晶体管原理(3-3)
3晶体三极管
2.三极管内部载流子的运动规律
集电结反偏， 集电结反偏， 有少子形成的反 向电流ICBO。 基区空穴 向发射区的 扩散形成电流 IEP可忽略。 可忽略。 进入P 进入P 区的电 子少部分与基区 的空穴复合， 的空穴复合，形 成电流IBN ，多 数作为非平衡少 子扩散到集电结 B RB IB IBN E IE IC ICBO C ICN
v
v
i
i
输出特性曲线各区的特点： 输出特性曲线各区的特点：
（1）饱和区 a.发射结正偏，集电结正偏或反 发射结正偏， 发射结正偏 偏电压很小。 偏电压很小。 UCE≤UBE b. iC明显受uCE控制, 明显受 控制 iC＜βiB
1
4 3
i
C/
mA
iB =
µ 100 A 80 60
饱和区
随着VCE的变化而迅速变化。 的变化而迅速变化。 随着
∆iC
∆iB
β=
放大区 截止区
∆iC ∆iB
U CE =常量
β是常数吗？什么是理想三极管？什么情况下 β = β ? 是常数吗？什么是理想三极管？ 是常数吗
2. 输出特性
iC = f (uCE ) I
数 B =常
对应于一个I 就有一条i 变化的曲线。 对应于一个 B就有一条 C随uCE变化的曲线。 输出特性曲线特点： 输出特性曲线特点： a. 各条特性曲线形状相同 b. 每条输出特性起始部分很陡 V时 uCE=0 V时，因集电极无收 b （集电结反压增加， 当集电结反压增加， 吸引电子能力增强,ic增大 增大） 吸引电子能力增强 增大） 集作用， =0。 集作用，iC=0。 c．每条输出特性当超过某一数 u c ．CE ↑ → Ic ↑ 。 值时（ ），变得平坦 值时（约1V），变得平坦 ）， d. 曲线比较平坦的部分， 曲线比较平坦的部分， 的增加而略向上倾斜。 随vCE的增加而略向上倾斜。 d每条输出特性当超过某一数值时（约1V），变得平坦 每条输出特性当超过某一数值时（ 1V），变得平坦 ）， 这是基区宽变效应） （这是基区宽变效应） • CB ↑→ 基区宽带变窄 → B 1V后 当uCE ＞CE后，收集电子的能力足够强。这时，发射到基区的电子 1V ↑→ 收集电子的能力足够强。这时， 变小 • 都被集电极收集， 再增加， 基本保持不变。 都被集电极收集，形成iC。所以uCE再增加，iC基本保持不变。 iC •→ β = iB ↑→ iB 若不变则 C ↑
三极管 讲解
三极管讲解三极管，也称为晶体三极管（Bipolar Junction Transistor，简称BJT），是一种半导体器件，用于放大和开关电信号。
它由三个半导体层组成，其中包括两个异种半导体材料（通常是N型和P型硅）和一个绝缘的基底。
三极管有三个电极，分别是发射极（Emitter，E）、基极（Base，B）和集电极（Collector，C）。
三极管的基本工作原理：1.PN结：三极管中的N型和P型半导体层形成两个PN结。
PN结是两种半导体之间的界面，具有整流性质。
2.工作状态：•当NPN三极管中的发射结极（N型）接通正电压，基极（P型）接通负电压时，发射极-基极形成正向偏置，而集电极-基极形成反向偏置。
•当PNP三极管中的发射极（P型）接通负电压，基极（N 型）接通正电压时，发射极-基极形成正向偏置，而集电极-基极形成反向偏置。
3.放大作用：当在发射极和基极之间加上一个小信号电压时，这个信号电压会影响PN结的电流，从而控制集电极和发射极之间的电流。
这种调控作用使得三极管可以作为放大器。
4.工作区域：•放大区域：在适当的工作偏置下，三极管可以进入放大工作区域，通过控制小信号电压来放大输入信号。
•截止区域：当三极管的基极电压太低时，三极管截至，电流无法通过，处于关闭状态。
