晶体管原理(3-1)

J dp N区
J dn
Jr
xp
V
0
xn
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，
I E I pE I nE , I B I nE I nr , I C I pC I pE I pr I E I nE I nr
加在各 PN 结上的电压为 PNP 管， VEB VE VB , VCB VC VB NPN 管， VBE VB VE , VBC VB VC 根据两个结上电压的正负，晶体管有 4 种工作状态， E结 C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
α与β。
根据晶体管端电流之间的关系：IB = IE - I C ，及 α 与 β 的
定义，可得 α 与 β 之间的关系为
IC IC IE IB IE IC IE 1


1
对于一般的晶体管，α = 0.950 ~ 0.995 ，β = 20 ~ 200 。
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。如果给反偏 PN 结提供大
量少子，就能使反向电流提高。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，
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 。
IC IE P E NE N NB IB B B E P IC C NC P NC B IB N NB P NE IE E C
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。 P区
J
J dp J dn J r
除了上面两种直流电流放大系数外，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
dI C 0 dI E
VEB 0,VCB 0
dI C 0 dI B
VEB 0,VCB 0
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由此发明的双极结型晶体管获得了诺贝尔物理奖。
美国贝尔实验室发明的世界上第一支锗点接触式双极型晶
体管。随后出现了结型双极型晶体管。
双极结型晶体管 ( Bipolar Junction Transistor) 简称为双极 型晶体管，或晶体管。
3.1.1 双极结型晶体管的结构
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。 E C E C
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：
IC hFE IB
VEB 0,VCB 0
α 与 hFB以及 β 与 hFE 在数值上几乎没有什么区别，但是若 采用 α 与 β 的定义，则无论对 α 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
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：
IC hFB IE
VEB 0,VCB 0
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 ，即：
IC IB
VEB 0,VCB 0
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：
IC IE
VEB 0,VCB 0
P
N B
P
N B
P
N
E B
C
E B
C
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。
N+ P N
0
NE(x) NB(x) NC
xje
xjc
0 xje xjc
x
3.1.2 偏压与工作状态
3.1.3 少子浓度分布与能带图
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：
均匀基区 NPN 晶体管在平衡状态下的能带图
N
P
N
EC EF EV
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