電子元件基礎知識--半導體三極管
——
加入技術(shù)交流群
一、BJT的結構簡(jiǎn)介
BJT又常稱(chēng)為晶體管，它的種類(lèi)很多。按照頻率分，有高頻管、低頻管； 按照功率分，有小、中、大功率管；按照半導體材料分，有硅管、鍺管；根據結構不同， 又可分成NPN型和PNP型等等。但從它們的外形來(lái)看，BJT都有三個(gè)電極，如圖3.1所示。
圖3.1是NPN型BJT的示意圖。 它是由兩個(gè) PN結的三層半導體制成的。中間是一塊很薄的P型半導體(幾微米~幾十微米)，兩邊各為一塊N型半導體。從三塊半導體上各自接出的一根引線(xiàn)就是BJT的三個(gè)電極，它們分別叫做發(fā)射極e、基極b和集電極c，對應的每塊半導體稱(chēng)為發(fā)射區、基區和集電區。雖然發(fā)射區和集電區都是N型半導體，但是發(fā)射區比集電區摻的雜質(zhì)多。在幾何尺寸上， 集電區的面積比發(fā)射區的大，這從圖3.1也可看到，因此它們并不是對稱(chēng)的。
二、BJT的電流分配與放大作用
1、BJT內部載流子的傳輸過(guò)程
BJT工作于放大狀態(tài)的基本條件：發(fā)射結正偏、集電結反偏。
在外加電壓的作用下， BJT內部載流子的傳輸過(guò)程為：
（1）發(fā)射極注入電子
由于發(fā)射結外加正向電壓VEE，因此發(fā)射結的空間電荷區變窄，這時(shí)發(fā)射區的多數載流子電子不斷通過(guò)發(fā)射結擴散到基區， 形成發(fā)射極電流IE，其方向與電子流動(dòng)方向相反，如圖3.2所示。
（2）電子在基區中的擴散與復合
由發(fā)射區來(lái)的電子注入基區后， 就在基區靠近發(fā)射結的邊界積累起來(lái)， 右基區中形成了一定的濃度梯度，靠近發(fā)射結附近濃度最高，離發(fā)射結越遠濃度越小。因此， 電子就要向集電結的方向擴散，在擴散過(guò)程中又會(huì )與基區中的空穴復合，同時(shí)接在基區的電源VEE的正端則不斷從基區拉走電子， 好像不斷供給基區空穴。電子復合的數目與電源從基區拉走的電子數目相等， 使基區的空穴濃度基本維持不變。這樣就形成了基極電流IB， 所以基極電流就是電子在基區與空穴復合的電流。 也就是說(shuō)， 注人基區的電子有一部分未到達集電結， 如復合越多， 則到達集電結的電子越少， 對放大是不利的。 所以為了減小復合，常把基區做得很薄 (幾微米)，并使基區摻入雜質(zhì)的濃度很低，因而電子在擴散過(guò)程中實(shí)際上與空穴復合的數量很少， 大部分都能能到達集電結。
（3）集電區收集電子
集電結外加反向電壓，其集電結的內電場(chǎng)非常強，且電場(chǎng)方向從C區指向B區。使集電區的電子和基區的空穴很難通過(guò)集電結，但對基區擴散到集電結邊緣的電子卻有很強的吸引力， 使電子很快地漂移過(guò)集電結為集電區所收集，形成集電極電流IC。 與此同時(shí)，集電區的空穴也會(huì )在該電場(chǎng)的作用下，漂移到基區， 形成很小的反向飽和電流ICB0 ?！?nbsp;
2、電流分配關(guān)系
與正向偏置的二極管電流類(lèi)似，發(fā)射極電流iE與vBE成指數關(guān)系：
集電極電流iC是iE的一部分，即：
式中β稱(chēng)為BJT的電流放大系數
三、BJT的特性曲線(xiàn)
?。?共射極電路的特性曲線(xiàn)
（1）輸入特性
VCE=0V時(shí)，b、e間加正向電壓，這時(shí)發(fā)射結和集電結均為正偏，相當于兩個(gè)二極管正向并聯(lián)的特性。
