第三章双极型晶体管
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3-1 双极结型晶体管基础
发射区：掺 杂浓度较高
集电区：面 积较大
便于收集电子
C
集电极
B
基极
P N+ P++ E
发射极
基区：较薄，掺 杂浓度低
发射区：掺 杂浓度较高
集成电路中双极型NPN晶体管的截面图
E
C
N P N
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。
B
ICBO
RB EB
IBE
ICE N P N IE
E
24
IC=ICE+ICBO ICE C
IB=IBE -ICBOIBE
B IB
ICBO
RB EB
IBE
ICE N P N IE
EC
E
25
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
C
B
IC IE
N+
P
0
NE(x)
NB(x)
xje xjc
NC
N
0 xje xjc
x
3.1.2 偏压与工作状态
加在各 PN 结上的电压为 C
C
集电极
集电结
VBE VB VE , VBC VB VC VEB VE VB , VCB VC VB
BJT是非线性元件，其工 作特性与其工作模式有关
IB
I E I pE I nE , I B I nE I nr , I C I pC I pE I pr I E I nE I nr
第三章--双极型晶体管
c
b e
PNP
c b
e
NPN
3.1 晶体管的基本结构及杂质分布
3.1.2 BJT的杂质分布 1.锗合金管-均匀基区晶体管 特点： 三个区杂质均匀分布 2结为突变结
2.硅平面管-缓变基区晶体管 特点： E、B区杂质非均匀分布 2结为缓变结
3.1 晶体管的基本结构及杂质分布
“背靠背”的2个二极管有放大作用吗？
I ne IE
I ne Ine I pe
1 1 I pe
I ne
I pe Ine
，则 0
2、基区输运系数β*
0
I nc I ne
Ine Irb I ne
1
I rb I ne
I rb I ne
，则
0
3、集电区倍增因子 *
Ic 1
I nc
3.2.3、晶体管电流放大系数
e 1 e qVbe kT
x LpE
3.3 晶体管的直流电流增益
一、少数载流子分布
（3）、集电区少数载 流子分布
pC(x)
0
x
pC
x pC0 pC0
e 1 e qVbc kT
x LpC
3.3 晶体管的直流电流增益
二、电流密度分布函数
jnB
3.3 晶体管的直流电流增益
任务：导出α 0、β 0的定量关系式
0 0 0
0
0 10
0
1 1 I pe
I ne
0
1
I rb I ne
3.3.1 均匀基区晶体管的电流增益 均匀基区晶体管直流电流增益推导思路
第三章 BJT双极型晶体管
第三章 双极型晶体管
中国计量学院光电学院
晶体管——transistor 它是转换电阻transfer resistor的缩写 晶体管就是一个多重结的半导体器件 通常晶体管会与其他电路器件整合在一起， 以获得电压、电流或是信号功率增益
双极型晶体管（bipolar transistor）
IC 0 I E ICBO
(10)
理想BJT的静态特性
何谓静态？
静态电流 电压特性 各端点的电流方程式
五点假设
意味什么？
（1）晶体管中各区域的浓度为均匀掺杂； （2）基区中的空穴漂移电流和集基极反向 饱和电流可以忽略； （3）载流子注入属于小注入； （4）耗尽区中没有产生-复合电流； （5）晶体管中无串联电阻。 用途：为推导理想晶体管电流、电压表达 式做准备！
从这个方程中可以看出，少数载流子分布趋近于一条直线。
那么整体PNP晶体管在放大模式下的少子分布究竟如何呢？
类似于基区的求解，可以求出发射区和集电区中的少子分布。
发射区和集电区中性区域的边界条件为：
nE ( x xE ) nE 0 e q VCB nC ( x xC ) nC 0 e
注意
载流子浓度 exp[(载流子能量) / kT ]
qVbi nn 0 n p 0 exp( ) kT qVbi p p 0 pn 0 exp( ) kT
