42第2章11_207实际BJT电流放大系数讨论
BJT的电流放大系数及其温度稳定性
BJT的电流放大系数及其温度稳定性Xie Meng-xian. (电子科大，成都市)众所周知，BJT的输出电流都具有正的温度系数。
因此晶体管的温度稳定性往往是电路应用中值得注意的一个问题。
因为输出电流主要是由两部分组成的：一是少数载流子通过基区扩散到集电区而形成的电流（放大的输出电流正比于电流放大系数），二是集电结的反向饱和电流。
所以，BJT 输出电流的正温度系数既关系到集电结反向饱和电流的温度特性，也关系到电流放大系数的温度特性。
实际上，BJT的集电结反向饱电流和电流放大系数都是随着温度的升高而不断增大的。
所以导致BJT的输出电流显著增大。
温度升高时，集电结反向饱电流的增大较容易理解，因为该电流主要是少数载流子的扩散电流，与温度有指数函数关系。
但是，为什么电流放大系数也会不断地增大呢？——这与BJT的结构和工艺有关。
（1）BJT的电流放大系数：BJT的共基极电流放大系数α，是少数载流子从基区扩散到集电区的电流（不包括集电结的反向饱和电流）与发射极输入电流之比值。
因为共基极电流放大系数α主要由发射结的注射效率γ和基区输运系数β*来决定：因此，晶体管电流放大系数与温度的关系也就主要决定于注射效率γ和输运系数β*这两者的温度关系。
提高电流放大系数的措施主要有三个：①减薄基区宽度。
这样就可以减小基区复合、增大基区输运系数。
基区很薄，这是晶体管结构的一个基本特点（以保证发射结和集电结是相互关联着的）。
对于常规的BJT，为了获得很薄的基区宽度，在工艺上往往需要采用所谓浅结扩散技术（基区很浅，发射区更浅，这样才能保证p-n结面平坦，以便获得很薄的基区）。
②增大发射区掺杂浓度。
因为发射结注射效率与发射区-基区的掺杂浓度比有关，而基的掺杂浓度往往不能任意降低，则只有尽量提高发射区的掺杂浓度。
这样就可以使得从发射区注入到基区的少数载流子电流大大超过反向注入的电流，从而能够提高发射结注射效率。
发射结掺杂浓度不对称是一般BJT所必须具备的一个重要条件，否则难以获得高的电流放大系数。
BJT的电流分配与放大作用 - 家电维修
BJT的电流分配与放大作用 - 家电维修三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。
外部条件：发射结正偏，集电结反偏。
（BJT的工作条件）1. 内部载流子的传输过程ü发射区：发射载流子ü基区：传送和控制载流子ü集电区：收集载流子（以NPN为例）发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。
基区空穴向发射区的扩散可忽略。
进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IB’ ,多数扩散到集电结。
集电区收集扩散到集电结边缘处的电子形成集电极电流Inc（IC的主要部分）。
因集电结反偏，有少子形成反向电流ICBO 。
由以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管，或BJT (Bipolar Junction Transistor)。
2. 电流分配关系（1）三个电极电流总关系IE = IB+ ICIC = InC+ ICBOIB = IB’ - ICBO（2）共基极电流传输系数a由载流子的传输过程可知，由于电子在基区的复合，发射区注入到基区的电子并非全部到达集电区，管子制成后，复合所占的比例也就定了。
也就是由发射区注入的电子传输到集电区所占的百分比是一定的，这个百分比用α表示。
因 IC= InC+ ICBO，且 IC ICBOa 称为共基极电流放大系数，它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。
一般 a = 0.9~0.99。
（3）共发射极电流放大系数b，∴ iC＝b iB发射区每向基区供给一个复合用的载流子，就要向集电区供给b 个载流子,亦即iC是iB的b 倍。
