晶体管

晶体管（transistor），是一种把输入电流进行放大的半导体元器件。

晶体管的结构由三极、三区、两个结组成

晶体管能实现放大，必须从内部结构和外部偏置条件来保证。

集电区：面积最大；收集载流子

基区：最薄，掺杂浓度最低；传送和控制载流子

发射区：掺杂浓度最高；发射载流子

发射结正偏，集电结反偏 晶体管内部载流子的运动规律 参数定义

外部条件：发射结正偏、集电结反偏

电流分配关系 把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。 电流放大系数只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。

管子各电极电压与电流的关系曲线；是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能。

为什么要研究特性曲线： 1）直观地分析管子的工作状态 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路

测量晶体管特性的实验线路 输入特性是UCE为常数，UBE与iB之间的关系曲线称之为输入特性曲线

输出特性是iB为常数时，UCE与iC之间的关系曲线称之为输出特性曲线

对于晶体管的输入、输出特性曲线都有一个常数的条件，通过电路结构可以看出晶体管的输入、输出回路并不是孤立存在的，两者有共用的一条之路。所以必然会产生相互影响，为了避免这种情况对测量带来的影响，在测量某一回路的时候，要固定另一回路的参数，才能测准我们的特性。

输入特性曲线是在固定输出电压UCE的前提下，考察输入电流iB和输入电压UBE的关系。 当首先固定UCE为0V的时候，可以测得输入特性曲线。

根据晶体管的结构在基极和射极之间就是一个PN结，所以他的特性和PN结的特性是一致的，此曲线和二极管的正向曲线非常相似。

当UCE为1V时，再次测量输入电流iB和输入电压UBE曲线会向右移动。基极电流主要是来源于复合电流的，随着UCE的增大，集电区收集自由电子的能力增强，大部分的自由电子都被收集到了集电区，从而减小了自由电子和基区的空穴复合的机会，这样就使得在同样UBE的情况下IB会减小，使得特性曲线向右移动。

当继续增大UCE的时候，特性曲线继续右移，但是当UCE增大到一定程度，特性曲线右移的幅度就不再明显。当UCE达到一定程度时，几乎所有的自由电子都已经被收集了，但仍有有一少部分自由电子进行复合，所以此时UCE的增大就不会让iB减小很多了。

因此对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有特性曲线。

输出特性曲线反映的是在IB为常数的情况下，输出电压UCE和输出电流IC的关系；对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。

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在UCE较小的时候，IB随着UCE的变化有较大的一个变化过程；为什么会这样？在原点，当UCE为0时，显然，集电结没有反偏，集电区不能收集自由电子，所以此时电流IC为0；随着UCE逐渐增大，集电区收集自由电子的能力逐渐增强，因此，集电极电流IC也随之增大。所以，当UCE较小的的时候，集电区收集自由电子的能力逐渐增强，IC将会逐渐增大。IC与UCE的变化基本呈线型关系。

这种线性不是一直保持的，当UCE大到一定程度，IC不在增加基本保持固定不变，特性曲线与横轴几乎平行线。为什么这样，等到UCE足够大的时候，集电结完全反偏，集电区收集了几乎所有的自由电子，此时IC就不在增大，而是表现出一种恒流特性，次恒流特性很有意义，再次横流区域IC与IB的比值是一个固定值，此就是定义的重要参数，直流电流放大系数；同时，在此恒流区，除了每条特性曲线与横轴平行之外，特性曲线之间的间距也基本是相同的，可以说是变化的IC与变化的IB之间比值也基本是相同的，也就是说变化的IC与变化的IB比值也是一个常数。也就是交流放大系数。

在此区域IC的变化与UCE几乎无关了，显然IB才是决定IC的因素。也就体现了控制关系，IB控制IC。体现了晶体管重要特性：有源的电流控制元件。

伏安特性是晶体管特性的集中反应，通过此特性可以将晶体管的工作区分为三个：

（1）放大区；也就是恒流区域；也称为线型区，具有恒流特性。在此区域IC和IB成放大的关系，IC=βIB。让晶体管进入放大区要保证：发射结正偏，集电结反偏的外部条件。

（2）截止区：当发射结和集电结都处于反偏时。发射结的自由电子就不能进去集电区，此时IB为0，同时IC几乎也为0。位于IB等于0的特性曲线下方。事实上这里的IC也不是全为0的，仍有来自少子漂移产生的ICEO，称其为集射穿透电流。

（3）饱和区：发射区正偏，集电结正偏当UCE非常小的时候，小于UBE的时候，此时集电结还没有反偏，所以集电区收集自由电子的能力不是很强，这就导致电流IC小于βIB。显然UCE非常小几乎为0。

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放大区：发射结正偏，集电结反偏。意味着UBE大于0，UBC小于0。在此状态下晶体管具有放大能力，即IC=βIB，也就是合适的IB将在IC上获得数以百倍的输出。

截止区：发射结和集电结都反偏。也就是UBE和UBC都小于0。由于IC没有电流，集射之间相当于一个开路，集电极的输出电压VO约等于VCC。

饱和区：发射结和集电结都正偏，也就是UBE和UBC都大于0。此时UCE非常小，约等于0，此意味着集射之间近似一个短路状态。通过此通路写出IC表达式，将这个ICS称为临界集电极饱和电流。由于UCE近似为0，故输出电压VO也约等于0。

当晶体管饱和时， UCE≈0，集射之间如同一个开关的接通状态，其间电阻很小；当晶体管截止时，IC≈0 ，集射之间如同一个开关的断开状态，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大作用外，当工作在饱和区和截止区时还有开关作用。

（1） 三极管结偏置判定法 （2） 三极管电流关系判定法

三极管结偏置判定法 三极管电流关系判定法

1.电流放大系数 2.极间反向电流

3.极限参数

(1).集电极最大允许电流ICM 当β值下降到线性放大区β值的70％时，所对应的集电极电流 称为集电极最大允许电流ICM 。 (2).集-射极反向击穿电压U(BR)CEO 当集—射极之间的电压UCE 超过一定的数值时，三极管就会被击穿。 (3) 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， PC= ICUCE < PCM

由三个极限参数可画出三极管的安全工作区 当温度升高的时候，载流子的扩散和漂移运动速度都会增快，因此，减小了复合的机会，所对同样的基极电流IB，当温度升高的时候集电极电流I将会明显增大。也是β表现出对温度的敏感度。 对ICBO和ICEO也有明显的影响，温度升高会出现显著增大。

小了复合的机会，所对同样的基极电流IB，当温度升高的时候集电极电流I将会明显增大。也是β表现出对温度的敏感度。

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对ICBO和ICEO也有明显的影响，温度升高会出现显著增大。