热平衡时的PN结载流子浓度
基本上，假设在正向偏压的状况下，空穴由 发射区注入基区，然后这些空穴再以扩散的 方式穿过基区到达集基结，一旦我们确定了 少数载流子的分布（即N区中的空穴），就 可以由少数载流子的浓度梯度得出电流。
基区输运 系数
发射效率
中国计量学院光电学院
晶体管——transistor 它是转换电阻transfer resistor的缩写 晶体管就是一个多重结的半导体器件 通常晶体管会与其他电路器件整合在一起， 以获得电压、电流或是信号功率增益
双极型晶体管（bipolar transistor）
IC 0 I E ICBO
(10)
理想BJT的静态特性
何谓静态？
静态电流 电压特性 各端点的电流方程式
五点假设
意味什么？
（1）晶体管中各区域的浓度为均匀掺杂； （2）基区中的空穴漂移电流和集基极反向 饱和电流可以忽略； （3）载流子注入属于小注入； （4）耗尽区中没有产生-复合电流； （5）晶体管中无串联电阻。 用途：为推导理想晶体管电流、电压表达 式做准备！
从这个方程中可以看出，少数载流子分布趋近于一条直线。
那么整体PNP晶体管在放大模式下的少子分布究竟如何呢？
类似于基区的求解，可以求出发射区和集电区中的少子分布。
发射区和集电区中性区域的边界条件为：
nE ( x xE ) nE 0 e q VCB nC ( x xC ) nC 0 e
注意
载流子浓度 exp[(载流子能量) / kT ]
qVbi nn 0 n p 0 exp( ) kT qVbi p p 0 pn 0 exp( ) kT
热平衡时的PN结载流子浓度
基本上，假设在正向偏压的状况下，空穴由 发射区注入基区，然后这些空穴再以扩散的 方式穿过基区到达集基结，一旦我们确定了 少数载流子的分布（即N区中的空穴），就 可以由少数载流子的浓度梯度得出电流。
基区输运 系数
发射效率
第三章双极型晶体管
ICn
电子电流 电子流
上式等号右边第一项称为
发射效率，是入射空穴电
流与总发射极电流的比，
即：
I E•
I Ep IE
I Ep I Ep＋I En
第二项称为基区输运系数，
是到达集电极的空穴电流量
与由发射极入射的空穴电流
量的比，即
T
I Cp I Ep
所以 0＝T
发射区 (P )
}I EP
I En
基区 (n) I BB
(d)n-p-n双级型集体管的电路符号
图 4.2
+
VEC
-
E+
发射区 基区 集电区
P
n
P
+C
VEB
-B-
VCB
(a)理想一维p-n-p双级型集体管
IE E
+
+ VEC - IC - C
VEB
VBC
- + IB
B
(b)p-n-p双级型集体管的电路符号
-
VCE
+
E
发射区 基区 集电区
P
n
P
C
VBE
++ B
I En I BB
I B I E IC I En (I EpICp ) ICn
晶体管中有一项重要的参数
，称为共基电流增益，定义
为
0
I Cp IE
IB
空穴电流 和空穴流
图4.5
因此，得到
＝
0
I
I Cp Ep＋I
En
＝
I Ep I Ep＋I En
I Cp I Ep
}
集电区(P)
第三章BJT器件解析
* 基区自建电场 E的大小 ~
E = [( kT / q ) / pp(x)] ·[ dpp(x) / dx ] ≈ - [( kT / q ) / NB(x) ] ·[ dNB(x) / dx ] .
若杂质分布采用指数近似,则自建电场与位置无关:
E = - (kT/q)(η/W) = 常数, η称为电场因子. 23
相应地, 发射区中本征载流子浓度将由 ni2 变为
n i e 2 = ni2 exp[ΔEg / kT].
从而使得晶体管的注射效率↓(少子浓度↑所致) . ② Auger效应: Auger复合是电子与空穴直接复合、而将能量交给另一个自由 载流子的过程. N型半导体的Auger复合寿命τA ∝ 1/ n2 ; 在重掺杂时, τA 的数值很小. 在Si发射区掺杂浓度 >1019 cm-3 时, Auger复合寿命将小于SHR复合寿命 ( SHR复合寿命的典型值为10-7 s ). 则发射区少子寿命即由τA很小的 Auger过程决定; 从而使发射区的少子扩散长度↓, 注射效率↓.
