3-1双极型晶体管讲解
三极管工作原理
三极管是经常应用的一个电子元器件，在模拟电路中经常利用其工作在线性区来做信号处理电流放大等，在数字电路中又会利用其工作在饱和区截止区来作为开关控制。
作为开关使用，除了在数字电路中应用以外，还多用于电力电子中用作功率处理，常见有开关电源、逆变器等。
然而，很多资料对三极管的介绍常常太过简单或不够深入，以至于我们对三极管的理解经常一头雾水，或者对其工作机制理解不到位。
所以本文着重从半导体内部机制来介绍其工作原理。
双极性晶体管，全程双极性结型晶体管（bipolar junction transistor, BJT），也就是我们常说的三极管。
三极管的发明在电子学历史上具有革命意义，1956年，威廉·肖克利（William Shockley）、约翰·巴丁（John Bardeen）和沃尔特·布喇顿（Walter Brattain）因为三极管的发明工作被授予诺贝尔物理学奖。
半导体物理中的一些基本概念:在讲解其工作原理之前，先简单的介绍下半导体物理中的一些基本概念。
半导体是介于导体和绝缘体之间的一种介质，在不同的条件下可以表现出导电或者不导电的特性。
电子半导体器件所用的材料大部分为硅、锗等在元素周期表中处于金属非金属交界处的四价元素。
本征半导体 (intrinsic semiconductor))是指完全不含杂质的纯净半导体。
因为不含杂质，其中的载流子仅仅只靠本征激发产生，其导电性很差。
与之对应的是非本征半导体，根据掺杂不同分为N型半导体和P型半导体。
图1 本征半导体N型半导体是指在本征半导体掺入+5价元素（如P、Sb等）的半导体。
由于加入了最外层为5个电子的元素，在形成共价键后会多出一个电子，这个电子就成了自由电子。
半导体因为掺杂而多出了载流子为自由电子，所以称为N型半导体。
在N型半导体中，电子为多数载流子。
图2 N型半导体P型半导体是指在本征半导体中掺入了+3价元素（如B、Al）的半导体。
第二章 双极型晶体三极管
第二章 双极型晶体三极管（BJT ）§2.1 知识点归纳一、BJT 原理·双极型晶体管（BJT ）分为NPN 管和PNP 管两类（图2-1，图2-2）。
·当BJT 发射结正偏，集电结反偏时，称为放大偏置。
在放大偏置时，NPN 管满足C B C V V V >>；PNP 管满足C B E V V V <<。
·放大偏置时，作为PN 结的发射结的V A 关系是：/BE T v V E ES i I e =（NPN ），/E B T v VE ES i I e =（PNP ）。
·在BJT 为放大偏置的外部条件和基区很薄、发射区较基区高掺杂的内部条件下，发射极电流E i 将几乎转化为集电流C i ，而基极电流较小。
·在放大偏置时，定义了CNE i i α=（CN i 是由E i 转化而来的C i 分量）极之后，可以导出两个关于电极电流的关系方程：C E CBO i i I α=+(1)C B CBO B CEO i i I i I βββ=++=+其中1αβα=-，CEO I 是集电结反向饱和电流，(1)CEO CBO I I β=+是穿透电流。
·放大偏置时，在一定电流范围内，E i 、C i 、B i 基本是线性关系，而BE v 对三个电流都是指数非线性关系。
·放大偏置时：三电极电流主要受控于BE v ，而反偏CB v 通过基区宽度调制效应，对电流有较小的影响。
影响的规律是；集电极反偏增大时，C I ，E I 增大而B I 减小。
·发射结与集电结均反偏时BJT 为截止状态，发射结与集电结都正偏时，BJT 为饱和状态。
二、BJT 静态伏安特性曲线·三端电子器件的伏安特性曲线一般是画出器件在某一种双口组态时输入口和输出口的伏安特性曲线族。
BJT 常用CE 伏安特性曲线，其画法是：输入特性曲线：()CE B BE V i f v =常数（图2-13）输出特性曲线：()B B CE I i f v =常数（图2-14）·输入特性曲线一般只画放大区，典型形状与二极管正向伏安特性相似。
三极管及MOS管的讲解.