VCE≥1V時(shí)，這時(shí)集電結反偏，從發(fā)射區注入基區的電子絕大部分都漂移到集電極，只有小部分與空穴復合形成IB。 vCE>1V以后，IC增加很少，因此IB的變化量也很少，可以忽略vCE對IB的影響，即輸入特性曲線(xiàn)都重合。
注意:發(fā)射結開(kāi)始導通的電壓vBE：0.6V~0.7V(硅管)，0.1~0.3V(鍺管)
（2）輸出特性曲線(xiàn)
對于一確定的iB值，iC隨VCE的變化形成一條曲線(xiàn)，給出多個(gè)不同的iB值，就產(chǎn)生一個(gè)曲線(xiàn)族。如圖3.6所示。
?、?nbsp;IB = 0V， IC=ICEO BJT截止，無(wú)放大作用，因此對應IB=0的輸出特性曲線(xiàn)以下的區域稱(chēng)為截止區如圖3.6所示。
?、?nbsp;IB﹥0 ， VCE<1V ，iC隨IB的變化不遵循的規律，而且iC隨VCE的變化也是非線(xiàn)性的，所以該區域稱(chēng)為飽和區。
?、?nbsp;IB﹥0、VCE≥1V，iC隨iB的變化情況為：
或
在這個(gè)區域中IC幾乎不隨VCE變化，對應于每一個(gè)IB值的特性曲線(xiàn)都幾乎與水平軸平行，因此該區域稱(chēng)為線(xiàn)性區或放大區。
四、BJT的主要參數
BJT的參數是用來(lái)表征管子性能優(yōu)劣相適應范圍的，它是選用BJT的依據。了解這些參數的意義，對于合理使用和充分利用BJT達到設計電路的經(jīng)濟性和可靠性是十分必要的。
1.流放大系數
BJT在共射極接法時(shí)的電流放大系數，根據工作狀態(tài)的不同，在直流和交流兩種情況下分別用符號 和表示。其中
上式表明:BJT集電極的直流電流 IC與基極的直流電流IB的比值， 就是BJT接成共射極電路時(shí)的直流電流放大系數， 有時(shí)用hFE來(lái)代表 。
但是，BJT常常工作在有信號輸人的情況下，這時(shí)基極電流產(chǎn)生一個(gè)變化量，相應的集電極電流變化量為，則與之比稱(chēng)為BJT的交流電流放大系數，記作即
2.極間反向電流
?。?）集電極-基極反向飽和電流ICBO。表示發(fā)射極開(kāi)路，c、b間加上一定的反向電壓時(shí)的電流。
?。?）集電極-發(fā)射極反向飽和電流（穿透電流）ICEO。表示基極開(kāi)路，c、e間加上一定的反向電壓時(shí)的集電極電流。
3.極限參數
?。?）集電極最大允許電流ICM。表示BJT的參數變化不超過(guò)允許值時(shí)集電極允許的最大電流。當電流超過(guò)ICM時(shí)，三極管的性能將顯著(zhù)下降，甚至有燒壞管子的可能。
?。?）集電極最大允許功耗PCM。表示BJT的集電結允許損耗功率的最大值。超過(guò)此值時(shí)，三極管的性能將變壞或燒毀。
?。?）反向擊穿電壓V（BR）CEO。 表示基極開(kāi)路，c、e間的反向擊穿電壓。
4、晶體管的選擇
?。?）依使用條件選PCM在安全區工作的管子， 并給予適當的散熱要求。
?。?）要注意工作時(shí)反向擊穿電壓 ， 特別是VCE不應超過(guò) V（BR）CEO。
?。?）要注意工作時(shí)的最大集電極電流IC不應超過(guò)ICM。
?。?）要依使用要求：是小功率還是大功率， 低頻、高頻還是超高頻，工作電源的極性，β值大小要求。
電工基礎相關(guān)文章:電工基礎知識試題
手機電池相關(guān)文章:手機電池修復
晶體管相關(guān)文章:晶體管工作原理
晶體管相關(guān)文章:晶體管原理 雙控開(kāi)關(guān)相關(guān)文章:雙控開(kāi)關(guān)原理
評論