温度变化对BJT参数
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。
第3章电子技术基础_模拟部分
•3.1.5 温度对BJT参数及特性的影响
•1. 温度对BJT参数的影响
•(1) 温度对ICBO的影响 •温度每升高10℃，ICBO约增加一倍。
•(2) 温度对 的影响 •温度每升高1℃， 值约增大0.5%~1%。
•(3) 温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响 •温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。
•iB=f(vBE) vCE=const •iC=f(vCE) iB=const •可以写成：
•在小信号情况下，对上两式取全微分得
•BJT双口b+ hrevce
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•ic= hfeib+ hoevce 第3章电子技术基础_模拟部分
•1. BJT的H参数及小信号模型
部载流子传输体现出来的。
外部条件：发射结正偏 集电结反偏
• 由于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)。
1. 内部载流子的传输过程
发射区：发射载流子
集电区：收集载流子
基区：传送和控制载流子
（以NPN为例）
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第3章电子技术基础_模拟部分
•3.1.1 BJT的结构简介
•(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管
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第3章电子技术基础_模拟部分
•3.1.1 BJT的结构简介
半导体三极管的结 构示意图如图所示。 它有两种类型:NPN型 和PNP型。
(a) NPN型管结构示意图 (b) PNP型管结构示意图 (c) NPN管的电路符号 (d) PNP管的电路符号
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
温度对静态工作点的影响
(3)温度对反向击穿电压的影响 ➢ 温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会提高。
温度对静态工作点的影响
总结： ➢ 温度的升高，使BJT的ICBO 、 ICEO 和等参数
都增大了，结果导致BJT的输出特性曲线向上 移动，且各条曲线的间距也变大了。
温固度定偏对置静电路态的 工作点温度的升影高时
响I决，B主定输要，出由因V而CC基和本RB
特性曲线上移。
不受温度影响。
Q点随温度的变化 (a) 25°C; (b) 100°C.
模拟电子技术
知识点： 温度对静态工作点的影响
模拟电子技术
知识点： 温度对静态工作点的影响
温度对静态工作点的影响
(1)温度对ICBO的影响
➢ ICBO是集电结反偏时，集电区和基区的 少数载流子作漂移运动时形成的反向 饱和电流，因而对温度非常敏感。
➢ 温度每升高10℃ ，ICBO约增加一倍。
温度对静态工作点的影响
(2)温度对 的影响
➢ 温度升高时，BJT内载流子的扩散能力 增强，使得基区内载流子的复合作用减
BJT参数及常见问题简介
BJT参数及常见问题简介缩短上升时间的办法是：①减小结面积AE和AC，以减小CT e和CTc；②减小基区宽度，能尽快建立起所需少子浓度梯度；③增大基极注入电流，使势垒电容充电过程加快，但也要兼顾深饱和问题。
上升过程中基区电子浓度梯度的增加减少贮存时间，可以采取以下方法：①在保证晶体管进入饱和区的前提下，基极驱动电流IB不要过大，避免晶体管进入深饱和的程度太深；②增大基极抽取电流IB，使超量存贮电荷快速抽走；③缩短集电区少子空穴寿命。
集电区空穴寿命越短，集电区贮存的空穴电荷也就越少。
而实现这一措施的办法是向晶体管中掺金。
晶体管饱和态时的电荷分布示意图缩短下降时间的办法有：①减小CTe、CTc及寿命τ，减小下降过程需要由IB′抽走的电荷量；②增大IB′，缩短抽取速度。
