微电子器件原理-第3章 三极管
三极管工作原理ppt课件
N
收集，形成ICE。
P
EC
N
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。
16 01 N型半导体与P型半导体
第三节 三极管的工作原理
02 PN结
03 三极管的工作原理
三级管工作在放大区时，基极电流IB微小的变化能够引起集电极电流IC较大变化的特性称之为晶体管的电流放大作用 IC与IB之间的关系可以描述为IC=βIB β的值在三极管被生产出来之后就确定了，其范围一般为50～200
+ + ++ + + + + ++ + + + + ++ + +
P IF
内电场
N
外电场
+–
10 01 N型半导体与P型半导体
02 PN结
03 三极管的工作原理
第二节 PN结
2.3 PN结反向偏置
当在PN结两端加上一个反偏置电压时，内电场被增强，空间电荷区变厚，漂移运动增强，形成了一个由少子移 动而形成的漂移电流IR，但因为PN结中的少子很少，所以这个IR十分微弱，约等于0，此时PN结截止，视同为 一个断开的开关
广西医科大学基础医学院电子学教研室 张琥石
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01 N型半导体与P型半导体 02 PN结 03 三极管的工作原理
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01 N型半导体与P型半导体 02 PN结 03 三极管的工作原理
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01 N型半导体与P型半导体
02 PN结
02 PN结
三极管的工作原理与应用
三极管的工作原理与应用一、工作原理三极管是一种半导体器件，由三个不同掺杂的材料层组成，分别是发射极（Emitter）、基极（Base）和集电极（Collector）。
它的工作原理基于PN结的特性和电流放大效应。
1. PN结特性：三极管中的PN结是由P型和N型半导体材料的结合形成的。
当PN结正向偏置时，即正极连接到P区，负极连接到N区，电子从N区向P区流动，同时空穴从P区向N区流动。
这时，PN结处形成一个导电通道，电流可以通过。
2. 电流放大效应：三极管的基极和发射极之间的PN结是一个较弱的结，需要很小的电流即可控制大电流的通过。
当在基极-发射极之间施加一个小电流（称为基极电流），由于PN结的特性，会引起集电极-发射极之间的大电流（称为集电极电流）的变化。
这种电流放大效应使得三极管可以作为电流放大器使用。
二、应用领域三极管作为一种重要的电子器件，在各个领域都有广泛的应用。
1. 放大器：三极管可以将微弱的信号放大到更大的电压、电流或功率，用于音频放大器、射频放大器等。
2. 开关：三极管可以作为开关来控制电路的通断。
当基极电流为零时，三极管处于截止状态，电路断开；当基极电流大于零时，三极管处于饱和状态，电路闭合。
这种开关特性使得三极管广泛应用于数字电路和逻辑门电路中。
3. 振荡器：利用三极管的放大特性和反馈电路，可以构成振荡器电路，用于产生稳定的振荡信号，如射频振荡器、音频振荡器等。
4. 整流器：三极管可以作为整流器，将交流信号转换为直流信号，用于电源、充电器等电路中。
5. 温度传感器：三极管的工作电流与温度有关，可以利用其温度特性设计温度传感器，用于测量环境温度。
6. 逆变器：三极管可以将直流电源转换为交流电源，用于逆变器电路，如逆变焊机、逆变电源等。
总结：三极管是一种重要的半导体器件，其工作原理基于PN结的特性和电流放大效应。
它在放大器、开关、振荡器、整流器、温度传感器和逆变器等领域有广泛的应用。
三极管工作原理(详解)课件