b 是另一个电流放大系数，同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。
一般 b 1，通常为20～200。
b 和 a 的关系：， iC＝b iB由和， iC =αiE所以可得两种类型三极管各电极电流方向NPN型三极管 PNP型三极管3. 三极管的三种组态BJT的三种组态共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示;共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。
中北大学模电BJT基本放大电路详解
— 交流电流放大系数
iC iB
(2.4一51般01.为6150几)6十A103
A几百0.8 10
80
模 拟电子技术
4 iC / mA
3
Q
2 1
O2 4
50 µA 40 µA 30 µA 20 µA 10 µA IB = 0uCE /V
68
2. 共基极电流放大系数
1 一般在 0.98 以上。
如图所示共射接法下晶体管放大电路。若在图中VBB上叠加 一幅度为100mV的正弦电压Δui，则正向发射结电压会引起 相应的变化。由于e结正向电流与所加电压呈指数关系，所 以发射极会产生一个较大的注入电流ΔiB，
例 如 为 ΔiB=20uA ， =0.98 。 ΔiE=1mA ， ΔiC=0.98mA ，
2. PCM — 集电极最大允许功率损耗 PC = iC uCE。
模 拟电子技术
3. U(BR)CEO — 基极开路时 C、E 极间反向击穿电压。 U(BR)CBO — 发射极开路时 C、B 极间反向击穿电压。 U(BR)EBO — 集电极极开路时 E、B 极间反向击穿电压。
U(BR)CBO > U(BR)CEO > U(BR)EBO
模 拟电子技术
iC/mA PCM
ICM
安全
工作区
IB=0μA
0
U(BR)CEO uCE/V
晶体管的安全工作区
4. 频率参数
特征频率fT是当β的模等于1（0dB）时所对应的频率 。
模 拟电子技术
2.1.6 温度对晶体管参数的影响
1. 温度升高，输入特性曲线向左移。
iB
T2 >T1
O
uBE
温度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。
bjt放大区的电位
bjt放大区的电位1.引言1.1 概述BJT放大区的电位是指在双极型晶体管（BJT）放大区域内的电位分布情况。
BJT是一种常用的放大器件，其放大原理是通过控制输入信号电流来调节输出信号的放大倍数。
为了实现这种放大效果，BJT放大区的电位分布起着至关重要的作用。
概括地说，BJT是由三层半导体材料构成的，包括一个基区（B）、一个发射区（E）和一个集电区（C）。
当输入信号被施加到基区，通过控制输入电流的大小，就可以改变发射区和集电区之间的电位差，从而影响输出信号的放大程度。
在BJT放大区的电位分布中，有两个关键点需要注意。
首先是发射极电位（Vbe），它是基区和发射区之间的电位差。
在正常工作状态下，发射极电位必须为正，通常约为0.6到0.7伏。
这个电位差是通过输入信号的电流在基区产生的压降引起的。
其次是集电极电位（Vce），它是集电区和发射区之间的电位差。
在正常工作状态下，集电极电位可以为正或负，取决于BJT的工作模式（如放大模式或截止模式）。
当BJT处于放大模式时，集电极电位应尽量接近电源电压，以保证输出信号的最大幅度。
为了实现这样的电位分布，BJT放大区一般由两个PN结组成：发射-基结和集电-基结。
这些结的存在导致了电位分布的产生，使得BJT在工作时能够实现信号的放大。
总之，BJT放大区的电位分布在电子学和放大器设计中扮演着重要的角色。
通过控制发射极电位和集电极电位，我们可以调节BJT的放大倍数和输出信号的幅度。
这对于各种电子设备和电路的正常运行至关重要。
在接下来的内容中，我们将更深入地了解BJT放大区的电位分布原理及其在实际电路中的应用。
1.2文章结构文章结构部分是用来介绍文章的整体构架和各个章节的内容安排。
