第十一章BJT的静态特性

共基极的输入和输出特性曲线
共基极输出特性曲线特点
理论和实验曲线之间具有很好的一致性。 区别：理论曲线对加在晶体管的电压没有限制
实际器件存在击穿电压VCBO
实
理
验
论
曲
曲
线
线
共发射极的输入和输出特性曲线
共发射极输入特性曲线的特点 理论和实验曲线符合的很好
共发射极输出特性曲线的特点
实验和理论曲线的主要区别： 1. IC随VEC的增加而逐渐增加 2. 2. 当VEC增大到一定值时，晶体管发生击穿
p np
C
B C
B
11.2 理论和实验的偏差
1。理想特性曲线和实验的比较
理论曲线：IE与VCB无关
基区宽度调制效应
实验曲线：VEB一定时， IE随VCB 的增加而增大。 这是因为晶体管的基区很
薄，VCB增大时集电结耗 尽层变宽，有效基区宽度 变窄，导致基区中注入空 穴浓度梯度变大，所以同 样的VEB，IE随VCB增加而 增加。
1. 理想BJT的基本假设
（1）E-B结和C-B结都是均匀突变结 （2）小注入 （3）耗尽层近似 （4）忽略耗尽层中的产生-复合效应 （5）发射区和集电区的准中性宽度远大于少子的
扩散长度 （6）忽略串联电阻效应 （7）晶体管在稳态条件下工作
坐标系和材料参数符号说明
2. 各区的少子分布函数
• 方法步骤： （1）扩散方程 （2）边界条件 （3）求解方程得到少子分布函数表达式 （4）由少子分布函数求出流过E-B结和C-B
IF0
IR0 qA
F IF 0R IR 0qD A B p B 0
埃伯斯-莫尔方程
E-M模型把晶体管看作具有公
共区域的两只背靠背连接的二 E
极管，对于pnp晶体管，n型
基区就是背靠背连接的二极管 E 的公共区域。
BJT正偏，流过发射结 电流IF，在放大工作状 态，从发射结注入基区 的少子大部分到达集电 极，这部分电流由电流 源FIF表示， F共基极 放大系数。反向工作状 态.......
p B ( x) A1 A2Fra Baidu bibliotekx
pB 0
B
代入边界条 件求解
A 1pB(0) A2[pB(W )pB(0)/]W
基区的少子分布规律
qE VB
pB(0)pB0(eKT1)
qC VB
pB(W )pB 0(eKT 1)
少子在基区的分布近似满足直线分布
此时三极管的基区输运系数：
注入载流子在通过基区的过 程中没有通过复合而损失。
（3） 从理论上讲，VEC继续增大，特性曲线还将继续右移， 但当VEC>1V,只要VEB一定，则从发射区注入基区的空穴数一 定，集电极上的反偏电压已足以将发射区注入基区的空穴全 部收集到集电极，因此即使VEC继续增大，IB也不会明显减少， 特性曲线几乎与VCE=1V时重叠在一起。所以输入特性曲线一 般只用两条来描述。
小量忽略
展开去一级小量
VEB一定，VCB增加，W减小，IE增加
•基区宽度调制效应对共发射极输出的影响大
IC IC pICE O IB ICE
C-B结反向电压增加，W 减小，随VEC的增加而增 加，IB给定后，IC随VEC的 增加而略有增加
方程的解（少 子分布规律）
从B区扩散过E-B 结的电子电流
集电区的扩散方程和边界条件
扩散方程
边界条件
少子分布规律 从C区扩散过CB结的电子电流
基区的扩散方程和边界条件
扩散方程
边界条件 少子的分布
基区的少子分布规律
基区的空穴分布
从E区扩散过EB结的空穴电流
从B区扩散过CB结的空穴电流
sinh() e e
第十一章BJT的静态特性
第11章 BJT的静态特性
11.1 理想晶体管模型 （作业2，7，8） 11.2 理论和实验的偏差（作业） 11.3 现代BJT结构（作业）(11.17)
11.1 理想晶体管模型
• 1. 理想BJT的基本假设 • 2. 各区的少子分布函数 • 3. 流过E-B结和C-B结的电子、空穴电流 • 4. 特性参数
结的电流IEp，IEn, ICp, ICn （5）根据，T，dc, dc的定义求出特性参数
+
扩散方程和边界条件
由pn结定律得耗尽层的边界条件
P区
n区
发射区的扩散方程和边界条件
晶体管处于稳态条件， nE 0, 且GL=0
t
扩散方程
边界条件
发射区的少子分布规律和电流
方程的通解
x``
x``
nE(x`)`A 1eL EA 2eL E
共发射极输入特性曲线的特点
（1）VCE=0V，即集电极与发射极相接，相当于集电结与发 射结两个p-n结并联，所以此时的输入特性应为两个二极管并 联后的特性。
（2） VEC>0V, 发射结正偏，集电结反偏，三极管处于放大状 态，发射区注入的空穴只有极小部分在基区复合，大部分被 集电极收集。因此对应于相同的VEB，当VEC>0V时，流向基 极的电流比VEC=0V时小了，特性曲线右移。
T
Icp qAD BddpxB IEP qAD BddpxB
x0 xW
1
作业题5：基区宽度对基区少子分布的影响
3 流过发射区、集电区和基区的电流
发射极电流 集电极电流
基极电流 IBIEIC
4 特性参数
1
sinhW( )
1（DE LB NB ） LB
DB LE NE coshW( )
LB
4 特性参数
2.基区宽度调制效应
• 基区准中性宽度随外加电压VEB和VCB的变化而变化的现象 叫基区宽度调制效应或厄利效应（Early效应）
基区宽度调制效应对BJT特性参数的影响
基区宽度调制效应对共基输入和共发射极输出的影响大
• 基区宽度调制效应对共基输入特性曲线的影响大
exp(qVCB/kT)0 W/LB<<1，展开
W LB
sinh(W ) W LB LB
cosh(W ) 1 1 ( W )2
LB
2 LB
作业题6
BJT处于放大工作偏置下各区的少子分布
作业题7pnp
四种偏置模式下少子分布图
正 向 放 大 模 式
作业题7 npn
npn饱和模式
npn截止模式
Npn反向放大模式
双极型晶体管的Ebers-Moll（E-M）模型
2
cosh() e e
sinh() e e
2
cosh() e e
2
简化关系式
• 因为基区宽度远小于少子的扩散长度，即W<<LB， 0xW
sinh() e e
2
cosh() e e
2
基区少子分布的简化求解方法
基区很薄，忽略基区的热复合和产生，即
方程和通解
0 d 2pB dx 2