晶体三极管的结构、特性曲线、放大作用

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发布时间 2009-02-26

晶体三极管结构

晶体三极管 (Transistor)简称晶体管,也是一种用半导体制成的半导体器件。晶体管有两种结构,分别称为NPN型晶体管和PNP型晶体管。

如果在两块N型半导体之间夹上一块很薄的P型半导体,并且紧密地结合在一起,就可形成一个NPN型晶体管,同样地,如果在两块P型半导体之间夹上一块薄的N型半导体,就可形成一个PNP型晶体管,如下图标

 晶体三极管的结构

晶体管的电路符号和各三个电极的名称如下

 PNP型晶体三极管电路符号NPN型晶体三极管电路符号

PNP型三极管与NPN型三极管电路符号

三极管的特性曲线

1、输入特性

图2 (b)是三极管的输入特性曲线,它表示Ib随Ube的变化关系,其特点是:
1)当Uce在0-2伏范围内,曲线位置和形状与Uce有关,但当Uce高于2伏后,曲线Uce基本无关通常输入特性由两条曲线(Ⅰ和Ⅱ)表示即可。
2)当Ube<UbeR时,Ib≈O称(0~UbeR)的区段为“死区”当Ube>UbeR时,Ib随Ube增加而增加,放大时,三极管工作在较直线的区段。
3)三极管输入电阻,定义为:
rbe=(△Ube/△Ib)Q点,其估算公式为:
rbe=rb+(β+1)(26毫伏/Ie毫伏)
rb为三极管的基区电阻,对低频小功率管,rb约为300欧。

2、输出特性
输出特性表示Ic随Uce的变化关系(以Ib为参数)从图2(C)所示的输出特性可见,它分为三个区域:截止区、放大区和饱和区。
截止区当Ube<0时,则Ib≈0,发射区没有电子注入基区,但由于分子的热运动,集电集仍有小量电流通过,即Ic=Iceo称为穿透电流,常温时Iceo约为几微安,锗管约为几十微安至几百微安,它与集电极反向电流Icbo的关系是:
Icbo=(1+β)Icbo
常温时硅管的Icbo小于1微安,锗管的Icbo约为10微安,对于锗管,温度每升高12℃,Icbo数值增加一倍,而对于硅管温度每升高8℃, Icbo数值增大一倍,虽然硅管的Icbo随温度变化更剧烈,但由于锗管的Icbo值本身比硅管大,所以锗管仍然受温度影响较严重的管,放大区,当晶体三极管发射结处于正偏而集电结于反偏工作时,Ic随Ib近似作线性变化,放大区是三极管工作在放大状态的区域。
饱和区当发射结和集电结均处于正偏状态时,Ic基本上不随Ib而变化,失去了放大功能。根据三极管发射结和集电结偏置情况,可能判别其工作状态。

 晶体三极管特性曲线

三极管的主要参数

1、直流参数
(1)集电极一基极反向饱和电流Icbo,发射极开路(Ie=0)时,基极和集电极之间加上规定的反向电压Vcb时的集电极反向电流,它只与温度有关,在一定温度下是个常数,所以称为集电极一基极的反向饱和电流。良好的三极管,Icbo很小,小功率锗管的Icbo约为1~10微安,大功率锗管的Icbo可达数毫安培,而硅管的Icbo则非常小,是毫微安级。
(2)集电极一发射极反向电流Iceo(穿透电流)基极开路(Ib=0)时,集电极和发射极之间加上规定反向电压Vce时的集电极电流。 Iceo大约是Icbo的β倍即Iceo=(1+β)Icbo o Icbo和Iceo受温度影响极大,它们是衡量管子热稳定性的重要参数,其值越小,性能越稳定,小功率锗管的Iceo比硅管大。
(3)发射极---基极反向电流Iebo集电极开路时,在发射极与基极之间加上规定的反向电压时发射极的电流,它实际上是发射结的反向饱和电流。
(4)直流电流放大系数β1(或hEF)这是指共发射接法,没有交流信号输入时,集电极输出的直流电流与基极输入的直流电流的比值,即:
β1=Ic/Ib

2、交流参数
(1)交流电流放大系数β(或hfe)这是指共发射极接法,集电极输出电流的变化量△Ic与基极输入电流的变化量△Ib之比,即:
β= △Ic/△Ib
一般电晶体的β大约在10-200之间,如果β太小,电流放大作用差,如果β太大,电流放大作用虽然大,但性能往往不稳定。
(2)共基极交流放大系数α(或hfb)这是指共基接法时,集电极输出电流的变化是△Ic与发射极电流的变化量△Ie之比,即:
α=△Ic/△Ie
因为△Ic<△Ie,故α<1。高频三极管的α>0.90就可以使用
α与β之间的关系:
α= β/(1+β)
β= α/(1-α)≈1/(1-α)
(3)截止频率fβ、fα当β下降到低频时0.707倍的频率,就是共发射极的截止频率fβ;当α下降到低频时的0.707倍的频率,就是共基极的截止频率fαo fβ、 fα是表明管子频率特性的重要参数,它们之间的关系为:
fβ≈(1-α)fα
(4)特征频率fT因为频率f上升时,β就下降,当β下降到1时,对应的fT是全面地反映电晶体的高频放大性能的重要参数。

3、极限参数
(1)集电极最大允许电流ICM当集电极电流Ic增加到某一数值,引起β值下降到额定值的2/3或1/2,这时的Ic值称为ICM。所以当Ic超过ICM时,虽然不致使管子损坏,但β值显著下降,影响放大品质。
(2)集电极----基极击穿电压BVCBO当发射极开路时,集电结的反向击穿电压称为BVEBO。
(3)发射极-----基极反向击穿电压BVEBO当集电极开路时,发射结的反向击穿电压称为BVEBO。
(4)集电极-----发射极击穿电压BVCEO当基极开路时,加在集电极和发射极之间的最大允许电压,使用时如果Vce>BVceo,管子就会被击穿。
(5)集电极最大允许耗散功率PCM集电流过Ic,温度要升高,管子因受热而引起参数的变化不超过允许值时的最大集电极耗散功率称为PCM。管子实际的耗散功率于集电极直流电压和电流的乘积,即Pc=Uce×Ic.使用时庆使Pc<PCM。
PCM与散热条件有关,增加散热片可提高PCM。

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