下面是文章结构部分的一个可能的内容：1.2 文章结构本文将围绕着BJT放大区的电位分布展开讨论，并按照以下结构进行阐述：2.1 BJT放大区的基本原理在本章节中，我们将介绍BJT放大区的基本工作原理。
第二章_双极型晶体三极管(BJT)
传输到集电极的电流 发射区注入的电流
ICn
Rb
IE
IC ICBO IC
EB
IE
IE
一般要求 ICn 在 IE 中占的比例尽量大
ICBO IB
b IBn
c
IC
ICn
IEn e IE 一般可达 0.95 ~ 0.99
Rc EC
13
（2） i与C 的i关B 系
输入
b
+
cUCE 输出
e
V 回路UCE
回路
V
UBE
电流，UCE是输出电压；
VCC
25
1、共射输入特性曲线
I B f (U BE ) UCE 常数
(1) UCE = 0 时的输入特性曲线
Rb IB b c
VBB
+e
UBE _
IB/A
UCE 0
类似为PN结正偏时的伏安特性曲线。
O
U BE / V
IE = IC + IB IC IE ICBO
IB＝IBn－ICBO
当IE=0时，IC=ICBO
IC ( IC IB ) ICBO
1
IC 1 IB 1 ICBO
IC IB (1 )ICBO
= IB ICEO
穿透电流。
其中：
1
共射直流电流放大 系数。
14
IC IB ICEO
• 直流参数
– 直流电流放大系数 和
– 极间反向电流 和ICBO ICEO
• 交流参数
– 交流电流放大系数 和
– 频率参数 和 f
fT
• 极限参数
集电极最大允许电流ICmax 集电极最大允许功耗PCmax 反向击穿电压
43第2章12_301偏置电流对放大系数影响
半导体器件物理(1)1. 正偏BE 结势垒区复合电流(I R )BE2-3 影响BJT 直流β0的非理想因素三、BE 势垒区复合与小电流下β0的下降半导体器件物理(I)第2章BJT直流放大特性按照正偏pn 结势垒区复合电流的分析结果，对BJT ，正偏BE 结中存在的势垒复合电流(I R )BE 为：()=exp()2BE R BE SE eV I I kT式中为描述BE 结势垒复合作用的电流项。
0=A 2i BE SE en x I 注意：少子寿命τ0越短，则势垒复合电流越大。
2. (I R )BE 对β0的影响2-3 影响BJT 直流β0的非理想因素三、BE 势垒区复合与小电流下β0的下降半导体器件物理(I)第2章BJT直流放大特性由于存在(I R )BE ，则流过BE 结的总电流I E =I nE +I pE + (I R )BE式中δ称为复合因子（Recombination Factor ）(I R )BE 只在B-E 电极间流动。
I E 中只有I nE 为有效注入电流0=nE E I I 显然δ<1，因此势垒区复合导致注入效率下降，进而导致β0下降。
因此注入效率为：=++()nE nE pE R I I I I +=()()+++()nE pE nE nE pE nE pE RI I I I I I I I 0=()理想3. 采用Gummel 曲线描述(I R )BE 对β0的影响2-3 影响BJT 直流β0的非理想因素三、BE 势垒区复合与小电流下β0的下降半导体器件物理(I)第2章BJT直流放大特性势垒区复合电流叠加在基极电流上。
()=exp()2BE R BE SE eV I I kTlg (β0)I C ~V BE 以及I C ~V BE 关系曲线之间的垂直间距明显减小，说明β0下降。
I C 越小，β0下降越严重。
4. 改善BJT 小电流β0特性的技术途径2-3 影响BJT 直流β0的非理想因素三、BE 势垒区复合与小电流下β0的下降半导体器件物理(I)第2章BJT直流放大特性由()=exp();2BE R BE SE eV I I kT lg (β0)因此改善BJT 小电流β0特性的主要技术途径是加强工艺控制，降低起复合中心作用的杂质原子和晶格缺陷，提高少子寿命τ0。
BJT的电流分配与放大作用
BJT的电流分配(3与) 形集放成电集区大电收极集作电载用流流I子C ，
