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晶体管
单极型
1. 晶体管的结构及类型
晶体管有双极型和单极型两种,通常把双极型晶体管简称为晶体管,而单极型晶体管简称为场效应管。
晶体管是
半导体
器件,它由掺杂类型和浓度不同的三个区(发射区、基区和集电区)形成的两个 PN 结(发射结和集电结)组成,分别从三个区引出三个电极(发射极e、基极b 和集电极c)。
晶体管根据掺杂类型不同,可分为 NPN 型和 PNP 型两种;根据使用的半导体材料不同 ,又可分为硅管和锗管两类。
晶体管内部结构的特点是发射区的掺杂浓度远远高于基区掺杂浓度,并且基区很薄,集电结的面积比发射结面积大。这是晶体管具有放大能力的内部条件。
2. 电流分配与放大作用
体管具有放大能力的外部条件是发射结正向偏置,集电结反向偏置。在这种偏置条件下,发射区的多数载流子扩散到基区后,只有极少部分在基区被复合,绝大多数会被集电区收集后形成集电极电流。通过改变发射结两端的电压,可以达到控制集电极电流的目的。
晶体管的电流分配关系如下:
其中电流放大系数α和
β
之间的关系是α=
β
/(1+
β
),
β
= α/(1-α)I
CBO
是集电结反向饱和电流,I
CEO
是基极开路时集电极和发射极之间的穿透电流,并且I
CBO
=(1+
β
)I
CBO
。
在放大
电路
中,通过改变
u
BE ,改变I
B
或I
E
,由 ΔI
B
或 Δ
i
E 产生 Δ
i
C ,再通过集电极电阻
R
C ,把电流的控制作用转化为电压的控制作用,产生 Δ
u
O = Δ
i
C
R
C 。实质上,这种控制作用就是放大作用。
3. 晶体管的工作状态
当给晶体管的两个 PN 结分别施加不同的直流偏置时,晶体管会有放大、饱和和截止三种不同的工作状态。这几种工作状态的偏置条件及其特点如表 2.1 所列。
表 2.1 晶体管的三种工作状态
U C >
U
B >
U
E
U C <
U
B <
U
E
I C =
βI
B
发射结正偏,集电结正偏
U
B >
U
E,
U
B >
U
C
U B <
U
E,
U
B <
U
C
uCE =
U
CES
发射结反偏,集电结反偏
U B <
U
E
,
U
B <
U
C
U B >
U
E,
U
B >
U
C
I C =0
4. 伏安特性及主要参数
(1)
共射极输入特性
(以 NPN 管为例)
输入特性表达式为:I
B
=f(U
B
E
)|U
CE
。当U
CE
=0 时,输入特性相当于两个并联二极管
的正向特性。当U
CE
> 0 时,输入特性右移,U
CE
≥ 1V 后输入特性基本重合。
因为发射结正偏,晶体管的输入特性类似于二极管的正向伏安特性。
(2)
共射极输出特性
(以 NPN 管为例)
共射极输出特性表达式为:
。
晶体管输出特性曲线的三个区域对应于
晶体管的三个工作状态(饱和、放大和截止)。
a)饱和区:此时U
CE
很小,集电区收集载流子的能力很弱。 I
C
主要取决于U
CE
,而与
i
B 关系不大。
b)放大区:位于特性曲线近似水平的部分。此时,I
C
主要取决于IB,而与U
CE
几乎无关。
c)截止区: 位于IB=-ICBO 的输出特性曲线与横轴之间的区域。此时,I
C
几乎为零。
(3)主要参数
a)直流参数: 共基极直流电流放大系数α,共射极直流电流放大系数
β
;集电极—基极间反向饱和电流ICBO,集电极—发射极间穿透电流ICEO。
b)交流参数: 共基极交流电流放大系数α, 共射极交流电流放大系数
β
,其中
,
; 共基极截止频率fα,共射极截止频率f
β
,特征频率 f
T
,其中 fα>f
β
>f
β
。
c)极限参数:集电极最大允许功率耗散PCM,集电极最大允许电流
I
CM;
反向击穿电压
U
(
BR
)
CEO
,
U
(
BR
)
EBO
,
U
(
BR
)
C
BO
。
(4)
温度对参数的影响
温度每增加1℃ ,U
B
E
将减小 (2~2.5)mV ;温度每增加 10 ℃ 左右,ICBO增加一倍;温度每增加1℃ ,
β
增大(0.5 ~ 1) % 。
晶体管.pdf
(2021-5-13 08:04 上传)
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