•饱和区域：当三极管的基极电压适当时，电流可以通过，但达到最大值，三极管处于饱和状态。
三极管的类型：1.NPN型：N型发射极，P型基极，N型集电极。
2.PNP型：P型发射极，N型基极，P型集电极。
三极管的应用：1.放大器：用于放大小信号，如音频信号。
2.开关：用作数字和模拟电路中的开关元件。
3.振荡器：用于产生振荡信号。
4.放大电路：在无线通信和射频电路中使用。
三极管在电子领域中有广泛的应用，是许多电子设备和系统的基础元件之一。
单结晶体管工作原理
单结晶体管工作原理单结晶体管（Single Crystal Transistor，SCT）是一种基于单晶材料制造的晶体管，其工作原理与普通晶体管相似，但由于采用了单晶材料，具有更好的电子迁移率和更低的漏电流，因此在高频和高速应用中具有更好的性能。
单结晶体管的工作原理主要包括三个方面：电子注入、电子传输和电子输出。
1. 电子注入当单结晶体管处于关闭状态时，基极（Base）与发射极（Emitter）之间的电压较低，导致发射极与基极之间的空间区域形成一个带电荷的屏蔽区。
当向基极施加正向电压时，电子从发射极注入到基极，通过热激发或光激发的方式，使得基极区域的电子浓度增加。
2. 电子传输注入到基极的电子会受到基极与集电极（Collector）之间的电压作用力，向集电极方向移动。
在单结晶体管中，由于单晶材料的特性，电子的迁移率较高，因此电子能够快速地通过基极区域，达到集电极。
3. 电子输出当电子通过基极区域到达集电极时，集电极与发射极之间的电压较高，形成一个电子输出电路。
在这个电路中，电子会从集电极流出，进入外部电路，完成电流的输出。
单结晶体管的工作原理可以通过以下步骤来总结：1. 当单结晶体管处于关闭状态时，发射极与基极之间形成一个带电荷的屏蔽区。
2. 当向基极施加正向电压时，电子从发射极注入到基极，增加基极区域的电子浓度。
3. 注入到基极的电子受到电压作用力，向集电极方向移动。
4. 电子快速地通过基极区域，到达集电极。
5. 集电极与发射极之间形成一个电子输出电路。
6. 电子从集电极流出，进入外部电路，完成电流的输出。
单结晶体管的工作原理使得其在高频和高速应用中具有较好的性能，例如在通信领域中的射频放大器、混频器和频率合成器等电路中广泛应用。
此外，由于单结晶体管具有较低的漏电流，还可以用于低功耗的电子器件和集成电路中。
总之，单结晶体管是一种基于单晶材料制造的晶体管，其工作原理主要包括电子注入、电子传输和电子输出。
三极管 或非门
三极管或非门【实用版】目录1.三极管的基本概念2.三极管的工作原理3.或非门的基本概念4.或非门的工作原理5.三极管与或非门的关系正文1.三极管的基本概念三极管，又称双极型晶体管，是一种常见的半导体元器件。
它具有三个控制电极，分别是发射极、基极和集电极。
根据电流放大系数不同，三极管可以分为两类：NPN 型和 PNP 型。
在数字电路和模拟电路中，三极管被广泛应用。
2.三极管的工作原理三极管的工作原理主要基于 P-N 结的导通和截止。
当发射极与基极之间的电压大于一定的值（通常称为发射极电压），发射极的电子会进入基极，再从基极进入集电极。
这样，电流就在三极管中产生了。
通过改变基极的电流，可以控制集电极的电流，实现信号的放大和开关控制。
3.或非门的基本概念或非门是一种逻辑门，它有 2 个输入端和 1 个输出端。
当输入端有1 个或 2 个高电平时，输出端为低电平；当输入端全为低电平时，输出端为高电平。
或非门在数字电路中具有广泛的应用，常用于实现逻辑运算和信号处理。
4.或非门的工作原理或非门的工作原理基于三极管的导通和截止。
以 NPN 型三极管为例，当输入端有高电平时，发射极与基极之间的电压大于发射极电压，三极管导通，输出端为低电平。
