第三章--双极晶体管教案资料
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能带图
9
NPN晶体管的电流转换
Ine:发射结正向注入电子电流 Irb:基区复合电流
Icbo:集电结反向饱和电流
Ipe:发射结反向注入空穴电流 Inc:集电结电子电流
IE Ipe Ine ICInc Icbo IBIpeIrbIcbo
Ine Inc Irb
IE IBIC
10
3.2.2、发射效率及基区输运系数
jn c jn B W B q D L n n B B n B 0 e q V b ek T 1 c s c h W L n B B e q V b ck T 1 c th W L n B B
22
3.3 晶体管的直流电流增益
jpEjpE
26
4、共射极电流增益
01 00110 b eW W b e2 W L b 2 n 2b1
27
3.3 晶体管的直流电流增益
3.3.2 缓变基区晶体管的电流增益
一、缓变基区晶体管基区自建电场
基 区 自 建 电 场
对 载 流 子 的 影 响
多子：维持分布 少子：阻滞、加速
28
3.3 晶体管的直流电流增益
16
以共基极连接为例，采用一维理想模型 发射结正向偏置，集电结反向偏置
WB
Ine
Inc
Ir
IE
IC
Ipe
ICB
IB
O
17
坐标：
发
发
集
射
发射区 射 基区 电
极
结
结
We
0 Wb
基极
集
集电区
电
极
Wc
18
一、少数载流子分布
（1）基区“少子”电 子密度分布
nB(x)
0
WB
nb xnb0nb0eqVBEkT1shW sL bh n bx W b Ln nbb0eqVBCkT1shLxnb
第三章--双极晶体管
3.1 晶体管的基本结构及杂质分布
3.1.1晶体管的基本结构 由两个靠得很近的背靠背的PN结构成
c
b e
PNP
c
b e
NPN
2
3.1 晶体管的基本结构及杂质分布
3.1.2 BJT的杂质分布 1.锗合金管-均匀基区晶体管 特点： 三个区杂质均匀分布 2结为突变结
2.硅平面管-缓变基区晶体管 特点： E、B区杂质非均匀分布 2结为缓变结
3
4
5
3.1 晶体管的基本结构及杂质分布
“背靠背”的2个二极管有放大作用吗？
发
发
Fra Baidu bibliotek
集
集
射
发射区 射 基区 电 集电区
电
极
结
结
极
基极
3.1.3、结构特点 （1）基区宽度远小于基区少子扩散长度
(WB << L) （2）发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度
( NE >> NB )
6
3.2 晶体管的放大原理
21
3.3 晶体管的直流电流增益
二、电流密度分布函数
jnBxqD L n n B B nB 0
eqV bekT1ch W L Bn Bx eqV bckT1ch L x nB shW BL nB
jn E jn B0 q D L n n B B n B 0 e q V b ek T 1 c th W L n B B e q V b ck T 1 c s c h W L n B B
1、发射效率γ0
0
Ine IE
Ine Ine Ipe
1 1Ipe
Ine
I pe I ne
，则 0
11
2、基区输运系数β*
0IIn nce
IneIrb Ine
1Irb Ine
Irb Ine
，则0
3、集电区倍增因子 *
Ic B1
I nc
12
3.2.3、晶体管电流放大系数
1.共基极直流电流放大系数
3.3 晶体管的直流电流增益
任务：导出α0、β0的定量关系式
0 0 0
0
1
1 I pe
I ne
0
0 10
0
1
I rb I ne
15
3.3.1 均匀基区晶体管的电流增益 均匀基区晶体管直流电流增益推导思路
A、对发射区、基区、集电区分别建立扩散方程 B、利用波尔兹曼分布关系建立边界条件 C、解扩散方程得到各区少子分布函数 D、利用少子分布函数求出各区电流密度分布函数 E、由电流密度分布函数得到jne , jnc , jpe 。 F、求出发射效率和输运系数 G、得到共基极和共射极电流放大系数
EBxkqTNB1xdNdBxx
x
