第4章双极型晶体管工作原理
第4_4章双极型晶体管工作原理
第4_4章双极型晶体管工作原理双极型晶体管是一种重要的电子元件，具有放大和开关功能，广泛应用于电子电路中。
本文将介绍双极型晶体管的工作原理。
双极型晶体管由三个区域组成：发射区（E区）、基区（B区）和集电区（C区）。
在NPN型晶体管中，发射区和集电区是n型掺杂的，基区是p型掺杂的。
而在PNP型晶体管中，发射区和集电区是p型掺杂的，基区是n型掺杂的。
晶体管的工作原理基于两种类型的载流子：电子和空穴。
当发射结（E-B结）正向偏置时，由于发射结的N区被正偏压，大量的电子从发射区流入基区。
同时，由于基区是p型掺杂的，产生少量的空穴也从基区边缘流入基区。
这部分电子和空穴相互复合，形成少量的基电流（IB）。
当基区中的电子与空穴复合时，会产生电子空穴对。
一部分电子空穴对会在发射区直接复合，其他一部分电子空穴对则会沿着集电结（C-B结）的反向偏压方向漂移到集电区。
当集电结的反向偏压增大时，漂移电子空穴对的数量也会增加。
这部分电荷即为集电电流（IC），是晶体管放大功能的基础，相对于输入电流（IB）来说，集电电流的增益较大。
当输入的基电流（IB）增大时，基区中的电荷密度增加，进一步增大了发射结和基极之间的流动电流。
这部分电流的增大会导致集电电流增大，从而形成电流放大。
双极型晶体管的放大倍数（β）即为集电电流与基电流之比，一般为几百到几千。
双极型晶体管还可以用作开关。
当发射结为截止状态时，由于发射区和基区之间没有导通的电子路径，基电流非常小，集电电流也非常小。
这时晶体管处于断开状态。
而当发射结为导通状态时，电子从发射区流入基区，通过基区的扩散到达集电区，形成较大的集电电流。
这时晶体管处于导通状态。
总结起来，双极型晶体管的工作原理主要基于电子和空穴的扩散、漂移和复合过程。
当发射结正向偏置时，电子从发射区流入基区，同时也有部分电流从基区向发射区反向流动，形成基电流。
而当集电结反向偏置时，电子空穴对在电场作用下漂移到集电区，形成集电流。
双极晶体管的开关原理
双极晶体管的开关原理一、双极晶体管开关作用机理双极晶体管，又称双极型晶体管，是一种固体半导体器件，其可实现电流的放大和开关功能。
其名称中的“双极”是指这种器件的两个电子传导方向由同一条半导体（即基区）引入到另一点（即发射极和集电极）。
在双极器件中电流只沿着基区通过，这就限制了少子和多子的浓度，也限制了集电极电流对发射极电流的倍数。
为了增大发射极电流，可通过将几个集电极接在一起构成共集放大电路来实现。
正因为这样，由于开关状态控制所需的输入电荷小、开关速度高以及输出电容小等特点，它为开关电路的实用化奠定了基础。
然而由于集电结电容和集电发射偏压的存在，增加了电路不稳定性。
一般地讲，低噪声电路，包括集成电路都要求工作在线性范围之内。
尽管半导体器件已经尽可能使结电容降到最小，而且我们利用适当的电路安排可以使该结电容成为零（在电路断态下），但由于元器件参数上的不匹配以及制造工艺问题（包括塑料封装时的注塑干涸）的影响，这样的理想情况很难做到。
因此在实际应用中应考虑使用并联电容或电感来补偿因结电容而产生的寄生效应。
双极晶体管的工作原理是基于三极管的电流控制作用，当基极电流增大时，集电极电流也相应增大。
但是，集电极电流的增加不会使集电极和发射极之间的电压降（集电极电阻）相应增大。
双极晶体管的开关作用是基于电子的注入。
在关闭状态下，基极电流非常小（微安级），此时集电极和发射极之间的电压降也最小（通常为几伏特）。
在开启状态下，注入更多的电子时，集电极和发射极之间的电压降会上升到几十伏特（约几百毫安）。
这种开关特性使得双极晶体管在各种电子设备中得到了广泛的应用。
三、双极晶体管工作条件1.集电极—基极间加电压Uc。
当集电极—基极间的电压Uc大于PN结的死区电压Uon（一般在0.6～0.7V左右）时，发射结正偏置，发射区的多数载流子（电子）通过PN结向基区扩散。
集电结的多数载流子（空穴）也向基区扩散。
当扩散到一定距离时，被集电极N+收集区收集；同时基区有等量的少数载流子（空穴）漂移到发射结（靠近基区一边）而终止。
半导体器件物理(第四章 双极型晶体管及其特性)
4.1 晶体管结构与工作原理 三极电流关系
I E I B IC
对于NPN晶体管，电子电流是主要成分。电子从发射极出发，通 过发射区到达发射结，由发射结注入到基区，再由基区输运到集电结 边界，然后又集电结收集到集电区并到达集电极，最终称为集电极电 流。这就是晶体管内部载流子的传输过程。 电子电流在传输过程中有两次损失：一是在发射区，与从基区注 入过来的空穴复合损失；而是在基区体内和空穴的复合损失。因此
* 0
可见，提高电流放大系数的途径是减小基区平均掺杂浓度、减 薄基区宽度Wb以提高RsB，提高发射区平均掺杂浓度以减小RsE。另外， 提高基区杂质浓度梯度，加快载流子传输，减少复合；提高基区载 流子的寿命和迁移率，以增大载流子的扩散长度，都可以提高电流 放大系数。