动态范围是指三极管能够放大的最小 信号和最大信号范围。在实际应用中， 三极管需要在一定的动态范围内工作， 以保证其正常性能。
放大பைடு நூலகம்数
三极管的放大倍数称为β值，它表示 集电极电流变化量与基极电流变化量 之比。放大倍数是三极管性能的重要 指标之一。
载流子的传
空穴与电子
在半导体材料中，空穴和电子是两种重要的载流子。空穴实际上是半导体原子缺失的电子 ，而电子则是自由移动的负电荷。
注意散热
对于大功率三极管，需要特别注意散热问题，采取适当的散热措施， 以防止过热损坏。
三极管的常见故障与排除方法
常见故障
三极管常见的故障包括开路、短路、性能不良等。
排除方法
针对不同的故障，可以采用相应的排除方法，如更换、调试 、修复等。同时，还需要注意检查外围电路，以确定故障是 否由外围电路引起。
超大规模集成电路的发展，三 极管的应用更加广泛，涉及到 通信、计算机、消费电子等多
个领域。
三极管的研究现状与进展
新材料
新型半导体材料如硅碳化物、氮化镓等具有更高的电子迁移率和 耐压能力，能够提高三极管的性能。
新结构
新型三极管结构如FinFET、GaN HEMT等能够提高三极管的开 关速度和降低能耗。
04
三极管的应用
放大电路中的应用
01
02
03
信号放大
三极管作为放大元件，通 过输入信号控制三极管的 电流放大，实现信号的线 性放大。
功率放大
利用三极管的电流放大作 用，将微弱的信号放大为 较大的功率信号，用于驱 动负载。
集成放大器
将多个三极管集成在一个 芯片上，实现多级放大， 提高放大倍数和稳定性。
06
微电子器件原理-第3章 三极管
1.均匀能带时（禁带宽度为常数 时），准中性区的电场
N-p-n晶体管在离子注入或 扩散时掺杂浓度剖面
N-p-n晶体管在用多晶硅发 射极时的掺杂浓度剖面
用经验公式计算的带隙变窄现象
N-p-n晶体管电流电压特性
N-p-n晶体管Gummel图
电流增益与收集结电流的关系
典型的现代N-p-n晶体管的寄生 电阻
•
•
注意：载流子传输方程中的宽度均为准
中性区的宽度 发射区结深XjE：扩散 0.2um or 大于 0.2um，多晶硅 30多nm
•
基区结深：XjB；
XjE ，0.1um or 更少
基区宽度：XjB-
能带图
符号
3.1.2二极管理论的修正
3个被忽略的重要效应必须被包括：
• 准中性区的电场； • 重掺杂； • 非均匀能带
击穿电压定义
共发射极电流-电压特性IB=0 共基极电流-电压特性IE=0
电子和空穴在晶体管内的运动
最近报道的npn晶体管BVCE0和BVCB0的值
二次击穿现象
二次击穿临界线
说明电流集中二次击穿的简单模型
发射极镇流电阻
基极开路时，集电区电场分布
基极开路时，IC-VCE特性曲线
双层集电区示意图
Early电压定义
B-C结大偏压时正向工作的npn晶体管
N-p-n晶体管B-C结大反向偏压时 的Gummel图
N-p-n晶体管B-C结电荷分布
器件模拟的掺杂浓度
电场分布
收集区中过剩的空穴浓度
收集区中过剩的电子浓度
器件剖面图
npn晶体管的电流-电压特性
（包含隧道电流）
Npn晶体管基本的EbersMoll模型
三极管的工作原理详解，图文案例，立马教你搞懂
三极管的工作原理详解，图文案例，立马教你搞懂大家好，我是李工，希望大家多多支持我。
今天给大家讲一下三极管。
什么是三极管？三极管全称是“晶体三极管”，也被称作“晶体管”，是一种具有放大功能的半导体器件。
通常指本征半导体三极管，即BJT管。
典型的三极管由三层半导体材料，有助于连接到外部电路并承载电流的端子组成。
施加到晶体管的任何一对端子的电压或电流控制通过另一对端子的电流。
三极管实物图三极管有哪三极？•基极：用于激活晶体管。
（名字的来源，最早的点接触晶体管有两个点接触放置在基材上，而这种基材形成了底座连接。
）•集电极：三极管的正极。
（因为收集电荷载体）•发射极：三极管的负极。
