陈星弼课件微电子器件31章节.ppt

第 3 章 双极结型晶体管,3.1 双极结型晶体管基础,PN 结正向电流的来源是多子，所以正向电流很大 ；反向电流的来源是少子，所以反向电流很小如果能用其他方法给反偏 PN 结提供大量少子，就能提高反偏 PN 结的电流给反偏 PN 结提供少子的方法之一是在其附近制作一个正偏 PN 结，使正偏 PN 结注入的少子来不及复合就被反偏 PN 结收集而形成很大的反向电流反向电流的大小取决于其附近正偏 PN 结偏压的大小通过改变正偏 PN 结的偏压来控制其附近反偏 PN 结的电流的方法称为 双极晶体管效应 ，由此发明的双极结型晶体管获得了诺贝尔物理奖N,P,P,双极结型晶体管 ( Bipolar Junction Transistor ) 简称为双极型晶体管，或晶体管双极型晶体管有两种基本结构：PNP 型和 NPN 型，其结构示意图和在电路图中的符号如下,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,N,N,N,P,P,P,E,E,E,E,B,B,B,B,C,C,C,C,3.1.1 双极结型晶体管的结构,均匀基区晶体管：基区掺杂为均匀分布少子在基区主要作扩散运动，又称为 扩散晶体管缓变基区晶体管：基区掺杂近似为指数分布，少子在基区主要作漂移运动，又称为 漂移晶体管。

P,N+,N,0,xjc,xje,,,,,,,,,,,,NE(x),NB(x),NC,x,0,xjc,xje,,加在各 PN 结上的电压为,PNP 管，,NPN 管，,根据两个结上电压的正负，晶体管有 4 种工作状态，,E 结 ＋ ＋ － －,工 作 状 态 放大状态，用于模拟电路 饱和状态，用于数字电路 截止状态，用于数字电路 倒向放大状态,C 结 － ＋ － ＋,,,,,,,,,,3.1.2 偏压与工作状态,均匀基区晶体管在 4 种工作状态下的少子分布图,放大状态：,饱和状态：,截止状态：,倒向放大状态：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3.1.3 少子浓度分布与能带图,,均匀基区 NPN 晶体管在平衡状态下的能带图,,,,,,,,,,,,,,,,EC,EF,EV,N,N,P,均匀基区 NPN 晶体管在 4 种工作状态下的能带图,,放大状态：,饱和状态：,截止状态：,倒向放大状态：,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,3.1.4 晶体管的放大作用,晶体管放大电路有两种基本类型：共基极接法 与 共发射极接法。

B,E,C,B,P,N,P,NE,NB,NC,IE,IB,IC,,,E,C,B,N,P,IE,IB,,,,,,,P,E,NE,NB,NC,IC,为了理解晶体管中的电流变化情况，先复习一下 PN 结中的正向电流V,P 区,N 区,0,,,,,,,以 PNP 管为例忽略势垒区产生复合电流， 处于放大状态的晶体管内部的各电流成分如下图所示，,从 IE 到 IC ，发生了两部分亏损：InE 与 Inr 要减小 InE ，就应使 NE NB ；,要减小 Inr ，就应使 WB LB 定义：发射结正偏，集电结 零偏 时的 IC 与 IE 之比，称为共基极直流短路电流放大系数，记为  ，即,定义：发射结正偏，集电结 反偏 时的 IC 与 IE 之比，称为共基极静态电流放大系数，记为 hFB ，即,,定义：发射结正偏，集电结 零偏 时的 IC 与 IB 之比，称为共发射极直流短路电流放大系数，记为β ，即,定义：发射结正偏，集电结 反偏 时的 IC 与 IB 之比，称为共发射极静态电流放大系数，记为 hFE ，即, 与 hFB 以及β与 hFE 在数值上几乎没有什么区别，但是若采用  与β 的定义，则无论对  与β本身的推导还是对晶体管直流电流电压方程的推导，都要更方便一些 ，所以本书只讨论  与β 。

根据晶体管各端电流之间的关系：IB = IE - IC ，以及  与β的定义，可得  与β之间的关系为,对于一般的晶体管，  = 0.9500 ~ 0.9950 ，β = 20 ~ 200除了上面的直流电流放大系数之外，还有 直流小信号电流放大系数（也称为 增量电流放大系数）和 高频小信号电流放大系数直流小信号电流放大系数的定义是,。