• 集电结在反偏作用下，
2. BJT内部载流子的传输过程多子扩散困难，却促
使大部分扩散过来的
正
反
电子漂移过来被集电
偏
偏
区收集，形成ICN
• ICN= IEN-IBN
•பைடு நூலகம்由于集电结反偏， 少子要产生漂移 运动，形成集电 结反向饱和电流
IE (1 )IB 流，所以常将BJT称为电流控制器件。
α或β只与管 子的结构尺寸和 掺杂浓度有关，
•实质上IE是受正向发射结电压 vBE控制
的，因此IB和IC也是受正向发射结电压
vBE控制的。这体现了BJT的正向受控制
特性，利用它就可以放大微弱的电信号。
与外加电压无关。
知识点： BJT的电流分配与放大作用
模拟电子技术
知识点： BJT的电流分配与放大作用
BJT的电流分配与放大作用
1. 放大状态下的BJT需满足的内部和外部条件
内部条件： 发射区杂质浓度大； 基区很薄； 集电区面积大。
外部偏置条件： 发射结正偏； 集电结反偏。
BJT的电流分配与放大作用
2. BJT内部载流子的传输(过1) 程发射区向基区扩散载流
BJT的电流分配与放大作用
2. BJT内部载流子的传输过(2)程复载合流，子形在成基复区合扩电散流与
正
反
IBN
偏
偏
• 由发射区扩散到基区
的载流子，由于浓度
差，会向集电结方向
扩散。
• •
放大状态下BJT中载流子的传输过程
其中一部分电子会与
基区中的空穴复合， 形成基区复合电流IBN 由于基区很薄，掺杂
【高中物理】优质课件：BJT的主要参数
偏置的甲乙类互补对称电路克服失真 。 在单电源互补对称电路中，计算输出功率、效率、管 耗和电源供给的功率，可借用双电源互补对称电路的
计算公式，但要用VCC/2代替原公式中的VCC。
在集成功放获得广泛应用的同时，大功率器件也发展 迅速，主要有达林顿管、功率VMOSFET和功率模块。为 了保证器件的安全运行，可从功率管的散热、防止二 次击穿、降低使用定额和保护措施等方面来考虑。
VCE VCC Rc IC 12V - 2k 9.6mA 7.2V
其最小值也只能为0，即IC的最大电流由为于：
IB
ICM
VCVEC不C 可 V能CE为S 负1值2V，
Rc
2k
ICM
6mA
此时，Q（120uA，6mA，0V），
所以BJT工作在饱和区。
小结
由于BJT输入特性存在死区，工作在乙类的互补对称电
和压降）
解：（1）
IB
VCC VBE Rb
12V 300k
40uA
共射极放大电路
IC IB 80 40uA 3.2mA
VCE VCC Rc IC 12V - 2k 3.2mA 5.6V
（2静）态当工Rb作=1点0为0kQ时（，40uIBA，VR3C.bC2m 1A102，0Vk5.6V12）0u，ABJTI工C 作在 I放B 大 8区0 。120uA 9.6mA
中的电流决定于外电路，满足电路方程。
放大区：NPN的vBE =0.7V, PNP的vBE =0.2V， 有ß，三极管的三个电极所在的支路中
的电流决定于外电路，满足电路方程。
判断三极管工作状态的依据：
饱和区: 发射结正偏，集电结正偏
BJT的电流放大系数及其温度稳定性
BJT的电流放大系数及其温度稳定性Xie Meng-xian. (电子科大，成都市)众所周知，BJT的输出电流都具有正的温度系数。
因此晶体管的温度稳定性往往是电路应用中值得注意的一个问题。
因为输出电流主要是由两部分组成的：一是少数载流子通过基区扩散到集电区而形成的电流（放大的输出电流正比于电流放大系数），二是集电结的反向饱和电流。
所以，BJT输出电流的正温度系数既关系到集电结反向饱和电流的温度特性，也关系到电流放大系数的温度特性。
实际上，BJT的集电结反向饱电流和电流放大系数都是随着温度的升高而不断增大的。
所以导致BJT的输出电流显著增大。
温度升高时，集电结反向饱电流的增大较容易理解，因为该电流主要是少数载流子的扩散电流，与温度有指数函数关系。
但是，为什么电流放大系数也会不断地增大呢？——这与BJT的结构和工艺有关。