NB x NB 0e WB
其中： NB 0 : 基区发射结边界处杂质浓度
: 基区电场因子（无量纲）
19
3.3 晶体管的直流电流增益
一、少数载流子分布
（2）发射区少数载 流子分布
pE(x)
x
0
p Ex p E 0 p E 0e q V b ek T 1 e x L p E
20
3.3 晶体管的直流电流增益
一、少数载流子分布
（3）、集电区少数载 流子分布
pC(x)
0
x
p C x p C 0 p C 0e q V b ck T 1 e x L p C
0IIC EIInE eIIn nceIIn C c 0
0
2.共射极直流电流放大系数 IC
0
IC IB
IC IE IC
IE 1 IC
0 10
IE
13
晶体管放大三要素： ① Wb<<Lnb，实现不衰减的电流传输。 ②发射结为单边结，NE>>NB 。 ③发射结正向偏置，集电结反向偏置。
14
0qDpEpE0 LpE
eqVbe kT1
jpCjpC
0qD pCpC0 LpC
eqVbc kT1
23
3.3 晶体管的直流电流增益
24
3.3 晶体管的直流电流增益
1pB1pB0WB nEnE0WE
11EWB BWE
2.基区输运系数β*
*
1
W
2 B
2 L2nB
三、直流电流增益
1.发射效率γ0 25
NPN晶体管的几种组态
共基极 共射极 共集电极
0 0
IC
I I
E C
IB
共基e 极
N
共b 发射极
P
共收集极 N c
晶体管的共集电极接法
7
3.2.1、晶体管中载流子的传输
以共基极为例：
WB
1、发射结的注入
2、基区的输运与 复合
Ine
Inc
3、集电极的收集
Ir
IE
IC
Ipe
ICBO
IB 8
各区少子分布
3.3 晶体管的直流电流增益
3、共基极电流增益
0
0
(1
1
Dpe
NBWb
)
1
Wb2 2L2nb
1
Dpe NBWb Dnb NEWe
Wb2 2L2nb
Dnb NEWe
或者
( 1
1
eWb
)
1
Wb2 2L2nb
1
eWb bWe
1
Wb2 2L2nb
bWe
1 eWb Wb2 bWe 2L2nb
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NPN晶体管的电流转换
Ine:发射结正向注入电子电流 Irb:基区复合电流
Icbo:集电结反向饱和电流
Ipe:发射结反向注入空穴电流 Inc:集电结电子电流
IE Ipe Ine ICInc Icbo IBIpeIrbIcbo
Ine Inc Irb
IE IBIC
10
3.2.2、发射效率及基区输运系数
jn c jn B W B q D L n n B B n B 0 e q V b ek T 1 c s c h W L n B B e q V b ck T 1 c th W L n B B
22
3.3 晶体管的直流电流增益
jpEjpE
26
4、共射极电流增益
01 00110 b eW W b e2 W L b 2 n 2b1
27
3.3 晶体管的直流电流增益
3.3.2 缓变基区晶体管的电流增益
一、缓变基区晶体管基区自建电场
基 区 自 建 电 场
对 载 流 子 的 影 响
多子：维持分布 少子：阻滞、加速
28
3.3 晶体管的直流电流增益
16
以共基极连接为例，采用一维理想模型 发射结正向偏置，集电结反向偏置
WB
Ine
Inc
Ir
IE
IC
Ipe
ICB
IB
O
17
坐标：
发
发
集
射
发射区 射 基区 电
极
结
结
We
0 Wb
基极
集
集电区
电
极
Wc
18
一、少数载流子分布
（1）基区“少子”电 子密度分布
nB(x)
0
WB
nb xnb0nb0eqVBEkT1shW sL bh n bx W b Ln nbb0eqVBCkT1shLxnb
第三章--双极晶体管
3.1 晶体管的基本结构及杂质分布
3.1.1晶体管的基本结构 由两个靠得很近的背靠背的PN结构成
c
b e
PNP
c
b e
NPN
2
3.1 晶体管的基本结构及杂质分布
3.1.2 BJT的杂质分布 1.锗合金管-均匀基区晶体管 特点： 三个区杂质均匀分布 2结为突变结
