晶体管

1. 晶体管的结构及类型

    晶体管有双极型和单极型两种，通常把双极型晶体管简称为晶体管，而单极型晶体管简称为场效应管。

    晶体管是半导体器件，它由掺杂类型和浓度不同的三个区（发射区、基区和集电区）形成的两个 PN 结（发射结和集电结）组成，分别从三个区引出三个电极（发射极e、基极b 和集电极c）。

   晶体管根据掺杂类型不同，可分为 NPN 型和 PNP 型两种；根据使用的半导体材料不同 ，又可分为硅管和锗管两类。

   晶体管内部结构的特点是发射区的掺杂浓度远远高于基区掺杂浓度，并且基区很薄，集电结的面积比发射结面积大。这是晶体管具有放大能力的内部条件。

2. 电流分配与放大作用

   体管具有放大能力的外部条件是发射结正向偏置，集电结反向偏置。在这种偏置条件下，发射区的多数载流子扩散到基区后，只有极少部分在基区被复合，绝大多数会被集电区收集后形成集电极电流。通过改变发射结两端的电压，可以达到控制集电极电流的目的。

晶体管的电流分配关系如下：

    其中电流放大系数α和β之间的关系是α=β/(1＋β)，β= α/（1－α）ICBO是集电结反向饱和电流，ICEO是基极开路时集电极和发射极之间的穿透电流，并且ICBO =(1＋β)ICBO。

    在放大电路中，通过改变 uBE ，改变IB或IE，由 ΔIB 或 ΔiE 产生 ΔiC ，再通过集电极电阻 RC ，把电流的控制作用转化为电压的控制作用，产生 ΔuO = ΔiCRC 。实质上，这种控制作用就是放大作用。

3. 晶体管的工作状态

   当给晶体管的两个 PN 结分别施加不同的直流偏置时，晶体管会有放大、饱和和截止三种不同的工作状态。这几种工作状态的偏置条件及其特点如表 2.1 所列。

表 2.1 晶体管的三种工作状态

4. 伏安特性及主要参数

(1)共射极输入特性 （以 NPN 管为例）

输入特性表达式为:IB=f(UBE)|UCE。当UCE=0 时，输入特性相当于两个并联二极管

的正向特性。当UCE> 0 时，输入特性右移,UCE ≥ 1V 后输入特性基本重合。

因为发射结正偏，晶体管的输入特性类似于二极管的正向伏安特性。

(2)共射极输出特性 （以 NPN 管为例）

共射极输出特性表达式为：

。

晶体管输出特性曲线的三个区域对应于

晶体管的三个工作状态（饱和、放大和截止）。

a)饱和区：此时UCE很小，集电区收集载流子的能力很弱。 IC主要取决于UCE，而与 i B 关系不大。

b)放大区：位于特性曲线近似水平的部分。此时，IC主要取决于IB，而与UCE几乎无关。

c)截止区： 位于IB=-ICBO 的输出特性曲线与横轴之间的区域。此时,IC几乎为零。

a)直流参数： 共基极直流电流放大系数α，共射极直流电流放大系数β；集电极—基极间反向饱和电流ICBO，集电极—发射极间穿透电流ICEO。

b)交流参数： 共基极交流电流放大系数α， 共射极交流电流放大系数 β，其中 ， ； 共基极截止频率fα，共射极截止频率fβ，特征频率 fT，其中 fα>fβ>fβ。

c)极限参数:集电极最大允许功率耗散PCM,集电极最大允许电流ICM;

反向击穿电压U(BR)CEO，U(BR)EBO，U(BR)CBO 。

(4)温度对参数的影响

温度每增加1℃ ，UBE将减小 (2~2.5)mV ；温度每增加 10 ℃ 左右，ICBO增加一倍；温度每增加1℃ ，β增大(0.5 ～ 1) % 。