第三讲双极型晶体管电子教案
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第三章双极晶体管2019124164733535
2019/11/7
半导体器件物理
28
中国科学技术大学物理系微电子专业
• 发射区连续性方程为
d2nE nE nE0 0
dx2
L2n E
q V E B
发射区少子浓度的边界条件 nE(xE)nE0e k T
发射区少子的分布
nE(LnE )nE0
n E (x ) n E 0 n E 0(e qE V k BT 1 )e (x x E )L nE
• 通过发射结的空穴电流密度为
IE pA qL p p D p B B B 0[e ( qE V k B T 1 )cW L tp B h B (e qC V k B T 1 )ch sW L p B c ] B
• 通过集电结的空穴电流密度为
IC p A qL p p D p B B B 0[e ( qE V k B T 1 )ch sW L p B c B (e qC V k B T 1 )cW L tp B h ] B
集电区少子的分布
nC(LnC)nC0
n C (x ) n C 0 n C 0(eqC V k BT 1 )e(x C x)L n C
通过集电结的电子电流密度为
2019/11/7
JnC JnC (x)xxCqL n D nn C C C 0(eqC V k BT 1 )
半导体器件物理
P-N-P均匀基区 晶体管的物理 结构、杂质分 布、电场分布 和平衡态能带 图
半导体器件物理
13
2019/11/7
中国科学技术大学物理系微电子专业
P-N-P均匀基区 晶体管正常偏 置条件下的的 物理结构、杂 质分布、电场 分布和平衡态 能带图
半导体器件物理
【学习课件】第三章双极晶体管
0
2np np np0 0
x2
L2n
2021/7/13
24
中国科学技术大学物理系微电子专业
• 中性基区少子分布的表达式为
pB(x)pB 0pB 0(eqE Vk B sT i1 n )W sBh iL p n W ()B L B h p B x()pB 0(eqB Vk C sT (h W 1 )B sL ipn )B xL h p)B (
a21
qADp pn0 W
a22qA DW ppn0 DC LnCC0
I B ( a 1 a 1 2 ) e q 1 E k V B 1 T a 1 a 2 22
ICIEIC0
IC IE
电压增益：GV
V0 Vi
IC IE
RL RE
功率增益：GP
P0 Pi
(IC)2 IE
RL RE
2021/7/13
12
2021/7/13
中国科学技术大学物理系微电子专业
P-N-P均匀基区 晶体管的物理 结构、杂质分 布、电场分布 和平衡态能带 图
13
2021/7/13
中国科学技术大学物理系微电子专业
(b)缓变基区晶体管。如各种扩散管。由于基区 中存在自建电场，以漂移为主，
2021/7/13
10
中国科学技术大学物理系微电子专业
(a)
(b)
(c)
NPN晶体管共基极(a)、共发射极（b）和共集电极 （c）的三种连接法
2021/7/13
11
中国科学技术大学物理系微电子专业
2、晶体管的放大原理
• 以均匀基区P-N-P晶体管为例分析其基本物 理图象：内部载流子的运动。
为
0IIC Ep0IEI C pIp En IEI p EIp E n IIC E p p
模电课件双极型晶体管
进行仿真验证
使用仿真软件对设计好的晶体 管进行性能仿真，验证其是否
满足设计要求。
设计流程
确定应用需求
明确晶体管的应用场景和性能要求。
制作样品并进行测试
根据仿真结果调整设计参数，制作样品并 进行测试，最终确定满足设计要求的晶体 管结构。
进行性能仿真
使用仿真软件对设计好的晶体管进行性能 仿真，验证其是否满足设计要求。
结构与类型
结构
双极型晶体管由三个半导体区域（发射区、基区和集区）和三个电极（发射极、 基极和集电极）组成。
类型
根据结构特点和应用需求，双极型晶体管可分为NPN型和PNP型两类。NPN型晶体 管的电流方向为“发射极→基极→集电极”，而PNP型晶体管的电流方向则相反。
02
双极型晶体管的特性
电流-电压特性
总结词
双极型晶体管的电流-电压特性曲线表现出非线性特征，是晶体管在基极输入信号作用下，集电极电流随基极-发 射极电压变化而变化的特性。
详细描述
双极型晶体管的电流-电压特性曲线呈现出非线性的特点。当基极输入信号变化时，集电极电流会随着基极-发射 极电压的变化而发生变化。在正向放大区，集电极电流与基极电流成正比，而在反向截止区，集电极电流几乎为 零。
模电课件双极型晶体管
