双极结型三极管的结构、特性曲线、参数、lceda仿真

双极结型三极管的结构、特性、参数

本文介绍的定义
一、三极管结构
二、三极管特性曲线
三、三极管参数

本文介绍的定义

硅平面管、锗合金管、发射区、基区，集电区、发射极、基极、集电极、发射结、集电结、发射、发射极电流、复合和扩散、基极电流、收集、集电极电流、反向饱和电流、共基直流电流放大系数、共射直流电流放大系数、穿透电流、输入特性、输出特性、截止区、放大区、饱和区、共射接法、共射电流放大系数、共射直流电流放大系数、共基接法、共基电流放大系数、共基直流电流放大系数、共基和共射的放大系数的关系、反向饱和电流测量电路、集电极和基极之间的反向饱和电流、集电极和发射机之间的穿透电流、集电极最大允许电流、集电极最大允许耗散功率、级间反向击穿电压。

一、三极管结构

硅平面管：N型硅片氧化膜上光刻一个窗口，将硼杂质扩散，形成P型基区，再在P区光刻一个窗口，将磷杂质扩散，形成N型发射区。引出三个电极，发射机e，基极b，集电极c。

锗合金管：N型锗片，两边各置一小铟球，加热，高于铟熔点，低于锗熔点，铟融化。冷却后，N型区两侧形成P型区。

无论NPN还是PNP，内部均有三个区。发射区、基区，集电区。引出三个极，发射极、基极、集电极。三个区两两交界处，形成两个PN结，发射结、集电结。

示意图与符号：

如果让两个二极管背靠背串联，并不能实现放大作用，因为，三极管实现放大作用需要满足如下条件：

1.发射区高掺杂，多数载流子浓度高。如果是NPN型三极管，发射区是N型，电子浓度高。

2.基区很薄，掺杂浓度比较低。如果是NPN型三极管，基区是P型，空穴比较少。

3.外加电源极性应使发射结正向偏置，集电结反向偏置。

满足以上内部外部条件，以NPN为例讨论三极管中载流子运动：

发射：发射结正偏，外加电场有利于多子电子扩散，电子从发射区越过发射结到达基区形成电流。基区多子空穴向发射区扩散形成空穴电流，这两个电流总和是发射极电流Ie，发射极电流主要由发射区发射的电子电流产生，因为基区多子浓度比发射区多子浓度低。

复合和扩散：电子到基区，基区是P型，基区多子是空穴，电子空穴复合，产生基极电流Ibn。基区复合掉空穴，外电源补充来。基区空穴浓度低，基区薄，电子在基区与空穴复合的少，基极电流比发射极电流小，多数电子在基区继续扩散，到达集电结。

收集：集电结反偏，外电场阻止集电区多子电子向基区移动，有利于基区扩散来的电子收集到集电极，形成集电极电流Icn。集电区少子空穴与基区少子电子进行漂移运动形成反向饱和电流Icbo。

集电极电流：

发射极电流：

共基直流电流放大系数：基极电流Ibn很小，所以三极管共基直流电流放大系数一般0.95-0.99，近似等于集电极电流比上发射极电流。

共射直流电流放大系数：约为几十-几百。

穿透电流Iceo：穿透电流Iceo远小于Ic时，可将Iceo忽略。

二、三极管特性曲线

NPN三极管共射输入特性曲线：

输入特性：三极管uce不变，输入回路电流Ib和电压Ube之间的关系曲线称为输入特性。

Uce=0时，基极与发射极相当于两个PN结并联，三极管输入特性相当于二极管正向伏安特性。

Uce>0时，发射区扩散到基区的电子有利于被收集到集电极，只有一小部分发射区发射的电子在基区和空穴复合成为Ib。和Uce=0相比，相同Ube，Ib将变小，因此输入特性将右移。Uce持续增大，不同Uce的输入特性曲线几乎重叠到一起。

NPN三极管共射输出特性曲线：

输出特性：Ib不变，三极管输出回路电流Ic与电压Uce之间的关系曲线称为输出特性。

截止区：Ib<=0的区域。管子各极电流基本上都为零。截止区，三极管的发射结和集电结都处于反向偏置状态，对NPN来说，Ube<0,Ubc<0 。

放大区：Ib一定时，Ic值基本上不随Uce变化，Ib有一个微小变化时，Ic将产生一个较大变化。说明三极管具有电流放大作用。放大区，三极管发射结正偏，集电结反偏，对NPN来说，Ube>0,Ubc<0 。

饱和区：图像中，曲线的上升部分。不同Ib值的各条特性曲线重叠一起，饱和区，三极管失去放大作用。饱和区，三极管管压降Uce很小，Uce<Ube。饱和区，三极管的发射结和集电结都处于正向偏置状态，对NPN来说，Ube>0,Ubc>0 。

关于三极管饱和：

当r4=66.6欧姆，此时Ube>Uce，三极管饱和，三极管失去放大作用。

改变连在基极的电阻值，此时可以发现Ib经过三极管后，电流被放大。

三、三极管参数

共射接法：输入回路和输出回路公共端是发射极。

共射电流放大系数：变化量之比。

共射直流电流放大系数：直流量之比

共基接法：输入回路和输出回路公共端是基极。

共基电流放大系数：

共基直流电流放大系数：

共基和共射的放大系数的关系：

反向饱和电流测量电路：

集电极和基极之间的反向饱和电流Icbo：发射极e开路时，集电极和基极的反向电流。锗几微安-几十微安；硅更小。

集电极和发射机之间的穿透电流Iceo：基极b开路时，集电极和发射极之间的电流。

两者关系：这两个反向电流值越小，三极管越好。

集电极最大允许电流Icm：集电极电流过大，三极管共射电流放大系数减小，Ic=Icm，管子的共射电流放大系数降到原来的三分之二。

集电极最大允许耗散功率Pcm：管子两端压降Uce，集电极流过电流Ic，损耗功率Pc=IcUce。IcUce乘积等于规定的Pcm值的各点连接起来得到一条线，如下图。

找到三极管的手册：

下图Pc=IcUce=1.312*0.445=0.58384<0.6mw，因此处于安全区。

而且ic=0.445A<0.6A满足条件

级间反向击穿电压：外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压。

Uceo：基极开路时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。

Ucbo：发射机开路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。