2.1.6 半导体三极管特性
半导体三极管也称为晶体三极管,它是电子线路中最重要的元件之一。在笔记本电脑的主板线路中,主要应用于逻辑开关转换和电信号放大功能。三极管按照制程材料区分,也有硅和锗材料两种。
同时,通过工艺的方法可以把两个二极管背靠背连接起来组成由三个电极构成的三极管。所以,三极管按照PN结的组合方式又可以分为NPN型和PNP型,它们的结构示意图和符号分别如图2-30~图2-33所示。
图2-30 NPN型三极管结构示意图
图2-31 NPN型三极管符号图示
图2-32 PNP型三极管结构示意图
图2-33 PNP型三极管符号图示
不管是什么类型的三极管,它们均包含三个区:发射区、基区和集电区。同时,引出相应的三个电极:发射极、基极和集电极。如图2-34所示为三极管内部结构剖析图,下面来分析一下它们之间的电流分配关系。
图2-34 三级管内部结构剖析图
由于载流子的运动,因而产生了相应的电流,它们的关系如下:
其中, I ceo 为发射极少数载流子形成的反向饱和电流; I cbo 为 I b =0时,集电极和发射极之间的穿透电流。
如果将 α 定义为共基极电流的放大系数, β 为共发射极电流的放大倍数,则它们之间的换算关系为:
三极管特性
三极管的电气特性曲线与其接法有直接的关系。在学习之前,先来看一下NPN型管的三种典型接法。
(1)共基极,如图2-35所示。
图2-35 三极管共基极连接
(2)共发射极,如图2-36所示。
图2-36 三极管共发射极连接
(3)共集电极,如图2-37所示。
图2-37 三极管共集电极连接
下面以笔记本电脑主板线路中最常用的NPN管共发射极的接法为例,为大家介绍它的电气特性曲线图。
1)输入特性
I B 与 U BE 有如下关系:
它与 PN 结的正向特性相似,三极管的两个 PN 结相互影响,因此输出电压 U CE 对输入特性有影响,且 U CE >1 时,这两个 PN结的输入特性基本重合。如图 2-38 所示为分别以 U CE =0 和 U CE ≥1V 两条曲线表示的输入特性曲线。
图2-38 三极管输入特性曲线
2)输出特性
如图2-39所示,三极管的输出特性曲线可以分为如下三个区。
图2-39 三极管输出特性曲线
(1)截止区: I B ≤0时,此时的集电极电流近似为零,管子的集电极电压等于电源电压,两个结均处于反偏,b、e和c、e之间都近似开路。
(2)饱和区: U BE > U ON ,此时两个结均处于正向偏置, U CE ≈0.3V。
(3)放大区: I C = βI B , I C 基本不随 U CE 的变化而变化,此时发射极正偏,集电极反偏。
小结
当三极管在电路上用作逻辑开关时,其分别工作在截止区和饱和区;用作电信号放大功能时,则工作在放大区。