半导体三极管基础知识

1. 基本结构和类型
半导体三极管的结构示意图如图1所示。它有两种类型：NPN型和PNP型。包含三层半导体：基区(相连电极称为基极，用B或b表示); 发射区(相连电极称为发射极，用E或e表示);集电区(相连电极称为集电极，用C或c表示)。 E-B间的PN结称为发射结， C-B间的PN结称为集电结。

图1 两类三极管示意图及图形符号
2. 电流分配与放大
半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。现以 NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系， 见图2

图2三极管的电流传输关系
发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电流为IEN。与PN结中的情况相同。从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为IEP。这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。 进入基区的电子流因基区的空穴浓度低，被复合的机会较少。又因基区很薄，在集电结反偏电压的作用下，电子在基区停留的时间很短，很快就运动到了集电结的边上，进入集电结的结电场区域，被集电极所收集，形成集电极电流ICN。在基区被复合的电子形成的电流是 IBN。 另外，因集电结反偏，使集电结区的少子形成漂移电流ICBO。于是可得如下电流关系式：
IE= IEN+ IEP 且有IEN>>IEP
IEN=ICN+ IBN 且有IEN>> IBN ， ICN>>IBN
IC=ICN+ ICBO
IB=IEP+ IBN-ICBO
IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN=(ICN+ICBO)+(IBN+IEP-ICBO)=IC+IB
3. 晶体管的特性曲线及主要参数
以共射NPN型晶体管放大电路为例。
输入特性曲线—— IB=f(UBE)|UCE常数
输出特性曲线—— IC=f(UCE)|IB=常数
(1)输入特性曲线
共发射极接法的输入特性曲线见图3。输入特性曲线的分区：死区、非线性区、线性区。

图3共发射极接法输入特性曲
(2)输出特性曲线
输出特性曲线分为三个区域：
饱和区--IC受UCE显著控制的区域，该区域内UCE的数值较小，一般UCE
截止区--IC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。
放大区--IC平行于UCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏，电压大于0.7 V左右(硅管)。

图4共发射极接法输出特性曲线
(3)主要参数
半导体三极管的参数分为直流参数、交流参数和极限参数三大类。
① 共发射极电流放大系数

和β
共发射极直流电流放大系数


共发射极交流电流放大系数 β

② 极间反向饱和电流ICBO和ICEO
ICEO和ICBO有如下关系

③ 极限参数
● 集电极最大允许电流ICM
当集电极电流超过一定值时，β就要下降，当β值下降到线性放大区β值的2/3时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。当IC>ICM时，并不表示三极管会损坏。
● 集电极最大允许功率损耗PCM
集电极电流通过集电结时所产生的功耗， PCM= ICUCB≈ICUCE，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用UCE取代UCB。
● 反向击穿电压U(BR)CEO
反向击穿电压U(BR)CEO,U(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。
④ 温度对晶体管参数的影响
温度T↑→β↑、ICBO↑，|UBE|↓→IC ↑
半导体三极管有两大类型，一是双极型半导体三极管， 二是场效应半导体三极管
双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两个 PN 结组合而成，是一种CCCS器件。 场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种VCCS器件。
二、双极型半导体三极管
1 双极型半导体三极管的结构
双极型半导体三极管的结构示意图如图4所示。它有两种类型：NPN型和PNP型。中间部分称为基区，相连电极称为基极，用B或b表示(Base);
一侧称为发射区，相连电极称为发射极，用E或e表示(Emitter);
另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示(Collector)。
E-B间的PN结称为发射结(Je)，
C-B间的PN结称为集电结(Jc)。

图4两种极性的双极型三极管
双极型三极管的符号在图的下方给出，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。从外表上看两个N区(或两个P区)是对称的，实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几个微米至几十个微米。
2 双极型半导体三极管的电流分配与控制
双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。现以 NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系， 见图5.

图5 双极型三极管的电流传输关系
发射结加正偏时，从发射区将有大量的电子向基区扩散，形成的电流为IEN。与PN结中的情况相同。从基区向发射区也有空穴的扩散运动，但其数量小，形成的电流为IEP。这是因为发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。