模塊9半導(dǎo)體器件

二極管相當(dāng)于一個(gè)PN結(jié)，那么半導(dǎo)體可否摻雜成NPN或者PNP的形式？

三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)(a)NPN型晶體管；(b)PNP型晶體管(a)NNCEBPCEBIBIEIC(a)NNCEBPNNCEBPCEBIBIEIC(b)BECPPNEV(T)CBIBIEIC(b)BECPPNECBIBIEIC(a)NNCEBPCEBIBIEIC(a)NNCEBPNNCEBPCEV(T)BIBIEIC(b)BECPPNECBIBIEIC(b)BECPPNECBIBIEIC基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：集電區(qū)：面積最大9.5三極管9.5.1基本結(jié)構(gòu)(b)合金型(a)平面型

常見晶體管的外形圖9.5.2工作狀態(tài)偏置電源偏置電源共射極接法基極電阻集電極電阻輸出回路輸入回路9.5.2工作狀態(tài)1.放大狀態(tài)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏從電位的角度看：

NPN

發(fā)射結(jié)正偏

VB>VE集電結(jié)反偏VC>VB

晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律IEIBEICEICBO

發(fā)射結(jié)正偏,發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。

進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE,多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的電子在電場(chǎng)作用下以漂移進(jìn)越過集電結(jié)，被集電區(qū)收集，形成ICE。

集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。

基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略。晶體管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路

設(shè)UCC=6V，改變可變電阻RB,則基極電流IB、集電極電流IC和發(fā)射極電流IE都發(fā)生變化，測(cè)量結(jié)果如下表所示。各電極電流關(guān)系及電流放大作用基-射極電壓集-射極電壓mAmAVVmAICIBIERB+UBE-+UCE-CEB3DG100UBB+UCC-+-mAmAmAmAVVVVmAmAICIBIERB+UBE-+UCE-CEB3DG100UBB+UCC-+-RC晶體管電流測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)論:(1)IE=IB+IC，符合基爾霍夫定律(2)IC

IB

，

IC

IE

，IC=βIB(3)

IC

IB

把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。

β為共射極電流放大系數(shù)(4)UCE=UCC-RCIC(a)NPN型晶體管；電流方向和發(fā)射結(jié)與集電結(jié)的極性

要使晶體管起放大作用，發(fā)射結(jié)必須正向偏置，集電結(jié)必須反向偏置。(b)PNP型晶體管思考問題1、晶體管放大條件2、簡(jiǎn)述晶體管如何進(jìn)行電流放大？3、電流放大能量還守恒嗎？4、電壓如何放大？9.5.2工作狀態(tài)2.飽和狀態(tài)（開關(guān)的開）UCE=UCB+UBE很小發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏UBE>0UCB<0集電極與發(fā)射極之間短路集電極電流達(dá)到最大

9.5.2工作狀態(tài)3.截止?fàn)顟B(tài)（開關(guān)的關(guān)）

發(fā)射結(jié)反偏、集電結(jié)反偏UBE≤0發(fā)射極電流幾乎為零UCE=

UCCBBECCNNNNPPBBECCNNNNPPNNNNPP+UCC-RC+UCC-RC+UBBRBUBBRBUBBRBUBB-RB9.5.3

特性曲線三極管特性曲線即三極管各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，反映了三極管的性能。選取3DG100A型號(hào)的硅管作為分析對(duì)象，重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線。發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端。共發(fā)射極電路輸入回路輸出回路

測(cè)量晶體管特性的實(shí)驗(yàn)線路mAmAVVmAICIBIERB+UBE-+UCE-CEBUBB+UCC-+-mAmAmAmAVVVVmAmAICIBIERB+UBE-+UCE-CEB3DG100AUBB+UCC-+-RC1.

輸入特性特點(diǎn):非線性正常工作時(shí)發(fā)射結(jié)電壓：NPN型硅管

UBE(0.6~0.7)VPNP型鍺管

UBE(0.2~0.3)V3DG100A晶體管的輸入特性曲線死區(qū)電壓：硅管0.5V鍺管0.1V2.輸出特性

共發(fā)射極電路3DG100A晶體管的輸出特性曲線

在不同的IB下，可得出不同的曲線，所以晶體管的輸出特性曲線是一組曲線。2.輸出特性

晶體管有三種工作狀態(tài)，因而輸出特性曲線分為三個(gè)工作區(qū)。3DG100A晶體管的輸出特性曲線(1)放大區(qū)

發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。

IC=IB

,具有恒流特性。對(duì)NPN型管：

UBE

約為0.7V，

UCE

>UBE。2.31.5Q2Q1大放區(qū)(2)截止區(qū)IB=0的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。

發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于反向偏置。IC

0,UCE

UCC截止區(qū)(3)飽和區(qū)IC不受IB的控制，只隨UCE增大而增大。

發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正向偏置，晶體管工作于飽和狀態(tài)。跳轉(zhuǎn)

在模擬放大電路中，晶體管工作在放大狀態(tài)。在數(shù)字電路中，晶體管工作在截止或飽和狀態(tài)。飽和區(qū)

當(dāng)晶體管飽和時(shí)，UCE

0，發(fā)射極與集電極之間如同一個(gè)開關(guān)的接通，其間電阻很?。划?dāng)晶體管截止時(shí)，IC

0，發(fā)射極與集電極之間如同一個(gè)開關(guān)的斷開，其間電阻很大，可見，晶體管除了有放大作用外，還有開關(guān)作用。晶體管三種工作狀態(tài)時(shí)的電壓和電流如下圖所示。晶體管結(jié)電壓的典型值解:三極管飽和時(shí)的集電極電流近似為三極管剛飽和時(shí)的基極電流為(1)當(dāng)UI=1V時(shí)，三極管處于放大狀態(tài)。(2)當(dāng)UI=?1V時(shí)，三極管可靠截止。

[例9.5.1]電路如圖所示，UCC=6V，UBE

=0.7V，RC

=3k

，RB

=10k

，

=25，當(dāng)輸入電壓UI分別為3V、1V和

1V時(shí)，試問三極管處于何種工作狀態(tài)？解:晶體管飽和時(shí)的集電極電流近似為晶體管剛飽和時(shí)的基極電流為(3)當(dāng)UI=3V時(shí)，晶體管處于深度飽和狀態(tài)。[例9.5.1]電路如圖所示，UCC=6V，UBE

=0.7V，RC

=3k

，RB

=10k

，

=25，當(dāng)輸入電壓UI分別為3V、1V和

1V時(shí)，試問三極管處于何種工作狀態(tài)？

9.5.4主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)，

直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)當(dāng)晶體管接成共射極電路時(shí)，

常用晶體管的

值在20~200之間。

表示晶體管特性的數(shù)據(jù)稱為晶體管的參數(shù)。晶體管的參數(shù)是設(shè)計(jì)電路、選用晶體管的依據(jù)。今后估算時(shí)，常用β表示電流放大系數(shù)。2.集電極最大允許電流ICM3.集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO

集電極電流IC上升會(huì)導(dǎo)致晶體管的

值的下降,當(dāng)

值下降到正常值的三分之二時(shí),集電極電流即為ICM。

基極開路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓稱為集-射極反向擊穿電壓。4.集電極最大允許耗散功率PCM

三極管集電結(jié)上允許的最大功率損耗稱為集電極最大允許耗散功率。PCM=UCEICMICMU(BR)CEOICUCEOICUCE=PCM安全工作區(qū)由三個(gè)極限參數(shù)可畫出晶體管的安全工作區(qū)。[練9.6]聲光報(bào)警電路如圖所示，正常情況