W
∫ IVR = qA
[Δnp(x) / τn ] dx = IEnW2 / λLn2 (指数分布近似),
0
1/λ= [η- 1 + exp(-η) ] /η2 ≈ (η- 1)/ η2 ≈1 / η;
则输运系数为 β* = 1 – IVR / IEn = 1 - W2/ λLn2 .
③直流电流增益 ~ (掺杂浓度均是指平均值)
IB = IE - IC = (a11-a21){exp(qVBE/kT) - 1}
+ (a12-a22){exp(qVBC/kT) - 1},
* 可求得电流增益αo 和βo 与材料和结构参数之间的关系.
第三章-双极型晶体管的频率特性
p
ic
Ic/mA
10
I B 25A
负载线
频率响应
~ VEB
8
ic
~ ic
20
iB
~ iB
iB
n
6
4
工作点
15 10
前面讨论的是晶体管的静态特性 ( 直流 特性 ) ，没有涉及其交流特性，也就是 当一小信号重叠在直流值上的情况。小 信号意指交流电压和电流的峰值小于直 i 流的电压、电流值。 高频等效电路： 图 (a) 是以共射组态晶 p 体管所构成的放大器电路，在固定的 i n 直流输入电压 VEB 下，将会有直流基 p 极电流 IB 和直流集电极电流 IC 流过晶 V~ i 体管，这些电流代表图(b)中的工作点， V V 由供应电压 VCC 以及负载电阻 RL所决 定出的负载线，将以一 1/RL的斜率与 (a)连接成共射组态的双极晶体管 VCE轴相交于VCC。
fT 10
8
f 10
9
1010
频率 / Hz
另外，一截止频率fT(又称特征频率)定义为β的绝对值变为1时的频率， 将前式等号右边的值定为1，可得出
2 f 1 f ( 1 ) f f T 0 0 0 0
因此fT很接近但稍小于 f。
双极型晶体管的频率特性
c
Ic/ A
B
负载线
c
B
B
c
C
B
B
工作点
EB
输出电流
E
EB
CC
EC
CC
(a)连接成共射组态的双极晶体管
（b）晶体管电路的小信号工作状态
B
B
C ~ V
E B
C ~ V
ic
Ic/mA
10
I B 25A
负载线
频率响应
~ VEB
8
ic
~ ic
20
iB
~ iB
iB
n
6
4
工作点
15 10
前面讨论的是晶体管的静态特性 ( 直流 特性 ) ，没有涉及其交流特性，也就是 当一小信号重叠在直流值上的情况。小 信号意指交流电压和电流的峰值小于直 i 流的电压、电流值。 高频等效电路： 图 (a) 是以共射组态晶 p 体管所构成的放大器电路，在固定的 i n 直流输入电压 VEB 下，将会有直流基 p 极电流 IB 和直流集电极电流 IC 流过晶 V~ i 体管，这些电流代表图(b)中的工作点， V V 由供应电压 VCC 以及负载电阻 RL所决 定出的负载线，将以一 1/RL的斜率与 (a)连接成共射组态的双极晶体管 VCE轴相交于VCC。
fT 10
8
f 10
9
1010
频率 / Hz
另外，一截止频率fT(又称特征频率)定义为β的绝对值变为1时的频率， 将前式等号右边的值定为1，可得出
2 f 1 f ( 1 ) f f T 0 0 0 0
因此fT很接近但稍小于 f。
双极型晶体管的频率特性
c
Ic/ A
B
负载线
c
B
B
c
C
B
B
工作点
EB
输出电流
E
EB
CC
EC
CC
(a)连接成共射组态的双极晶体管
（b）晶体管电路的小信号工作状态
B
B
C ~ V
E B
C ~ V
第3章双极型晶体管及其基本放大电路
iC / mA4Βιβλιοθήκη 饱和区3放
100 μA 80 μA 60 μA
截止区——iC接近零的区 域，相当iB=0的曲线的下 方。此时，发射结反偏，
集电结反偏。
2
大
40 μA
放大区——iC平行于uCE
1
I CEO
O
区 20 μA
I B =0 μA
截止区
轴的区域，曲线基本平行 等距。 此时，发射结正
3 6 9 12 uCE / V 偏，集电结反偏，电压大