（1）BJT的电流放大系数：BJT的共基极电流放大系数α，是少数载流子从基区扩散到集电区的电流（不包括集电结的反向饱和电流）与发射极输入电流之比值。
因为共基极电流放大系数α主要由发射结的注射效率γ和基区输运系数β*来决定：因此，晶体管电流放大系数与温度的关系也就主要决定于注射效率γ和输运系数β*这两者的温度关系。
提高电流放大系数的措施主要有三个：①减薄基区宽度。
这样就可以减小基区复合、增大基区输运系数。
基区很薄，这是晶体管结构的一个基本特点（以保证发射结和集电结是相互关联着的）。
对于常规的BJT，为了获得很薄的基区宽度，在工艺上往往需要采用所谓浅结扩散技术（基区很浅，发射区更浅，这样才能保证p-n结面平坦，以便获得很薄的基区）。
②增大发射区掺杂浓度。
因为发射结注射效率与发射区-基区的掺杂浓度比有关，而基的掺杂浓度往往不能任意降低，则只有尽量提高发射区的掺杂浓度。
这样就可以使得从发射区注入到基区的少数载流子电流大大超过反向注入的电流，从而能够提高发射结注射效率。
发射结掺杂浓度不对称是一般BJT所必须具备的一个重要条件，否则难以获得高的电流放大系数。
BJT的主要电学性能参数
BJT的主要电学性能参数(小结)BJT的电学性能参数大体上可分为四类：（1）直流性能参数：①直流电流放大系数αo和βo：BJT的直流电流放大系数就是输出直流电流与输入直流电流之比，其数值大小表征着直流放大的性能。
电流放大系数与BJT的应用组态有关：共基极BJT 的直流电流放大系数为αo≈Ic/Ie；共发射极BJT的直流电流放大系数为βo（或者hfe）≈Ic/Ib。
注意，在计算电流放大系数时都未考虑集电结的反向电流。
电流放大系数与工作点有关，当偏置的电流或者电压超过某一定数值时即将下降（这是由于Kirk效应和Early效应等影响的结果）；并且也与温度有关（因为BJT的电流具有正的温度系数的关系），将随着温度的升高而增大。
βo的数值一般为50～200。
较大电流放大系数的晶体管不仅可以获得较大的电压增益；而且也将有利于在小电流下使用，以获得较高的输入交流电阻和较低的噪声，这是低噪声晶体管所要求的。
②反向电流：Icbo～发射极开路的集电结反向电流。
在发射极开路时，因集电结的抽出作用将造成发射结上有一定的浮空电势，但无电流从发射极流入（发射结边缘处的少数载流子浓度梯度为0），然而却有电流从集电极流出——这就是Icbo，实际上就是共基极组态的集电结反向饱和电流。
ICBo要大于晶体管处于截止状态时的集电结反向饱和电流。
Iceo～基极开路的C-E之间的反向电流，又称为穿透电流。
在基极开路时，因为发射结正偏、集电结反偏，所以这是共发射极组态BJT的一种特殊放大状态（即为共发射极放大组态中的输入开路情况）；虽然这时的基极电流为0，但是却有很小的集电结反向饱和电流Icbo通过晶体管，并被放大b倍后再从集电极流出——这就是Iceo：晶体管的穿透电流Iceo要比Icbo大得多。
并且当集电结有倍增效应（倍增因子为M）时，该穿透电流将更大：穿透电流Iceo不但大于Icbo，而且也大于发射结短路时C-E之间的反向电流——Ices，这是由于这时通过发射结的电流只是集电结反向饱和电流Icbo的一部分（有一部分被短路掉了），所以输出电流Ices要小于β Icbo=Iceo。
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半导体器件物理(1)
2-2 理想BJT 直流电流放大系数定量分析十. 缓变基区BJT 的电流放大系数
半导体器件物理(I)
第2章BJT直流放大特性6. 提高BJT 电流放大系数的主要技术途径
(1) 减小基区宽度（最有效措施）；(2) 增加发射区掺杂浓度，减少基区掺杂浓度，提升发射区与基区Gummel 数“G E /G B ”的比值；
(3) 增大基区杂质分布梯度，增强基区自建场的影响；
(4) 加强工艺控制，减少工艺缺陷，在提高D B 和τB 础上提高L nB 。
22
01
1E B B B E nB D G x D G L
半导体器件物理(I)