特性曲线将向右稍微移动一些
。但UCE再增加时，曲线右移
很不明显。因为UCE＝1V时，
集电结已把绝大多数电子收集过去
，收集电子数量的比例不再明显增大。
工程实践上，
图02.05 共发射极接法输入特性曲线
就用UCE＝1V的输入特性曲线代替UCE >1V以后的输入特性曲 线。
2、输出特性曲线
。 共基极接法，基极作为公共电极
1) 共射接法中的电流传输方程式 通过改变IB可控制IC的变化。
IC≈ IE＝ (IC＋IB)＝ IC＋ IB
（1－ ）IC≈ IB
IC≈
1
IB＝ IB
控制系数（传输系数） ≈IC／IB
称为直流共射集-基电流比或直流电流放大倍 数。
1、晶体管中载流子的移动 双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的
直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正 向电压，集电结加反向电压。现以 NPN型三极 管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关 系， 见图02.02。
图02.0Байду номын сангаас 双极型三极管的电流传输关系
1）发射区向基区发射电子
使集电结反偏电压较大时，运动到集电结的电子 基本上都可以被集电区收集，此后UCE再增加， 电流也没有明显的增加，特性曲线进入与UCE轴 基本平行的区域 (这与输入特性曲线随UCE增大 而右移的原因是一致的) ，此区域称为放大区。
图02.06 共发射极接法输出特性曲线
（1）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。
的变化值 △IB和△IC，可以估算出晶体管的另一
重要参数，即交流共射集-基电流比或交流电流 放大倍数，表示为 β＝△IC／△IB
晶体管类型和三个极的判断
晶体管类型和三个极的判断一、引言晶体管，作为现代电子工业的核心元件，其类型和极性的判断是电子工程师必须掌握的基本技能。
本篇文章将详细介绍晶体管的类型及如何判断其三个极。
二、晶体管类型晶体管主要有两大类型：双极型晶体管（Bipolar Junction Transistor，BJT）和场效应晶体管（Field Effect Transistor，FET）。
1.双极型晶体管（BJT）：由三个半导体区域构成，包括两个PN结。
根据结构差异，双极型晶体管又可以分为PNP和NPN两种类型。
在BJT中，电流控制是通过电荷载流子的变化来实现的。
2.场效应晶体管（FET）：由源、栅和漏三个电极构成，主要分为金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）等类型。
在FET中，电流的控制是通过改变半导体区域的电导率来实现的。
三、晶体管三个极的判断在判断晶体管的三个极时，我们通常基于其工作原理和结构特性进行识别。
以下是具体的判断方法：1.NPN型晶体管：a. 将晶体管放于手掌中，使得基极（B）朝向自己；b. 从基极开始，逆时针方向分别是基极（B）、集电极（C）和发射极（E）；c. 对于PNP型晶体管，则相反，即从基极开始，顺时针方向分别是基极（B）、集电极（C）和发射极（E）。
2.金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）：a. 有源区：由于MOSFET 的源极和漏极通常由同一种类型的半导体构成，因此可以通过测量其电阻值进行判断。
源极与漏极之间的电阻值较小；b. 栅极：栅极与源极或漏极之间的电阻值较大；c. 漏极：漏极与源极之间的电阻值较小。
3.绝缘栅双极晶体管（IGBT）：a. 发射极：通常标识有标记的一极为发射极；b. 集电极：将万用表置于测量电阻的适当量程，使万用表的黑表笔接IGBT的任意一脚，红表笔先后分别接其余两脚。
比较两次测量结果，阻值较小的一次测量中，红表笔接的就是集电极；c. 栅极：栅极通常与其它电极相连，如果需要判断，可以通过测量电阻的方法来辨别。
npn pnp 晶体管输出 压力开关-概述说明以及解释
