雙極結型三極管的結構、特性、參數
- 本文介紹的定義
- 一、三極管結構
- 二、三極管特性曲線
- 三、三極管參數
硅平面管、鍺合金管、發射區、基區，集電區、發射極、基極、集電極、發射結、集電結、發射、發射極電流、復合和擴散、基極電流、收集、集電極電流、反向飽和電流、共基直流電流放大系數、共射直流電流放大系數、穿透電流、輸入特性、輸出特性、截止區、放大區、飽和區、共射接法、共射電流放大系數、共射直流電流放大系數、共基接法、共基電流放大系數、共基直流電流放大系數、共基和共射的放大系數的關系、反向飽和電流測量電路、集電極和基極之間的反向飽和電流、集電極和發射機之間的穿透電流、集電極最大允許電流、集電極最大允許耗散功率、級間反向擊穿電壓。
硅平面管：N型硅片氧化膜上光刻一個窗口，將硼雜質擴散，形成P型基區，再在P區光刻一個窗口，將磷雜質擴散，形成N型發射區。引出三個電極，發射機e，基極b，集電極c。
鍺合金管：N型鍺片，兩邊各置一小銦球，加熱，高於銦熔點，低於鍺熔點，銦融化。冷卻后，N型區兩側形成P型區。
無論NPN還是PNP，內部均有三個區。發射區、基區，集電區。引出三個極，發射極、基極、集電極。三個區兩兩交界處，形成兩個PN結，發射結、集電結。
示意圖與符號：
如果讓兩個二極管背靠背串聯，並不能實現放大作用，因為，三極管實現放大作用需要滿足如下條件：
1.發射區高摻雜，多數載流子濃度高。如果是NPN型三極管，發射區是N型，電子濃度高。
2.基區很薄，摻雜濃度比較低。如果是NPN型三極管，基區是P型，空穴比較少。
3.外加電源極性應使發射結正向偏置，集電結反向偏置。
滿足以上內部外部條件，以NPN為例討論三極管中載流子運動：
發射：發射結正偏，外加電場有利於多子電子擴散，電子從發射區越過發射結到達基區形成電流。基區多子空穴向發射區擴散形成空穴電流，這兩個電流總和是發射極電流Ie，發射極電流主要由發射區發射的電子電流產生，因為基區多子濃度比發射區多子濃度低。
復合和擴散：電子到基區，基區是P型，基區多子是空穴，電子空穴復合，產生基極電流Ibn。基區復合掉空穴，外電源補充來。基區空穴濃度低，基區薄，電子在基區與空穴復合的少，基極電流比發射極電流小，多數電子在基區繼續擴散，到達集電結。
收集：集電結反偏，外電場阻止集電區多子電子向基區移動，有利於基區擴散來的電子收集到集電極，形成集電極電流Icn。集電區少子空穴與基區少子電子進行漂移運動形成反向飽和電流Icbo。
集電極電流：
發射極電流：
共基直流電流放大系數：基極電流Ibn很小，所以三極管共基直流電流放大系數一般0.95-0.99，近似等於集電極電流比上發射極電流。
共射直流電流放大系數：約為幾十-幾百。
穿透電流Iceo：穿透電流Iceo遠小於Ic時，可將Iceo忽略。
NPN三極管共射輸入特性曲線：
輸入特性：三極管uce不變，輸入回路電流Ib和電壓Ube之間的關系曲線稱為輸入特性。
Uce=0時，基極與發射極相當於兩個PN結並聯，三極管輸入特性相當於二極管正向伏安特性。
Uce>0時，發射區擴散到基區的電子有利於被收集到集電極，只有一小部分發射區發射的電子在基區和空穴復合成為Ib。和Uce=0相比，相同Ube，Ib將變小，因此輸入特性將右移。Uce持續增大，不同Uce的輸入特性曲線幾乎重疊到一起。
NPN三極管共射輸出特性曲線：
輸出特性：Ib不變，三極管輸出回路電流Ic與電壓Uce之間的關系曲線稱為輸出特性。
截止區：Ib<=0的區域。管子各極電流基本上都為零。截止區，三極管的發射結和集電結都處於反向偏置狀態，對NPN來說，Ube<0,Ubc<0 。
放大區：Ib一定時，Ic值基本上不隨Uce變化，Ib有一個微小變化時，Ic將產生一個較大變化。說明三極管具有電流放大作用。放大區，三極管發射結正偏，集電結反偏，對NPN來說，Ube>0,Ubc<0 。
飽和區：圖像中，曲線的上升部分。不同Ib值的各條特性曲線重疊一起，飽和區，三極管失去放大作用。飽和區，三極管管壓降Uce很小，Uce<Ube。飽和區，三極管的發射結和集電結都處於正向偏置狀態，對NPN來說，Ube>0,Ubc>0 。
共射接法：輸入回路和輸出回路公共端是發射極。
共射電流放大系數：變化量之比。
共射直流電流放大系數：直流量之比
共基接法：輸入回路和輸出回路公共端是基極。
共基電流放大系數：
共基直流電流放大系數：
共基和共射的放大系數的關系：
反向飽和電流測量電路：
集電極和基極之間的反向飽和電流Icbo：發射極e開路時，集電極和基極的反向電流。鍺幾微安-幾十微安；硅更小。
集電極和發射機之間的穿透電流Iceo：基極b開路時，集電極和發射極之間的電流。
兩者關系：這兩個反向電流值越小，三極管越好。
集電極最大允許電流Icm：集電極電流過大，三極管共射電流放大系數減小，Ic=Icm，管子的共射電流放大系數降到原來的三分之二。
集電極最大允許耗散功率Pcm：管子兩端壓降Uce，集電極流過電流Ic，損耗功率Pc=IcUce。IcUce乘積等於規定的Pcm值的各點連接起來得到一條線，如下圖。
級間反向擊穿電壓：外加在三極管各電極之間的最大允許反向電壓。
Uceo：基極開路時，集電極和發射極之間的反向擊穿電壓。
Ucbo：發射機開路時，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。