在考虑改变IB′时，一定要兼顾其他方面。
《基极反向驱动和抗饱和作用》晶体管内部考虑提高晶体管开关速度①掺金。
尤其是对NPN管掺金更为有利。
它既不影响电流增益又可有效的减小集电区少子—空穴的寿命，进而减少饱和时超量贮存电荷Qc′，同时加速Qc′的复合。
②采用外延结构。
在保证集电结耐压的前提下，尽量减薄外延层厚度，降低外延层电阻率。
这样既可以减小集电区少子寿命，限制Qc′，又可降低饱和压降UCES。
③减小结面积。
这可有效的缩短td、tr和tf。
但结面积的最小尺寸受集电极最大电流ICM及工艺水平的限制。
④尽量减小基区宽度，进而减小Qb，可使tr和tf大大降低。
出现负阻现象的主要原因在于集电极电流较小时，α0随IC增大而变大的结果。
对电流放大系数随IC变化不大的晶体管，如硼基区晶体管，其负阻现象比较小。
BUCEX是基极接有反向偏压时的C—E间的击穿电压。
由于该偏压使发射结正偏程度更小（甚至反偏），In(X4)比基极接电阻时更小，故击穿时要求M值更大，因此BUCEX>BUCER。
晶体管共发射极正向压降，是指晶体管处于饱和状态时，基极和发射极之间的电压降，用UBES表示晶体管的共发射极正向压降UBES 由下面几部分组成：①发射结本身的压降Uje，它是由发射极电流IE的大小决定的；②基极电阻上的压降IBrb；③发射极串联电阻res上的压降IEres，即UBES=Uje+IBrb+IEres影响UCES 大小的主要因素有：①在饱和状态时，发射结上的Uje和集电结上的压降Ujc之差。
电子电工学——模拟电子技术 第四章 双极结型三极管及发达电路基础
4.1 双极结型三极管BJT
(Bipolar Junction Transistor)
又称半导体三极管、晶 体管，或简称为三极管。
分类： 按材料分：硅管、锗管 按结构分：NPN型、PNP型 按频率分：高频管、低频管 按功率分：小功率、大功率
半导体三极管的型号
国家标准对半导体三极管的命名如下:
3 D G 110 B
c
e V VCE
VCC
V
VBE
也是一组特性曲线
实验电路
1.共射极电路的特性曲线
输入特性 :iB=f(vBE)|vCE=const
(1)VCE=0V时，发射结和集电结均正偏，输入特性相当于两个PN结并联
(2)VCE=1V时，发射结正偏，集电结反偏，收集电子能力增强，发射极发
射到基区的电子大部分被集电极收集，从而使得同样的VBE时iB减小。
ICEO (1 )ICBO 值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。
３．极限参数
(1) 集电极最大允许电流 ICM
过流区
当IC过大时，三极管的值要 iC
减小。在IC=ICM时，值下降 ICM
到额定值的三分之二。
PCM = iCvCE
(2) 集电极最大允许耗散功率 PCM
将 iC 与 vCE 乘 积 等 于 规 定 的 PCM 值各点连接起来，可得 一条双曲线。
利用IE的变化去控制IC，而表征三极管电流控制作用的参 数就是电流放大系数 。
共射极组态连接方式
IE UBE
+ Uo
-
49 IC 0.98(mA)
IB
20( A)
共射极接法应用我们得到的结论：
１、从三极管的输入电流控制输出电流这一点看来，这两 种电路的基本区别是共射极电路以基极电流作为输入控制 电流。 ２、共基极电路是以发射极电流作为输入控制电流。
4-三极管及放大电路基础(3)Q点稳定共射共集共基电路
第三章
§3.5放大电路的工作点稳定问题
为了保证放大电路的稳定工作，必须有合 适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变 化会严重影响静态工作点。
对于前面的电路（固定偏置电路）而言， 静态工作点由VBE、和ICBO决定，这三个参 数随温度而变化，温度对静态工作点的影响 主要体现在这一方面。
VBE
RS =1 k
信号源有内阻时，电压放大倍数Aus减小。
输入电阻越大，若ri RS ，则Aus Au
3-18
第三章
+VCC RB1 C1 I1 R IB
B
C
IC
C E
C2
例
ui
RB2
I2
RE
RL
IE CE
例：静态工作点稳 定的放大器，各参 数如下： RB1=100k， RB2=33k， RE=2.5k， RC=5k， uo RL=5k， VCC=15V， =60。