npn pnp 晶体管输出压力开关-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:npn和pnp晶体管是两种常见的双极型晶体管，它们在电子领域中扮演着重要的角色。
npn和pnp晶体管的工作原理和特性有所不同，但它们都可以用来实现电流放大、开关控制等功能。
本文将重点介绍npn和pnp晶体管的工作原理，并探讨它们在输出压力开关中的应用。
通过深入研究npn pnp晶体管输出压力开关的优势和未来发展展望，可以更好地认识和理解这一重要的电子元件。
1.2文章结构文章结构部分将介绍npn pnp 晶体管输出压力开关的相关知识，包括npn 晶体管和pnp 晶体管的工作原理，以及它们在压力开关中的应用。
通过这些内容，读者将会了解到npn pnp 晶体管输出压力开关的工作原理和优势，以及未来可能的发展方向。
文章结构清晰明了，有助于读者更好地理解和掌握相关知识。
1.3 目的：本文旨在深入探讨npn和pnp晶体管输出压力开关的工作原理和应用，通过对这两种晶体管的比较分析，探讨它们在压力开关中的优势和不同之处。
通过本文的研究，读者将更深入地了解npn和pnp晶体管在压力开关领域的应用价值，促进相关技术的发展和应用。
同时，本文也旨在为工程师和研究人员提供参考，帮助他们更好地选择和设计适合的晶体管输出压力开关，推动该领域的进步和发展。
2.正文2.1 npn 晶体管的工作原理npn 晶体管是一种双极型晶体管，由两个n型半导体夹着一个p型半导体构成。
它的工作原理基于p-n 结的特性。
当npn 晶体管处于正常工作状态时，基极（p区）的电压高于发射极（n区）的电压，这样就会形成一个正向偏置。
这会导致在基极和发射极之间形成一个电场，使得p-n 结处于导通状态。
当一个正向电压施加在基极上时，这会促使少量电子从发射极注入到基极中，进而形成主电流。
这个主电流的大小受到基极电流的控制，即控制输入电流即可控制输出电流。
总的来说，npn 晶体管的工作原理可以简单理解为：控制输入信号作用在基极上，调节基极电流，进而控制输出电流。
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)
NPN晶体管制作工艺流程教学课件
NPN晶体管制作工艺流程教学课件介绍本教学课件旨在向初学者介绍NPN晶体管的制作工艺流程。
NPN 晶体管是一种常用的电子元件，用于放大和开关电路。
本课件将详细介绍NPN晶体管的制作流程，并提供相关的步骤和注意事项。
目录1.什么是NPN晶体管2.NPN晶体管制作工艺流程–选择基片材料–基片清洗–硅层沉积–掩膜光刻–掺杂–金属沉积–导线连接3.注意事项4.结论5.参考文献什么是NPN晶体管NPN晶体管是一种双极性晶体管，由三个区域构成：N型区，P型基区和N型集电区。
NPN晶体管主要用于放大和开关电路。
当基电压高于某个阈值时，NPN晶体管允许电流从集电区流向发射区。
NPN晶体管制作工艺是用来创造这些区域并将它们连接在一起。
NPN晶体管制作工艺流程下面是NPN晶体管的制作工艺流程：选择基片材料选择适当的基片材料是制作NPN晶体管的第一步。
常见的基片材料包括硅(Si)和砷化镓(GaAs)等。
基片清洗将选定的基片清洗，以去除表面污染物和杂质。
使用适当的溶剂和清洗步骤，确保基片表面干净。
硅层沉积在清洗的基片上沉积一层硅。
硅层可以通过化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD)等方法制备。
掩膜光刻将光刻胶均匀涂覆在硅层上，并使用掩膜对光刻胶进行曝光。
曝光的部分将保护硅层，未曝光的部分将被移除。
掺杂使用掩膜保护的区域，将适当的杂质（如硼或磷）掺入硅层中。
这些杂质将改变硅的导电性质，形成基区和发射区。
金属沉积在掺杂完成的硅层上沉积一层金属，以提供电极连接。
导线连接使用金属线将晶体管的不同区域连接起来。
将导线粘贴或焊接在晶体管上，确保正确的连接。
注意事项在制作NPN晶体管时，应注意以下事项：1.实验室安全：遵循实验室安全操作规程，并戴上适当的个人防护装备。
2.材料储存：将实验室用的化学品和材料正确储存，避免过期使用或污染。
3.清洗步骤：确保基片经过充分的清洗和处理，以去除污染物和杂质。