• 双极型晶体管概述 • 双极型晶体管的特性 • 双极型晶体管的应用 • 双极型晶体管的参数选择与设计 • 双极型晶体管的制作与测试 • 双极型晶体管的发展趋势与展望
01
双极型晶体管概述
定义与特性
定义
双极型晶体管是一种电子器件，具有 三个电极（集电极、基极和发射极） ，通过控制电流在三个电极之间的流 动来实现信号放大或开关功能。
基区制作
通过扩散或外延技术形成基区，控制其电阻 率和厚度。
使用仿真软件对设计好的晶体 管进行性能仿真，验证其是否
满足设计要求。
设计流程
确定应用需求
明确晶体管的应用场景和性能要求。
制作样品并进行测试
根据仿真结果调整设计参数，制作样品并 进行测试，最终确定满足设计要求的晶体 管结构。
进行性能仿真
使用仿真软件对设计好的晶体管进行性能 仿真，验证其是否满足设计要求。
结构与类型
结构
双极型晶体管由三个半导体区域（发射区、基区和集区）和三个电极（发射极、 基极和集电极）组成。
类型
根据结构特点和应用需求，双极型晶体管可分为NPN型和PNP型两类。NPN型晶体 管的电流方向为“发射极→基极→集电极”，而PNP型晶体管的电流方向则相反。
02
双极型晶体管的特性
电流-电压特性
总结词
双极型晶体管的电流-电压特性曲线表现出非线性特征，是晶体管在基极输入信号作用下，集电极电流随基极-发 射极电压变化而变化的特性。
详细描述
双极型晶体管的电流-电压特性曲线呈现出非线性的特点。当基极输入信号变化时，集电极电流会随着基极-发射 极电压的变化而发生变化。在正向放大区，集电极电流与基极电流成正比，而在反向截止区，集电极电流几乎为 零。
模电课件双极型晶体管
• 双极型晶体管概述 • 双极型晶体管的特性 • 双极型晶体管的应用 • 双极型晶体管的参数选择与设计 • 双极型晶体管的制作与测试 • 双极型晶体管的发展趋势与展望
01
双极型晶体管概述
定义与特性
定义
双极型晶体管是一种电子器件，具有 三个电极（集电极、基极和发射极） ，通过控制电流在三个电极之间的流 动来实现信号放大或开关功能。
基区制作
通过扩散或外延技术形成基区，控制其电阻 率和厚度。
微电子概论第二章微电子概论 第三节 双极型晶体管
1
1
iCBO ic
说明 > ，由于接近1，所以达
1
几十乃至上百。主要是由于输入端
由微弱的复合电流控制，而输出端
有大的漂移电流增强
➢穿透电流、注入效率与输运系数 (1) 穿透电流
iB
iCBO iCn
令 IC EO (1 ) IC B O
则 iC iB ICEO
当 iB=0 时， iC=ICEO
(2)注入效率
Rb
iB
iE
VBB
iE
称ICEO为穿透电流
发射区向基区注入电流的效率： = iEn/ie
(3)输运系数
基区向集电区电子输运的效率： = iCn/iEn 显然， = iCn/ie ≈
iC Rc
VCC
➢电压放大原理
N
共基极电压放大倍数GV及功率放大倍数GP
GV
iC RC iere
RC re
作业2
1. 已知：一只NPN型双极型晶体管共发射极 连接，测得其电压放大倍数为15，功率放 大倍数为930，基极电流Ib = 50 A，求解 以下问题：（1）画出电路图，并标出发射 极电流Ie、集电极电流Ic和基极电流Ib方向；
（2）求电流放大倍数；（3）求发射极电
流Ie、集电极电流Ic。
2. 能否将BJT的e、c两个电极交换使用，为什 么？
iB′ ic iE iB
共发射极 大
大 大
共基极 大
大
iCn iCBO
iB iE
iE
iC Rc VCC
iC Rc
VCC iB VBB
➢电流增益关系
iE iC iB iE iB iCn iC iCn ICBO iB iB ICBO
双极性晶体三极管教学课件
双极性晶体三极管教 学课件
目录
CONTENTS
• 双极性晶体三极管概述 • 双极性晶体三极管特性 • 双极性晶体三极管的应用 • 双极性晶体三极管的选择与使用 • 双极性晶体三极管的制作与调试
01
双极性晶体三极管 概述
定义与工作原理
定义
双极性晶体三极管是一种电子器 件，由半导体材料制成，具有三 个电极（基极、集电极和发ຫໍສະໝຸດ 极 ）。常见问题与解决方法
问题1
三极管发热严重。
解决方法
检查电路是否正常，降低三极管的工作电流， 或更换更高额定功率的三极管。
问题2
三极管无法正常放大信号。
解决方法
调整基极电阻，使基极电流达到合适值，或检查输 入信号是否正常。
三极管噪声过大。
问题3
解决方法
优化电路设计，减少干扰源，或选择低噪声三极管。
05
双极性晶体三极管的温度特性对其稳定性有着重要影响。随着温度的升高，三极管的放大倍数会减小 ，这是因为温度升高会使载流子运动速度加快，导致电流放大倍数下降。此外，温度变化还会影响三 极管的其他性能参数，如截止频率和噪声系数等。
03
双极性晶体三极管 的应用
放大电路中的应用
信号放大