4.2 晶体管的直流特性 4.2.1 晶体管的伏安特性曲线 1.共基极晶体管特性曲线
' ine 1 jCTe 1 ine re 1 jCTe 1 jreCTe
re in e
iCTe
' in e
交流发射效率
1 0 1 jre CTe
CTe
re CTe e
发射极延迟时间
4.3 晶体管的频率特性
2．发射结扩散电容充放电效应对电流放大系数的影响
虽然共基极接法的晶体管不能放大电流，但是由于集电极可以 接入阻抗较大的负载，所以仍然能够进行电压放大和功率放大。
4.1 晶体管结构与工作原理
（2）共发射极直流电流放大系数
IC 0 IB
（3）α0和β0的关系
C
IC
N
IB
B
I IC I I 0 C C E 0 I B I E IC 1 IC I E 1 0
双极型晶体管的电流放大作用原理
双极型晶体管的电流放大作用原理下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的工作原理、基本特性、主要参数
绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的工作原理、基本特性、主要参数绝缘栅双极晶体管（Insulated-Gate Bipolar Transistor，IGBT）是一种复合型电力电子器件。
它结合了MOSFET和电力晶体管GTR的特点，既具有输入阻抗高、速度快、热稳定性好和驱动电路简单的优点，又具有输入通态电压低、耐压高和承受电流大的优点，因而具有良好的特性。
自1986年IGBT开始投入市场以来，就迅速扩展了其应用领域，目前已取代了原来GTR和一部分MOSFET的市场，成为中、小功率电力电子设备的主导器件，并在继续努力提高电压和电流容量，以期再取代GTO的地位。
IGBT的结构与工作原理IGBT是三端器件。
具有栅极G、集电极C和发射极E。
图1（a）给出了一种由N 沟道MOSFET与双极型晶体管组合而成的IGBT的基本结构。
与MOSFET对照可以看出，IGBT比MOSFET多一层P+注入区，因而形成了一个大面积的PN结J1。
这样使得IGBT导通时由P+注入区向N基区发射载流子，从而对漂移区电导率进行调制，使得IGBT具有很强的通流能力。
图1 IGBT的结构、等效电路和电气符号从图1可以看出，这是用双极型晶体管与MOSFET组成的达林顿结构，相当于一个由MOSFET驱动的PNP晶体管，RN为晶体管基区内的调制电阻。
因此，IGBT 的驱动原理与MOSFET基本相同，它是一种场控器件，其开通和关断是由栅射电压uGE决定的，当uGE为正且大于开启电压UGE（th）时，MOSFET内形成沟道，并为晶体管提供基极电流，进而使IGBT导通。
由于前面提到的电导调制效应，使得电阻RN减小，这样高耐压的IGBT也具有很小的通态压降。
当栅极与发射极间施加反向电压或不加信号时，MOSFET内的沟道消失，晶体管的基极电流被切断，使得IGBT关断。
上述PNP晶体管与N沟道MOSFET组合而成的IGBT称为N沟道IGBT，记为N-IGBT，其电气图形符号如图1（c）所示。
双极晶体管的工作原理
双极晶体管的工作原理
双极晶体管是一种半导体器件，用于控制电流流动并放大电信号。
它由三个区域组成：P型区域、N型区域和P型区域，其中N型区域在P型区域上方和下方，形成一个PNP结构。
这种结构使得双极晶体管能够控制电流的流动。
在正常工作时，双极晶体管的基极与发射极之间的电位差被用作控制电池。
当控制电池通电时，它创建了一个足够的电场来使P型区域中的空穴通过P-N结向N型区域流动。
这些空穴与N型区域中的电子相遇并产生复合效应，产生电流。
当控制电池关闭时，流动的电子和空穴即停止流动。
双极晶体管的工作原理基于PNP结构形成的电流放大器。
以一个简单的放大器电路为例，它由一个基极电阻、输入信号和一个电阻负载组成。
输入信号通过基极电阻传递到基极，这会在基极电路中产生一个小电流。
这个电流被放大器电路进行增加，最后通过电阻负载传递到输出端口。
这种放大的效果是通过控制电池的大小来实现的，它控制了从基极向发射极流动的电流。
一旦控制电池变大，电流就开始流动；如果控制电池变小，电流就会停止。
这是因为控制电池决定了PNP结中从基极向发射极的电流量。
总之，双极晶体管的工作原理基于PNP结构形成的电流放大器，通过控制电池的大小来实现电流流动控制和信号放大。
第四章异质结双极型晶体管ppt课件
图4.5 npn HBT中的载流子输运示意图
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化合物半导体器件
4.2 HBT的增益
4.2.3 HBT增益与温度的关系
图4.7 不同温度下SiGe HBT电流增益(β= IC/ IB ) 与集电极电流的关系
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化合物半导体器件
第四章 异质结双极型晶体管