4.气氛控制：在制作过程中，控制气氛的纯净度，避免杂质对晶体管制作的影响。
双极性晶体三极管(精)
5、晶体三极管的特性曲线
晶体管的特性曲线是用来表示各极电压和电流之间相互 关系，反映的是晶体管的性能。 因为晶体管有一对输入端和一对输出端，因此，要完整地 描述晶体管的伏安特性，就必须用两组表示不同端电压、电流 之间关系的特性曲线来表示。以共发射极为例来具体分析。 输入特性曲线： 输入特性曲线是指当集—射极之间的电压UCE为某一常数时， 输入回路中的基极电流IB与加在基—射极间的电压UBE之间的关系 曲线。 IB(A) 工作压降： 硅管 80 UBE0.6~0.7V,锗管 死区电压， UCE1V UBE0.2~0.3V。 60 硅管0.5V， 40 锗管0.2V。 20 UBE(V) 0.4 0.8
注意：这个放大作用是指一个小电流控制一个大 电流的作用。而不是能量的放大。能量是不能放 大的。
从这个意义上看：三极管是个电流放大元件
PNP管的分析同NPN管相同。使用时注意各极 极性和电流方向：
iC + UEB
C
iC
-
C
B
iB
UEC
iB B
UBE
-
+
+ iE
E
UCE
+
+
-
+
E
iE
PNP三极管
NPN三极管
N P N IE
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。
Ec
E
IC=ICE+ICBOICE
集电结反偏， 有少子形成的 反向电流ICBO。 B
C
ICBO
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
RB EB
ICE N P IBE N IE
E
从基区扩 散来的电 子作为集 电结的少 子，漂移 Ec 进入集电 结而被收 集，形成 ICE。
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2. 晶体管电极电流的关系 发射极电流：IE= IEN+IEP 集电极电流：IC=ICN+ICBO ICN=IEN-IBN 基极电流： 且有IEN>> IBN ， ICN>>IBN IB=IEP+IBN-ICBO P N N IC= ICN +ICBO IE所以，发射极电流又可以写成 =IEN + IEP IEP ICN= IEN - IBN 且IEN >> IEP IC IE=IEP E +IEN=IEP+ICN+IBN IEN ICN =(ICN + I )+( I + I －ICBO)= I +I CBO BN EP e cC B R ICBO R
i B /μA
UCE 0V
U CE
1V
(3) UCE≥1V，曲线右移不明 显。近似用UCE=1V曲线 代替 。
O
U th
uBE / V
NPN型晶体管的共射输入特性曲线
2. 输出特性曲线 输出特性曲线—— iC=f(uCE) iB=const 它是以IB为参变量的一族特性曲线。 当UCE=0 V时，集电极无收集作用， IC=0。 当UCE稍增大时，IC随着UCE 增加而增加。 当UCE继续增加使集电结 反偏电压较大时， UCE再 增加，电流也没有明显的 增加。
3.2 双极型晶体管
3.2.1 晶体管的结构和类型
双极型晶体管有两种结构，NPN型和PNP型。 NPN型
NPN型 e
PNP型
PNP型 N c e P
c b
c
P c
bN
P
N
be
NPN型
晶体管的两种结构
e PNP型
b
晶体管符号中的短粗线代表基极，发射极的箭头方 向，代表发射极加正向偏置时电流的方向。
3.2.2 晶体管的三种组态
如何保证注入的载流 子尽可能地到达集电区？ IE=IEN + IEP 且IEN >> IEP
N
P
N
IE
e
Re
IEP IEN
IBN
IC ICN
ICBO IB
空穴
IC= ICN +ICBO ICN= IEN - IBN
c
Rc
VCC
b
电子
IB= IEP + IBN - ICBO
注意：图中画的是载流子的运动方向，空穴流与电流 方向相同；电子流与电流方向相反。由此可确定三个电极 的电流。
ic ib VT uo C B ui E CE C CC B CB ib VT uo ui uo ie E E ie VT ic C