（因为发射电荷载流子）三极管的分类三极管的应用十分广泛，种类繁多，分类方式也多种多样。
根据结构•NPN型三极管•PNP型三极管根据功率•小功率三极管•中功率三极管•大功率三极管根据工作频率•低频三极管•高频三极管根据封装形式•金属封装型•塑料封装型根据PN结材料锗三极管硅三极管除此之外，还有一些专用或特殊三极管三极管的工作原理这里主要讲一下PNP和NPN。
PNPPNP是一种BJT，其中一种n型材料被引入或放置在两种p型材料之间。
在这样的配置中，设备将控制电流的流动。
PNP晶体管由2个串联的晶体二极管组成。
二极管的右侧和左侧分别称为集电极-基极二极管和发射极-基极二极管。
NPNNPN中有一种 p 型材料存在于两种 n 型材料之间。
NPN晶体管基本上用于将弱信号放大为强信号。
在 NPN 晶体管中，电子从发射极区移动到集电极区，从而在晶体管中形成电流。
这种晶体管在电路中被广泛使用。
PNP和NPN 符号图三极管的3种工作状态分别是截止状态、放大状态、饱和状态。
接下来分享我在微信公众号看到的一种通俗易懂的讲法：三极管工作原理-截止状态三极管的截止状态，这应该是比较好理解的，当三极管的发射结反偏，集电结反偏时，三极管就会进入截止状态。
这就相当于一个关紧了的水龙头，水龙头里的水是流不出来的。
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。
三极管工作原理(详解)ppt课件
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6
三极管的三种放大电路
当晶体管被用作放大器使用时，其中两个电极用作信号 (待放大信号) 的输入端子；两个电极作为信号 (放大后的 信号) 的输出端子。 那么，晶体管三个电极中，必须有一 个电极既是信号的输入端子，又同时是信号的输出端子， 这个电极称为输入信号和输出信号的公共电极。
按晶体管公共电极的不同选择，晶体管放大电路有 三种：共基极电路 ( Common base circuit)、共射极电 路(Common emitter circuit) 和 共集极电路(Common collector circuit)，如下图示。
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三极管的三种放大电路
由于共射极电路放大电路的电流增益和电压增益均较其 它两种放大电路为大，故多用作讯号放大使用。
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电路组成 习惯画法
共射极基本放大电路
习惯画法
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共射放大电路的工作原理
1.简单的工作原理
Vi=0
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Vi=Vsint
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共射放大电路的工作原理
2.静态
输入信号为零（vi= 0 或 ii= 0）时，放大电 路的工作状态，也称直流工作状态。
电路处于静态时，三极管三个电极的电压、电
a)基极加上足够的顺向偏压使IB足够大 b）C-E间视同导通状态
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三极管工作原理图解
三极管工作原理图解
三极管是一种常见的电子元件，也是现代电子仪器的基础。
它的工作原理虽然相对比较复杂，但是理解起来又并非难以想象。
下面就简单介绍一下三极管工作的基本原理。
三极管可以分为三个区域：发射区、基区、集电区。
其中，发射区与基区之间形成pn结。
