BJT的结构三极管

BJT是双极结型晶体管Bipolar Junction Transistor的简写,又称为半导体三极管。它有三个电极,常见的BJT外形如图1所示,图2是一种BJT的实物图片。

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根据结构不同,BJT一般可分成两种类型:NPN型和PNP型。NPN型BJT结构示意图、管芯剖面图及表示符号如图3所示。半导体的三个区域分别称为发射区、基区和集电区;三个区域引出的三个电极分别叫做发射极e、基极b和集电极c;发射区与基区间的PN结称为发射结,基区与集电区间的PN结称为集电结。

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BJT的结构特点 

发射区:杂质浓度很高;基区:很薄且杂质浓度很低;集电区:面积很大。     

图4是PNP型BJT结构示意图和符号。

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BJT工作于放大状态的条件:

1.器件内部条件:在制造工艺上要求发射区掺杂浓度高,基区很薄且杂质浓度低;集电区面积大,且掺杂浓度低于发射区。

2.外部电路条件:要使发射结正向偏置,集电结反向偏置。以共基电路为例,外加电压如下图所示。图中VBB使发射结正偏,VCC使集电结反偏。

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BJT的三个工作区

1、截止区:

工作条件:发射极电压小于导通电压Vth, 对于共射电路有:vBE< Vth,vCE> vBE。 

特点:IB=0,iC»0。

2、放大区

工作条件:发射结正向偏置且大于导通电压,集电结反向偏置。对共射电路而言,vBE>Vth,vCE>vBE。于是, 。iC的值与vCE无关,仅受IB控制。 

特点:DiC=bDIB

3、饱和区:

工作条件: 。(ICS是集电极最大电流,对于共射电路有 )

特点:发射结与集电结均处与正向偏置,即vBE >Vth,vCE>vBE ,此时iC不仅与IB有关且与vCE有关,iC随vCE的增加而增加。DiC≠βDIB, 。

BJT的主要参数

一、直流参数

1.共射直流电流放大系数 ()        

2.共基直流电流放大系数( )     

3.极间反向电流ICBO和ICEO 

ICBO是发射极开路时,集电结的反向饱和电流。ICEO是基极开路时,集电极与发射极间的穿透电流, 。

选用BJT时要选择ICBO、ICEO尽可能小,不要过大的管子。硅管的ICBO和ICEO比锗管小,所以硅管的温度稳定性比锗管好。

二、交流参数

1.共射交流电流放大系数(b )           

2.共基交流电流放大系数(a )           

在近似分析时,可认为 。

3.特征频率fT:当考虑BJT的结电容影响时,BJT的电流放大系数b随工作频率f 的升高而下降。当b下降为1时所对应的信号频率为特征频率fT。

三、极限参数

1.集电极最大允许电流ICM 

            ICM是指BJT的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流。

2.集电极最大允许功率损耗PCM 

            PCM表示集电结上允许损耗功率的最大值。超过此值就会使管子性能变坏或烧毁。

PCM= iCvCE  

3.反向击穿电压

  ① V(BR)EBO 

          V(BR)EBO 是指集电极开路时发射极-基极间的反向击穿电压。

  ② V(BR)CBO 

          V(BR)CBO 是指发射极开路时集电极-基极间的反向击穿电压。

  ③ V(BR)CEO

          V(BR)CEO 是指基极开路时集电极-发射极间的反向击穿电压。V(BR)CEO<< V(BR)CBO。

各击穿电压大小之间有如下的关系:

V(BR)CBO> V(BR)CES> V(BR)CER> V(BR)CEO

放大电路组成原则

组成放大电路时,必须遵循的原则是:

1.设置直流电源,为电路提供能源。

2.电源的极性和大小应保证BJT发射结处于正向偏置,而集电结处于反向偏置,使BJT工作在放大区。(对于场效应管放大电路,则应使之工作在恒流区)。

3.电路中电阻的取值与电源电压配合,使BJT有合适的静态工作点,避免产生非线性失真。

4.输入信号要有效传输,且能作用于放大管的输入回路。

5.接入负载时,必须保证负载获得比输入信号大得多的电流信号或电压信号。

本章小结

· 半导体三极管是由两个PN结组成的三端有源器件。有NPN型和PNP型两大类,两者电压、电流的实际方向相反,但具有相同的结构特点,即基区宽度薄且掺杂浓度低,发射区掺杂浓度高,集电区面积大,这一结构上的特点是三极管具有电流放大作用的内部条件。

· 三极管是一种电流控制器件,即用基极电流或发射极电流来控制集电极电流,故所谓放大作用,实质上是一种能量控制作用。放大作用只有在三极管发射结正向偏置、集电结反向偏置,以及静态工作点的合理设置时才能实现。

· 三极管的特性曲线是指各极间电压与各极电流间的关系曲线,最常用的是输出特性曲线和输入特性曲线。它们是三极管内部载流子运动的外部表现,因而也称外部特性。

· 器件的参数直观地表明了器件性能的好坏和适应的工作范围,是人们选择和正确使用器件的依据。在三极管的众多参数中,电流放大系数、极间反向饱和电流和几个极限参数是三极管的主要参数,使用中应予以重视。

结型场效应管的结构(FET)

比较内容

场效应管

三极管

导电机理

只依靠一种载流子(多子)参与导电,为单极型器件。

两种载流子(多子和少子)参与导电,为双极型器件。

放大原理

输入电压控制输出电流,gm=0.1mS~20mS

输入电流控制输出电流,例如,β =20~100

特 点

1. 制造工艺简单,便于大规模集成。 

2. 热稳定性好,噪声低。 

3. 输入电阻高,栅极电流iG≈0。 

4. gm小,放大能力较低。 

1. 受温度等外界影响较大,噪声大。 

2. 输入电阻低(因发射结正偏)。 

3. β 较大,放大能力强。 


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