双极型晶体管的型号和主要参数
2. 晶体管的封装
小、中功率晶体管图片(金属圆壳封装)
小、中功率晶体管图片(塑封)
大功率晶体管图片
3.3 放大的概念和放大电路的性能指标
3.3.1 放大的概念
基本放大电路一般是指由晶体管与其它电路元件所 组成的放大电路。 1. 放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅 度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。 2. 输出信号不能失真，即输出信号与输入信号之间在形状 上不能变样。
ICQ2
电流IBQ之比，定义：
1
ICQ ICEO ICQ
ICEO
O
I BQ
I BQ uCE CONST
Q IBQ
80 μA 60 μA
40 μA
20 μA
IB =0
3
6
9
12 uCE / V
输出特性曲线
②共基极组态直流电流放大系数
称为共基极直流电流放大系数。
ICQ ICEO ICQ
2.U(BR) EBO——e 集电极c-开mA+路+限时流电发阻 射结的击穿电压。 3.U(BR)CEO——c 基极b 开-e路mA集+V-+限电流电极阻和发射极间的击穿电压。 对路于的。U(B几R)个CER击表b穿示电Bbc压E-U间U在(mB(ABR接大R+)C)VEB+-有B限 V小OO-流电上电阻阻有，如U下(B关R)C系ES表示BE间是短
第三章 双极晶体管
qVE kT
1)
（3-116）
3-117）
nB (Wb ) nB (Wb ) nPB nPB (e
qVc kT
1)
（3-118） （3-119）
pC ( x2 ) pnC e
qVC
kT
（3-120）
PC ( x2 ) PC ( x2 ) PnC PnC (e
(3-134)
当WB Lnb 基区很窄时式（3-132）可简化，双曲函数按 台劳级数展开，只取一次幂，即
shx x
chx 1
则上式可简化为： qDnB J nB ( x) [nB (0) nB (Wb )] Wb 基区内电子电流密度与X无关，保持不变。 集电结反偏时，上式可进一步简化为：
（3-128） 发射区空穴沿着（-x）方向线性下降，直到 下降到平衡值。 集电区少子浓度分布：
x x1 1)(1 ) L pE
pC ( x) pnC pnC (e
pC ( x) pnC pnC (e
qVC kT
qVC
kT
1)e
L
x x2 pE
（3-129）
x x2 1)(1 ) L pC
为了分析晶体管的电流放大系数与晶体管结构因素和 工艺因素之间的关系,并反映电流传输过程中的各种损失, 共基极直流电流放大系数分解为： 对NPN管：
I En IE
I cn I En
' Ic I cn
IC
' Ic
M
（3-104）
晶体管发射效率 ：
I En I En 1 I E I En I Ep 1 I Ep
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(a)理想一维p-n-p双级型集体管
+
VEC
-
E+
发射区 基区 集电区
P
n
P
+C
VEB
VCB
-B-
(a)理想一维p-n-p双级型集体管
E
E
IE +-
发V射E区B
P
+ VEC - IC
VCE
基区
-n +
集I电PBV区B+C
-
C
C
VBE
+ B+
VBC
(b)p-n-p双 级 型B集 体 管 的 电 路 符 号
}
IB IE IC IE n (IE p IC ) pICn
IB
晶体管中有一项重要的参数， 称为共基电流增益，定义为
空穴电流 和空穴流
图 4.5
0
I Cp IE
因此，得到
0＝ IEpI＋ CpIEn＝ IEpI＋ EpIEnIIC Ep p
集电区 (P)
}I CP
IC
ICn
电子电流 电子流
3.1 双极型晶体管的工作原理
1、双极型晶体管结构