3-24
第三章
静态工作点稳定且具有射极交流负反馈电阻 的放大器 微变等效电路及输入电阻输出电阻
Ui= Ib[rbe +（1+ ）RF] Ib = Ui /[rbe +（1+ ）RF]
Ii = I1 +I1 +Ib= Ui /RB1 + Ui /RB2+Ui /[rbe +（1+ ）RF]
Vo
Vi
3-29
第三章
交流通道及微变等效电路 C
B E
ui
Ii
RB
Ib
RE
Ic
BC
RL
uo
Ui
RE
RB
rbe E
BJT的主要参数
BJT的主要参数BJT的参数是用来表明其性能的优劣和电流、电压工作范围的。
它可作为我们在设计电路时选用BJT的依据。
一、直流参数1．共射直流电流放大系数（）2．共基直流电流放大系数（）3．极间反向电流ICBO和ICEOICBO是发射极开路时，集电结的反向饱和电流。
ICEO是基极开路时，集电极与发射极间的穿透电流，。
选用BJT时要选择ICBO、ICEO尽可能小，、不要过大的管子。
硅管的ICBO和ICEO比锗管小，所以硅管的温度稳定性比锗管好。
二、交流参数1．共射交流电流放大系数（b）2．共基交流电流放大系数（a）在近似分析时，可认为，。
3．特征频率fT：当考虑BJT的结电容影响时，BJT的电流放大系数b随工作频率f的升高而下降。
当b下降为1时所对应的信号频率为特征频率fT。
三、极限参数1．集电极最大允许电流ICMICM是指BJT的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流。
2．集电极最大允许功率损耗PCMPCM表示集电结上允许损耗功率的最大值。
超过此值就会使管子性能变坏或烧毁。
PCM=iCvCE3．反向击穿电压①V（BR）EBOV（BR）EBO是指集电极开路时发射极-基极间的反向击穿电压。
②V（BR）CBOV（BR）CBO是指发射极开路时集电极-基极间的反向击穿电压。
③V（BR）CEOV（BR）CEO是指基极开路时集电极-发射极间的反向击穿电压。
V（BR）CEOlt;lt;V（BR）CBO。
各击穿电压大小之间有如下的关系：V（BR）CBOV（BR）CESV（BR）CERV（BR）CEO。
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图① 温度对β的影响示意图
1
对穿透电流ICEO和反向饱和电流ICBO的影响
• 温度升高， ICBO增大。这是由于ICBO是集电区少数 载流子造成的，因而与温度有很大关系。一般来说， 温度每升高10℃，锗管和硅管的ICBO将增大一倍，如 图②所示。对锗管而言，温度变化引起ICBO的变化比 硅管严重。由于ICEO是ICBO的（1＋β）倍，因此穿 透电流受温度影响最大。 ICEO增大，输出特性曲线 上移，如图③所示。
图② 温度对ICBO影响示意图
1
图③ 温度对输出特性曲线影响示意图
对发射结电压UBE 、反向击穿电压V（BR）CBO、 V（BR）CEO的影响
• • • 图④ 温度对硅管的UBE 影响示意图 在相同的基极电流IB情况下，温度每升高10℃，发射结的 正向压降UBE下降约2.5毫伏。如图④所示。如果维持UBE 不变，则基极电流IB会随温度升高而增大。 BJT的集电结的反向击穿电压一般均为雪崩击穿。雪崩击 穿具有正温度系数，所以温度增加， V（BR）CEO 和V（BR） CBO都会增加。 集电极最大耗散功率PCM和反向击穿电压 V（BR）CEO受温度的影响也较大。温度升高使PCM降 低， V（BR）CEO也会降低，如图⑤所示。 影 图 响 ⑤ 示 温 意 度 图 对 V
（ ） BR CEO
的
1Hale Waihona Puke 谢谢！ 谢谢！1温度变化对BJT参数的影响 参数的影响 温度变化对
温度对以下三个参数的影响最大：
（1）对放大系数β的影响 （2）对穿透电流ICEO和反向饱和电流 ICBO的影响 （3）对发射结电压ube、反向击穿电压 V（BR）CEO、V（BR）CEO的影响
1
对放大系数β的影响
• 当温度升高时，会促进三极管内部的载流子 扩散运动，是基区载流子复合作用减小，则 IBN↓→IEN↓→ β↑，温度每上升l℃，β值约增 大0.5～1％ 。 • 温度升高，电流放大系数β增大。温度由 15℃升到45℃， β增大约30％，如图①所示。