双极性晶体三极管可以作为信号放大元件，通过外部电路的 调节，实现对输入信号的放大，广泛应用于音频、视频等信 号处理领域。
工作原理
双极性晶体三极管通过控制基极 电流来控制集电极和发射极之间 的电流，从而实现信号放大和开 关作用。
结构与类型
结构
双极性晶体三极管由两个PN结（基 区与集电区之间、基区与发射区之间 ）构成，具有三个电极。
类型
根据结构特点和应用领域，双极性晶 体三极管可分为NPN型和PNP型两类 。
目录
CONTENTS
• 双极性晶体三极管概述 • 双极性晶体三极管特性 • 双极性晶体三极管的应用 • 双极性晶体三极管的选择与使用 • 双极性晶体三极管的制作与调试
01
双极性晶体三极管 概述
定义与工作原理
定义
双极性晶体三极管是一种电子器 件，由半导体材料制成，具有三 个电极（基极、集电极和发ຫໍສະໝຸດ 极 ）。常见问题与解决方法
问题1
三极管发热严重。
解决方法
检查电路是否正常，降低三极管的工作电流， 或更换更高额定功率的三极管。
问题2
三极管无法正常放大信号。
解决方法
调整基极电阻，使基极电流达到合适值，或检查输 入信号是否正常。
三极管噪声过大。
问题3
解决方法
优化电路设计，减少干扰源，或选择低噪声三极管。
05
双极性晶体三极管的温度特性对其稳定性有着重要影响。随着温度的升高，三极管的放大倍数会减小 ，这是因为温度升高会使载流子运动速度加快，导致电流放大倍数下降。此外，温度变化还会影响三 极管的其他性能参数，如截止频率和噪声系数等。
03
双极性晶体三极管 的应用
放大电路中的应用
信号放大
双极性晶体三极管可以作为信号放大元件，通过外部电路的 调节，实现对输入信号的放大，广泛应用于音频、视频等信 号处理领域。
工作原理
双极性晶体三极管通过控制基极 电流来控制集电极和发射极之间 的电流，从而实现信号放大和开 关作用。
结构与类型
结构
双极性晶体三极管由两个PN结（基 区与集电区之间、基区与发射区之间 ）构成，具有三个电极。
类型
根据结构特点和应用领域，双极性晶 体三极管可分为NPN型和PNP型两类 。
《双极型晶体管》课件
作。
工艺参数优化
温度控制
在制造过程中，温度是一个重要的工艺参数。适当的温度可以保证 材料的性质和工艺的稳定性。
时间控制
各工艺步骤所需的时间对晶体管的性能也有影响，需要进行精确控 制。
压力与气氛控制
在制造过程中，压力和气氛也是关键的工艺参数。例如，在氧化、蒸 发和腐蚀等步骤中，需要严格控制反应气氛的种类和浓度。
将半导体材料清洗干净并进行 切割，得到可用于制造晶体管
的芯片。
氧化与蒸发
通过氧化和蒸发工艺，在芯片 表面形成一层薄膜，作为晶体 管的介质层。
光刻与腐蚀
通过光刻技术将电路图案转移 到芯片表面，然后进行腐蚀， 形成晶体管的各个电极。
焊接与封装
将各电极通过焊接工艺连接起 来，并将芯片封装在适当的壳 体中，完成双极型晶体管的制
输出特性
总结词
描述了双极型晶体管输出端与集电极电流之间的关系。
详细描述
输出特性曲线反映了集电极电流与输出电压之间的关系，随着集电极电流的增 加，输出电压逐渐减小，表现出负阻特性。
转移特性
总结词
描述了双极型晶体管输入、输出特性的相互影响。
详细描述
转移特性曲线反映了基极电流与集电极电流之间的关系，随着基极电流的增加， 集电极电流也相应增加，表现出良好的线性关系。
工作原理
当在基极上施加电压时，电流从 集电极流向发射极，实现放大或 开关功能。
双极型晶体管的特点
01
02
03Leabharlann 高放大倍数双极型晶体管具有较高的 电流放大倍数，通常在 100-1000倍之间。
低噪声性能
双极型晶体管在低频和高 频应用中表现出良好的噪 声性能。
高速开关
双极型晶体管具有快速开 关速度，适用于高频信号 处理和开关电路。
工艺参数优化
温度控制
在制造过程中，温度是一个重要的工艺参数。适当的温度可以保证 材料的性质和工艺的稳定性。
时间控制
各工艺步骤所需的时间对晶体管的性能也有影响，需要进行精确控 制。
压力与气氛控制
在制造过程中，压力和气氛也是关键的工艺参数。例如，在氧化、蒸 发和腐蚀等步骤中，需要严格控制反应气氛的种类和浓度。
将半导体材料清洗干净并进行 切割，得到可用于制造晶体管
的芯片。
氧化与蒸发
通过氧化和蒸发工艺，在芯片 表面形成一层薄膜，作为晶体 管的介质层。
光刻与腐蚀
通过光刻技术将电路图案转移 到芯片表面，然后进行腐蚀， 形成晶体管的各个电极。
焊接与封装
将各电极通过焊接工艺连接起 来，并将芯片封装在适当的壳 体中，完成双极型晶体管的制
输出特性
总结词
描述了双极型晶体管输出端与集电极电流之间的关系。
详细描述
输出特性曲线反映了集电极电流与输出电压之间的关系，随着集电极电流的增 加，输出电压逐渐减小，表现出负阻特性。
转移特性
总结词
描述了双极型晶体管输入、输出特性的相互影响。
