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1、1.3半导体三极管图1-28几种半导体三极管的外形1.3.1三极管的结构及类型图1–29三极管的结构示意图和符号无论是NPN型或是PNP型的三极管,它们均包含三个区:发射区、基区和集电区,并相应地引出三个电极：发射极（e)、基极(b)和集电极(c)。同时,在三个区的两两交界处,形成两个PN结,分别称为发射结和集电结。常用的半导体材料有硅和锗,因此共有四种三极管类型。它们对应的型号分别为：3A(锗PNP)、3B(锗NPN)、3C(硅PNP)、3D(硅NPN)四种系列。1.3.2三极管的三种连接方式图1-30三极管的三种连接方式1.3.3三极管的放大作用1.载流子的传输过程发射(2)
2、扩散和复合(3)收集图1–31三极管中载流子的传输过程2.电流分配图1-32三极管电流分配集电极电流ＩＣ由两部分组成：ＩＣｎ和ＩＣＢＯ,前者是由发射区发射的电子被集电极收集后形成的,后者是由集电区和基区的少数载流子漂移运动形成的,称为反向饱和电流。于是有ＩＣ＝ＩＣｎ＋ＩＣＢＯ(1-6)发射极电流ＩＥ也由两部分组成：ＩＥｎ和ＩＥｐ。ＩＥｎ为发射区发射的电子所形成的电流,ＩＥｐ是由基区向发射区扩散的空穴所形成的电流。因为发射区是重掺杂,所以ＩＥｐ忽略不计,即ＩＥ≈ＩＥｎ。ＩＥｎ又分成两部分,主要部分是ＩＣｎ,极少部分是ＩＢｎ。ＩＢｎ是电子在基区与空穴复合时所形成的电流,基区空穴是
3、由电源ＵＢＢ提供的,故它是基极电流的一部分。基极电流ＩＢ是ＩＢｎ与ＩＣＢＯ之差：(1-7)(1-8)发射区注入的电子绝大多数能够到达集电极,形成集电极电流,即要求ＩＣｎ>>ＩＢｎ。通常用共基极直流电流放大系数衡量上述关系,用α来表示,其定义为(1-9)一般三极管的α值为0.97～0.99。将(１-９)式代入(１-６)式,可得(1-10)通常ＩＣ>>ＩCBO,可将ＩＣＢＯ忽略,由上式可得出(1-11)三极管的三个极的电流满足节点电流定律,即将此式代入(1-10)式得(1-12)经过整理后得令β称为共发射极直流电流放大系数。当IC>>ICBO时,β又可写成(1-13)(1-14
4、)则其中ICEO称为穿透电流,即一般三极管的β约为几十～几百。β太小,管子的放大能力就差,而β过大则管子不够稳定。表1-3三极管电流关系的一组典型数据IB/mA-0.00100.010.020.030.040.05IC/mA0.0010.010.561.141.742.332.91IE/mA00.010.571.161.772.372.96相应地,将集电极电流与发射极电流的变化量之比,定义为共基极交流电流放大系数,即故显然β与β,α与α其意义是不同的,但是在多数情况下β≈β,α≈α。例如,从表１-３知,在ＩＢ＝００３mA附近,设ＩＢ由００２mA变为００４mA,可求得1.3.4三
5、极管的特性曲线图1–33三极管共发射极特性曲线测试电路1.输入特性当ＵＣＥ不变时,输入回路中的电流ＩＢ与电压ＵＢＥ之间的关系曲线称为输入特性,即图1-34三极管的输入特性2.输出特性当ＩＢ不变时,输出回路中的电流ＩＣ与电压ＵＣＥ之间的关系曲线称为输出特性,即图1-35三极管的输出特性(1)截止区一般将ＩＢ≤０的区域称为截止区,在图中为ＩＢ＝０的一条曲线的以下部分。此时ＩＣ也近似为零。由于各极电流都基本上等于零,因而此时三极管没有放大作用。其实ＩＢ＝０时,ＩＣ并不等于零,而是等于穿透电流ICEO。一般硅三极管的穿透电流小于１μA,在特性曲线上无法表示出来。锗三极管的穿透电
6、流约几十至几百微安。当发射结反向偏置时,发射区不再向基区注入电子,则三极管处于截止状态。所以,在截止区,三极管的两个结均处于反向偏置状态。对ＮＰＮ三极管,ＵＢＥ＜０,ＵBC＜０。(2)放大区此时发射结正向运用,集电结反向运用。在曲线上是比较平坦的部分,表示当ＩＢ一定时,ＩＣ的值基本上不随ＵCE而变化。在这个区域内,当基极电流发生微小的变化量ΔＩＢ时,相应的集电极电流将产生较大的变化量ΔＩＣ,此时二者的关系为ΔＩＣ＝βΔＩＢ该式体现了三极管的电流放大作用。对于ＮＰＮ三极管,工作在放大区时ＵＢＥ≥０.７V,而ＵＢＣ＜０。
