第3章_双极结型晶体管综述
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18
理想晶体管的结构示意图：
N
d
N
a
0
xE WE
xB
Βιβλιοθήκη BaiduxC
x
图 3-10 各区均匀掺杂 NPN 晶体管的杂质分布
19
3.3.1载流子分布与电流分量
一、基区载流子分布及电流 中性基区（ 0x x B ）少子电子分布及其电流：
Dn
d 2np dx 2
np np0
n
T
I nC I nE
T 的意义：发射区注入到基区的电子电流中
能到达集电极的电子电流比例。
共基极直流电流增益
I nE
I nC I pE
I rg
T
13
Ic Ic0
IE
3.2.3电流增益
• 是基区运输因子和发射极注射效率的
乘积。其意义是经过发射结注入而到达集 电极的电子电流在总的发射极电流中所占 的百分比。应尽量接近1。
n
p0
eVc VT 1
sinh
x Ln
sinh
xB Ln
20
3、 双极晶体管的主要作用是对电流或 者电压的放大。
5
3.2双极结型晶体管的基本工作原理
双极晶体管有四种工作模式，相应地称为四个工作区
令 VE VBE VB VE VC VBC VB VC
（1）正向有源模式 VE 0 VC 0
（2） 反向有源模式： VE 0 VC 0 （3）饱和模式： VE 0 VC 0 （4）截止模式 VE 0 VC 0
第3章 双极结型晶体管
1
晶体管的发展史
1947.12.23日第一只点接触晶体管诞生 1949年提出PN结和双极结型晶体管理论 1951年制造出第一只锗结型晶体管 1956年制造出第一只硅结型晶体管 1956年Bardeen、Shockley、Brattain获诺贝尔奖
1956年中国制造出第一只锗结型晶体管-（吉林大学 高鼎三） 1970年硅平面工艺成熟，双极结型晶体管大批量生产
理想晶体管假设:
（1）各区杂质都是均匀分布的，因此中性区不存在内建电场； （2）结是理想的平面结，载流子作一维运动； （3）横向尺寸远大于基区宽度，并且不考虑边缘效应，所以载
流子运动是一维的； （4）基区宽度远小于少子扩散长度； （5）中性区的电导率足够高，串联电阻可以忽略，偏压加在结
空间电荷区上； （6）发射结面积和集电结面积相等； （7）小注入，等等
15
共发射极电流增益
IC IC I B IC0
IC
1
IB
IC0
1
hFE I B
I CE 0
式中定义
hFE 1
I CE 0
IC0
1
共发射极直流电流增益
IB=0时，集电极－发射极漏电流，也 称为穿透电流。
16
伏安特性曲线
IC （mA ） IC （mA ）
I C I nC I C0 IE IC IB 0
11
3.2.3电流增益
为描述晶体管的增益特性引进以下物理量 发射极注射效率
InE
I nE
I E InE I pE I RE
的意义：从发射区注入到基区的电子电流，
在总的发射极电流中所占的比例。
12
基区输运因子 T
(3)从发射区注入基区，进入集电区的电子电流远大 于集电结反偏所提供的发祥饱和电流，是集电极电 流的主要成分。 (4)晶体管实现放大的必要条件之一：基区宽度很窄
9
3.2.2电流分量
10
3.2.2电流分量
电流分量之间的关系
I E I nE I pE I rg
I B I pE I RE InE InC IC0
6
3.2.1晶体管的放大作用
共基极连接晶体管的放大作用
发射结正偏
集电结正偏
图3 - 6（ a ）NPN 晶体管共基极放大电路
7
3.2.1晶体管的放大作用
qVBE
B
E
qVBC
（b ）
图3-5NPN晶体管共基极能带C 图
8
载流子的运输： （1）发射结正偏，由于正向注入，电子从发射区注
入基区，空穴由基区注入发射区。呈现正向偏置 的少子注入 （2）假设：基区很小。即少子在到达基区与集电区 边界时还没有被完全复合掉。其中大部分能到达 集电结，并被内电场加速进入集电结，称为集电 结电流。
10
10
8
8
6
6
4
4
2 02
2
IE 0mA
4 6 8 10 VCB （V ）
（a ）
饱和区
125
10
100
8
75
6
有源区 50
4
2
0 02
25
IB 0A
截止区
4 6 8 10
VCE （V ） （b ）
集电结电流电压特性：（a）共基极情形，（b）共发射极情形