详细描述
转移特性曲线反映了基极电流与集电极电流之间的关系，随着基极电流的增加， 集电极电流也相应增加，表现出良好的线性关系。
工作原理
当在基极上施加电压时，电流从 集电极流向发射极，实现放大或 开关功能。
双极型晶体管的特点
01
02
03Leabharlann 高放大倍数双极型晶体管具有较高的 电流放大倍数，通常在 100-1000倍之间。
低噪声性能
双极型晶体管在低频和高 频应用中表现出良好的噪 声性能。
高速开关
双极型晶体管具有快速开 关速度，适用于高频信号 处理和开关电路。
第三章 双极晶体管82页PPT
高频小功率晶体管，指特征频率大于 3MHz，功率小于1W的晶体管，主要用于高频振 荡电路、放大电路中。
低频大功率晶体管，指特征频率3MHz以 下，功率大于1W的晶体管，这类晶体管品种较 多，应用范围广，如低频功率放大电路中功放 管，各种大电流输出稳压电源中作为调整管，低 速开关电路中作开关管。
高频大功率晶体管，指特征频率大于3MHz ， 功率大于1W的晶体管，用于无线通 讯设备的功率驱动，放大和用于低频功率放大、 开关和稳压电路中。
区。此时，晶体管进入饱和区。
共发射极输入特性：与正向PN结伏安
特性相似，随集电结电压增加而基极电流
减少 ；这是因为集电结电压增加使基区宽
度减小，基区复合电流减少，故基极电流
减少。
共发射极输出特性：当基极电流为0时，
流过晶体管的电流为
；ICE随O 着 的增I B 加，
以 I的C 规律上IB 升。随 增加 略V CE上升，I C
这是因为 减少而W使B 增大的结 果。当
减少到一V C定E 值（硅管为0.7V）而使集电结
正偏， 迅速下降I，C 进入饱和区。
•晶体管输出特性பைடு நூலகம் 为三个区域：Ⅰ为线 性工作区，Ⅱ为饱和 区，Ⅲ为截止区．I 区工作的晶体管，发 射结处于正偏，集电 结处于反偏，Ⅱ区工 作的晶体管，发射结 和集电结均处于正偏； Ⅲ区工作的晶体管发 射结和集电结都为反 偏。
• • • M IEn Icn Ic ' IC IE IEn Icn Ic '
（3-104）
晶体管发射效率 ：
IEn IEn 1
IE IEnIEp 1IEpIEn 基区输运系数 ：
（3-105）
Icn IEnIvb1Ivb
IEn
低频大功率晶体管，指特征频率3MHz以 下，功率大于1W的晶体管，这类晶体管品种较 多，应用范围广，如低频功率放大电路中功放 管，各种大电流输出稳压电源中作为调整管，低 速开关电路中作开关管。
高频大功率晶体管，指特征频率大于3MHz ， 功率大于1W的晶体管，用于无线通 讯设备的功率驱动，放大和用于低频功率放大、 开关和稳压电路中。
区。此时，晶体管进入饱和区。
共发射极输入特性：与正向PN结伏安
特性相似，随集电结电压增加而基极电流
减少 ；这是因为集电结电压增加使基区宽
度减小，基区复合电流减少，故基极电流
减少。
共发射极输出特性：当基极电流为0时，
流过晶体管的电流为
；ICE随O 着 的增I B 加，
以 I的C 规律上IB 升。随 增加 略V CE上升，I C
这是因为 减少而W使B 增大的结 果。当
减少到一V C定E 值（硅管为0.7V）而使集电结
正偏， 迅速下降I，C 进入饱和区。
•晶体管输出特性பைடு நூலகம் 为三个区域：Ⅰ为线 性工作区，Ⅱ为饱和 区，Ⅲ为截止区．I 区工作的晶体管，发 射结处于正偏，集电 结处于反偏，Ⅱ区工 作的晶体管，发射结 和集电结均处于正偏； Ⅲ区工作的晶体管发 射结和集电结都为反 偏。
• • • M IEn Icn Ic ' IC IE IEn Icn Ic '
（3-104）
晶体管发射效率 ：
IEn IEn 1
IE IEnIEp 1IEpIEn 基区输运系数 ：
（3-105）
Icn IEnIvb1Ivb
IEn
半导体物理与器件 课件 教学PPT 作者 裴素华 第3章 双极型晶体管
pe ( X 1 ) pe0 e qU E / kT
空穴扩散电流为
I p ( X1 ) A
qDpe p e0 qU E / kT （e 1 ） L pe
3.2. 3 晶体管的直流电流方程式
3. IVB表达式
IVB是注入基区的电子与基区中的空穴复合而形成的复合电流。 IVB=-q×单位时间内在基区中复合的电子数 在只考虑体内复合的情况下
4. ICBO的表达式
ICBO由电子漂移电流和空穴漂移电流IpCB两部分组成，即ICBO=InCB+IpCB
I nCB A qD nb n b 0 qU C / kT （e 1 ） Wb
qDpc pc0 qUC / kT （e 1 ） Lpc
qDpc pc0 qDnb nb 0 A （e qU C / kT 1 ] ） Wb LPc
nb ( X 2 ) nb0eqU E / kT
