半导体三极管及其应用

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1、第三章半导体三极管及其应用半导体三极管放大电路的图解分析法放大电路的小信号模型分析法放大电路工作点稳定共集电极和共基极电路放大电路的频率响应华南师范大学§3.1双极型三极管半导体三极管的结构三极管内部的电流分配与控制三极管各电极的电流关系三极管的共射极特性曲线半导体三极管的参数三极管的型号三极管应用3.1.1半导体三极管的结构双极型半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。e-b间的PN结称为发射结(Je)c-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）；一侧称为发射区，电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）；另一

2、侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。双极型三极管的符号中，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。半导体三极管的结构从外表上看两个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。3.1.2三极管内部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，如图所示。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。NPNRCRbVCCVBB+_IBICIEVo电流分配与控制在发射结正偏，集电结反偏条件下

3、，三极管中载流子的运动：(1)发射区向基区注入电子：在VBB作用下，发射区向基区注入电子形成IEN，基区空穴向发射区扩散形成IEP。IEN>>IEP方向相同VBBVCC电流分配与控制(2)电子在基区复合和扩散由发射区注入基区的电子继续向集电结扩散，扩散过程中少部分电子与基区空穴复合形成电流IBN。由于基区薄且浓度低，所以IBN较小。(3)集电结收集电子由于集电结反偏，所以基区中扩散到集电结边缘的电子在电场作用下漂移过集电结，到达集电区，形成电流ICN。VBBVCC电流分配与控制(4)集电极的反向电流集电结收集到的电子包括两部分：发射区扩散到基区的电子——ICN基区的少数载流子——ICBOVBB

4、VCC电流分配与控制（动画2-1）电流分配与控制IE=IEN+IEP且有IEN>>IEPIEN=ICN+IBN且有IEN>>IBN，ICN>>IBNIC=ICN+ICBOIB=IEP+IBN－ICBOIE=IC+IBVBBVCC3.1.3三极管各电极的电流关系(1)三种组态双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见下图共集电极接法，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。共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；(2)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之间的关系

5、可以用系数来说明，定义: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IEP和IBN，所以的值小于1,但接近1，一般为0.98~0.999。由此可得:IC=ICN+ICBO=IE+ICBO=IC+IB+ICBO电流放大系数在忽略ICBO情况下，IC、IE和IB之间的关系可近似表示为：式中：称为共发射极接法直流电流放大倍数。3.1.4三极管的共射极特性曲线输入特性曲线——iB=f(vBE)vCE=const输出特性曲线——iC=f(vCE)iB=const共发射极接法三极管的特性曲线：这两条曲线是共发射极接法的特性曲

6、线。iB是输入电流，vBE是输入电压，加在B、E两电极之间。iC是输出电流，vCE是输出电压，从C、E两电极取出。RCRbVccBBV+_VoiBiCiE+_vBE+_vCEbce1.输入特性曲线VCE一定时，iB与vBE之间的变化关系：由于受集电结电压的影响，输入特性与一个单独的PN结的伏安特性曲线有所不同。在讨论输入特性曲线时，设vCE=const(常数)。(1)VCE=0时：b、e间加正向电压，JC和JE都正偏，JC没有吸引电子的能力。所以其特性相当于两个二极管并联PN结的特性。VCE=0V：两个PN结并联输入特性曲线(2)VCE>1V时，b、e间加正向电压，这时JE正偏，JC反偏。发射

7、区注入到基区的载流子绝大部分被JC收集，只有小部分与基区多子形成电流IB。所以在相同的VBE下，IB要比VCE=0V时小。VCE>1V：iB比VCE=0V时小(3)VCE介于0~1V之间时，JC反偏不够，吸引电子的能力不够强。随着VCE的增加，吸引电子的能力逐渐增强，iB逐渐减小，曲线向右移动。0