第二章晶体管-PPT课件
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第二章 双极型晶体管及其放大电路
0 U BE(on)
uBE
0 UCE(sat)
uCE b c iB e UCE(sat)
输入特性近似
输出特性近似
b
c
b
c iB e
放大状态模型
UBE(on) e
截止状态模型
βi B
UBE(on)
饱和状态模型
a.截止： UBE<UBE(ON) , iB≈0 , iC≈0 b.放大：UBE>UBE(ON) c.饱合：.UBE>UBE(ON)
∆i ∆iC =0 uCE一定 ∆ib
5
10
15
截止区
饱和压降: uces (or uce(sat))=0.3V 饱和: Saturation 4.击穿区：
三、温度对晶体管特性曲线的影响 温度对晶体管特性曲线的影响 uBE -(2~2.5)mv/℃ 2(T2-T1)/10 T iC 曲线上移 间隔加大(输出) 曲线左移 (输入)
双极型晶体管是由三层杂质半导体构成的器件。它有三个电极， 双极型晶体管是由三层杂质半导体构成的器件。它有三个电极， 又称半导体三极管、晶体三极管等，以后我们统称为晶体管。 又称半导体三极管、晶体三极管等，以后我们统称为晶体管。
小功率管
大功率管
大功率达林顿晶体管
2907A PNP 双极性晶体管
100 GHz 铟磷 钐铟砷异质 铟磷/钐铟砷异质 结双极性晶体管的电子扫 描显微图片
条件：三极管特点（e区重掺杂；b区薄；c区面积大）＋e结正偏＋c结反偏 利用两个特殊结构的PN结，将e结扩散电流“转化”为c 结漂移电流，使c 极出现受be结电压控制的较大电流。 对比：与变压器（杠杆、放大镜）的区别 IC ≈
β ΙΒ
电流控制型器件
uBE
0 UCE(sat)
uCE b c iB e UCE(sat)
输入特性近似
输出特性近似
b
c
b
c iB e
放大状态模型
UBE(on) e
截止状态模型
βi B
UBE(on)
饱和状态模型
a.截止： UBE<UBE(ON) , iB≈0 , iC≈0 b.放大：UBE>UBE(ON) c.饱合：.UBE>UBE(ON)
∆i ∆iC =0 uCE一定 ∆ib
5
10
15
截止区
饱和压降: uces (or uce(sat))=0.3V 饱和: Saturation 4.击穿区：
三、温度对晶体管特性曲线的影响 温度对晶体管特性曲线的影响 uBE -(2~2.5)mv/℃ 2(T2-T1)/10 T iC 曲线上移 间隔加大(输出) 曲线左移 (输入)
双极型晶体管是由三层杂质半导体构成的器件。它有三个电极， 双极型晶体管是由三层杂质半导体构成的器件。它有三个电极， 又称半导体三极管、晶体三极管等，以后我们统称为晶体管。 又称半导体三极管、晶体三极管等，以后我们统称为晶体管。
小功率管
大功率管
大功率达林顿晶体管
2907A PNP 双极性晶体管
100 GHz 铟磷 钐铟砷异质 铟磷/钐铟砷异质 结双极性晶体管的电子扫 描显微图片
条件：三极管特点（e区重掺杂；b区薄；c区面积大）＋e结正偏＋c结反偏 利用两个特殊结构的PN结，将e结扩散电流“转化”为c 结漂移电流，使c 极出现受be结电压控制的较大电流。 对比：与变压器（杠杆、放大镜）的区别 IC ≈
β ΙΒ
电流控制型器件
第二章晶体管
IC
IE
IC ICBO
二、极间反向电流
1、集电极—基极反向 电流： ICBO
发射极开路时的集电结反向漂移电流，
一般很小。
即输出特性曲
2、线对集应I基B=的电0极那Y极开坐条—标路曲发的时线射数所的极集电电流极：电IuCAbBI流OCEb。cO
I
C
c
值集。电IC极IECO发E=O射（也极称1+间为β穿）ICBO -
3、反向击穿电压
• V(BR）CBO：
发射极开路时的集电极基极间的反向击穿电压。一 般比较高，从几十伏到几千伏不等。
• V （BR） CEO：
基极开路时的集电极发射极间的击穿电压。 比V(BR）CBO低。
• V （BR）EBO：
• 集电极开路时的发射极基极间的反向击穿 电压。该电压一般比较低，约5—10V左右。
解：be结加正偏，管子导通，故其工作在放大或饱和。
IBVccR B VBE5 50 0.786uA
IBSVccR V C CES1 50 00 .3 147uA
IB IBS 管子工作在饱和状态;
VCE= 0.3v
或 IBV ccR B V B E5 50 0.786uA
进入P区的 电子少部分
发射结正
N
偏，发射
与基区的空
区电子不
穴复合，形
P
断向基区
成电流IBN ，多数扩散 到集电结。
扩散，形
成发射极
N
电流IEN。
特性曲 线
放大系数
电流 分配
载流子的传输过程
三、电流分配
I E I E N I E P I C N I B N I E P ICICNICBO IBIB NIE PIC B O 则I有 EIBIC
晶体管简介ppt课件
接上页
由此可见,PN结的正向电阻很小,反向电 阻很大,这就是它的单向导电性.从这里可 以看出,PN结具有单向导电性的关键是它 的阻挡层的存在及其随外加电压而变化.