• HBT的基本结构 • HBT的增益 • HBT的频率特性 • 先进的HBT
①HBT:Heterojunctiong Bipolar Transistor，
异质结双极晶体管
②HBT的能带结构特点：
a.宽禁带的e区： 利于提高γ；
b.窄禁带的b区： Eg小于b、c区；
c.pn结： 异质的eb结； 同质或异质的cb结。
③HBT的基本结构
图4.1 npn HBT结构的截面图
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化合物半导体器件
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化合物半导体器件
4.1 HBT的基本结构
4.1.5 突变发射结、缓变基区HBT
①两个重要的影响因素： ②总的τB： ③ΔEC和ΔEgB要适中： ④νd与ΔEC和ΔEgB的关系 ： ⑤电流增益：
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化合物半导体器件
第四章 异质结双极型晶体管
• HBT的基本结构 • HBT的增益 • HBT的频率特性 • 先进的HBT
好处： ①可阻止空穴从基区向集电区注入； ②增大了击穿电压； ③减小了漏电流。
图4.9 双异质结的能带（发射区和 集电区都采用宽带隙半导体）
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化合物半导体器件
第四章 异质结双极型晶体管
• HBT的基本结构 • HBT的增益 • HBT的频率特性 • 先进的HBT
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化合物半导体器件
4.4 先进的HBT
N N E Bexp E gE k 0T E gB N N E Bexp k0 E T g
双极型晶体管工作原理
双极型晶体管工作原理双极型晶体管（BJT）是一种常见的电子器件，其工作原理基于PN结的导电特性。
BJT有三个电极，分别是基极（base）、发射极（emitter）和集电极（collector）。
BJT是一种由两个PN结组成的三层结构，有两种类型：NPN型和PNP型。
NPN型的BJT中，基极是P型半导体，发射极是N型半导体，集电极是P型半导体。
PNP型的BJT中，基极是N型半导体，发射极是P型半导体，集电极是N型半导体。
当正向偏置施加在PN结上时，使得发射结正向偏置而集电结反向偏置。
这导致基区中的载流子浓度增加，使得基区变得导电。
当在基极-发射极之间施加一个小的输入电压时，基区中的浓度变化，导致发射极-基极电流（IE）的变化。
根据BJT的放大特性，这个微小的输入电流变化将导致集电极-发射极电流（IC）的大幅度变化。
因此，BJT可以作为电流放大器使用。
通过控制基极-发射极电流，可以得到更大的集电极-发射极电流。
这使得BJT适用于放大和开关电路。
在放大器中，输入信号通过调节基极-发射极电流来放大输出信号。
在开关电路中，可以在集电极-发射极之间形成开关效应。
需要注意的是，BJT的工作原理受到PN结正向偏置、反向偏置和饱和的影响。
在正常工作区域内，BJT是活跃的，并能放大电信号。
然而，当发射极-基极电流超过一定限制时，BJT会进入饱和区，导致性能下降。
总结起来，双极型晶体管的工作原理是通过控制基极-发射极电流来放大集电极-发射极电流。
这使得BJT成为一种重要的电子元件，在电路中广泛应用于放大和开关的功能。
双极晶体管工作原理
双极晶体管工作原理双极晶体管（Bipolar Junction Transistor，简称BJT）是一种常用的电子器件，广泛应用于放大、开关和稳压等电路中。
它由三层半导体材料组成，分为基区、发射区和集电区。
BJT的工作原理基于PN结的电子输运与控制，通过控制输入电流来调节输出电流，实现信号的放大或开关的控制。
BJT的基本结构由两个PN结构组成，其中一个为PNP型，另一个为NPN型。
以NPN型BJT为例，其基区为P型半导体，发射区为N型半导体，集电区为P型半导体。
当在基区施加正向电压时，P区变为一个细长的导电通道，称为空穴注入。
此时，发射区的N 型材料中的电子被注入到基区，形成电子空穴对。
当在发射区施加正向电压时，电子空穴对会通过基区向集电区输送，形成电流。
因此，通过控制基区和发射区的电压，可以控制集电区的电流。
BJT的工作原理可分为两种模式：放大模式和开关模式。
在放大模式下，BJT被用作信号放大器。
输入信号作用在基区的电流，经过增强后从集电区输出。
在这种模式下，基区和发射区之间的电流比例决定了集电区的输出电流放大倍数。
而在开关模式下，BJT被用作开关。
当基区电流为零时，BJT处于关闭状态，集电区电流为零；当基区电流增大到一定程度时，BJT处于导通状态，集电区电流允许通过。
通过控制基区的电流，可以实现开关的控制。
