半导体三极管及其应用
第三章 半导体三极管及其应用
?3.1 双极型三极管
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。
双极型三极管的符号在图的下方给出,发射极的箭头代
表
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发射极电流的实际方向。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。
在发射结正偏,集电结反偏条件下,三极管中载流子的运动,
(1)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。
(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。
(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——ICBO
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
共发射极接法,发射极作为公共电极,用CE表示,
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。
(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:
在忽略ICBO情况下, IC 、 IE 和IB之间的关系可近似表示为,
3.1.4 三极管的共射极特性曲线
信号表示
信号表示,对IC 、VBE 、VCE 等意义相同,,IB 表示直流量,Ib 表示交流有效值,Ib 表示复数量,iB 表示交直流混合量,ib 表示交流变化量
1. 输入特性曲线
(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 (2) VCE>1V时,b、e间加正向电压,这时JE正偏, JC反偏。发射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
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