第 3 章双极结型晶体管

第3章双极结型晶体管 3.1 双极结型晶体管基础 PN结正向电流的来源是多子，所以正向电流很大；反向电流的来源是少子，所以反向电流很小。如果给反偏PN结提供大量少子，就能使反向电流提高。给反偏PN结提供少子的方法之一是在其附近制作一个正偏PN结，使正偏PN 结注入的少子来不及复合就被反偏PN结收集而形成很大的反向电流。反向电流的大小取决于正偏PN结偏压的大小。通过改变正偏PN结的偏压来控制其附近反偏PN结的电流的方法称为双极晶体管效应，由此发明的双极结型晶体管获得了诺贝尔物理奖。

美国贝尔实验室发明的世界上第一支锗点接触式双极型晶体管。随后出现了结型双极型晶体管。美国贝尔实验室发明的世界上第一支锗点接触式双极型晶体管。随后出现了结型双极型晶体管。

双极结型晶体管 ( Bipolar Junction Transistor) 简称为双极型晶体管，或晶体管。 3.1.1 双极结型晶体管的结构双极型晶体管有两种基本结构：PNP 型和NPN 型，其结构示意图和在电路图中的符号如下。 E C E C P N P N P N B B E C E C B B

均匀基区晶体管：基区掺杂为均匀分布。少子在基区主要作扩散运动，又称为扩散晶体管。 缓变基区晶体管：基区掺杂近似为指数分布，少子在基区主要作漂移运动，又称为漂移晶体管。 NE(x) 0 N+ NB(x) xje NC P xjc N xje xjc 0 x

3.1.2 偏压与工作状态 加在各 PN结上的电压为 PNP管， NPN管，根据两个结上电压的正负，晶体管有 4 种工作状态， E 结＋＋－－ C 结－＋－＋工　作　状　态放大状态，用于模拟电路饱和状态，用于数字电路截止状态，用于数字电路倒向放大状态

3.1.3 少子浓度分布与能带图 均匀基区晶体管在 4 种工作状态下的少子分布图放大状态：饱和状态：截止状态：倒向放大状态：

均匀基区 NPN晶体管在平衡状态下的能带图 N P N EC EF EV

均匀基区 NPN晶体管在 4 种工作状态下的能带图放大状态：饱和状态：截止状态：倒向放大状态：

3.1.4 晶体管的放大作用 晶体管放大电路有两种基本类型：共基极接法与共发射极接法。 C IC P NC IE IC IB P N P N NB E C B NE NB NC P NE IB IE B B E E

为了理解晶体管中的电流变化情况，先复习一下 PN结中的正向电流。 P区 N区 0 V

以PNP管为例。忽略势垒区产生复合电流， 处于放大状态的晶体管内部的各电流成分如下图所示，

从 IE到 IC ，发生了两部分亏损：InE 与 Inr。 要减小 InE，就应使 NE>> NB；要减小 Inr，就应使 WB << LB。

定义：发射结正偏，集电结零偏时的 IC与 IE之比，称为共基极直流短路电流放大系数，记为，即：定义：发射结正偏，集电结反偏时的 IC与 IE之比，称为共基极静态电流放大系数，记为hFB，即：

定义：发射结正偏，集电结零偏时的 IC与 IB之比，称为共发射极直流短路电流放大系数，记为，即：定义：发射结正偏，集电结反偏时的 IC与 IB之比，称为共发射极静态电流放大系数，记为 hFE，即：

α 与hFB以及β 与hFE 在数值上几乎没有什么区别，但是若采用α 与β的定义，则无论对α 与β 本身的推导还是对晶体管直流电流电压方程的推导，都要更方便一些，所以本书只讨论α 与β。根据晶体管端电流之间的关系：IB = IE-I C，及α 与β 的定义，可得α 与β 之间的关系为对于一般的晶体管，α = 0.950 ~ 0.995 ，β = 20 ~ 200 。

除了上面两种直流电流放大系数外，还有直流小信号电流放大系数（也称为增量电流放大系数）和高频小信号电流放大系数。直流小信号电流放大系数的定义是除了上面两种直流电流放大系数外，还有直流小信号电流放大系数（也称为增量电流放大系数）和高频小信号电流放大系数。直流小信号电流放大系数的定义是

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