1.3.1 三极管的结构和分类
通俗来讲,三极管内部为由P型半导体和N型半导体组成的三层结构,根据分层次序分为NPN型和PNP型两大类。
不管是什么样的三极管,它们均包含三个区:发射区,基区,集电区,同时相应的引出三个电极:发射极,基极,集电极。同时又在两两交界区形成PN结,分别是发射结和基点结。
三极管的三种连接方式
1.3.2 三极管的放大作用
把两个二极管背靠背的连在一起,是没有放大作用的,要想使它具有放大作用,必须满足以下条件:1。发射区中进行重掺杂;2。基区做得很薄;3。集电极面积大。
1. 载流子的传输过程
因为发射结正向偏置,且发射区进行重掺杂,所以发射区的多数载流子扩散注入至基区,又由于集电结的反向作用,故注入至基区的载流子在基区形成浓度差,因此这些载流子从基区扩散至集电结,被电场拉至集电区形成集电极电流。而留在基区的很少。因为基区做的很薄。
此外,因为集电结反向偏置,所以集电区中的空穴和基区中的电子(均为少数载流子)在结电场作用下做漂移运动。
上述载流子的传输过程如图(3)所示。
2. 电流的分配关系
由于载流子的运动,从而产生相应电流,它们的关系如下:
其中:ICEO为发射结少数载流子形成的反向饱和电流;ICBO为IB=0时,集电极和发射极之间的穿透电流。 为共基极电流的放大系数, 为共发射极电流的放大系数。它们可定义为:
放大系数有两种(直流和交流),但我们一般认为,它们二者是相等的,不区分它们。
3. 三极管的特性曲线
以NPN管共发射极为例
(1).输入特性
它与PN结的正向特性相似,三极管的两个PN结相互影响,因此,输出电压UCE对输入特性有影响,且UCE>1,时这两个PN结的输入特性基本重合。我们用UCE=0和UCE>=1,两条曲线表示,如图(4)所示
(2).输出特性
它的输出特性可分为三个区:(如图(5)的特性曲线)
(1)截止区:IB<=0时,此时的集电极电流近似为零,管子的集电极电压等于电源电压,两个结均反偏
(2)饱和区:此时两个结均处于正向偏置,UCE=0.3V
(3)放大区:此时IC=ßIB,IC基本不随UCE变化而变化,此时发射结正偏,集电结反偏。
4. 三级管主要参数
(1).放大系数
它主要是表征管子放大能力。它有共基极的放大系数和共发射极的放大系数。它们二者的关系是:
(2).极间的反向电流
(a)集电极基极间反向饱和电流ICBO
发射极开路时,在其集电结上加反向电压,得到反向电流。它实际上就是一个PN结的反向电流。其大小与温度有关。
锗管:I CBO为mA(10-6)数量级,
硅管:I CBO为nA(10-9)数量级。
(b)集电极发射极间的穿透电流ICEO
基极开路时,集电极到发射极间的电流——穿透电流。
其大小与温度有关。ICEO与ICBO关系为:ICEO=(1+ß)ICBO
(3).极限参数
(a) 集电极最大允许电流ICM
Ic增加时,b 要下降。当b值下降到线性放大区b值的70%时,所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。
(b) 集电极最大允许功率损耗PCM
集电极电流通过集电结时所产生的功耗,
PC= ICUCE
(c) 基极开路时,集电极与发射极之间允许的最大反向电压U(BR)CEO。
(4). 参数与温度的关系
由于半导体的载流子受温度影响,因此三极管的参数受温度影响,温度上升,输入特性曲线向左移,基极的电流不变,基极与发射极之间的电压降低。输出特性曲线上移。温度升高,放大系数也增加。