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
接上页
2:外加反向电压
外加电压正端接N区,负端接P区.在这种外 电场作用下,P区的空穴和N区的电子都将 进一步离开PN结,使阻挡层厚度加宽.
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
接上页
雪崩击穿和齐纳击穿（电击穿）过程是 可逆的，当加在稳压管两端的反向电压 降低后，管子仍可以恢复。但不能出现 热击穿。
热击穿：反向电流和反向电压的乘积不 超过PN结容许的耗散功率，超过了就会 因为热量散不出去而使PN结温度上升， 直到过热而烧毁。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
面接触型
面接触型二极管的 PN结用合金法或扩 散法做成的
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
第二章-晶体管
（1）共基直流放大系数 IC
IE
（2）共基交流放大系数
IC
I E
由于ICBO、ICEO 很小，因此 在以后的计算中，不必区分。
二、极间反向电流
1 ICBO
发射极开路时，集电极—基极间的反向电流，称为集 电极反向饱和电流。
2 ICEO
基极开路时，集电极—发射极间的反向电流，称为集 电极穿透电流。
T
( 0.5 ~ 1) / C
2.3.2 晶体管的主要参数 一、电流放大系数
1.共射电流放大系数
（1） 共射直流放大系数 反映静态时集电极电流与基极电流之比。
（2） 共射交流放大系数 反映动态时的电流放大特性。
由于ICBO、ICEO 很小，因此 在以后的计算中，不必区分。
2. 共基电流放大系数
a. 受控特性：iC 受iB的控制
uCE＝uBE 4
放
IB＝40μ A
iC iB
饱 和3
30μ A
区
大 20μ A
iC iB
2
区
10μ A
1
b. 恒流特性:当 iB 恒定时，
0
uCE 变化对 iC 的影响很小
0μ A iB＝－ICBO
5
10
15
uCE/V
截止区
即iC主要由iB决定，与输出环路的外电路无关。
iC主要由uCE决定 uCE ↑→ iC ↑
iC /mA
=80μA =60μA =40μA
=20μA
25℃
uCE /V
（3）当uCE增加到使集电结反偏电压较大时，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，电流也没有明显得增加，特 性曲线几乎平行于与uCE轴
微电子概论第二章微电子概论 第三节 双极型晶体管
1
1
iCBO ic
说明 > ，由于接近1，所以达
1
几十乃至上百。主要是由于输入端
由微弱的复合电流控制，而输出端
有大的漂移电流增强
➢穿透电流、注入效率与输运系数 (1) 穿透电流
iB
iCBO iCn
令 IC EO (1 ) IC B O
则 iC iB ICEO
当 iB=0 时， iC=ICEO
(2)注入效率
Rb
iB
iE
VBB
iE
称ICEO为穿透电流
发射区向基区注入电流的效率： = iEn/ie
(3)输运系数
基区向集电区电子输运的效率： = iCn/iEn 显然， = iCn/ie ≈
iC Rc
VCC
➢电压放大原理
N
共基极电压放大倍数GV及功率放大倍数GP
GV
iC RC iere
RC re
作业2
1. 已知：一只NPN型双极型晶体管共发射极 连接，测得其电压放大倍数为15，功率放 大倍数为930，基极电流Ib = 50 A，求解 以下问题：（1）画出电路图，并标出发射 极电流Ie、集电极电流Ic和基极电流Ib方向；
（2）求电流放大倍数；（3）求发射极电
流Ie、集电极电流Ic。
2. 能否将BJT的e、c两个电极交换使用，为什 么？