BJT的工作原理基于PN结的电子输运与控制，因此其性能与PN 结的性质有关。
PN结的性质取决于半导体材料的类型和掺杂浓度。
在BJT中，掺杂浓度高的区域为发射区和集电区，掺杂浓度低的区域为基区。
这种掺杂浓度不均匀的结构，使得BJT具有放大和开关的功能。
双极晶体管是一种重要的电子器件，具有广泛的应用。
在放大器中，BJT可以将微弱的信号放大到较大的幅度，以便于后续电路的处理。
在开关电路中，BJT可以实现电路的开与关，控制各种电气设备的工作状态。
此外，BJT还被广泛应用于稳压电路、振荡电路和逻辑门电路等领域。
双极晶体管的工作原理
在基区存在电子空穴的少子的复合，则电流 InE 中的能够最后通过集电结 进入集电极的电流为 InC，看成电子穿过基极“运输”到集电极，故定义输运 系数 B 为 显然，该系数也小于 1，根据 B 和 γ，可以定义该 BJT 的电流放大系数 α 为 此时，考虑到 则有 系数 α 本质上表明了一个 BJT 内两个 PN 结相互作用、相互影响的效果。 一般来说，α 并不是固定不变的常数，会受到很多因素的影响，如 BJT 中流 经电流、器件结温等。通过上式可以看出，没有基极电流的 BJT 是不会导通 的，除非反偏的集电结发生击穿。这是三层两结晶体管的基本特征。一个典 型的 BJT 的电流放大系统随集电极电流和结温的变化曲线如图 4 所示。 图 4 电流放大系数随集电极电流和结温的变化曲线 以上就是双极晶体管的基本工作原理。
双极晶体管的工作原理
BJT 的基本工作原理体现为发射结（J1）和集电结（J2）的相互作用。当 BJT 的基极悬空或者与发射结Байду номын сангаас路，集射极间的电压正偏置，即 UCE>0 时， 集电结（J2）处于反偏置状态，承担了外部的偏置电压，发射结不提供电子， 整个 BJT 不导通，处于正向阻断状态。 此时在 BJT 基极与发射极间施加正向电压，即 UBE>0。发射结正偏置带 来的少子注入效应，使发射区的电子经过发射结进人基区。随着电子深入基 区，许多电子跟基区中的空穴复合，因复合而失去的空穴由基极触点补充。 如果基区的宽度比电子的扩散长度小很多，相当一部分的电子会抵达集电结 （J2），在那里它们被电场俘获，运送到集电区。这样一来，电流开始在电路 中流动，导通状态下的 BJT 的能带图如图 1 所示。 图 1 导通状态 BJT 的能带图 这些通过集电结的电子，降低了集电结的压降，也在集电区产生电导调制 效应，降低集电区的压降。当基射极之间的电压足够大时，BJT 工作在饱和 导通状态，进入饱和导通状态后的 BJT 集射极电压非常低，集电极电流仅取 决于外电路阻抗，不再受基极控制。BJT 工作在饱和状态，这是双极型电力 晶体管与作为信号处理的晶体三极管运行时的最大差别。
《晶体管电路设计(上)》
《晶体管电路设计(上）》一、晶体管基础知识1. 晶体管的分类与结构晶体管是一种半导体器件，按照结构和工作原理的不同，可分为两大类：双极型晶体管（BJT）和场效应晶体管（FET）。
双极型晶体管包括NPN型和PNP型，而场效应晶体管主要包括增强型MOS管和结型场效应管。
2. 晶体管的工作原理（1）双极型晶体管（BJT）工作原理：当在基极与发射极之间施加适当的正向电压，基区内的少数载流子会增多，导致集电极与发射极之间的电流增大，从而实现放大作用。
（2）场效应晶体管（FET）工作原理：通过改变栅极电压，控制源极与漏极之间的导电通道，实现电流的放大。
3. 晶体管的特性参数（1）直流参数：包括饱和压降、截止电流、放大系数等。
（2）交流参数：包括截止频率、增益带宽积、输入输出阻抗等。
二、晶体管放大电路设计1. 放大电路的基本类型（1）反相放大电路：输入信号与输出信号相位相反。
（2）同相放大电路：输入信号与输出信号相位相同。
（3）电压跟随器：输出电压与输入电压基本相等。
2. 放大电路的设计步骤（1）确定电路类型：根据实际需求选择合适的放大电路类型。
（2）选择晶体管：根据电路要求，选取合适的晶体管型号。
（3）计算电路参数：包括偏置电阻、负载电阻、耦合电容等。
（4）电路仿真与调试：利用电路仿真软件进行仿真，并根据实际效果调整电路参数。
三、晶体管开关电路设计1. 开关电路的基本原理晶体管开关电路利用晶体管的截止和饱和状态，实现电路的通断控制。
当晶体管处于截止状态时，开关断开；当晶体管处于饱和状态时，开关闭合。
2. 开关电路的设计要点（1）选择合适的晶体管：确保晶体管在截止和饱和状态下都能满足电路要求。
（2）优化电路参数：合理设置驱动电流、开关速度等参数，以提高开关电路的性能。
（3）考虑开关损耗：在设计过程中，尽量降低开关过程中的能量损耗，提高电路效率。
《晶体管电路设计(上）》四、晶体管稳压电路设计1. 稳压电路的作用与分类稳压电路的主要作用是保证输出电压在一定范围内稳定不变，不受输入电压和负载变化的影响。
解释双极型晶体管的发射极电流集边效应
【解释双极型晶体管的发射极电流集边效应】1. 双极型晶体管简介双极型晶体管是一种常见的三端半导体器件，包括基极、发射极和集电极。