双极型晶体管是最重要的半导体器件之一，在高速电路、模拟电路 、功率放大等方面具有广泛的应用。双极型器件是一种电子与空穴皆参 与导通过程的半导体器件，由两个相邻的耦合p-n结所组成，其结构可为 p-n-p或n-p-n的形式。
如 图 为 一 p-n-p 双 极 型 晶 体 管 的透视图，其制造过程是以p型半 导体为衬底，利用热扩散的原理 在p型衬底上形成一n型区域，再 在此n型区域上以热扩散形成一高 浓度的p＋型区域，接着以金属覆 盖p＋、n以及下方的p型区域形成 欧姆接触。
来的空穴可在反向偏压的集基结造 成大电流，这就是晶体营的放大作 用，而且只有当此两结彼此足够接 近时才会发生，因此此两结被称为 交互p-n结。相反地，如果此两p-n 结距离太远，所有入射的空穴将在 基区中与电子复合而无法到达集基 区，并不会产生晶体管的放大作用， 此时p-n-p的结构就只是单纯两个背 对背连接的p-n二极管。
图(a)为理想的一维结构p-n-p双极型晶体管，具有三段不同 掺杂浓度的区域，形成两个p-n结。浓度最高的p＋区域称为发射 区(emitter，以E表示)；中间较窄的n型区域，其杂质浓度中等 ，称为基区(base，用B表示)，基区的宽度需远小于少数载流子 的扩散长度；浓度最小的p型区域称为集电区(collector，用C表 示)。
大部分的入射空穴将会到
达集电极而形成Icp。基极的电 I 流 有 三 个 ， 即 IBB 、 IEn 以 及 ICn 。
E
其中IBB代表由基极所供应、与
入射空穴复合的电子电流(即
IBB=IEp-ICp) ； IEn 代 表 由 基 区 注 入发射区的电子电流，是不希
望有的电流成分；ICn代表集电 结附近因热所产生、由集电区
IE
发射区
P
V EB
基区
n
IB
集电区
P V BC
IC
输出
(a)
N
D
N
A
WE NB
xE
WB
0
W
(b)
E
(c)
EC
EV V EB
(d) 图 4.4
WC
xC
x
x
EC EF V BC EV
在理想的二极管中，耗尽 区将不会有产生-复合电流，所 以由发射区到基区的空穴与由 基区到发射区的电子组成了发 射极电流。而集基结是处在反 向偏压的状态，因此将有一反 向饱和电流流过此结。当基区 宽度足够小时，由发射区注入 基区的空穴便能够扩散通过基 区而到达集基结的耗尽区边缘， 并在集基偏压的作用下通过集 电区。此种输运机制便是注射 载流子的“发射极”以及收集 邻近结注射过来的载流子的 “集电极”名称的由来。
发射区
基区
集电区
P
n
P
N
D
N
A
WE
WB
WC
x
E
x
EC
EC
EF
EF
EV
EV
图 4.3（ a） 所 有 端 点 接 地 的 p-n-p晶 体 管 （ 热 平 衡 状 态 ）
图(a)为工作在放大模式下 的共基组态p-n-p型晶体管，即 基极被输入与输出电路所共用， 图(b)与图(c)表示偏压状态下电 荷密度与电场强度分布的情形， 与热平衡状态下比较，射基结 的耗尽区宽度变窄，而集基结 耗尽区变宽。图(d)是晶体管工 作在放大模式下的能带图，射 基结为正向偏压，因此空穴由 p＋发射区注入基区，而电子由 基区注入发射区。
图(b)为p-n-p双极型晶体管
的电路符号，图中亦显示各电
流成分和电压极性，箭头和“
十”、“一”符号分别表示晶 体管在一+ 般工作VEC模式(即- 放大模 式E)+下各发电P射流区 的基n方区 向集和电P 区电压的+ C极 性，该V模EB 式下，射基结VCB为正向 偏压(VEB＞0-)，B 而- 集基结为反 向偏压(VCB＜0)。
IE
发射区
P
V EB
基区
n
IB
(a)
N
D
N
A
WE NB
xE
WB
0
W
(b)
E
(c)
EC
EV V EB
(d) 图 4.4
集电区
P V BC
IC
输出
WC
xC
x
x
EC EF V BC EV
3、电流增益
下图中显示出一理想的p-n-p晶体管在放大模式下的各电流成分。 设耗尽区中无产生-复合电流，则由发射区注入的空穴将构成最大的 电流成分。