iB′ ic iE iB
共发射极 大
大 大
共基极 大
大
iCn iCBO
iB iE
iE
iC Rc VCC
iC Rc
VCC iB VBB
➢电流增益关系
iE iC iB iE iB iCn iC iCn ICBO iB iB ICBO
电力电子技术课件 第2章24.ppt
GTR可通过基极控制其开通、关断，是典型的自关断器 件。
2.4 电力双极型晶体管
2.4.1 电力晶体管的结构和工作原理
与一般双极型晶体管相似的结构、工作原理和特性。 采用集成工艺将许多这种单元并联。 主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。
2.4 电力双极型晶体管
2.4.1 电力晶体管的结构和工作原理
ic=ib
应用中，GTR一般采用共发射极接法； 空穴流
集电极电流ic与基极电流ib的比值为：
ic
ib
(2-14)
ib Eb
电 子
Ec
流
ie=(1+ )ib c)
β——称为GTR电流放大系数，它反映出基极电流对集电 极电流的控制能力。
Hale Waihona Puke 单管电流放大系数为10左右。
当考虑到集电极和发射极间的漏电流Iceo时，ic和ib的关系为
2.4 电力双极型晶体管
2.4.2 GTR类型
（3） GTR模块 它是将GTR管芯根据不同的用途将几个单元电路集成
在同一硅片上。
提高了器件的集成度、工 作的可靠性、性价比，同时 也实现了小型轻量化。
2.4 电力双极型晶体管
2.4.2 GTR类型
（3） GTR模块 它是将GTR管芯根据不同的用途将几个单元电路集成
2.4 电力双极型晶体管
电力晶体管（Giant Transistor——GTR，直译为巨型晶 体管） 。
耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor——BJT），英文称为Power BJT.
它与晶闸管不同，具有线性放大特性，但在电力电子应 用中却工作在开关状态，从而减小功耗。
驱动电路简单，需要的驱动功率小。 开关速度快，工作频率高。 热稳定性优于GTR。 电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW 的电力电子装置 。
2.4 电力双极型晶体管
2.4.1 电力晶体管的结构和工作原理
与一般双极型晶体管相似的结构、工作原理和特性。 采用集成工艺将许多这种单元并联。 主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。
2.4 电力双极型晶体管
2.4.1 电力晶体管的结构和工作原理
ic=ib
应用中，GTR一般采用共发射极接法； 空穴流
集电极电流ic与基极电流ib的比值为：
ic
ib
(2-14)
ib Eb
电 子
Ec
流
ie=(1+ )ib c)
β——称为GTR电流放大系数，它反映出基极电流对集电 极电流的控制能力。
Hale Waihona Puke 单管电流放大系数为10左右。
当考虑到集电极和发射极间的漏电流Iceo时，ic和ib的关系为
2.4 电力双极型晶体管
2.4.2 GTR类型
（3） GTR模块 它是将GTR管芯根据不同的用途将几个单元电路集成
在同一硅片上。
提高了器件的集成度、工 作的可靠性、性价比，同时 也实现了小型轻量化。
2.4 电力双极型晶体管
2.4.2 GTR类型
（3） GTR模块 它是将GTR管芯根据不同的用途将几个单元电路集成
2.4 电力双极型晶体管
电力晶体管（Giant Transistor——GTR，直译为巨型晶 体管） 。
耐高电压、大电流的双极结型晶体管（Bipolar Junction Transistor——BJT），英文称为Power BJT.
