6.3三極管演講人

6.3.1結(jié)構(gòu)與符號(hào)1.三極管的結(jié)構(gòu)組成三極管是在同一塊半導(dǎo)體基片上制作三個(gè)相鄰的摻雜半導(dǎo)體，把整塊半導(dǎo)體分成了三部分，將中間部分稱為基區(qū)，兩側(cè)部分分別是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，從三個(gè)區(qū)對(duì)應(yīng)引出的電極，分別稱為基極b、發(fā)射極e和集電極c。根據(jù)三極管結(jié)構(gòu)上的排列方式可將其分為PNP型和NPN型兩種，發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)叫集電結(jié)。三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有特殊性：發(fā)射區(qū)和集電區(qū)屬于同一性質(zhì)的摻雜半導(dǎo)體，但發(fā)射區(qū)的摻雜濃度要高于集電區(qū)的摻雜濃度，使得發(fā)射區(qū)的多子濃度高，以NPN型三極管為例，大量的電子會(huì)從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)而形成發(fā)射級(jí)電流IE；基區(qū)非常薄，且摻雜濃度也很低，擴(kuò)散到基區(qū)的電子只有很少與空穴復(fù)合形成了基極電流IB；集電區(qū)的面積比較大，在外電場(chǎng)的作用下大部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子會(huì)漂移到集電區(qū)被收集起來(lái)，形成了集電極電流IC。這些結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)為三極管具有電流放大能力提供了內(nèi)部條件，三極管的結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)如圖6.9所示。6.3.1結(jié)構(gòu)與符號(hào)（a）NPN型三極管

（b）PNP型三極管

圖6.9三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與符號(hào)

6.3.1結(jié)構(gòu)與符號(hào)2.三極管的電流分配關(guān)系從三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可知，三極管三個(gè)極上的電流有以下關(guān)系：

，且因?yàn)榛鶚O電流IB很小，則IE和IC幾乎相等并都遠(yuǎn)大于IB。三個(gè)電流之間的關(guān)系恰好符合基爾霍夫電流定律，因此可以將三極管看成是電路中的一個(gè)廣義節(jié)點(diǎn)。如圖6.10所示，當(dāng)三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置時(shí)，三極管具有電流放大作用。可調(diào)節(jié)電位器RP的阻值來(lái)改變基極電流IB的大小，而IB的變化又會(huì)引起IC的變化。三極管的符號(hào)中箭頭的指向表示發(fā)射結(jié)處在正向偏置時(shí)電流的流向，其它兩極上的電流方向可根據(jù)基爾霍夫電流定律來(lái)確定，即發(fā)射級(jí)上的電流若是流出，則另外兩級(jí)上的電流都是流入。

6.3.1結(jié)構(gòu)與符號(hào)通過(guò)測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)，

基本保持不變，說(shuō)明三級(jí)管具有電流放大能力。將

定義為三極管的電流放大系數(shù)，它是描述三極管基極電流對(duì)集電極電流控制能力大小的物理量，其大小是由晶體管的結(jié)構(gòu)來(lái)決定的，一個(gè)三極管做成以后，該管子的

值就確定了。一般常用的三極管的放大倍數(shù)約在50-200之間。圖6.10三極管的電流關(guān)系

6.3.2三極管的工作狀態(tài)如圖6.10所示，一個(gè)三極管有三個(gè)管腳，若將發(fā)射級(jí)e作為公共端，則基極b和發(fā)射級(jí)e之間可看成輸入回路，集電極c和發(fā)射級(jí)e之間可看成輸出回路，在輸入和輸出端加上合適的外接電源后，三極管的各級(jí)電流與所加電壓就產(chǎn)生了一定的關(guān)系。1.三極管的輸入特性在管壓降uCE保持不變時(shí)，輸入回路的電流iB與發(fā)射結(jié)電壓uBE間的關(guān)系稱為輸入特性，即如圖6.11所示是三極管的輸入特性曲線，它與二極管的正向伏安特性曲線相似。若UCE增大，特性曲線會(huì)向右移動(dòng)，即在相同的UBE下，電流IB會(huì)減小，但當(dāng)UCE增大到一定值后，IB基本上保持不變。

6.3.2三極管的工作狀態(tài)圖6.11三極管的輸入特性曲線

6.3.2三極管的工作狀態(tài)2.三極管的輸出特性在iB一定時(shí)，輸出回路中iC與uCE之間的關(guān)系稱為輸出特性，即如圖6.12所示是三極管的輸出特性曲線，當(dāng)iB取不同的值時(shí)，它對(duì)應(yīng)一系列接近平行的曲線。圖6.12三極管的輸出特性曲線