当输入端全为低电平时，发射极与基极之间的电压小于发射极电压，三极管截止，输出端为高电平。
通过三极管的工作状态，实现了或非逻辑运算。
5.三极管与或非门的关系从上述内容可以看出，三极管是实现或非门的基础元器件。
通过三极管的工作原理，可以实现或非逻辑运算。
同时，或非门在数字电路和模拟电路中有着广泛的应用，这也促进了三极管的发展和应用。
三极管的工作原理讲解
三极管的工作原理讲解三极管，也称为双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor，简称BJT），是一种基本的电子器件，广泛应用于电子电路中。
三极管是由两个PN结组成的，其中一个结称为基-发射结，另一个结称为基-集电结，正向极性从发射区域进入，称为NPN型三极管；反向极性从发射区域进入，称为PNP型三极管。
以下以NPN型三极管为例进行说明。
NPN型三极管由三个掺杂不同类型的半导体材料组成，即N型发射区域、P型基区域和N型集电区域。
发射区域连接到电源负极，集电区域连接到电源正极，基区域则是控制电流的区域。
在放大模式下，三极管的工作可以分为截止区、放大区和饱和区三个状态。
1.截止区：当基极电流为零时，三极管进入截止区。
此时集电极与发射极之间没有电流流动，相当于一个开路。
三极管在截止区状态下具有很高的电阻，可以将输入信号完全隔离。
2.放大区：当基极电流增大时，三极管进入放大区。
此时，基极电流会从基区流过，导致发射区中间的P-N结区域变为低阻状态。
这样，发射区的电流就可以通过集电区流出。
由于集电极有较低的电阻，三极管可以放大输入信号，并输出放大后的信号。
3.饱和区：当基极电流达到一定的值时，三极管进入饱和区。
此时，发射极与集电极之间的P-N结区域处于低阻状态，电流大量地从发射极流出到集电极。
三极管在饱和区状态下相当于一个导电的开关，可以将信号输出为高电平。
在开关模式下，三极管通常处于饱和区和截止区之间的状态。
在饱和区，基极电流足够大，导致发射极与集电极之间的P-N结区域处于低阻状态，电流从发射极到集电极流动，相当于一个导通的开关。
在截止区，基极电流为零，三极管处于断开状态，相当于一个断开的开关。
通过控制基极电流的大小，可以控制三极管的放大或开关功能。
因此，三极管在电子电路中被广泛应用于放大信号和控制电流的功能。
例如，它可以被用作放大器、开关、振荡器和逻辑电路等。
总之，三极管的工作原理是基于PN结的特性，在不同的工作状态下，通过控制基极电流大小，实现放大信号或控制电流的目的。
三极管结构工作原理
三极管结构工作原理
三极管是一种电子元件，它在电路中起着放大、开关、振荡等作用。
它的基本结构和工作原理如下：
三极管由三个半导体组成，包括两个N型和一个P型半导体，中间是P型
半导体，两侧是两个N型半导体。
这个结构形成了两个PN结，即集电极-
基极结和发射极-基极结。
三极管的主要工作原理是，当加在发射极和基极之间的电压超过开启电压时，PN结将产生空穴和电子，这些电子和空穴将在空间电荷区中聚集，形成基
极电流。
由于集电极-基极结正向偏置，大量的电子将从基极注入到集电极，形成集电极电流。
同时，部分电子与集电极中的空穴复合，形成集电极-发
射极电流。
这就是三极管的工作原理。
三极管的工作原理是通过控制基极电流来控制集电极电流和发射极电流，实现电流的放大作用。
在放大电路中，三极管起到了将微弱的电信号放大成较强的信号的作用。
同时，三极管还可以用来实现信号的开关、振荡等操作。
总之，三极管的工作原理是通过控制基极电流来实现集电极电流和发射极电流的控制，从而实现电流的放大作用。
npn型3极管通负电电压
NPN型3极管通负电电压1. 介绍NPN型3极管是一种常见的半导体器件，它由三个区域组成：P型区、N型区和P型区。