由基区注入发射区靠发射结边界X1处的空穴浓度为
pe ( X1 ) pe0eqU E / kT
（2） 根据反向PN结特性，集电结两边界X3和X4处的少子浓度分别为
nb ( X 3 ) nb0eqU C / kT nb0eqU C / kT 0 pc ( X 4 ) pc0eqU C / kT pc0eqU C / kT 0
3.1.2晶体管的制备工艺与杂质分布
3. 外延平面晶体管
在平面晶体管制造工艺的基础上又发展了一种外延平面晶体管。 其结构与杂质分布如图所示
（a）管芯结构 （b）杂质分布 硅外延平面管结构及杂质分布示意图
由图可见，双扩散外延平面晶体管的基片电阻率很低，集电极串联电阻很小， 使集电极饱和压降减小，晶体管可做得很小，基区宽度Wb很薄，从而使外延平面 晶体管在频率特性、开关速度和功率等方面都有很大的提高与改善，因此，成为 目前生产最主要的一种晶体管。
双极型晶体管和基本放大电路课件
当UCE 增大时，由于电 场的作用，曲线右移，当 UCE 增大到一定值后，再 增加UCE ，曲线右移将不 明显。
IB /A
0V
0
0.5V UCE ≥ 1V
UBE/V
双极型晶体管和基本放大电路课件
19
2. 共射接法晶体管的输出特性
IC = f (UCE ) IB = 常数
对于每个确定的IB均 有一条对应曲线，因此
温度升高时，输入
特性曲线将左移，在
室温附近，温度每升
高1℃，|UBE|减小
2~2.5mV。
I / mA 75℃ 20℃
0
UBE / V
双极型晶体管和基本放大电路课件
25
(2)温度对输出特性曲线的影响
温度升高输出特性上移（温度升高时， 增加,iC的变化量增大）。
１）温度对ICEO 和ICBO的影
响：
输出特性是一族曲线。
IC /mA
对于一条固定的曲线，
随着UCE的增加 ，IC逐渐
增加，当UCE增大到一定
的程度， IC 几乎不变，
IC仅仅决定于IB。
0
双极型晶体管和基本放大电路课件
IB =60µA
IB增加
IB =40µA IB 减小
IB = 20µA
IB= 0 µA
UCE/V 20
晶体管的三个工作区－截止区
IC = IB
(IC仅仅由IB决定)
饱和区
UBE Uon 且UCE UBE
（发射结和集电结均正向 偏置）
IC IB
(IC随uCE的增大而增大)
临界饱和 （临界放大）
UCE = UBE即UCB = 0
ICS = IBS
双极型晶体管和基本放大电路课件
IB /A
0V
0
0.5V UCE ≥ 1V
UBE/V
双极型晶体管和基本放大电路课件
19
2. 共射接法晶体管的输出特性
IC = f (UCE ) IB = 常数
对于每个确定的IB均 有一条对应曲线，因此
温度升高时，输入
特性曲线将左移，在
室温附近，温度每升
高1℃，|UBE|减小
2~2.5mV。
I / mA 75℃ 20℃
0
UBE / V
双极型晶体管和基本放大电路课件
25
(2)温度对输出特性曲线的影响
温度升高输出特性上移（温度升高时， 增加,iC的变化量增大）。
１）温度对ICEO 和ICBO的影
响：
输出特性是一族曲线。
IC /mA
对于一条固定的曲线，
随着UCE的增加 ，IC逐渐
增加，当UCE增大到一定
的程度， IC 几乎不变，
IC仅仅决定于IB。
0
双极型晶体管和基本放大电路课件
IB =60µA
IB增加
IB =40µA IB 减小
IB = 20µA
IB= 0 µA
UCE/V 20
晶体管的三个工作区－截止区
IC = IB
(IC仅仅由IB决定)
饱和区
UBE Uon 且UCE UBE
（发射结和集电结均正向 偏置）
IC IB
(IC随uCE的增大而增大)
临界饱和 （临界放大）
UCE = UBE即UCB = 0
ICS = IBS
双极型晶体管和基本放大电路课件
《双极型晶体管》课件
双极型晶体管的种类
种类
根据结构和工作原理的不同，双极型晶体管可分为NPN型和 PNP型两大类，每种类型又有多种不同的器件结构和用途。
应用领域
双极型晶体管广泛应用于电子设备、通信、计算机、家电等 领域，作为信号放大、开关、稳压、震荡等电路的核心元件 。
02
双极型晶体管的特性
电流-电压特性
基极电流（Ib）
封装与测试
封装形式
双极型晶体管有多种封装形式，如TO-92 、TO-220等，根据应用需求选择合适的 封装形式。
VS
测试方法
对双极型晶体管进行电气性能测试，如电 流放大倍数、集电极电阻等，以确保其性 能符合要求。
05
双极型晶体管的展望
新材料的应用
硅基材料
继续优化硅基双极型晶体管性能，探索更高 频率、更高功率密度和更低噪声的晶体管。
01
导通状态
当基极输入足够大的电流时，晶体 管进入饱和导通状态。
开关速度
晶体管在导通和关断状态之间切换 的速度。
03
02
关断状态