它的工作原理是通过控制基极电流来控制集电极间的流动电子数量。
而发射极电流集边效应是指在双极型晶体管工作时，由于不均匀分布的电场，使得电子在集电极和基极之间的传输受到影响，从而导致电流的极性和大小发生变化。
2. 发射极电流集边效应的成因发射极电流集边效应的主要成因包括集电极和发射极之间的电场不均匀以及集电极和基极之间的电荷分布不均。
在实际工作中，由于器件制造工艺的限制和设计的不完善，这些不均匀性都会对晶体管的正常工作产生一定的影响。
特别是在小尺寸晶体管或高频工作条件下，这种效应更加显著。
3. 对双极型晶体管工作的影响发射极电流集边效应会导致双极型晶体管在工作过程中出现一些异常现象，如跨导下降、频率响应下降、噪声指标变差等。
这些都会影响到器件的性能和可靠性，特别是在一些对性能要求较高的应用场合，如通信、射频放大等。
4. 如何克服发射极电流集边效应针对发射极电流集边效应，工程技术人员可以采取一些措施来克服。
通过合理的器件结构设计，优化电场分布，减小电荷不均。
另外，也可以通过改进制造工艺，提高器件的制造精度和一致性来减小该效应的影响。
在电路设计中也可以采用一些补偿电路来抵消这种效应带来的负面影响。
5. 个人观点和理解对于发射极电流集边效应，我认为这是一个影响双极型晶体管性能的重要因素，需要引起足够的重视。
我们需要从器件制造工艺、结构设计和电路应用等多个方面综合考虑，以克服这一效应，提高器件的性能和可靠性。
总结：发射极电流集边效应是双极型晶体管工作中的一个重要问题，它将影响器件的性能和可靠性。
针对这一效应，我们可以从器件设计、制造工艺和电路应用等方面采取一系列措施来克服。
只有全面理解和认识这一效应，并采取积极的措施加以应对，才能更好地提高器件的性能和可靠性。
双极型晶体管发射极电流集边效应对器件性能的影响是一个复杂且重要的问题。
pnp晶体管工作原理
pnp晶体管工作原理PNP晶体管工作原理。
PNP晶体管是一种常见的双极型晶体管，它由P型半导体、N型半导体和P型半导体三层结构组成。
它的工作原理主要涉及PNP结构和控制电流的作用。
下面我们将详细介绍PNP晶体管的工作原理。
首先，我们来看PNP结构。
PNP晶体管由P型半导体基片、N型半导体发射极和P型半导体基极组成。
当在基极端加上正电压，而在发射极端加上负电压时，P型半导体的空穴和N型半导体的电子被吸引，从而在P型半导体与N型半导体之间形成一个电流。
这样，PNP结构中的电子和空穴就会向基极端流动，从而形成了PNP晶体管的工作基础。
其次，我们来看PNP晶体管的控制电流作用。
PNP晶体管的工作原理是通过控制基极电流来控制集电极电流。
当在基极端加上一定的电流时，就会在发射极和基极之间形成一个电流，从而控制集电极的电流。
通过这种方式，PNP晶体管可以实现电流放大的功能，从而应用于各种电子设备中。
总的来说，PNP晶体管的工作原理主要包括PNP结构和控制电流的作用。
通过PNP结构的电子和空穴的流动，以及控制基极电流来控制集电极电流，PNP晶体管可以实现电流放大的功能。
这种工作原理使得PNP晶体管在各种电子设备中得到了广泛的应用，如放大电路、开关电路等。
除了以上介绍的工作原理，PNP晶体管还有许多其他特性和应用。
例如，它具有较高的开关速度和较低的噪声水平，适用于高频和低噪声放大器。
此外，它还可以用于电压比较器、振荡器、多谐振荡器等电路中。
因此，PNP晶体管在电子领域有着广泛的应用前景。
综上所述，PNP晶体管的工作原理涉及PNP结构和控制电流的作用。
通过对这些原理的深入理解，我们可以更好地应用PNP晶体管，并在实际应用中发挥其作用。
希望本文对您对PNP晶体管的工作原理有所帮助。
双极型晶体管课件
晶体管用于放大时，集电结反偏，
集电结在基区一侧边界处电子浓
度基本为
0
，基区中非平衡少子呈线性分布，
界基区时电，子立扩即散被到反边偏集的强电场扫
至集电区，成为集电极电流。
基区非平衡少子分布
9
根据上述分析，在发射结正偏、集电结反偏时， 晶体管内部的电流传输如图所示：
10
3 双极晶体管直流电流增益
（1）发射效率与基区输运系数： 发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度 基区宽度尽量小，基区中非平衡少子的寿命尽量大。 注入效率 基区输运系数β*
35
2 JFET中沟道电流的特点
–就在有漏电（流D）IS极流和过源沟（道S.）极之间加一个电压VDS, –如果在栅（G）和源（S）极之间加一个反向pn
结 距电 离压 逐V步GS变，小将,使由沟于道栅区区中为的P+空,杂间质电浓荷度区比之沟间道的 区高得多，故PN结空间电荷区向沟道区扩展,使 沟道区变窄.从而实现电压控制源漏电流的目的。
24
(2) 截止频率f α 和f β ：使电流增益下降为低频
值的
(1/2)时的频率。
(3) 特征频率：共射极电流增益β下降为1 时的 频率，记为fT.