其中，N型区被夹在两个P型区之间，形成了PN结。
NPN型3极管是一种双极型晶体管，具有三个引脚，分别是发射极(Emitter)、基极(Base)和集电极(Collector)。
在本文中，我们将探讨如何使用NPN型3极管来实现通负电电压的功能。
通负电电压是指电压的负值，通常用于电路中的负电源或负电压参考。
通过适当的连接和控制，NPN型3极管可以实现负电压的传输和放大。
2. NPN型3极管的工作原理NPN型3极管的工作原理基于PN结的特性。
当NPN型3极管的基极-发射极间的电压为正值时，PN结会正向偏置，导通电流。
而当基极-发射极间的电压为负值时，PN结会反向偏置，截断电流。
在通负电电压的应用中，我们需要将NPN型3极管连接为共发射极放大电路。
具体来说，将负电压作为输入信号，通过基极-发射极间的电压来控制集电极-发射极间的电流。
这样，我们可以实现对负电压信号的放大和传输。
3. NPN型3极管通负电电压的电路连接为了实现NPN型3极管的通负电电压功能，我们需要将其连接为共发射极放大电路。
下图展示了一个基本的NPN型3极管通负电电压电路的连接方式：在这个电路中，电源Vcc为正电压，而负电压信号Vin为负电压输入。
R1和R2构成了一个电压分压器，用于将输入信号适配到适当的范围。
C1用于滤除直流偏置，保证输入信号的交流成分。
R3和R4构成了一个偏置电路，用于确保NPN型3极管的工作在合适的工作点。
NPN型3极管的集电极-发射极间的输出信号Vout可以通过连接负载电阻RL来获得。
负载电阻RL可以根据需要选择，以满足电路的功率和放大要求。
4. NPN型3极管通负电电压的工作特性NPN型3极管通负电电压的工作特性可以通过输入输出特性曲线和直流放大特性来描述。
4.1 输入输出特性曲线输入输出特性曲线描述了NPN型3极管的输入电压与输出电压之间的关系。
pnp型3极管工作原理
pnp型3极管工作原理
PNP型3极管是一种双极性晶体管，由P型基片和N型发射结、基结以及P型集电结构成。
其工作原理如下：
当基极与发射结之间的电压为正向偏置时，发射结被击穿，电流开始流动。
这时，发射结注入P型基片的空穴被N型发射结和P型基片吸收，形成一个非均匀的P型区域。
这使得发射结发射出的电流变得较小。
当集电极与基极之间的电压为正向偏置时，P型基片与集电结之间的空间缩小，从而促使电流在基结中形成一个充足的电子输送区，并从发射结注入到集电极中。
当E（发射极）处于低电平，B（基极）处于高电平时，P型基片与N型发射结之间的反向偏置会导致发射结不被击穿，且P型集电结将无法驱动电流。
因此，此时极端小电流只能通过发射结的一小部分注入P型基片，从而产生很小的电流流过器件。
综上所述，PNP型3极管的工作原理可以简单概括为：当通过基极-发射结电流时，发射结注入空穴到基极，从而减小了发射电流；而通过基极-集电结电流时，电子被注入到集电极，产生了相对较大的电流。
远离正向偏置电压时，极端小电流通过发射结注入基极，而无法形成集电电流。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
注：将 Dn 写为 DB ，上式可同时适用于 PNP 管和 NPN 管。
WB
WB2 对于均匀基区晶体管， lim b 0 2 DB
ni2 qVBE nB (0) exp N B (0) kT
1
上式实际上也可用于均匀基区晶体管。对于均匀基区晶体 管，NB 为常数，这时
J nE
qDn nB (0) qDn ni2 WB WB N B
qVBE exp kT
因为
dN B ， E0 ，所以内建电场对渡越基区的电子起 0 dx
加速作用，是 加速场 。
3.3.2 基区少子电流密度与基区少子浓度分布