它与晶闸管不同，具有线性放大特性，但在电力电子应 用中却工作在开关状态，从而减小功耗。
驱动电路简单，需要的驱动功率小。 开关速度快，工作频率高。 热稳定性优于GTR。 电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW 的电力电子装置 。
双极型晶体管和基本放大电路课件
当UCE 增大时，由于电 场的作用，曲线右移，当 UCE 增大到一定值后，再 增加UCE ，曲线右移将不 明显。
IB /A
0V
0
0.5V UCE ≥ 1V
UBE/V
双极型晶体管和基本放大电路课件
19
2. 共射接法晶体管的输出特性
IC = f (UCE ) IB = 常数
对于每个确定的IB均 有一条对应曲线，因此
温度升高时，输入
特性曲线将左移，在
室温附近，温度每升
高1℃，|UBE|减小
2~2.5mV。
I / mA 75℃ 20℃
0
UBE / V
双极型晶体管和基本放大电路课件
25
(2)温度对输出特性曲线的影响
温度升高输出特性上移（温度升高时， 增加,iC的变化量增大）。
１）温度对ICEO 和ICBO的影
响：
输出特性是一族曲线。
IC /mA
对于一条固定的曲线，
随着UCE的增加 ，IC逐渐
增加，当UCE增大到一定
的程度， IC 几乎不变，
IC仅仅决定于IB。
0
双极型晶体管和基本放大电路课件
IB =60µA
IB增加
IB =40µA IB 减小
IB = 20µA
IB= 0 µA
UCE/V 20
晶体管的三个工作区－截止区
IC = IB
(IC仅仅由IB决定)
饱和区
UBE Uon 且UCE UBE
（发射结和集电结均正向 偏置）
IC IB
(IC随uCE的增大而增大)
临界饱和 （临界放大）
UCE = UBE即UCB = 0
ICS = IBS
双极型晶体管和基本放大电路课件
IB /A
0V
0
0.5V UCE ≥ 1V
UBE/V
双极型晶体管和基本放大电路课件
19
2. 共射接法晶体管的输出特性
IC = f (UCE ) IB = 常数
对于每个确定的IB均 有一条对应曲线，因此
温度升高时，输入
特性曲线将左移，在
室温附近，温度每升
高1℃，|UBE|减小
2~2.5mV。
I / mA 75℃ 20℃
0
UBE / V
双极型晶体管和基本放大电路课件
25
(2)温度对输出特性曲线的影响
温度升高输出特性上移（温度升高时， 增加,iC的变化量增大）。
１）温度对ICEO 和ICBO的影
响：
输出特性是一族曲线。
IC /mA
对于一条固定的曲线，
随着UCE的增加 ，IC逐渐
增加，当UCE增大到一定
的程度， IC 几乎不变，
IC仅仅决定于IB。
0
双极型晶体管和基本放大电路课件
IB =60µA
IB增加
IB =40µA IB 减小
IB = 20µA
IB= 0 µA
UCE/V 20
晶体管的三个工作区－截止区
IC = IB
(IC仅仅由IB决定)
饱和区
UBE Uon 且UCE UBE
（发射结和集电结均正向 偏置）
IC IB
(IC随uCE的增大而增大)
临界饱和 （临界放大）
UCE = UBE即UCB = 0
ICS = IBS
双极型晶体管和基本放大电路课件
晶体管解析PPT精品课件
是多数载流子，空穴是少数载流子，将这种半导体为
N 型半导体。
2021/3/1
12
P型半导体
空穴 价电子填补空位
Si
Si
Si
SSii
Si
Si
2021/3/1
在硅或锗的晶体中掺 入三价元素硼，在组成共 价键时将因缺少一个电子 而产生一个空位，相邻硅 原子的价电子很容易填补 这个空位，而在该原子中 便产生一个空穴，使空穴 的数量大大增加，成为多 数载流子，电子是少数载 流子，将这种半导体称为 P 型半导体。
用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上，形成 P 型半
导体区域和 N 型半导体区域，在这两个区域的交界处就形成
了一个特殊的薄层，称为 PN 结。
P区
PN 结
N区
2021/3/1
内电场方向 N区的电子向P区扩散并与空穴复合 18
PN结与二极管的单向导电性
用一定的工艺方法把P型和N型半导体紧密 地结合在一起，就会在其交界面处形成空间电 荷区叫PN结。
2021/3/1
22
全密封金属结构
塑料封装
2021/3/1
23
半波整流电路
2021/3/1
24
全波整流电路
2021/3/1
25
2021/3/1
26
桥式整流电路
2021/3/1
27
2021/3/1
28
2021/3/1
29
晶体三极管
2021/3/1
30
晶体三极管
在同一块半导体 中，通过不同的掺杂 方法制出两个PN结 （右图），就构成了 晶体三极管，或者叫 三极管。
13
二极管
2021/3/1
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在 近 似 分 析 中 ， 可 认 为
iC ~共射交流电流放大系数 iB
2.1.2 晶体管的静态特性曲线
一、共射输入特性曲线 iC + vBE b iB
c
+ vCE
iE
e
-
iB f (vBE)|vCE=常数
输入电流和电压的关系曲线
内部结构
实验线路
IB mA
IC
A
RB V V BE V V CE
由式（2.1.9）知
2、共射电流放大系数
I I I ( I I ) I C E C B O C B C B O
载流子
1 I I I C B C B O 1 1