17
3.3理想双极结型晶体管中的电流传输
C
B （c）
B （d）
图 3-2 （a）理想的一维 NPN 双极结晶体管，（b）图（a）的电路符号 （c）理想的一维 PNP 双极结晶体管，（d）图（c）的电路符号
4
1、由两个相距很近的PN结组成，基区 宽度远远小于少子扩散长度，分为： NPN和PNP两种形式
2、发射区为重搀杂，发射结为P+N或 者N+P，基区是两个PN结的公共端
• 提高电流增益的途径是提高 和 T 。
• 3-2-7还可以写成 IC IE IC0 • 上式说明：以基极作为公共端时，输出集
电极电流与输入发射极电流之间的关系。
14
当集电结处于正向偏压时：
IC I E IC0 (eVC /VT 1)
上式中，当VC为负的很大时，将还原为反向 向偏置的情况。
2
晶体管是即有多数载流子，也利用少数载流子 导电。被称之为双极型器件；
结型晶体管凭借功耗和性能方面的优势广泛应 用于高速计算机、火箭、卫星以及现代通信领 域中。
3
3.1双极结型晶体管的结构和制造工艺
E
发射区 基区 集电区
N
p
N
C
E
B （a）
C
B （b）
发射区 基区 集电区
E
p
N
p
C
E
0
边界条件为：np 0 np0eVE VT np xB np0eVC VT
解为： np x np0 np0
eVE VT 1
sinh
sinh
xB
Ln
xB Ln
x
理想晶体管的结构示意图：
N
d
N
a
0
xE WE
xB
Βιβλιοθήκη BaiduxC
x
图 3-10 各区均匀掺杂 NPN 晶体管的杂质分布
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3.3.1载流子分布与电流分量
一、基区载流子分布及电流 中性基区（ 0x x B ）少子电子分布及其电流：
Dn
d 2np dx 2
np np0
n
T
I nC I nE
T 的意义：发射区注入到基区的电子电流中
能到达集电极的电子电流比例。
共基极直流电流增益
I nE
I nC I pE
I rg
T
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Ic Ic0
IE
3.2.3电流增益
• 是基区运输因子和发射极注射效率的
乘积。其意义是经过发射结注入而到达集 电极的电子电流在总的发射极电流中所占 的百分比。应尽量接近1。
n
p0
eVc VT 1
sinh
x Ln
sinh
xB Ln
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3、 双极晶体管的主要作用是对电流或 者电压的放大。
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3.2双极结型晶体管的基本工作原理
双极晶体管有四种工作模式，相应地称为四个工作区
令 VE VBE VB VE VC VBC VB VC
（1）正向有源模式 VE 0 VC 0
（2） 反向有源模式： VE 0 VC 0 （3）饱和模式： VE 0 VC 0 （4）截止模式 VE 0 VC 0
第3章 双极结型晶体管
1
晶体管的发展史
1947.12.23日第一只点接触晶体管诞生 1949年提出PN结和双极结型晶体管理论 1951年制造出第一只锗结型晶体管 1956年制造出第一只硅结型晶体管 1956年Bardeen、Shockley、Brattain获诺贝尔奖
1956年中国制造出第一只锗结型晶体管-（吉林大学 高鼎三） 1970年硅平面工艺成熟，双极结型晶体管大批量生产
理想晶体管假设:
（1）各区杂质都是均匀分布的，因此中性区不存在内建电场； （2）结是理想的平面结，载流子作一维运动； （3）横向尺寸远大于基区宽度，并且不考虑边缘效应，所以载
流子运动是一维的； （4）基区宽度远小于少子扩散长度； （5）中性区的电导率足够高，串联电阻可以忽略，偏压加在结
空间电荷区上； （6）发射结面积和集电结面积相等； （7）小注入，等等
15
共发射极电流增益
IC IC I B IC0
IC
1
IB
IC0
1
hFE I B
I CE 0
式中定义
hFE 1
I CE 0
IC0
1
共发射极直流电流增益
IB=0时，集电极－发射极漏电流，也 称为穿透电流。