将基区内建电场 E 代入电子电流密度方程，可得注入基区 的少子形成的电流密度（其参考方向为从右向左）为
J nE
d nB N B d nB dN B J nE N B x qDn N B nB qDn dx dx dx
QB 进而求出基区渡越时间 b J nE
最后求出 1
b B
3.3.1 基区内建电场的形成
NB(0)
NB(x)
NB(WB)
0 WB x
基区杂质分布的不均匀会在基区中产生一个内建电场 E ，
使少子在基区内以漂移运动为主，所以缓变基区晶体管又称为 漂移晶体管。
设基区杂质浓度分布为
2
1
3.3.5 小电流时电流放大系数的下降
实测表明，α 与发射极电流 IE 有如下所示的关系。
原因：当发射结正向电流很小时，发射结势垒区复合电流
密度 JrE 的比例将增大，使注入效率下降。
当 JrE 不能被忽略时，注入效率为
J nE J nE 1 J E J nE J pE J rE 1 R口E J rE R口B1 J nE
R口E 1 R口B1
当电流很大时，α 又会开始下降，这是由于大注入效应和 基区扩展效应引起的。
3.3.6 发射区重掺杂的影响
1、发射区重掺杂效应
重掺杂效应：当发射区掺杂浓度 NE 太高时，不但不能提高
注入效率 γ ，反而会使其下降，从而使 α 和 β 下降。 原因：发射区禁带宽度变窄 与 发射区俄歇复合增强 。
qVBC nB (WB ) nB0 exp kT 1 0
J nE
qDn nB (0) N B (0)
WB
0
N B dx
qDn ni2 qVBE WB exp kT N B dx
0
1
3.3.4 注入效率与电流放大系数
已知
J nE
qDn ni2 qVBE WB exp kT N d x B
0
1
根据非均匀材料方块电阻表达式，缓变基区的方块电阻为
R口B1
于是 JnE 可表示为
1 qp
WB 0
N B dx
J nE
qVBE q p R口B1 D n exp kT
小注入时，基区中总的多子浓度即为平衡多子浓度，
pB B ( x ) p BO BO ( x ) N B B( x ) B BO B
令基区多子电流为零，
dpB ( x ) J p qDp q p pB ( x ) E 0 dx
解得 内建电场 为
1 d p B ( x ) Dn 1 d N B ( x ) E n N B ( x ) dx p pB ( x ) dx Dp
EG exp 1 kT
异 同
常见的 HBT 结构是用 GaAs 做基区，AlxGa1-xAs
做发射区。另一种 HBT 结构是用 SiGe 做基区，Si 做
发射区。 HBT 能提高注入效率，使 β 得到几个数量级的提
高。
发射结宽度小，高速、高频的要求。 发射区禁带宽度大于基区禁带宽度。
d nB d nB nB d N B qDn q n nB E qDn qDn dx dx N B dx
J nE
WB
0
N B d x qDn d nB N B
0
WB
qD n n B (W B ) N B (W B ) n B (0) N B (0) qD n n B (0) N B (0)
2 口B1 iB
qVBE n exp kT
1 1
qVBE qkT p n R n exp kT
2 口E iE
2 R口E niE R口E EG 2 exp J nE R口B1 niB R口B1 kT J pE R口E EG 1 1 exp J nE R口B1 kT
J pE
R口E EG 1 exp R口B1 kT
R口E E G 随着 NE 的增大， 减小， exp 增大，γ 随 NE R口B1 kT 增大而先增大。但当 NE 超过 ( 1 ~ 5 ) ×1019 cm-3 后，γ 反而随