第2章BJT直流放大特性提示一：分析“发射结”两侧杂质浓度差别，比较两种状态下的“G B /G E ”大小；提示二：分析两种工作状态下基区自建场对基区少子输运的不同影响；22
01
1E B B B E nB D G x D G L 提示三：平面工艺BJT 中“发射结面积A
E ”与“收集结面积A C ”不相等，两种工作状态下“集电区”收集来自“发射区”的载流子的充分程度不同。
思考题：对同一个平面工艺BJT ，为什么正向放大工作时电流放大系数(β0)F 比反向放大时的(β0)R 大得多？
2-2 理想BJT 直流电流放大系数定量分析十. 缓变基区BJT 的电流放大系数
半导体器件物理(I)
第2章BJT直流放大特性7. 理想BJT 电流放大系数的特点β0的大小只与晶体管本身参数有关，而与偏置电压V CE 以及直流工作点电流I C 无关。
22
01
1E B B B E nB D G x D G L
半导体器件物理(I)
第2章BJT直流放大特性思考题：如何解读理想BJT 的I C -V CE 特性曲线形态的下述特点：在放大区范围内，特性曲线为水平线，对应不同I B 的特性曲线之间为等间距。
实际BJT 的I C -V CE 特性曲线形态与理想模型结果有所不同。
提示：C 0B CEO
I I I 由对一定的I B ，I C 随之确定，与V CE 无关
因此特性曲线为水平线；
对相同的I B 增量，I C 的变化量相同
因此特性曲线之间为等间距
1. 实际BJT 的β0与V CE 关系：2-3 影响BJT 直流β0的非理想因素
一、实际BJT 的β0与工作点( I C 、V CE ) 的关系
半导体器件物理(I)
第2章BJT直流放大特性表现在I C -V CE 特性曲线不再是水平线，而是随着V CE 增加略有上翘。
随着V CE 增加，β0随之增大。
理想BJT 实际BJT
2. 实际BJT 的β0与I C 的关系
2-3 影响BJT 直流β0的非理想因素
一、实际BJT 的β0与工作点( I C 、V CE ) 的关系
半导体器件物理(I)
第2章BJT直流放大特性在工作点电流I C 较小以及I C 较大的范围，
β0均下降，显然这是不希望的现象。
思考题：对实际BJT ，β0随工作点电流I C
变化的现象导致I C -V CE 特性曲线的放大区曲
线形态呈现什么特点？
2-3 影响BJT 直流β0的非理想因素
二、采用Gummel 曲线描述的β0 -I C 关系
半导体器件物理(I)
第2章BJT直流放大特性由I C =β0 I B +I CEO 得：β0 =(I C -I CEO )/I B ≈I C /I B 则lg (β0 )=lg (I C )-lg (I B )
由理想模型，I C = I nC +I CBO ≈I nC ∝exp(eV BE /kT)
同理，I B = I pE +I RB -I CBO ≈I pE +I RB ∝exp(eV BE /kT)则lg (I C )∝(e/kT) V BE 在描述lg (I C )~V BE 关系的半对数坐标系中是斜率为(e/kT)的斜直线则lg (I B )∝(e/kT) V BE 在描述lg (I B )~V BE 关系的半对数坐标系中是斜率为(e/kT)的斜直线
半导体器件物理(I)第2章BJT直流放大特性
由lg (β0 )=lg (I C )-lg (I B )
由理想模型lg (I C )∝(e/kT) V BE
采用半对数坐标描述的I ~ V BE 关系曲线称为
Gummel 曲线
在半对数坐标系中描述的I C ~V BE 以及I B ~V BE 关
系曲线均是斜率为(e/kT)的斜直线
半对数坐标中，I C ~V BE 以及I B ~V BE 关系曲线之
间的垂直间距反映电流放大系数β0的大小
lg (β0 )
lg (I B )∝(e/kT) V BE
第2章BJT直流放大特性
2-3 影响BJT直流β0的非理想因素
上面总结分析了提高BJT直流电流放大系数的技术途径，并对比说明了BJT直流工作点对电流放大系数的影响。
下一个知识点将从物理过程分析角度定量表征非理想因素对直流电流放大系数的的影响。
半导体器件物理(I)。