16
伏安特性曲线
IC （mA ） IC （mA ）
I C I nC I C0 IE IC IB 0
11
3.2.3电流增益
为描述晶体管的增益特性引进以下物理量 发射极注射效率
InE
I nE
I E InE I pE I RE
的意义：从发射区注入到基区的电子电流，
在总的发射极电流中所占的比例。
12
基区输运因子 T
(3)从发射区注入基区，进入集电区的电子电流远大 于集电结反偏所提供的发祥饱和电流，是集电极电 流的主要成分。 (4)晶体管实现放大的必要条件之一：基区宽度很窄
9
3.2.2电流分量
10
3.2.2电流分量
电流分量之间的关系
I E I nE I pE I rg
I B I pE I RE InE InC IC0
6
3.2.1晶体管的放大作用
共基极连接晶体管的放大作用
发射结正偏
集电结正偏
图3 - 6（ a ）NPN 晶体管共基极放大电路
7
3.2.1晶体管的放大作用
qVBE
B
E
qVBC
（b ）
图3-5NPN晶体管共基极能带C 图
8
载流子的运输： （1）发射结正偏，由于正向注入，电子从发射区注
入基区，空穴由基区注入发射区。呈现正向偏置 的少子注入 （2）假设：基区很小。即少子在到达基区与集电区 边界时还没有被完全复合掉。其中大部分能到达 集电结，并被内电场加速进入集电结，称为集电 结电流。
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10
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8
6
6
4
4
2 02
2
IE 0mA
4 6 8 10 VCB （V ）
（a ）
饱和区
125
10
100
8
75
6
有源区 50
4
2
0 02
25
IB 0A
截止区
4 6 8 10
VCE （V ） （b ）
集电结电流电压特性：（a）共基极情形，（b）共发射极情形
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3.3理想双极结型晶体管中的电流传输
C
B （c）
B （d）
图 3-2 （a）理想的一维 NPN 双极结晶体管，（b）图（a）的电路符号 （c）理想的一维 PNP 双极结晶体管，（d）图（c）的电路符号
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1、由两个相距很近的PN结组成，基区 宽度远远小于少子扩散长度，分为： NPN和PNP两种形式
2、发射区为重搀杂，发射结为P+N或 者N+P，基区是两个PN结的公共端
• 提高电流增益的途径是提高 和 T 。
• 3-2-7还可以写成 IC IE IC0 • 上式说明：以基极作为公共端时，输出集
电极电流与输入发射极电流之间的关系。
14
当集电结处于正向偏压时：
IC I E IC0 (eVC /VT 1)
上式中，当VC为负的很大时，将还原为反向 向偏置的情况。
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晶体管是即有多数载流子，也利用少数载流子 导电。被称之为双极型器件；
结型晶体管凭借功耗和性能方面的优势广泛应 用于高速计算机、火箭、卫星以及现代通信领 域中。
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3.1双极结型晶体管的结构和制造工艺
E
发射区 基区 集电区
N
p
N
C
E
B （a）
C
B （b）
发射区 基区 集电区
E
p
N
p
C
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边界条件为：np 0 np0eVE VT np xB np0eVC VT
解为： np x np0 np0
eVE VT 1
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xB
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xB Ln
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