在基区施加电压时，会影响pn
结的载流子浓度分布，从而影响发射区和集电区的电流。
这种电流控制效应就是三极管的主要工作原理。
下面我们以pnp型三极管为例，来具体介绍一下三极管的工作原理。
(1) 正向偏置
当三极管处于正向偏置时，即基极处于正极、发射极处于负极的时候，发射区的电压比基区高，pn结就会被加宽，载
流子的扩散电流就会不断增大，最终形成一个从发射极到集电极的电流。
此时，三极管处于开关状态，被称为导通状态。
(2) 反向偏置
当三极管处于反向偏置时，即基极处于负极、发射极处于正极的时候，由于pn结载流子扩散电流极小，因此极少有电
流通过三极管，它处于关闭状态。
(3) 双向偏置
当三极管处于双向偏置时，即它同时被正向偏置和反向偏置时，二者的作用同时存在，此时需要根据具体的电路条件分析。
总结一下，三极管的工作原理基本上就是利用基极电流控制发射极和集电极之间的电流，从而实现电流放大、开关控制等不同的功能。
掌握这个原理，就能够更好地理解各种电路中三极管的作用，为电子电路设计和实现提供更加有效的支持。
三极管的工作原理与应用
三极管的工作原理与应用一、工作原理三极管是一种半导体器件，由三个掺杂不同类型的半导体材料构成，通常为两个P型半导体夹着一个N型半导体。
三极管的工作原理基于PN结的正向和反向偏置。
1. 正向偏置：当基极（B）与发射极（E）之间施加一个正向电压时，N型半导体的电子会向基极方向移动，同时P型半导体的空穴也会向基极方向移动。
这样，N型半导体的电子就会与P型半导体的空穴结合，形成电流流动的通道，称为正向电流。
2. 反向偏置：当基极与发射极之间施加一个反向电压时，N型半导体的电子会被吸引到基极，而P型半导体的空穴会被吸引到发射极。
这样，正向电流被阻断，称为反向电流。
基于以上原理，三极管可以实现信号放大、开关控制等功能。
二、应用领域三极管作为一种重要的电子器件，在各个领域都有广泛的应用。
1. 放大器：三极管可以将微弱的输入信号放大到较大的输出信号。
例如，在音频放大器中，三极管可以放大音频信号，使其能够驱动扬声器。
2. 开关：三极管可以用作开关，将小电流控制大电流的开关动作。
例如，在数字电子电路中，三极管可以用来实现逻辑门、存储器等功能。
3. 振荡器：三极管可以用于产生高频振荡信号。
例如，在无线电通信中，三极管可以用来产生射频信号，实现无线电收发功能。
4. 温度传感器：三极管的电流与温度之间有一定的关系，可以利用这一特性将三极管用作温度传感器。
例如，在温度控制系统中，三极管可以用来检测环境温度，并根据测量结果进行相应的控制。
5. 电源管理：三极管可以用于电源管理，如电压稳压、电流限制等。
例如，在电子设备中，三极管可以用来保护电路免受过压、过流等问题的影响。
6. 光电器件：三极管也可以用于光电器件中，如光电二极管、光电晶体管等。
例如，在光通信中，三极管可以用来接收和放大光信号。
总结：三极管的工作原理基于PN结的正向和反向偏置，通过控制电流的流动来实现信号放大、开关控制等功能。
在各个领域中，三极管都有广泛的应用，包括放大器、开关、振荡器、温度传感器、电源管理和光电器件等。
三极管ppt课件完整版
常见故障现象及诊断方法
诊断方法
测量三极管的耐压值是否降低，观察电路是否有过载现象，若确认 损坏则更换三极管。
故障现象3
三极管漏电流过大。
诊断方法
测量三极管的漏电流是否超过规定值，若过大则检查电路是否存在漏 电现象，并更换三极管。
常见故障现象及诊断方法
故障现象4
三极管热稳定性差。
诊断方法
检查三极管的散热条件是否良好，测量其热稳定性参数是否在规定范围内，若异常则改善散热条件或 更换适合的三极管型号。
组成
输入回路、输出回路、耦合电容、直流电源。
工作原理
共基放大电路的特点是输入回路与输出回路共用一个电极，即基极。输入信号加在三极管的发射极和基极之间， 输出信号从集电极取出。由于共基放大电路的输入阻抗低，输出阻抗高，因此具有电压放大倍数大、频带宽等优 点。