B ui
晶体管的三种组态
3.2.3 晶体管的电流放大作用
双极型晶体管在制造时，要求发射区的掺杂浓度大， 基区掺杂浓度低并要制造得很薄，集电区掺杂浓度低，且 集电结面积较大。从结构上看双极型晶体管是对称的，但 发射极和集电极不能互换。 1. 晶体管内部载流子的传输 双极型晶体管在工作时一定要加上适当的直流偏置电 压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反 向电压。现以 NPN 型晶体管的放大状态为例，来说明晶 体管内部的电流关系。
60
放大区——iC平行于uCE 1 20 μA 截止区 轴的区域，曲线基本平行 区 I B =0 μA 等距。 此时，发射结正 I CEO u CE / V O 3 6 9 12 偏，集电结反偏，电压大 输出特性曲线的分区 于0.7 V左右(硅管) 。
4 3 2 1 i C / mA 100 μA 80 μA 60 μA 40 μA 20 μA IB =0 μA 3 6 9 12 uCE / V
I CEO
O
: 饱和区——iC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE的 数值较小，一般UCE＜0.7 V(硅管)。此时 发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。 截止区——iC接近零的区 i C / mA 域，相当iB=0的曲线的下 4 100 μA 饱和区 方。此时，发射结反偏， μA 80 3 集电结反偏。 放 μA
第3章 双极型晶体管 及其基本放大电路
3.1 引言
晶体管英文为Transister，有两大类型: 双极型晶体管(BJT)； 场效应晶体管(FET)。 双极型晶体管又称为半导体三极管、晶体三极管。它 由两个 PN 结组合而成，有两种载流子参与导电，是一种 电流控制电流源器件（CCCS）。 场效应型晶体管仅由一种载流子参与导电，是一种电 压控制电流源器件（VCCS）。
iC是输出电流，uCE是输出电压。
VCC Rb uBE iB iE CE Rc iC uCE
共发射极接法的电压-电流关系
1. 输入特性曲线 输入特性曲线—— iB=f(uBE) uCE=const (1) UCE=0V，iB和uBE和呈指 数关系，类似于半导体 二极管的特性。 (2) 当UCE增加时，集电结收 集电子能力增加，曲线 右移。
e c
且有IEN>>IEP
IBN
VEE
b
电子
IB
空穴
VCC
IB= IEP + IBN - ICBO
3. 晶体管的电流放大系数 (1) 共基极直流电流放大系数
称为共基极直流电流放大系数。它表示最后达到集
电极的电子电流ICN与总发射极电流IE的比值。
I CN IE
ICN与IE相比，因ICN中没有IEP和IBN，所以 1且 1 IC=ICN+ICBO=
共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表； 双极型晶体管有三个电极，其中两个可以作为输入，两个 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示； 可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。 法也称三种组态，如共发射极接法，也称共发射极组态， 简称共射组态，发射极是公共电极。
其中 I CEO 称为晶体管的穿透电流
其中 I CEO 很小，可以忽略
IC IB
1 ，它描述了晶体管的电流放大作用。
3.2.4 晶体管的共射特性曲线
共发射极接法晶体管的特性曲线包括： 输入特性曲线—— iB=f(uBE) uCE=const 输出特性曲线—— iC=f(uCE) iB=const iB是输入电流，uBE是输入电压。
IE+ICBO= (IC+IB)+ICBO
I B I CBO I B IC 1 1 1
(2) 共发射极直流电流放大系数
称为共射极直流电流放大系数。
令
则
＝ 1 I C I B （ 1 ＋）I CBO＝I B I CEO
I CEO＝（ 1 ＋）I CBO