第9章《电工电子技术》课件.pptVIP

第9章 常用半导体器件 本章学习要点 半导体基础知识 半导体二极管 半导体三极管 场效应晶体管 本章小结 9.1 半导体基础知识 9.2 半导体二极管 9.3 半导体三极管 9.4 场效应晶体管* 本章小结 9.3.3 三极管的电流分配与放大原理 1．三极管实现电流放大作用的条件 （1）内部结构条件 ① 发射区很小，但掺杂浓度高。 ② 基区最薄且掺杂浓度最小（比发射区小2～3个数量级）。 ③ 集电结面积最大，且集电区的掺杂浓度小于发射区的掺杂浓度。 （2）外部条件 外部条件是要保证外加电源的极性使发射结处于正向偏置状态，使集电结处于反向偏置状态。 2．实验说明 下面通过一个实验来说明三极管各电流之间的关系，实验电路如下图所示。改变可变电阻RB，则基极电流IB、集电极电流IC和发射极电流IE都会发生变化。测量结果如下表所示。 由此实验及测量结果可得出如下结论： （1）各极电流的关系满足：IE＝IB＋IC，符合基尔霍夫电流定律。 （2）IC和IE比IB大得多。 （3）从上表各列数据中求得IC和IB的变化量，加以比较。例如，选第4列和第5列的数据，可得 这说明，基极电流的少量变化可以引起集电极电流的较大变化，这就是三极管的电流放大作用。 3．三极管内部载流子的运动 三极管内部载流子的运动情况如下图所示。 （1）发射区向基区扩散电子 由于发射结加正偏电压，因此发射结两侧多子的扩散运动大于少子的漂移运动，发射区的多子源源不断地越过发射结到达基区，同时，基区的多子源源不断地越过发射结到达发射区，由电子电流和空穴电流共同形成了发射极电流IE。 因基区很薄且掺杂浓度最小，空穴电流IEP很小，可以忽略不计，所以，发射极电流IE≈IEN。 （2）电子在基区的扩散与复合 由发射区扩散到基区的电子浓度，在靠近发射结处的浓度要高于靠近集电结处的浓度，因此，在基区中形成了电子的浓度差，这样，电子会向集电结继续扩散。在扩散过程中，绝大部分电子扩散到集电结边沿，很少部分电子与基区的多子空穴复合，复合掉的空穴由基区电源补充，从而形成基极电流IB的主要部分IBN。 扩散到集电结的电子与复合掉的电子的比例决定了三极管的电流放大能力，三极管的电流控制就发生在这一过程。 （3）电子被集电区收集 集电结反偏，使得其内电场很强。这个内电场阻止集电区电子向基区扩散，而对基区扩散过来的电子有很强的吸引力，故从基区扩散来的电子在强电场的作用下将迅速漂移越过集电结进入集电区，形成集电极电流IC的主要部分ICN。 同时，集电结加反向电压使基区的少子电子和集电区的少子空穴通过集电结形成反向饱和电流ICBO。它的数值很小，但受温度影响很大，会造成管子的工作性能不稳定。所以，在制造管子时，应尽量设法减小ICBO。 4．电流分配关系 通过以上分析可知三极管各极电流的关系为： 实验表明，在发射结正偏，集电结反偏的条件下，三极管基极与集电极上的电流不是孤立的，它们之间存在一定的比例关系。这一比例关系是由管子的结构特点所决定的，管子做好之后这一比例关系就基本确定了。 为了反映ICN和IBN之间的比例关系，定义共发射极直流电流放大系数，即 上式可变换为： 上式中，ICEO称为穿透电流。由于ICBO很小，ICEO也很小，分析时可忽略不计，所以今后电路分析中常用的关系式为： 9.3.4 三极管的特性曲线 1．输入特性曲线 输入特性曲线是指当集—射极电压UCE为常数时，输入电路（基极电路）中基极电流IB与基—射极电压UBE之间的关系曲线IB＝f（UBE），如下图所示。 UCE＝0时，集电极与发射极短接，三极管相当于两个二极管并联，UBE即为加在并联二极管上的正向电压，故三极管的输入特性曲线与二极管伏安特性曲线的正向特性相似。 UCE≥1V时，曲线右移，因为此时集电结已反向偏置，内电场足够大，可以把从发射区进入基区的电子中的绝大部分拉入集电区。因此，在相同的UBE下，UCE≥1V时的基极电流IB比UCE＝0时的小。但是当UCE超过1V以后，即使其再增加，只要UBE不变，IB也不再明显减小，所以通常只画出UCE≥1V的一条输入特性曲线。 由上图可以看出，三极管的输入特性中也存在死区电压，只有在发射结外加电压大于死区电压时，三极管才会产生基极电流。 2．输出特性