(4) 最高振荡频率fM：功率增益为1时对应的频率
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3. 频率特性和结构参数的关系
提高fT的途径 减小基区宽度，以减小基区的渡越时间τb 减小发射结面积Ae和集电结面积Ac，可以减小发射 结和集电结势垒电容，从而减小时间常数τe和τc 减小集电区串联电阻Rc，也可以减小τc 兼顾功率和频率特性的外延晶体管结构。
（1）电流增益β0与电流的关系（图）
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（2）大注入效应：
注入到基区的非平衡少数载流子浓度超过平衡多 数载流子的浓度。 1 形成基区自建场，起着加速少子的作用， 导致电流放大系数增大。 2 基区电导调制，由于少子增加，导致多 子增加，以保持电中性，使电导增加，导致发 射效率γ减小，从而使电流增益β0 减小。
第4讲晶体三极管及场效应管
2. 绝缘栅型场效应管
增强型管
大到一定 值才开启
高掺杂 耗尽层 空穴
衬底 SiO2绝缘层
反型层
uGS增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当 反型层将两个N区相接时，形成导电沟道。
动画演示
增强型MOS管uDS对iD的影响
刚出现夹断
iD随uDS的增 大而增大，可
uGD＝UGS（th）, 预夹断
变电阻区
夹断 电压
在恒流区iD时 ID， O(UuGGSS(th)1)2 式中 IDO为uGS2UGS(t时 h) 的 iD
3. 场效应管的分类 工作在恒流区时g-s、d-s间的电压极性
结型PN沟 沟道 道((uuGGS＞ S＜00， ，uuDDS＜ S＞00)) 场效应管 绝缘栅型 耗 增尽 强型 型 PPN N沟 沟 沟 沟道 道 道 道((((uuuuG GG GSS＜ 极 SS＞ 极00， 性 ， 性uu任 D任 DS＜ S＞ 意 意 00)u)u， ， DDS＜ S＞00))
区
区
低频跨导：
夹断区（截止区）
iD几乎仅决 定于uGS
击 穿 区
夹断电压
gm
iD uGS
UDS常量
不同型号的管子UGS（off）、IDSS 将不同。
动画演示Байду номын сангаас
（1）可变电阻区
i
是uDS较小，管子尚未预夹断时
的工作区域。虚线为不同uGS是预夹
断点的轨迹，故虚线上各点
uGD=UGS(off)，则虚线上各点对应的 uDS=uGS-UGS(off)。
uDS的增大几乎全部用 来克服夹断区的电阻
iD几乎仅仅 受控于uGS，恒 流区
用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。N 沟道增强型MOS管工作在恒流区的条件是什么？
双极型晶体管
iC
iB b c +
输
入 信
uBE
号
-
VBB
e VCC
共发射极放大电路
基极电流iB是由发射结间 负 电压uBE控制的。
载 u i u B E iB iC
在集电极回路中串接一个 负载电阻，就可以在负载 电阻两端得到相应的幅度 较大的变化电压。
第三节
iE e
c iC
-输u 入 NhomakorabeaBE
0 0.2 0.4 0.6 0.8 uBE(V)
c
特 3. 继续增大uCE，曲线右 点 移的距离很小。
μA
b iB
常用uCE=1V的一条曲线来 RW1 代表uCE>1V的所有输入特
性曲线
u +V BE -
VBB
e
PNP型锗晶体管和NPN型硅晶体管输入特性 第三节
iB(mA)
0.16 uCE=0V
-6V
第三节
晶
电流放大系数
体
管
的
极间反向电流
主
要
参
极限参数
数
频率参数
（一）电流放大系数
1.共射直流电流放大系数
第三节
2.共射交流短路电流放大系数β
3.共基直流电流放大系数
和共基交流放大系数
1.共射直流电流放大系数
第三节
表示静态（无输入信号）时的电流放大系数。即集电极
电压UCE一定时，集电极电流和基极电流之间的关系。
+ V
uBE
-
V
+ -
--
RW2
VCC
iC(mA)
0.12 20℃
12
0.10
双极结型晶体管原理及运用
双极结型晶体管原理及运用双极结型晶体管，又称为双极管，是一种重要的半导体器件。
它由两个P-N结组成，通过控制结的电压来控制电流。
下面将详细阐述双极结型晶体管的原理及其运用。
一、双极结型晶体管的原理双极结型晶体管有三个区域：发射区、基区和集电区。
发射区和基区被一条P-N结隔开，基区和集电区被一个二极管隔开。
当激励电压加在P-N结上时，电子从N型到P型区域移动，同时空穴从P型向N 型区域移动。
在双极结型晶体管的发射区，基区和集电区分别被连接在电路的发射极、基极和集电极上。
当激励电压加在基区时，基区会产生足够的电荷使其导通，电流可以从发射极到集电极流过。
二、双极结型晶体管的运用双极结型晶体管被广泛应用于电子电路中。
主要包括以下几个方面：1、放大器双极结型晶体管可以被用作放大器。
它可被配置成共射、共基和共集放大器。
其中最常使用的是共射放大器。
