《BJT晶体管》PPT课件.ppt
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1、,Company Logo,第3章 双极结型晶体管,廖付友阮雄飞,2,双极结型晶体管的基本工作原理,Contents,理想双极结型晶体管中的电流传输,埃伯斯-莫尔方程,缓变基区晶体管,双极结型晶体管的结构和制造工艺,3,3.1 双极结型晶体管的结构和制造工艺,4,3.1 双极结型晶体管的结构和制造工艺,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。,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。,3、双极晶体管的主要作用是对电流或者电压的放大。,5,晶体管与场效应晶体管的区别,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;而场效应管
2、是利用多数载流子导电,所以称之为单极型器件。由于场效应管的工作电流和电压都可以很小,且在工艺上易于集成,因此在大规模集成电路中占主导地位。但是结型晶体管凭借功耗和性能方面的优势仍然广泛应用于高速计算机、火箭、卫星以及现代通信领域中。,6,3.2 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,(1)正向有源模式:,(2)反向有源模式:,(3)饱和模式:,(4)截止模式:,7,3.2.1 晶体管的放大作用,Diagram 1,Diagram 3,Diagram 4,共基极连接晶体管的放大作用,发射结正偏,集电结反偏,8,3.2.1 晶体管的放大作用,Diagra
3、m 1,Diagram 3,Diagram 4,图3-5NPN晶体管共基极能带图,9,3.2.1 晶体管的放大作用,Diagram 1,Diagram 3,Diagram 4,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。,(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,10,3.2.2
4、 电流分量,Diagram 1,Diagram 3,Diagram 4,从发射区注入到基区中的电子流,到达集电结的电子流,基区注入电子通过基区时复合引起的复合电流,从基区注入到发射区的空穴电流,发射结空间电荷区耗尽层内的复合电流,集电结反向电流,它包括集电结反向饱和电流和集电结空间电荷区产生电流,11,3.2.2 电流分量,Text 1sub text Text 2sub textText 3sub textText 4sub text,Text 1sub text Text 2sub textText 3sub textText 4sub text,电流分量之间的关系,12,3.2.3 直流
5、电流增益,Text 1sub text Text 2sub textText 3sub textText 4sub text,概念:电流增益、交流电流增益、直流电流增益,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,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。,基区输运因子,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。,13,3.2.3 直流电流增益,Text 1sub text Text 2sub textText 3sub textText 4sub text,共基极直流电流增益,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
6、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。提高电流增益的途径是提高 和。3-2-7还可以写成上式说明: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。,(3-2-7),14,3.2.3 直流电流增益,Text 1sub text Text 2sub textText 3sub textText 4sub text,当集电结处于正向偏压时:上式中,当VC为负的很大时,将还原为反向向偏置的情况。,15,3.2.3 直流电流增益,Text 1sub text Text 2sub textText 3sub textText 4sub text,共发射极电流增
7、益,式中定义,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。,16,3.2.3 直流电流增益,Text 1sub text Text 2sub textText 3sub textText 4sub text,伏安特性曲线,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,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
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