2.硅平面管-缓变基区晶体管 特点： E、B区杂质非均匀分布 2结为缓变结
3
4
5
3.1 晶体管的基本结构及杂质分布
“背靠背”的2个二极管有放大作用吗？
发
发
Fra Baidu bibliotek
集
集
射
发射区 射 基区 电 集电区
电
极
结
结
极
基极
3.1.3、结构特点 （1）基区宽度远小于基区少子扩散长度
(WB << L) （2）发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度
( NE >> NB )
6
3.2 晶体管的放大原理
21
3.3 晶体管的直流电流增益
二、电流密度分布函数
jnBxqD L n n B B nB 0
eqV bekT1ch W L Bn Bx eqV bckT1ch L x nB shW BL nB
jn E jn B0 q D L n n B B n B 0 e q V b ek T 1 c th W L n B B e q V b ck T 1 c s c h W L n B B
1、发射效率γ0
0
Ine IE
Ine Ine Ipe
1 1Ipe
Ine
I pe I ne
，则 0
11
2、基区输运系数β*
0IIn nce
IneIrb Ine
1Irb Ine
Irb Ine
，则0
3、集电区倍增因子 *
Ic B1
I nc
12
3.2.3、晶体管电流放大系数
1.共基极直流电流放大系数
3.3 晶体管的直流电流增益
任务：导出α0、β0的定量关系式
0 0 0
0
1
1 I pe
I ne
0
0 10
0
1
I rb I ne
15
3.3.1 均匀基区晶体管的电流增益 均匀基区晶体管直流电流增益推导思路
A、对发射区、基区、集电区分别建立扩散方程 B、利用波尔兹曼分布关系建立边界条件 C、解扩散方程得到各区少子分布函数 D、利用少子分布函数求出各区电流密度分布函数 E、由电流密度分布函数得到jne , jnc , jpe 。 F、求出发射效率和输运系数 G、得到共基极和共射极电流放大系数
EBxkqTNB1xdNdBxx
x
NB x NB 0e WB
其中： NB 0 : 基区发射结边界处杂质浓度
: 基区电场因子（无量纲）
19
3.3 晶体管的直流电流增益
一、少数载流子分布
（2）发射区少数载 流子分布
pE(x)
x
0
p Ex p E 0 p E 0e q V b ek T 1 e x L p E
20
3.3 晶体管的直流电流增益
一、少数载流子分布
（3）、集电区少数载 流子分布
pC(x)
0
x
p C x p C 0 p C 0e q V b ck T 1 e x L p C
0IIC EIInE eIIn nceIIn C c 0
0
2.共射极直流电流放大系数 IC
0
IC IB
IC IE IC
IE 1 IC
0 10
IE
13
晶体管放大三要素： ① Wb<<Lnb，实现不衰减的电流传输。 ②发射结为单边结，NE>>NB 。 ③发射结正向偏置，集电结反向偏置。
14
0qDpEpE0 LpE
eqVbe kT1
jpCjpC
0qD pCpC0 LpC
eqVbc kT1
23
3.3 晶体管的直流电流增益
24
3.3 晶体管的直流电流增益
1pB1pB0WB nEnE0WE
11EWB BWE
2.基区输运系数β*
*
1
W
2 B
2 L2nB
三、直流电流增益
1.发射效率γ0 25
NPN晶体管的几种组态
共基极 共射极 共集电极
0 0
IC
I I
E C
IB
共基e 极
N
共b 发射极
P
共收集极 N c
晶体管的共集电极接法
7
3.2.1、晶体管中载流子的传输
以共基极为例：
WB
1、发射结的注入
2、基区的输运与 复合
Ine
Inc
3、集电极的收集
Ir
IE
IC
Ipe
ICBO
IB 8
各区少子分布
3.3 晶体管的直流电流增益
3、共基极电流增益
0
0
(1
1
Dpe
NBWb
)
1
Wb2 2L2nb
1
Dpe NBWb Dnb NEWe
Wb2 2L2nb
Dnb NEWe
或者
( 1
1
eWb
)
1
Wb2 2L2nb
1
eWb bWe
1
Wb2 2L2nb
bWe
1 eWb Wb2 bWe 2L2nb