2022-2023学年高二物理竞赛课件：双极型晶体管的工作原理

双极型晶体管的工作原理 基本工作原理 双极型晶体管的工作原理 希望尽可能多的电子能到达集电区而不和基区中的多子空穴复合 2 基本工作原理 偏置在正向有源模式下的npn的少子分布图 双极型晶体管的工作原理 晶体管电流的简化表达式 理想情况，由于没有复合，少子浓度线性。 双极型晶体管的工作原理 晶体管电流的简化表达式 集电极电流： 假定：基区电子线性分布 集电极电流为扩散电流 结论：集电极电流由基极和发射极之间的电压控制，这就是晶体管的工作原理 发射极电流： 一是由从发射区注入到基区的电子电流形成的（iE1）；二是由基区的多子空穴越过B-E结注入到发射区（iE2）,它也是正偏电流，表达形式同iE1 5 晶体管电流的简化表达式 基极电流: 一是iE2， 该电流正比于exp(VBE/Vt) ，记为iBa；另一是基区多子空穴的复合流iBb,依赖于少子电子的数量，也正比于exp(VBE/Vt) 。故基极电流正比于exp(VBE/Vt) 。 双极型晶体管的工作原理 工作模式 pn结电压大于0，正偏； 反之反偏 四种工作模式(npn)： 正向有源：Vbe>0，Vbc<0 饱和：Vbe>0，Vbc>0 反向有源：Vbe<0，Vbc>0 截止：Vbe<0，Vbc<0 VCC=ICRC+VCB+VBE=VR+VCE 当VCC足够大，VR较小时，VCB>0 此时正向有源。 IC增大， VR增大，VCB减小，C结零偏 准饱和，C结反偏饱和 饱和时集电极电流不受控于VBE！ 双极型晶体管的工作原理 双极型晶体管的工作原理 双极晶体管放大电路 双极晶体管和其他元件相连， 可以实现电压放大和电流放大 少子分布 对于正向有源工作npn器件，如何计算电流？ 晶体管电流>少子扩散电流>少子分布？ 本书重要符号: NE,NB,NC 发射区、基区、集电区的掺杂浓度 xE,XB,xC 电中性发射区、基区、集电区的宽度 DE,DB,DC 发射区、基区、集电区的少子扩散系数 LE,LB,LC 发射区、基区、集电区的少子扩散长度 Pe0 发射区热平衡少子空穴浓度 Nb0 基区热平衡少子电子浓度 Pc0 集电区热平衡少子空穴浓度 正向有源模式 少子分布 11 一 均匀基区晶体管（以npn为例） 假设： （采用一维理想模型） e,b,c三个区均匀掺杂，e,c结突变 e,c结为平行平面结，其面积相同，电流垂直结平面 外电压全降在空电区，势垒区外无电场，故无漂移电流 e,c区长度＞＞少子L，少子浓度为指数分布（随 x） Xm＜＜少子L，忽略势垒复合及产生 满足小注入条件 不考虑基区表面复合 少子分布 12 $