6.3.2三極管的工作狀態(tài)3.三極管的工作狀態(tài)在圖6.12中將輸出特性曲線分成三個(gè)區(qū)：飽和區(qū)、放大區(qū)和截止區(qū)，分別對(duì)應(yīng)三極管的三種工作狀態(tài)。（1）飽和狀態(tài)飽和區(qū)的位置在輸出特性曲線上升段拐點(diǎn)左側(cè)的區(qū)域，當(dāng)三極管工作在這個(gè)區(qū)域時(shí)就稱為飽和狀態(tài)。使三極管工作在飽和區(qū)的條件是：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。飽和區(qū)的特點(diǎn)是uCE的值很小，且iC的值很少增大或不隨著iB的增大而增大，所以稱之為飽和區(qū)。此時(shí)三極管相當(dāng)于一個(gè)閉合的開關(guān)，在數(shù)字電路中經(jīng)常利用三極管來(lái)作電子開關(guān)。

6.3.2三極管的工作狀態(tài)（2）放大狀態(tài)放大區(qū)的位置在輸出特性曲線中間平坦的區(qū)域，當(dāng)三極管工作在這個(gè)區(qū)域時(shí)就稱為放大狀態(tài)。使三極管工作在放大區(qū)的條件是：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)的特點(diǎn)是：，即當(dāng)三極管工作在放大狀態(tài)時(shí)具有電流放大作用，此時(shí)IC的大小幾乎與UCE無(wú)關(guān)，相當(dāng)于一個(gè)受IB控制的受控電流源。當(dāng)三極管處于放大狀態(tài)時(shí)，若是NPN型的三極管則有；PNP型三極管則滿足。（3）截止?fàn)顟B(tài)截止區(qū)的位置在IB=0以下靠近橫軸的區(qū)域，當(dāng)三極管工作在這個(gè)區(qū)域時(shí)就稱為截止?fàn)顟B(tài)。使三極管工作在截止區(qū)的條件是：發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。截止區(qū)的特點(diǎn)是：此時(shí)，IB=0，IC=ICEO=0，此時(shí)三極管相當(dāng)于一個(gè)斷開的開關(guān)。ICEO是在基極開路時(shí)測(cè)得的集電極-發(fā)射極間的電流，稱為穿透電流，該電流也不受IB的控制，但受溫度的影響較大。

6.3.3三級(jí)管的分類及參數(shù)1.三極管的分類三極管種類非常多，按照制造材料分類，可分為硅管和鍺管；按照結(jié)構(gòu)工藝可分為PNP和NPN型；按照功能可分為開關(guān)管、功率管、光敏管等；按照工作頻率分類，可分為低頻管、高頻管、超頻管；按照功率分類可分為小功率管、中功率管和大功率管；還可以按安裝方式分為插件三極管、貼片三極管等。常見的半導(dǎo)體三極管外型如圖6.13所示。圖6.13各種類型的三極管

6.3.3三級(jí)管的分類及參數(shù)2.三極管的主要參數(shù)三極管的參數(shù)是反映三極管電性能好壞的重要指標(biāo)，是合理選擇和正確使用三極管的主要依據(jù)，三極管的參數(shù)主要有以下幾種。（1）電流放大系數(shù)在共射極放大電路中，若無(wú)交流輸入信號(hào)，則三極管的集電極電流IC和基極電流IB的比值就是共射直流電流放大系數(shù)。當(dāng)共射極放大電路有交流信號(hào)輸入時(shí)，集電極電流IC的變化量與基極電流IB的變化量的比值稱為共射交流電流放大系數(shù)β。這兩個(gè)電流放大系數(shù)的含義雖然不同，但在實(shí)際應(yīng)用中，兩者相差不大，不嚴(yán)格區(qū)分。通常β值應(yīng)該選擇30至80為好。

6.3.3三級(jí)管的分類及參數(shù)（2）極間反向飽和電流包括集電結(jié)反向飽和電流ICBO和集電極—發(fā)射極間的反向電流ICEO。ICBO是指集電結(jié)加反向電壓時(shí)測(cè)得的集電極電流，常溫下，這個(gè)電流在納安的數(shù)量級(jí)，一般忽略；ICEO是指基極開路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間的反向電流，即穿透電流，ICEO的值越小，管子的溫度穩(wěn)定性越好。（3）工作頻率三極管的β值在一定的工作頻率范圍內(nèi)才保持不變，如果超過(guò)頻率范圍，它們會(huì)失去電流放大功能，電路將不能正常工作。

6.3.3三級(jí)管的分類及參數(shù)（4）集電極最大允許電流ICM三極管參數(shù)變化不超過(guò)規(guī)定值時(shí)，集電極允許通過(guò)的最大電流。當(dāng)三極管的實(shí)際工作電流大于ICM時(shí)，電流放大系數(shù)β值將明顯下降，三極管的性能將顯著變差。為了使三極管在放大電路中能正常工作，集電極電流最大不應(yīng)超過(guò)ICM。（5）反向擊穿電壓是指基極開路時(shí)，加在集電極與發(fā)射極之間的最大允許電壓。在使用中如果管子兩端的電壓大于反向擊穿電壓，將造成三極管被擊穿而永久性的損壞。一般情況下，三極管的反向電壓應(yīng)控制在反向擊穿電壓的1/2范圍之內(nèi)。（6）集電極最大允許功率損耗PCM三級(jí)管工作時(shí)，由于電流的熱效應(yīng)