穿透电流
I ( 1 ) I I I B C B O B C E O
iB
100 80 60 40 20 0
100o
(μA)
10o
0o
iB不变，uBE 将减小。 uBE不变，iB将增大。
0.4
0.7
(v) vBE
不同温度下的输入特性曲线
iC （mA）
}30μ A }20μ A }10μ A } 0μ A
不同温度下的输出特性曲线
— 25度； 45度 iB相同
T(C) ICEO
外部：发射结加正向电压；集电结加反向
电压。
返回
二、内部载流子的运动 以上看出，三极管内有两种载流子
1）发射区向基区注入电流 EN。 (自由电子和空穴)I参与导电，故称为双 2）基区部分电子空穴复合，形成复合电流 IBN。 极型三极管。或BJT (Bipolar Junction 3）大量基区的非平衡少子—电子被集电区收集，形成电流 ICN。
1、共基电流放大系数
为电流放大系数，
它只与管子的结构尺寸和 I I C N C N ~ 共 基 直 流 电 流 放 大 系 数 掺杂浓度有关，与外加电 I E N I E 压无关。一般 = 0.90.99
I I I C C B O C（ 2 . 1 . 9 ） I I E E
B
此区域满 足IC=IB 3 称为线性 区（放大 2 区）。 1
4
当vCE大于一 定的数值时， iC只与iB有关， 100A IC=IB。
80A
60A
40A 20A iB=0 12 vCE(V)
3
特点
6
9
输出特性
试验电路
iC(mA )
4 3
2
1 3
例3
此区域中 vCEvBE,集 100A 电结正偏， IB>IC， vCE 80A 较小,称为 饱和区。 60A 40A 20A iB=0 12 vCE(V)
I I I C C N C B O
I I I I B B N E P C B O
则有 I I I E B C
载流子
四、晶体管的电流传输关系
共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示。 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。
共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。
进入P区的 电子少部分 与基区的空 穴复合，形 成电流IBN ，多数扩散 到集电结。
特性曲 线
Transistor)。
N P N
发射结正 偏，发射 区电子不 断向基区 扩散，形 成发射极 电流IEN。
电流 分配
放大系数
载流子的传输过程
三、电流分配
I I I I I E E N E PI C N B N E P
RC VC
VB
输出特性
vCE =0.5V
vCE=0V
iB(A)
80
60 40 死区电 20 压，硅管 UBE0.6~0.7V,锗管 UBE0.2~0.3V。
0.4
0.8
vBE(V)
输入特性
二、共射输出特性曲线
i (mA ) iC f (v )| C i = 常数 C E
I C IC I CEO IB I C I I C CBO IE
第二章 双极型晶体管及其放大电路
2.1 双极型晶体管
双极型三极管BJT结构
e P
N
c
集电极
b c
ebc
b
基极
集电区N
集电 结
基区P
发射区N
发射结
N Nc b P N e NPN电路符号 Pc
b N P e PNP电路符号
e
发射极
2.1.1 工作原理
一、工作条件
内部：发射区杂质浓度高；基区很薄且杂
质浓度很低；集电区面积大。
特点
6
9
iC(mA )
4
3 2 1 3 6 9
此区域中 : 100A IB=0, IC=ICEO, 80A UBE< 死区 60A 电压，称为 截止区。 40A
20A iB=0 12 vCE(V)
特点
输出特性三个工作区域的特点:
（1）放大区：发射结正偏，集电结反偏。
iC i B , 且 IC = IB 即：
_ _ _
iC 1 .5 i 3 7 .5 0 .0 4 B
i 2 . 3 1 . 5 C 4 0 i 0 . 0 6 0 . 0 4 B
在以后的计算中，一般作近似处理： =
2、共基极
直流电流放大倍数 交流电流放大系数
IC ICBO IC IE IE
(2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。 即：VCEVBE ， IB>IC，VCE0.3V (3) 截止区： VBE< 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0
输出特性
V V V A C E Q A r c e IC IC Q Q
2.1.3 温度对晶体管特性曲线的影响
T (C )
IC ICBO ~ 共射直流电流放大 IB ICBO 1
一般情况下 I I 1 CBO B,
IC IB
I ( 1 ) I E B
是另一个电流放大系数，同样，它也只 与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加 电压无关。一般 >> 1
VCE
2.1.4 三极管的主要参数 一、电流放大系数
1、共发射极
直流电流放大倍数
IC ICEO IC IB IB v
常 CE
数
交流电流放大系数
IC IB
vCE=常数
例：VCE=6V时：iB = 40 A, iC =1.5 mA； iB = 60 A, iC =2.3 mA。