流往基区的电子电流。
发射区 (P)
}I EP
I En
基区 (n) I BB
}
IB
空穴电流 和空穴流
图 4.5
集电区 (P)
}I CP
IC
ICn
电子电流 电子流
晶体管各端点的电流可由上 述各个电流成分来表示
IE IEpIEn,
IE
IC ICpICn,
发射区 (P)
}I EP
I En
基区 (n) I BB
IE
发射区
P
V ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱB
基区
n
IB
集电区
P V BC
IC
输出
(a)
N
D
N
A
WE NB
xE
WB
0
W
(b)
E
(c)
EC
EV V EB
(d) 图 4.4
WC
xC
x
x
EC EF V BC EV
如果大部分入射的空穴都没有
与基区中的电子复合而到达集电极， 则集电极的空穴电流将非常地接近 发射极空穴电流。
可见，由邻近的射基结注射过
2、双极型晶体管工作在放大模式
图(a)是一热平衡状态下的 理想p-n-p双极型晶体管，即其 三端点接在一起，或者三端点 都接地，阴影区域分别表示两 个 p-n 结 的 耗 尽 区 。 图 (b) 显 示 三段掺杂区域的杂质浓度，发 射区的掺杂浓度远比集电区大 ，基区的浓度比发射区低，但 高于集电区浓度 。 图4.3(c)表 示耗尽区的电场强度分布情况 。图(d)是晶体管的能带图，它 只是将热平衡状态下的p-n结能 带直接延伸，应用到两个相邻 的耦合p＋-n结与n-p结。
+
VEC
-
E+
发射区 基区 集电区
P
n
P
+C
VEB
VCB
-B-
(a)理想一维p-n-p双级型集体管
E
E
IE +-
发V射E区B
P
+ VEC - IC
VCE
基区
-n +
集I电PBV区B+C
-
C
C
VBE
+ B+
VBC
(b)p-n-p双 级 型B集 体 管 的 电 路 符 号
}
IB IE IC IE n (IE p IC ) pICn
IB
晶体管中有一项重要的参数， 称为共基电流增益，定义为
空穴电流 和空穴流
图 4.5
0
I Cp IE
因此，得到
0＝ IEpI＋ CpIEn＝ IEpI＋ EpIEnIIC Ep p
集电区 (P)
}I CP
IC
ICn
电子电流 电子流
3.1 双极型晶体管的工作原理
1、双极型晶体管结构
双极型晶体管是最重要的半导体器件之一，在高速电路、模拟电路 、功率放大等方面具有广泛的应用。双极型器件是一种电子与空穴皆参 与导通过程的半导体器件，由两个相邻的耦合p-n结所组成，其结构可为 p-n-p或n-p-n的形式。
如 图 为 一 p-n-p 双 极 型 晶 体 管 的透视图，其制造过程是以p型半 导体为衬底，利用热扩散的原理 在p型衬底上形成一n型区域，再 在此n型区域上以热扩散形成一高 浓度的p＋型区域，接着以金属覆 盖p＋、n以及下方的p型区域形成 欧姆接触。
来的空穴可在反向偏压的集基结造 成大电流，这就是晶体营的放大作 用，而且只有当此两结彼此足够接 近时才会发生，因此此两结被称为 交互p-n结。相反地，如果此两p-n 结距离太远，所有入射的空穴将在 基区中与电子复合而无法到达集基 区，并不会产生晶体管的放大作用， 此时p-n-p的结构就只是单纯两个背 对背连接的p-n二极管。
图(a)为理想的一维结构p-n-p双极型晶体管，具有三段不同 掺杂浓度的区域，形成两个p-n结。浓度最高的p＋区域称为发射 区(emitter，以E表示)；中间较窄的n型区域，其杂质浓度中等 ，称为基区(base，用B表示)，基区的宽度需远小于少数载流子 的扩散长度；浓度最小的p型区域称为集电区(collector，用C表 示)。
大部分的入射空穴将会到
达集电极而形成Icp。基极的电 I 流 有 三 个 ， 即 IBB 、 IEn 以 及 ICn 。
E
其中IBB代表由基极所供应、与
入射空穴复合的电子电流(即