在这种放大器中，输入信号被加在基极上，输出信号从集电极上提取。
2、开关双极结型晶体管还可用作开关。
当基极电压低于一定的电压时，发射极和集电极之间没有电流流动，处于关断状态。
当基极电压高于某一值时，它会成为一个导体，电流会通过它流入集电极。
3、振荡器双极结型晶体管可以被用作振荡器。
在振荡器中，双极结型晶体管被连接成反馈电路，使其输出的信号可以被反馈回来。
当反馈电路中的信号和输入信号相同，并且满足振荡器的条件时，振荡器会产生若干个特定频率的信号。
总体来说，双极结型晶体管是电子电路中不可缺少的元器件。
在实际应用中，我们需要根据实际情况进行选择，因为不同的环境需要不同类型的双极结型晶体管。
npn双极型晶体管
npn双极型晶体管
NPN双极型晶体管是一种常见的电子器件，由三个半导体层组成：两个N型和一个P型。
这种晶体管具有电流放大能力，常用于各种电子电路中，如放大器、开关、振荡器等。
NPN双极型晶体管的三个半导体层分别是：
1. 发射极（Emitter）：通常为N型半导体，负责发射电子。
2. 基极（Base）：通常为P型半导体，是晶体管的控制极，用于控制晶体管的开关状态。
3. 集电极（Collector）：通常为N型半导体，负责收集从发射极发射出的电子。
NPN双极型晶体管的工作原理是：当基极电压升高时，基极电流增加，导致发射极电流增加，进而在集电极形成较大的电流。
这种电流放大作用使得NPN双极型晶体管能够有效地放大输入信号。
在应用方面，NPN双极型晶体管常用于各种电子电路中，如音频放大器、开关电源、振荡器等。
在音频放大器中，NPN双极型晶体管可以作为放大器使用，
将微弱的音频信号放大为较大的电流，驱动扬声器发出声音。
在开关电源中，NPN双极型晶体管可以作为开关使用，控制电源的通断。
在振荡器中，NPN双极型晶体管可以产生振荡信号，用于各种电子设备中。
NPN双极型晶体管是一种重要的电子器件，具有广泛的应用前景。
9.4.2双极型晶体管的电流分配和放大原理
双极型晶体管的电流分配和放大原理Current Distribution And Amplification Principle of Bipolar Transistors μA V mA V mAEB C +---++R B I BI EU BE +-U CE U CCU BB I C3DG100D 集电极电路基极电路注意如果用的是 NPN 型管，为了使晶体管具有放大作用，电源 U BB 和 U CC的极性必须使发射结上加正向电压(正向偏置)，集电结加反向电压(反向偏置)。
晶体管电流测量数据（设U CC=6V）I B/mA0 0.020.040.06 0.080.10 I C/mA< 0.0010.70 1.50 2.30 3.10 3.95 I E/mA< 0.0010.72 1.54 2.36 3.18 4.05I E =I C +I B ，符合基尔霍夫定律。
A I C 和 I E 比 IB 大得多，这就是晶体管的电流放大作用。
B 共发射极静态电流(直流)放大系数：BCI I=β共发射极动态电流(交流)放大系数： BCI I ∆∆=β当I B = 0(将基极开路)时，I C = I CEO ，表中 I CEO <0.001mA = 1μA 。
C 要使晶体管起放大作用，发射结必须正向偏置，发射区才可向基区发射电子；而集电结必须反向偏置，集电区才可收集从发射区发射过来的电子。
DNPN型晶体管PNP 型晶体管电流方向和发射结与集电结的极性EB C I BI EI CU CEU BEEB CI B I E I C U CE U BE 起放大作用时，对于 NPN 型三极管应满足: U BE > 0U BC < 0即： V C > V B > V E 起放大作用时，对于 PNP 型三极管应满足: U EB > 0U CB < 0即： V C < V B < V E。
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b
IB RB
IC IE ICBO IE
UBB
IB (1 )IE ICBO (1 )IE
IE IC IB
c IC
ICN
N RC
IBN
P
15V
IEN N+ UCC
e IE
第4章双极型晶体管工作原理
由于 和 都是反映晶体管基区扩散与复合的比例
关系，只是选取的参考量不同，所以两者之间必有内
b
发发
发发
发 发 b iB
发发
iE
e
iE
e
iC c
e
共发射极
c 共集电极
b
共基极
其中，共发射极接法更具代表性，所以我们主要讨论
共发射极伏安特性曲线。 第4章双极型晶体管工作原理
晶体管共发射极特性曲线
晶体管特性曲线包括输入和输出两组特性曲线。这
两组曲线可以在晶体管特性图示仪的屏幕上直接显示出
来，也可以用图示电路逐点测出。
b IB RB
U BB
这是今后电路分析中常用的关系式。
N RC
e IE
P
15V
N+ UCC
第4章双极型晶体管工作原理
2.为了反映扩散到集电区的电流ICN与射极注入电流 IEN的比例关系，定义共基极直流电流放大系数 为
ICN IC ICBO IC
I EN
IE
IE
