IC/∆IB。
或在图02.
上通过求某一点的
08上通过求某点的
斜率得到β。
具体方
02.10在输出特性曲线上求β
图0210
α=∆IC/∆IE⏐UCB=const
当ICBO和ICEO很小时,≈α、≈β,可以不加区分。
αββ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,三极管的,三极管的β将会下降。
当β下降到1时所对应的频率称为特征频率,用fT表示。
极限参数
①集电极最大允许电流ICM
0208下降当%时图02.08值与IC的关系
当β值下降到线性放大区β值的70~30%时,所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。
但当IC>ICM时,并不表示三极管会损坏。
因发射结正偏呈低阻所以功耗主要集
呈低阻,所以功耗主要集中在集电结上。
在计算时往往用UCE取代UCB。
管子的散热方式有关。
反向击穿电压
反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压,其测试时的原理电路如图所示的能力,其测试时的原理电路如图02.11所示。
图02.11三极管击穿电压的测试电路
U——（BRCBO发射极开路时的集电结击穿电压。
下标BR代表击穿之意,是Breakdown的字头,CB代表集电极和基极开路,O代表第三个电极E开路。
b.U（BREB——集电极开路时发射结的击穿电压。
EBOc.U（BRCEO——基极开路时集电极和发射极间的对于UBEU（BRCER表示间接有电阻,（BRCES表示BE间是短路的。
几个击穿电压在大小上有如下关系U（BRCBO>U（BRCES>U（BRCER>U（BRCEO>U（BREBO
CM
I和U在输出特性曲、CM（BRCEO
线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区见图0212
击穿区,见图02.12。
图输出特性曲线上的过损耗和击穿
02.12输出特性曲线上的过损耗区和击穿区
电路模型
2.电路模型。
rbb'---基区的体电阻,b'是假想的基区内的一个点。
rb'e---re归算到基极回路的电阻---发射结电阻re---发射结电容,也用Cπ这一符号Cb′e物理模型
---集电结电阻rb′c---集电结电容,也用Cµ这一符号
Cb′c
:
忽略b’rb’c、rce
26rrre
'b'bbbe+=据
mA（ImV1（rEbβ++=26Ee'b
mA（ImV1（rβ+=得e
'bbe'bbrrr−=ebUIIU'.
'.
==&&bbebmrg'β5.38（mSImAIE≈==β（26'mV
rgCebmmg是三极管的特征频率另TTff2e'bCπ=
用字母表示同一型号中的不同规格
用数字表示同种器件型号的序号
用字母表示器件的种类
用字母表示材料
三极管
硅PNP管、D硅NPN管
C管
第三位:
X低频小功率管、D低频大功率管、
高频小功率管、A高频大功率管、K开关管
G高频小功率管高频大功率管
号PCM
mW
ICM
mA
VRCBO
V
VRCEO
V
VREBO
V
ICBO
μA
fT
MHz
3AX31D1251252012≤6*≥83BX31C1251254024≤6*≥83CG101C01
CG101C10030450.11003DG123C5005040300.35
3DD101D5A5A2504205530050≤mA
3DK100B100302515≤0.13003DKG23250W30A4003258
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