BJT
一、BJT的結(jié)構(gòu)簡介
BJT又常稱為晶體管,它的種類很多。按照頻率分,有高頻管、低頻管; 按照功率分,有小、中、大功率管;按照半導(dǎo)體
圖3.1是NPN型BJT的示意圖。 它是由兩個 PN結(jié)的三層半導(dǎo)體制成的。中間是一塊很薄的P型半導(dǎo)體(幾微米~幾十微米),兩邊各為一塊N型半導(dǎo)體。從三塊半導(dǎo)體上各自接出的一根引線就是BJT的三個電極,它們分別叫做發(fā)射極e、基極b和集電極c,對應(yīng)的每塊半導(dǎo)體稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。雖然發(fā)射區(qū)和集電區(qū)都是N型半導(dǎo)體,但是發(fā)射區(qū)比集電區(qū)摻的雜質(zhì)多。在幾何尺寸上, 集電區(qū)的面積比發(fā)射區(qū)的大,這從圖3.1也可看到,因此它們并不是對稱的。
二、BJT的電流分配與放大作用
1、BJT內(nèi)部載流子的傳輸過程
BJT工作于放大狀態(tài)的基本條件:發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。
在外加電壓
(1)發(fā)射極注入電子
由于發(fā)射結(jié)外加正向電壓VEE,因此發(fā)射結(jié)的空間電荷區(qū)變窄,這時發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子電子不斷通過發(fā)射結(jié)擴散到基區(qū), 形成發(fā)射極電流IE,其方向與電子流動方向相反,如圖3.2所示。
(2)電子在基區(qū)中的擴散與復(fù)合
由發(fā)射區(qū)來的電子注入基區(qū)后, 就在基區(qū)靠近發(fā)射結(jié)的邊界積累起來, 右基區(qū)中形成了一定的濃度梯度,靠近發(fā)射結(jié)附近濃度最高,離發(fā)射結(jié)越遠(yuǎn)濃度越小。因此, 電子就要向集電結(jié)的方向擴散,在擴散過程中又會與基區(qū)中的空穴復(fù)合,同時接在基區(qū)的電源
(3)集電區(qū)收集電子
集電結(jié)外加反向電壓,其集電結(jié)的內(nèi)電場非常強,且電場方向從C區(qū)指向B區(qū)。使集電區(qū)的電子和基區(qū)的空穴很難通過集電結(jié),但對基區(qū)擴散到集電結(jié)邊緣的電子卻有很強的吸引力, 使電子很快地漂移過集電結(jié)為集電區(qū)所收集,形成集電極電流IC。 與此同時,集電區(qū)的空穴也會在該電場的作用下,漂移到基區(qū), 形成很小的反向飽和電流ICB0 ?!?nbsp;
2、電流分配關(guān)系
與正向偏置的二極管電流類似,發(fā)射極電流iE與vBE成指數(shù)關(guān)系:
集電極電流iC是iE的一部分,即:
式中β稱為BJT的電流放大系數(shù)
三、BJT的特性曲線
1.共射極電路的特性曲線
(1)輸入特性
VCE=0V時,b、e間加正向電壓,這時發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為正偏,相當(dāng)于兩個二極管正向并聯(lián)的特性。
VCE≥1V時,這時集電結(jié)反偏,從發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子絕大部分都漂移到集電極,只有小部分與空穴復(fù)合形成IB。 vCE>1V以后,IC增加很少,因此IB的變化量也很少,可以忽略vCE對IB的影響,即輸入特性曲線都重合。
注意:發(fā)射結(jié)開始導(dǎo)通的電壓vBE:0.6V~0.7V(硅管),0.1~0.3V(鍺管)
(2)輸出特性曲線
對于一確定的iB值,iC隨VCE的變化形成一條曲線,給出多個不同的iB值,就產(chǎn)生一個曲線族。如圖3.6所示。
① IB = 0V, IC=ICEO BJT截止,無放大作用,因此對應(yīng)IB=0的輸出特性曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)如圖3.6所示。
?、?IB﹥0 , VCE<1V ,iC隨IB的變化不遵循的規(guī)律,而且iC隨VCE的變化也是非線性的,所以該區(qū)域稱為飽和區(qū)。
?、?IB﹥0、VCE≥1V,iC隨iB的變化情況為:
或
在這個區(qū)域中IC幾乎不隨VCE變化,對應(yīng)于每一個IB值的特性曲線都幾乎與水平軸平行,因此該區(qū)域稱為線性區(qū)或放大區(qū)。
四、BJT的主要參數(shù)
BJT的參數(shù)是用來表征管子性能
1.流放大系數(shù)
BJT在共射極接法時的電流放大系數(shù),根據(jù)工作狀態(tài)的不同,在直流和交流兩種情況下分別用符號 和表示。其中
上式表明:BJT集電極的直流電流 IC與基極的直流電流IB的比值, 就是BJT接成共射極電路時的直流電流放大系數(shù), 有時用hFE來代表 。
但是,BJT常常工作在有信號
2.極間反向電流
?。?)集電極-基極反向飽和電流ICBO。表示發(fā)射極開路,c、b間加上一定的反向電壓時的電流。
(2)集電極-發(fā)射極反向飽和電流(穿透電流)ICEO。表示基極開路,c、e間加上一定的反向電壓時的集電極電流。
3.極限參數(shù)
(1)集電極最大允許電流ICM。表示BJT的參數(shù)變化不超過允許值時集電極允許的最大電流。當(dāng)電流超過ICM時,三極管
?。?)集電極最大允許功耗PCM。表示BJT的集電結(jié)允許損耗功率的最大值。超過此值時,三極管的性能將變壞或燒毀。
?。?)反向擊穿電壓V(BR)CEO。 表示基極開路,c、e間的反向擊穿電壓。
4、晶體管的選擇
?。?)依使用條件選PCM在安全區(qū)工作的管子, 并給予適當(dāng)?shù)纳嵋蟆?nbsp;
(2)要注意工作時反向擊穿電壓 , 特別是VCE不應(yīng)超過 V(BR)CEO。
(3)要注意工作時的最大集電極電流IC不應(yīng)超過ICM。
?。?)要依使用要求:是小功率還是大功率, 低頻、高頻還是超高頻,工作電源的極性,β值大小要求。