显然， <1，一般约为0.97~0.99。 根据上式，不难求得
集电结反偏，两边少子飘移形成反向饱和电流ICBO。
通过对管内载流子传输 的讨论可以看出，在晶体管 中，窄的基区将发射结和集
c
IC
ICBO
I CN
N RC
电结紧密地联系在一起。从
b
而把正偏下发射结的正向电 流几呼全部地传输到反偏的 集电结回路中去。这是晶体
IB R
B
I BN I EP
P
15V
N+
U CC
发发发
c
发发发
b 基极
e 发射区
b
SiO2 绝缘层
b
e
NPN发
c
发射结
N＋
P
b
集电结
集电区
N 型外延 N＋ 衬衬底底
基区
e PNP发
c 第4章双极型晶体管工作原理
晶体管类型
｛ ｛ ｛ 发 发 发 发 发 发
PNP发 ( 3Axx) 发发
NPN发 ( 3Bxx) PNP发 ( 3Cxx) 发发
NPN发 ( 3Dxx)
b IB
IE IC IB (1 )IB ICEO
RB
IB IE IC
UBB
式中
ICEO (1
)I 称为穿透电流
第4章CB双O极型晶体管工作原理
IBN
P
15V
IEN N+ UCC
e IE
由于ICBO极小，在忽略其影响时，晶体管三个电极
上的电流近似有：
c
IC
IC
IB
IC IB I E (1 )I B
4.4 双极性晶体管
双极型晶体管是由三层杂质半导体构成的器件。它有 三个电极，所以又称为半导体三极管、晶体三极管等，以 后我们统称为晶体管。常见的晶体管其外形如图示。
大功率达林顿晶体管
第4章双极型晶体管工作原理
晶体管的结构及电路符号
发发发 发发发
c
e
发发发
NPN++
发 发发发射区
NP
发 发P
PNN
I
EN
管能实现放大功能的关键所 U BB
在。
e IE
第4章双极型晶体管工作原理
二. 电流分配关系
由以上分析可知，晶体管三个电极上的电流与内部载 流子传输形成的电流之间有如下关系：
IE IEN IBN ICN IB IBN ICBO IBN
c IC
I CBO
ICN
N RC
IC ICN ICBO ICN
N＋ 衬衬底衬
c
SiO2 衬衬衬 衬衬衬
发发
4.4.1 晶体管的工作原理
一.放大状态下晶体管中载流子的传输过程 当晶体管处在发射结正偏、集电结反偏的放大状态下，
管内载流子的运动情况可用下图说明。
①.发射区向基区注入电子
c
IEP << IEN ， 发射极电流IE≈IEN。
②.电子在基区中边扩散边复合 b
一、 共射输出特性曲线是以
iB为参变量时，iC与uCE间的 关系曲线，即
iC f (uCE ) iB 常数
RB U BB
iC
iB
mA
＋
u BE V －
＋ RC
mA
－
U ＋
CC
V uCE
－
实测的共射输出特性曲线如图下所示:
第4章双极型晶体管工作原理
共发射极输出特性曲线
△ B
e
△IEN
I
IE + △IE
15V
UCC
第4章双极型晶体管工作原理
4.4.2 晶体管伏安特性曲线及参数
晶体管有三个电极，通常用其中两个分别作输入、输
出端，第三个作公共端，这样可以构成输入和输出两个
回路。实际中有共发射极、共集电极和共基极三种基本
接法，如图所示。
iC
c
iB
例如：3DG6 即为硅NPN型高频小功率管。
3AX18即为锗PNP型低频小功率管。
• 为了得到性能优良的晶体管，必须保证管内结构：
①.发射区相对基区要重掺杂；
发发发 e b
②.基区要很窄（2微米以下）；
③.集电结面积要大于发射结面积。衬 衬 衬
N＋
P
第4章双极型晶体管工作原理
发 发 发 N 型衬 外衬 延衬
在联系。由 、 的定义可得
ICN ICN IEN IBN IEN ICN IEN IEN 1
IIC EN NIBNI CN ICNIBN IB NIBN1
第4章双极型晶体管工作原理
三. 晶体管的放大作用
c IC +△IC
I CN △ICN RC △Ｕ＝ＲＣ△IC
_ u i +b
IB+ △ IB
形成基区复合电流IBN ,为基
IBN
IB
极电流IB的主要部分
R
B
③. 电子被集电区收集
I EP
形成集电区收集电流ICN ,
U BB
e
为集电极电流IC的主要部分。
• 根据电荷第4守章双衡极有型晶I体C管N工+作IB原N理=IEN
IC
ICN
IEN IE
N
RC
ECB
P
15V
N+
U CC
④. 集电结少子漂移
b
可见，在放大状态下，晶体管
三个电极上的电流不是孤立的， RB IB
它们能够反映非平衡少子在基区
扩散与复合的比例关系。这一比 U BB
例关系主要由基区宽度、掺杂浓
IBN
P
15V
N+ UCC
I
EN
e IE
度等因素决定，管子做好后就基
本确定了。
第4章双极型晶体管工作原理
1.为了反映扩散到集电区的电流ICN与基区复合电流IBN之 间的比例关系，定义共发射极直流电流放大系数 为
ICN IC ICBO
IBN IB ICBO
IB IBN ICBO IC ICN ICBO
其含义是：基区每复合一个电子，则有 个电子扩散到集
电区去。 值一般在20~200之间。 确定了 值之后，可得
c IC
ICBO
ICN
N RC
IC IB (1 )ICBO IB ICEO