2-2半导体三极管

iB uCE0 uC E1V
O
uBE
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2.输出特性曲线
输出特性曲线—— iC=f(uCE) iB=const
它是以iB为参变量的一族特性曲线。现以其中任何一条 加当以uC说E稍明增，大当时u，CE=发0射V时结，虽因处集于电正极向无电收压集之作下用，，但i集C=电0。 结反偏电压很小，如
显然 与 之间有如下关系: = IC/IE= IB/1+ IB= /1+
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②极间反向电流
a.集电极基极间反向饱和电流ICBO 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ICEO ICEO和ICBO有如下关系 ICEO=（1+ ）ICBO 相当基极开路时，集电极和发射极间的反向
以NPN型共发射极接法为例，介绍三极管的特 性曲线。
输入特性曲线—— iB=f(uBE) uCE=const 输出特性曲线—— iC=f(uCE) iB=const
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1. 输入特性曲线
输入特性曲线—— iB=f(uBE) uCE=const 简单地看，输入特性曲线类似于发射
结的伏安特性曲线。因为有集电结电压的 影响，它与一个单独的PN结的伏安特性 曲线不同。
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① uCE 00 uC E1V
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O
uBE
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②uCE≥1V
uCB= uCE - uBE>0，集电结已进入反偏状态，三 极管处于放大状态，集电极更易收集电子，且
基区复合更少， 移动一些。
IB减小。特性曲线将向右稍微
但uCE再增加时，曲线右移很不明显。
按使用频率分： 低频管、高频管
按功率分：
小功率管 < 500 mW 中功率管 0.5 1 W 大功率管 > 1 W
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2. 三极管的电流分配与控制
双极型半导体三极管在工作时一定要加上 适当的直流偏置电压。
若在放大工作状态：发射结加正向电压， 集电结加反向电压。
现以 NPN型三 极管的放大状态为 例，来说明三极管 内部的电流关系。 (动画2-1)
uCE< 1 V uBE=0.7 V uCB= uCE- uBE= <0.3 V 集电区收集电子的能力 很弱，iC主要由uCE决定。
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当uCE增加到使集电结反偏电压较大时，如 uCE ≥1 V uCB ≥0.3 V
运动到集电结的电子 基本上都可以被集电 区收集，此后uCE再增 加，电流也没有明显 的增加，特性曲线进 入比较平坦的区域， 略微上翘——基区宽 度调制效应。 （动画2-2）
• 饱和状态 IC＝ICS，VCE＝UCES＝0
负载线 IC： VCC R CUCE
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(2)三极管的开关时间
• 延迟时间td +uB2加入→0.1ICS
• 上升时间tr 0.1ICS→0.9ICS
• 存→储0.9时IC间S ts - uB1 加入
• 下降时间tf 0.9ICS→0.1ICS
IE =IC+IB
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3. 三极管的电流关系
(1)三种组态 双极型三极管有三个电极，其中一个可
以作为输入, 一个可以作为输出，这样必然 有一个电极是公共电极。三种接法也称三种 组态。
共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；
共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示;
共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。
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2.2.1三极管的结构及工作原理
1. 结构、符号和分类
双极型半导体三极管有两种类型:NPN型和PNP型。
collector
集电极 C
— 集电区
N 集电结
基极 B P — 基区
base
N
发射结 — 发射区
C P
BN P
发射极 E emitter
C
E C
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B
NPN 型 E
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IC=ICN+ICBO= IE+ICBO= (IC+IB)+ICBO
IC1 I B1 IC BO
令 1
称为共发射极接法直流电流放大系数 IC = IB+(1+ ) ICBO
IC IB 因 ≈1, 所以 >>1
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ICIB1 ICBO
开通时间ton= td+tr ； 关闭时间toff= ts+tf。 开通时间ton与关闭时间toff也总称为 三极管的开关时间。
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2.2.3 三极管的主要参数及电路模型
1.主要参数
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半导体三极管的参数分为三大类: 直流参数 交流参数 极限参数
(1)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
饱和电流，即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应 的Y坐标的数值。
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ICEO在输出特性曲线上的位置
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(2)交流参数
①交流电流放大系数
a.共发射极交流电流放大系数 =IC/IBuCE=const
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X 轴的直线求取 IC/IB。
B
PNP 型 E
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从外表上看两个N区,(或两个P区)是 对称的，实际上发射区的掺杂浓度大， 集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。 基区要制造得很薄，其厚度一般在几个 微米至几十个微米。
C
N
B
P
N
C P
BN P
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E
NPN 型
E
PNP 型
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分类：
按材料分：
硅管、锗管
按结构分：
NPN、 PNP
穿透电流 ICEO 1 ICBO
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由以上分析可知，发射区掺杂浓度高， 基区很薄，是保证三极管能够实现电流 放大的关键。若两个PN结对接，相当基 区很厚，所以没有电流放大作用，基区 从厚变薄，两个PN结演变为三极管，这 是量变引起质变的又一个实例。
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2.2.2 三极管的基本特性
此时，发射结正偏，集电 结反偏，uCE电压大于 0.7 V左右(硅管) 。
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3.三极管的开关特性
(1)开关作用
• 截止状态 IB＝0，IC＝0，UCE＝VCC
• 饱和状态
集电极饱和电流 ICSVCCR C UCESVRCCC
基极临界饱和电流
IBS
ICS
VCC
RC
iB IBS
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双极型三极管内载流子的运动 8
可得如下电流关系式:
IE= IEN+ IEP 且有IEN>>IEP IEN=ICN+ IBN 且有IEN>> IBN ，ICN>>IBN
IC=ICN+ ICBO
IB=IEP+ IBN－ICBO
IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEP－ICBO)
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输出特性曲线可以分为三个区域:
饱和区——iC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE的
数值较小。三极管的饱和压降UCES。 此时发射结正偏，集电结正偏或零偏。
截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线
的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。
放大区——满足 IC IB
的关系，曲线基本等距。
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(3)极限参数
①集电极最大允许电流ICM
当集电极电流增加时， 就 要下降，当值下降到线性放大区值的2/3
时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电
流ICM。至于值下降多少，不同型号的三极管，
不同的厂家的规定有 所差别。可见，当 IC＞ICM时，并不表 示三极管会损坏。
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双极型三极管
物理模型
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⑵混合π型微变等效电路－物理模型
简化：
忽略rb’c 、 rce
2020/5/1 忽略Cb’c 、 Cb’e
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⑶参数计算
(ICICE )/IO BIC/IBuC E const
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在放大区基本不变。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 取IC / IB 。从IC较小到IC较大， 会有所减小。
在输出特性曲线上决定
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值与IC的关系
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b.共基极直流电流放大系数 =（IC－ICBO）/IE≈IC/IE
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由PCM、 ICM和U(BR)CEO在输出特性 曲线上可以确定过损耗区、过电流区
和击穿区。
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输出特性曲线上的过损耗区和击穿区
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2.电路模型
⑴三极管的物理结构如图所示
rbb' ---基区的体电阻，b'是假想 的基区内的一个点。
re --- 发射结电阻 rb'e--- re归算到基极回路的电阻 Cbe ---发射结电容，也用C这一符号 rbc---集电结电阻 Cbc ---集电结电容，也用C这一符号