当基极输入负偏置电压或无电流时 ，晶体管处于截止状态。
延迟时间
从基极输入信号到晶体管完全导通 所需的时间。
04
03
双极型晶体管的应用
放大器
总结词
双极型晶体管具有电流放大作用，是放大器中的核心元件。
工作原理
双极型晶体管利用电子和空穴两种载 流子参与导电，通过控制基极电流来 调节集电极和发射极之间的电流，实 现信号放大、开关等作用。
双极型晶体管的结构
结构
双极型晶体管由半导体材料制成，通 常采用NPN或PNP结构，由三个区域 （基区、集电区和发射区）和三个电 极组成。
ch3 双极型晶体管(BJT)PPT课件
10
第3章 双极型晶体管 3.1BJT的结构及内部载流子的传输 1.BJT的结构
放大状态下的三极管 （外部条件）
发射结正向偏置，集电结反向偏置。
11
第3章 双极型晶体管 3.1BJT的结构及内部载流子的传输 2.放大状态下内部载流子的运动
载流子有3个传输过程： 1）发射
IE＝IEN＋IEP IEN
12
第3章 双极型晶体管 3.1BJT的结构及内部载流子的传输
2.放大状态下内部载流子的运动
载流子有3个传输过程： 2）复合和扩散
IE＝IEN＋IEP IEN
IB＝IBN＋IEP
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第3章 双极型晶体管 3.1BJT的结构及内部载流子的传输
2.放大状态下内部载流子的运动
载流子有3个传输过程： 3）收集
简单共射极电路
iB＝20A ＝50
vi 20mV
iCRC
对于NPN管而言，放大的外 部条件是，外电源的接法必 须保证：
VBE > 0,
VBC < 0, VE < VB <VC
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第3章 双极型晶体管 3.1BJT的结构及内部载流子的传输
3. 三极管的放大作用
总结 ❖ 三极管的放大作用主要依靠它的发射极电流通过基区传输到集电
模拟电路基础
第3章 双极型晶体管（BJT）
内容
3.1 BJT的结构及内部载流子的传输 3.2 BJT共射电路的伏安特性 3.3 BJT的主要参数 3.4 BJT的直流模型和微变等效电路 3.5 BJT共射电路的工作原理 3.6 BJT放大电路的分析方法
1
整体 概述
一 请在这里输入您的主要叙述内容
二
函数关系：
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
25
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）
18
（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。
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由基区向发射区扩散的空穴所形成的电流。因为发射
区是重掺杂, 所以ＩＥｐ忽略不计, 即ＩＥ≈ＩＥｎ。 ＩＥｎ又分成两部分, 主要部分是ＩＣｎ, 极少部分是 ＩＢｎ。ＩＢｎ是电子在基区与空穴复合时所形成的
电流, 基区空穴是由电源VＢＢ提供的,故它是基极电流 的一部分。
1.3 双极型晶体管
IEIEn IC nIBn
（2）集电极最大允许功耗PCM ：集电极最大允许功率损耗ＰＣＭ。 当三极管工作时, 管子两端电压为ＵＣＥ, 集电极电流为ＩＣ, 因此
集电极损耗的功率为 PC ICUCE
1.3 双极型晶体管
（3）反向击穿电压
ＵCBO——发射极开路时, 集电极-基极间的反向击穿电压。 ＵCEO——基极开路时, 集电极-发射极间的反向击穿电压。 ＵCER——基射极间接有电阻Ｒ时, 集电极-发射极间的反向
对NPN三极管,ＵＢＥ＞０, ＵＢＣ＞０。
1.3 双极型晶体管
五、三极管的主要参数
1、电流放大系数β：iC= β iB 2、极间反向电流iCBO、iCEO：iCEO=（1+ β ）iCBO
极间反向电流越小，管子稳定性越好。 3、极限参数
（1）集电极最大允许电流 ICM：下降到额定值的2/3时所允许的 最大集电极电流。
第三讲双极型晶体管
1.3 双极型晶体管
三个区的特点： 基区：厚度薄，杂质浓度低； 发射区：掺杂浓度高；
集电区：集电结面积很大。
1.3 双极型晶体管
二、 晶体管的放大作用 产生放大作用的条件：发射结正
偏，集电结反偏（NPN） 1.三极管内部载流子的传输过程 a）发射区向基区注入电子，
形成发射极电流 iE b）电子在基区中的扩散与复
当发射结反向偏置时, 发射区不再向 三极管的两个结均处于反向偏置
状态。对ＮＰＮ三极管, ＵＢＥ＜０, ＵBC＜０。
1.3 双极型晶体管
(2) 放大区。 此时发射结正向运用, 集电结反向运用。 在曲线上
