《双极性晶体管讲义》PPT课件

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1、Bipolarjunctiontransisitor(BJT)第三章双极晶体管第三章双极晶体管3.1双极晶体管的工作原理3.2少子的分布与直流特性3.3低频共基极电流增益3.4非理想效应3.5等效电路模型3.6频率特性3.7大信号开关特性3.8其他的双极晶体管结构无源器件（passivedevice）：工作时不需要外部能量源（SourceEnergy）的器件。电阻、电容、电感、二极管。有源器件（ActiveDevice）：工作时需要外部能量源的器件，该器件至少有一个输出，并且是输入信号的一个函数。如：双极晶体管、金属-氧化物-半导体场效应晶体管、结型场效应晶体管…原理：在器件的

2、两个端点施加电压，控制第三端的电流晶体管的诞生1947年12月23日，美国物理学家肖克莱（W·Shockley）和布拉顿和巴丁在著名的贝尔实验室向人们展示了第一个半导体电子增幅器，即最初的晶体管。获得了1956年若贝尔物理学奖金第一支晶体管表面积2cm2，相当于现在十亿个晶体管晶体管的诞生1947年的圣诞前某一天，贝尔实验室中，布拉顿平稳地用刀片在三角形金箔上划了一道细痕，恰到好处地将顶角一分为二，分别接上导线，随即准确地压进锗晶体表面的选定部位。电流表的指示清晰地显示出，他们得到了一个有放大作用的新电子器件！布拉顿和巴丁兴奋地大喊大叫起来。布拉顿在笔记本上这样写道：“电压增益

3、100，功率增益40……实验演示日期1947年12月23日下午。”作为见证者，肖克莱在这本笔记上郑重地签了名。1948年，肖克莱发明了“结型晶体管”。1948年7月1日，美国《纽约时报》只用了8个句子的篇幅，简短地公开了贝尔实验室发明晶体管的消息。“一石激起千层浪”，它就像颗重磅炸弹，在全世界电子行业“引爆”出强烈的冲击波。电子计算机终于就要大步跨进第二代的门槛！1954年，贝尔实验室使用800支晶体管组装成功人类有史以来第一台晶体管计算机TRADIC3.1双极型晶体管的工作原理3.1双极型晶体管的工作原理均匀基区：少子扩散—扩散晶体管缓变基区：扩散+漂移—漂移晶体管合金晶体管

4、：铟球+N型鍺+铟球，熔化-冷却-析出形成再结晶层，PNP,分布均匀平面扩散晶体管发射区，基区杂质分布非均匀发射结近似为突变结集电结为缓变结3.1双极型晶体管的工作原理N=ND-NA硼B、磷P分别采用预淀积、再分布两步扩散形成高斯分布。N=NSeexp(-x2/Le2)-Nsbexp(-x2/Lb2)+NCLe2=4Dete,De磷扩散系数，te扩散时间Lb2=4Dbtb,Db硼扩散系数，tb扩散时间NSe磷表面浓度，NSb硼表面浓度集成电路中的常规npn管3.1双极型晶体管的工作原理3.1双极型晶体管的工作原理氧化物隔离的npn管横截面图3.1双极型晶体管的工作原理3.1.1

5、基本工作原理发射区、基区和集电区的典型掺杂浓度为1019，1017，1015cm-3BJT是非对称器件3.1.1基本工作原理3.1双极型晶体管的工作原理希望尽可能多的电子能到达集电区而不和基区中的多子空穴复合3.1.1基本工作原理偏置在正向有源模式下的npn的少子分布图3.1双极型晶体管的工作原理3.1.2晶体管电流的简化表达式理想情况，由于没有复合，少子浓度线性。3.1双极型晶体管的工作原理3.1.2晶体管电流的简化表达式集电极电流：假定：基区电子线性分布集电极电流为扩散电流结论：集电极电流由基极和发射极之间的电压控制，这就是晶体管的工作原理发射极电流：一是由从发射区注入到基

6、区的电子电流形成的（iE1）；二是由基区的多子空穴越过B-E结注入到发射区（iE2）,它也是正偏电流，表达形式同iE13.1双极型晶体管的工作原理3.1.2晶体管电流的简化表达式基极电流:一是iE2，该电流正比于exp(VBE/Vt)，记为iBa；另一是基区多子空穴的复合流iBb,依赖于少子电子的数量，也正比于exp(VBE/Vt)。故基极电流正比于exp(VBE/Vt)。3.1双极型晶体管的工作原理3.1.3工作模式pn结电压大于0，正偏；反之反偏四种工作模式(npn)：正向有源：Vbe>0，Vbc<0饱和：Vbe>0，Vbc>0反向有源：Vbe<0，Vbc>0截止：Vbe<

7、0，Vbc<0VCC=ICRC+VCB+VBE=VR+VCE当VCC足够大，VR较小时，VCB>0此时正向有源。IC增大，VR增大，VCB减小，C结零偏准饱和，C结反偏饱和饱和时集电极电流不受控于VBE！3.1双极型晶体管的工作原理3.1双极型晶体管的工作原理3.1.3双极晶体管放大电路双极晶体管和其他元件相连，可以实现电压放大和电流放大3.2少子分布对于正向有源工作npn器件，如何计算电流？晶体管电流>少子扩散电流>少子分布？本书重要符号:NE,NB,NC发射区、基区、集电区的掺杂浓度xE