IBB=IEp-ICp) ； IEn 代 表 由 基 区 注 入发射区的电子电流，是不希
望有的电流成分；ICn代表集电 结附近因热所产生、由集电区
IE
发射区
P
V EB
基区
n
IB
集电区
P V BC
IC
输出
(a)
N
D
N
A
WE NB
xE
WB
0
W
(b)
E
(c)
EC
EV V EB
(d) 图 4.4
WC
xC
x
x
EC EF V BC EV
在理想的二极管中，耗尽 区将不会有产生-复合电流，所 以由发射区到基区的空穴与由 基区到发射区的电子组成了发 射极电流。而集基结是处在反 向偏压的状态，因此将有一反 向饱和电流流过此结。当基区 宽度足够小时，由发射区注入 基区的空穴便能够扩散通过基 区而到达集基结的耗尽区边缘， 并在集基偏压的作用下通过集 电区。此种输运机制便是注射 载流子的“发射极”以及收集 邻近结注射过来的载流子的 “集电极”名称的由来。
发射区
基区
集电区
P
n
P
N
D
N
A
WE
WB
WC
x
E
x
EC
EC
EF
EF
EV
EV
图 4.3（ a） 所 有 端 点 接 地 的 p-n-p晶 体 管 （ 热 平 衡 状 态 ）
图(a)为工作在放大模式下 的共基组态p-n-p型晶体管，即 基极被输入与输出电路所共用， 图(b)与图(c)表示偏压状态下电 荷密度与电场强度分布的情形， 与热平衡状态下比较，射基结 的耗尽区宽度变窄，而集基结 耗尽区变宽。图(d)是晶体管工 作在放大模式下的能带图，射 基结为正向偏压，因此空穴由 p＋发射区注入基区，而电子由 基区注入发射区。
图(b)为p-n-p双极型晶体管
的电路符号，图中亦显示各电
流成分和电压极性，箭头和“
十”、“一”符号分别表示晶 体管在一+ 般工作VEC模式(即- 放大模 式E)+下各发电P射流区 的基n方区 向集和电P 区电压的+ C极 性，该V模EB 式下，射基结VCB为正向 偏压(VEB＞0-)，B 而- 集基结为反 向偏压(VCB＜0)。
IE
发射区
P
V EB
基区
n
IB
(a)
N
D
N
A
WE NB
xE
WB
0
W
(b)
E
(c)
EC
EV V EB
(d) 图 4.4
集电区
P V BC
IC
输出
WC
xC
x
x
EC EF V BC EV
3、电流增益
下图中显示出一理想的p-n-p晶体管在放大模式下的各电流成分。 设耗尽区中无产生-复合电流，则由发射区注入的空穴将构成最大的 电流成分。
流往基区的电子电流。
发射区 (P)
}I EP
I En
基区 (n) I BB
}
IB
空穴电流 和空穴流
图 4.5
集电区 (P)
}I CP
IC
ICn
电子电流 电子流
晶体管各端点的电流可由上 述各个电流成分来表示
IE IEpIEn,
IE
IC ICpICn,
发射区 (P)
}I EP
I En
基区 (n) I BB
IE
发射区
P
V ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱB
基区
n
IB
集电区
P V BC
IC
输出
(a)
N
D
N
A
WE NB
xE
WB
0
W
(b)
E
(c)
EC
EV V EB
(d) 图 4.4
WC
xC
x
x
EC EF V BC EV
如果大部分入射的空穴都没有
与基区中的电子复合而到达集电极， 则集电极的空穴电流将非常地接近 发射极空穴电流。
可见，由邻近的射基结注射过
2、双极型晶体管工作在放大模式
图(a)是一热平衡状态下的 理想p-n-p双极型晶体管，即其 三端点接在一起，或者三端点 都接地，阴影区域分别表示两 个 p-n 结 的 耗 尽 区 。 图 (b) 显 示 三段掺杂区域的杂质浓度，发 射区的掺杂浓度远比集电区大 ，基区的浓度比发射区低，但 高于集电区浓度 。 图4.3(c)表 示耗尽区的电场强度分布情况 。图(d)是晶体管的能带图，它 只是将热平衡状态下的p-n结能 带直接延伸，应用到两个相邻 的耦合p＋-n结与n-p结。