三极管的基本结构和主要参数

双极性晶体管又称为晶体三极管、半导体三极管，常简称为三极管或晶体管。常见的三极管的外形如图10－12所示。

1.三极管的结构及类型

三极管有NPN和PNP两种类型，它们是根据不同的掺杂方式在同一个硅片上制造出三个掺杂区，形成两个PN结。采用平面工艺制成的NPN型硅材料三极管的结构如图10－13（a）和（b）所示，位于中间的P区称为基区，它很薄且杂质浓度很低；发射区掺杂浓度很高；集电区集电结面积很大；三极管的外特性与三个区域的上述特点紧密相关。发射区和基区间的PN结称为发射结，集电区和基区间的PN结称为集电结。由发射区、基区和集电区分别引出发射极E、基极B和集电极C。三极管的图形符号如图10－13（c）所示，发射极上的箭头表示发射极电流的方向。

图10－12　三极管外形

图10－13　三极管的结构和符号

2.三极管的电流放大作用

三极管是一个具有放大作用的元件。下面以NPN型三极管为例讨论三极管的电流放大体用。

三极管工作在放大状态的外部条件是发射结正向偏置且集电结反向偏置，所以把NPN型三极管接成图10－14所示电路。图中三极管的发射极、基极和基极电阻RB、基极电源UBB相连接，组成基极回路。发射极、集电极和集电极电阻RC、集电极电源UCC相连接，组成集电极回路。由于发射极是基极回路和集电极回路的公共端，故称此电路为共发射极电路。

图10－14　共发射极电路中载流子的运动

在图10－14中，基极电源UBB使发射结获得正向偏置，故发射区的电子因扩散运动不断越过发射结到达基区。基区空穴也向发射区扩散，但由于基区杂质浓度低，所以空穴形成的电流非常小，近似分析时可忽略不计。可见扩散运动形成了发射极电流IE。因基区很薄且空穴浓度很低，故发射区注入基区的电子只有一小部分和基区的空穴复合形成基极电流IB，而绝大部分电子成为基区的非平衡少数载流子，因集电结加反向偏置电压而继续向集电区漂移，形成漂移电流。同时，集电区与基区的平衡少数载流子也参与漂移运动，但它的数量很小，近似分析中可忽略不计。因此，漂移运动形成集电极电流IC。

由以上分析可知，三极管各个电极上的电流关系如下

综合以上三个等式可得

由于三极管制成后其内部尺寸和杂质浓度是确定的，所以发射区所发射的电子在基区复合与被集电极收集的数量比例大体上是确定的。因此三极管内部电流存在一种比例分配关系，IC和IB分别占IE的一定比例，且IC接近于IE，IC远大于IB。这样，当基极回路由于外加电压或电阻改变而引起IB的微小变化时，IC必定会发生较大的变化，这就是三极管的电流放大作用。

电流ICN与I′B之比称为共射直流电流放大系数。

即

3．三极管的主要参数

表征三极管的参数很多，主要有以下几类。

（1）电流放大系数。电流放大系数是反映三极管电流放大能力的重要参数。

①共射电流放大系数。

a．共射直流电流放大系数。

b．共射交流电流放大系数

若在图10－14中加输入电压Δui，则晶体管的基极电流将在IB基础上叠加动态电流ΔIB，当然集电极电流也将在IC基础上叠加动态电流ΔIC，ΔIB与ΔIC之比称为共射交流电流放大系数

②共基电流放大系数

a．共基直流电流放大系数

b．共基交流电流放大系数

近似分析中可以认为＝β，α＝。

（2）板间反向电流

①集电极——基极反向饱和电流ICBO。当三极管的发射极开路时，在其集电结上加反向电压电流ICBO。它实际上就是一个PN结的反向饱和电流。

②集电极——发射极反向饱和电流ICEO。ICEO定义为基极开路时，在集电极和发射极之间加反向电压得到的反向电流。由于有这个电流从集电极穿过基区流到发射极，因此，称为穿透电流。可得

ICBO与ICEO是与少数载流子密切相关的电流，受温度影响很大。

（3）极限参数

①集电极最大允许电流ICM。IC在相当大的范围内β值基本不变，但当IC增大到一定程度时，β值将减小。集电极最大允许电流ICM就是集电极电流从最大值减小到共70%左右时所对应的集电极电流。三极管工作时，其集电极电流一般不应该超过ICM。

②集电极最大允许功耗PCM。三极管集电极与发射极之间的压降主要降落在集电结上。三极管的功耗主要由集电结承担。PCM＝iCuCE为一个常数。集电极功耗会转换为温升。如果功耗过大，温度过高将会使三极管烧坏。

③反向击穿电压。三极管有两个PN结，如果其反向电压超过允许值时都有可能被反向击穿击穿电压有以下几种：

a.U（BR）EBO表示集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大反向电压。

b.U（BR）CBO表示发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反向电压。

c.U（BR）CEO表示基极开路时，集电极与发射极之间允许的最大反向电压。

（4）特征频率fT。三极管的β值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的β将会下降。当β下降到l时所对应的频率称为特征频率fT。可见，超过该频率使用，三极管就没有电流放大作用了。