第三章讲义双极晶体管
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13
0
Ine IE
Ine Ine Ipe
1 1Ipe
Leabharlann Baidu
Ine
I pe I ne
，则 0
14
2、基区输运系数β* 为了说明传输过程中效率的高低
0IIn nce
IneIrb Ine
1Irb Ine
Irb Ine
，则0
3、集电区倍增因子 *
Ic 1
I nc
15
3.2.3、晶体管电流放大系数
23
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
24
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
1.共基极直流电流放大系数
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
16
晶体管共基极电流没有电流放大作用，但可有电压 及功率放大作用。
共射极电路既可作为电流放大，也可作为电压放大 及功率放大。
( NE >> NB )
8
3.2 晶体管的放大原理
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
9
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
c
b e
NPN
3
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
4
5
6
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？
WB
Ine
Inc
Ir
IE
IC
Ipe
ICB
IB
O
21
坐标：
发
发
集
集
射
发射区 射 基区 电 集电区
电
极
结
结
极
We
xe 0 Wb xc
Wc
基极
22
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
7
2. 发射结正偏时，发射区向基区注入电子的同时，基区也向
发射区注入空穴--由基极电流提供，但此电流不能形成集电 极电流，对放大作用没有贡献。故需要让发射区注入的电 子比基区注入的空穴多得多，即要求掺杂浓度的控制。
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
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
26
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
20
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
IE IBIC
12
3.2.2、发射效率及基区输运系数 1、发射效率γ0
从发射结注入的电流有电子电流和空穴电流，即Ine和Ipe，但 只有正向注入的Ine中的大部分能达到集电区，构成IC的主要 部分，它显然对放大有贡献。因此从电流的传输和放大来看， Ine越大越好，Ipe越小越好。为了表示有效注入电流在总的发 射电流中所占的比例
发
发
集
集
射
发射区 射 基区 电 集电区
电
极
结
结
极
基极
npn晶体放大的机理是：发射区注入基区的电子绝大部分被集 电区收集成为集电极电流（发射结正偏，集电结）
1. 若基区宽度较大，Wb>Lnb，则注入到基区的电子（少子） 在到达集电区前就已经复合掉了，使大的正向电流只在左 边pn结中存在，右边pn结反偏，电流很小，两pn结互不相 干，没有放大作用。
Ir
IE
IC
Ipe
ICBO
IB 10
各区少子分布
能带图
11
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
精品jing
第三章双极晶体管
第 3 章 双极型晶体管
3.1 结构 3.2 放大原理 3.3 电流增益 3.4 特性参数 3.5 直流伏安特性 3.6 开关特性 3.7 小结
2
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
25
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
17
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。
18
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
0 10
0
1
1 I pe
I ne
0
1
I rb I ne
19
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
0
Ine IE
Ine Ine Ipe
1 1Ipe
Leabharlann Baidu
Ine
I pe I ne
，则 0
14
2、基区输运系数β* 为了说明传输过程中效率的高低
0IIn nce
IneIrb Ine
1Irb Ine
Irb Ine
，则0
3、集电区倍增因子 *
Ic 1
I nc
15
3.2.3、晶体管电流放大系数
23
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
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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
1.共基极直流电流放大系数
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
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晶体管共基极电流没有电流放大作用，但可有电压 及功率放大作用。
共射极电路既可作为电流放大，也可作为电压放大 及功率放大。
( NE >> NB )
8
3.2 晶体管的放大原理
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
9
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
c
b e
NPN
3
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
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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？
WB
Ine
Inc
Ir
IE
IC
Ipe
ICB
IB
O
21
坐标：
发
发
集
集
射
发射区 射 基区 电 集电区
电
极
结
结
极
We
xe 0 Wb xc
Wc
基极
22
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
7
2. 发射结正偏时，发射区向基区注入电子的同时，基区也向
发射区注入空穴--由基极电流提供，但此电流不能形成集电 极电流，对放大作用没有贡献。故需要让发射区注入的电 子比基区注入的空穴多得多，即要求掺杂浓度的控制。
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
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
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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
20
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
IE IBIC
12
3.2.2、发射效率及基区输运系数 1、发射效率γ0
从发射结注入的电流有电子电流和空穴电流，即Ine和Ipe，但 只有正向注入的Ine中的大部分能达到集电区，构成IC的主要 部分，它显然对放大有贡献。因此从电流的传输和放大来看， Ine越大越好，Ipe越小越好。为了表示有效注入电流在总的发 射电流中所占的比例
发
发
集
集
射
发射区 射 基区 电 集电区
电
极
结
结
极
基极
npn晶体放大的机理是：发射区注入基区的电子绝大部分被集 电区收集成为集电极电流（发射结正偏，集电结）
1. 若基区宽度较大，Wb>Lnb，则注入到基区的电子（少子） 在到达集电区前就已经复合掉了，使大的正向电流只在左 边pn结中存在，右边pn结反偏，电流很小，两pn结互不相 干，没有放大作用。
Ir
IE
IC
Ipe
ICBO
IB 10
各区少子分布
能带图
11
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
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第三章双极晶体管
第 3 章 双极型晶体管
3.1 结构 3.2 放大原理 3.3 电流增益 3.4 特性参数 3.5 直流伏安特性 3.6 开关特性 3.7 小结
2
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
25
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
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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。
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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
0 10
0
1
1 I pe
I ne
0
1
I rb I ne
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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