3.1.1 半導體三極管的結構
雙極型半導體三極管的結構示意圖如圖所示。它有兩種類型:NPN型和PNP型。
雙極型三極管的符號在圖的下方給出,發射極的箭頭代表發射極電流的實際方向。從外表上看兩個N區,(或兩個P區)是對稱的,實際上發射區的摻雜濃度大,集電區摻雜濃度低,且集電結面積大。基區要制造得很薄,其厚度一般在幾個微米至幾十個微米。
3.1.2 三極管內部的電流分配與控制
雙極型半導體三極管在工作時一定要加上適當的直流偏置電壓。若在放大工作狀態:發射結加正向電壓,集電結加反向電壓,如圖所示。
在發射結正偏,集電結反偏條件下,三極管中載流子的運動:(1)在VBB作用下,發射區向基區注入電子形成IEN,基區空穴向發射區擴散形成IEP。(2) 電子在基區復合和擴散,由發射區注入基區的電子繼續向集電結擴散,擴散過程中少部分電子與基區空穴復合形成電流IBN。由于基區薄且濃度低,所以IBN較小。(3) 集電結收集電子,由于集電結反偏,所以基區中擴散到集電結邊緣的電子在電場作用下漂移過集電結,到達集電區,形成電流ICN。(4) 集電極的反向電流,集電結收集到的電子包括兩部分:發射區擴散到基區的電子——ICN,基區的少數載流子——ICBO
動畫
IE=IEN+IEP 且有 IEN>>IEP
IEN=ICN+IBN 且有 IEN>> IBN ,ICN>>IBN
IC=ICN+ICBO IB=IEP+IBN-ICBO IE=IC+IB
3.1.3 三極管各電極的電流關系
(1)三種組態
雙極型三極管有三個電極,其中兩個可以作為輸入, 兩個可以作為輸出,這樣必然有一個電極是公共電極。三種接法也稱三種組態,見下圖
共發射極接法,發射極作為公共電極,用CE表示;
共集電極接法,集電極作為公共電極,用CC表示;
共基極接法,基極作為公共電極,用CB表示。
(2)三極管的電流放大系數
對于集電極電流IC和發射極電流IE之間的關系可以用系數來說明,定義:
稱為共基極直流電流放大系數。它表示最后達到集電極的電子電流ICN與總發射極電流IE的比值。ICN與IE相比,因ICN中沒有IEP和IBN,所以 的值小于1, 但接近1,一般為0.98~0.999 。由此可得:
在忽略ICBO情況下, IC 、 IE 和IB之間的關系可近似表示為:
3.1.4 三極管的共射極特性曲線
信號表示
信號表示(對IC 、VBE 、VCE 等意義相同):IB 表示直流量/Ib 表示交流有效值/Ib 表示復數量/iB 表示交直流混合量/ib 表示交流變化量
1. 輸入特性曲線
(1) VCE=0時:b、e間加正向電壓, JC和JE都正偏, JC沒有吸引電子的能力。所以其特性相當于兩個二極管并聯PN結的特性。VCE=0V: 兩個PN結并聯
(2) VCE>1V時,b、e間加正向電壓,這時JE正偏, JC反偏。發射區注入到基區的載流子絕大部分被JC收集,只有小部分與基區多子形成電流IB。所以在相同的VBE下,IB要比VCE=0V時小。VCE>1V: iB比VCE=0V時小
(3) VCE介于0~1V之間時,JC反偏不夠,吸引電子的能力不夠強。隨著VCE的增加,吸引電子的能力逐漸增強,iB逐漸減小,曲線向右移動。0
2. 輸出特性曲線
(3) 飽和區:對應于VCE
3. 溫度對三極管特性的影響
溫度升高使:(1)輸入特性曲線左移
(2)ICBO增大,輸出特性曲線上移
(3)β增大
3.1.5 半導體三極管的參數
半導體三極管的參數分為三大類: 直流參數,交流參數,極限參數
3.1.6 三極管的型號
3.1.7 三極管應用
三極管工作情況總結
例3.1.1:判斷三極管的工作狀態
例3.1.2:判斷三極管的工作狀態