是比较平坦的部分, 表示当ＩＢ一定时, ＩＣ的值基本 上不随ＵCE而变化。在这个区域内,当基极电流发生微 小的变化量ΔＩＢ时, 相应的集电极电流将产生较大的 变化量ΔＩＣ, 此时二者的关系为
间性I的,B即关f系(U曲B线E)称UC为E常 输数 入特
图1.3.3 晶体管的输入特性曲线
1.3 双极型晶体管
2. 输出特性
当ＩＢ不变时, 输出回
路Ｕ中ＣICＥ的之电f间(流U的CＩ关E)ＣI系B与常 曲电数 线压称
为输出特性, 即
图1.3.4 晶体管的输出特性曲线
1.3 双极型晶体管
(1) 截止区。
一般将ＩＢ≤０的区域称为截止区, 在图中为ＩＢ＝０的一条曲线 的以下部分。此时ＩＣ也近似为零。由于各极电流都基本上等于
零, 因而此时三极管没有放大作用。
其实ＩＢ＝０时, ＩＣ并不等于零, 而是等于穿透电流ICEO。
一般硅三极管的穿透电流小于１μA, 在特性曲线上无法表示出 来。锗三极管的穿透电流约几十至几百微安。
ΔＩＣ＝βΔＩＢ
该式体现了三极管的电流放大作用。
对于ＮＰＮ三极管, 工作在放大区时ＵＢＥ≥０.７V, 而ＵＢＣ＜０。
1.3 双极型晶体管
(3) 饱和区 曲线靠近纵轴附近, 各条输出特性曲线的上升部分属于饱和区。
在这个区域, 不同ＩＢ值的各条特性曲线几乎重叠在一起, 即当 ＵＣＥ较小时, 管子的集电极电流ＩＣ基本上不随基极电流ＩＢ
而变化, 这种现象称为饱和。此时三极管失去了放大作用,
ＩＣ＝βＩＢ或ΔＩＣ＝βΔＩＢ关系不成立。 一般认为ＵCE＝ＵBE, 即ＵCB＝０时, 三极管处于临界饱和状态, 当ＵCE＜ＵBE时称为过饱和。三极管饱和时的管压降用ＵCES
表示。在深度饱和时, 小功率管管压降通常小于０.３V。 三极管工作在饱和区时, 发射结和集电结都处于正向偏置状态。
两者的含义是不同的，但在特性曲线近于平行
等距并且ICEO较小的情况_ 下，两者数值较为接近。
在估算时，常用 β β 近似关系
（2） 对于同一型号的晶体管，β值有差别，常用晶体管的β 值在20-100之间。
1.3 双极型晶体管
四、晶体管的共射特性曲线
1.输入特性曲线
当ＵＣＥ不变时, 输入回路中 的电流ＩＢ与电压ＵＢＥ之
基极电流ＩＢ是ＩＢｎ与ＩＣＢＯ之差：
IB IBnICBO
2.电流分配关系：
IEICIB
1.3 双极型晶体管
三、电流放大系数 1.共射电流放大倍数 2.共基电流放大倍数
_
电流放大系数 β ,β
_
β
_
：静态电流（直流）放大系数 β
IC IB
β：动态电流（交流）放大系数 β I C
注意：
IB
_
（1）β ,β
击穿电压。
ＵCES——基射极间短路时, 集电极-发射极间的反向击穿电压。 ＵEBO——集电极开路时, 发射极-基极间的反向击穿电压, 此
电压一般较小, 仅有几伏左右。 上述电压一般存在如下关系：
U C B O U C E S U C E O U E B O
1.3 双极型晶体管
f
f T
4.频率参数 （1）共射极截止频率 （2）特征频率
合，形成基极电流 iB c）集电区收集扩散过来的电
子，形成集电极电流 iC
图1.3.2晶体管内部载流子运动与外部电流
1.3 双极型晶体管
集电极电流ＩＣ由两部分组成：ＩＣｎ和ＩＣＢＯ,
前者是由发射区发射的电子被集电极收集后形成的, 后者是由集电区和基区的少数载流子漂移运动形成的,
称为反向饱和电流。 于是有ＩＣ＝ＩＣｎ＋ＩＣＢＯ 发射极电流ＩＥ也由两部分组成：ＩＥｎ和ＩＥｐ。 ＩＥｎ为发射区发射的电子所形成的电流, ＩＥｐ是
1.3 双极型晶体管
U BE
I CBO
六、温度对晶体管特性及参数的影响 1.温度对 的影响 2.温度对输入特性的影响 3.温度对输出特性的影响
此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！ 感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢
区是重掺杂, 所以ＩＥｐ忽略不计, 即ＩＥ≈ＩＥｎ。 ＩＥｎ又分成两部分, 主要部分是ＩＣｎ, 极少部分是 ＩＢｎ。ＩＢｎ是电子在基区与空穴复合时所形成的
电流, 基区空穴是由电源VＢＢ提供的,故它是基极电流 的一部分。
1.3 双极型晶体管
IEIEn IC nIBn
（2）集电极最大允许功耗PCM ：集电极最大允许功率损耗ＰＣＭ。 当三极管工作时, 管子两端电压为ＵＣＥ, 集电极电流为ＩＣ, 因此
集电极损耗的功率为 PC ICUCE
1.3 双极型晶体管
（3）反向击穿电压
ＵCBO——发射极开路时, 集电极-基极间的反向击穿电压。 ＵCEO——基极开路时, 集电极-发射极间的反向击穿电压。 ＵCER——基射极间接有电阻Ｒ时, 集电极-发射极间的反向
对NPN三极管,ＵＢＥ＞０, ＵＢＣ＞０。