共集放大电路组成及工作原理
组成
输入回路、输出回路、耦合电容、直流电源 。
真加剧。而截止频率则限制了三极管能够放大的信号频率范围。
03
三极管基本放大电路分析
共射放大电路组成及工作原理
组成
输入回路、输出回路、耦合电容、直流电源。
工作原理
利用三极管的电流放大作用，将输入信号放大并输出。输入信号加在三极管的基 极和发射极之间，输出信号从集电极取出，经过耦合电容与负载相连。
共基放大电路组成及工作原理
偏置电路类型及其作用
固定偏置电路
01
提供稳定的基极电流，使三极管工作在放大区。
分压式偏置电路
02
通过电阻分压为基极提供合适的偏置电压，使三极管具有稳定
的静态工作点。
集电极-基极偏置电路
03
利用集电极电阻的压降为基极提供偏置电压，适用于某些特殊
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Early电压定义
B-C结大偏压时正向工作的npn晶体管
N-p-n晶体管B-C结大反向偏压时 的Gummel图
N-p-n晶体管B-C结电荷分布
器件模拟的掺杂浓度
电场分布
收集区中过剩的空穴浓度
收集区中过剩的电子浓度
器件剖面图
npn晶体管的电流-电压特性
（包含隧道电流）
Npn晶体管基本的EbersMoll模型
•
•
注意：载流子传输方程中的宽度均为准
中性区的宽度 发射区结深XjE：扩散 0.2um or 大于 0.2um，多晶硅 30多nm
•
基区结深：XjB；
XjE ，0.1um or 更少
基区宽度：XjB-
能带图
符号
3.1.2二极管理论的修正
3个被忽略的重要效应必须被包括：
• 准中性区的电场； • 重掺杂； • 非均匀能带
击穿电压定义
共发射极电流-电压特性IB=0 共基极电流-电压特性IE=0
电子和空穴在晶体管内的运动
最近报道的npn晶体管BVCE0和BVCB0的值
二次击穿现象
二次击穿临界线
说明电流集中二次击穿的简单模型
发射极镇流电阻
基极开路时，集电区电场分布
基极开路时，IC-VCE特性曲线
双层集电区示意图
三极管的基本工作原理
• 电子运动：发射区基区
集电区产生集电极电流IC， 在基区不复合；在x方向，
Jn(x)为“—”
• 空穴运动：基区发射区 产生基极电流IB（在发射区
或发射极与电子复合）；在能带图
x方向；Jp(x)为“—”
三极管的基本工作原理
•
•
“0”点：有两种，物理上的和数学上的；
发射区末端：x=-WE；基区末端x=WB 由于耗尽层的存在准中性n型区与p型区 要小于物理上的宽度，两者没有区别
1.均匀能带时（禁带宽度为常数 时），准中性区的电场
N-p-n晶体管在离子注入或 扩散时掺杂浓度剖面
N-p-n晶体管在用多晶硅发 射极时的掺杂浓度剖面
用经验公式计算的带隙变窄现象
N-p-n晶体管电流电压特性
N-p-n晶体管Gummel图
电流增益与收集结电流的关系
典型的现代N-p-n晶体管的寄生 电阻
Npn晶体管直流Ebers-Moll模型
包括寄生效应的Npn晶体管直 流Ebers-Moll模型
正向工作时Npn晶体管直流 Ebers-Moll模型
包括寄生效应正向工作时Npn 晶体管直流Ebers-Moll模型
忽略寄生效应Npn晶体管小信 号混合模型
包括寄生效应Npn晶体管小信 号混合模型
第三章 三极管
• 3.1 n-p-n晶体管
• 3.2 理想的电流电压特性 • 3.3 典型的n-p-n晶体管特性 • 3.4 三极管模型 • 3.5 击穿电压
3.1 n-p-n晶体管
• 三极管基本工作原理
• 简单二极管理论的修正
3.1.1 三极管基本工作原理
n-p-n晶体管一维表示、剖面图级能带结构示意图
钳位二极管结构示意图
晶体管的安全工作区
不同条件下的晶体管安全工作区