NE 增大而下降，从而导致 α 与 β 的下降。
S (Si) 11.8 8.854 1014 1.045 1012 F cm, S (Ge) 16 8.854 1014 1.417 1012 F cm,
OX 3.9 8.854 10 14 3.453 10 13 F cm
3.3 缓变基区晶体管的电流放大系数
本节以 NPN 管为例，结电压为 VBE 与 VBC 。
N+ P N
0
NE(x) NB(x)
xje xjc
NC
x
0 xje xjc
本节求基区输运系数 的思路: 令基区多子电流密度为零，解出基区内建电场 E
将 E 代入少子电流密度方程，求出 JnE 、nB (x) 与 QB
R口E 1 1 R口E R口B1 1 R口B1
以及缓变基区晶体管的电流放大系数
2 W 2 1 R口E B 1 2 1 1 2 LB R口B1
1 W 2 1 R 1 B 1 口E 1 2 L R口B1 B
(1) 禁带变窄
EC EG EV
E G
EC EG EV
3q E G 16 s
q2NE kT s
1 2
NE 对于室温下的硅 ， EG 22.5 18 10
1 2
[meV]
发射区禁带变窄后，会使其本征载流子浓度 ni 发生变化，
1
下面求基区少子分布 nB (x) 。
在前面的积分中将下限由 0 改为基区中任意位置 x ，得：
J nE
qDn nB (0) N B (0)
WB
0
N B dx
J nE
qDn nB ( x ) N B ( x )
WB
x
N B dx
由上式可解出 N B ( x )dx qDn N B ( x ) x WB x J nE N B 0 exp dx qDn N B ( x ) x WB
J rE 当电流很小时，相应的 VBE 也很小，这时 很大，使 γ J nE 减小，从而使 α 减小。
随着电流增大，
J rE J 减小，当 rE 1 但仍不能被忽略时， J nE J nE
R口 E J rE 1 R口B1 J nE
当电流继续增大到 J rE 可以被忽略时，则 J nE
2 2 n i
1 1
qkT p n R
2 口B1 i
qVBE n exp kT
J nE
qVBE qkT n p R口 B1ni exp kT
2
1
类似地，可得从基区注入发射区的空穴形成的电流密度为
1 x WB J nEWB 1 exp qDn
对于均匀基区，
J nEWB lim nB x 0 qDn
x 1 WB
x nB 0 1 WB
3.3.3 基区渡越时间与输运系数
作业 P247 第12题
(2) 俄歇复合增强
J pE
2、基区陷落效应 当发射区的磷掺杂浓度很高时，会使发射区下方的集电结 结面向下扩展，这个现象称为 基区陷落效应。
由于基区陷落效应，使得结深不易控制，难以将基区宽度 做得很薄。 为了避免基区陷落效应，目前微波晶体管的发射区多采用
砷扩散来代替磷扩散。
x N B ( x ) N B (0) exp W B
式中 是表征基区内杂质变化程度的一个参数，
N B (W B ) N B ( 0 ) exp
N B (0) ln N B (WB )
当 0 时为均匀基区；
在实际的缓变基区晶体管中， 的值为 4 ~ 8 。
(a)有源区注入硼（ B）, 淀积P-Si， 注入砷Arsenic (b)刻P-Si留下发射 区 氧化（湿）， PSi上的氧化层厚 。 （C)注入浓硼（只 能穿过薄氧化层 ），实现自对准 。实现非工作基 区重掺杂。
习 题部分物理常数：
q 1.6 1019 C, EG (Si) 1.09eV, EG (Ge) 0.66eV, kT q 0.026V (T 300k), ni (Si) 1.5 1010 cm 3 , ni (Ge) 2.4 1013 cm 3 ,