晶體三極體的結構特性與引數

2021-03-03 23:09:52 字數 2311 閱讀 7635

一、三極體的結構型別與工作原理

半導體三極體又稱為電晶體、三極體、雙極型電晶體、bjt 。它由2個背靠背的pn結組成,分為 npn型、pnp型。由製造的材料又分為矽三極體、鍺三極體。

npn型三極體:c:collector 集電極;b:base 基極;e:emitter 發射極

採用平面管製造工藝,在n+型底層上形成兩個pn結。

工藝特點:三個區,二個結,引出三根電極雜質濃度(e區摻雜濃度最高,b區較高,c 區最低);面積大小( c區最大, e區大, b區窄)。

pnp型三極體:在p+型底層上形成兩個pn結。

npn管的工作原理:為使npn管正常放大時的條件:射結正偏(vbe>0),集電結反偏(vcb>0)。

發射區向基區大量發射電子(多子), 進入基區的電子成為基區的少子,其中小部分與基區的多子( 空穴)復合,形成ib電流,絕大部分繼續向集電結擴散並達到集電結邊緣。 因集電結反偏,這些少子將非常容易漂移到集電區,形成集電集電流的一部分i**。 而基區和集電區本身的少子也要漂移到對方,形成反向飽和電流icbo。

,,電晶體的四種工作狀態:

1、發射結正偏,集電結反偏:放大工作狀態用在模擬電子電路

2、發射結反偏,集電結反偏:截止工作狀態

3、發射結正偏,集電結正偏:飽和工作狀態用在開關電路中

4、發射結反偏,集電結正偏:倒置工作狀態較少應用

三種基本組態:集電極不能作為輸入端,基極不能作為輸出端。

1、共基組態(cb)

輸入:發射極端:基極公共(此處接地) 。 輸出:集電極。

vbe>0,發射結正偏,vcb>0(∵vcc>vbb),集電結反偏。所以三極體工作在放大狀態。

發射極組態(ce):

共集電極組態(cc):

共基組態時電流關係(放大狀態):,,

稱為共基極直流電流放大係數,0.98~0.998。

icbo稱為集電結反向飽和電流,其值很小,常可忽略。

其中穿透電流,。

當時,稱為共射極直流電流放大係數, 穿透電流iceo ,其值較小,也常可忽略。 所以有和之間的關係:

共集組態時電流關係(放大狀態):

無論哪種組態,輸入電流對輸出電流都具有控制作用,因此三極體是一種電流控制器件(cccs)。並且共射和共集組態還具有電流放大作用。

二、三極體的伏安特性曲線

1、共射極輸入特性

基極電流ib與發射結電壓vbe之間的關係:

電路及三極體典型特性曲線:

與二極體的正向特性相似,但當c-e間的電壓增加時,特性曲線右移,當vce>1後,輸入伏安特性曲線基本不變。

2、共射極輸出特性

集電極電流ic與集-射間電壓vce之間的關係:

飽和區:發射結正偏,集電結正偏。

當集電結零偏(vcb=0)時稱為臨界飽和。vces稱飽和壓降,ics稱集電極飽和電流,ibs稱基極臨界飽和電流。當ib>ibs時,三極體進入深飽和, 晶體三極體進入飽和後,管子就不具備有放大能力了。

飽和區模型:

臨界飽和:vces=0.7v,深度飽和:vces≈0.3v

放大區:發射結正偏,集電結反偏。

特徵是ic僅受ib控制,與vce的大小基本無關。

pnp型三極體:

三、三極體的主要引數

1、電流放大倍數

共射極直流電流放大倍數:

共射極交流電流放大倍數:, ,β典型值為50~200。

共基極直流電流放大倍數:

共射極交流電流放大倍數:,, α典型值為0.98~0.998。

2、極間反向電流

集電結反向飽和電流icbo是指發射極開路,集電極與基極之間加反向電壓時的反向飽和電流(na級)。與單個pn結的反向電流一樣,主要取決於溫度和少子濃度。

穿透電流iceo是指基極開路,集電極與發射極之間加反向電壓時,從集電極穿過基區流入發射極的反向飽和電流。(f27)iceo是衡量三極體效能穩定與否的重要引數之一,其值愈小愈好。icbo和iceo與溫度密切相關。

3、極限引數

集電極最大允許電流icm,當ic超過icm時,電流放大倍數β將顯著下降。

集電極最大允許功耗pcm, pcm表示集電結上允許的耗散功率的最大值。主要由管子所允許的溫公升及散熱條件決定。當超過pcm時,管子可能燒毀。

反向擊穿電壓超過反向擊穿電壓時,管子將發生擊穿。反向擊穿電壓的大小不僅與管子本身的特性有關,還與外電路的接法有關。

4、安全工作區與溫度穩定性

安全工作區:

由三極體的三個極限引數:pcm、icm和v(br)ceo,在輸出特性曲線上可畫出安全工作區 。

溫度穩定性:

輸入特性:溫度上公升時,發射結電壓下降(負溫度特性),溫度係數約為-2.5mv/℃。

輸出特性:溫度上公升時,輸出特性曲線上移,間距增大。

晶體三極體的結構特性與檢測

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