1.3 双极型晶体管
五、三极管的主要参数
1、电流放大系数β：iC= β iB 2、极间反向电流iCBO、iCEO：iCEO=（1+ β ）iCBO
极间反向电流越小，管子稳定性越好。 3、极限参数
（1）集电极最大允许电流 ICM：下降到额定值的2/3时所允许的 最大集电极电流。
第三讲双极型晶体管
1.3 双极型晶体管
三个区的特点： 基区：厚度薄，杂质浓度低； 发射区：掺杂浓度高；
集电区：集电结面积很大。
1.3 双极型晶体管
二、 晶体管的放大作用 产生放大作用的条件：发射结正
偏，集电结反偏（NPN） 1.三极管内部载流子的传输过程 a）发射区向基区注入电子，
形成发射极电流 iE b）电子在基区中的扩散与复
当发射结反向偏置时, 发射区不再向 三极管的两个结均处于反向偏置
状态。对ＮＰＮ三极管, ＵＢＥ＜０, ＵBC＜０。
1.3 双极型晶体管
(2) 放大区。 此时发射结正向运用, 集电结反向运用。 在曲线上
是比较平坦的部分, 表示当ＩＢ一定时, ＩＣ的值基本 上不随ＵCE而变化。在这个区域内,当基极电流发生微 小的变化量ΔＩＢ时, 相应的集电极电流将产生较大的 变化量ΔＩＣ, 此时二者的关系为
间性I的,B即关f系(U曲B线E)称UC为E常 输数 入特
图1.3.3 晶体管的输入特性曲线
1.3 双极型晶体管
2. 输出特性
当ＩＢ不变时, 输出回
路Ｕ中ＣICＥ的之电f间(流U的CＩ关E)ＣI系B与常 曲电数 线压称
为输出特性, 即
图1.3.4 晶体管的输出特性曲线
1.3 双极型晶体管
(1) 截止区。
一般将ＩＢ≤０的区域称为截止区, 在图中为ＩＢ＝０的一条曲线 的以下部分。此时ＩＣ也近似为零。由于各极电流都基本上等于
零, 因而此时三极管没有放大作用。
其实ＩＢ＝０时, ＩＣ并不等于零, 而是等于穿透电流ICEO。
一般硅三极管的穿透电流小于１μA, 在特性曲线上无法表示出 来。锗三极管的穿透电流约几十至几百微安。
ΔＩＣ＝βΔＩＢ
该式体现了三极管的电流放大作用。
对于ＮＰＮ三极管, 工作在放大区时ＵＢＥ≥０.７V, 而ＵＢＣ＜０。
1.3 双极型晶体管
(3) 饱和区 曲线靠近纵轴附近, 各条输出特性曲线的上升部分属于饱和区。
在这个区域, 不同ＩＢ值的各条特性曲线几乎重叠在一起, 即当 ＵＣＥ较小时, 管子的集电极电流ＩＣ基本上不随基极电流ＩＢ
而变化, 这种现象称为饱和。此时三极管失去了放大作用,
ＩＣ＝βＩＢ或ΔＩＣ＝βΔＩＢ关系不成立。 一般认为ＵCE＝ＵBE, 即ＵCB＝０时, 三极管处于临界饱和状态, 当ＵCE＜ＵBE时称为过饱和。三极管饱和时的管压降用ＵCES
表示。在深度饱和时, 小功率管管压降通常小于０.３V。 三极管工作在饱和区时, 发射结和集电结都处于正向偏置状态。
两者的含义是不同的，但在特性曲线近于平行
等距并且ICEO较小的情况_ 下，两者数值较为接近。
在估算时，常用 β β 近似关系
（2） 对于同一型号的晶体管，β值有差别，常用晶体管的β 值在20-100之间。
1.3 双极型晶体管
四、晶体管的共射特性曲线
1.输入特性曲线
当ＵＣＥ不变时, 输入回路中 的电流ＩＢ与电压ＵＢＥ之
基极电流ＩＢ是ＩＢｎ与ＩＣＢＯ之差：
IB IBnICBO
2.电流分配关系：
IEICIB
1.3 双极型晶体管
三、电流放大系数 1.共射电流放大倍数 2.共基电流放大倍数
_
电流放大系数 β ,β
_
β
_
：静态电流（直流）放大系数 β
IC IB
β：动态电流（交流）放大系数 β I C
注意：
IB
_
（1）β ,β
击穿电压。
ＵCES——基射极间短路时, 集电极-发射极间的反向击穿电压。 ＵEBO——集电极开路时, 发射极-基极间的反向击穿电压, 此
电压一般较小, 仅有几伏左右。 上述电压一般存在如下关系：
U C B O U C E S U C E O U E B O
1.3 双极型晶体管
f
f T
4.频率参数 （1）共射极截止频率 （2）特征频率
合，形成基极电流 iB c）集电区收集扩散过来的电
子，形成集电极电流 iC
图1.3.2晶体管内部载流子运动与外部电流
1.3 双极型晶体管
集电极电流ＩＣ由两部分组成：ＩＣｎ和ＩＣＢＯ,
前者是由发射区发射的电子被集电极收集后形成的, 后者是由集电区和基区的少数载流子漂移运动形成的,
称为反向饱和电流。 于是有ＩＣ＝ＩＣｎ＋ＩＣＢＯ 发射极电流ＩＥ也由两部分组成：ＩＥｎ和ＩＥｐ。 ＩＥｎ为发射区发射的电子所形成的电流, ＩＥｐ是
1.3 双极型晶体管
U BE
I CBO
六、温度对晶体管特性及参数的影响 1.温度对 的影响 2.温度对输入特性的影响 3.温度对输出特性的影响
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